делящееся вещество, нуклиды, которые входят в состав ядерного топлива (См. Ядерное топливо) и обеспечивают цепную реакцию деления ядер.

вещество, которое используется в ядерных реакторах для осуществления ядерной цепной реакции (См. Ядерные цепные реакции) деления. Существует только одно природное Я. т. - урановое, которое содержит делящиеся ядра ²³⁵U, обеспечивающие поддержание цепной реакции (ядерное горючее), и т. н. "сырьевые" ядра ²³⁸U, способные, захватывая нейтроны, превращаться в новые делящиеся ядра ²³⁹Ри, не существующие в природе (вторичное горючее):

Вторичным горючим являются также не встречающиеся в природе ядра ²³³U, образующиеся в результате захвата нейтронов сырьевыми ядрами ²³²Th:

Я. т. используется в ядерных реакторах (См. Ядерный реактор), тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) которых представляют собой обычно металлические оболочки различной формы и длины, содержащие Я. т. и герметично заваренные. По химическому составу Я. т. может быть металлическим (включая сплавы), окисным, карбидным, нитридным и др. Основные требования к Я. т.: хорошая совместимость с материалом оболочки ТВЭЛов; высокие температуры плавления и испарения, большая теплопроводность; слабое взаимодействие с теплоносителем; минимальное увеличение объёма (распухание) в процессе облучения в реакторе; технологичность производства и минимальная стоимость; простая технология регенерации (см. ниже) и др. Я. т., используемое в реакторах-размножителях (См. Реактор-размножитель) на быстрых нейтронах, кроме того, должно обеспечить высокий коэффициент воспроизводства.

Урановое Я. т. для ядерных реакторов на тепловых нейтронах, составляющих основу ядерной энергетики (См. Ядерная энергетика), имеет обычно повышенное содержание изотопа ²³⁵U (2-4\% по массе вместо 0,71\% в естественном уране). Существенный недостаток реакторов на тепловых нейтронах - низкий коэффициент использования природного урана. Несравнимо более высокий коэффициент использования урана может быть достигнут в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах. В них используется уран с более высоким содержанием урана ²³⁵U (до 30\%), а в будущем, по мере накопления запасов ²³⁹Pu, будет использоваться смешанное уран-плутониевое Я. т. с 15-20\% Pu. В этом случае вместо обогащенного урана может быть использован природный и даже уран, обеднённый ²³⁵U, которого накопилось в мире уже достаточно большое количество. Обеднённый уран (без Pu) используется также в экранной зоне реактора-размножителя (зоне воспроизводства), по весу превышающей в несколько раз активную зону. В реакторах на быстрых нейтронах, работающих на уран-плутониевом Я. т., количество накапливающегося ²³⁹Ри может существенно превышать количество сгораемого, т. е. имеет место воспроизводство Я. т. Коэффициент воспроизводства зависит от состава Я. т. По степени его возрастания Я. т. располагается в следующем порядке: окисное (U, Ри) О₂, карбидное (V, Pu) C, нитридное (U, Pu) N и металлическое в виде различных сплавов.

Производство уранового Я. т. (топливный цикл, см. рис.) начинается с переработки руд с целью извлечения из них урана. При предварительной сортировке руды по γ-излучению в отвал удаляют 20-30\% породы с содержанием урана ≤ 0,01\% (применяются и обычные методы обогащения). Гидрометаллургическая переработка руды состоит в её дроблении, кислотном выщелачивании, сорбционном или экстракционном извлечении U из осветлённых растворов или пульп и получении очищенной закиси-окиси урана U₃O₈. Для руд, бедных ураном и лёгких для выщелачивания (особенно в трудных для горных работ условиях), применяют подземное выщелачивание а самом месторождении (для пластовых месторождений - через систему скважин, для жильных - в подземных камерах с предварительной отбойкой и дроблением руды взрывными методами).

Далее U₃O₈ переводят или в тетрафторид UF₄ для последующего получения металлического урана или в гексафторид UF₆ - единственное устойчивое газообразное соединение урана, используемое для обогащения урана изотопом ²³⁵U. Обогащение осуществляется методом газовой термодиффузии или центрифугированием (см. Изотопов разделение). Далее UF₆ переводят в двуокись урана, которая используется для изготовления сердечников ТВЭЛов или для получения других соединений урана с той же целью.

К сердечникам ТВЭЛов предъявляются высокие требования в отношении стехиометрического состава и содержания посторонних примесей. Так, в сердечниках 113 UO₂ соотношение (по массе) кислорода и металла должно быть в пределах 2,00-2,02; допустимое содержание F и H₂O (по массе) соответственно не более 0,01-0,006\% и 0,001\%.

Торий как сырьевой материал для получения делящихся ядер ²³⁵U не нашёл широкого применения по ряду причин: 1) разведанные запасы U в состояния обеспечить ядерную энергетику Я. т. на многие десятилетия; 2) Th не образует богатых месторождений, и технология его извлечения из руд сложнее; 3) наряду с ²³⁵U образуется ²³²U, который, распадаясь, образует γ-активные ядра (²¹²Bi, ²⁰⁸Te), затрудняющие обращение с таким Я. т. и усложняющие производство ТВЭЛов:

4) переработка облученных ториевых ТВЭЛов с целью извлечения из них ²³³U является более трудной и дорогостоящей операцией по сравнению с переработкой урановых ТВЭЛов.

В процессе эксплуатации ТВЭЛов Я. т. выгорает далеко не полностью, в реакторах-размножителях имеет место воспроизводство Я. т. (Pu). Поэтому отработанные ТВЭЛы направляют на переработку с целью регенерации Я. т. для повторного его использования; U и Pu очищают от продуктов деления. Затем Pu в виде PuO₂ направляют для изготовления сердечников, а U, в зависимости от его изотопного состава, или также направляют для изготовления сердечников, или переводят в UF₆ с целью обогащения ²³⁵U.

Регенерация Я. т. - сложный и дорогостоящий процесс переработки высокорадиоактивных веществ, требующий защиты от радиоактивных излучений и дистанционного управления всеми операциями даже после длительной выдержки отработавших ТВЭЛов в специальных хранилищах. При этом в каждом аппарате ограничивается допустимое количество делящихся веществ, чтобы предупредить возникновение самопроизвольной цепной реакции. Большие трудности связаны с переработкой и захоронением радиоактивных отходов. Разрабатываются методы остекловывания и битумирования отходов, "закачка" слабоактивных растворов в глубокие горизонты Земли. Стоимость процессов регенерации Я. т. и переработки радиоактивных отходов оказывает существенное влияние на экономические показатели атомных электростанций (См. Атомная электростанция).

Лит.: Химическая технология облученного ядерного горючего, М., 1971; Паттон Ф. С., Гуджин Д. М., Гриффитс В. Л., Ядерное горючее па основе обогащенного урана, М., 1966; Высокотемпературное ядерное топливо, М., 1969; Займовский А. С., Калашников В. В., Головнин И. С., Тепловыделяющие элементы атомных реакторов, М., 1966.

Ф. Г. Решетников, Д. И. Скороваров.

Рис. к ст. Ядерное топливо.

Рис. к ст. Ядерное топливо.

горючие вещества, выделяющие при сжигании значительное количество теплоты, которая используется непосредственно в технологических процессах или преобразуется в др. виды энергии. Для сжигания Т. служат различные технические устройства - Топки, печи (См. Печь), камеры сгорания (См. Камера сгорания). Существует много горючих веществ, однако к Т. относят только те, которые достаточно широко распространены в природе, причём добыча их не связана с большими затратами, а продукты сгорания практически безвредны. Таким требованиям отвечают вещества, основная составная часть которых - углерод. К ним относятся полезные ископаемые органического происхождения - бурый уголь, горючие газы, горючие сланцы, каменный уголь, нефть, торф, а также древесина и растительные отходы (солома, лузга и др.). Исключение составляет Т. для ракетных двигателей (см. Ракетное топливо, Металлсодержащее топливо).

В ядерной энергетике применяется понятие ядерного Т.- вещества, ядра которого делятся под действием нейтронов, выделяя при этом энергию в основном в виде кинетической энергии осколков деления ядер и нейтронов (см. Ядерное топливо). Поэтому обычное химическое Т., в отличие от ядерного, называется органическим. Природное органическое Т. - основной источник теплоты, используемой человечеством (70-е гг. 20 в.). На сырье из природного Т. почти полностью базируется нефтехимическая промышленность (см. Основной органический синтез), производство смазочных материалов и т. д. (см. Нефтепродукты).

Первоначально для получения теплоты (огня) пользовались главным образом растительным Т. (дровами и т. д.). Ископаемые Т. - уголь и нефть известны с древнейших времён, но лишь с середины 19 в. эти виды Т. стали вытеснять менее калорийные растительные Т., что имело большое значение для сохранения лесов (см. Охрана природы).

Свойства Т. в значит, степени определяются их химическим составом (в \% по массе). Содержащиеся в Т. химические элементы обозначаются соответствующими символами - С, Н, О, N, S; Зола и вода - соответственно А и W. Влажность и зольность Т. даже в пределах одного его сорта подвержены значительным колебаниям, поэтому для уточнения характеристик часто используют составы Т., отнесённые не только к рабочей массе, то есть подаваемой в топку (обозначается индексом р), но и к сухой массе (с), горючей (г), органической (о). Например, обозначение С ^г‑91 показывает, что горючая масса данного Т. содержит углерода 91\% (по массе). Важнейшая характеристика практической ценности Т. - Теплота сгорания. Для сравнительных расчётов используется понятие топлива условного (См. Топливо условное) с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29308 кдж/кг). Качество каменных углей характеризуется выходом летучих веществ V_л, переходящих в газо- или парообразное состояние при нагревании угля без доступа воздуха. При этом образуется нелетучий остаток, по свойствам которого судят о спекаемости данного угля, то есть его пригодности для коксования. Окисляемость Т. при обычных температурах определяет способы и сроки хранения Т.; при высокой окисляемости Т. могут самовоспламеняться. Способность Т. к самовоспламенению (См. Самовоспламенение) определяют температурой воспламенения. Жидкие Т., кроме того, характеризуются температурой вспышки (способностью смеси паров Т. с воздухом воспламеняться без загорания самой жидкости). Эта характеристика имеет определяющее значение при сжигании Т. в двигателях внутреннего сгорания. Возможность получения высоких температур при сжигании Т. зависит от жаропроизводительности T_a - максимальной температуры, теоретически достигаемой при полном сгорании Т. в воздухе, причём выделяемая теплота полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания. Механическая прочность твёрдого Т. имеет большое значение при перевозках его на дальние расстояния и многократных перегрузках. При сжигании Т. в виде пыли затрата энергии на Пылеприготовление характеризуется размолоспособностью Т. При слоевом сжигании Т. большое значение имеет также его гранулометрический состав, т.е. содержание в Т. частиц различной крупности. В таблице приведены основные характеристики некоторых Т.

Основные характеристики некоторых топлив

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| Вид топлива | Состав, \% (по массе) | Выход | Жаропроиз- | Теплота |

|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| летучих V_л | водительность, | сгорания Q^р_н |

| | W^р | A^р | C^р | H^р | S^р | N^р | O^р | ,\% | Т_а,⁰С | , Мдж/кг |

| | | | | | | | | (по массе) | | |

| | | | | | | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Дрова | 40 | 0,6 | 30,3 | 3,6 | -0,1 | 0,4 | 25,1 | 85 | 1600 | 10,2 |

| Фрезерный торф | 50 | 6,3 | 24,7 | 2,6 | 0,2 | 1,1 | 15,2 | 70 | 1500 | 8,1 |

| Бурый уголь (канско- | 33 | 6 | 43,7 | 3 | 3,2 | 0,6 | 13,5 | 48 | 1800 | 15,7 |

| ачинский) | 8 | 23 | 55,2 | 3,8 | 1,6 | 1,0 | 5,8 | 40 | 2050 | 22 |

| Каменный уголь | 0,5 | 23 | 63,8 | 1,2 | 2,8 | 0,6 | 1,3 | 3,5 | 2150 | 22,6 |

| (газовый донецкий) | 3 | 0,1 | 83 | 10,4 | 0,05 | - | 0,7 | - | 2100 | 39,2 |

| Антрацитовый штыб | - | - | 85 | 14,9 | - | - | 0,05 | - | 2100 | 44 |

| Мазут | - | - | 74 | 25 | | 1,0 | - | - | 2000 | 35,6* |

| (высокосернистый) | | | | | | | | | | |

| Бензин | | | | | | | | | | |

| Природный газ | | | | | | | | | | |

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

* Теплота сгорания природного газа дана в Мдж/м³.

Т. по агрегатному состоянию подразделяют на твёрдые, жидкие, газообразные; по происхождению - на природные (уголь, нефть и др.) и искусственные, получаемые в результате переработки природных Т. Например, качество твёрдого Т. может повышаться (без изменения его химического состава) Брикетированием, обогащением, пылеприготовлением. Применяемый в доменном процессе кокс изготовляют нагреванием Т. (главным образом каменного угля) до 950-1050 °C без доступа воздуха (см. Коксование, Коксохимия). Из жидкого природного Т. (нефти) нефтепродукты вырабатывают дистилляцией (См. Дистилляция) (см. Перегонка нефти), Крекингом, Пиролизом. Последний - один из важнейших промышленных методов получения сырья для нефтехимического синтеза (См. Нефтехимический синтез). Газообразное искусственное Т. получают из твёрдого и жидкого газификацией топлив (См. Газификация топлив) (см. также Подземная газификация углей, Газы нефтепереработки). О биохимической переработке раститительного Т. см. в ст. Гидролиз растительных материалов.

При современном уровне добычи (1975) разведанных запасов угля хватит на тысячи лет, прогнозных запасов нефти и газа при существующем уровне добычи - лишь на 100-150 лет, а с учётом роста темпов добычи эти запасы могут быть исчерпаны за 50-60 лет. Ограниченность ресурсов газа и нефти и значительное повышение их стоимости вызвали стремление к экономии ископаемого Т. и использованию для получения энергии др. источников (см. Теплоэнергетика, Гелиотехника, Ядерная энергетика, Энергетический кризис).

Так как почти всё добываемое Т. сжигается (лишь около 10\% нефти и газа потребляется в виде сырья), ежегодный выброс в атмосферу Земли веществ, образующихся при сжигании Т., достигает огромных количеств: золы около 150 млн. т, окислов серы около 100 млн. т, окислов азота около 60 млн. т, двуокиси углерода около 20 млрд. т. Для защиты окружающей среды разрабатываются различные методы улавливания вредных веществ из продуктов сжигания, а также такие способы сжигания, при которых эти вещества (окислы азота и CO) не образуются.

Лит. см. при статьях об отд. видах Т.

И. Н. Розенгауз.

в широком смысле - любой горючий материал, который, вступая в реакцию с кислородом, выделяет теплоту. На практике топливом считают только те вещества, которые воспламеняются при умеренной температуре, имеют высокую теплотворную способность и могут быть получены в достаточном количестве доступными средствами. Химическая реакция между горючими элементами (чаще всего это углерод и водород) и кислородом называется горением. В результате этого процесса из реагирующих компонентов образуются продукты реакции (обычно двуокись углерода и пары воды) и выделяется теплота. Участвующие в химической реакции атомы не изменяются, а только перестраиваются в результате распада одних молекул и образования других. Например, атом углерода в молекуле двуокиси углерода, являющейся продуктом химической реакции, точно такой же, каким он был до реакции в молекуле топлива. С другой стороны, в случае ядерного топлива, такого, как уран-235, в результате ядерной реакции деления образуются нейтроны, излучения элементарных частиц и выделяется теплота, а горение отсутствует. При этом исходный химический элемент превращается (распадается) в другие, более легкие элементы, такие, как криптон и барий. В случае ядерной реакции синтеза (слияния ядер) образуются более тяжелые элементы. Например, из водорода образуется гелий. См. также ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ; ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ.

Наиболее важными горючими материалами являются соединения углерода, водорода и кислорода, к которым относятся природные топлива, такие, как торф, лигниты, каменный уголь, природный газ и нефть, а также их твердые, жидкие и газообразные продукты. В лесной и сельской местности в качестве топлива нередко используют древесину и углеродсодержащие отходы сельскохозяйственной продукции. Некоторые из природных топлив органического происхождения содержат другие химические элементы, такие, как азот, железо, алюминий, кальций, магний, хлор, сера, натрий и калий, однако эти добавки не оказывают полезного влияния на ценность топлива. Любое топливо является таковым только благодаря тому, что содержит водород и углерод.

См. также: