Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

Но злоключения Дэвида на этом не закончились. Правда, следует отдать ему должное – он брался за все более сложные затеи, решив наконец сконструировать ядерный реактор. Для начала он применил те скудные знания ядерной физики, которые добыл с большим трудом. Знания эти он, разумеется, приобрел не в школе (Дэвид был незаинтересованным и даже ленивым учеником). Всю информацию он получил из старательно переписанных блестящих буклетов, пропагандировавших ядерную энергетику, и из переписки с какими-то чиновниками, которых ему удалось перехитрить. Они поверили, что некий «профессор Хан» хочет проконсультироваться о постановке экспериментов для своих воображаемых студентов.

В частности, Дэвид познакомился с тремя основными ядерными процессами: делением ядра, синтезом и радиоактивным распадом. Звезды горят именно потому, что в них протекает ядерный синтез с участием водорода. Это очень мощный и эффективный процесс, который, однако, практически не применятся в ядерной энергетике на Земле. Дело в том, что на нашей планете крайне сложно создать температуру и давление, необходимые для запуска ядерного синтеза. Поэтому Дэвид решил использовать распад ядер урана и радиоактивность нейтронов, которые возникают при делении урана в качестве побочного продукта. Сравнительно тяжелые элементы, например уран, неспособны удержать все протоны в своем небольшом ядре, поскольку частицы с одинаковыми зарядами отталкиваются. Поэтому в таких ядрах присутствует большое количество нейтронов, играющих роль своеобразного «буфера». Когда тяжелый атом делится на два легких атома приблизительно одинакового размера, в этих более легких атомах требуется значительно меньше «буферных нейтронов», поэтому лишние нейтроны попросту отбрасываются. Иногда эти нейтроны сразу захватываются другими атомами, расположенными поблизости. В результате такие атомы становятся нестабильными, делятся и высвобождают еще больше нейтронов. Так возникает цепная ядерная реакция. В атомной бомбе такой процесс просто пускается на самотек. Реактор – более сложное устройство, так как в нем требуется «растянуть» деление ядер на сравнительно долгий период. Основная проблема технического характера, с которой столкнулся Дэвид, заключалась в следующем: после того как атом урана делится и испускает нейтроны, образующиеся в результате более легкие атомы оказываются стабильными. Они не могут поддерживать цепную реакцию. Таким образом, обычные ядерные реакторы постепенно «угасают» из-за недостатка топлива.

Осознав это, Дэвид решил пойти гораздо дальше своих первоначальных планов, связанных с получением воображаемой благодарности «за продвижение ядерной энергетики» – а ведь сначала он действительно мечтал лишь об этом. Но Дэвид увлекся гораздо более преступной идеей. Он решил построить реактор-размножитель (бридер). Бридеры сами обеспечивают себя топливом за счет сложной комбинации используемых радиоактивных изотопов. Первичным источником энергии для бридера являются топливные таблетки из урана-233, который распадается почти сразу. Число 233 означает, что в ядре этого изотопа урана содержится 92 протона и 141 нейтрон – обратите внимание на избыток нейтронов. Но уран должен быть заключен в контейнер из немного более легкого элемента, тория-232. В результате первого этапа деления атомы тория захватывают лишние нейтроны и превращаются в торий-233. Нестабильный торий-233 подвергается бета-распаду, теряя один электрон. Поскольку электрические заряды в природе всегда стремятся к равновесию, торий, теряющий электрон, также преобразует один из нейтронов в положительный протон. Получив этот новый протон, торий-233 превращается в изотоп следующего элемента периодической системы, протактиний-233. Этот элемент, в свою очередь, также нестабилен: он теряет еще один электрон и преобразуется в тот самый изотоп, с которого все начиналось: уран-233. Так мы, почти волшебным образом, получаем свежее топливо для нашего реактора, просто комбинируя нужные элементы в правильном порядке.

Дэвид занимался этим проектом по воскресеньям, так как после развода родителей проводил у матери лишь часть времени.

В целях безопасности он раздобыл стоматологический свинцовый передник, чтобы защищать свои внутренние органы. Всякий раз, проведя несколько часов в сарае на заднем дворе, Дэвид переодевался. Мать и отчим позже признавались, что иногда замечали, как парень выбрасывает хорошую одежду, и считали это странным. Тем не менее они полагали, что парень просто умнее них и знает, что делает.

Самым простым этапом задуманной Дэвидом затеи был, пожалуй, поиск тория-232. Детали с содержанием тория исключительно тугоплавки, поэтому при нагревании они ярко сияют. Такие запчасти слишком опасны, чтобы пользоваться ими в домашних лампах накаливания, но в промышленности, особенно в горнодобывающих отраслях, ториевые светильники используются довольно часто. В качестве источника света в ториевой лампе применяется не нить накаливания, а специальная проволочная сеть, называемая калильной сеткой. Когда Дэвид заказал сотни таких запасных сеток у оптовика, у того не возникло никаких подозрений. Затем Дэвид, продемонстрировав свои успехи в химии, расплавил калийные сетки в ториевый шлак, поддерживая стабильную высокую температуру при помощи паяльной лампы. Этот материал он обработал литием, на который пришлось потратить целую тысячу долларов – литий был добыт из батареек, разрезанных кусачками. Далее Дэвид нагревал шлак с активным литием на горелке Бунзена, получив в результате очищенный торий. Вот и была готова отличная оболочка для будущей активной зоны реактора.

К сожалению (или, наоборот, к счастью), Дэвид отлично разобрался в химии радиоактивных элементов, а вот в ядерной физике соображал очень плохо. Итак, Дэвиду еще требовалось достать уран-235 для облучения тория и синтеза урана-233. Поэтому он прикрепил на приборную доску своего «Понтиака» счетчик Гейгера (это прибор, который регистрирует радиоактивное излучение, издавая характерное потрескивание) и поехал по сельским районам штата Мичиган, как будто мог так запросто наткнуться на урановое месторождение. Но обычный уран почти полностью состоит из изотопа U-238, очень слабого источника радиоактивности. Разработка способа обогащения урановой руды и отделения урана-235 от урана-238 – химически совершенно идентичных металлов – представляет собой, в сущности, важнейшее достижение Манхэттенского проекта. В конце концов, Дэвиду удалось приобрести немного урана у сомнительного поставщика из Чехии, но это, опять же, был необогащенный уран, а не так необходимая затравка. В конце концов, отказавшись от первоначальной идеи, Хан соорудил «нейтронную пушку», чтобы уже с ее помощью облучить торий и добыть уран-233 таким окольным путем. Но «пушка» работала плохо.

Позже в газетах было растиражировано несколько сенсационных историй, в которых утверждалось, что Дэвиду удалось построить в сарае ядерный реактор. На самом деле он даже не приблизился к этой цели. Легендарный физик-ядерщик Альберт Гиорсо однажды подсчитал, что у Дэвида было в миллиард миллиардов раз меньше радиоактивного вещества, чем требовалось для воплощения его замысла. Разумеется, Дэвид собирал опасные вещества и в зависимости от полученной дозы радиации существенно укоротил себе жизнь. Но такова реальность. Существует множество способов отравиться радиоактивными веществами и очень, очень мало методов (требующих точного хронометража и сложных приборов), позволяющих укротить тяжелые элементы и сделать из них что-нибудь путное.

Когда полиции стало известно о планах Дэвида, стражи порядка решили действовать наверняка. В первый раз полицейские засекли Дэвида поздно ночью, когда он возился у машины, и предположили, что это панк, ворующий шины. Задержав парня и надавив на него, полицейские обыскали его «Понтиак» – причем Дэвид любезно предупредил их о том, что машина полна радиоактивных веществ. Кроме того, полицейские нашли в автомобиле ампулы со странным порошком и арестовали Дэвида для полномасштабного допроса. Дэвид оказался достаточно здравомыслящим, чтобы не упоминать о «раскочегаренной» установке, стоящей в сарае. Кстати, он уже успел почти полностью разобрать свою конструкцию, опасаясь, что достиг слишком серьезных успехов и может оставить на месте материнского дома большую воронку. Когда федеральные службы попытались выяснить, кто является законным представителем Дэвида – ведь до сих пор никто не пробовал незаконно осчастливить весь мир дешевой ядерной энергией, – разбирательство затянулось на месяцы. Тем временем мать Дэвида, опасавшаяся, что дом у нее конфискуют, однажды ночью проникла в лабораторию сына и выкинула на свалку все, что там нашла. Через несколько месяцев ликвидаторы в спецодежде и с оборудованием для работы с опасными веществами нагрянули в сарай через соседский задний двор и хорошенько его обыскали. Даже тогда валявшиеся на полу инструменты и жестяные банки страшно излучали, превышая естественный радиационный фон в тысячи раз.