расщепляющиеся материалы (Fissile Materials)

Вещества, ядра которых при захвате нейтронов испытывают деление, т. е. развал исходного ядра на два осколка (продукты деления) с выделением кинетической энергии их разлета. Для ядер элементов, расположенных в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева в интервале от тория (Th) до плутония (Pu) [актинидов], эта энергия составляет ок. 200 МэВ (ок. 3,2.10^–17 Дж). Энергетическим эквивалентом деления всех ядер 1 г урана (U) или плутония является сжигание ок. 25 т угля или 15 т нефти.

Реакция ядерного деления в практически значимых условиях достижима лишь для очень тяжелых (с порядковым номером Z ≥ 92) ядер, лежащих за пределами области ядерной стабильности. Поэтому все Д. м. радиоактивны, с преобладанием α-распада. При этом их Т1/2 различаются на много порядков. Для ядерных технологий значение имеют лишь Д. м. с относительно большими Т1/2, что позволяет накапливать их в значимых количествах. С функциональными свойствами Д. м. их радиоактивность никак не связана, хотя ее часто приходится учитывать при практической реализации ядерных технологий.

Д. м. обычно классифицируются на основании двух основных критериев. По первому из них – способу происхождения – различают первичные Д. м. (имеющиеся в природе) и вторичные (получаемые искусственно). К первым принадлежит природный торий, состоящий из единственного изотопа с А = 232, и два изотопа урана с А = 235 и А = 238. Огромные Т1/2 (1,4.10¹⁰, 7,04.10⁸ и 4,47.10⁹ лет соответственно) сохранили их до наших дней со времени рождения Земли. Ко вторым относятся изотопы нептуния (Np), плутония, америция (Am) и других тяжелых ядер с существенно меньшим T1/2. За время жизни Земли они полностью распались (если изначально и существовали) и в промышленных количествах могут быть получены лишь из первичных Д. м. с помощью реакторных технологий.

Второй критерий для классификации Д. м. – их отношение к энергии нейтронов, вызывающих деление. Наибольший интерес представляют Д. м., ядра которых делятся при захвате нейтронов любых энергий, вплоть до самых малых. К их числу относятся ядра актинидов с четным зарядом и нечетной массой: ²³⁵U (первичный Д. м.), ²³³U, ²³⁹Pu (вторичные Д. м.). В отличие от них Д. м. непрямого использования в чистом виде критической массы не образуют, и в них самоподдерживающаяся цепная реакция не происходит, поскольку их ядра делятся нейтронами лишь с энергией ≥ 1 МэВ (такую энергию имеют лишь очень немногие нейтроны деления). Таковы, например, первичные (естественные) Д. м. – ²³²Th и ²³⁸U. Однако они также представляют большой практический интерес, поскольку при их облучении в реакторе и последующих технологических процедурах могут быть получены вторичные Д. м. прямого использования – ²³³U и ²³⁹Pu соответственно. Поскольку запасы первичных Д. м. непрямого использования намного (с учетом ²³²Th – приблизительно в 500 раз) больше, чем ²³⁵U – единственного первичного Д. м. прямого использования, именно эти вторичные Д. м. могут стать основой ядерной энергетики будущего при замыкании ядерного топливного цикла (ЯТЦ).

Химическое и технологическое оформление Д. м. разнообразно – в зависимости от их функционального назначения.

Лит.: Абрамов А.И. Основы ядерной физики. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 162–166;

Ядерная энергетика: вопросы и ответы. Вып. 7. М.: ИздАт, 1994. С. 14–16;

Климов А.Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М.: Энергоатомиздат, 2002. С. 149–162.

А.Б. Колдобский.