Ответная реакция: топ-пять вопросов Global Atomic Quiz

Знание объединяет — Всемирный день науки в юбилейный для отрасли год «Росатом» отметил международной онлайн-викториной. 10 ноября на желающих испытать свою эрудицию обрушились 25 вопросов обо всем, в чем замешана ядерная физика. Мы выбрали пятерку, на которой споткнулись многие участники.

К платформе подключились более 12 тыс. человек из 70 стран со всех континентов, кроме Антарктиды. Вопросы были на 11 языках: русском, английском, арабском, финском, испанском, португальском, вьетнамском, турецком, узбекском, бенгальском и тамильском (один из языков Индии). В финале участники получили сертификаты с результатами и ссылку на видеокомментарии на своем языке. Так, на английском ответы разбирал Джон Линдберг из Всемирной ядерной ассоциации (WNA), на русском — ​инженер и преподаватель МИФИ Егор Задеба, на арабском — ​исследователь в области энергетики и окружающей среды Александрийского университета Асма Ханафи, на финском — Петрус Пеннанен, доктор ядерной физики.

Можно ли построить ядерный реактор в домашних условиях?

Конечно, построить дома полноценный реактор, вырабатывающий электричество в достаточном количестве, чтобы обеспечить, скажем, квартиру, вряд ли получится. Энергии будет тратиться больше, чем выделяться. А вот осуществить термоядерную реакцию — ​запросто. Например, в США 12-летний Джексон Освальд построил термоядерную установку, запустил ее и даже попал в Книгу рекордов Гиннесса как самый юный «автор» ядерной реакции.

Могут ли ядерные реакторы образовываться самопроизвольно?

Да. Термоядерные реакторы мы видим днем и ночью: это Солнце и звезды. Ядерный реактор образовался 2 млрд лет назад в Африке, на территории нынешнего Габона. Узнали об этом случайно — ​при добыче урана. В 1972 году французский физик Фрэнсис Перрен проводил масс-спектрометрический анализ руды и обнаружил отклонения в изотопном составе: урана-235 было не 0,72 % (как в норме), а 0,717 %. Такой состав характерен для отработанного ядерного топлива. Французы начали расследование и выяснили, что в руде протекала цепная реакция, запустился естественный реактор, замедлителем в котором стала вода, затопившая шахту. Проработал реактор несколько сотен тысяч лет.

Топливная таблетка из урана весит 4,5 г. Сколько нефти в энергетическом эквиваленте она может заменить?

350 кг нефти — ​эквивалент крошечной таблетки, которая умещается на кончике пальца! При эксплуатации она дает порядка 3 тыс. кВт·ч. Этого достаточно, чтобы среднестатистическая семья из трех человек могла пользоваться электроприборами и жить в тепле целый год. Для реактора ВВЭР-1000, например, нужно 17 млн таблеток.

На современных марсоходах и луноходах устанавливают атомные и солнечные батареи. Но есть аппарат, который работает только на ядерной энергии. Какой?

Марсоход Curiosity. На его предшественниках солнечные батареи были главным источником энергии. Именно то, что Curiosity полностью полагается на РИТЭГи, в 2018 году спасло его от пылевой бури. Одновременно с Curiosity на Марсе находился ровер Opportunity. Он ушел в «спячку», так как фотоэлементы засыпало пылью.

Вообще, РИТЭГи устанавливают на космические аппараты более 50 лет, но, как правило, те, которые улетают за Марс. Там солнечной энергии становится меньше. Конечно, можно поставить солнечные батареи побольше, но с таким грузом далеко не улетишь. А вот с радиоизотопным источником можно достичь края Солнечной системы и иметь достаточно энергии для передачи информации на Землю.

Радиоактивные элементы распадаются за строго определенное время. На этом построено радиоизотопное датирование. Какой метод использовали для установления возраста Земли?

Уран-свинцовый. Обычно возраст объектов определяют по содержанию в них углерода-14. Но для Земли такой метод не подходит: нашей планете несколько миллиардов лет, а углерод-14 распадается за 5,7 тыс. лет. Хорошо, что есть уран-238, период полураспада которого — ​4,5 млрд лет.

В 1953 году геохимик из Чикагского университета Клэр Паттерсон выяснил возраст Земли — ​4,55 млрд лет. Материалом исследования были метеориты. Вывод основан на измерении соотношения урана-238 и урана-235 и образующихся в результате их распада свинца-206 и свинца-207: чем старше образец, тем больше в нем свинца и меньше урана.