Части на миллион
Стандартная история: немцы (Боте, Гейзенберг) не сделали атомной бомбы потому, что неправильно измерили поглощение нейтронов графитом, не догадавшись, что тот содержал примеси бора. В результате они заложились на тяжелую воду, и весь их проект сразу пошел наперекосяк. Почему? - а хрен его знает почему.
Это общеизвестная часть.
Существует поверье, бытующее среди физиков-теоретиков, что Ферми понял это исключительно силою своего светлого гения. Химический анализ, увы, гением не заменишь. Ферми повезло: он вышел на МакФерсона,
http://en.wikipedia.org/wiki/Herbert_G._MacPherson
который за год до этого разработал спектральный анализ в дуге и доподлинно знал, какие микропримеси бывают в графите. В ядерном графите бора - десятые или даже сотые частей на миллион (ppm). Обнаружить такие примеси - нетривиальная задача.
А вот, что известно немногим:
Откуда в графите бор? Графит получают из нефтяного кокса (частично графитированный полимерный побочный продукт крекинга тяжелых фракций нефти). Кокс нагревают до 1400 градусов, чтобы завершить пиролиз и убрать остатки углеводородов. В коксе бора 0.1 ppm, что уже достаточно для реактора. Для сравнения: ванадия, алюминия, кремния, кальция, магния в коксе 10-500 ppm - на много порядков больше. Кокс размалывают до микронного размера; теперь его надо кристаллизовать при 3000 oC. Если его засунуть в печь в таком виде, получится пористый углерод, а не графит. Нужен материал, который связывает эти частицы, и для этого используют каменноугольную смолу, получающуюся при коксовании угля. Ничего лучше, чем эта смола, за 100 лет не нашли. Фатальная примесь бора идет не из кокса, а из этой смолы. Бор содержится уже в угле. Его концентрация варьируется очень широко, от нескольких долей ppm до пары тысяч ppm. Только уголь с самой низкой концентрацией бора может быть использован для производства ядерного графита с рудиментарной термической очисткой, которую в ударные сроки разработал тот же МакФерсон.
А вот, что тоже известно немногим, но уже другим немногим:
Откуда бор в угле? Он проникает из осадочных пород вокруг пласта. Откуда он в этих породах? Из морской воды. Чем определяется концентрация бора в морской воде? Ее соленостью: чем выше соленость, тем выше концентрация бора. Концентрация бора определялась локальной соленостью воды в каменноугольном периоде, когда шел процесс образования углей. В некоторых местах процесс шел в устьях рек, где соленость была низкой; в других - в солоноватых болотах, как сегодня вокруг Мексиканского залива. Где-то море быстро покрывало залежи, где-то шло поднятие, они оказались лучше изолированы. В Америке, по счастливому стечению обстоятельств, есть залежи угля в пенсильванских Аппалачах с аномально низкой концентрацией бора в доли ppm. Такой уголь - очень большая редкость. Например, в Канаде (огромная страна) месторождений много, но такого угля нет. Он есть в Англии, Австралии, в Южной Америке, еще в нескольких местах. В материковой Европе его нет; в немецких же месторождениях его либо десятки ppm (на западе), либо сотни (на востоке).
Заказав от балды графит в Европе, невозможно получить материал даже близко по свойствам к ядерному графиту. А в Америке - возможно, пусть не самого лучшего качества, и после некоторого перебора возможностей. Таким перебором можно установить в чем проблема, где источник бора и т. п. Установив, уже достаточно легко понять, как понизить концентрацию бора термической и химической обработкой (галогенированием). После этого уже не важно, какой уголь. И для всего этого необходим чувствительный метод определения бора.
* * *
Кроме всем известных причин, почему американцы смогли построить реактор, а немцы - нет, есть еще и такие, которые мой бедный разум едва способен вместить. Это не просто везение, а везение фантастическое, требующее наслоение одной невероятности на другую и охватывающее историю двух континентов на сотни миллионов лет.
Это общеизвестная часть.
Существует поверье, бытующее среди физиков-теоретиков, что Ферми понял это исключительно силою своего светлого гения. Химический анализ, увы, гением не заменишь. Ферми повезло: он вышел на МакФерсона,
http://en.wikipedia.org/wiki/Herbert_G._MacPherson
который за год до этого разработал спектральный анализ в дуге и доподлинно знал, какие микропримеси бывают в графите. В ядерном графите бора - десятые или даже сотые частей на миллион (ppm). Обнаружить такие примеси - нетривиальная задача.
А вот, что известно немногим:
Откуда в графите бор? Графит получают из нефтяного кокса (частично графитированный полимерный побочный продукт крекинга тяжелых фракций нефти). Кокс нагревают до 1400 градусов, чтобы завершить пиролиз и убрать остатки углеводородов. В коксе бора 0.1 ppm, что уже достаточно для реактора. Для сравнения: ванадия, алюминия, кремния, кальция, магния в коксе 10-500 ppm - на много порядков больше. Кокс размалывают до микронного размера; теперь его надо кристаллизовать при 3000 oC. Если его засунуть в печь в таком виде, получится пористый углерод, а не графит. Нужен материал, который связывает эти частицы, и для этого используют каменноугольную смолу, получающуюся при коксовании угля. Ничего лучше, чем эта смола, за 100 лет не нашли. Фатальная примесь бора идет не из кокса, а из этой смолы. Бор содержится уже в угле. Его концентрация варьируется очень широко, от нескольких долей ppm до пары тысяч ppm. Только уголь с самой низкой концентрацией бора может быть использован для производства ядерного графита с рудиментарной термической очисткой, которую в ударные сроки разработал тот же МакФерсон.
А вот, что тоже известно немногим, но уже другим немногим:
Откуда бор в угле? Он проникает из осадочных пород вокруг пласта. Откуда он в этих породах? Из морской воды. Чем определяется концентрация бора в морской воде? Ее соленостью: чем выше соленость, тем выше концентрация бора. Концентрация бора определялась локальной соленостью воды в каменноугольном периоде, когда шел процесс образования углей. В некоторых местах процесс шел в устьях рек, где соленость была низкой; в других - в солоноватых болотах, как сегодня вокруг Мексиканского залива. Где-то море быстро покрывало залежи, где-то шло поднятие, они оказались лучше изолированы. В Америке, по счастливому стечению обстоятельств, есть залежи угля в пенсильванских Аппалачах с аномально низкой концентрацией бора в доли ppm. Такой уголь - очень большая редкость. Например, в Канаде (огромная страна) месторождений много, но такого угля нет. Он есть в Англии, Австралии, в Южной Америке, еще в нескольких местах. В материковой Европе его нет; в немецких же месторождениях его либо десятки ppm (на западе), либо сотни (на востоке).
Заказав от балды графит в Европе, невозможно получить материал даже близко по свойствам к ядерному графиту. А в Америке - возможно, пусть не самого лучшего качества, и после некоторого перебора возможностей. Таким перебором можно установить в чем проблема, где источник бора и т. п. Установив, уже достаточно легко понять, как понизить концентрацию бора термической и химической обработкой (галогенированием). После этого уже не важно, какой уголь. И для всего этого необходим чувствительный метод определения бора.
* * *
Кроме всем известных причин, почему американцы смогли построить реактор, а немцы - нет, есть еще и такие, которые мой бедный разум едва способен вместить. Это не просто везение, а везение фантастическое, требующее наслоение одной невероятности на другую и охватывающее историю двух континентов на сотни миллионов лет.