Бизга етиб келаётган Қуёш нури 150 миллион километр олисдаги термоядровий жараёнлар натижасида пайдо бўлади. Ўзбекистондаги тадқиқот реакторида эса атом ядросининг бўлинишидан тиббиёт ва илм-фан учун фойдаланилади. Жамшид Қаюмов атом тузилиши, Қуёшнинг энергия манбаи ва Ядро физикаси институтидаги ВВР-СМ реакторининг ишлашини содда мисоллар орқали тушунтиради.
Ҳозир биз кўраётган табиий ёруғлик 150 миллион километр наридаги термоядро реакторидан — Қуёшдан келади. Бугун атомнинг ичига, сўнг Қуёшнинг ичига назар ташлаймиз. Кейин эса ҳақиқий ядро реактори қандай ишлашини кўрамиз. Лекин бундан олдин атом ва унинг ядроси ҳақидаги тушунчаларимизни янгилаб олишимиз керак.
Атом стадион бўлса, ядро қанчалик кичик?
Атом ва ядронинг катталигини қандай тасаввур қиласиз? Мана бу ёнғоқни уран ядроси деб олайлик. Унда атомнинг ўзи қанчалик катта бўлади? Тахминан «Бунёдкор» стадионидек.
Эътиборлиси, шу улкан атом массасининг деярли ҳаммаси кичкина ядрода жамланган. Энди ана шу ядронинг ичига назар ташлаймиз.
Ядро мусбат зарядланган заррачалар — протонлар ва зарядсиз заррачалар — нейтронлардан ташкил топган. Бир хил зарядлар бир-бирини итаради. Демак, тор жойда жамланган протонлар ҳам бир-бирини итариб, ядро сочилиб кетиши керакдек. Лекин нега бундай бўлмайди?
Сабаби, ядро ичида протонларнинг электромагнит итарилишига қарши туриб, уларни маҳкам ушлаб турадиган куч бор. Бу — кучли ядровий таъсир. Кўрсатувдаги қиёс билан айтганда, у электромагнит кучдан тахминан 100 баравар кучли.
Фақат бир шарти бор: бу куч жуда яқин масофада таъсир қилади.
Нейтронлар зарядсиз бўлса ҳам, ядровий куч орқали протонлар ва бошқа нейтронлар билан боғланади. Уларни ядрода «елим» вазифасини бажарадиган заррачаларга ўхшатиш мумкин.
Нега айрим элементлар нурланади?
Нега баъзи элементлар ўз-ўзидан нур чиқаради, бошқалари эса чиқармайди? Бу ядронинг барқарорлиги, жумладан, ундаги протон ва нейтронлар нисбати билан боғлиқ.
Масалан, кўрсатувда келтирилган углерод ядросида олтита протон ва олтита нейтрон бор. Уран ядросида эса 92 та протон ва 146 та нейтрон мавжуд. Бунда нисбат тахминан бирга бир яримни ташкил этади.
Барқарор бўлмаган ядро қандай ўзгаради? Буни содда бир қиёс билан тушунтирамиз.
Тасаввур қилинг, сиз шифокорсиз. Қабулингизга бўйи 180 сантиметр, вазни 150 килограмм бўлган бемор келди. Унга вазн ташлашни маслаҳат берасиз. Муаллиф қиёсида, унинг вазни тахминан 80–90 килограммга тушиши керак.
Барқарор бўлмаган оғир ядронинг ўзгаришини ҳам шунга ўхшатиш мумкин: у барқарорликка интилиб, ўз-ўзидан парчаланади ва нурланади.
Мавзуга оид
Қуёш нега миллиардлаб йил давомида сўнмайди?
Илгари олимлар Қуёш гравитация таъсирида сиқилиб, иссиқлик чиқаради, деб ўйлаган. Лекин бу назария унинг миллиардлаб йил давомида қандай қилиб энергия таратаётганини тушунтириб бера олмаган.
Аслида Қуёш марказида водород гелийга айланади — термоядровий синтез содир бўлади. Кўрсатувда бу жараён уч босқичли занжир сифатида тушунтирилади.
Биринчи босқичда водород ядроларининг қўшилиш жараёни жуда секин кечади. Муаллиф унинг вақт миқёсини бир миллиард йил деб келтиради. Кейинги босқичда дейтерий водород ядроси билан бирикиб, гелий-3 ни ҳосил қилади. Бу жараён учун эса тўрт сониялик вақт келтирилади.
Қуёшнинг миллиардлаб йил давомида сўнмай энергия таратаётганининг асосий сабабларидан бири — биринчи босқичнинг жуда секин кечишидир.
Ўзбекистондаги ядро реактори ичида
Битта уран таблеткаси бир тонна кўмирга тенг энергия бериши мумкин. Ўзбекистон эса уран қазиб олиш бўйича дунёдаги етакчи бешликка киради.
Атом энергиясидан қандай фойдаланилишини кўриш учун Ўзбекистон Фанлар академияси Ядро физикаси институтидаги ВВР-СМ реакторига йўл оламиз.
ВВР-СМ — Марказий Осиёдаги биринчи ядро реактори. У 1959 йил сентябрда илмий тадқиқотлар учун ишга туширилган.
Кўрсатувда реактор номи сув-сувли, серияли, модернизация қилинган реактор сифатида изоҳланади. «Сув-сувли» дейилишига сабаб — сув бу ерда ҳам совитувчи, ҳам нейтронларни секинлаштирувчи вазифасини бажаради.
Реакторнинг дастлабки қуввати икки мегаватт бўлган. Кейинчалик у 10 мегаваттгача оширилган.
Агар Ўзбекистонда кимдир қалқонсимон без касаллиги ёки саратондан даволанган бўлса, эҳтимол, унинг давосида ишлатилган препарат айнан шу ерда ишлаб чиқарилгандир.
Реактор дегани ҳар доим электр станцияси дегани эмас
Аввало, бир нарсани аниқлаштириб олайлик: бу атом электр станцияси эмас.
Кўрсатувда реакторларнинг икки тури таққосланади. Биринчиси — энергетик реактор. Уни печга ўхшатиш мумкин: ундан иссиқлик олинади, иссиқлик ёрдамида эса электр ишлаб чиқарилади.
Иккинчиси — тадқиқот реактори. Уни чироққа қиёслаймиз: бунда асосий мақсад иссиқлик олиш эмас, нейтрон нурланишидан фойдаланишдир.
ВВР-СМ иккинчи турга киради. У электр ишлаб чиқармайди. Ишлаш жараёнида ҳосил бўлган иссиқлик совитиш тизими орқали ҳавога чиқарилади.
Реакторнинг «юраги» қандай тузилган?
Ташқаридан ичкарига қараб ҳаракатлансак, аввало, қалин бетон ҳимояга дуч келамиз. Бетон, қўрғошин ва сув нурланишдан ҳимоя қилишга хизмат қилади. Реактор залида одамларнинг ишлаши ана шу ҳимоя тизимлари билан боғлиқ.
Бетон ҳимоя ичида сувга тўла чуқур ҳовуз бор. Реакторнинг актив зонаси шу сув остида жойлашган. Юқоридан қараганда тиниқ сув ва унинг тубидаги кўкимтир-бинафша ёруғлик кўринади. Бу — Черенков нурланиши.
Актив зона — реакторнинг «юраги». Кўрсатувда унинг диаметри 64 сантиметргача, баландлиги эса тахминан 60 сантиметр экани айтилади. Уни каттароқ челакка қиёслаш мумкин.
Бу ерда тахминан 24 та ёқилғи йиғмаси жойлашган. Ҳар бир йиғма бир-бирининг ичига киритилган квадрат қувурлардан иборат. Қувурларнинг девори алюминийдан ишланган, ичида эса уранли ёқилғи бор. Қувурлар орасидаги ингичка тирқишлардан сув ўтади.
Актив зона атрофига бериллий металлидан ясалган блоклар ўрнатилган. Уларнинг вазифаси — ташқарига чиқиб кетаётган нейтронларни орқага қайтариш. Буни ойнанинг ёруғликни қайтаришига ўхшатиш мумкин.
Яна бир муҳим қисм — бошқарув стерженлари. Кўрсатувда юқоридан пастга тушириладиган 12 та стержень ҳақида айтилади. Уларнинг таркибида нейтронларни ютадиган бор карбиди бор. Ана шу стерженлар реакторнинг «газ педали» ва «тормози» вазифасини бажаради.
Реакторда 40 та вертикал ва тўққизта горизонтал канал мавжудлиги келтирилади. Вертикал каналларга нурлантириладиган намуналар туширилади. Горизонтал каналлар орқали эса нейтронлар оқими тажрибалар учун ташқарига йўналтирилади.
Совитиш тизими иккита алоҳида контурдан иборат. Биринчи контурдаги сув реактор ичидан ўтади ва радиоактив бўлиб қолади. У ташқи муҳитга чиқарилмайди: иссиқлигини иссиқлик алмаштиргич орқали иккинчи контурга узатади. Иккинчи контур эса бу иссиқликни совитиш миноралари ёрдамида ҳавога чиқаради.
Уран қандай бўлинади?
Реакторнинг ишлашини тушуниш учун уран-235 ядросининг бўлинишидан бошлаймиз.
Унга секин ҳаракатланаётган нейтрон ютилганда, ядро бўлиниши мумкин. Ҳосил бўлган парчалар катта тезликда ҳаракатланади. Улар атрофдаги модда билан тўқнашиб, ҳаракат энергиясини иссиқликка айлантиради.
Кейинги муҳим жараён — нейтронларни секинлаштириш.
Бўлинишдан чиққан нейтронлар жуда тез ҳаракатланади. Бу реакторда занжирли реакцияни самарали давом эттириш учун уларни секинлаштириш керак. Бу вазифани сув бажаради.
Буни бильярд шарлари мисолида тасаввур қилиш мумкин. Шарни деворга урсангиз, у орқага қайтади ва тезлиги унчалик камаймайди. Лекин худди ўзига ўхшаган бошқа шарга урилса, энергиясининг бир қисмини унга бериб, секинлашади.
Сувдаги водород ядросининг массаси нейтронникига яқин. Шунинг учун нейтрон сувда тўқнашувлар натижасида секинлашади. Кўрсатувда секин нейтроннинг уранни бўлиш эҳтимоли 100 баравар юқори экани келтирилади.
Демак, сув бу ерда уч вазифани бажаради: нейтронларни секинлаштиради, иссиқликни олиб кетади ва нурланишдан ҳимоя қилади.
Актив зонадан чиқиб кетаётган нейтронларнинг бир қисмини эса бериллий блоклари орқага қайтаради.
Занжирли реакция қандай бошқарилади?
Қоида содда: агар ҳар бир бўлиниш ўртача битта янги бўлинишни келтириб чиқарса, реактор барқарор ишлайди. Биттадан кўп бўлса, қувват ортади. Кам бўлса, реакция сусаяди.
Бу ерда яна бир муҳим хусусият бор: нейтронларнинг ҳаммаси ҳам дарҳол пайдо бўлмайди. Уларнинг бир қисми кечикиб чиқади. Ана шу кечикиш жараённи бошқариш имконини беради.
Реакторни ишга туширишда оператор бошқарув стерженларини аста-секин кўтаради. Қувват босқичма-босқич оширилиб, белгиланган даражага етказилади. Кўрсатувда бу даража 10 мегаватт деб келтирилган. Кейин автоматика уни ушлаб туради.
Насослар сувни актив зона орқали ҳайдайди. Сув ёқилғи қувурлари орасидаги тор тирқишлардан ўтиб, иссиқликни олади. Кейин иссиқлик алмаштиргич, иккинчи контур ва совитиш миноралари орқали бу иссиқлик ҳавога чиқарилади.
Реакторда дори қандай тайёрланади?
Реактор ишлаб турганида вертикал каналларга махсус идишларда намуналар туширилади. Нейтронлар таъсирида улардан радиоактив изотоплар олинади. Кейин бу изотоплардан тиббиётда қўлланадиган препаратлар тайёрланади.
Реакторни тўхтатишда бошқарув стерженлари пастга туширилади. Бор карбиди нейтронларни ютади ва занжирли реакция бир неча сонияда узилади.
Лекин ёқилғи ҳали иссиқ бўлади. Шу сабаб совитиш тўхтатилмайди. Ҳовуздаги катта сув ҳажми ҳам иссиқликни ютиш ва ҳимоя вазифасини бажаради.
Кўрсатувда реактор тахминан 21 кун ишлаши, кейин эса бир ҳафта профилактика учун тўхтатилиши айтилади.
У атом бомбасидек портлайдими?
Одамлар «ядро реактори» деган сўзни эшитганда, кўпинча портлаш ҳақида ўйлайди. Муаллиф бу реактор атом бомбаси каби портламаслигини тушунтириб, бир нечта омилни келтиради.
Иккинчиси — сувнинг хусусияти. Сув қизиб, унда буғ пуфаклари пайдо бўлганда, нейтронларни секинлаштириш самараси пасаяди. Муаллиф буни реакцияни сусайтирадиган, яъни реакторнинг ўзини «тормозлайдиган» хусусият сифатида изоҳлайди.
Учинчиси — ҳовуздаги сув ҳажми. Актив зона катта миқдордаги сув остида жойлашган. Кўрсатувда бу сув иссиқликни узоқ вақт ўзига қабул қилиши таъкидланади.
Ўзбекистонда ишлаб чиқариладиган изотоплар қаерда қўлланади?
Кўрсатувда келтирилишича, реактор ёрдамида 60 дан ортиқ турдаги маҳсулот олинади. Шундан 20 таси тайёр дори препаратидир. Институт қошидаги «Радиопрепарат» корхонаси бу йўналишда 1976 йилдан буён ишлайди.
Масалан, йод-131 қалқонсимон без касалликларини даволашда, лютеций-177 простата саратонига қарши қўлланади. Самарий-153 эса саратон билан оғриган беморларда оғриқни узоқ муддат камайтириш учун ишлатилади.
Муаллиф келтирган маълумотга кўра, Ўзбекистонда ишлаб чиқариладиган йод-125 жаҳон бозорининг 80 фоизигача бўлган қисмини эгаллайди. Маҳсулотларнинг 95 фоиздан ортиғи экспорт қилинади.
Йод-125 ни Ўзбекистондан ташқари Канаданинг Макмастер реактори ҳам ишлаб чиқаради. Кўрсатувда Ўзбекистондаги реактор фаолиятининг халқаро таъминот учун аҳамияти Макмастер университети ахборотларида ҳам қайд этилгани айтилади. Шунингдек, маҳаллий йод-125 нинг тозалик даражаси юқори экани таъкидланади.
Бу ерда иш жараёнининг майда жиҳатларигача эътибор қаратилган. Масалан, қўл ифлосланган пайтда кранга тегмаслик учун сувни оёқ ёрдамида очиб-ёпиш механизми ўрнатилган.
Шамол ва ёмғирнинг атомга қандай алоқаси бор?
Ердаги кўплаб энергия манбалари — шамол, сув айланиши ва қазилма ёқилғиларда жамланган энергиянинг келиб чиқиши охир-оқибат Қуёшдаги ядровий жараёнларга бориб тақалади.
Қуёш нури атмосфера ва сувни турлича иситади. Натижада ҳаво массалари ҳаракатланади. Сув буғланиб, кейин ёғин бўлиб ерга қайтади.
Қазилма ёқилғилар эса миллионлаб йиллар аввал яшаган ўсимликлар ва планктонлар қолдиқларининг узоқ вақт давомида ўзгариши натижасида ҳосил бўлган.
Шу тариқа атом ядросидаги жараёнлардан бошланган ҳикоя биз ҳар куни кўрадиган ёруғлик, шамол ва ёмғиргача етиб келади.
