Мы обычно получаем тепловую энергию, сжигая топливо – нефть, газ, уголь или дрова. В больших количествах такая энергия может служить для нагревания воды, а получающийся при нагревании пар – для приведения в действие турбогенераторов, вырабатывающих электричество. Сгорание топлива представляет собой химическую реакцию, при которой одна энергия преобразуется в другую: при этой реакции элементы топлива и кислород из воздуха соединяются, превращаясь, например, в золу, дым и выхлопные газы, а также в тепло.

В результате ядерной реакции деления тепло вырабатывается другим способом: реакция разбивает сами элементы, превращая их в отходы (продукты деления) с меньшей массой, и при этом вырабатывается огромное количество энергии. Топливом для ядерных реакторов являются мельчайшие частицы вещества (атомы) тяжелых элементов, например урана или плутония.

В центре каждого атома имеется ядро, которое, в свою очередь, состоит из еще более мелких частиц – протонов и нейтронов. Ядро удерживается как одно целое с помощью очень мощной силы, и при разбивании ядра эта сила высвобождается. Ядерная реакция начинается, когда быстрые нейтроны сталкиваются с ядрами атомов топлива, в результате чего атомы разбиваются на меньшие ядра и нейтроны. Эти нейтроны, в свою очередь, разрушают следующие ядра топлива. В процессе этого движения высвобождается огромное количество тепла, которое может использоваться для вырабатывания пара. А пар будет приводить в действие электрические генераторы.

Замечательным в ядерной энергии реакции деления является то, что для получения огромного количества энергии требуется очень мало топлива. (Около 1 кг ядерного топлива может дать столько же энергии, сколько дадут, например, 2950 т угля!) Но сложность состоит в том, что этот процесс должен контролироваться чрезвычайно тщательно. В противном случае в результате цепной реакции за долю секунды может высвободиться такое количество энергии и тепла, которое вызовет взрыв огромной силы, в точности такой же, как взрыв ядерного оружия. (В ядерном реакторе процессом управляют посредством ввода в активную зону реактора и выведения из нее поглощающих нейтроны графитовых стержней.)

Разрушительная сила ядерного взрыва усугубляется тем, что при нем в окружающую среду излучается вредное гамма-излучение. Этот побочный продукт ядерного деления создает другую проблему, связанную с ядерной энергией. Ядерные реакторы окружены толстыми слоями стали и бетона, для того чтобы излучение не проходило наружу. И кроме того, поскольку отходы ядерного топлива являются высокорадиоактивными, их необходимо хранить с соблюдением мер предосторожности вдали от мест нахождения людей, а срок хранения их до того, как они перестанут быть опасными, составляет многие десятилетия и даже столетия. Транспортировка и захоронение опасных отходов – это еще одна проблема, которую приходится решать при работе с ядерной энергией. Ядерное топливо, которое недавно использовалось в реакторе, герметически закрывают в контейнерах, обеспечивающих защиту, и захороняют глубоко под землей.

Ядерный процесс, который обеспечивает получение энергии, называется делением – при нем разбивающиеся атомные ядра высвобождают огромное количество энергии и тепла. Но ядерная энергия может вырабатываться также в процессе, который называется синтез – при этом атомные ядра сливаются. Ученые продолжают работать над, созданием удовлетворительного термоядерного реактора. Солнце, кстати, вырабатывает свою гигантскую энергию и тепло за счет ядерного синтеза газа водорода.