Британия с ЕС в разводе, у нее своя заготовка для Зеленского — снаряды с обедненным ураном. Например, при делении ядра урана выделяется энергия порядка 200 МэВ., содержащего 238 нуклонов, Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рисунке При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном.
Парадоксы ядерной гонки
| Лекция 12. Деление ядер | Открытые видеолекции учебных курсов МГУ | Объяснили появление этих элементов распадом ядер урана, захватившего нейтрон, на две примерно равные части. |
| Спонтанное деление ядер. Большая российская энциклопедия | Он уже был признанным лидером Западного побережья США в теоретической физике, когда стала известна новость о делении ядра урана, полученная в результате открытия Лизы Мейтнер и ее племянника Отто Фриша. |
| Лекция 12. Деление ядер | Открытые видеолекции учебных курсов МГУ | При делении ядра урана 2-3 мгновенных нейтрона скидывается, получаются два осколка с отношением масс преимущественно около 1:1.4, т.е., любимые массы около 95 и 135. |
| Открыт новый изотоп урана: Наука: Наука и техника: | Потом, уже в 1946 году, работа «Спонтанное деление ядер урана» была удостоена Сталинской премии I степени. |
| Деление ядер урана презентация | При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами. |
Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда
Поскольку вода замедляет нейтроны, ее попадание ускоряло деление ядер урана в расплаве. нейтроны могут вызывать дальнейшее деление, но только ядер данного урана, количество которого в природном уране всего. Нильс Бор на знаменитой конференции по теоретической физике в Вашингтоне 26 января 1939 года сообщил об открытии деления урана. Например, при делении ядра урана выделяется энергия порядка 200 МэВ., содержащего 238 нуклонов, Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рисунке При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном.
«Тревожный звоночек»: физик прокомментировал возобновление ядерных реакций в Чернобыле
Поглотив лишний нейтрон, ядро возбуждается и деформируется, приобретая вытянутую форму рис. Процесс деления ядра урана под воздействием попавшего в него нейтрона Вы уже знаете, что в ядре действует два вида сил: электростатические силы отталкивания между протонами, стремящиеся разорвать ядро, и ядерные силы притяжения между всеми нуклонами, благодаря которым ядро не распадается. Но ядерные силы — короткодействующие, поэтому в вытянутом ядре они уже не могут удержать сильно удалённые друг от друга части ядра. Под действием электростатических сил отталкивания ядро разрывается на две части рис.
Получается, что часть внутренней энергии ядра переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков и частиц. Осколки быстро тормозятся в окружающей среде, в результате чего их кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию среды т. При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно её температура заметно возрастают т.
Таким образом, реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду. Энергия, заключённая в ядрах атомов, колоссальна. Например, при полном делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделилось бы столько же энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5 т нефти.
Для преобразования внутренней энергии атомных ядер в электрическую на атомных электростанциях используют так называемые цепные реакции деления ядер. Рассмотрим механизм протекания цепной реакции деления ядра изотопа урана. Ядро атома урана рис.
Два из этих нейтронов вызвали реакцию деления ещё двух ядер, при этом образовалось уже четыре нейтрона. Эти, в свою очередь, вызвали деление четырёх ядер, после чего образовалось девять нейтронов и т. Цепная реакция возможна благодаря тому, что при делении каждого ядра образуется 2—3 нейтрона, которые могут принять участие в делении других ядер.
Нет, это свидетельства очевидцев страшного преступления американской военщины, совершенного в августе 1945 года над японским городом Нагасаки. В результате бомбардировки японских городов Хиросима и Нагасаки погибли около 100 тыс. Вот так впервые человек распорядился ядерной энергией. Открытие деления ядер урана А история эта началась еще в 30-х годы XX века. Немецкие ученые О.
Ган и Ф. Штрассман в 1938 г. На фотографии треки осколков, образовавшихся при делении ядра урана в камере Вильсона. Механизм деления ядра урана Эмигранты из нацисткой Германии Л. Мейтнер и О.
Фриш в 1939 г. Сумели объяснить механизм деления ядра урана на основе капельной модели ядра, предложенной Н. Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в противоположные стороны.
Все актиниды радиоактивны, но уран называют одним из четырех наиболее радиоактивных элементов, наряду с радием, полонием и торием. Кривая периода полураспада. Фото: Nandalal Sarkar По словам эксперта, команда еще не измерила период полураспада урана-241, но по теоретическим оценкам он составляет около 40 минут. Это немного.
В активную зону вводятся регулирующие стержни, содержащие кадмий или бор, которые интенсивно поглощают нейтроны. Введение стержней в активную зону позволяет управлять скоростью цепной реакции. В парогенераторе теплоноситель передает тепловую энергию воде, превращая ее в пар высокого давления. Пар направляется в турбину, соединенную с электрогенератором. Из турбины пар поступает в конденсатор. Во избежание утечки радиации контуры теплоносителя I и парогенератора II работают по замкнутым циклам. Турбина атомной электростанции является тепловой машиной, определяющей в соответствии со вторым законом термодинамики общую эффективность станции. Это приводит к локальному перегреву естественных водоемов и последующему возникновению экологических проблем. Однако, главная проблема состоит в обеспечении полной радиационной безопасности людей, работающих на атомных электростанциях, и предотвращении случайных выбросов радиоактивных веществ, которые в большом количестве накапливаются в активной зоне реактора. При разработке ядерных реакторов этой проблеме уделяется большое внимание. Наряду с ядерным реактором, работающим на медленных нейтронах, большой практический интерес представляют реакторы, работающие без замедлителя на быстрых нейтронах. В обычных реакторах также образуется плутоний, но в гораздо меньших количествах. Первый ядерный реактор был построен в 1942 году в США под руководством Э. В нашей стране первый реактор был построен в 1946 году под руководством И. Термоядерные реакции - реакции слияния легких ядер при очень высоких температурах.
Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть?
Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую. В 1938 г. был открыт процесс деления атомных ядер урана нейтронами. В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления. Деление ядра урана — это процесс расщепления ядра, в результате которого происходит освобождение энергии и эмиссии ядерных частиц.
Как было открыто спонтанное деление
| Деление ядер урана и цепная реакция | При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно. |
| Этому ядерному реактор 2 миллиарда лет | Лиза Мейтнер и Отто Фриш объяснили этот результат распадом ядра урана на примерно две равные части (осколока), а Фриш назвал это явление по аналогии с биологическим явлением «бинарным делением ядра» или просто делением ядра. |
| Telegram: Contact @pozivnoy_kazman | При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно. |
| Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра | Происходит это так: тепловыделяющие сборки (ТВС) разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления. |
Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
| Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА | новости космоса. |
| Как добывается радиоактивный уран и для чего он используется? | Он уже был признанным лидером Западного побережья США в теоретической физике, когда стала известна новость о делении ядра урана, полученная в результате открытия Лизы Мейтнер и ее племянника Отто Фриша. |
| Спонтанное деление - ядро - уран - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1 | Именно Нильс Бор выступил с гипотезой о том, что деление ядер урана медленными нейтронами происходит только в случае урана-235. |
| 15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл | 0:51 Процесс деления ядра Урана под воздействием попавшего в него нейтрона. |
| Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса | Выделение энергии в ядерных реакторах происходит за счёт деления ядер урана и плутония. |
Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
Первым открытым процессом деления ядра было вынужденное деление изотопа урана-235 нейтронами. (Фото РИА Новости). Скачок цен на углеводороды в Европе подхлестнул давние споры о судьбе атомных электростанций. Для деления ядра урана-235 энергия примерно равна 200МэВ. Японские исследователи синтезировали уран-241, запустив образец урана-238 на ядрах платины-198 с помощью ускорительной системы RIKEN. При делении ядра урана, как видим, удельная энергия связи повышается примерно на 1 \ МэВ/нуклон; эта энергия как раз и выделяется в процессе деления. 19 января 2019 Ирина С. ответила: Явление деления ядер урана при облучении их нейтронами было открыто немецкими физиками Отто Ганом и Фрицем Штрассманом в 1939 году.
Что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
Следова-тельно, «трансураны» получаются при делении ядра урана, так как сам по себе захват нейтрона с испуска. При делении ядра урана-235, выделяется 200 МэВ энергии, большая часть которой (168 МэВ) приходится на кинетическую энергию осколков. Полное энерговыделение на один акт деления ядра урана-235 равно примерно 200 МэВ.
Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
Если это крылатая или баллистическая ракета, используются манометрические, барометрические или аэродинамические датчики. Первые выдают сигнал при достижении заданной разности наружного статического давления и давления в специальной емкости в приборе, сообщая о достижении заданного перепада высоты. Вторые реагируют на значение наружного статического воздушного давления. Третьи срабатывают при заданной разнице статического и полного давления, создаваемого напором встречного воздуха при заданной скорости носителя. Сигналы датчиков вызывают включения или отключения электрических цепей в блоке автоматики. Ядерная боевая часть крылатой противокорабельной ракеты.
Вид со стороны блока автоматики. Но если ракета не достигла контрольной высоты или не развила контрольную скорость, то блок автоматики не отключит эту ступень предохранения. И заряд не взорвется, как бы дальше ни развивалась история нештатного полета и падения ракеты. Похоже действуют гидроприборы, если носителем ядерного заряда является торпеда. Гидростатические приборы реагируют на заданное статическое давление морской воды, гидродинамические датчики измеряют перепад полного и статического давлений воды при движении торпеды.
Есть и группы приборов, не связанных со средой, подобно скрытым в теле человека мышечным рецепторам. Это датчики линейных ускорений и инерционные включатели, которые включают или выключают электрические цепи блока автоматики при контрольных значениях перегрузки по трем осям. Есть временные приборы, переключающие электрические цепи по истечении заданного времени. Только по мере верного прохождения этих последовательностей система предохранения и взведения постепенно повышает взрывоготовность заряда. И сразу обнуляет ее при значимых отклонениях фактических событий от планового сценария работы носителя.
Кто нажмет на спусковой крючок Но вот все этапы движения носителем пройдены, он уже в непосредственной близости к цели. Все ступени предохранения сняты, и заряд готов взорваться в любое мгновение. Кто примет решение и даст главную команду на подрыв? Пусковая система, или исполнительная система подрыва. Ее задача — выработка главной команды на подрыв заряда, которую выполнит блок автоматики и его система подрыва заряда.
Главная команда запустит процесс подрыва, поэтому система называется пусковой. Исполнительная она потому, что при выполнении главного условия подрыва — достижения цели — следует только исполнение подрыва, больше ничего Пусковая система частично находится в блоке автоматики — ее логические блоки, формирующие главную команду. Снаружи блока автоматики размещены подсистемы исполнительных датчиков — и на поверхности носителя, и внутри него. Подсистемы исполнительных датчиков имеют свою иерархию и работают на разных физических принципах. В этом они схожи с датчиками системы предохранения и взведения.
Схем и воплощений пусковых систем так же много, как и конструкций, несущих ядерный заряд. Возьмем как условный пример боеголовку баллистической ракеты. Ее цель обычно точка в пространстве на высоте 500—800 метров над земной поверхностью. Взрыв мощностью в сотни килотонн создаст на поверхности Земли наибольшие разрушения, если произойдет на высоте, зависящей от мощности заряда. Возможен и подрыв на земле, когда нужно поразить укрепленную подземную цель.
Пусковая система заряда боеголовки состоит из сегментов, основной из которых — бесконтактный инерциальный. У боеголовки есть инерциальный блок с датчиками ускорений — акселерометрами, непрерывно измеряющими ускорения по трем перпендикулярным в пространстве осям.
Хотя процесс деления и преобразования ядерной энергии в электричество относительно свободен от выбросов углерода, общий бюджет углерода, связанный с добычей и переработкой руды, необходимой для деления, и строительством конкретной электростанции, не равен нулю. По некоторым оценкам , этот показатель значительно выше - от 10 до 130 граммов CO2 в отдельных случаях. Таким образом, замена угольных электростанций на атомные позволит ежегодно сберегать в атмосфере несколько миллионов тонн CO2, не говоря уже о твёрдых частицах и других загрязняющих веществах. Углеродный след солнечных и ветряных электростанций более или менее сопоставим с нижним пределом для атомной энергетики. В целом, атомная энергия в лучшем случае не содержит столько же углерода, сколько солнечная и ветровая, хотя и связана с непопулярной проблемой отходов, которую мало кто хочет иметь у себя под боком. Риски Прошло более трёх десятилетий с тех пор, как советская Украина дала миру представление о том, как может выглядеть наихудший сценарий ядерной аварии. Чернобыльская АЭС, расплавившаяся во время технических испытаний в 1986 году, превратилась в радиоактивные руины на фоне отравленного радиоактивными осадками ландшафта. Саркофаг над остатками четвёртого блока Чернобыльской АЭС В 2011 году после землетрясения в Японии произошла авария на атомной станции "Фукусима".
Подобные разрушительные события достаточно редки, чтобы о них можно было писать в шокирующих заголовках. Однако, по некоторым оценкам , такие аварии могут происходить раз в 10-20 лет, что в каждом случае чревато распространением радиоактивных веществ на сотни и даже тысячи километров. Насколько это может быть опасно? Трудно сказать, это зависит от множества факторов, связанных с плотностью населения, степенью облучения и концентрацией изотопов. По данным Всемирной организации здравоохранения, «перемещённое население Фукусимы страдает от психосоциальных и психических последствий переезда, разрыва социальных связей людей, потерявших жильё и работу, разрыва семейных связей и стигматизации». Иными словами, речь идёт не только о риске радиоактивности, о котором нам следует беспокоиться. Тем не менее, привыкнув к воздействию сжигания ископаемого топлива на здоровье человека, мы мало задумываемся о влиянии на него твёрдых частиц, образующихся при сжигании угля. Который сам по себе тоже не совсем свободен от радиоактивных веществ.
Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра так называемые вторичные нейтроны деления , способны вызывать деление новых ядер урана. Благодаря этому можно осуществить цепную реакцию деления: однажды возникнув, реакция в принципе может продолжаться сама собой, охватывая все большее число ядер. Схема развития такой нарастающей целлон реакции изображена на рис. Фотография следов осколков деления урана в камере Вильсона: осколки разлетаются в противоположные стороны из тонкого слоя урана, нанесенного на пластинке, перегораживающей камеру. На снимке видно также множество более тонких следов, принадлежащих протонам, выбитым нейтронами из молекул водяного кара, содержащегося в камере Осуществление цепной реакции деления на практике не просто; опыт показывает, что в массе природного урана цепная реакция не возникает. Причина этого кроется в потере вторичных нейтронов; в природном уране большая часть нейтронов выходит из игры, не вызывая делений. Как выявили исследования, потеря нейтронов происходит в наиболее распространенном изотопе урана — уране — 238. Этот изотоп легко поглощает нейтроны по реакции, подобно реакции серебра с нейтронами см. Делится же с трудом и только под действием быстрых нейтронов. Более удачными для цепной реакции свойствами обладает изотоп , который содержится в природном уране в количестве. Он делится под действием нейтронов любой энергии — быстрых и медленных и тем лучше, чем меньше энергия нейтронов. Конкурирующий с делением процесс — простое поглощение нейтронов — мало вероятен в в отличие от. Поэтому в чистом уране — 235 возможна цепная реакция деления при условии, однако, что масса урана-235 достаточно велика. В уране малой массы реакция деления обрывается из-за вылета вторичных нейтронов за пределы его вещества. Развитие ценной реакции деления: условно принято, что при делении ядра испускается два нейтрона и потерь нейтронов нет, то есть каждый нейтрон вызывает новое деление; кружочки — осколки деления, стрелки — нейтроны деления В самом деле, ввиду крошечных размеров атомных ядер нейтрон проходит в веществе значительный путь измеряемый сантиметрами , прежде чем случайно натолкнется на ядро. Если размеры тела малы, то вероятность столкновения на пути до выхода наружу мала.
Например, при полном делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделилось бы столько же энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5 т нефти. Для преобразования внутренней энергии атомных ядер в электрическую на атомных электростанциях используют так называемые цепные реакции деления ядер. Рассмотрим механизм протекания цепной реакции деления ядра изотопа урана. Ядро атома урана рис. Два из этих нейтронов вызвали реакцию деления ещё двух ядер, при этом образовалось уже четыре нейтрона. Эти, в свою очередь, вызвали деление четырёх ядер, после чего образовалось девять нейтронов и т. Цепная реакция возможна благодаря тому, что при делении каждого ядра образуется 2—3 нейтрона, которые могут принять участие в делении других ядер. На рисунке 163 показана схема цепной реакции, при которой общее число свободных нейтронов в куске урана лавинообразно увеличивается со временем. Соответственно резко возрастает число делений ядер и энергия, выделяющаяся в единицу времени. Поэтому такая реакция носит взрывной характер она протекает в атомной бомбе. Цепная реакция деления ядер урана Возможен другой вариант, при котором число свободных нейтронов уменьшается со временем. В этом случае цепная реакция прекращается. Следовательно, такую реакцию тоже нельзя использовать для производства электроэнергии. В мирных целях возможно использовать энергию только такой цепной реакции, в которой число нейтронов не меняется с течением времени. Как же добиться того, чтобы число нейтронов всё время оставалось постоянным? Для решения этой проблемы нужно знать, какие факторы влияют на увеличение и на уменьшение общего числа свободных нейтронов в куске урана, в котором протекает цепная реакция.
Распадается всего за 40 минут: открыт новый изотоп урана
На самом деле, физики начали фиксировать нарушение постулата Лавуазье задолго до открытия деления ядра урана. Прежде всего, была экспериментально доказана справедливость гипотезы о делении ядра урана и непосредственно измерена энергия деления. Объяснили появление этих элементов распадом ядер урана, захватившего нейтрон, на две примерно равные части. На самом деле, физики начали фиксировать нарушение постулата Лавуазье задолго до открытия деления ядра урана. Осколки деления ядер урана обладают высокой кинетической энергией, которая при их торможении передается топливу. Деление ядра урана происходит, когда оно захватывает нейтрон, что нарушает стабильность ядра.
Механизм деления ядра
- Деление ядер урана презентация
- Ядерная топка Земли
- Ядерное топливо. Что же происходит с ним внутри реактора? | Пикабу
- Этому ядерному реактор 2 миллиарда лет
Что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
Поскольку космические лучи создают в порождённых ими атмосферных ливнях космических лучей измеримый поток нейтронов, при опытах на поверхности земли экспериментально трудно отделить события спонтанного деления от вынужденного. Для снижения фона от космических лучей, мешающих изучению явления, в качестве экрана может служить многометровый слой грунта или воды. Поэтому опыты проводились в Московском метро на станции «Динамо» на глубине 60 метров [4] [5].
В этом случае излучение нейтронов может происходить непосредственно с образованием криптона-89. Деление ядер урана: цепная реакция Нейтроны, испускаемые в реакции расщепления, могут быть поглощены другим ядром-родителем, которое затем само подвергается индуцированному делению. В случае урана-238 три нейтрона, которые возникают, выходят с энергией менее 1 МэВ энергия, выделяющаяся при делении ядра урана — 158 МэВ — в основном переходит в кинетическую энергию осколков расщепления , поэтому они не могут вызвать дальнейшее деление этого нуклида.
Тем не менее при значительной концентрации редкого изотопа 235U эти свободные нейтроны могут быть захвачены ядрами 235U, что действительно может вызвать расщепление, так как в этом случае отсутствует энергетический порог, ниже которого деление не индуцируется. Таков принцип цепной реакции. Типы ядерных реакций Пусть k — число нейтронов, произведенное в образце делящегося материала на стадии n этой цепи, поделенное на число нейтронов, образованных на стадии n - 1. Это число будет зависеть от того, сколько нейтронов, полученных на стадии n - 1, поглощаются ядром, которое может подвергнуться вынужденному делению. Именно это и происходит в природной урановой руде, в которой концентрация 235U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.
Это достигается путем обогащения природной руды до получения достаточно большой концентрации урана-235. Для сферического образца величина k увеличивается с ростом вероятности поглощения нейтронов, которая зависит от радиуса сферы. Поэтому масса U должна превышать некоторую критическую массу, чтобы деление ядер урана цепная реакция могло происходить. Это используется в ядерных реакторах. Процесс контролируется распределением среди урана стержней из кадмия или бора, которые поглощают большую часть нейтронов эти элементы обладают способностью захватывать нейтроны.
Цепная реакция. Деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами было открыто в 1939 г. Oттo Ган 1879-1968 Немецкий физик, учёный-новатор в области радиохимии. Открыл расщепление урана, ряд радиоактивных элементов Фриц Штрассман 1902—1980 Немецкий физик и химик. Работы относятся к ядерной химии, ядерному делению. Дал химическое доказательство процессу деления Рассмотрим механизм этого явления. На рисунке 162, а условно изображено ядро атома урана.
Поглотив лишний нейтрон, ядро возбуждается и деформируется, приобретая вытянутую форму рис. Процесс деления ядра урана под воздействием попавшего в него нейтрона Вы уже знаете, что в ядре действует два вида сил: электростатические силы отталкивания между протонами, стремящиеся разорвать ядро, и ядерные силы притяжения между всеми нуклонами, благодаря которым ядро не распадается. Но ядерные силы — короткодействующие, поэтому в вытянутом ядре они уже не могут удержать сильно удалённые друг от друга части ядра. Под действием электростатических сил отталкивания ядро разрывается на две части рис. Получается, что часть внутренней энергии ядра переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков и частиц. Осколки быстро тормозятся в окружающей среде, в результате чего их кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию среды т. При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно её температура заметно возрастают т.
Таким образом, реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду. Энергия, заключённая в ядрах атомов, колоссальна.
Итак, предположим, что где-то в теле Земли действует такой реактор. По каким признакам его можно обнаружить?
Один из методов поиска — анализ продуктов деления, мигрирующих из зоны реакции и достигающих земной поверхности. В частности, очень интересен изотопный состав «солнечного элемента» — гелия. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He и 3He. Гелий-4 попадает в атмосферу в результате естественного распада урана и тория.
В воздухе на миллион атомов гелия-4 приходится всего полтора атома гелия-3. Но в базальтах срединно-океанических хребтов изотопа 3He больше уже в 8 раз, а в некоторых изверженных магматических горных породах — в 40! Как объяснить происхождение гелия с высоким содержанием изотопа 3He? Какие физические процессы могут быть ответственны за это?
Обычный радиоактивный распад явно не годится, так как он продуцирует исключительно гелий-4. Попробуем привлечь на помощь ядерные реакции деления. Известно, что при работе реактора тяжелые ядра, поглощая нейтрон, становятся неустойчивыми и могут делиться на два крупных осколка с испусканием легких заряженных частиц и 2—3 нейтронов. В конечном продукте совокупности таких реакций доли обоих изотопов гелия хотя и отличаются, но представляют собой величины одного порядка.
Напомним, что в «стандартном» атмосферном гелии их концентрации различаются на шесть порядков! Таким образом, относительно высокое содержание гелия-3, наблюдаемое в магматических породах, поднявшихся на поверхность из земных недр, может служить косвенным свидетельством работы глубинного геореактора. Уран выпал в осадок? Прежде чем продолжить разговор, хочется еще раз подчеркнуть принципиальное различие между естественным радиоактивным распадом и ядерной реакцией деления, ибо разница эта не всегда очевидна на неискушенный взгляд.
Обычная радиоактивность — это самопроизвольный распад атомных ядер; для реакции деления обязательно требуется взаимодействие с внешней частицей нейтроном. По этой причине для осуществления ядерной реакции нужна достаточная концентрация активного вещества; для спонтанного распада концентрация не имеет никакого значения. Если в недрах Земли действительно идут цепные реакции, значит, там должны присутствовать скопления радиоактивных элементов актиноидов. Как и где именно они образовались?
На этот счет существует множество разных точек зрения: от мантии до геометрического центра Земли. Анисичкин с соавторами предложили обоснованную гипотезу, согласно которой местом критической концентрации урана и тория могла быть поверхность твердого внутреннего ядра Земли. Эта концепция во многом базируется на работах по растворимости диоксида урана UO2 , проведенных в конце 1990-х гг. В экспериментах на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» А.
Туркиным было показано, что растворимость UO2 в расплавах на основе железа с ростом давления уменьшается. Исследуемый диапазон давлений составлял 5—10 ГПа для сравнения: в центре Земли давление около 360 ГПа. Поскольку в природе уран встречается преимущественно в виде оксидов, то логично сделать вывод: чем глубже, тем хуже будет растворяться уран! Этот важный экспериментальный факт наводит на мысль, что миграция актиноидов в теле Земли могла быть следующей.
После образования планеты в океане магмы, состоящей, в основном, из расплавов железа и силикатов, присутствовали и соединения урана. Со временем магма остывала, и происходило гравитационное разделение вещества по плотности. Силикаты, кристаллизуясь, всплывали в магме, плотность которой за счет железа была выше. Соединения же тяжелых актиноидов, выделяясь из расплава по мере роста давления и кристаллизуясь, оседали на внутреннее твердое железоникелевое ядро планеты.
Из сейсмологических исследований известно, что переходная зона между внешним жидким и внутренним твердым ядром Земли толщиной 2—3 км имеет мозаичную структуру. При этом основными структурными элементами являются относительно тонкие взвешенные слои протяженностью до нескольких десятков километров. Возможно, именно они и являются областями концентрации тяжелых радиоактивных элементов. Не можешь найти — моделируй!
Когда речь идет о процессах на глубинах в тысячи километров, следует иметь в виду, что, с одной стороны, они недоступны непосредственному экспериментальному исследованию, с другой — их не всегда возможно изучать и в лабораторных установках, где трудно создать аналогичные физические условия. Но в современной науке существует еще один универсальный инструмент познания — компьютерное моделирование. В 2005 г. Задача была не из легких, поскольку методы теории реакторов традиционно применяются для расчета процессов длительностью максимум в годы, а здесь потребовалось просчитывать интервалы в миллиарды лет!
Согласно их идее при кристаллизации магматического океана происходило «гравитационное разделение вещества по плотности», в результате которого силикаты, кристаллизуясь, всплывали, а соединения тяжелых актиноидов оседали на внутреннее ядро планеты. В дальнейшем сконцентрировавшаяся таким образом масса актиноидов, и в первую очередь соединения урана, играла роль ядерного реактора, генерирующего энергию, обусловленную цепными реакциями деления. К сожалению, в самой основе этой занимательной гипотезы лежит недоразумение. Кристаллизация каких-либо соединений актиноидов в виде самостоятельных минеральных фаз, которые могли бы погружаться в недра планеты, в магматическом океане невозможна.
Прежде всего, это обусловлено исключительно низкими концентрациями урана и других актиноидов в протопланетном веществе.