Tričio izotopo fizikinės ir cheminės savybės. Kontroliuojama termobranduolinė reakcija

Ar žinote lydymosi vandens ruošimo įrenginius, kurie yra 100 proc. neutralizuoti (ar arčiau jo) deuterio ir tričio kiekį? Mane taip pat domino Muratovo instaliacija, deja, jos koordinatės nėra nurodytos jūsų svetainėje.

Pagarbiai Sergejus

Sveiki, Sergej!

Tokios giluminio 100% vandens valymo iš deuterio ir tričio technologijos dar neegzistuoja. Esamos vandens valymo iš sunkiųjų izotopų technologijos leidžia jį išvalyti 70–90% deuterio ir tričio. Pats paprastas geriamasis vanduo susideda tik iš 99,7% lengvojo vandens, kurio molekules sudaro lengvieji vandenilio ir deguonies atomai. Sunkusis vanduo taip pat yra kaip priemaiša bet kokiame natūraliame vandenyje, kuris gryna forma yra nuodas visoms gyvoms būtybėms.

Sunkus vanduo(deuterio oksidas) – turi tą patį cheminė formulė, kaip ir paprastas vanduo, tačiau jame vietoj vandenilio atomų yra du sunkieji vandenilio izotopai – deuterio atomai. Sunkiojo vandenilio vandens formulė dažniausiai rašoma taip: D 2 O arba 2 H 2 O. Išoriškai sunkusis vanduo atrodo kaip paprastas vanduo – bespalvis skystis be skonio ir kvapo, bet savaip. fizines ir chemines savybes Ir neigiamas poveikis Sunkaus vandens poveikis organizmui labai skiriasi nuo lengvo vandens.

Lengvas vanduo– tai vanduo, išvalytas nuo sunkaus vandens. Vandenilio izotopas deuteris, išsiskiriantis „papildomu“ neutronu branduolyje, gali sudaryti vandens molekulę su deguonimi. Toks vanduo, kurio molekulėje vandenilio atomas pakeistas deuterio atomu, vadinamas sunkiuoju. Deuterio kiekis skirtinguose natūraliuose vandenyse yra labai nevienodas. Jis gali svyruoti nuo 0,03% (palyginti su visu vandenilio atomų skaičiumi) - tai vanduo iš Antarkties ledo, - lengviausias natūralus vanduo - jame deuterio yra 1,5 karto mažiau nei jūros vandens. Ištirpęs sniegas ir ledynų vanduo kalnuose ir kai kuriuose kituose Žemės regionuose taip pat turi mažiau sunkaus vandens nei įprastai geriame.

Per toną upės vanduo yra 15 g sunkiojo vandens, kurio norma yra 0,015%. Per 70 metų per dieną suvartojus 3 litrus geriamojo vandens, per žmogaus organizmą praeis apie 80 tonų vandens, kuriame yra 10-12 kg deuterio ir nemažai su juo susijusių vandenilio izotopų – tričio 3 H ir deguonies 18 O. .

Tritis– beta radioaktyvus elementas, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 12,26 metų. Jis susidaro veikiant kietajai radijo ir neutronų spinduliuotei reaktoriuose. IN antžeminės sąlygos tritis atsiranda aukštuose atmosferos sluoksniuose, kur vyksta natūralios branduolinės reakcijos. Tai vienas iš azoto atomų bombardavimo kosminės spinduliuotės neutronais produktų. Kiekviena minutė už kiekvieną kvadratinis centimetras 8-9 tričio atomai nukrenta ant žemės paviršiaus.

Mažais kiekiais itin sunkus (tričio) vanduo pasiekia Žemę kaip kritulių dalis. Visoje hidrosferoje vienu metu yra tik apie 20 kg T 2 0.

Tričio vanduo pasiskirstęs netolygiai: žemyniniuose vandens telkiniuose jo daugiau nei vandenynuose; Poliarinio vandenyno vandenyse jo daugiau nei pusiaujo. Savo savybėmis supersunkus vanduo nuo paprasto vandens skiriasi dar labiau: verda 104°C, užšąla 4...9°C, tankis 1,33 g/cm 3 .

Vandenilio izotopų sąrašas nesibaigia tričiu. Sunkesni izotopai 4H ir 5H taip pat buvo dirbtinai pagaminti ir taip pat yra radioaktyvūs.

N 2 6 O, N 2 17 O, N 2 18 O, HD 16 O, HD 17 O, HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O.

Taigi gali egzistuoti vandens molekulės, turinčios bet kurį iš penkių vandenilio izotopų bet kokiame derinyje.

Tai neišsemia vandens izotopinės sudėties sudėtingumo. Taip pat yra deguonies izotopų. IN periodinė lentelė cheminiai elementai D.I. Mendelejevo vardas yra gerai žinomas deguonis 16 O. Yra dar du natūralūs deguonies izotopai – 17 O ir 18 O. Natūraliuose vandenyse vidutiniškai kiekvienam 10 tūkstančių 16 O izotopo atomų tenka 4 17 atomų. O izotopas ir 20 18 O izotopo atomų.

Pagal fizines savybes sunkusis deguonies vanduo 1 H 2 18 O nuo įprasto skiriasi mažiau nei sunkusis vandenilis. Paprastame geriamajame vandenyje jo yra daug didesnė koncentracija nei sunkiajame vandenyje – maždaug 0,1%. Jis gaunamas daugiausia distiliuojant natūralų vandenį ir naudojamas medžiagų apykaitos izotopų tyrimams.

Be natūralių, dar yra šeši dirbtinai sukurti deguonies izotopai. Kaip ir dirbtiniai vandenilio izotopai, jie yra trumpaamžiai ir radioaktyvūs. Iš jų: 13 O, 14 O ir 15 O yra lengvieji, 19 O ir 20 O yra sunkieji, o supersunkusis izotopas 24 O buvo gautas 1970 m.

Penkių vandenilio ir devynių deguonies izotopų egzistavimas rodo, kad gamtoje gali būti 135 izotopinės vandens rūšys. Didžioji dalis natūralaus vandens – daugiau nei 99 % – yra protiumo vanduo– 1 H 2 16 O. Sunkiojo deguonies vandens yra daug mažiau: 1 H 2 18 O – dešimtosios procento. 1 H 2 17 O – šimtosios viso gamtinių vandenų kiekio. Tik milijoninės procentinės dalys sudaro sunkųjį vandenį D 2 O, tačiau 1 HDO pavidalu sunkiojo vandens natūraliuose vandenyse jau yra pastebimas kiekis.

Dar rečiau nei D 2 O yra devyni radioaktyvūs natūralios rūšys vandens, kuriame yra tričio.

Reikėtų atsižvelgti į klasikinį vandenį protiumo vanduo 1 H 2 16 O gryna forma, ty be menkiausių kitų 134 izotopinių atmainų priemaišų. Ir nors protiumo vandens kiekis gamtoje žymiai viršija visų kitų rūšių kiekį kartu, gryno 1 H 2 16 O natūraliomis sąlygomis neegzistuoja. Visame pasaulyje tokio vandens galima rasti tik keliose specialiose laboratorijose. Jis gaunamas labai sudėtingu būdu ir saugomas laikantis didžiausių atsargumo priemonių. Norint gauti gryną 1 H 2 16 O, atliekamas labai smulkus, daugiapakopis natūralių vandenų valymas arba vanduo sintetinamas iš pradinių elementų 1 H 2 ir 16 O, kurie pirmiausia kruopščiai išvalomi nuo izotopinių priemaišų. Šis vanduo naudojamas eksperimentams ir procesams, kuriems reikalingas išskirtinis cheminių reagentų grynumas.

Mokslininkai mano, kad Žemės gravitacinis laukas nėra pakankamai stiprus, kad išlaikytų 1 N, o mūsų planeta pamažu praranda protį dėl atsiribojimo į tarpplanetinę erdvę. Protis išgaruoja greičiau nei sunkusis deuteris. Kai kurių tyrimų duomenimis, per geologinį laiką deuteris turėtų kauptis atmosferoje ir paviršiniuose vandenyse.

Mūsų planetoje vyksta milžiniškas garavimo-kondensacijos procesas, kurio metu gaunamas protiumo vanduo ir praturtėja jo debesys. Kalnuose vienuose šlaituose iš jų teka daugiausia deuteruotas vanduo, o kituose – protu prisodrintas vanduo. Gyvūnų vandens izotopinė sudėtis yra artima lietaus vandens sudėčiai jų buveinėse. Žmonėms šią priklausomybę reikšmingai pakoreguoja daržovės ir vaisiai, auginami kitomis klimato ir geografinėmis sąlygomis. Taigi atogrąžų vaisiai, auginami arti pusiaujo, turi mažesnes 2 H ir 18 O vertes. Visas deuteris paprastame vandenyje yra HDO, o ne D 2 O pavidalu. Etilo alkoholis taip pat yra geras deuterio akumuliatorius.

Dabar aišku, kodėl taip svarbu valyti vandenį nuo sunkiųjų izotopų ir, visų pirma, nuo deuterio, tričio ir 18 O. Tačiau efektyvus valymas Sunkusis vanduo, užterštas tričiu ir kitais sunkiais izotopais, dar visai neseniai neegzistavo. Todėl sunkiojo vandens nuotekų šalinimas branduolinėje pramonėje buvo rimta aplinkos problema, trukdanti diegti naujus, efektyvesnius branduolinių reaktorių tipus.

Anksčiau mūsų svetainėje jau buvome pranešę apie vandens su sumažintu deuterio kiekiu pramoninės gamybos būdus, naudojant vakuuminio užšaldymo-garinimo ir elektrolizės metodus.....

Toks didelis sunkiųjų ir radioaktyvių vandenilio ir deguonies izotopų kiekis vandens, kuris yra gyvybės matrica, sudėtyje, jau prasidėjus žmogaus brendimui, pažeidžia jo genus ir sukelia įvairių ligų, vėžys, inicijuoja organizmo senėjimą.

Didelė žala genofondui dėl radioaktyvių ir sunkiųjų vandenilio ir deguonies izotopų vandenyje gali sukelti augalų, gyvūnų ir žmonių rūšių išnykimą. Daugelio mokslininkų nuomone, žmogui gresia net išnykimas, jei jis nepereis gerti lengvo vandens, kuriame išsekęs radioaktyviųjų ir sunkiųjų izotopų 18 O ir 2 H. Štai kodėl XXI amžiaus pradžioje tarp mokslininkų pasigirdo balsų. apie visišką sunkiųjų deuterio 2 H izotopų ir deguonies 18 O pašalinimą iš vartojamo geriamojo vandens.

Sunkiųjų deuterio ir deguonies izotopų pašalinimas iš įprasto geriamojo vandens nėra lengva užduotis. Tai pasiekiama įvairiais fizikiniais ir cheminiais metodais – izotopų mainai, elektrolizė, vakuuminis užšaldymas, po to atšildymas, rektifikavimas, centrifugavimas. Šie metodai buvo keletą kartų aptarti mūsų svetainėje.

Ukrainos mokslininkai G. D. Berdyshevas ir I. N. sukūrė pirmąjį pramoninį įrenginį, skirtą lengvo vandens su 30–35% sumažintu deuterio ir tričio kiekiu gaminti. Varnavskis kartu su Eksperimentinės patologijos, onkologijos ir radiobiologijos institutu. Ukrainos R. Kavetsky RAS. Šis unikalus įrenginys numato ledo gamybą iš šaltinio vandens užšaldant šaltą garą, išgautą iš šaltinio vandens, o po to šį ledą ištirpinant infraraudonųjų spindulių ir ultravioletinė spinduliuotė, lydyto vandens mikrosotinimas specialiomis dujomis ir mineralais.

Mokslininkai nustatė, kad esant 0-1,8°C temperatūrai vandens molekulės su deuteriu ir tričiu, skirtingai nei protiumo vanduo, yra metastabilios kietos neaktyvios būsenos. Ši savybė yra lengvojo ir sunkaus vandens dalinio atskyrimo pagrindas, sukuriant oro vakuumą virš vandens paviršiaus esant tokiai temperatūrai. Protiumo vanduo greitai išgaruoja, o tada sulaikomas šaldymo įtaisu, virsdamas sniegu ir ledu. Sunkusis vanduo, būdamas neaktyvios kietos būsenos ir turintis žymiai mažesnį dalinį slėgį, lieka šaltinio vandens garinimo bake kartu su vandenyje ištirpusiomis sunkiųjų metalų druskomis, naftos produktais, plovikliais ir kitomis kenksmingomis bei toksiškomis medžiagomis.

Garų slėgio virš atviro vandens paviršiaus (veidrodžio) priklausomybė nuo temperatūros esant normaliam slėgiui yra žinoma. Taigi, esant 0 ° C garų slėgis yra 4,6 mm Hg. Padidėjus vandens temperatūrai iki +10 ° C, garų slėgis padidėja iki 9,2 mm Hg, tai yra du kartus, o esant 100 ° C temperatūrai jis atitinka 760 mm Hg. Skaičiavimai rodo, kad kylant temperatūrai nuo 0°C iki 40°C garų slėgis virš vandens paviršiaus padidėja 10 kartų, o esant 100°C – 160 kartų. Lengvojo ir sunkaus vandens garavimo intensyvumas koreliuoja priklausomai nuo temperatūros ir retėjimo virš vandens paviršiaus. Laboratorinėmis sąlygomis gauti duomenys rodo, kad vandens temperatūra prieš jam išgaruojant turėjo didelę įtaką deuterio kiekiui lydytame vandenyje, gautame iš sušalusių šaltų garų.

Yra žinoma, kad vanduo iš sniego ar ledo su sumažintu deuterio kiekiu turi biologiškai aktyvių savybių, kurios turi teigiamą poveikį visoms gyvoms būtybėms – augalams, gyvūnams ir žmonėms. Lydymosi vandens biologinis aktyvumas gali būti žymiai padidintas derinant tam tikrą poveikį jam, pavyzdžiui, srautą ultravioletiniai spinduliai. Siūlomas sprendimas apima ultravioletinių ir infraraudonųjų spindulių apšvitinimą ledui tirpstant. Tai leidžia gauti tirpsmo vandens, kurio savybės panašios į lydyto vandens savybes, pavyzdžiui, saulės spinduliuojant ledą kalnų viršūnėse.

Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytas VIN-4 „Nadiya“ įrenginio, skirto gydomajam tirpstančiam geriamam vandeniui su sumažintu deuterio ir tričio kiekiu, gaminti, vaizdas. Korpuse 1 yra garinimo rezervuaras 2 šaltinio vandeniui su šildymo įtaisu 3 ir vandens aušinimo įtaisu 4. Taip pat yra vožtuvas 5, skirtas vandens tiekimui į garintuvą, ir vožtuvas b, skirtas nusausinti sunkiųjų atliekų likučius. vandenilio izotopai.

Scheminis VIN-4 „Nadiya“ įrengimo pavaizdavimas dviem projekcijomis: išilgai - 1 pav. ir skersai - 2 pav.

Korpuse 1 yra įtaisas 7, skirtas kondensuoti ir užšaldyti šaltus garus plonasienių vamzdinių elementų, sujungtų su siurbliu, skirtu per juos siurbti šaltnešiui, rinkinio pavidalu. Įrenginys 7 kartu su ultravioletinių 8 ir infraraudonųjų spindulių 9 šaltiniais yra virš konteinerio 10, skirto tirpalo vandeniui surinkti. Korpuso 1 vidinė ertmė vamzdžiu 11 yra sujungta su oro vakuumo šaltiniu, pavyzdžiui, prie VN-1MG tipo priekinio vakuuminio siurblio. Be to, korpuse 1 yra įtaisas 12, skirtas tiekti išvalytą orą arba specialių dujų mišinį į jo vidinę ertmę.

Įrenginyje VIN-4 garinimo rezervuaro 2 ertmėje įrengta šiluminės kontrolės sistema, skirta nustatyti pradinio išvalyto vandens garinimo proceso temperatūrą. Korpuse 1 yra iliuminatoriai, skirti stebėti garavimo, šaltų garų užšalimo ir ledo tirpimo procesus -13 ir 14. Talpykloje 10 yra įrengti vožtuvai 15 ištirpusio vandens nutekėjimui ir vamzdis 16, skirtas prijungti prie bloko konstrukcijai formuoti ir lydyto vandens savybės 17. 17 bloke yra vidinė kūginė talpa 18 su mineralais. Bako 19 išleidimo angoje yra filtras 20 ir išleidimo vožtuvas 21.

Montavimo veikimo principas yra toks. Iš vandens tiekimo į garintuvo baką 2 užpildomas vanduo, o šaltnešis pumpuojamas per įrenginį 4. Pasiekus nustatytą temperatūrą, neviršijančią +10°C, vandens aušinimo procesas sustabdomas. Korpusas 1 užsandarinamas ir oras pradedamas siurbti per vamzdį P, kad susidarytų vakuumas vidiniame montavimo korpuso tūryje. Vakuumo susidarymą pirmiausia lydi intensyvus jame ištirpusių dujų išsiskyrimas iš viso šaltinio vandens tūrio ir jų pašalinimas, o paskui intensyvus garų susidarymas iki vandens užvirimo, kuris stebimas pro iliuminatorius 13. ir 14. Susidarę šalti garai kondensuojasi ir užšąla ant šaldiklio figūrinių elementų paviršiaus 7. Kai ledo storis pasiekia duota vertė, garavimo procesas sustabdomas. Išjungiamas priekinis vakuuminis siurblys, įjungiami ultravioletinių 8 ir infraraudonųjų spindulių 9 šaltiniai, o per įrenginį 12 į korpuso 1 ertmę patenka išgrynintas oras arba specialiai paruošta aktyvuotų dujų kompozicija; padidinkite slėgį 1 korpuse iki atmosferos lygio arba aukštesnio. Likusi 2 talpos vandens dalis, praturtinta sunkiais izotopais, per vožtuvą 6 išpilama į atskirus indus arba išpilama. Ledui apšvitinus ir tirpstant, tirpstantis vanduo patenka į talpyklą 10, po to į bloką 17, kad suformuotų lydyto vandens struktūrą ir savybes. Pratekėjęs per vidinių 18 ir išorinių 19 kūginių konteinerių mineralus, o po to per filtrą 20, tirpstantis vanduo užbaigia savo kelionę, įgydamas ypatingų gyvybę suteikiančių ir gydomųjų savybių.

Panašų įrenginį, skirtą biologiškai geriamam aktyviam vandeniui su sumažintu deuterio kiekiu gaminti, 2000 m. sukūrė Rusijos mokslininkai Yu.E. Gaidadymovas V.B. ir Grigorjevas A.I. iš Medicinos ir biologinių problemų instituto. Atmosferos drėgmės kondensatas arba distiliatas skaidomas elektrolizatoriuje su kietu jonų mainų elektrolitu. Susidariusios elektrolizės dujos paverčia vandenį ir kondensuojasi. Elektrolizė atliekama 60-80 o C temperatūroje. Elektrolizės vandenilis pakeičiamas izotopais su vandens garais vandenilyje ant katalizatoriaus ant aktyviosios anglies nešiklio, kuriame yra 4-10% fluoroplasto ir 2-4% paladžio arba platinos. Vandens garai pašalinami iš susidariusio elektrolizės vandenilis ir deguonis, praleidžiant jį per jonų mainų membranas, elektrolizės dujos, išvalytos iš deuterio, paverčiamos vandeniu, pastarasis toliau valomas ir vėliau mineralizuojamas kontaktuojant su kalcio-magnio turinčiomis karbonatinėmis medžiagomis, daugiausia dolomito.

D 2 /H 2 O izotopų mainų reaktoriuje naudojama aktyvioji anglis PAH-SV, skatinama 2-4% paladžio ir 4-10% fluoroplasto elektrolizės temperatūroje. Elektrolizės vandenilis praleidžiamas per katalizatorių, izotopų mainai D 2 /H 2 O vyksta su vandens garais, esančiais vandenilyje, susidariusiais elektrolizės temperatūroje (60-80 o C). Tai leidžia padidinti izotopų mainų D 2 /H 2 O laipsnį, kuris didėja mažėjant izotopų mainų temperatūrai ir pašalina papildomas energijos sąnaudas vandens garinimui.

Įrenginyje yra elektrolizatorius su kietu jonų mainų elektrolitu, įterptu tarp akytojo anodo ir katodo, elektrolizės dujų keitiklis į vandenį, pastarajam skirtas kondensatorius ir vandens be deuterio kolektorius. Be to, įrenginyje yra papildomai įrengta deguonies džiovintuvas, D 2 /H 2 O izotopų mainų reaktorius ir vandens kondicionierius. Išorinės reaktoriaus sienelės ir džioviklis suformuotos iš jonų mainų membranų, be to, deguonies sausiklyje yra jonų mainų katijonų mainų dervos, o vandens kondicionierius suformuotas iš filtro su įterptais mišriais jonų mainų medžiagų sluoksniais, adsorbentas ir mineralizatorius, kurių sudėtyje yra granuliuotų kalcio-magnio karbonato medžiagų. Taip gaminamas geriamasis vanduo, kuriame yra labai išeikvotas deuterio ir kuris turi didelį biologinį aktyvumą.

Ši instaliacija, sukurta rusų mokslininkų, veikia taip. Išvalytas atmosferos drėgmės kondensatas arba distiliatas su kietu jonų mainų elektrolitu patenka į elektrolizatoriaus anodo kamerą, kurioje elektrolizės procesas vyksta 60-80 o C temperatūroje. Deuterio nuskurdintas deguonis ir vandenilis su vandens garais, susidarantys kaip elektrolizės rezultatas tiekiamas į deguonies sausiklį ir į izotopų mainų reaktorių, kurio išorinės šoninės sienelės suformuotos iš jonų mainų membranų. Vandenilio jonų hidratacijos vanduo buvo perneštas per kietąjį katijonų mainų elektrolitą ir esant slėgiui pateko į katolito kolektorių. Kataliziniame izotopų mainų reaktoriuje, užpildytame aktyvuota anglimi, kurioje yra 4-10 % fluoroplasto ir 2-4 % paladžio arba platinos pagal masę, vyksta D 2 /H 2 O izotopų mainų reakcija.

Pasikeitus izotopams, vandenilis džiovinamas iš vandens garų, kurie sorbuojami ir pašalinami per reaktoriaus jonų keitiklius, esančius ant jo išorinių šoninių sienelių. Išdžiovintos dujos patenka į elektrolizės dujų konverterį, katalizinį degiklį. Degiklio liepsna nukreipiama į kondensatorių, aušinama vandens iš čiaupo srautu, kur kondensuojasi vandens garai ir patenka į oro kondicionierių, kad būtų apdorojamas sorbciniu filtru. Tada vanduo patenka į deuterio išeikvoto vandens kolekciją. Prietaiso aušinimas ir jonų mainų membranų veikimas elektrolizės dujoms iš vandens garų išdžiovinimui atliekamas ventiliatoriumi.

Kondensuotas biologiškai aktyvus vanduo, turintis sumažintą deuterio kiekį, buvo po valymo sorbciniu būdu ant filtro su mišriu jonų mainų medžiagų (jonų keitiklių) sluoksniu ir adsorbentu - aktyviąja anglimi. Naudoti jonų keitikliai KU-13 Pch katijonų mainai ir AV-17-1 anijonai. Sorbuojant po vandens valymo, tūrinis filtravimo greitis buvo palaikomas pastovus, lygus 1 sorbcinio filtro tūriui per valandą. Po sorbcinio valymo vanduo buvo mineralizuotas ant dolomito. Valymo rezultatas pateiktas 1 ir 2 lentelėse.

Augalo pajėgumas vandeniui su sumažinta deuterio koncentracija yra 50 ml per valandą. Nulinės gravitacijos sąlygomis erdvėlaivyje patartina kuro elemente elektrolizės dujas paversti vandeniu, o tai pašalina dujų ir skysčių atskyrimo procesus ir leidžia kuro elemente susidariusią energiją grąžinti į laivo maitinimo sistemą. .

tęsinys kitame puslapyje

Žemiau esančiame paveikslėlyje schematiškai parodytas prietaisas, skirtas gaminti biologiškai aktyvų geriamąjį vandenį su sumažintu deuterio kiekiu iš atmosferos drėgmės kondensato arba distiliato. Įrenginyje yra talpykla 1 su atmosferos drėgmės kondensatu arba distiliatu, kuris yra prijungtas prie elektrolizatoriaus anodo kameros 2 su jonų mainų elektrolitu. Elektrolizatoriuje yra akytieji elektrodai (2 anodas ir 3 katodas), pagaminti iš titano, padengto platina. Deguonis ir vandenilis, susidarę dėl elektrolizės su vandens garais, patenka į deguonies sausiklį 4 ir izotopų mainų reaktorių 5 per porėtus elektrodus. Deguonies sausiklis 4 užpildomas jonų mainų katijonu. Išorinės džiovyklos 4 sienelės suformuotos iš jonų mainų membranų 6. Įeinantis deguonis džiovinamas dėl sorbcijos jonų mainų užpildu (katijonitu) ir vandens garų išgarinimo per jonų mainų membranas 6. Džiovintos dujos. patenka į dujų degiklį 9. Toliau vandens garai patenka į kondensatorių 10, o po to į oro kondicionierių 11 papildomam valymui ir mineralizacijai, o po to vanduo patenka į deuterio išeikvotą vandens kolektorių 12. Aparato aušinimas ir elektrolizės dujų veikimas džiovyklės iš vandens buvo vykdomos ventiliatoriumi 7.

Vandens be deuterio biologinio aktyvumo tyrimai su aukštesniaisiais augalais ir gyvūnais parodė, kad vanduo be deuterio pagal vieno etapo apdorojimo schemą turi teigiamą biologinį aktyvumą:

Auginant Arabidopsis ir Brassica per visą ontogenezės ciklą, naudojant tiriamus vandens mėginius su pakeista izotopine sudėtimi, buvo pastebėtas biomasės ir sėklų kiekio padidėjimas. Sėklų produkcija išaugo 2-6 kartus;

Nustatyta, kad putpelių laikymas nuo 6 dienų amžiaus iki lytinės brandos vandenyje, kuriame nėra deuterio, pagreitina lytinių organų vystymąsi (dydžiu ir svoriu) ir spermatogenezės pažangą.

Mokslininkai šį vandenį tyrinėjo trejus metus. Pirmieji eksperimentai buvo atlikti su linijinėmis pelėmis, užkrėstomis Lewiso plaučių karcinoma. Reliktinis vanduo atitolino vėžio proceso vystymąsi ir padidino gyvūnų atsparumą. Eksperimentai buvo atlikti su 75 3-3,5 mėnesių amžiaus pelėmis, kurios buvo suskirstytos į penkias grupes po 15 individų, atsižvelgiant į tiriamo vandens tipą.

Du rodikliai nusipelno ypatingo dėmesio: metastazių vėlavimas ir gyvūnų svorio mažėjimas eksperimento metu. Dėl galingo relikvinio vandens stimuliuojančio poveikio gyvūnų imuninei sistemai metastazių atsiradimas vėlavo 40% (!), palyginti su kontroline grupe, o gyvūnų, kurie gėrė relikvijų vandenį, svoris sumažėjo perpus mažiau. eksperimento.

Tada mokslininkai išaiškino reliktinio vandens poveikio gyvūnų organizmui mechanizmus – pelių kepenų mitochondrijų kvėpavimą ir oksidacinį fosforilinimą, taip pat periferinio kraujo sudėties pokyčius. Praėjus keturioms savaitėms nuo eksperimento pradžios, pelių, kurios gėrė reliktinį vandenį, raudonųjų kraujo kūnelių skaičius viename mililitre kraujo padidėjo iki 657 000 ląstelių, o hemoglobino kiekis padidėjo 1,54 g. Taip pat buvo pažymėta, kad buvo aišku teigiamą įtaką vanduo pagal kepenų audinio prisotinimo deguonimi rodiklius: pO2 padidėjo 15%, jo kvėpavimo potencialas padidėjo 1,3 karto. Teigiamas reliktinio vandens poveikis pelių sveikatai buvo įrodytas jų padidėjusiu atsparumu ir svorio padidėjimu, palyginti su kontroline. Norint įsitikinti palankiu reliktinio vandens poveikiu visoms gyvoms būtybėms, taip pat reikėjo išbandyti jo poveikį augalų augimui ir vystymuisi. JAE Kukurūzų institute atliktų tyrimų metu buvo nustatyta, kad relikto vandens stimuliuojantis poveikis kviečių, linų ir kukurūzų daigams yra panašus į augalų augimo stimuliatorių, tokių kaip fumaras ir fumaranas, poveikį, o relikto vandens poveikis. ryškesnis stimuliuojantis poveikis saulėgrąžų daigams.

Reliktinio vandens su skirtingu deuterio kiekiu, gauto VIN-7 Nadiya įrenginyje, spermatozoidų aktyvumo tyrimai buvo atlikti 1998 metais pavadintame Ekohigienos ir toksikologijos institute. L.Medvedas iš Ukrainos sveikatos apsaugos ministerijos. VNN-7 Nadiya įrenginio reliktinio vandens mėginiuose spermatozoidai ilgiau išlaiko savo funkcinį aktyvumą, o mažėjant deuterio kiekiui vandenyje, jis didėja. Jei atsižvelgsime į visiems gerai žinomą faktą, kad gyvybės dauginimasis yra susijęs su lytinių ląstelių gyvybinės veiklos potencialu, tai paaiškės reliktinio vandens svarba ateities kartoms.

Reliktinio vandens medicininės ir biologinės savybės buvo tiriamos 1995 m. Kijevo universiteto Bendrosios ir molekulinės genetikos katedroje. nacionalinis universitetas juos. T. Ševčenka. Drosophila yra gyvas modelio objektas, visuotinai pripažintas pasaulio moksle įvairiems biologiniams ir medicininiams eksperimentams. Ketinama ištirti trijų rūšių vandens poveikį visam Oregono linijos Drosophila melanogaster gimimo ir vystymosi ciklui – kiaušinėliams, lervų atsiradimui iš kiaušinėlių, lėliukių iš lervų ir suaugusiųjų (imago) iš lėliukių.

Pirmą kartą buvo aptiktas geroprotekcinis (jauninantis), radioprotekcinis ir antimutageninis reliktinio vandens, kurio deuterio kiekis sumažėjo 5%, poveikis Drosophila jos vystymosi metu.

Sulaukę teigiamų eksperimentų su Drosophila rezultatų, mokslininkai tęsė šiltakraujų gyvūnų tyrimus. Tam prisidėjo ir kosmonautų gyvybės palaikymo specialistų susidomėjimas (Maskvos Medicinos ir biologinių problemų institutas), kurie perėjo į lyginamieji tyrimai vandens mėginiai su sumažintu (60%) deuterio kiekiu.

1998 m. buvo atliktas vandens su sumažintu deuterio kiekiu, gauto naudojant elektrolizės technologiją Medicinos ir biologinių problemų institute, ir vandens, gauto naudojant vakuuminę technologiją VIN-7 Nadiya įrenginyje, poveikio imuninei sistemai. jūrų kiaulytės.

Turėjome nustatyti, kuris vanduo turi didesnį biologinį aktyvumą, turintį teigiamą poveikį imuninei sistemai - elektrolizės vanduo, išvalytas iš deuterio 60%, ar reliktinis vanduo iš „Nadiya“, kurio deuterio koncentracija sumažinta tik 9%?

Elektrolizės proceso metu vanduo su 60% sumažintu deuterio kiekiu išsaugo neigiamas distiliuoto vandens savybes (trūksta mineralizacijos, padidėja ištirpusių dujų kiekis, netvarkinga vandens molekulinė struktūra). Tai tik pradinė medžiaga astronautams geriamam vandeniui gauti.

Elektrolizės proceso pranašumas yra potencialus deuterio pašalinimas (iki 90%), todėl jis naudojamas eksperimentams su gyvūnais ir augalais.

Taikant vakuuminę technologiją vandens su sumažintu deuterio kiekiu gamybai, gaunamas mikromineralizuotas geriamasis vanduo su sumažintu jame ištirpusių dujų kiekiu ir tvarkinga ledą primenančia struktūra.

Eksperimentui mokslininkai paėmė 12 subrendusių jūrų kiaulyčių. Į 1 kontrolinės grupės limfocitų kultūrą buvo pridėtas vanduo, savo savybėmis panašus į fiziologinį tirpalą. Į 2 grupės limfocitus buvo pridėta elektrolizės vandens. Trečioje grupėje buvo naudojamas reliktinis vanduo iš VIN-7 „Nadiya“ įrenginio. Ketvirtąją grupę sudarė sunkusis vanduo su padidintu deuterio kiekiu 40%.

Gyvūnų imuninė būklė buvo įvertinta naudojant keturis pasaulio imunologijoje priimtus testus: E-ROK – atskleidžia gebėjimą surišti svetimas ląsteles; FG-NG – apibūdina neutrofilų granulocitų (NG) gebėjimą fagocituoti (PG); FG – MF – nustato makrofagų (MF) gebėjimą fagocituotis; ketvirtasis testas parodo T-limfocitų žudikų aktyvumą, jų gebėjimą sunaikinti visas organizmo ląsteles, kurios pasikeitė dėl mutacijos.

Pastebėtas reikšmingas imunostimuliuojantis poveikis, kurį turėjo reliktas vanduo iš VIN-7 Nadiya įrenginio (Nr. 3). Nepaisant 9% deuterio sumažinimo lygio, jis parodė didžiausią stimuliuojantį poveikį jūrų kiaulyčių imuninei sistemai, visais atžvilgiais pralenkdamas elektrolizės vandenį (Nr. 2), kurio deuterio kiekis sumažėjo 60%. Sunkusis vanduo stipriai slopino gyvūnų imunitetą.

Kaip vanduo su sumažintu deuterio kiekiu veikia gyvūnus? Atsakymą į šį klausimą pateikė Ukrainos akademikas V.I. Badinas. Jis išmatavo deuterio kiekio mažėjimo dinamiką 4 mėnesių amžiaus veršelių, kurie buvo šerti vandeniu su sumažintu deuterio kiekiu, organizme.

Eksperimentui buvo atrinkti trys sveiki 4 mėnesių amžiaus veršeliai. Kiekvienas iš jų buvo pastatytas į atskirą kioską. Prieš pradedant eksperimentą, šlapimo, kraujo ir plaukai. Gyvūnai buvo matuojami svoriui nustatyti. Eksperimento metu veršeliai buvo šeriami šienu (1,5–2 kg/d.) ir mišriais pašarais (2 kg/d.). Jie buvo šeriami išgrynintu vandeniu, pridedant sunkaus vandens su žinomu protiumo/deuterio izotopų poslinkiu.

Tada antrą, penktą ir septintą eksperimento dieną iš gyvūnų buvo paimtas šlapimas ir kraujas, kuriuose nustatytas deuterio, taip pat makro ir mikroelementų kiekis. Kiekvieną dieną buvo matuojamas veršelių pulsas, kvėpavimo dažnis ir kūno temperatūra. Viso eksperimento metu veršelius stebėjo veterinarijos gydytojas ir gyvulininkystės specialistas.

Nustatyta, kad deuterio koncentracija gyvūnų šlapime prieš eksperimentą buvo maždaug lygi deuterio koncentracijai Maskvos srities vandenyje.

Mokslininkai padarė tokias išvadas:

Gyvūnams vartojant vandenį, kuriame nėra deuterio, pasikeičia šlapimo vandens izotopinė sudėtis.

Gyvūnams vartojant išvalytą vandenį, sumažėjo kalcio koncentracija šlapime.

Buvo užfiksuotas kalcio, magnio ir kadmio kiekio plaukuose sumažėjimas.

Išlaikant kraujo ir šlapimo koncentracijos santykį, šlapime ir kraujo serume padidėjo kreatinino koncentracija.

Veršeliai, kurie gėrė vandenį su išsekusiu deuterio kiekiu, nuo paprastų veršelių skyrėsi judrumu ir dideliu judrumu.

Deuterio izotopinis poveikis gali suaktyvinti arba slopinti biocheminius procesus organizme. Tačiau kol nesukaupta pirminė informacija deuterio toksikologijos srityje, labai pavojinga tirti jo poveikį žmogui. Pirmas žingsnis praktiškai naudojant vandenį, kuriame nuskurdintas deuterio kiekis, gali būti lengvinto vandens naudojimas sunkiojo vandens gamybos personalo racione kaip profilaktinė priemonė.

Rusijoje taip pat gaminami reliktinio vandens analogai - vanduo su mažu deuterio kiekiu, lengvasis vanduo „Langvey“ ir lengvas vanduo „Protius“, kur susirinko kažkada akademinėse institucijose dirbę mokslininkai ir entuziastai, nusprendę investuoti pinigus ir pastangas. ateities vanduo. Jie išsikėlė tikslą sukurti lengvo vandens gamybą, kuri būtų efektyvesnė už esamus vakarietiškus analogus.

Lengvasis vanduo yra šalutinis sunkiojo vandens gamybos produktas, naudojamas branduolinėje pramonėje kaip neutronų stabdiklis. IN pastaraisiais metais Ryšium su tyrimais, įrodančiais itin didelį lengvojo vandens naudingumą (žr., pavyzdžiui, www.langvey.ru) žmogaus organizmui, ypač vėžio profilaktikai ir gydymui, vidaus rinkoje pasirodė šviesus geriamas vanduo. Deuterio kiekis jame, lemiantis jo kokybę ir kainą, svyruoja nuo 25 ppm (milijoninių dalių) 20-30 ppm žingsniais. Dėl didelio gamybos darbo jėgos litras lengvo vandens rinkoje kainuoja kelias dešimtis JAV dolerių ir daugiau.

Pirmoji įmonė naudoja originalią vandens valymo išcentrinio sūkurinio metodo technologiją, antroji – giluminio vandens valymo iš deuterio ir tričio technologiją naudojant kolonėlės distiliavimo metodą. Vandens rektifikavimas yra sudėtingas masės perdavimo procesas, kuris atliekamas priešpriešinio srauto kolonėlės įrenginiuose su kontaktiniais elementais – sandarikliais arba plokštėmis. Vandens rektifikavimo proceso metu vyksta nuolatiniai mainai tarp skysčio ir garų fazių molekulių, judančių viena kitos atžvilgiu.

Tuo pačiu metu skystoji fazė yra praturtintas aukštesnio verdančiojo komponento, o garų fazė - žemesnio verdančiojo - sunkiojo vandens ir kitų sunkiųjų tričio 3 H izotopų ir deguonies 18 O. Daugeliu atvejų rektifikacija atliekama priešpriešinio srauto kolonėlės aparatuose su įvairiais kontaktiniais elementais - purkštukai arba plokštelės. Masės perdavimo procesas vyksta per visą kolonėlės aukštį tarp grįžtamojo srauto, tekančio žemyn, ir garo, kylančio aukštyn. Masės perdavimo procesui suintensyvinti naudojami kontaktiniai elementai - purkštukai ir plokštelės, leidžiančios padidinti masės perdavimo paviršių. Naudojant antgalį, skystis plona plėvele teka per jo paviršių, naudojant plokštes, garai praeina per plokštelių paviršių esantį skysčio sluoksnį.

Ryžiai. kairėje - Distiliavimo kolonėlės diagrama

Ryžiai. teisingai - Sankt Peterburgo vandenilio izotopų atskyrimo laboratorijoje sukurtas eksperimentinis distiliavimo įrenginys, skirtas paprasto vandens deproteinizavimui. Nuotrauka iš svetainėsnrd.pnpi.spb.ru/lriv/home_rus.htm

Distiliavimo kolonėlė apskaičiuojama naudojant vandens virimo diagramą duotus parametrus rektifikacija – šaltinio vandens, dugno, distiliato sudėtis, našumas ir darbinis slėgis kolonėlėje. Tada parenkamas padėklų tipas, nustatomas garų greitis, kolonėlės skersmuo, masės perdavimo koeficientai, kolonėlės aukštis, padėklų hidraulinė varža. Po to apskaičiuojamos eksploatacinės savybės, taip pat ekonominiai distiliavimo kolonėlės naudojimo rodikliai. Praktiškai gilesniam vandens valymui iš izotopų naudojama ne viena distiliavimo kolonėlė, o visa serija – 20 atskirų kolonėlių kolonų baterija.

Ryžiai . Bendras vaizdas distiliavimo kolonėlių baterijos, skirtos vandens molekulėms atskirti į „lengvąsias“ ir „sunkiąsias“. Nuotrauka iš svetainėswww.langvey.ru

Lengvas geriamasis vanduo „Langvey“ gaminamas su kintančiu likutiniu deuterio kiekiu (nuo 125 iki 50 ppm). Jis supakuotas į 0,55 l ir 1,5 l talpos PET butelius) skirtas gerti ir gaminti. Remiantis klinikiniais tyrimais, atliktais Rusijos reabilitacinės medicinos ir urortologijos moksliniame centre bei Grožio institute, lengvas geriamasis vanduo „Langvey“ rekomenduojamas kaip kasdienis gėrimas, siekiant normalizuoti angliavandenių ir lipidų apykaitą, kraujospūdį, koreguoti svorį, pagerinti kūno funkcionavimą. virškinamąjį traktą, padidindamas vandens mainų greitį ir pašalindamas iš organizmo atliekas ir toksinus.

Lentelė. Lyginamosios charakteristikos lengvas geriamasis vanduo „Langvey“ ir garsių prekinių ženklų mineraliniai vandenys

Ši technologija leidžia išvalyti natūralų vandenį iš deuterio iki rekordinių 1-2 ppm verčių. Tai tikrai chemiškai grynas tam tikros izotopinės sudėties lengvasis vanduo. Be to, vandens valymo šiuo metodu produktyvumas yra daug didesnis nei bet kurio kito metodo, o tai atitinkamai sumažina jo kainą. Dideliu mastu gaminant lengvąjį vandenį, ateityje jis taps prieinamas visiems.

Šiuo metu visose pasaulio šalyse vykdomi vandens kokybės gerinimo darbai. Tačiau esami valymo įrenginiai ir vandens valymo technologijos negali susidoroti su savo užduotimis. Dėl to jie ir atsirado įvairių būdų ir prietaisai, skirti geriamojo vandens valymui iš deuterio izotopais. Apskritai, visi šie prietaisai, kad ir koks tobulas būtų valymas, negali nieko daryti su vandens genetine atmintimi, kuri pasireiškia vandens gebėjimu išlaikyti jo veikimo pėdsaką. molekulinė struktūra visų priemaišų junginių, įskaitant izotopus.

Tai ne paprasta užduotis. Nepaisant to, ilgus metus trukęs darbas, daugybė eksperimentų ir technologinių patobulinimų atvedė mokslininkus į tikslą: gauti lengvą kristalų grynumo vandenį, giliai išvalant iš deuterio, optimalią mineralinę sudėtį ir natūrali struktūra gautas dėl gilaus ištaisymo.

Ateities eksperimentuose planuojama, kad tarpplanetinių skrydžių astronautai kosmose gers „lengvąjį vandenį“ – vandenį, iš kurio pašalinti sunkieji vandenilio ir deguonies izotopai ir kuris turi teigiamą biologinį poveikį, ypač saugantį kūną nuo radiacijos.

Kaip pranešta konferencijoje Maskvoje, skirtoje gyvybės palaikymo sistemų kūrimui skrydžiai į kosmosą, Medicinos ir biologinių problemų instituto profesorius Jurijus Sinyak, tyrimai parodė, kad " lengvas vanduo“, kur deuterio ir sunkiojo deguonies nėra arba jų kiekis gerokai sumažėja, priešingai, jie turi nemažai naudingų biologinių savybių.

Medicinos ir biologinių problemų institute atliktų eksperimentų metu buvo įrodyta, kad lengvas vanduo apsaugo nuo radiacijos: pelės, gavusios didelę radiacijos dozę, išgyvendavo ilgiau, jei jos gerdavo lengvą vandenį.

Be to, buvo atrastos ir priešnavikinės lengvojo vandens savybės – eksperimentai parodė, kad jis sulėtina tam tikrų rūšių navikų augimą.

Šviesus vanduo yra sudėtingos struktūros ir sudėties produktas, turintis polifiziologinį poveikį žmogaus organizmui. Šiuo atžvilgiu svarbu įvertinti, kokį poveikį organizmui turės geriamojo vandens išvalymas iš sunkiųjų molekulių, išlaikant visus kitus vandens komponentus higienos normų reguliuojamais lygiais. Atsižvelgiant į vandens vaidmenį organizme ir žinomą sunkiojo vandens izotopinį poveikį bei gautus lengvojo vandens rezultatus, galima tikėtis, kad toks valymas gali turėti didžiausią įtaką biologinių membranų savybėms, reguliavimo sistemos ir gyvos ląstelės energetinis aparatas. Gerai žinoma, kad, pavyzdžiui, veikiant sunkiajam vandeniui, slopinamas gliukozės inicijuotas insulino išsiskyrimas iš kasos audinio ir Langerhanso salelių, sumažėja ląstelių mitochondrijų deguonies absorbcijos greitis.

Lengvasis vanduo – tai natūralus vanduo, iš dalies arba visiškai išvalytas nuo sunkaus vandens ir tokio valymo dėka įgyjantis unikalių savybių.

Pagrindinis lengvo geriamojo vandens poveikis žmogaus organizmui yra laipsniškas deuterio kiekio mažėjimas kūno skysčiuose dėl izotopų mainų reakcijų. Gautų rezultatų analizė rodo, kad organizmo vandens išvalymas nuo sunkaus vandens naudojant lengvą geriamąjį vandenį gali pagerinti svarbiausių organizmo sistemų veiklą.

Kasdienis lengvo geriamojo vandens vartojimas leidžia natūraliai sumažinti sunkaus vandens kiekį žmogaus organizme dėl izotopų mainų reakcijų. Šis unikalus valymas normalizuoja ląstelių membranų funkcionavimą, gerina bendrą savijautą, didina darbingumą, didina organizmo energijos išteklius, skatina greitą organizmo atsigavimą po didelio fizinio krūvio.

Unikalios lengvo geriamojo vandens savybės patvirtintos tyrimais ir klinikiniais tyrimais.

Lengvas geriamasis vanduo:

normalizuoja medžiagų apykaitą ir kraujospūdį;

sumažina cukraus kiekį kraujyje pacientams, sergantiems II tipo cukriniu diabetu;

efektyviai valo toksinus ir atliekas iš organizmo;

skatina greitą kaulų ir raumenų audinių gijimą ir atstatymą po traumų;

turi priešuždegiminį poveikį;

sustiprina efektą vaistai;

skatina svorio korekciją;

-saugo ląsteles nuo radiacijos;

greitai pašalina poalkoholinio abstinencijos požymius;

Pagrindinės lengvo vandens savybės

Šviesus vanduo turi mažesnį klampumą nei natūralus vanduo. Tai leidžia lengviau prasiskverbti pro ląstelių membranas ir padidinti vandens apykaitos greitį organizme.

Lengvajame vandenyje medžiagų tirpumas yra didesnis nei natūraliame vandenyje, todėl jis gali pilniau ir greičiau pašalinti iš organizmo medžiagų apykaitos produktus, išvalant jį nuo sunkiųjų metalų druskų, toksinų ir kitų kenksmingų medžiagų.

Fermentinių (katalizinių) reakcijų greitis lengvajame vandenyje yra didesnis nei paprastame vandenyje. Tai leidžia suintensyvinti medžiagų apykaitos procesus ir padeda organizmui greičiau atsigauti po didelių krūvių.

Šviesus vanduo leidžia natūraliai, nenaudojant jokių vaistų, žymiai padidinti organizmo energijos išteklius. Kaip parodė Rusijos medicinos mokslų akademijos Vaikų sveikatos mokslinio centro membranologijos laboratorijos tyrimai, šviesiame vandenyje ATP kiekis ląstelėse žymiai padidėja (30%). Tuo pačiu metu ląstelės aktyviau priešinasi įvairių nuodų poveikiui joms. Taigi, kai ląstelė yra veikiama cheminių medžiagų, kurios slopina ląstelių kvėpavimą, ląstelių išgyvenamumas šviesiame vandenyje po valandos būna 2 kartus didesnis nei bidistiliate.

Gyvūnus apšvitinus γ-švitinimu LD50 doze, nustatyta, kad gyvulių, vartojusių šviesų vandenį 15 dienų prieš švitinimą, išgyvenamumas buvo 2,5 karto didesnis nei kontrolinės grupės, o tai rodo stiprias radioprotekcines šviesos savybes. vandens. Tai reiškia, kad gerti „lengvą“ vandenį didelių miestų gyventojams, esant padidėjusiai foninei radiacijai, tikrai naudinga.

Taigi lengvojo vandens veikimo spektras yra labai platus. Faktas yra tas, kad reguliariai vartojant lengvą vandenį, visas kūnas palaipsniui išvalomas nuo sunkaus vandens. Tai lydi ląstelių, organų ir funkcinio aktyvumo padidėjimas įvairios sistemos kūno. Normalizuojasi medžiagų apykaitos procesai, didėja organizmo apsauga ir atsparumas žalingam poveikiui. Greitis, kuriuo organizmas išvalo sunkųjį vandenį, priklauso nuo žmogaus kūno svorio ir suvartoto lengvo vandens kiekio.

Pagarbiai

Ph.D. O.V. Mosin

Beveik iš karto po deuterio atradimo ( cm. DEUTERIJUS IR Sunkusis vanduo) pradėjo ieškoti gamtoje tričio, trečiojo supersunkaus vandenilio izotopo, kurio branduolyje, be vieno protono, yra du neutronai. Fizikams buvo akivaizdu, kad jei įprastame vandenilyje būtų tričio, jis koncentruotųsi kartu su deuteriu. Todėl kelios tyrėjų grupės, pradėjusios gaminti sunkųjį vandenį arba turėjusios prieigą prie jos, pradėjo ieškoti naujo izotopo, naudodamos skirtingus paieškos būdus. Vėliau buvo nustatyta, kad beveik visi metodai iš esmės negali duoti teigiamų rezultatų, nes jie neturėjo reikiamo jautrumo.

Jau pirmajame G. Urey darbe, kuriame buvo aptiktas deuteris, buvo bandoma aptikti tritį – lygiai taip pat pagal anksčiau teorijos numatytą poziciją. spektrines linijas. Tačiau spektrogramose apie šias linijas nebuvo net užuominos, o tai apskritai tyrėjų nenustebino. Jei paprastame vandenilyje deuterio yra tik šimtosios procento dalys, tikėtina, kad tričio yra daug mažiau. Išvada buvo aiški: būtina padidinti ir analizės jautrumą, ir vandenilio sodrinimo sunkiais izotopais laipsnį.

1933 metų pradžioje garsus amerikiečių fizikinis chemikas, teorijos autorius elektronų poros Gilbertas Lewisas kartu su chemiku Franku Speddingu pakartojo Urey eksperimentą. Šį kartą mokslininkai turėjo labai praturtintą mėginį, kuriame yra 67% deuterio. Toks mėginys, net ir po 2 minučių ekspozicijos spektrografe, fotografinėje plokštelėje davė aiškias deuterio linijas. Tačiau net ir po 40 valandų ekspozicijos ta vieta lėkštėje, kurioje, remiantis teorija, turėjo atsirasti tričio linijos, išliko visiškai švari. Tai reiškė, kad tričio kiekis paprastame vandenilyje buvo ne mažesnis kaip 1:6·10 6, t.y. mažiau nei vienas 3 H atomas 6 milijonams 1 H atomų. Taigi buvo padaryta tokia išvada: reikia paimti dar labiau koncentruotus mėginius, tai yra, elektrolizės būdu ne įprastą vandenį kaupti D 2 O, o sunkųjį vandenį. kaupti T 2 O (arba bent jau DTO). Praktiškai tai reiškė, kad norint gauti sunkųjį vandenį, reikėjo paimti tiek pradinio sunkaus vandens, kiek anksčiau buvo naudojamas įprastas vanduo!

Po spektroskopuotojų nesėkmių prie paieškos prisijungė ir masių spektrometrijos specialistai. Šis itin jautrus metodas leidžia išanalizuoti nedidelius jonų pavidalo medžiagos kiekius. Eksperimentams vanduo buvo koncentruojamas 225 tūkst. Tyrėjai tikėjosi mėginyje aptikti (DT) + jonų, kurių masė yra 5, tačiau paaiškėjo, kad jie priklauso triatominėms dalelėms (HDD) +, nedalyvaujant tričiui. Tapo akivaizdu, kad tričio, jei jo yra gamtoje, yra daug mažiau, nei manyta anksčiau: ne daugiau kaip 1:5·10 8, tai yra jau 1 T atomas 500 milijonų H atomų!

Tričio sintezė.

Kol spektroskopai ir masių spektrometrai vienas po kito skelbė apie tritį, kurie visi pasirodė esą klaidingi, tritis buvo gaminamas dirbtinai. Tai atsitiko patriarcho laboratorijoje branduolinė fizika Ernstas Rutherfordas. 1934 metų kovą anglų žurnale „Nature“ buvo išspausdintas nedidelis M. L. Oliphanto, P. Hartecko ir Rutherfordo parašas (lordo Rutherfordo pavardė nereikalavo inicialų skelbiant!). Nepaisant kuklaus užrašo pavadinimo: Transmutacijos efektas gaunamas naudojant sunkųjį vandenilį, ji informavo pasaulį apie svarbų pasiekimą – trečiojo vandenilio izotopo gamybą. Kūrinio bendraautoriai buvo jaunas australas Markas Lawrence'as Oliphantas ir austras Paulas Harteckas. Ir jei Oliphant vėliau tapo akademiku ir režisieriumi Fizinis institutas Kanberos universiteto Hartecko likimas buvo kitoks. Savotiškai suprasdamas savo pareigą Vokietijos mokslas 1934 m. nusprendė grįžti į Vokietiją ir dirbti nacių režimui. 1939 metais jis parašė laišką aukščiausiai Vokietijos karinei valdžiai apie galimybę kurti atominiai ginklai, o paskui bandė statyti urano katilą – laimei, nesėkmingai.

1933 m. Kembridžo laboratoriją aplankė G. Lewisas iš Berklio, padovanojęs Rutherfordui tris mažytes stiklines ampules beveik gryno sunkaus vandens. Bendras jų tūris buvo tik 0,5 ml. Olifantas iš šio vandens gavo gryno deuterio, kuris gamino D + jonų pluoštus, kurie išleidimo vamzdyje buvo pagreitinti iki didelės energijos. O Harteckas susintetino junginius, kuriuose vandenilio atomai buvo iš dalies pakeisti deuterio atomais. Taigi per mainų reakcijas NH 4 Cl + D 2 O NH 3 DCl + HDO, NH 3 DCl + D 2 O NH 2 D 2 Cl + HDO ir kt. buvo gauti nereikšmingi „svertinio“ amonio chlorido kiekiai. Kai deuteruotas amonio chloridas buvo bombarduojamas pagreitintais D+ jonais, buvo pastebėtas labai intensyvus naujų dalelių srautas. Kaip paaiškėjo, tai buvo naujo vandenilio izotopo – tričio (jie buvo vadinami tritonais) branduoliai. Taip pat tapo akivaizdu, kad pirmą kartą istorijoje buvo galima stebėti branduolių sintezę: du deuterio atomai susiliejo ir suformuoja nestabilų helio-4 branduolį, kuris vėliau suskyla ir susidaro tritis ir protonas: 4 He ® 3 H + 1 H.

Tais pačiais metais Rutherfordas per savo paskaitas jau demonstravo naujas branduolines transformacijas: per stiprintuvą prie garsiakalbio buvo prijungtas dalelių skaitiklis, todėl auditorijoje girdėjosi garsūs spragtelėjimai, kurie vis dažnėjo didėjant įtampai ant išlydžio vamzdžio. . Tuo pačiu metu kiekvienam milijonui į taikinį pataikiusių deuterio „apvalkalų“ buvo gautas vienas tričio atomas - tai daug branduolinės reakcijosšio tipo.

Taigi pirmasis tritis buvo gautas dirbtinai, kaip branduolinių reakcijų rezultatas. Klausimas apie jo egzistavimą gamtoje liko atviras. Dirbtinė tričio sintezė Kembridže tik paskatino tyrėjus sutelkti sunkųjį vandenį vis didesniuose masteliuose, tikintis rasti tričio natūraliame šaltinyje. Taigi, fizikai ir chemikai iš Prinstono universitetas, suvieniję jėgas, 1935 metais jau elektrolizės būdu buvo atliktos 75 tonos vandens – beveik dvi geležinkelio cisternos! Titaniškų pastangų dėka buvo gauta mažytė ampulė su tik 0,5 ml praturtinto vandens likučiu. Tai buvo rekordinė koncentracija – 150 milijonų kartų! Masių spektrinė šios liekanos analizė nieko naujo nedavė – spektre dar buvo 5 masę atitinkanti smailė, kuri buvo priskirta (DT)+ jonams, bei tričio kiekio gamtoje įvertinimas, atsižvelgiant į didžiulę koncentraciją, davė santykį T:H ~ 7:10 10, tai yra ne daugiau kaip vienas T atomas 70 milijardų H atomų.

Taigi, norint aptikti tritį, reikėjo toliau didinti vandens koncentracijos laipsnį. Tačiau tai pareikalavo milžiniškų išlaidų. Pats Rutherfordas dalyvavo sprendžiant problemą. Naudodamasis savo didžiuliu autoritetu, jis asmeniškai paprašė norvegų atlikti neregėto masto eksperimentą: sunkų vandenį jie gaus milijardą kartų koncentruodami paprastą vandenį! Pirmiausia elektrolizė buvo atlikta 13 000 tonų paprasto vandens, iš kurio buvo gauta 43,4 kg sunkaus vandens, kurio D 2 O kiekis yra 99,2 %. Po beveik 10 mėnesių elektrolizės šis kiekis buvo sumažintas iki 11 ml. Elektrolizės sąlygos buvo pasirinktos taip, kad būtų skatinama tariamo tričio koncentracija. Taigi iš 13 tūkstančių tonų vandens (tai yra 5 traukiniai su 50 cisternų!) buvo gautas tik vienas sodrinto vandens mėgintuvėlis. Pasaulis dar niekada nežinojo tokių grandiozinių eksperimentų!

Iškilo problema, kaip geriausiai elgtis su šiuo brangiu pavyzdžiu. Tikriausiai vienintelis žmogus pasaulyje, kuris masės spektrometre sugebėjo tiesiogiai atskirti jonus, labai artimus pagal masę (DT) + ir jonus, „užmaskuojančius“ juos (DDH) +, buvo Nobelio premijos laureatas F. W. Astonas, puikus specialistas šioje srityje. masių spektrometrinė analizė. Mėginį nuspręsta atiduoti jam analizei. Rezultatas buvo atgrasus: nebuvo jokių DT + jonų pėdsakų! Atitinkamai, T:H santykio įvertis buvo sumažintas iki 1:10 12 . Tapo akivaizdu, kad jei tričio yra natūraliuose šaltiniuose, tai tokiais nereikšmingais kiekiais, kad jo atskyrimas nuo jų yra susijęs su neįtikėtinais, jei ne įveikiamais, sunkumais.

Natūralaus tričio aptikimas.

Ar tritis gali būti radioaktyvus? Jau Rutherfordas, žlugus jo grandioziniam eksperimentui, neatmetė tokios galimybės. Skaičiavimai taip pat rodo, kad tričio branduolys turi būti nestabilus, todėl jis turi būti radioaktyvus. Nereikšmingus jo kiekius gamtoje galima paaiškinti santykinai trumpo gyvavimo trukmės tričio radioaktyvumu. Iš tiesų, tričio radioaktyvumas netrukus buvo atrastas eksperimentiškai. Žinoma, tai buvo dirbtinai pagamintas tritis. 5 mėnesius nebuvo pastebimo radioaktyvumo sumažėjimo. Iš to, atsižvelgiant į eksperimentų tikslumą, išplaukė, kad tričio pusinės eliminacijos laikas buvo ne trumpesnis kaip 10 metų. Šiuolaikiniai matavimai rodo, kad tričio pusinės eliminacijos laikas yra 12,262 metų.

Skildamas tritis išskiria beta daleles, virsta heliu-3. Tričio spinduliuotės energija yra tokia maža, kad ji net negali praeiti per ploną Geigerio skaitiklio sienelę. Todėl dujos, ištirtos dėl tričio, turi būti paleidžiamos skaitiklio viduje. Kita vertus, maža spinduliuotės energija turi savų privalumų – nepavojinga dirbti su tričio junginiais (jei jie yra nelakūs): jos skleidžiami beta spinduliai ore sklinda vos kelis milimetrus.

Norint sukurti tričio analizės metodus, reikėjo didelių jo kiekių. Todėl pradėjo atsirasti nauji jo sintezės metodai, pavyzdžiui, 9 Be + 2 H ® 8 Be + 3 H, 6 Li + 1 n ® 4 He + 3 H ir kt. O analizės tikslumas labai išaugo. Pavyzdžiui, tapo įmanoma analizuoti mėginius, kuriuose įvyko tik vienas tričio atomo skilimas per sekundę - tokiame tričio mėginyje yra mažiau nei 10–15 mol! Dabar fizikų rankose buvo itin jautrus analizės metodas – in prieškario metais ji buvo maždaug milijoną kartų jautresnė už masių spektrometriją. Atėjo laikas grįžti prie tričio paieškų natūraliuose šaltiniuose.

Tritis gamtoje.

1946 m., gerai žinomas autoritetas branduolinės fizikos srityje, Nobelio premijos laureatas W. F. Libby teigė, kad tritis nuolat susidaro dėl atmosferoje vykstančių branduolinių reakcijų. Pirmieji radioaktyvumo matavimai natūralus vandenilis, nors jie ir buvo nesėkmingi, parodė, kad H:T santykis yra 5 eilėmis mažesnis nei manyta anksčiau ir yra ne didesnis kaip 1:10 17 . Tapo akivaizdu, kad tričio neįmanoma aptikti masių spektrometrijos metodu net esant didžiausiam įsodrinimui: iki šeštojo dešimtmečio pradžios masių spektrometrai leido nustatyti priemaišų koncentracijas, kai jų kiekis buvo ne mažesnis kaip 10–4%.

1951 metais grupė Amerikos fizikai iš Čikagos universiteto, dalyvaujant W. Libby, išnešė saugomą „Rutherford“ ampulę su 11 ml itin praturtinto sunkiojo vandens, kurioje Aston kartą bandė aptikti tritį masių spektrometrijos būdu. Ir nors nuo šio mėginio išskyrimo iš natūralaus vandens praėjo pusantro dešimtmečio ir liko mažiau nei pusė jame esančio tričio, rezultatas netruko laukti: sunkusis vanduo buvo radioaktyvus! Išmatuotas aktyvumas, atsižvelgiant į sodrinimą gavus mėginį, atitiko natūralų tričio kiekį 1:10 18 .

Norėdami apsidrausti nuo galimos klaidos, nusprendėme viską pakartoti nuo pat pradžių, atidžiai stebėdami kiekvieną šio lemiamo eksperimento žingsnį. Autoriai paprašė Norvegijos įmonės paruošti dar kelis prisodrinto vandens mėginius. Vanduo buvo paimtas iš kalnų ežero šiaurės Norvegijoje 1948 m. sausį. Iš jo elektrolitiniu būdu buvo išgauta 15 ml sunkaus vandens. Jis buvo distiliuotas ir reaguoja su kalcio oksidu: CaO + D 2 O ® Ca(OD) 2. Deuteris buvo gautas redukuojant cinku raudonos šilumos temperatūroje iš kalcio deuteroksido: Ca(OD) 2 + Zn ® CaZnO 2 + D 2 . Masių spektrometrinė analizė parodė, kad buvo gautas gryniausias deuteris, kuris buvo įdėtas į Geigerio skaitiklį jo radioaktyvumui išmatuoti. Dujos pasirodė radioaktyvios, o tai reiškė, kad vandenyje, iš kurio buvo išskirtas deuteris, buvo tričio. Dar keli mėginiai buvo paruošti ir analizuoti tokiu pačiu būdu, siekiant išsiaiškinti, kiek tričio iš tikrųjų yra natūraliame vandenilyje.

Išskirtinis darbo kruopštumas nekėlė abejonių dėl gautų rezultatų. Tačiau likus metams iki šio darbo pabaigos, buvo paskelbtas F. Faltingso ir to paties P. Hartecko iš Hamburgo universiteto Fizikochemijos instituto straipsnis, kuriame rašoma apie tričio atradimą atmosferos vandenilyje. Taigi Harteckas tričio atradime dalyvavo du kartus: pirmiausia dirbtinį, o po 16 metų – natūralų.

Oras nėra pats turtingiausias vandenilio šaltinis – jame yra tik 0,00005% (jūros lygyje). Todėl vokiečių fizikų užsakymu bendrovė „Linde“ apdorojo šimtą tūkstančių kubinių metrų oro, iš kurio skystinimo ir rektifikacijos būdu buvo atskirtas vandenilis, o iš jo oksiduojant ant vario oksido buvo gauta 80 g vandens. Elektrolizės būdu šis vanduo buvo koncentruojamas kelias dešimtis kartų, tada juo „gesinamas“ kalcio karbidas: CaC 2 + 2H 2 O ® Ca(OH) 2 + C 2 H 2, o acetilenas su likusiu vandeniliu hidrinamas iki etano. : C 2 H 2 + 2H 2 ® C 2 H 6 . Susidariusio etano, į kurį pateko visas pradinis tritis, radioaktyvumas buvo analizuojamas. Skaičiavimai parodė, kad ore tričio (NT molekulių pavidalu) yra itin mažai: 20 kub. cm oro yra viena tričio molekulė, t.y. Visoje atmosferoje turėtų būti tik... 1 molis arba 3 g. Tačiau jei atsižvelgsime į tai, kad ore vandenilio yra itin mažai, paaiškėja, kad atmosferos molekulinis vandenilis yra prisodrintas tričio 10 000 kartų daugiau nei vandenilis lietaus vandenyje. Iš to seka, kad laisvas ir surištas vandenilis atmosferoje buvo skirtingos kilmės. Skaičiavimai taip pat parodė, kad visuose vandens telkiniuose Žemėje yra tik 100 kg tričio.

Čikagoje gauta tričio kiekio vandenyje vertė (H:T = 1:10 18) tapo visuotinai priimta. Šis tričio atomų kiekis netgi gavo specialų pavadinimą - „tričio vienetas“ (TE). Vidutiniškai 1 litre vandens yra 3,2·10–10 g tričio 1 litre oro yra 1,6·10–14 g (esant absoliučiam drėgniui 10 mg/l). Tritis susidaro viršutiniai sluoksniai atmosfera, dalyvaujant kosminei spinduliuotei 1200 atomų per sekundę greičiu 1 m 2 žemės paviršiaus. Taigi tūkstančius metų tričio kiekis gamtoje buvo beveik pastovus – nenutrūkstamą jo susidarymą atmosferoje kompensavo natūralus skilimas. Tačiau nuo 1954 metų (termobranduolinių bombų bandymų pradžios) padėtis kardinaliai pasikeitė ir tričio kiekis lietaus vandenyje išaugo tūkstančius kartų. Tai nenuostabu: 1 megatonos (Mt) vandenilinės bombos sprogimo metu išsiskiria 0,7–2 kg tričio. Bendra oro sprogimų galia buvo 1945–1962 m. 406 Mt, o žemė - 104 Mt. Be to, bendras tričio kiekis, išmestas į biosferą dėl bandymų, siekė šimtus kilogramų! Nutraukus bandymus ant žemės, tričio kiekis pradėjo mažėti. Pastaraisiais metais pagrindinis technogeninio tričio šaltinis aplinkoje tapo atominės elektrinės, kurios kasmet išskiria kelias dešimtis kilogramų tričio.

Šiuolaikiniai radiocheminiai metodai leidžia tiksliai nustatyti tričio kiekį santykinai nedideliame vandens kiekyje, paimtame iš konkretaus šaltinio. Kam tai skirta? Pasirodo, radioaktyvusis tritis, kurio labai patogus gyvavimo laikas – kiek daugiau nei 10 metų, gali suteikti daug vertingos informacijos. W. Libby pavadino tritį „radiovandeniliu“ pagal analogiją su radioaktyvia anglimi. Tritis gali būti puikus atsekamoji medžiaga tiriant įvairius natūralių procesų. Juo galima nustatyti augalinių produktų, pavyzdžiui, vynų, amžių (jei jie ne senesni kaip 30 metų), nes vynuogės sugeria tritį iš dirvožemio vandenų, o nuėmus derlių tričio kiekis vynuogių sultyse pradeda mažėti žinoma norma. Pats Libby daug išleido panašios analizės, perdirbęs šimtus litrų įvairių vynų, kuriuos jam tiekė įvairių vietovių vyndariai. Atmosferos tričio analizė suteikia vertingos informacijos apie kosminius spindulius. O nuosėdinėse uolienose esantis tritis gali rodyti oro ir drėgmės judėjimą Žemėje.

Pats turtingiausias natūralių šaltinių tritis - lietus ir sniegas, nes beveik visas tritis, susidaręs veikiant kosminiams spinduliams atmosferoje, pereina į vandenį. Intensyvumas kosminė spinduliuotė skiriasi priklausomai nuo platumos, todėl krituliai, pavyzdžiui, centrinėje Rusijoje, perneša kelis kartus daugiau tričio nei atogrąžų lietus. Ir lietaus, kuris krenta virš vandenyno, tričio yra labai mažai, nes jų šaltinis daugiausia yra tas pats vandenyno vanduo, o jame yra mažai tričio. Akivaizdu, kad giliame Grenlandijos ar Antarktidos lede tričio visiškai nėra – jis ten jau seniai visiškai suiręs. Žinant tričio susidarymo greitį atmosferoje, galima apskaičiuoti, kiek laiko drėgmė išlieka ore – nuo ​​to momento, kai ji išgaruoja nuo paviršiaus iki iškrenta lietaus ar sniego pavidalu. Paaiškėjo, kad, pavyzdžiui, ore virš vandenyno šis laikotarpis vidutiniškai trunka 9 dienas.

Natūralaus tričio atsargos yra nereikšmingos. Todėl visas įvairiems tikslams naudojamas tritis gaunamas dirbtinai apšvitinant litį neutronais. Dėl to atsirado galimybė gauti didelius gryno tričio kiekius ir ištirti jo bei junginių savybes. Taigi supersunkaus vandens T 2 O tankis yra 1,21459 g/cm 3 . Sintetinis tritis yra palyginti pigus ir pritaikytas moksliniams tyrimams bei pramonei. Šviečiantys tričio dažai, naudojami instrumentų svarstyklėms, buvo plačiai naudojami. Spinduliuotės požiūriu šie lengvieji junginiai yra mažiau pavojingi nei tradiciniai radžio junginiai. Pavyzdžiui, cinko sulfido turintis mažas kiekis tričio junginių (apie 0,03 mg 1 g šviesos kompozicijos), nuolat skleidžia žalia šviesa. Tokios nuolatinės šviesos kompozicijos naudojamos rodyklėms, instrumentų svarstyklėms ir kt. Jų gamyboje kasmet sunaudojama šimtai gramų tričio.

Tričio yra ir žmogaus organizme. Į jį patenka su maistu, su įkvepiamu oru ir per odą (12%). Įdomu tai, kad dujinis T 2 yra 500 kartų mažiau toksiškas nei itin sunkus vanduo T 2 O. Tai paaiškinama tuo, kad molekulinis tritis, patekęs į plaučius su oru, greitai (maždaug per 3 minutes) išsiskiria iš organizmo. Vandens sudėtyje esantis tritis išbūna jame 10 dienų ir per tą laiką sugeba perduoti jam didelę radiacijos dozę. Vidutiniškai žmogaus organizme yra 5·10–12 g tričio, kuris sudaro 0,13 mrem bendros metinės spinduliuotės dozės (tai šimtus kartų mažiau nei spinduliuotė iš kitų spinduliuotės šaltinių). Įdomu tai, kad žmonių, nešiojančių laikrodžius, kurių rodyklės ir skaičiai padengti tričio fosforu, tričio kiekis organizme yra 5 kartus didesnis nei vidutinis.

Tritis taip pat yra vienas iš pagrindinių termobranduolinių (vandenilinių) bombų sprogmenų komponentų, taip pat labai perspektyvus vykdant kontroliuojamą termobranduolinę reakciją pagal schemą D + T > 4 He + n.

Ilja Leensonas

Manau, kad tie vaikai, kurie šiandien dar tik mokosi šliaužioti, sulauks prasmingo amžiaus, kad galėtų su susižavėjimu žiūrėti transliacijas iš pirmųjų ITER startų. O šiandien kalbėsime apie kurą, kurio reikia termobranduoliniams reaktoriams, futuristinę Rusijos ateitį ir mūsų Mėnulio programą.

Koks ryšys? Išsiaiškinkime.

Prisiminkime

Termobranduoliniame reaktoriuje vyksta sintezės reakcija, t.y. Lengvieji atominiai branduoliai dėl šildymo įsibėgėja ir susijungia į sunkesnį atominį branduolį. Ryšio metu išsiskiria energijos jūra, kurios vardan viskas ir pradedama.

Projektuojant termobranduolinį reaktorių kyla daug sunkumų, tačiau jie sprendžiami. Prancūzijoje jungtinės kelių šalių, tarp jų ir Rusijos, pajėgos jau pradėjo minėto ITER statybas. Bet aš jau rašiau apie jį.

Vienas iš sunkumų komerciškai paleidžiant branduolių sintezės reaktorių yra kuras. Planuojama pasinaudoti įvairiais variantais.

Deuteris + tritis

Tai yra lengviausias variantas, siekiant užtikrinti, kad reakcija vyktų. Deuteris yra sunkusis vandenilis. Gauti tai nėra problema. Vien vandenyje jo yra dešimtys milijardų tonų.Imkime vandens. Iš jo gauname sunkų vandenį, o paskui deuterį. Jo gamyba žemėje šiuo metu yra dešimtys tūkstančių tonų per metus. Mes galime tai padaryti.

Su tričiu sunkiau. Tritis yra labai sunkus vandenilis. Susidaro aukštuose atmosferos sluoksniuose, kai kosminės spinduliuotės dalelės susiduria su atomo branduoliais. Kaip supranti, jo ten nedaug susidaro, o aukštyje sugauti neįmanoma.

Todėl tritis gaminamas žemėje branduoliniuose reaktoriuose. Įsivaizduokite, nuo 1955 iki 1999 m., pavyzdžiui, JAV buvo gauti 225 kg.

Mūsų reaktoriai taip pat gali tai padaryti. Vienas kilogramas šio džiaugsmo kainuoja beveik 2 milijardus rublių.Puiki investicija? Tačiau taip nebuvo.

Problema ta, kad tričio pusinės eliminacijos laikas yra -12 s mažų metų. Tai reiškia, kad po 12 metų nuo 1 kg. Liks tik pusė kilogramo tričio. Ne pats geriausias būdas laikyti pinigus.Tik vienam ITER paleidimui reikės 3 kg. Paleisti naujos kartos termobranduolinį reaktorių DEMO - 4-10 kg. O pasaulyje dabar tik 18 kg. šis gėris.

Taip, ir aš skubu jus pamaloninti: veikiantis termobranduolinis reaktorius su gigavatų elektros energijos generuojančia jėgaine per kiekvienus gigavatus* metus sunaudos 56 kg (!) tričio.

Kur galiu gauti tiek daug? Taip, termobranduolinė energija nėra pigi veikla.

Elegantiškas sprendimas

jau termobranduolinis įrenginys DEMO turės gaminti tritį savo reikmėms ir dar daugiau kitiems reaktoriams. Tiesą sakant, tai yra vienas iš DEMO tikslų – įrodyti, kad reaktorius gali aprūpinti save tričiu ir gaminti perteklių. Kaip taip?

Termobranduolinės sintezės metu deuteris ir tritis gamina helio branduolį ir didelės energijos neutroną. Tas pats neutronas, skuba greičiau nei vėjas, turi išeiti iš elektromagnetinės kameros ir atsitrenkti į metro ilgio ličio apvalkalą. Kai neutronas susiduria su ličio branduoliu, atsiras tritis.

Na, mes niekada neturėjome problemų su ličiu. Visi, kurie domisi, kaip jis kasamas, gali pasižiūrėti.

Na, o jei ne?

O jeigu tričio negalima pagaminti didesniais kiekiais, nei reikia pačiai stočiai? Ką daryti, jei išvesties tūris yra labai mažas?Termobranduolinė stotis nėra lazdelė: pastatė vieną ir viskas, energijos vartojimo problema išspręsta. Jų reikės statyti daug visoje planetoje.

Tačiau jei nesate patenkinti vien tričiu, galite naudoti helio-3.

Deuteris + helis-3

Itin sudėtinga reakcija, ties galimų ribomis. Ir viskas dėl neįsivaizduojamai aukštos plazmos temperatūros, kurią reikia pasiekti. Bet kas sakė, kad bus lengva?

Išėjime, sujungiant deuterio ir helio 3 atomus, gaunamas helis 4, protonas ir 18,4 MeV.

Mes išsprendėme problemą su deuteriu. Tačiau su heliu yra 3 problemos.Gamtoje jis randamas mantijoje nuo pat žemės sukūrimo. Į atmosferą jis patenka per ugnikalnius ir visokius gedimus.Mes dar nežinome, kaip ką nors išgauti iš mantijos, o atmosferoje yra tiek mažai helio 3, kad tai yra pražūtinga užduotis.Jis turi būti gaunamas dirbtinai, pavyzdžiui, skaidant tritį.

O čia tritis?! Ne, jei tai būtų vienintelė galimybė, Helium 3 nekainuotų 65 tūkstančių rublių už litrą.Kitas variantas – bombarduoti litį alfa dalelėmis.

Bet bet kuriuo atveju reikalas yra gana brangus ir sudėtingas, o mes kalbame apie kilogramus, jau nekalbant apie pramoninę gamybą.

Kur galiu gauti helio-3?

Mūsiškiai dabar paleidžia palydovą Mėnulio paviršiaus žemėlapiui nustatyti.

Statomas erdvėlaivis skristi į Žemės orbitą. Daugelis žmonių tai daro, įskaitant mus. Tačiau mūsų inžinieriai, nors ir atsilieka nuo paleidimo bandymų, planuoja išsiųsti laivą toliau nuo Žemės orbitos – į Mėnulį! Planuojama statyti Mėnulio bazę.Ko mes norime iš šio akmens gabalo?

Esmė ta, kad į mėnulio dirvožemis sukaupta 10 mln. tonų helio-3 – t kokia reikalinga ir naudinga medžiaga.

Ar manėte, kad iš smalsumo skridome į Mėnulį? Mes nesame tušti amerikiečiai. Jie pradėjo viešųjų ryšių kampaniją skrydžiui į Mėnulį, o mes pradėsime Helium-3 pramoniniu mastu. Mes netgi turime planą.

Planuoti

Iki 2025 metų į Žemės palydovą išsiųsime 4 tarpplanetines stotis. Jų užduotis bus tyrinėti poliarinį regolitą su vandens ledu, taip pat ieškoti tinkamos bazės Pietų ašigalio srityje.

Iki 30-ųjų pradžios pilotuojamos ekspedicijos buvo siunčiamos į Mėnulį nenusileidžiant ant paviršiaus. 30–40-aisiais pirmieji nusileidimai Mėnulio paviršiuje ir pirmasis ateities infrastruktūra bazės.

Iki 2050 mpagrindas būti!

Ir ten pamatysime pirmąsias automatines mašinas, kurios paliko pėdsakus mėnulio dirvoje. Robotų buldozeriai iš žaliavų formuos naujus Mėnulio kalnus, o sodrinimo gamykla dirbs visą parą, gamindama helio-3. Ir tik tarpplanetiškumo pradžia krovininiai laivai sutrikdys tylią šių darbų kasdienybę.

O žemėje vis tiek komentuosime valdžią, visiškai negalvodami, kokiu keliu elektra nueina nuo termobranduolinio reaktoriaus iki mūsų įtaiso.

Dažniausiai, norėdami pabrėžti to ar kito elemento reikšmę, sakoma: jei jo nebūtų, tai būtų buvę ir taip. Tačiau, kaip taisyklė, tai yra ne kas kita, kaip retorinis prietaisas. Tačiau vandenilis vieną dieną tikrai gali išnykti, nes jis nuolat dega žvaigždžių gelmėse, virsdamas inertišku heliu. O kai baigsis vandenilio atsargos, gyvybė Visatoje taps neįmanoma – ir dėl to, kad užges saulės, ir dėl to, kad nebus vandens...

Vandenilis ir Visata

Kadaise žmonės dievino Saulę. Tačiau dabar jis tapo tikslaus tyrimo objektu ir retai susimąstome apie tai, kad mūsų egzistavimas visiškai priklauso nuo jame vykstančių procesų.

Kiekvieną sekundę Saulė į kosmosą išspinduliuoja energijos, atitinkančios maždaug 4 milijonus tonų masės. Ši energija sukuriama keturiems vandenilio branduoliams, protonams, susiliejus į helio branduolį; vyksta reakcija keliais etapais, o jo bendras rezultatas užrašomas tokia lygtimi:

4 1 1 H + → 4 2 He 2+ + 2e + + 26,7 MeV.

Ar tai daug ar mažai -26,7 MeV vienam elementariam renginiui? Daug: „sudegus“ 1 g protonų išsiskiria 20 milijonų kartų daugiau energijos nei sudegus 1 g anglies. Niekas niekada nepastebėjo tokios reakcijos Žemėje: ji vyksta tokioje temperatūroje ir slėgyje, kuri egzistuoja tik žvaigždžių gelmėse ir žmonių dar neįvaldė.

Neįmanoma įsivaizduoti galios, prilygstančios 4 milijonų tonų masės praradimui kas sekundę: net ir įvykus galingiausiam termobranduoliniam sprogimui, tik apie 1 kg medžiagos paverčiama energija. Bet jei visą Saulės skleidžiamą energiją susiesime su jos bendra mase, paaiškės neįtikėtina: specifinė Saulės galia bus nereikšminga - daug mažesnė už tokio „šilumą generuojančio įrenginio“ galią kaip žmogus. pats. O skaičiavimai rodo, kad Saulė nenusilpdama švies dar mažiausiai 30 mlrd.

Nereikia nė sakyti, kad to užteks mūsų gyvenimui.

Mūsų Saulė yra bent pusė vandenilio. Iš viso Saulėje buvo atrasti 69 cheminiai elementai, tačiau vyrauja vandenilis. Tai 5,1 karto daugiau nei helio ir 10 tūkstančių kartų (ne pagal svorį, o pagal atomų skaičių) daugiau nei visų metalų kartu. Šis vandenilis sunaudojamas ne tik energijos gamybai. Vykstant termobranduoliniams procesams iš jo susidaro nauji cheminiai elementai, o pagreitinti protonai išmetami į aplinkinę erdvę.

Pastarasis reiškinys, vadinamas „saulės vėju“, buvo aptiktas palyginti neseniai, tyrinėjant kosminę erdvę dirbtiniai palydovai. Paaiškėjo, kad ypač stiprūs šio „vėjo“ gūsiai būna chromosferos pliūpsnių metu. Pasiekęs Žemę, protonų srautas, užfiksuotas jos magnetinio lauko, sukelia pašvaistės ir sutrikdo radijo ryšį, o astronautams „saulės vėjas“ kelia rimtą pavojų.

Bet ar tai yra vienintelė Saulės vandenilio branduolių srauto poveikio Žemei riba? Matyt, ne. Pirma, protonų srautas sukelia antrinį kosminė spinduliuotė pasiekti Žemės paviršių; antra, magnetinės audros gali paveikti gyvybės procesus; trečia, Žemės magnetinio lauko užfiksuoti vandenilio branduoliai negali nepaveikti jos masės perdavimo erdvėje.

Spręskite patys: dabar žemės plutoje iš 100 atomų 17 yra vandenilio atomai. Bet laisvo vandenilio Žemėje praktiškai nėra: jis yra vandens, mineralų, anglies, naftos, gyvų būtybių dalis... Tik vulkaninėse dujose kartais būna šiek tiek vandenilio, kuris dėl difuzijos išsisklaido atmosferoje. O kadangi vidutinis vandenilio molekulių šiluminio judėjimo greitis dėl mažos masės yra labai didelis – jis artimas antrajam kosminiam greičiui – šios molekulės iš atmosferos sluoksnių skrenda į kosmosą.

Bet jei Žemė netenka vandenilio, kodėl ji negali jo gauti iš tos pačios Saulės? Kadangi „saulės vėjas“ yra vandenilio branduoliai, kuriuos užfiksuoja Žemės magnetinis laukas, kodėl jie jame nepasilieka?

Juk Žemės atmosferoje yra deguonies; reaguodamas su įeinančiais vandenilio branduoliais, jis juos suriš, o kosminis vandenilis anksčiau ar vėliau iškris ant planetos paviršiaus paprasto lietaus pavidalu. Be to, skaičiavimai rodo, kad vandenilio masė, esanti visų žemės vandenynų, jūrų, ežerų ir upių vandenyje, yra lygi protonų masei, kurią per visą Žemės istoriją nešiojo „saulės vėjas“. Ar tai tik sutapimas?

Turime suvokti, kad mūsų Saulė, mūsų vandenilinė Saulė, yra tik eilinė žvaigždė Visatoje, kad yra daugybė panašių žvaigždžių, esančių šimtus, tūkstančius ir milijonus šviesmečių nuo Žemės. Ir kas žino – galbūt būtent tarpžvaigždinio vandenilio radijo spinduliuotės diapazone (atminkite – 21 centimetrą!) žmonija pirmą kartą galės susisiekti su svetimomis civilizacijomis...

Vandenilis ir gyvybė

Dar kartą apie tai, kad absurdiška sakyti: „Jei to ir to nebūtų gamtoje, tai nebūtų to ir to“. Faktas yra tas, kad pasaulio vaizdas, kurį dabar turime galimybę stebėti, susidarė būtent dėl ​​to, kas egzistuoja tikrovėje...

Tarkime, rašytojai mėgsta gyventi planetose, kur vietoj vandens yra vandenilio fluoridas arba amoniakas, o gyvybės pagrindas – ne anglis, o silicis. Bet kodėl mūsų planetoje, kur silicio yra daugiau nei pakankamai, nėra „silicio“ gyvybės? Ar todėl, kad silicis yra tiesiog netinkamas gyvenimo pagrindas?

Tačiau jei rafinuota žmogaus vaizduotė kartais randa ir anglies, ir deguonies pakaitalą, tai niekas negali pakeisti vandenilio. Faktas yra tas, kad visi elementai turi analogų, bet vandenilis neturi. Šio atomo branduolys yra elementari dalelė, ir tai negali nepaveikti atomo savybių.

Bet kuris atomas, išskyrus vandenilio atomą, normaliomis sąlygomis negali prarasti visų elektronų: jis lieka dar bent vienu elektronų apvalkalu, o šis apvalkalas, nešantis neigiamus krūvius, apsaugo branduolį. Tačiau vandenilio jonas yra „nuogas“, teigiamai įkrautas protonas, ir jis gali būti pritrauktas prie kitų atomų elektronų apvalkalų, nepatiriant ypač stipraus branduolio atstūmimo.

Ir štai kas atsitinka. Tarkime, vandens molekulėje abu deguonies atomo valentai yra prisotinti ir, atrodytų, nėra papildomas bendravimas negali atsirasti. Bet kai vienos vandens molekulės vandenilio atomas priartėja prie kitos molekulės deguonies atomo, tada tarp protono ir deguonies elektroninio apvalkalo pradeda veikti papildoma traukos jėga ir susidaro specialus, vadinamasis vandenilio ryšys:

Tokie ryšiai dvidešimt kartų silpnesni nei įprastai, tačiau jų vaidmuo vis tiek milžiniškas. Paimkite, pavyzdžiui, tą patį vandenį: daug jo nuostabios savybės yra nulemti būtent neįprastai išsivysčiusių vandenilinių jungčių. Pabandykite bent jau numatyti jo lydymosi temperatūrą, remdamiesi vandenilio junginių su deguonies kaimynais periodinėje lentelėje - azotu ir fluoru arba analogais - siera ir selenu - konstantomis.

Amoniakas lydosi – 77,7°C, vandenilio fluoridas – 92,3°C; todėl atrodo, kad vandens lydymosi temperatūra yra apie -85°C. Vandenilio selenidas lydosi – 64°C, vandenilio sulfidas – 82,9°C; todėl vandens, kaip panašaus darinio, turinčio mažesnę molekulinę masę, lydymosi temperatūra turėtų būti dar mažesnė... Bet ne, tikroji jo lydymosi temperatūra pasirodo esanti beveik šimtu laipsnių aukštesnė nei teoriškai prognozuota, ir to priežastis yra silpnos, bet daug tarpmolekulinių vandenilio jungčių, kurias deguonis dėl specifinės elektronų apvalkalo struktūros gali sudaryti daug daugiau nei azotas, fluoras, siera ar selenas.

Vandeniliniai ryšiai yra subtiliausių gyvenimo reiškinių pagrindas. Pavyzdžiui, būtent šių ryšių dėka fermentai gali konkrečiai atpažinti medžiagas, kurių reakcijas jie pagreitina. Faktas yra tas, kad kiekvieno fermento baltymų grandinė turi griežtai apibrėžtą erdvinę konfigūraciją, kurią fiksuoja daugybė intramolekulinių vandenilio jungčių tarp C = O ir N – H atomų grupių vandeniliniai ryšiai su tam tikra fermento molekulės dalimi – taip vadinamas aktyvusis centras. Dėl to susilpnėja šios medžiagos intramolekuliniai ryšiai, o fermentas tiesiogine prasme „įkanda“ molekulę.

Tačiau tai neriboja silpnų vandenilio jungčių vaidmens gyvybės procesuose. Būtent šių ryšių dėka įvyksta tikslus DNR molekulės kopijavimas, perduodant visą genetinę informaciją iš kartos į kartą; vandenilio ryšiai lemia daugelio vaistų veikimo specifiškumą; jie atsakingi ir už skonio pojūčius, ir už mūsų raumenų gebėjimą susitraukti... Žodžiu, gyvojoje gamtoje vandenilio atomas tikrai nepakeičiamas.

Vandenilis ir mokslas

Pačioje pabaigos XVIII Ir pradžios XIX V. chemija įžengė į įsitvirtinimo laikotarpį kiekybiniai modeliai: 1803 m. Johnas Daltonas suformulavo kelių santykių dėsnį (medžiagos reaguoja viena su kita svorio santykiu, kuris yra jų cheminių ekvivalentų kartotiniai). Tuo pačiu metu jis sudarė pirmąją chemijos mokslo istorijoje lentelę apie santykinius elementų atominius svorius. Šioje lentelėje vandenilis buvo pirmoje vietoje, o kitų elementų atominės masės buvo išreikštos skaičiais, artimais sveikiesiems skaičiams.

Ypatinga padėtis, kurią vandenilis užėmė nuo pat pradžių, negalėjo nepatraukti mokslininkų dėmesio, ir 1811 m. chemikai galėjo susipažinti su Williamo Prouto hipoteze, kuri sukūrė senovės Graikijos filosofų idėją apie pasaulio vienybę ir pasiūlė, kad visi elementai būtų sudaryti iš vandenilio kaip labai lengvo elemento. Proutui prieštaravo Jensas Jacobas Berzelius, kuris tobulino atominius svorius: iš jo eksperimentų paaiškėjo, kad elementų atominis svoris nebuvo sveikųjų skaičių santykis su vandenilio atominiu svoriu. „Tačiau, – paprieštaravo Prouto šalininkai, – „atominiai svoriai dar nebuvo pakankamai tiksliai nustatyti“, ir kaip pavyzdį jie nurodė Jeano Staso eksperimentus, kurie 1840 m. pakoregavo anglies atominę masę nuo 11,26 (ši vertė buvo nustatyta). Berzelius) iki 12, 0.

Ir vis dėlto, patrauklios Prouto hipotezės kuriam laikui teko atsisakyti: netrukus tas pats Stasas, atlikęs kruopščius ir neabejotinus tyrimus, nustatė, kad, pavyzdžiui, chloro atominė masė yra 35,45, t.y. jokiu būdu negali būti išreikštas skaičiumi, kuris yra vandenilio atominės masės kartotinis...

Tačiau 1869 m. Dmitrijus Ivanovičius Mendelejevas sukūrė savo periodinę elementų klasifikaciją, remdamasis elementų atominiu svoriu kaip pagrindine jų charakteristika. Natūralu, kad vandenilis elementų sistemoje buvo pirmasis.

Atradus periodinį dėsnį, tapo aišku, kad cheminiai elementai sudaro vieną seriją, kurios konstrukcija priklauso nuo tam tikrų vidinius modelius. Ir tai vėl neatgaivino Prouto hipotezės – nors ir šiek tiek pakeista forma: 1888 m. Williamas Crookesas pasiūlė, kad visi elementai, įskaitant vandenilį, susiformavo sutankinus pirminę medžiagą, kurią jis pavadino protile. Ir kadangi protilas, samprotavo Crookesas, matyt, turi labai mažą atominį svorį, tai suprantama trupmeninių atominių svorių atsiradimas.

Mendelejevas prieštaravo šiai hipotezei: „...duokite ką nors individualizuoto ir bus lengva suprasti galimybę matoma įvairovė. Priešingu atveju, kaip galima duoti daug? Tai yra, anot periodinės lentelės kūrėjo, vienos rūšies dalelės negali būti pagrindu kuriant elementų, turinčių tokias įvairias savybes, sistemą.

Bet štai kas įdomu. Pats Mendelejevas neįprastai domėjosi klausimu: kodėl periodinė lentelė turėtų prasidėti vandeniliu? Kas neleidžia egzistuoti elementams, kurių atominis svoris mažesnis nei vienas? O kaip tokį elementą 1905 m. Mendelejevas pavadino... „pasaulio eteriu“. Be to, jis įkelia jį į nulinę grupę virš helio ir apskaičiuoja jo atominį svorį - 0,000001! Inertinės dujos su tokiu mažu atominiu svoriu, anot Mendelejevo, viskas turėtų būti skvarbi, o jos tamprios vibracijos galėtų paaiškinti šviesos reiškinius...

Deja, šiai didžiojo mokslininko prognozei nebuvo lemta išsipildyti. Tačiau Mendelejevas buvo teisus tuo, kad elementai nėra sukurti iš identiškų dalelių: dabar žinome, kad jie sukurti iš protonų, neutronų ir elektronų.

Bet atleiskite, sušukite, nes protonas yra vandenilio atomo branduolys. Taigi Proutas vis dėlto buvo teisus?

Taip, jis iš tikrųjų buvo teisus savaip. Bet, taip sakant, buvo per anksti teisinga. Nes tuo metu to nebuvo galima nei iš tikrųjų patvirtinti, nei paneigti...

Tačiau pats vandenilis suvaidino reikšmingą vaidmenį mokslinės minties raidos istorijoje. 1913 m. Nielsas Bohras suformulavo savo garsiuosius postulatus, kurie paaiškino remiantis kvantinė mechanika atomo sandaros ypatumai ir periodiškumo dėsnio vidinė esmė. Ir Bohro teorija buvo pripažinta, nes jos pagrindu apskaičiuotas vandenilio spektras visiškai sutapo su stebimu.

Ir vis dėlto daugiau nei prieš 150 metų išsakytos idėjos istorija dar nesibaigė. Viena iš labiausiai mįslingų užduočių, su kuria susiduria šių dienų mokslas, yra rasti šabloną vadinamųjų savybių turinčiose. elementariosios dalelės, kurių dabar yra dešimtys. Mokslininkai bando jas redukuoti į tam tikrą periodinę sistemą, bet ar tai nerodo, kad vis dar yra keletas „visatos plytų“, iš kurių susideda visos elementarios dalelės - atomai, molekulės, o jūs ir aš? pabaiga?

Fizikai teigė, kad tokios dalelės egzistuoja, ir netgi pavadino jas kvarkais. Vienintelė problema: dar niekam pasaulyje nepavyko įrodyti, kad tokios dalelės yra tikrovė, o ne mitas...

Tačiau prisiminkime Proutą ir jo hipotezės likimą. Idėja apie daleles, iš kurių viskas pastatyta, išlieka tokia pat patraukli, kokia buvo prieš du tūkstantmečius ir pusantro šimtmečio. Ir net jei kvarkai pasirodo ne tai, ką apie juos galvoja šiuolaikiniai mokslininkai, svarbu, kad pasaulio vienybės idėja gyvuotų ir vystytųsi. Ir ateis laikas, kai jis gaus logišką išvadą.

Vandenilis ir praktika

Iš karto padarykime išlygą: priešingai nei „mokslas“, kaip grynųjų idėjų laukas, „praktika“ vadinsime viską, kas tarnauja. praktinė veiklažmogus – net jei tai eksperimentuojančio mokslininko veikla.

Chemikas vandenilį nagrinėja pirmiausia kaip medžiagą, kuri turi idealaus reduktorius.

Bet kur mes gauname vandenilio? Žinoma, lengviausias būdas yra iš baliono. Iš žalio baliono su raudonu užrašu „Vandilis“ ir su vožtuvu su „kairiuoju“ sriegiu (degios dujos!). Bet jei po ranka neturite cilindro?

Vandenilis gali būti gaminamas reaguojant metalams su rūgštimis:

Zn + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2.

Tačiau šis vandenilis negali būti visiškai grynas, nes reikia visiškai gryno metalo ir rūgšties. Lavoisier gryną vandenilį gavo leisdamas vandens garus per pistoleto vamzdį, šildomą ant grotelės:

4H2O + 3Fe → Fe3O4 + 4H2.

Bet šis būdas nėra labai patogus, nors šiuolaikinėje laboratorijoje galima apsieiti ir su kvarciniu vamzdžiu, užpildytu geležies drožlėmis ir kaitinamu elektrinėje krosnyje.

Elektrolizė! Distiliuotas vanduo, į kurį įpilama šiek tiek sieros rūgšties, kad padidėtų elektrinis laidumas, tekant nuolatinei srovei, suyra:

2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Jūsų paslaugoms yra beveik tobulo grynumo vandenilis, jums tereikia jį išlaisvinti nuo mažiausių vandens lašelių. (Pramonėje į vandenį dedama šarmo, o ne rūgšties, kad metalinė įranga nesugriūtų).

Dabar šį vandenilį lėtai leisime per vandenį, kuriame yra suspenduotas paladžio chloridas. Beveik iš karto prasidės redukcija, o nuosėdos pasidarys juodos - gausite paladžio juodą:

PdCl 2 + H 2 → Pd + 2HCl.

Juodasis paladis yra puikus įvairių organinių junginių hidrinimo katalizatorius. O katalizatoriaus čia reikia, nes molekulinis vandenilis yra labai inertiškas: net ir su deguonimi normaliomis sąlygomis jis reaguoja neįprastai lėtai. Juk pirmiausia vandenilio molekulė turi išsiskirti į atomus, o tam kiekvienam vandenilio moliui reikia išleisti 104 kcal (t.y. tik 2 g!). Tačiau katalizatoriaus paviršiuje šis procesas vyksta su daug mažiau energijos, smarkiai suaktyvinamas vandenilis.

Galbūt ir nereikia daug kalbėti apie katalizatorių vaidmenį šiuolaikinėse cheminėse technologijose: didžioji dauguma procesų atliekami jiems dalyvaujant. Ir svarbiausia iš jų yra amoniako sintezė iš vandenilio ir atmosferos azoto:

3H2 + N2 → 2NH3.

Šiuo atveju vandenilis gaminamas iš vandens ir metano, naudojant vadinamąją konversijos reakciją:

CH4 + 2H2O → 4H2 + CO2.

arba skaidant natūralius angliavandenilius atvirkštine hidrinimo reakcija:

CH 3 – CH 3 – CH 2 = CH 2 + H 2.

Sintetinis amoniakas yra nepakeičiamas azoto trąšų gamyboje. Tačiau vandenilis reikalingas ne tik amoniakui gaminti. Skystų augalinių riebalų pavertimas kietais gyvulinio aliejaus pakaitalais, kietos žemos kokybės anglies pavertimas skystu kuru ir daugelis kitų procesų vyksta dalyvaujant elementiniam vandeniliui. Pasirodo, vandenilis yra maistas žmonėms, augalams ir mašinoms...

Bet grįžkime prie laboratorijos. Čia vandenilis naudojamas ne tik gryna forma, bet ir jo junginių su metalais pavidalu - pavyzdžiui, ličio aliuminio hidridas LiAlH 4, natrio boro hidridas NaBH 4. Šie junginiai lengvai ir konkrečiai atkuria tam tikras atomų grupes organinėse medžiagose:

Vandenilio izotopai – deuteris (2 H arba D) ir tritis (3 H arba T) – leidžia tirti subtilius cheminių ir biocheminių procesų mechanizmus. Šie izotopai naudojami kaip „žymės“, nes deuterio ir tričio atomai išlaiko visas įprasto lengvojo izotopo – protiumo – chemines savybes ir gali jį pakeisti organiniais junginiais. Bet deuterį nuo pročio galima atskirti pagal masę, o tritį – pagal radioaktyvumą. Tai leidžia atsekti kiekvieno pažymėtos molekulės fragmento likimą.

Vandenilis ir ateitis

Žodžiai „deuteris“ ir „tritis“ primena, kad šiandien žmogus disponuoja galingiausiu reakcijos metu išsiskiriančios energijos šaltiniu:

2 1 N + 3 1 N → 4 2 He + 1 0 n+ 17,6 MeV.

Ši reakcija prasideda 10 milijonų laipsnių temperatūroje ir įvyksta per mažas sekundės dalis sprogimo metu. termobranduolinė bomba, o Žemės masteliais išsiskiria milžiniškas energijos kiekis.

Vandenilinės bombos kartais lyginamos su Saule. Tačiau jau matėme, kad Saulėje vyksta lėti ir stabilūs termobranduoliniai procesai. Saulė suteikia mums gyvybę, o vandenilio bomba žada mirtį...

Tačiau kada nors ateis laikas – ir šis laikas jau visai netoli – kai vertės matas bus ne auksas, o energija. Ir tada vandenilio izotopai išgelbės žmoniją nuo gresiančio energijos bado: kontroliuojamuose termobranduoliniuose procesuose kiekvienas natūralaus vandens litras suteiks tiek pat energijos, kiek dabar suteikia 300 litrų benzino. Ir žmonija su sutrikimu prisimins, kad buvo laikas, kai žmonės grasino vieni kitiems gyvybę teikiančiu šilumos ir šviesos šaltiniu...

Protis, deuteris, tritis...

Visų elementų, išskyrus vandenilį, izotopų fizinės ir cheminės savybės yra praktiškai vienodos: juk atomams, kurių branduoliai susideda iš kelių protonų ir neutronų, nėra taip svarbu, ar neutronu vienu mažiau, ar vienu neutronu daugiau. Bet vandenilio atomo branduolys yra vienas protonas, ir jei prie jo pridedamas neutronas, branduolio masė padidės beveik dvigubai, o jei bus du neutronai – trigubai. Todėl lengvasis vandenilis (protium) užverda minus 252,6°C temperatūroje, o jo izotopų virimo temperatūra nuo šios vertės skiriasi 3,2° (deuteris) ir 4,5° (tritis). Izotopams tai labai didelis skirtumas!

Nuostabūs izotopai gamtoje pasiskirstę nevienodai: vienas deuterio atomas sudaro apie 7000, o vienas beta radioaktyvaus tričio atomas – milijardui milijardui protiumo atomų. Kitas itin nestabilus vandenilio izotopas – 4H – buvo gautas dirbtinai.

Pirmenybė teikiama tikslumui

Fantastišku tikslumu nustatyta lengvojo vandenilio izotopo santykinė masė: 1,007276470 (jei anglies izotopo masę 12 C paimsime lygią 12,0000000). Jei, pavyzdžiui, tokiu tikslumu būtų išmatuotas pusiaujo ilgis, paklaida neviršytų 4 cm!

Bet kam reikalingas toks tikslumas? Juk kiekviena nauja figūra reikalauja vis daugiau eksperimentatorių pastangų... Paslaptis atskleidžiama paprastai: protiumo branduoliai, protonai dalyvauja daugelyje branduolinių reakcijų. Ir jei žinomos reaguojančių branduolių masės ir reakcijos produktų masės, tai naudojant formulę E = mc 2, galima apskaičiuoti jo energijos poveikį. O kadangi net branduolinių reakcijų energetinį poveikį lydi tik nedidelis masės pokytis, būtina šias mases išmatuoti kuo tiksliau.

Pirmas ar septintas?

Kokią vietą periodinėje lentelėje turėtų užimti vandenilis? Atrodytų juokingas klausimas: žinoma, pirmasis! Taip, bet į kurią grupę turėčiau jį įtraukti? Ilgą laiką vandenilis buvo dedamas virš ličio, nes turi vieną valentinį elektroną, kaip ir visi vienavalenčiai metalai. (Beje, vandenilio šilumos laidumas dujoms yra neįprastai didelis – vandenilio molekulės juda daug greičiau nei kitų dujų molekulės ir todėl intensyviau perduoda šilumą.)

Šiuolaikinėje elementų lentelėje vandenilis dedamas VII grupė, virš fluoro. Faktas yra tas, kad periodiškumo dėsnio logika reikalauja, kad pirmųjų trijų periodų analogiškų elementų branduolių krūvis skirtųsi aštuoniais vienetais; todėl vandenilis (eilės numeris 1) turėtų būti laikomas fluoro analogu (serijos numeris 9), o ne ličio analogu (eilės numeris 3). Ir vis dėlto turime prisiminti, kad analogija čia nebaigta: nors vandenilis, kaip ir fluoras, gali sudaryti junginius su metalais (hidridais), vandenilio jonas yra protonas, plika elementari dalelė ir negali būti lyginamas su jokiais kitais jonais. išvis.

Šarmas ar rūgštis?

Medžiagos, kurios tirpaluose pašalina vandenilio joną arba protoną, vadinamos rūgštimis, o tos, kurios prideda šį joną – šarmais. Protonų koncentracija apibūdina terpės reakciją: 1 litre neutralaus vandeninio tirpalo, taip pat 1 litre gryno vandens, yra 10–7 gramai vandenilio jonų; jei protonų koncentracija didesnė – terpė rūgštėja, o jei mažesnė – šarminė. (Šios koncentracijos logaritmas, paimtas su priešingu ženklu, yra „vandenilio indeksas“ arba pH.)

Tačiau reikia atsiminti, kad laisvųjų protonų vandeniniuose tirpaluose nėra ir negali būti: vandenilio atomo branduolys yra toks mažas, kad atrodo, kad jis yra įterptas į vandens elektronų apvalkalą ir sudaro specialų junginį - oksonio joną:

H + + H 2 O → H 3 O + .

Tačiau čia situacija veikiau priešinga – susidaro ne oksonio jonas, nes nuo rūgšties atsiskiria protonas, o rūgštis disocijuoja, nes susidaro oksonio jonas. Todėl disociacijos schema, tarkime, vandenilio chloridas, turėtų būti parašyta taip:

HСl + H 2 O → H 3 O + + Сl – .

Tai reiškia, kad vanduo, jame ištirpus vandenilio chloridui, elgiasi kaip šarmas (prideda protoną); jei, pavyzdžiui, jame ištirpsta amoniakas, tada vanduo veikia kaip rūgštis:

NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH – .

Žodžiu - viskas pasaulyje yra reliatyvu...

Okliuzijos stebuklai

Įsivaizduokite šią patirtį. Vandens elektrolizės įrenginyje katodas pagamintas plokštės pavidalu. Įjungi srovę, ir... plokštelė ima lenktis pati! Šio triuko paslaptis ta, kad plokštelė pagaminta iš paladžio ir iš vienos pusės padengta lako sluoksniu. Elektrolizės metu vandenilis išsiskiria nelakuotoje plokštės pusėje ir tuoj pat ištirpsta metale; o kadangi paladžio tūris didėja, atsiranda jėga, kuri lenkia plokštę.

Bet palaukite, sakysite, ar dujos ištirpsta metaluose? Paprastai tariant, šis reiškinys, vadinamas okliuzija, nestebina. Kitas dalykas stebina: viename paladžio tūryje ištirpsta iki 850 tūrių vandenilio! Tai yra šiek tiek mažiau nei amoniako kiekis, kuris gali ištirpti viename vandens tūryje – ir kokios dujos geriau tirpsta vandenyje! Vandenilis vandenyje tirpsta labai silpnai – apie 0,02 tūrio vienam vandens tūriui.

In statu nascendi

Kai vandenilis dega gryname deguonyje, temperatūra siekia 2800°C – tokia liepsna lengvai ištirpdo kvarcą ir daugumą metalų. Tačiau vandenilio pagalba galite pasiekti dar aukštesnę temperatūrą, jei naudosite jį ne kaip šaltinį, o kaip energijos nešiklį ir koncentratorių.

Štai kaip tai daroma. Vandenilio srovė teka per voltinę lanko liepsną. Veikiant aukštai temperatūrai, jo molekulės suyra, išsiskiria į atomus, sugerdamos didelį energijos kiekį. Susidaręs atominis vandenilis akimirksniu nesusijungia į molekules: juk pirmiausia atomai turi atsisakyti sukauptos energijos. O jeigu atominio vandenilio čiurkšlė nukreipta į kokį nors kietą paviršių, tai būtent ant jo atomai susijungia į molekules: išsiskiria disociacijos energija, paviršiaus temperatūra pakyla iki 3500...4000°C. Tokio atominio vandenilio degiklio pagalba galima apdoroti net ugniai atspariausius metalus.

Atominis vandenilis susidaro ne tik lanko liepsnoje: jis susidaro net rūgščių reakcijos metu su metalais. Išleidimo momentu (lotyniškai - in statu nascendi) vandenilis yra suaktyvėjęs, chemikai jį naudoja organinėms medžiagoms atkurti.

Kiek vandenilių iš viso yra?

Jau kalbėjome apie keturias vandenilio rūšis – jo izotopus. Ir vis dėlto gamtoje yra daug daugiau įvairių „vandenilių“, jei kalbėtume ne tik apie šio elemento atomus, bet ir apie jo molekules. Faktas yra tas, kad normaliomis sąlygomis molekulinis vandenilis yra dviejų neįprastų izomerų - vadinamojo orto ir garo vandenilio, kurie skiriasi orientacija, mišinys. magnetiniai momentai juos sudarančių atomų branduoliai. Ortovandenilio atveju šie momentai turi tą pačią orientaciją, o vandenilio garams – priešingą; Orto- ir parizomerai skiriasi ir savo fizinėmis savybėmis. Ir kadangi tiek deuteris, tiek tritis turi panašius izomerus ir kadangi gali egzistuoti HD, NT ir DT molekulės, kurių kiekviena, matyt, taip pat gali egzistuoti orto- ir paraizomerų pavidalu, tai reiškia, kad yra dvylika molekulinių atmainų. vandenilis.

Bet tai dar ne viskas. Neseniai mokslininkams pavyko gauti antivandenilį – atomą, pastatytą iš antiprotono ir pozitrono, o po to didelės energijos greitintuvuose buvo gauti antideuterio ir antitričio branduoliai. Taip pat yra mezoatomų, kuriuose protoną ar elektroną pakeičia vienas ar kitas mezonas. Jie taip pat gali būti laikomi savotiškais vandenilio izotopais...

Pirmasis metalinis vandenilis

Vandenilis, kaip žinome, šiandien turi mažiausiai tris viltis: termobranduolinės energijos, energijos perdavimo beveik be nuostolių (superlaidžiuose įrenginiuose esant skysto vandenilio, o ne skysto helio temperatūrai) ir - kaip aplinkai nekenksmingą kurą. . Ir visos šios viltys pirmiausia siejamos su metaliniu vandeniliu, t.y. toks vandenilis, kuris yra kieta medžiaga, pasižyminti dideliu elektros laidumu ir kitomis metalo savybėmis. Patogiausias vandenilio kuras turėtų būti kompaktiškas metalinis vandenilis. Be to, yra teorinių prielaidų, pagal kurias metalinis vandenilis gali egzistuoti įprastoje temperatūroje, išlikdamas superlaidininku.

Jie bandė (ir toliau bando) gauti metalinį vandenilį įvairiais būdais, įprastą kietą vandenilį veikdami statinėmis arba dinaminėmis apkrovomis. Pirmasis pranešimas apie galimą sėkmę sprendžiant šią svarbią ir sudėtinga problema 1975 metų vasarį paskelbė SSRS mokslų akademijos Aukšto slėgio fizikos instituto mokslininkų grupė (vadovaujama akademiko L.F. Vereščiagina). Ant deimantinių priekalų, atšaldytų iki 4,2 °K, nusodinus ploną vandenilio sluoksnį ir veikiant jį labai aukštu slėgiu, buvo pastebėtas neįprastas reiškinys. Vandenilio elektrinė varža sumažėjo milijonus kartų – jis perėjo į metalinę būseną. Tai įvyko esant maždaug 3 milijonų atm statiniam slėgiui. Pradėjus mažinti slėgį, jau maždaug tris kartus sumažėjus slėgiui (1 mln. atm.), įvyko atvirkštinis vandenilio perėjimas iš metalinės būsenos į įprastą, dielektrinę. Tačiau mokslininkai šio fakto nesuvokė kaip mirtiną gedimą, o tai reiškia, kad metalinis vandenilis normaliame slėgyje negali egzistuoti. Jie tikisi, kad metalinis vandenilis gali būti kažkaip „sukietintas“ ir laikui bėgant prieinamas įvairių specialybių mokslininkams. Ir technologijoms, matyt, taip pat.

Kai reaktoriuje dalijasi sunkieji branduoliai, išsiskiria energija. Kur yra šios energijos šaltinis? Kodėl jis išleidžiamas tuo metu, kai šerdis skyla į dvi dalis?

Urano-235 branduolį sudaro 92 protonai ir 143 neutronai. Tai nėra paprastas mechaninis elementariųjų dalelių mišinys, kaip, tarkime, geležies drožlių ir sieros miltelių mišinys. Dalelės, sudarančios atomo branduolį, yra labai glaudžiai viena su kita surištos vadinamųjų branduolinių jėgų. Šis ryšys tarp dalelių branduolyje yra daug milijonų kartų stipresnis nei ryšys, kuris egzistuoja tarp bet kurio cheminio junginio molekulėje esančių atomų. Kalcinuoti tas pačias geležies drožles, sumaišytas su siera, gaunamas cheminis junginys – geležies sulfidas. Norint suskaidyti visas geležies sulfido molekules į geležies ir sieros atomus, esančius viename grame, reikia maždaug vienos didelės kalorijos energijos. O norint sunaikinti visus vieną gramą sveriančiame urano gabale esančius branduolius į elementarias daleles, reikėtų apie 170 milijonų didelių kalorijų energijos. Toks energijos kiekis išsiskiria deginant beveik 20 tonų benzino.

Įvairių cheminių elementų branduoliuose esantys neutronai ir protonai tarpusavyje jungiasi įvairiai: vienuose jie stipresni, kituose – silpnesni. Kai urano branduolys dalijasi, kaip jau minėta, susidaro du „fragmentai“, kurie yra viduryje esančių atomų branduoliai. periodinė lentelė Mendelejevo elementai, pavyzdžiui, bario ir kriptono atomų branduoliai. Protonai ir neutronai šiuose branduoliuose yra surišti tvirčiau nei buvo urano ar kitų sunkiųjų elementų branduoliuose periodinės lentelės pabaigoje. Norint sunaikinti vieną bario ir vieną kriptono branduolį į elementarias daleles (protonus ir neutronus), prireiktų dešimčia procentų daugiau energijos nei sunaikinti vieną urano branduolį.

Jeigu branduoliui suskaidyti į atskiras elementarias daleles reikia tam tikros specifinės energijos, tai kai iš šių dalelių susidaro branduoliai, pagal energijos tvermės dėsnį turėtų išsiskirti ta pati energija.

Urano branduolio dalijimosi procesą mintyse suskirstykime į du etapus. Pirmasis etapas – urano branduolio sunaikinimas į protonus ir neutronus; Šiuo atveju vienam gramui gryno urano sunaudojama 170 milijonų didelių kalorijų. Antrasis etapas – bario ir kriptono branduolių susidarymas iš elementariųjų dalelių, susidariusių naikinant urano branduolius. Šį procesą lydi apie 190 milijonų didelių kalorijų energijos išsiskyrimas. Dėl abiejų reakcijos etapų energijos gaunama 20 milijonų didelių kalorijų. Norint gauti tokį energijos kiekį, reikia sudeginti apie dvi tonas benzino. Taigi urano „kaloringumas“ jo dalijimosi metu pasirodo du milijonus kartų didesnis nei deginant benziną.

Paaiškinkime savo samprotavimus tokiu pavyzdžiu. Tarkime, jūs stovite ant kalno ir semiatės vandens iš dviejų metrų gylio šulinio. Norėdami pakelti kiekvieną kilogramą vandens, išleidžiate du kilogramus darbo. Tada išpilkite šį vandenį per lataką ant turbinos rato, esančio penkiais metrais žemiau. Jei nepaisysime visų rūšių energijos nuostolių, turbina atliks penkių kilogramų-metrų darbą. Dėl to darbo gauname trimis kilogramais-metrais daugiau nei išleidžiame.

Branduolio dalijimosi metu sunkūs elementai jie nesuyra į atskiras elementarias daleles, tik skyla į dvi dalis – fragmentus. Gautų fragmentų viduje akimirksniu įvyksta elementariųjų dalelių persitvarkymas; jie „supakuoja“ tvirčiau, o šį procesą lydi energijos išsiskyrimas, o energijos išsiskiria daugiau nei išleidžiama sunkaus branduolio sunaikinimui.

Skaičiavimai rodo, kad sunkiųjų branduolių dalijimosi metu išsiskiria tik dalis branduolyje sukauptos energijos. Žymiai daugiau energijos gaunama, jei tie patys bario ir kriptono branduoliai yra sintetinami (sudaromi) tiesiai iš protonų ir neutronų. Tada jums nereikės eikvoti 170 milijonų didelių kalorijų energijos sunkiųjų branduolių sunaikinimui. Pavyzdyje su vandeniu tai atitiktų tai, kad nereikia jo traukti iš šulinio, o naudoti baseiną, kuriame vanduo yra viršutinio latako krašto lygyje.

Bet sintezei atomų branduoliai neutronų ir protonų, visų pirma būtina turėti šias elementarias daleles. IN baigta forma gamtoje jų nėra. Juos galima gauti tik dirbtinai. Tačiau neutronai ir protonai, išsiskiriantys laisvoje būsenoje, negali būti saugomi naudoti ateityje. Protonai yra proto atomai, neturintys vieno elektrono normaliomis sąlygomis, jie negali egzistuoti ilgai. Protonai susigrąžins prarastus elektronus ir vėl virs elektriškai neutraliais protiumo atomais.

Neutronai lengvai įsiskverbia į atomų branduolius ir juos sugauna. Be to, neutronai yra radioaktyvūs. Neutronų gyvavimo trukmė laisvoje būsenoje yra kelių minučių klausimas. Jei neutronui pavyksta išvengti branduolio užfiksavimo, jis spontaniškai virsta protonu ir elektronu. Iš kur radioaktyviosios neutrono transformacijos metu atsirado elektronas? Faktas yra tas, kad tiek neutronas, tiek protonas iš esmės yra ta pati elementarioji dalelė, tik jie yra skirtingos energijos būsenos. Norint pabrėžti šių dalelių bendrumą, kai jos kartu sudaro kažkokį atomo branduolį, jos netgi vadinamos tuo pačiu vardu – nukleonais. Taip sakoma, pavyzdžiui, chloro-35 izotopo branduolys susideda iš 35 nukleonų, neskirstant jų į protonus ir neutronus. Neutrono perėjimo į protoną procesas yra spontaniškas perėjimas iš aukštesniojo energijos lygisį žemesnę; tuo pačiu metu „gimsta“ elektronas. Spontaniškas protono perėjimas į neutroną yra neįmanomas, tai atitiktų perėjimą su žemas lygis energiją į aukštesnę, o tai prieštarauja energijos tvermės dėsniui. Akmuo, gulintis ant žemės, niekada pats, be įsikišimo išorinė jėga, nepakils. Jei protonui iš išorės suteikiamas reikiamas energijos kiekis, jis gali virsti neutronu, o šį veiksmą lydi dalelės, panašios į elektroną, bet teigiamai įkrautos, pasirodymas. Jis vadinamas, kaip jau žinome, pozitronu. Taip išeina, kad nors neutronuose elektronų nėra, o protonuose – pozitronų, tačiau jų tarpusavio transformacijos metu šios dalelės išsiskiria.

Taigi, jei įmanoma gauti neutronus ir protonus laisvoje formoje, tada jie turi būti nedelsiant naudojami atomų branduolių sintezei.

Sunkiųjų branduolių, tokių kaip uranas, sunaikinimas į elementariąsias daleles (nukleonus) reikalauja daug energijos. Ar gamtoje yra branduolių, kuriuose protonai ir neutronai nėra taip stipriai sujungti vienas su kitu, kaip urano branduolyje? Jeigu tokie branduoliai egzistuoja, tai pirmajai psichinei reakcijos stadijai – branduolio sunaikinimui – reikėtų mažiau energijos. Grįžtant prie pavyzdžio su šuliniu ir lataku, jei įmanoma, reikia ieškoti negilaus šulinio.

Čia vandenilis patenka į sceną su savo sunkiais izotopais ir dabar ne vienas, o du.

Kokį vaidmenį deuteris atliko veikiant branduoliniam reaktoriui? Jo vaidmuo buvo pagalbinis – sulėtinti greituosius neutronus iki šiluminio greičio. Jis nedalyvavo išleidžiant branduolinę energiją. Daugelyje reaktorių, kaip jau žinote, anglis grafito blokų arba paprasto vandens pavidalu sėkmingai naudojama kaip neutronų moderatoriai. Yra reaktorių, kuriuose nėra moderatoriaus – tai veikiantys reaktoriai greitieji neutronai. Procesuose, su kuriais dabar susipažinsime, vandenilio izotopai turi lemiamą reikšmę branduolinės energijos išmetimui.

Be sunkaus vandenilio izotopo – deuterio, yra ir supersunkusis izotopas – tritis; jis žymimas raide T. Be protono, tričio branduolyje yra ne vienas neutronas, kaip deuteris, o du (13 pav.). Skirtingai nuo deuterio

(balti apskritimai žymi protonus, juodi – neutronus, sudarančius branduolį).

Pusė visų turimų tričio atomų suyra per 12,2 metų. Šis laikotarpis nėra didelis, tačiau visiškai pakanka turėti reikiamą kiekį tričio.

Tritis yra sudėtingesnis vandenilio izotopas. Savo savybėmis jis skiriasi nuo protiumo labiau nei deuterio.

Kaip ir pirmieji du izotopai, tritis gali būti kondensuotas į skystį. Skysto tričio virimo temperatūra jau 4,65 laipsnio aukštesnė už pročio virimo temperatūrą. Jo garavimo šiluma yra net didesnė nei deuterio. Kai tritis susijungia su deguonimi, susidaro vanduo, vadinamas tričiu arba supersunkiu vandeniu. Kaip ir deuteris, tritis jungiasi su lydalo, deuterio ir deguonies izotopais, kad gautų įvairios izotopinės sudėties vandenį. Į devynias vandens rūšis, kurias suteikė deuteris, dabar pridedama tiek pat naujų, kurių molekulėse yra tričio atomų. Šių molekulių formules galima parašyti taip:

MSW16, LLP17 ir LLP18.

Samprotaudami taip pat, kaip ir urano branduolių dalijimosi atveju (žr. 50 psl.), mes mintyse padaliname procesą į du etapus: pirmasis yra deuterio ir tričio branduolių sunaikinimas į atskirus nukleonus, antrasis - helio sintezė. branduoliai iš jų. Neutronai ir protonai deuterio ir tričio branduoliuose yra surišti daug silpniau nei helio branduoliuose. Todėl dviejų vandenilio izotopų branduoliams sunaikinti iš viso reikia mažiau energijos, nei išsiskiria vieno helio branduolio sintezės metu iš susidariusių elementariųjų dalelių. Skaičiavimai rodo, kad iš deuterio ir tričio branduolių susidarius vos vienam gramui helio-4 izotopo atomų, išsiskiria apie šimtas milijonų didelių kalorijų energijos. Tai penkis kartus daugiau energijos, išsiskiriančios vienam gramui urano dalijimosi veikiant neutronams.

Norint atlikti helio branduolių sintezės reakciją, būtina, kad deuterio ir tričio branduoliai susidurtų vienas su kitu. Tai yra pagrindinis sunkumas vykdant helio branduolių sintezės reakciją. Juk abu susidūrę branduoliai yra teigiamai įkrauti, o elektra panašiai įkrauti kūnai vienas kitą atstumia. Norint įveikti elektrines atstumiančias jėgas, būtina priartėti prie branduolių ties
atsigulti didelės jėgos. Kaip tai padaryti? Matyt, reikia perteikti branduoliams tokią judėjimo energiją, kurios pakaktų tarp jų veikiančioms atstumiančioms jėgoms įveikti.

Vidutinį dalelių atsitiktinio judėjimo greitį, taigi ir jų energiją, lemia temperatūra. Kuo aukštesnė kūno temperatūra, tuo didesnė dalelių vidutinė energija, tuo greičiau jos juda. Tai reiškia, kad mūsų izotopai turi būti kaitinami ir kaitinami iki labai aukštos, maždaug milijono laipsnių ir net aukštesnės temperatūros. Tik esant tokiai temperatūrai, dalelių energijos pakaks įveikti elektrines atstumiančias jėgas tarp branduolių. Jei prisiminsime, kad net Saulės paviršiuje temperatūra siekia vos 6000 laipsnių, tuomet išryškėja kūnų įkaitinimo iki milijono laipsnių sunkumas. Vienintelis mūsų laikais žinomas šaltinis, su kuriuo galima pasiekti tokią temperatūrą, yra atominės bombos sprogimas, tai yra grandininis urano ar plutonio branduolių dalijimosi procesas. Tokio sprogimo zonoje deuteris ir tritis egzistuos plazmos pavidalu - terpė, susidedanti iš „plikų“ atominių branduolių, neturinčių elektronų apvalkalų. Esant tokioms sąlygoms, vandenilio izotopų branduoliai susitikę sugeba jungtis į helio branduolius, vadinamuosius. termobranduolinė reakcija. Toks ar panašus procesas vyksta vandenilinės bombos sprogimo metu.

Norint panaudoti termobranduolinių reakcijų metu išsiskiriančią energiją taikiems tikslams, būtina išmokti tokias reakcijas valdyti. Šio labai sunki užduotis Daugelio pasaulio šalių mokslininkai dabar yra užimti. Čia, Sovietų Sąjungoje, atliekama daug tyrimų šia kryptimi. Sėkmingas šios problemos sprendimas atleis žmoniją nuo rūpesčių ieškoti naujų energijos šaltinių ir sukels precedento neturintį mokslo ir technologijų klestėjimą.

Tik du su puse dešimtmečio mus skiria nuo sunkaus vandens atradimo ir laiko, kai jo buvo gauta tokiais kiekiais, kurie telpa į mažo mėgintuvėlio dugną. Už tai trumpas laikas Sunkusis vanduo užėmė tvirtą vietą branduolinėje energetikoje. Paaiškėjo, kad tai geriausias branduolinių reaktorių moderatorius, darbas

Varomas šiluminiais neutronais. Tačiau tai nėra svarbiausia. Sunkusis vanduo įgyja pirminę reikšmę vykdant termobranduolines reakcijas. Šioms reakcijoms pirmiausia reikia turėti pakankamai žaliavų, tai yra deuterio ir tričio. Deuterio atomai yra neatskiriama sunkiojo vandens molekulių dalis. Kaip matėme, tričio atomus galima gauti iš deuterio atomų. Vadinasi, sunkusis vanduo yra šaltinis, tiekiantis reikiamus elementus helio branduolių sintezės reakcijai. Todėl dabar sunkiojo vandens gamyba daugelyje pasaulio šalių vykdoma dideliu gamykliniu mastu.