Пише блогер Олексій Мараховец:

Якщо ви думаєте, що золото з платиною є самими коштовними металами на планеті, то ви помиляєтеся. Порівняно з деякими штучно отриманими металами, золото порівнянно з іржею на старому шматку покрівельного заліза. Ви можете уявити собі ціну в 27 000 000 доларів США за один грам речовини? Саме стільки коштує радіоактивний елемент каліфорній-252. Дорожче лише антиматерія, яка є найдорожчою субстанцією у світі (близько 60 трильйонів доларів за грам антиводню).

На сьогоднішній день у світі накопичено лише 8 грам каліфорнія-252, а щороку виробляється не більше 40 міліграм. І на планеті є тільки 2 місця, де його регулярно проводять: у Окріджській національної лабораторії в США і ... в Димитровграді, в Ульяновської області.

Хочете дізнатися, як з'являється на світ майже найдорожчий матеріал у світі і для чого він потрібен?

Димитровград

В 80 кілометрах від Ульяновська, на річці Черемшан, знаходиться місто Димитровград з населенням близько 100 000 чоловік. Його головне підприємство — Науково-дослідний інститут атомних реакторів (НИИАР), який був створений в 1956 році з ініціативи Курчатова. Спочатку він був дослідною станцією для випробувань ядерних реакторів, але в даний час спектр напрямків діяльності значно розширився. Зараз в НИИАР відчувають різні матеріали, щоб визначити, як вони себе ведуть в умовах тривалого радіоактивного випромінювання, створюють радіонуклідні джерела та препарати, які застосовують в медицині і дослідженнях, вирішують технічні питання екологічно чистих технологій і просто ведуть наукову діяльність. У НИИАР працює близько 3500 співробітників і існує 6 реакторів.

Світять, та не гріють

Ні один з шести «нииаровских» реакторів не використовується як джерело енергії і не опалює місто — тут ви не побачите гігантських установок на тисячі МВт. Головне завдання цих «малюків» — створити максимальний по щільності потік нейтронів, якими вчені інституту і бомбардують різні мішені, створюючи те, чого немає в природі. Реактори НИИАР працюють за схемою «10/10» — десять днів роботи і 10 днів відпочинку, профілактики і перевантаження палива. При такому режимі просто неможливо використовувати їх для нагріву води. Та й максимальна температура теплоносія, одержувана на виході, складає всього 98°С, воду швидко охолоджують у невеликих градирнях і пускають по колу.

Найпотужніший

З 6 реакторів є один, найулюбленіший вченими НИИАР. Він же і самий перший. Він же і Самий Потужний, що і дало йому ім'я — ДИВ. У 1961 році це був СМ-1 потужністю 50 МВт, в 1965 році, після модернізації, він став СМ-2, у 1992 — СМ-3, експлуатація якого розрахована до 2017 року. Це унікальний реактор і в світі він один такий. Його унікальність полягає в дуже високій щільності потоку нейтронів, що він здатний створювати. Саме нейтрони і є основною продукцією НИИАР. З допомогою нейтронів можна вирішувати багато завдань по дослідженню матеріалів і створення корисних ізотопів. І навіть втілювати в життя мрію середньовічних алхіміків — перетворювати свинець у золото (теоретично).

Якщо не вдаватися в подробиці, то процес дуже простий — береться одна речовина і обстрілюється з усіх боків нейтронами. Так, наприклад, урану шляхом дроблення його ядер нейтронами можна отримати більш легкі елементи: йод, стронцій, молібден, ксенон та інші.

Введення реактора СМ-1 в експлуатацію і його успішна робота викликали великий резонанс у науковому світі, стимулювавши, зокрема, спорудження в США высокопоточных реакторів з жорстким спектром нейтронів — HFBR (1964 рік) і HFIR (1967 рік). У НИИАР неодноразово приїжджали світила ядерної фізики, включаючи батька ядерної хімії Гленна Сиборга, і переймали досвід. Але все ж такий же за елегантності і простоти реактор так ніхто більше і не створив.

Реактор СМ до геніальності проста. Його активна зона — це майже кубик в 42 x 42 x 35 див. Але виділяється потужність цього кубика — 100 МВт! Навколо активної зони в спеціальних каналах встановлюють трубки з різними речовинами, які необхідно обстріляти нейтронами.

наприклад, зовсім нещодавно з реактора витягли колбу з іридієм, з якого отримали потрібний ізотоп. Тепер вона висить і остигає.

Після цього маленьку ємність з тепер вже радіоактивним іридієм занурять в спеціальний захисний свинцевий контейнер вагою в кілька тонн і відправлять на автомобілі замовника.

Відпрацьоване паливо (всього кілька грамів) потім теж остудять, законсервують у свинцеву бочку і відправлять в радіоактивне сховище на території інституту на тривале зберігання.

Блакитний басейн

В цьому залі не один реактор. Поряд з СМ знаходиться і інший — РБТ — реактор басейнового типу, який працює з ним у парі. Справа в тому, що в реакторі СМ паливо «вигоряє» лише наполовину. Тому його потрібно «дожечь» РБТ.

Взагалі, РБТ — дивовижний реактор, всередину якого можна навіть заглянути (нам, правда, не дали). Він не має звичного товстого сталевого і бетонного корпусу, а для захисту від радіації він просто поміщений у величезний басейн з водою (звідси і назва). Товща води утримує активні частинки, гальмуючи їх. При цьому частинки, які рухаються зі швидкістю, що перевищує фазову швидкість світла в середовищі, викликають знайоме багатьом фільмам блакитнувате світіння. Цей ефект носить назву за іменами вчених, які його описали — Вавілова – Черенкова.

(Фото не має відношення до реактора РБТ або НИИАР, а лише демонструє ефект Вавілова-Черенкова).

Запах грози

Запах реакторного залу не сплутати ні з чим. Тут сильно пахне озоном, як після грози. Повітря іонізується при перевантаженні, коли відпрацьовані складання дістають і переміщують у басейн для охолодження. Молекула кисню О2 перетворюється в О3. До речі, озон пахне зовсім не свіжістю, а більше схожий на хлор і такий же їдкий. При високій концентрації озону ви будете чхати і кашляти, а потім помрете. Він віднесений до першого, найвищого класу небезпеки шкідливих речовин.

Радіаційний фон в залі в цей момент підвищується, але й людей тут немає — все автоматизовано, і оператор спостерігає за процесом через спеціальне вікно. Однак навіть після цього до поручнів в залі без рукавичок торкатися не варто — можна підхопити радіоактивний бруд.

Мийте руки перед і зад

Але піти додому з нею вам не дадуть — на виході з «брудної зони» всіх обов'язково перевіряють детектором бета-випромінювання, і в разі виявлення ви разом зі своїм одягом вирушите в реактор в якості палива. Жарт :)

Але руки в будь-якому випадку потрібно мити з милом після відвідування будь-яких подібних зон.

Змінити стать

Коридори і сходи в реакторному корпусі застелені спеціальним товстим лінолеумом, краї якого загнуті на стіни. Це потрібно для того, щоб у разі радіоактивного забруднення можна було б утилізувати весь будинок повністю, а просто скачати лінолеум і постелити новий. Чистота тут майже як в операційної, адже найбільшу небезпеку становить пил і бруд, які можуть потрапити на одяг, шкіру та всередину організму — альфа і бета-частинки не можуть відлетіти далеко, але при близькому впливі вони як гарматні ядра, і живим клітинам точно не поздоровиться.

Пульт з червоною кнопкою

Зал управління реактором.

Сам пульт справляє враження глибоко застарілого, але навіщо міняти те, що спроектована на довгі роки роботи? Найважливіше те, що за щитами, а там все нове. Все ж багато датчики були переведені з самописців на електронні табло, і навіть програмні системи, які, до речі, в НИИАР і розробляються.

Кожен реактор має безліч незалежних ступенів захисту, тому «фукусіми» тут не може бути в принципі. А що стосується «чорнобиля» — не ті потужності, тут працюють «кишенькові» реактори. Найбільшу небезпеку становлять викиди деяких легких ізотопів в атмосферу, але і цього не дадуть статися, як нас запевняють.

Фізики-ядерники

Фізики інституту — фанати своєї справи і можуть годинами цікаво розповідати про свою роботу і реакторах. Відведеного на запитання години не вистачило, і бесіда розтягнулася на два ненудних години. По-моєму, немає такої людини, якій не була б цікава ядерна фізика :) А директору відділення «Реакторний дослідний комплекс» Петелину Олексію Леонідовичу з головним інженером можна вести науково-популярні передачі на тему пристрої ядерних реакторів :)

Якщо за межами НИИАР ви будете заправляти штани в шкарпетки, то, швидше за все, вас хтось сфотографує і викладе в мережу, щоб посміятися. Однак тут це необхідність. Спробуйте самі здогадатися, чому.

Welcome to the hotel Californium

Тепер про каліфорнію-252 і навіщо він потрібен. Я вже розповідав про высокопоточном нейтронному реакторі СМ та його користь. Тепер уявіть, що та енергія, яку виробляє цілий реактор СМ, може дати лише один грам (!) каліфорнія.
Каліфорній-252 — потужне джерело нейтронів, що дозволяє використовувати його для обробки злоякісних пухлин, де інша променева терапія бездейственна. Унікальний метал дозволяє просвічувати частини реакторів, деталі літаків і виявляти пошкодження, які зазвичай ретельно приховуються від рентгенівських променів. З його допомогою вдається знаходити запаси золота, срібла, родовища нафти у надрах землі. Потреба в ньому у світі дуже велика, і замовники часом змушені стояти роками в черзі за жаданим микрограммом каліфорнія! А все тому, що виробництво цього металу займає.... роки. Для виробництва одного грама каліфорнія-252 плутоній або кюрій піддають тривалому нейтронного опромінення в ядерному реакторі, протягом 8 і 1.5 років відповідно, послідовними перетвореннями проходячи практично всю лінійку трансуранових елементів таблиці Менделєєва. На цьому процес не закінчується — з одержаних продуктів опромінення хімічним шляхом довгими місяцями виділяють сам каліфорній. Це дуже і дуже копітка робота, яка не прощає поспіху. Микрограммы металу збирають буквально за атомів. Цим і пояснюється така висока ціна.

до Речі, критична маса металевого каліфорнія-252 складає всього 5 кг (для металевого кулі), а у вигляді водних розчинів солей — 10 грам (!), що дозволяє його використовувати в мініатюрних ядерні бомби. Однак, як я вже писав, у світі поки що є лише 8 грам, і використовувати його в якості бомби було б дуже марнотратно :) Так ось біда, через 2 роки від існуючого каліфорнія залишається рівно половина, а через 4 роки він і зовсім перетворюється на потерть з інших більш стабільних речовин.

Фотографії і текст — Джерело