Понятно, что такая система когда-то будет построена и, наверное, будет включать в себя достаточно понятную и простую математическую модель поведения любого изотопа, объяснит варианты распада существующих ядер и предскажет поведение новооткрытых; но пока мы имеем, что имеем. И, если при взгляде на верхний рисунок вас вдруг потом, во сне, как у Дмитрия Ивановича, посетит озарение и вы начнете резво набрасывать систему из сложных уравнений, — не пугайтесь. Это не болезнь, это гипотеза. Пишите, например, в Дубну или в Обнинск. Там тоже иногда по ночам не спят, они выслушают, поймут и поддержат.

На предыдущей картинке уже отчетливо видны и все доступные человечеству, благодаря капризам «лотереи» ядерной физики, квази-стабильные изотопы элементов, лежащих за стабильным «материком» легких элементов.

Это несколько «небоскребов» на острове, расположенном ближе всего к зрителю.

Квазистабильные изотопы — это изотопы, период полураспада которых измеряется сотнями миллионов и миллиардами лет, то есть нижняя черта стабильности для этих изотопов проведена сугубо условно — условием квазистабильности принята возможность обнаружения данного изотопа в каких-то значительных количествах в природе, на нашей Земле, по состоянию на 2013 год. Тот же прометий и технеций методами сверхточной спектроскопии нашли впоследствии в урановых рудах как результат распада ядер урана, но это лишь подтвердило фундаментальные выкладки. Никакого разумного использования это открытие не имело — при желании изотопы дешевле получить в реакторе из квазистабильных.

Дальше, если Вы не против, у нас пойдут «веселые картинки», которые помогут многим не заскучать во время рассказа о ядерных реакциях и изотопах.

Рис. 72. Знакомьтесь: ²³⁵U, ²³⁸U — метафорическая визуализация образа.

Nota: Они всегда вместе… они просто любят друг друга. И да, нам нужен только тот изотоп, который с упругой попкой, и которого меньше.

Перечислим эти изотопы поименно. Это: уран, который в природе представлен тремя изотопами — ²³⁴U, ²³⁵U и ²³⁸U. Изотопы ²³⁸U и ²³⁵U являются квазистабильными и содержатся в породе с относительными концентрациями 99,283 % и 0,711 %. Легкий изотоп ²³⁵U, как вы помните, как раз и получают из природного урана, а потом запихивают в АЭС и в ядрен-батоны.

Изотоп ²³⁴U образуется тут же, прямо в залежи урана, за счет α-распада основного стабильного изотопа урана — ²³⁸U (основного, малоактивного природного изотопа урана, тот, который на фото сверху в жутких семейных трусах и шлепках).

Поскольку ²³⁴U имеет период полураспада «всего-то» в 245 тысяч лет, его в природном уране вообще очень мало — всего 0,0055 %.

Рис. 73. Метафорическое изображение ²³⁴U, чтобы запомнилось.

Но, как говорится, «мал клоп, да вонюч». Поскольку этот изотоп короткоживущий, то его активность по сравнению с квазистабильными «старшим братом и сестрой» просто-таки адская и составляет около 49 % от общей радиоактивности природного урана. Кроме того, по причинам маленького веса ядра ²³⁴U, даже меньшего, чем у ²³⁵U, любые обогатительные технологии, отделяющие ²³⁵U от урана ²³⁸U, с еще большим удовольствием отделяют и нашего «вонючего клопа». При этом реакторный и, в еще большей мере, оружейный уран оказываются обогащенными и по содержанию ²³⁵U, и, еще больше, — по содержанию ²³⁴U. Спасает ситуацию только малое содержание «вонючего клопа» в начальной породе, которое при обогащении хоть и увеличивается быстрее, чем у ²³⁵U, но все же остается на более-менее пристойных уровнях.

Однако оценивать любой обогащенный уран (и реакторный, и, тем более, оружейный) уже приходится с учетом «активности клопа». То есть, если природный или, тем более, обедненный уран, при ярком желании и малом уме, можно даже положить себе на денек в трусы и вывезти за рубеж, то делать такие фокусы с оружейным ураном уже категорически не стоит.

В общем, у толстого парня на верхней фотографии (²³⁸U) не только жуткие семейные трусы и шлепки, так он еще и клопов (²³⁴U) нам в ядерное топливо заносит. А куда же без них? Без этого парня и его нательных членистоногих наша девушка «ядерная спичка» (²³⁵U) нигде не ходит.

Кроме того, что «клоп» не по-детски фонит, других неприятных особенностей у него нет — в обычном современном энергетическом реакторе, под «живительным потоком тепловых нейтронов» изотоп ²³⁴U потихоньку превращается в свою старшую сестру — ²³⁵U. Поэтому для целей получения энергии его считают «в общий зачет» с ²³⁵U.

Однако на превращение ²³⁴U в ²³⁵U все-таки приходится тратить один лишний нейтрон, а учитывая, что девушка-«ядерная спичка» (²³⁵U) при делении нам выдает эти нейтроны скупо и под четкий счет (обычно 2–3 нейтрона на деление), то тратить один из них на «конвертацию» клопа обидно, но приходится.

[63]

Разобравшись с ураном, перейдем к торию. Здесь наблюдаемая картинка гораздо проще, чем у урана. Природный торий представлен лишь одним квазистабильным изотопом — ²³²Th, который, как и основной изотоп урана — ²³⁸U, имеет период полураспада, исчисляемый миллиардами лет. Если быть точным, то у ²³⁸U это 4,47 млрд лет, а у ²³²Th — 14,05 млрд лет, то есть торий будет на нашей планете, когда уже никакого урана и в помине не останется.

Так что «ториевый цикл» — это, безусловно, наше будущее и будущее любого другого вида, который, возможно, при нашей глупости, когда-нибудь, через 500 миллионов лет, будет изучать черепа этих смешных и туповатых Homo sapiens.

Самое главное — не забывать, что без девушки-«ядерной спички», то есть без ²³⁵U, ни природный уран, ни природный торий гореть не хотят.

При этом, если ²³⁸U все-таки можно при определенных условиях (а именно в сильном потоке быстрых нейтронов) заставить разделиться, что успешно используется в термоядерном оружии, реакторах на быстрых нейтронах (действующих сейчас — 1 штука, в России, БН-600, Белоярская АЭС) и, в очень небольшой степени, в реакторах на тепловых нейтронах (коих сейчас в мире — подавляющее большинство), то с ²³²Th такие фокусы уже не проходят.

Изотоп ²³²Th — это так называемый «четно-четный» изотоп, что, кстати, и задает его феноменальную устойчивость. Такие изотопы вообще невозможно разбить на осколки за счет нейтронов, полученных в реакторах. Для вовлечения в топливный цикл прямого деления их надо облучать специальными нейтронами, полученными в ускорителях. А там, как вы понимаете, сразу встанет вопрос с проклятым EROI. Впрочем, идеи, откуда брать «халявные» нейтроны, еще будут. А пока все, чего можно от ²³²Th добиться, — это «скормить» ему один тепловой нейтрон.

Рис. 74. Метафорическое изображение ²³²Th.

Nota: Ему все эти ваши нейтроны — что слону дробина. Покорми слона нейтронами. Покорми слона.

В результате короткой цепочки превращений после этого ²³²Th мутирует в ²³³U, который хоть и имеет период полураспада всего в 159 тысяч лет, но уже может служить ядерным топливом. Ну и по понятным причинам (короткое время жизни изотопа, даже короче, чем у ²³⁴U) полученный изотоп фонит еще больше нашего первого «клопа» — ²³⁴U. Плюс, как вы понимаете, работать с ²³³U гораздо менее приятно, чем с ²³⁵U, который распадается целых 700 миллионов лет.