Металлы и человек
Шрифт:
Сегодня уже целый ряд электростанций в разных странах мира работает, используя энергию атомного ядра. Самая первая в мире такая электростанция была построена в нашей стране. В нашей стране спущен на воду и первый в мире атомный ледокол.
С энергией урана связаны великие надежды и великие опасения человечества. Целью всех прогрессивных людей стало поставить эту энергию на службу миру и прогрессу.
Будущее урана — это атомные космические ракеты и самолеты, движущиеся с фантастической скоростью в ионосфере, гигантские суда, обеспеченные одним зарядом «топлива» на десятки лет, и карманные фонари, одной батарейки которых хватает на всю жизнь человека. Будущее урана — это преобразование климата материков планеты, сооружение искусственных островов и уничтожение «лишних» горных хребтов, отепление Арктики и обводнение пустынь.
Вот какие фантастические перспективы сулит этот удивительный металл!
Тезка седьмой планеты
В 1781 году знаменитый английский астроном Вильям Гершель, наблюдая с помощью самодельного телескопа небо, обнаружил светящееся облачко, которое принял сначала за комету. Однако дальнейшие наблюдения убедили ученого, что это не комета, а новая, седьмая планета солнечной системы, родная сестра Земли. Гершель назвал ее по имени бога неба древних греков — Ураном.
Открытие Гершеля произвело огромное впечатление на все круги общества, привлекло всеобщее внимание к безвестному до этого скромному астроному-любителю. Одним из проявлений этого внимания и восхищения и было то, что немецкий химик М. Г. Клапрот в 1789 году назвал именем новой планеты открытый им металл.
Впрочем, Клапрот, как это часто бывало в те времена, получил не чистый уран, а его окисел, «землю». Металлический уран впервые выделил в 1841 году французский химик Э. Пелиго, восстановив его металлическим калием.
Уран оказался не очень интересным по своим механическим и химическим свойствам металлом. Прежде всего он обладает очень большим удельным весом — 19,05 г на куб. см, то есть он почти вдвое тяжелее свинца. Уран сравнительно мягкий металл, легко поддающийся механической обработке. При высоких температурах его можно ковать, волочить, выдавливать. Из него и делают этим способом трубы разного сечения, проволоку, фольгу.
Внешне уран напоминает сталь. Свежеотполированная его поверхность имеет серебристый, чуть голубоватый отблеск. Однако на воздухе она через несколько часов тускнеет. А тонкая пыль урана, распыленная в сухом воздухе, даже самовозгорается. Погруженный в воду, он медленно разлагает ее. Все это говорит о химической активности урана.
Впрочем, никто никогда и не пытался применить уран в качестве конструкционного материала (даже в качестве легирующих добавок к стали не нашел он себе применения). И если бы не другие удивительные его свойства, так и оставался бы он практически бесполезным элементом, занимающим последнее место в периодической системе, скупые образцы крупинок которого можно было бы встретить в немногих коллекциях лучших университетов, да и там его держали бы только для полноты этих коллекций. Лишь некоторые соединения урана использовались бы в фотографии и стекловарении.
Но уран оказался обладателем изумительных специфических свойств. Он непрерывно самопроизвольно выплескивает потоки лучей. При этом ядра атомов урана распадаются, превращаясь в атомы других элементов. И на этот процесс не может повлиять ни то, в состав каких веществ входит уран, ни температура, ни агрегатное состояние, в котором он находится.
В результате радиоактивного распада уран превращается в свинец. Процесс этот происходит, правда, чрезвычайно медленно. Один грамм урана содержит 2,51021 атомов. Каждую секунду из этого количества распадается около 12 тысяч атомов. Чтобы распалась половина всех атомов этого грамма урана, надо около 5 миллиардов лет. За следующие 5 миллиардов лет распадается половина оставшейся половины атомов и т. д.
При этом распаде выделяется огромное количество энергии. При распаде ядер одного килограмма урана выделяется такое количество энергии, что его хватит для кругосветного рейса паровоза через оба полюса.
Открывшиеся возможности овладеть этой энергией и сделали уран важнейшим металлом современности.
Ядра атома — новое горючее
Одна из важнейших характеристик горючего — количество энергии, выделяющейся при его сжигании. В этом отношении атомное горючее не имеет себе равных.
Один килограмм лучшего, самого калорийного топлива, нефти, при полном сжигании выделяет 11,6 киловатт-часа энергии.
Один килограмм урана — 22 900 тысяч киловатт-часов энергии!
Тепловая электростанция мощностью 600 тысяч киловатт сжигает в сутки 5 эшелонов каменного угля. Электростанция такой же мощности, работающая на атомном горючем, потребует в год около тонны урана.
Буквально несоизмеримые величины!
Так почему же не построены до сих пор повсеместно только атомные электростанции? Почему мы до сих пор возимся с добычей угля и нефти, строим громоздкие и дорогие гидроэлектростанции?
Может быть, атомное горючее, в первую очередь уран и торий, чрезвычайно редкие элементы? Ведь всего два десятка лет тому назад лишь в немногих лучших академических лабораториях можно было найти в коллекциях пробирку с сероватыми кусочками урана на дне, лишь немногие физики держали хоть раз в жизни непривычно тяжелые крупинки этого вещества на своей ладони.
Нет, уран не редкий элемент. Земная кора на 0,0005 процента состоит из урана. Примерно столько же в земной коре содержится свинца. А разве свинец можно считать редким металлом? Меньше в земной коре содержится и таких металлов, как висмут, серебро, золото, платина.
Мал да удал.
В полтора раза больше, чем урана, содержится в земной коре другого металла, способного служить ядерным горючим, — тория — 0,0008 процента.
Однако уран редко содержится в значительных количествах. Он обычно присутствует в рудах других элементов в качестве добавки. Даже при переработке богатых урановых руд из 100 тонн урановой руды выделяют всего 70 кг чистого металла, да и из этого металла лишь незначительная часть (всего около 500 г) составляет изотоп урана, называемый «уран-235», который может быть сразу применен в качестве ядерного горючего.