Waar en hoe het duurste metaal ter wereld te maken

Als u denkt dat goud en platina de meest waardevolle metalen op de planeet zijn, vergist u zich. In vergelijking met sommige kunstmatig geproduceerde metalen is goud vergelijkbaar met roest op een oud stuk dakbedekking. Kun je je een prijs voorstellen van $ 27.000.000 per gram stof? Dat is hoeveel het California 252 radioactieve element kost. Alleen antimaterie, de duurste stof ter wereld, is duurder (ongeveer $ 60 biljoen per gram antiwaterstof).

Tot op heden is slechts 8 gram California-252 in de wereld verzameld en wordt er niet meer dan 40 milligram per jaar geproduceerd. En er zijn slechts 2 plaatsen op de planeet waar het regelmatig wordt geproduceerd: in het Oak Ridge National Laboratory in de VS en ... in Dimitrovgrad, in de regio Ulyanovsk.

Wil je weten hoe bijna het duurste materiaal ter wereld aan het licht komt en waarom is het nodig?

Dimitrovgrad

Glans maar niet warm

Meest krachtig

Van de 6 reactoren is er een, de meest geliefde van RIAR-wetenschappers. Hij is de allereerste. Hij is ook de meest krachtige, die hem de naam gaf - SM. In 1961 was het SM-1 met een vermogen van 50 MW, in 1965 werd het na modernisering SM-2, in 1992 - SM-3, waarvan de werking is ontworpen tot 2017. Dit is een unieke reactor en in de wereld is het de enige. Het unieke ervan ligt in de zeer hoge neutronenfluxdichtheid die het kan creëren. Het zijn neutronen die de belangrijkste producten van RIAR zijn. Met behulp van neutronen kan men veel problemen oplossen bij de studie van materialen en het creëren van bruikbare isotopen. En zelfs om de droom van middeleeuwse alchemisten in het leven te realiseren - om lood (in theorie) in goud te veranderen.

Als u niet op details ingaat, is het proces heel eenvoudig - één substantie wordt van alle kanten door neutronen ingenomen en afgeschoten. Dus bijvoorbeeld uit uranium door de kernen te verpletteren door neutronen, kunnen lichtere elementen worden verkregen: jodium, strontium, molybdeen, xenon en andere.

De ingebruikname van de SM-1-reactor en de succesvolle werking ervan veroorzaakten een grote resonantie in de wetenschappelijke wereld en stimuleerden met name de bouw van hoogfluxreactoren met een hard neutronenspectrum in de VS - HFBR (1964) en HFIR (1967). De armaturen van nucleaire fysica, waaronder de vader van nucleaire chemie, Glenn Seborg, kwamen herhaaldelijk naar RIAR en namen de ervaring over. Maar toch, niemand anders creëerde dezelfde reactor in termen van elegantie en eenvoud.

De SM-reactor is gewoon briljant. De kern is bijna een kubus van 42 x 42 x 35 cm, maar het toegewezen vermogen van deze kubus is 100 MW! Rond de kern in speciale kanalen worden buizen met verschillende stoffen geïnstalleerd, die door neutronen moeten worden gebakken.

Onlangs werd bijvoorbeeld een kolf met iridium uit de reactor getrokken, waaruit de gewenste isotoop werd verkregen. Nu hangt het en koelt het.

Daarna wordt een kleine container met nu radioactief iridium geladen in een speciale beschermende loodcontainer van enkele tonnen en per auto naar de klant gestuurd.

De verbruikte splijtstof (slechts enkele grammen) wordt dan ook gekoeld, ingeblikt in een loden vat en naar een radioactieve opslagfaciliteit op het grondgebied van het instituut gestuurd voor langdurige opslag.

Blauw zwembad

Er is meer dan één reactor in deze kamer. Naast de SM is er nog een - RBT - een zwembad-type reactor die ermee samenwerkt. Het feit is dat in de SM-reactor de brandstof slechts voor de helft "uitbrandt". Daarom moet het worden "verbrand" in de RBT.

Over het algemeen is RBT een geweldige reactor, waar je zelfs in kunt kijken (dat mochten we echter niet). Het heeft niet de gebruikelijke dikke stalen en betonnen behuizing en om het tegen straling te beschermen, wordt het eenvoudig in een enorme plas water geplaatst (vandaar de naam). De waterkolom bevat actieve deeltjes die deze remmen. In dit geval veroorzaken deeltjes die bewegen met een snelheid die de fasesnelheid van het licht in het medium overschrijdt, een blauwachtige gloed die velen uit films kennen. Dit effect wordt genoemd door de namen van de wetenschappers die het hebben beschreven - Vavilov - Cherenkov.

(De foto is niet gerelateerd aan de RBT- of RIAR-reactor, maar toont alleen het Vavilov-Cherenkov-effect).

De geur van donder

De geur van de reactorhal kan met niets worden verward. Het ruikt sterk naar ozon, als na een onweersbui. Lucht wordt geïoniseerd tijdens overbelasting, wanneer gebruikte assemblages worden verwijderd en overgebracht naar het zwembad voor koeling. O2-zuurstofmolecuul wordt omgezet in O3. Ozon ruikt trouwens helemaal niet fris, maar lijkt meer op chloor en dezelfde bijtende stof. Met een hoge concentratie ozon zul je niezen en hoesten en dan sterven. Het wordt toegewezen aan de eerste, hoogste klasse van gevaren van schadelijke stoffen.

De stralingsachtergrond in de hal stijgt op dit moment, maar er zijn ook geen mensen - alles is geautomatiseerd en de operator observeert het proces door een speciaal venster. Zelfs daarna mag u de leuning in de hal echter niet aanraken zonder handschoenen - u kunt radioactief vuil opvangen.

Was je handen, voor en achter

Maar je mag niet met haar mee naar huis - bij de uitgang van de 'vuile zone' wordt iedereen gecontroleerd met een bètastralingsdetector, en als je erachter komt, gaan jij en je kleding als brandstof naar de reactor. Grap :)

Maar in elk geval moeten de handen met zeep worden gewassen na een bezoek aan dergelijke gebieden.

Verander geslacht

De gangen en trappen in het reactorvat zijn bedekt met een speciaal dik linoleum, waarvan de randen tegen de muren zijn gebogen. Dit is noodzakelijk zodat in geval van radioactieve besmetting het niet mogelijk is om het hele gebouw weg te doen, maar gewoon linoleum op te rollen en een nieuwe te leggen. De netheid hier is bijna zoals in de operatiekamer, omdat het grootste gevaar stof en vuil is dat op kleding, huid en in het lichaam kan komen - alfa- en bèta-deeltjes kunnen niet ver vliegen, maar wanneer ze bijna in botsing komen, zijn ze als kanonskogels en levende cellen zijn dat zeker niet zeg hallo.

Afstandsbediening met rode knop

Reactor controlekamer.

De console zelf geeft de indruk diep verouderd te zijn, maar waarom zou het veranderen dat is ontworpen voor vele jaren gebruik? Het belangrijkste is dat achter de schilden, en daar is alles nieuw. Desondanks werden veel sensoren overgebracht van recorders naar elektronische displays, en zelfs softwaresystemen, die trouwens bij het NIIAR worden ontwikkeld.

Elke reactor heeft vele onafhankelijke beschermingsgraden, dus de "Fukushima" kan hier in principe niet zijn. Wat Tsjernobyl betreft - niet dezelfde capaciteiten, hier werken "pocket" -reactoren. Het grootste gevaar is de emissie van sommige lichte isotopen in de atmosfeer, maar dit zal niet worden toegestaan, zoals we zijn verzekerd.

Nucleaire fysici

Natuurkundigen van het instituut zijn fans van hun vak en kunnen urenlang interessant praten over hun werk en reactoren. Het toegewezen uur voor vragen was niet genoeg en het gesprek duurde twee saaie uren. Naar mijn mening is er niet zo iemand die niet geïnteresseerd zou zijn in nucleaire fysica :) En voor de directeur van de afdeling Reactor Research Complex, Petelin Alexei Leonidovich en de hoofdingenieur, is het terecht om populaire wetenschappelijke uitzendingen over nucleaire reactoren uit te voeren :)

Als je buiten de NIIAR je broek in sokken vult, dan zal waarschijnlijk iemand een foto van je maken en deze op het net zetten om te lachen. Dit is hier echter een noodzaak. Probeer erachter te komen waarom.

Welkom in het hotel California

Nu over California-252 en waarom het nodig is. Ik heb al gesproken over de high-flux neutronenreactor SM en de voordelen ervan. Stel je nu voor dat de energie die een hele SM-reactor produceert, slechts één gram (!) Californië kan produceren.
California-252 is een krachtige bron van neutronen, waardoor het kan worden gebruikt om kwaadaardige tumoren te behandelen, waar andere radiotherapie niet effectief is. Door het unieke metaal kun je door delen van reactoren, delen van vliegtuigen schijnen en schade detecteren die meestal zorgvuldig wordt verborgen voor röntgenstralen. Met zijn hulp is het mogelijk om reserves van goud, zilver en olie te vinden in de ingewanden van de aarde. De behoefte eraan in de wereld is erg groot, en klanten worden soms gedwongen om jaren in de rij te staan voor het felbegeerde microgram van Californië! En allemaal omdat de productie van dit metaal ... jaren duurt. Om één gram California-252 te produceren, wordt plutonium of curium onderworpen aan langdurige bestraling met neutronen in een kernreactor gedurende respectievelijk 8 en 1,5 jaar door opeenvolgende transformaties die bijna de gehele lijn van transuranische elementen van het periodiek systeem passeren. Het proces eindigt hier niet - uit de resulterende producten van bestraling met chemische middelen wordt calcium zelf gedurende vele maanden geïsoleerd. Dit is een zeer, zeer nauwgezet werk dat haast niet vergeeft. Microgrammen metaal worden letterlijk verzameld door atomen. Dit verklaart zo'n hoge prijs.

Overigens is de kritische massa van California-252-metaal slechts 5 kg (voor een metalen bal), en in de vorm van waterige oplossingen van zouten - 10 gram (!), Waardoor het kan worden gebruikt in miniatuur nucleaire bommen. Zoals ik echter al schreef, is er tot nu toe slechts 8 gram en het zou erg verspillend zijn om het als een bom te gebruiken :) Ja, en het probleem is dat na 2 jaar precies de helft van het bestaande Californië overblijft, en na 4 jaar draait het volledig in stof van andere meer stabiele stoffen.