Плутоний-239

2. Вынужденное деление

Кривая выхода продуктов деления урана-235 для различных энергий делящих нейтронов.

В начале 1930-х гг. Энрико Ферми проводил облучение урана нейтронами, преследуя цель получить таким образом трансурановые элементы. Но в 1939 г. О. Ган и Ф. Штрассман смогли показать, что при поглощении нейтрона ядром урана происходит вынужденная реакция деления. Как правило, ядро делится на два осколка, при этом высвобождается 2-3 нейтрона (см. схему).

В продуктах деления урана-235 было обнаружено около 300 изотопов различных элементов: от Z=30 (цинк) до Z=64 (гадолиний). Кривая зависимости относительного выхода изотопов, образующихся при облучении урана-235 медленными нейтронами, от массового числа — симметрична и по форме напоминает букву «M». Два выраженных максимума этой кривой соответствуют массовым числам 95 и 134, а минимум приходится на диапазон массовых чисел от 110 до 125. Таким образом, деление урана на осколки равной массы (с массовыми числами 115—119) происходит с меньшей вероятностью, чем асимметричное деление, такая тенденция наблюдается у всех делящихся изотопов и не связана с какими-то индивидуальными свойствами ядер или частиц, а присуща самому механизму деления ядра. Однако асимметрия уменьшается при увеличении энергии возбуждения делящегося ядра и при энергии нейтрона более 100 МэВ распределение осколков деления по массам имеет один максимум, соответствующий симметричному делению ядра.

Один из вариантов вынужденного деления урана-235 после поглощения нейтрона (схема)

Осколки, образующиеся при делении ядра урана, в свою очередь являются радиоактивными, и подвергаются цепочке β−-распадов, при которых постепенно в течение длительного времени выделяется дополнительная энергия. Средняя энергия, выделяющаяся при распаде одного ядра урана-235 с учётом распада осколков, составляет приблизительно 202,5 МэВ = 3,244×10−11 Дж, или 19,54 ТДж/моль = 83,14 ТДж/кг.

Деление ядер — лишь один из множества процессов, возможных при взаимодействии нейтронов с ядрами, именно он лежит в основе работы любого ядерного реактора.

2.1. Цепная ядерная реакция

Каждый нейтрон, образовавшийся при распаде ядра урана-235, при попадании в другое ядро может вызвать образование составного ядра с дальнейшим его распадом и испусканием в среднем 2-3-х нейтронов, тогда количество нейтронов после второго этапа распада ядер будет равно, к примеру, 3² = 9. С каждым последующим этапом количество образующихся нейтронов будет нарастать лавинообразно. Это явление и называется цепной ядерной реакцией. Если такая реакция является самоподдерживающейся, то она называется критической (критическое состояние); масса вещества (в данном случае урана), необходимая для создания критического состояния, называется критической массой. Однако в реальных условиях достичь критического состояния не так просто, так как на протекание реакции влияет ряд факторов. Например, природный уран лишь на 0,72 % состоит из 235U, 99,2745 % составляет уран-238, который поглощает нейтроны, образующиеся при делении ядер урана-235. Кроме того, при распаде 235U образуются быстрые нейтроны, в то время как сечение поглощения быстрого нейтрона ядром 235U с последующим делением существенно ниже по сравнению с сечением деления под воздействием тепловых нейтронов. Это приводит к тому, что в природном уране цепная реакция очень быстро затухает. Осуществить незатухающую цепную реакцию можно несколькими основными путями:

  • Осуществить разделение изотопов, повысив таким образом содержание урана-235 в образце. В этом случае потеря нейтронов будет происходить лишь через поверхность образца. Эту потерю можно предотвратить с помощью различного рода отражателей. Тем не менее, возможно достижение критического состояния и без использования отражателей — за счёт увеличения количества вещества до значения, превышающего значение критической массы;
  • Более существенное влияние может оказать замедление нейтронов, выделяющихся при делении. Отношения сечений поглощения тепловых нейтронов ураном-238 и ураном-235 в зависимости от энергии делящего нейтрона выше в 25-125 раз, чем быстрых, следовательно доля нейтронов, поглощённых ураном-238 резко уменьшится.

Применение[править | править код]

Плутоний-238 приобрёл совершенно исключительное значение как источник тепла в всевозможных радиоизотопных источниках энергии. Основными приемуществами этого изотопа являются: отсутствие нейтронного излучения, высокая плотность, химическая стойкость и тугоплавкость его химических соединений (оксид, карбид, борид, нитрид), относительная дешевизна, длительный период полураспада и большая интегрированная энергия распада. Изготовляемые из соединений этого изотопа керамические тепловыделяющие элементы очень удобны для эксплуатации. В настоящее время плутоний-238 является стратегически важным материалом для обеспечения миссий исследовательских космических аппаратов в дальний космос, и в значительной степени эти миссии зависят от накопления нужных количеств этого изотопа. Помимо производства нагревательных элементов РИТЭГ, плутоний-238 применяется для производства компактных источников нейтронов используемых при нейтронном каротаже скважин или нейтронном активационном анализе вещества, а также для производства мощных источников нейтронов используемых в качестве нейтронных инициаторов («Урчин») в атомных бомбах взамен полониевых источников нейтронов. Для этой цели используются различные комбинации плутония-238 с бериллием.

Уран 238 4n + 2 семейства

U-238 является изотоп урана , который в изобилии больше , чем 99,2743% природного урана, распадается , естественно , приводит 206 , стабильной и нерадиоактивные.

Плутоний-238 , который используется в качестве источника тепла в термоэлектрических генераторах радиоизотопного , имеет непосредственное отношение к этой цепочке распада с альфа распадом, производя уран-234 (U-238 достиг 234 U с помощью два распа β-). Его энергия распада составляет 5,593  МэВ , его удельная мощность составляет около 567  Вт / кг, а период полураспада составляет 87,74 года.

Цепочка распада урана-238.

Химический элемент Радиация Наблюдаемый в спектрометрииγ{\ displaystyle \ gamma} Период полураспада
Плутоний 242 242 Pu Α радиоактивность почти невозможно 373 000 лет
Уран 238 238 U Α радиоактивность почти невозможно 4,4688 × 10 9 а
Торий 234 234 Чт Β радиоактивность линии <4% по интенсивности

и при энергии
120  кэВ

24 дня
Протактиний 234 234 Па Β радиоактивность да (несколько интенсивных строк) 1,2 мин.
Уран 234 234 U Α радиоактивность почти невозможно 245 000 лет
Торий 230 230 Чт Α радиоактивность трудно (интенсивность <0,4%) 75 000 лет
Радий 226 226 Ra Α радиоактивность да (линия 3,55% на 186,2  кэВ ) 1 602 а
Радон 222 222 р- н Α радиоактивность очень сложно (I <0,1%) 3,8 г
Полоний 218 218 По Α радиоактивность практически невозможно (I <0,01%) 3 мин
Свинец 214 214 Пб Β радиоактивность да (несколько интенсивных строк) 27 мин.
Висмут 214 214 Би Β радиоактивность да (несколько интенсивных строк) 20 минут
Полоний 214 214 По Α радиоактивность практически невозможно (I = 0,0104%) 160 мкс
Свинец 210 210 Pb Β радиоактивность вряд ли (энергия < 50  кэВ ) 22,3 а
Висмут 210 210 Би Β радиоактивность нет 5 дней
Полоний 210 210 По Α радиоактивность практически невозможно (l = 0,001%) 138.376 дней
Свинец 206 206 Пб стабильный

Длительный период полураспада урана-238 объясняет, почему он все еще находится на Земле в его естественном состоянии; примерно половина «первоначального» количества (когда ) этого изотопа урана превратилась в свинец.

Три потомка урана 238 имеют значительный период полураспада (уран 234, торий 230 и радий 226), к которым в урановые руды добавлен протактиний 231, потомок урана 235.

Цепные дивертикулы незначительны:

  • Полоний-218 проявляет бета-радиоактивность в 0,02% случаев.
  • Висмут 214 проявляет альфа-радиоактивность в 0,02% случаев.
  • Свинец 210 проявляет альфа-радиоактивность в 0,02 ppm случаев.
  • Висмут 210 проявляет альфа-радиоактивность в 1,3 промилле .

Производство

Плутоний-240, -241 и -242

Деления сечение для 239 Pu составляет 747,9 барна для тепловых нейтронов, в то время как сечение активации 270,7 барна (отношение приближается к 11 делений на каждые 4 захватов нейтронов). Высшие изотопы плутония образуются при длительном использовании уранового топлива. Для использованного топлива с высоким выгоранием концентрации изотопов с более высоким выгоранием будут выше, чем у топлива с низким выгоранием, которое перерабатывается для получения плутония оружейного качества .

Образование 240 Pu, 241 Pu и 242 Pu из 238 U
Изотоп Тепловых нейтронов сечение (барн) Режим распада Период полураспада
Захватывать Деление
238 U 2,683 0,000 α 4,468 x 10 9 лет
239 U 20,57 14.11 β — 23,45 мин.
239 нп 77,03 β — 2.356 дней
239 Pu 270,7 747,9 α 24 110 лет
240 Pu 287,5 0,064 α 6561 год
241 Pu 363,0 1012 β — 14,325 лет
242 Pu 19,16 0,001 α 373 300 лет

Плутоний-239

Плутоний-239 — один из трех расщепляющихся материалов, используемых для производства ядерного оружия и в некоторых ядерных реакторах в качестве источника энергии. Другими делящимися материалами являются уран-235 и уран-233 . Плутоний-239 практически отсутствует в природе. Его получают путем бомбардировки урана-238 нейтронами в ядерном реакторе. Уран-238 присутствует в большом количестве в реакторном топливе; следовательно, в этих реакторах непрерывно производится плутоний-239. Поскольку плутоний-239 сам может расщепляться нейтронами для высвобождения энергии, плутоний-239 обеспечивает часть выработки энергии в ядерном реакторе.


Кольцо из электролитически очищенного плутония оружейного качества чистотой 99,96%. Этого кольца массой 5,3 кг достаточно плутония для использования в эффективном ядерном оружии. Форма кольца необходима для отклонения от сферической формы и избежания критичности .

Образование 239 Pu из 238 U
Элемент Изотоп Сечение захвата тепловых нейтронов (сарай) Деление тепловыми нейтронами Поперечное сечение (амбар) режим распада Период полураспада
U 238 2,68 5 · 10 −6 α 4,47 х 10 9 лет
U 239 22 15 β — 23 мин.
Np 239 30 1 β — 2.36 дней
Пу 239 271 750 α 24 110 лет

Плутоний-238

В плутонии обычных реакторов, производящих плутоний, есть небольшие количества 238 Pu. Однако разделение изотопов было бы довольно дорогим по сравнению с другим методом: когда атом 235 U захватывает нейтрон, он превращается в возбужденное состояние 236 U. Некоторые из возбужденных ядер 236 U подвергаются делению, но некоторые распадаются в основное состояние. из 236 U, испуская гамма — излучение. Дальнейший захват нейтронов создает 237 U, который имеет период полураспада 7 дней и, таким образом, быстро распадается до 237 Np. Поскольку почти весь нептуний производится таким образом или состоит из быстро распадающихся изотопов, химическим разделением нептуния получается почти чистый 237 Np. После этого химического разделения 237 Np снова облучают реакторными нейтронами, чтобы превратить его в 238 Np, который распадается до 238 Pu с периодом полураспада 2 дня.

Образование 238 Pu из 235 U
Элемент Изотоп Тепловые нейтроны сечение режим распада Период полураспада
U 235 99 α 703 800 000 лет
U 236 5,3 α 23 420 000 лет
U 237 β — 6.75 дней
Np 237 165 (захват) α 2144000 лет
Np 238 β — 2,11 дней
Пу 238 α 87,7 года

Название и особенности

«Оружейным» его называют, чтобы отличить от «реакторного». Плутоний образуется в любом ядерном реакторе, работающем на природном или низкообогащённом уране, содержащем в основном изотоп 238U, при захвате им избыточных нейтронов. Но по мере работы реактора оружейный изотоп плутония быстро выгорает, в итоге в реакторе накапливается большое количество изотопов 240Pu, 241Pu и 242Pu, образующихся при последовательных захватах нескольких нейтронов — так как обычно определяется экономическими факторами. Чем меньше глубина выгорания, тем меньше изотопов 240Pu, 241Pu и 242Pu, будет содержать плутоний, выделенный из облучённого ядерного топлива, но тем меньшее количество плутония в топливе образуется.

Специальное производство плутония для оружия, содержащего почти исключительно 239Pu, требуется, в основном, потому, что изотопы с массовыми числами 240 и 242 создают высокий нейтронный фон, затрудняющий конструирование эффективных ядерных боеприпасов, кроме того, 240Pu и 241Pu имеют существенно меньший период полураспада, чем 239Pu, из-за чего плутониевые детали нагреваются, и в конструкцию ядерного боеприпаса приходится дополнительно вводить элементы теплоотвода. Дополнительно, продукты распада тяжёлых изотопов портят кристаллическую решётку металла, что может привести к изменению формы деталей из плутония, что чревато отказом ядерного взрывного устройства.

В принципе, все эти затруднения преодолимы, и были успешно испытаны ядерные взрывные устройства из «реакторного» плутония, однако, в боеприпасах, где не последнюю роль играет компактность, малый вес, надёжность и долговечность, применяется исключительно специально произведённый оружейный плутоний. Критическая масса металлических 240Pu и 242Pu весьма велика, 241Pu — несколько больше, чем у 239Pu.

Применение[править | править код]

Плутоний-238 используют в радиоизотопных источниках энергии (например, в РИТЭГ-ах). Ранее (до появления литиевых батарей) использовались в кардиостимуляторах.

США использовали РИТЭГ-и с плутонием-238 на примерно 30 космических аппаратах НАСА, включая «Вояджеры» и «Кассини». Так, космический аппарат «Кассини» содержал три РИТЭГ-а с 33 килограммами диоксида плутония-238, которые обеспечивали генерацию 870 ватт электрической мощности. Марсоход «Кьюриосити» несёт РИТЭГ-и с 4,8 кг плутония-238, обеспечивающие 125 Вт электрической мощности. Кроме электрической генерации, РИТЭГ-и своим тепловыделением поддерживают тепловой баланс космических аппаратов и роверов.

Примечания[править | править код]

  1. Милюкова М. С., Гусев Н. И., Сентюрин И. Г., Скляренко И. С. Аналитическая химия плутония. — М.: «Наука», 1965. — С. 7—12. — 454 с. — (Аналитическая химия элементов). — 3400 экз.
  2. Редкол.:Кнунянц И.Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 580-582. — 639 с. — 50 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
  3. . Center for Space Nuclear Research. Дата обращения: 19 марта 2013.
  4.  (недоступная ссылка). Idaho National Laboratory (July 2005). Дата обращения: 24 октября 2011.
  5.  (недоступная ссылка). Department of Energy (5 February 2011). Дата обращения: 2 июля 2012.
  6. . NPR. Дата обращения: 19 сентября 2011.
  7. Wall, Mike . Space.com (6 апреля 2012). Дата обращения: 2 июля 2012.

Важная информация

По заверениям ученых, полураспад оружейного плутония составляет порядка 24 360 лет. Огромная цифра! В связи с этим особо острым становится вопрос: «Как же правильно обойтись с отходами производства данного элемента?» Наиболее оптимальным вариантом считается постройка специальных предприятий для последующей переработки оружейного плутония. Объясняется это тем, что в таком случае элемент уже нельзя будет использовать в военных целях и будет подконтролен человеку. Именно так проводится утилизация оружейного плутония в России, однако Соединенные Штаты Америки пошли другим путем, нарушив тем самым свои международные обязательства.

Так, американское правительство предлагает уничтожать высокообогащенное ядерное топливо не промышленным способом, а путем разбавления плутония и хранения его в специальных емкостях на глубине равной 500 метрам. Само собой, что в таком случае материал легко можно будет в любой момент извлечь из земли и вновь пустить его на военные цели. Как утверждает президент РФ Владимир Путин, изначально страны договаривались уничтожать плутоний не таким методом, а проводить утилизацию на промышленных объектах.

Отдельного внимания заслуживает стоимость оружейного плутония. По оценкам экспертов, десятки тонн этого элемента вполне могут стоить несколько миллиардов американских долларов. А некоторые специалисты ми вовсе оценили 500 тонн оружейного плутония аж в 8 триллионов долларов. Сумма реально впечатляющая. Чтобы было понятнее, насколько это большие деньги, скажем, что в последние десять лет 20 века среднегодовой показатель ВВП России составлял 400 миллиардов долларов. То есть, по сути, реальная цена оружейного плутония равнялась двадцати годовым ВВП Российской Федерации.

Образование

Большинство химических элементов (94 из известных 118) были найдены в природе (в земной коре), хотя некоторые из них были вначале получены искусственно (а именно: технеций Tc (порядковый номер 43), прометий Pm (61), астат At (85), а также трансурановые нептуний Np (93) и плутоний Pu (94); эти пять элементов после их искусственного создания были в исчезающе малых количествах обнаружены и в природе; они возникают как промежуточные ядра при радиоактивном распаде урана и тория, а также при захвате ураном нейтронов и последующем бета-распаде). Таким образом, в земной коре наличествуют (в очень разных концентрациях) все первые 94 элемента таблицы Менделеева.

Среди этих 94 химических элементов, обнаруженных в земной коре, большинство (83) является первичными, или примордиальными; они возникли при нуклеосинтезе в Галактике до образования Солнечной системы, и у этих элементов есть изотопы, которые являются либо стабильными, либо достаточно долгоживущими, чтобы не распасться за прошедшие с этого момента 4,567 млрд лет. Остальные 11 природных элементов (технеций, прометий, полоний, астат, радон, франций, радий, актиний, протактиний, нептуний и плутоний) являются радиогенными — они не имеют настолько долгоживущих изотопов, поэтому все существующие в земной коре природные атомы этих элементов возникли при радиоактивном распаде других элементов.

Все элементы, следующие после плутония Pu (порядковый номер 94) в периодической системе Д. И. Менделеева, в земной коре полностью отсутствуют, хотя некоторые из них могут образовываться в космосе во время взрывов сверхновых[источник не указан 1916 дней]. Периоды полураспада всех известных изотопов этих элементов малы по сравнению с временем существования Земли. Многолетние поиски гипотетических природных сверхтяжёлых элементов пока не дали результатов.

Большинство химических элементов, кроме нескольких самых лёгких, возникли во Вселенной главным образом в ходе звёздного нуклеосинтеза (элементы до железа — в результате термоядерного синтеза, более тяжёлые элементы — при последовательном захвате нейтронов ядрами атомов и последующем бета-распаде, а также в ряде других ядерных реакций). Легчайшие элементы (водород и гелий — почти полностью, литий, бериллий и бор — частично) образовались в первые три минуты после Большого взрыва (первичный нуклеосинтез).

Одним из главных источников особо тяжёлых элементов во Вселенной должны быть, согласно расчётам, слияния нейтронных звёзд, с выбросом значительных количеств этих элементов, которые впоследствии участвуют в образовании новых звёзд и их планет.

См. также: Нуклеосинтез и Трансмутация

Повышение мощности производственных реакторов

Изначально первый реактор «Маяк» функционировал с мощностью 100 тепловых МВт. Однако главный руководитель советской программы по разработке ядерного оружия Игорь Курчатов внес предложение, которое заключалось в том, чтобы реактор в зимнее время работал с мощностью 170-190 МВт, а в летний период времени – 140-150 МВт. Такой подход позволил реактору производить почти 140 граммов драгоценного плутония в сутки.

В 1952 году были проведены полноценные научно-исследовательские работы, с целью увеличения производственной мощности функционирующих реакторов такими методами:

  • Путем увеличения потока воды, используемой для охлаждения и протекающей через активные зоны ядерной установки.
  • Посредством наращивания сопротивления явлению коррозии, возникающей вблизи вкладыша каналов.
  • Уменьшением скорости окисления графита.
  • Наращиванием температуры внутри топливных элементов.

В итоге пропускная способность циркулирующей воды значительно возросла после того, как был увеличен зазор между топливом и стенками канала. От коррозии также удалось избавиться. Для этого выбрали наиболее подходящие алюминиевые сплавы и начали активно добавлять бихромат натрия, что, в конечном счете, повысило мягкость охлаждающей воды (рН стал равен порядка 6.0-6.2). Окисление графита перестало быть актуальной проблемой после того, как для его охлаждения стали применять азот (до этого использовался исключительно воздух).

На закате 1950-х нововведения были полностью реализованы на практике, что позволило уменьшить вызываемое радиацией крайне ненужное раздувание урана, значительно снизить тепловое упрочнение стержней из урана, улучшить сопротивление оболочки и повысить контроль качества производства.

Известные изотопы

Плутоний 239

Плутоний-239 — один из трех изотопов, обычно используемых в промышленности и ядерном вооружении, 235 U и 233 U. Его период полураспада составляет 24 110 лет, что на 3- е место  больше периода полураспада изотопов плутония после 244 Pu и 242 Pu. Он распадается (в основном) с образованием урана-235 путем α-распада .

Плутоний 241

Плутоний 241 является возможным «предком» нептуния 237 , который (обычно считается) головным концом одной из четырех основных цепочек распада .

Плутоний 244

Плутоний 244 является наиболее стабильным ( период полураспада 80 миллионов лет) и единственным изотопом, потенциально присутствующим в следовых количествах в природе в качестве первичного изотопа (все другие изотопы являются искусственными). Это был бы самый редкий из первичных изотопов, он был бы обнаружен в природе в 1971 году, но само его присутствие было поставлено под сомнение в 2012 году.

Образование и распад[править | править код]

Плутоний-238 образуется в результате следующих распадов:

β−-распад нуклида 238Np (период полураспада составляет 2,117(2) суток):

93238Np→94238Pu+e−+ν¯e;{\displaystyle \mathrm {^{238}_{93}Np} \rightarrow \mathrm {^{238}_{94}Pu} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e};}

β+-распад нуклида 238Am (период полураспада составляет 98(2) мин):

95238Am→94238Pu+e++νe;{\displaystyle \mathrm {^{238}_{95}Am} \rightarrow \mathrm {^{238}_{94}Pu} +e^{+}+\nu _{e};}

α-распад нуклида 242Cm (период полураспада составляет 162,8(2) суток):

96242Cm→94238Pu+24He.{\displaystyle \mathrm {^{242}_{96}Cm} \rightarrow \mathrm {^{238}_{94}Pu} +\mathrm {^{4}_{2}He} .}

Распад плутония-238 происходит по следующим направлениям:

α-распад в 234U (вероятность ≈100 %, энергия распада 5 593,20(19) кэВ):

94238Pu→92234U+24He;{\displaystyle \mathrm {^{238}_{94}Pu} \rightarrow \mathrm {^{234}_{92}U} +\mathrm {^{4}_{2}He} ;}

энергия испускаемых α-частиц 5 456,3 кэВ (в 28,98 % случаев) и 5 499,03 кэВ (в 70,91 % случаев).

Спонтанное деление (вероятность 1,9(1)⋅10−7 %);

Популярная механика взрыва

Суть любого взрыва — это стремительное высвобождение энергии, ранее находившейся в несвободном, связанном состоянии. Освободившаяся энергия рассеивается, преимущественно переходя в тепло (кинетическую энергию неупорядоченного движения молекул), ударную волну (тут тоже движение, но уже упорядоченное, по направлению от центра взрыва) и излучение — от мягкого инфракрасного до жестких коротковолновых квантов.

При химическом взрыве все относительно просто. Происходит энергетически-выгодная реакция, когда между собой взаимодействуют некие вещества. В реакции участвуют только верхние электронные слои некоторых атомов, а глубже взаимодействие не идет. Несложно догадаться, что скрытой энергии в любом веществе гораздо больше. Но каковы бы ни были условия опыта, сколь бы удачные реагенты мы ни подобрали, как бы ни выверяли пропорции — глубже в атом химия нас не пустит. Химический взрыв — явление примитивное, малоэффективное и, с точки зрения физики, до неприличия слабое.

Ядерная цепная реакция позволяет копнуть чуть глубже, включая в игру не только электроны, но и ядра. По-настоящему весомо это звучит, пожалуй, только для физика, а остальным приведу простую аналогию. Представьте себе гигантскую гирю, вокруг которой на расстоянии нескольких километров порхают наэлектризованные пылинки. Это атом, «гиря» — ядро, а «пылинки» — электроны. Что с этими пылинками ни делай, они не дадут и сотой доли той энергии, которую можно получить от увесистой гири. Особенно если в силу каких-то причин она расколется, и массивные обломки на огромной скорости разлетятся в разные стороны.

Ядерный взрыв задействует потенциал связи тяжелых частиц, из которых состоит ядро. Но это еще далеко не предел: скрытой энергии в веществе гораздо больше. И имя этой энергии — масса. Опять же, для не-физика это звучит немного непривычно, но масса — это энергия, только предельно сконцентрированная. Каждая частица: электрон, протон, нейтрон — все это мизерные сгустки невероятно плотной энергии, до поры до времени пребывающей в покое. Вы наверняка знаете формулу E=mc2, которую так полюбили авторы анекдотов, редакторы стенгазет и оформители школьных кабинетов. Она именно об этом, и именно она постулирует массу как не более чем одну из форм энергии. И она же дает ответ на вопрос, сколько энергии можно получить из вещества по максимуму.

Процесс полного перехода массы, то есть энергии связанной, в энергию свободную, называетсяаннигиляцией. По латинскому корню «nihil» несложно догадаться о ее сути — это превращение в «ничто», вернее — в излучение. Для ясности — немного цифр.

Взрыв Тротиловый эквивалент Энергия (Дж)

Граната Ф-1 60 грамм 2,50*105

Бомба, сброшенная на Хиросиму 16 килотонн 6,70*1013

Аннигиляция одного грамма материи 21,5 килотонн 8,99*1013

Один грамм любой материи (важна только масса) при аннигиляции даст больше энергии, чем небольшая ядерная бомба. По сравнению с такой отдачей смешными кажутся и упражнения физиков над расщеплением ядра, и уж тем более опыты химиков с активными реагентами.

Для аннигиляции нужны соответствующие условия, а именно — контакт материи с антиматерией. И, в отличие от «красной ртути» или «философского камня», антиматерия более чем реальна — для известных нам частиц существуют и исследованы аналогичные античастицы, а эксперименты по аннигиляции пар «электрон + позитрон» неоднократно проводились на практике. Но чтобы создать аннигиляционное оружие, необходимо собрать воедино некоторый весомый объем античастиц, а также ограничить их от контакта с любой материей вплоть до, собственно, боевого применения. Это, тьфу-тьфу, еще далекая перспектива.