Vetitë fiziko-kimike të izotopit të tritiumit. Reaksioni termonuklear i kontrolluar

A dini instalime për përgatitjen e ujit të shkrirë që janë 100 për qind... neutralizoni (ose më afër tij) përmbajtjen e deuteriumit dhe tritiumit? Unë gjithashtu isha i interesuar për instalimin e Muratov, për fat të keq, koordinatat e tij nuk janë të listuara në faqen tuaj të internetit.

Sinqerisht Sergej

Përshëndetje Sergej!

Teknologji të tilla për pastrimin e thellë 100% të ujit nga deuterium dhe tritium nuk ekzistojnë ende. Teknologjitë ekzistuese për pastrimin e ujit nga izotopet e rënda bëjnë të mundur pastrimin e tij me 70-90% të deuteriumit dhe tritiumit. Vetë uji i zakonshëm i pijshëm përbëhet nga vetëm 99,7% ujë i lehtë, molekulat e të cilit formohen nga atomet e lehta të hidrogjenit dhe oksigjenit. Uji i rëndë është gjithashtu i pranishëm si papastërti në çdo ujë natyror, i cili në formën e tij të pastër është një helm për të gjitha gjallesat.

Ujë i rëndë(oksidi i deuteriumit) - ka të njëjtën gjë formula kimike, si uji i zakonshëm, por në vend të atomeve të hidrogjenit ai përmban dy izotope të rënda të hidrogjenit - atome deuterium. Formula e ujit të rëndë me hidrogjen zakonisht shkruhet si: D 2 O ose 2 H 2 O. Nga jashtë, uji i rëndë duket si uji i zakonshëm - një lëng pa ngjyrë pa shije ose erë, por në mënyrën e vet. vetite fizike dhe kimike Dhe ndikim negativ Efekti që uji i rëndë ka në trup është shumë i ndryshëm nga uji i lehtë.

Ujë i lehtë- ky është ujë i pastruar nga uji i rëndë. Një izotop i hidrogjenit, deuteriumi, i dalluar nga prania e një neutroni "shtesë" në bërthamë, mund të formojë një molekulë uji me oksigjen. Uji i tillë, në molekulën e të cilit atomi i hidrogjenit zëvendësohet nga një atom deuteriumi, quhet i rëndë. Përmbajtja e deuteriumit në ujëra të ndryshëm natyrorë është shumë e pabarabartë. Mund të ndryshojë nga 0.03% (në raport me numrin total të atomeve të hidrogjenit) - ky është uji nga akulli i Antarktikut, - uji më i lehtë natyror - përmban 1.5 herë më pak deuterium se uji i detit. Dëbora e shkrirë dhe uji i akullnajave në male dhe në disa rajone të tjera të Tokës gjithashtu përmbajnë më pak ujë të rëndë se ai që pimë zakonisht.

Në një ton uji i lumit përmban 15 g ujë të rëndë në masën 0,015%. Gjatë 70 viteve të konsumimit të 3 litra ujë të pijshëm në ditë, rreth 80 ton ujë që përmban 10-12 kg deuterium dhe një sasi të konsiderueshme izotopësh hidrogjeni që lidhen me të - tritium 3 H dhe oksigjen 18 O - do të kalojnë nëpër trupin e njeriut. .

Tritium– një element radioaktiv beta me një gjysmë jete 12,26 vjet. Formohet nën ndikimin e rrezatimit të fortë të radios dhe neutronit në reaktorë. NË kushtet tokësore tritium e ka origjinën në shtresat e larta të atmosferës, ku ndodhin reaksionet natyrore bërthamore. Është një nga produktet e bombardimit të atomeve të azotit nga neutronet nga rrezatimi kozmik. Çdo minutë për çdo centimetër katror 8-9 atome tritium bien në sipërfaqen e tokës.

Në sasi të vogla, uji tepër i rëndë (tritium) arrin në Tokë si pjesë e reshjeve. Në të gjithë hidrosferën, ka vetëm rreth 20 kg T 2 0 në të njëjtën kohë.

Ujë tritium shpërndahet në mënyrë të pabarabartë: në trupat ujorë kontinental ka më shumë se në oqeane; Ka më shumë në ujërat e oqeanit polare sesa në ato ekuatoriale. Në vetitë e tij, uji tepër i rëndë ndryshon edhe më shumë nga uji i zakonshëm: vlon në 104°C, ngrin në 4...9°C dhe ka një dendësi prej 1,33 g/cm 3 .

Lista e izotopeve të hidrogjenit nuk përfundon me tritium. Izotopët më të rëndë 4 H dhe 5 H janë prodhuar gjithashtu artificialisht dhe janë gjithashtu radioaktivë.

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.

Kështu, është e mundur që të ekzistojnë molekula uji që përmbajnë cilindo nga pesë izotopet e hidrogjenit në çdo kombinim.

Kjo nuk e shter kompleksitetin e përbërjes izotopike të ujit. Ka edhe izotope të oksigjenit. NË tabelë periodike elementet kimike D.I. Emri i Mendelejevit është oksigjeni i njohur 16 O. Ekzistojnë edhe dy izotope natyrale të oksigjenit - 17 O dhe 18 O. Në ujërat natyrore, mesatarisht, për çdo 10 mijë atome të izotopit 16 O ka 4 atome nga 17. Izotopi O dhe 20 atome të izotopit 18 O.

Sipas vetive fizike ujë të rëndë me oksigjen 1 H 2 18 O ndryshon më pak nga ajo e zakonshme sesa hidrogjeni i rëndë. Gjendet në ujin e zakonshëm të pijshëm në një përqendrim shumë më të lartë se uji i rëndë - afërsisht 0.1%. Përftohet kryesisht nga distilimi i ujit natyror dhe përdoret për studime izotopike të metabolizmit.

Përveç atyre natyrore, ekzistojnë edhe gjashtë izotope të oksigjenit të krijuar artificialisht. Ashtu si izotopet artificiale të hidrogjenit, ato janë jetëshkurtër dhe radioaktive. Nga këto: 13 O, 14 O dhe 15 O janë të lehta, 19 O dhe 20 O janë të rënda dhe izotopi super i rëndë 24 O është marrë në vitin 1970.

Ekzistenca e pesë izotopeve të hidrogjenit dhe nëntë oksigjenit sugjeron se mund të ketë 135 lloje izotopike të ujit, 9 varietetet më të zakonshme të ujit në natyrë. Pjesa më e madhe e ujit natyror – mbi 99% – është ujë protium– 1 H 2 16 O. Ka ujë shumë më pak të rëndë me oksigjen: 1 H 2 18 O – të dhjetat e përqindjes. 1 H 2 17 O – të qindtat e sasisë totale të ujërave natyrore. Vetëm një e milionta e përqindjes përbëjnë ujin e rëndë D 2 O, por në formën e 1 HDO uji i rëndë tashmë gjendet në ujërat natyrore në një sasi të dukshme.

Edhe më pak të zakonshme se D 2 O janë nëntë radioaktive specie natyrore ujë që përmban tritium.

Uji klasik duhet të merret parasysh ujë protium 1 H 2 16 O në formën e tij të pastër, domethënë pa përzierjet më të vogla të 134 varieteteve të tjera izotopike. Dhe megjithëse përmbajtja e ujit protium në natyrë tejkalon ndjeshëm përmbajtjen e të gjitha llojeve të tjera të kombinuara, 1 H 2 16 O i pastër nuk ekziston në kushte natyrore. Në të gjithë botën, një ujë i tillë mund të gjendet vetëm në disa laboratorë të veçantë. Përftohet në një mënyrë shumë komplekse dhe ruhet me masat më të mëdha paraprake. Për të marrë 1 H 2 16 O të pastër, kryhet pastrim shumë i mirë, shumëfazor i ujërave natyrorë ose sintetizohet uji nga elementët fillestarë 1 H 2 dhe 16 O, të cilët fillimisht pastrohen tërësisht nga papastërtitë izotopike. Ky ujë përdoret në eksperimente dhe procese që kërkojnë pastërti të jashtëzakonshme të reagentëve kimikë.

Shkencëtarët besojnë se fusha gravitacionale e Tokës nuk është aq e fortë sa të mbajë 1 N dhe planeti ynë gradualisht po humbet protiumin si rezultat i shpërbërjes së tij në hapësirën ndërplanetare. Protiumi avullon më shpejt se deuteriumi i rëndë. Sipas disa studimeve, deuteriumi duhet të grumbullohet në atmosferë dhe në ujërat sipërfaqësore gjatë kohës gjeologjike.

Në planetin tonë ekziston një proces gjigant avullimi-kondensimi i marrjes së ujit protium dhe pasurimit të reve të tij. Në male, prej tyre rrjedh ujë kryesisht i deteruar në disa shpate, dhe ujë i pasuruar me protium në disa të tjera. Në trupin e kafshëve, përbërja izotopike e ujit është afër përbërjes së ujit të shiut në habitatet e tyre. Për njerëzit, rregullime të rëndësishme në këtë varësi bëhen nga perimet dhe frutat e rritura në kushte të tjera klimatike dhe gjeografike. Kështu, frutat tropikale të rritura afër ekuatorit kanë vlera më të ulëta prej 2 H dhe 18 O. I gjithë deuteriumi në ujin e zakonshëm është në formën e HDO, dhe jo D 2 O. Alkooli etilik është gjithashtu një akumulues i mirë i deuteriumit.

Tani është e qartë pse është kaq e rëndësishme pastrimi i ujit nga izotopet e rënda dhe, para së gjithash, nga deuterium, tritium dhe 18 O. Megjithatë, pastrim efektiv Uji i rëndë i mbeturinave i kontaminuar me tritium dhe izotopë të tjerë të rëndë nuk ekzistonte deri vonë. Prandaj, asgjësimi i mbeturinave të ujit të rëndë në industrinë bërthamore përfaqësonte një problem serioz mjedisor, duke penguar futjen e llojeve të reja, më efikase të reaktorëve bërthamorë.

Më parë në faqen tonë të internetit ne kemi raportuar tashmë për metodat për prodhimin industrial të ujit me një përmbajtje të reduktuar deuteriumi duke përdorur metodat e ngrirjes-avullim me vakum dhe elektrolizës.

Një sasi kaq e konsiderueshme e izotopeve të rënda dhe radioaktive të hidrogjenit dhe oksigjenit në përbërjen e ujit, që është matrica e jetës, tashmë me fillimin e pubertetit të njeriut dëmton gjenet dhe shkakton sëmundje të ndryshme, kanceri, nis plakjen e trupit.

Dëmtimi masiv i grupit të gjeneve nga izotopet radioaktive dhe të rënda të hidrogjenit dhe oksigjenit në ujë mund të shkaktojë zhdukjen e specieve bimore, shtazore dhe njerëzore. Sipas shumë shkencëtarëve, njeriu është edhe në rrezik zhdukjeje nëse nuk kalon në pirjen e ujit të lehtë të varfëruar në izotopet radioaktive dhe të rënda 18 O dhe 2 H. Kjo është arsyeja pse në fillim të shekullit të 21-të u dëgjuan zëra midis shkencëtarëve. në lidhje me përjashtimin e plotë të izotopeve të rënda të deuteriumit 2 H dhe oksigjenit 18 O nga uji i pijshëm i konsumuar.

Heqja e izotopeve të rënda të deuteriumit dhe oksigjenit nga uji i zakonshëm i pijshëm nuk është një detyrë e lehtë. Arrihet me metoda të ndryshme fiziko-kimike - shkëmbimi i izotopeve, elektroliza, ngrirja në vakum e ndjekur nga shkrirja, korrigjimi, centrifugimi. Këto metoda janë diskutuar disa herë në faqen tonë të internetit.

Instalimi i parë industrial për prodhimin e ujit të lehtë me një përmbajtje të reduktuar 30-35% të deuteriumit dhe tritiumit u krijua nga shkencëtarët ukrainas G.D. Berdyshev dhe I.N. Varnavsky së bashku me Institutin e Patologjisë Eksperimentale, Onkologjisë dhe Radiobiologjisë me emrin. R. Kavetsky RAS i Ukrainës. Ky instalim unik siguron prodhimin e akullit nga uji i burimit duke ngrirë avullin e ftohtë të nxjerrë nga uji i burimit, i ndjekur nga shkrirja e këtij akulli në një rreze infra të kuqe dhe rrezatimi ultravjollcë, mikrongopja e ujit të shkrirë me gazra dhe minerale të veçanta.

Studiuesit kanë zbuluar se në temperaturat në intervalin 0-1,8°C, molekulat e ujit me deuterium dhe tritium, ndryshe nga uji protium, janë në një gjendje joaktive të ngurtë metastabile. Kjo veti qëndron në bazë të ndarjes së pjesshme të ujit të lehtë dhe të rëndë duke krijuar një vakum ajri mbi sipërfaqen e ujit në këtë temperaturë. Uji protium avullon me shpejtësi dhe më pas kapet nga pajisja e ngrirjes, duke u shndërruar në borë dhe akull. Uji i rëndë, duke qenë në gjendje të ngurtë joaktive dhe me një presion të pjesshëm dukshëm më të ulët, mbetet në rezervuarin e avullimit të ujit burimor së bashku me kripërat e metaleve të rënda, produktet e naftës, detergjentët dhe substancat e tjera të dëmshme dhe toksike të tretura në ujë.

Dihet varësia e presionit të avullit mbi sipërfaqen e hapur (pasqyrës) të ujit nga temperatura në presion normal. Kështu, në 0°C presioni i avullit është 4.6 mm Hg. Me një rritje të temperaturës së ujit në +10 ° C, presioni i avullit rritet në 9.2 mm Hg, domethënë dy herë, dhe në 100 ° C korrespondon me 760 mm Hg. Llogaritjet tregojnë se me një rritje të temperaturës nga 0°C në 40°C, presioni i avullit mbi sipërfaqen e ujit rritet 10 herë, dhe në 100°C - 160 herë. Intensiteti i avullimit të ujit të lehtë dhe të rëndë lidhet në varësi të temperaturës dhe rrallimit mbi sipërfaqen e ujit. Të dhënat e marra në kushte laboratorike tregojnë një ndikim të rëndësishëm të temperaturës së ujit para avullimit të tij në përmbajtjen e deuteriumit në ujin e shkrirë të marrë nga avulli i ftohtë i ngrirë.

Dihet se uji nga bora ose akulli me një përmbajtje të reduktuar të deuteriumit ka veti biologjikisht aktive që kanë një efekt të dobishëm në të gjitha gjallesat - bimët, kafshët dhe njerëzit. Aktiviteti biologjik i ujit të shkrirë mund të rritet ndjeshëm duke kombinuar disa ndikime mbi të, për shembull, rrjedhën rrezet ultraviolet. Zgjidhja e propozuar përfshin rrezatim ultravjollcë dhe infra të kuqe të akullit gjatë shkrirjes së tij. Kjo bën të mundur marrjen e ujit të shkrirë me veti të ngjashme me ujin e shkrirë, për shembull, gjatë rrezatimit diellor të akullit në majat e maleve.

Figura më poshtë tregon një imazh të instalimit VIN-4 "Nadiya" për prodhimin e ujit të pijshëm të shkrirë shërues me një përmbajtje të reduktuar të deuteriumit dhe tritiumit. Strehimi 1 përmban një rezervuar avullimi 2 për ujin burimor me një pajisje ngrohëse 3 dhe një pajisje për ftohjen e ujit 4 të bashkangjitur në të. Ka gjithashtu një valvul 5 për furnizimin me ujë në avullues dhe një valvul b për kullimin e mbetjeve të pasuruara në të rënda. izotopet e hidrogjenit.

Paraqitja skematike e instalimit VIN-4 “Nadiya” në dy projeksione: përgjatë - Fig.1 dhe përgjatë - Fig.2.

Strehimi 1 përmban një pajisje 7 për kondensimin dhe ngrirjen e avullit të ftohtë në formën e një grupi elementësh tuba me mure të hollë që janë të lidhur me një pompë për pompimin e ftohësit përmes tyre. Pajisja 7 së bashku me burimet e rrezatimit ultravjollcë 8 dhe infra të kuqe 9 vendosen sipër enës 10 për mbledhjen e ujit të shkrirë. Zgavra e brendshme e strehës 1 është e lidhur me një tub 11 me një burim vakumi ajri, për shembull, me një pompë vakum të përparmë të tipit VN-1MG. Për më tepër, strehimi 1 është i pajisur me një pajisje 12 për furnizimin e ajrit të pastruar ose një përzierje gazrash specialë në zgavrën e saj të brendshme.

Instalimi VIN-4 është i pajisur me një sistem kontrolli termik në zgavrën e rezervuarit të avullimit 2 për të kontrolluar temperaturën e caktuar të procesit të avullimit të ujit të trajtuar fillestar. Strehimi 1 ka vrima për monitorimin e proceseve të avullimit, ngrirjes së avullit të ftohtë dhe shkrirjes së akullit -13 dhe 14. Rezervuari 10 është i pajisur me valvula 15 për kullimin e ujit të shkrirë dhe një tub 16 për lidhjen me bllokun për formimin e strukturës dhe vetitë e ujit të shkrirë 17. Blloku 17 përfshin një enë të brendshme konike 18 me minerale. Në daljen e rezervuarit 19 ka një filtër 20 dhe një valvul kullimi 21.

Parimi i funksionimit të instalimit është si më poshtë. Nga furnizimi me ujë, rezervuari i avulluesit 2 mbushet me ujë dhe ftohësi pompohet përmes pajisjes 4. Kur arrihet temperatura e caktuar, jo më shumë se +10°C, procesi i ftohjes së ujit ndërpritet. Strehimi 1 mbyllet dhe ajri fillon të pompohet përmes tubit P për të krijuar një vakum në vëllimin e brendshëm të kutisë së instalimit. Krijimi i vakumit shoqërohet fillimisht me çlirimin intensiv të gazeve të tretura në të nga i gjithë vëllimi i ujit burimor dhe largimi i tyre, e më pas me formimin intensiv të avullit deri në vlimin e ujit, i cili vërehet përmes vrimave 13. dhe 14. Avulli i ftohtë që rezulton kondensohet dhe ngrin në sipërfaqen e elementeve me figura të ngrirësit 7. Kur trashësia e akullit arrin vlera e dhënë, procesi i avullimit ndalet. Pompa e vakumit të përparmë fiket, burimet e rrezatimit ultravjollcë 8 dhe infra të kuqe 9 ndizen, dhe përmes pajisjes 12, ajri i pastruar ose një përbërje e përgatitur posaçërisht e gazrave të aktivizuar futet në zgavrën e strehimit 1; sillni presionin në banesën 1 në një nivel ose mbi atmosferën. Pjesa e mbetur e ujit në enën 2, e pasuruar me izotopë të rëndë, derdhet përmes valvulës 6 në enë të veçantë ose derdhet jashtë. Ndërsa akulli rrezatohet dhe shkrihet, uji i shkrirë futet në enën 10, më pas në bllokun 17 për të formuar strukturën dhe vetitë e ujit të shkrirë. Duke kaluar nëpër mineralet e kontejnerëve konikë të brendshëm 18 dhe të jashtëm 19 dhe më pas përmes filtrit 20, uji i shkrirë përfundon udhëtimin e tij, duke marrë veti të veçanta jetëdhënëse dhe shëruese.

Një pajisje e ngjashme për prodhimin e ujit aktiv biologjikisht të pijshëm me një përmbajtje të reduktuar të deuteriumit është projektuar në vitin 2000 nga shkencëtarët rusë Yu.E. Gaidadymov V.B. dhe Grigoriev A.I. nga Instituti i Problemeve Mjekësore dhe Biologjike. Kondensata ose distilimi i lagështisë atmosferike zbërthehet në një elektrolizer me një elektrolit të ngurtë shkëmbyes jonik. Gazrat e elektrolizës që rezultojnë konvertojnë ujin dhe kondensohen. Elektroliza kryhet në temperaturën 60-80 o C. Hidrogjeni i elektrolizës i nënshtrohet shkëmbimit të izotopit me avujt e ujit në hidrogjen në një katalizator mbi një bartës aktiv karboni që përmban 4-10% fluoroplastik dhe 2-4% paladium ose platin. Avulli i ujit hiqet nga hidrogjeni dhe oksigjeni i elektrolizës që rezulton duke e kaluar atë nëpër membranat e shkëmbimit të joneve, gazrat e elektrolizës të pastruar nga deuteriumi shndërrohen në ujë, ky i fundit pastrohet më tej dhe më pas mineralizohet nga kontakti me materialet karbonate që përmbajnë kalcium-magnez, kryesisht dolomiti.

Në reaktorin e shkëmbimit të izotopeve D 2 / H 2 O, përdoret karboni aktiv PAH-SV, i promovuar me 2-4% paladium dhe 4-10% fluoroplastik në temperaturën e elektrolizës. Hidrogjeni i elektrolizës kalon nëpër katalizator, shkëmbimi i izotopit D 2 / H 2 O ndodh me avujt e ujit që përmban hidrogjeni, i formuar në temperaturën e elektrolizës (60-80 o C). Kjo ju lejon të rritni shkallën e shkëmbimit të izotopeve D 2 / H 2 O, e cila rritet me uljen e temperaturës së shkëmbimit të izotopeve dhe eliminoni kostot shtesë të energjisë për avullimin e ujit.

Pajisja përmban një elektrolizues me një elektrolit të ngurtë shkëmbyes jonik të vendosur midis një anode poroze dhe një katode, një konvertues të gazeve të elektrolizës në ujë, një kondensator të këtij të fundit dhe një kolektor uji pa deuterium. Përveç kësaj, pajisja është e pajisur gjithashtu me një tharëse oksigjeni, një reaktor shkëmbimi izotopësh D 2 / H 2 O dhe një kondicioner uji. Muret e jashtme të reaktorit dhe tharësit formohen nga membranat e shkëmbimit të joneve, përveç kësaj, tharësi i oksigjenit përmban një rrëshirë shkëmbimi të kationit të shkëmbimit të joneve, dhe kondicioneri i ujit formohet nga një filtër me shtresa të përziera të shtrënguara të materialeve të shkëmbimit të joneve. një adsorbent dhe një mineralizues që përmban materiale të grimcuara karbonat kalcium-magnez. Kjo prodhon ujë të pijshëm që është i varfëruar thellë në deuterium dhe ka aktivitet të madh biologjik.

Ky instalim, i projektuar nga shkencëtarët rusë, funksionon kështu. Kondensata ose distilati i pastruar i lagështisë atmosferike hyn në dhomën e anodës së elektrolizuesit me një elektrolit të ngurtë shkëmbyes jonesh, ku procesi i elektrolizës kryhet në një temperaturë prej 60-80 o C. Oksigjeni dhe hidrogjeni i varfëruar nga deuteriumi me avujt e ujit të formuar si si rezultat i elektrolizës futen në një tharës oksigjeni dhe në një reaktor shkëmbimi izotop, muret anësore të jashtme të të cilit formohen nga membranat e shkëmbimit të joneve. Uji i hidratimit të joneve të hidrogjenit u transferua përmes elektrolitit të ngurtë të shkëmbimit të kationeve dhe nën presion hyri në kolektorin e katolitit. Në një reaktor shkëmbimi katalitik të izotopit të mbushur me karbon të aktivizuar që përmban 4-10% fluoroplastikë dhe 2-4% paladium ose platin ndaj peshës, ndodh reaksioni i shkëmbimit të izotopit D 2 / H 2 O.

Pas shkëmbimit të izotopeve, hidrogjeni thahet nga avulli i ujit, i cili thithet dhe hiqet përmes shkëmbyesve të joneve të reaktorit të vendosur në muret e jashtme anësore të tij. Gazrat e tharë hyjnë në konvertuesin e gazit të elektrolizës, djegësin katalitik. Flaka e pishtarit drejtohet në një kondensator, ftohet në një rrjedhë me ujë rubineti, ku avulli i ujit kondensohet dhe hyn në kondicioner për trajtim pasues në një filtër thithjeje. Uji pastaj derdhet në një koleksion të ujit të varfëruar nga deuterium. Ftohja e pajisjes dhe funksionimi i membranave të shkëmbimit të joneve për të tharë gazrat e elektrolizës nga avujt e ujit kryhet nga një tifoz.

Uji i kondensuar biologjikisht aktiv me një përmbajtje të reduktuar të deuteriumit iu nënshtrua thithjes pas pastrimit në një filtër me një shtresë të përzier materialesh shkëmbyese jonesh (shkëmbyes jonesh) dhe një adsorbues - karbon aktiv. Shkëmbyesit e joneve të përdorura ishin shkëmbyesi i kationeve KU-13 Pch dhe shkëmbyesi i anionit AV-17-1. Gjatë thithjes pas pastrimit të ujit, shkalla volumetrike e filtrimit u mbajt konstante, e barabartë me 1 vëllim filtri thithës në orë. Pas pastrimit të thithjes, uji u mineralizua në dolomit. Rezultati i pastrimit është në tabelat 1 dhe 2.

Produktiviteti i instalimit për ujë me përqendrime të reduktuara të deuteriumit është 50 ml në orë. Në kushtet e gravitetit zero në një anije kozmike, këshillohet që gazet e elektrolizës të shndërrohen në ujë në një qelizë karburanti, e cila eliminon proceset e ndarjes së gazit nga lëngu dhe lejon që energjia e gjeneruar në qelizën e karburantit të kthehet në sistemin e furnizimit me energji të anijes. .

vazhdoi në faqen tjetër

Figura më poshtë tregon në mënyrë skematike një pajisje për prodhimin e ujit të pijshëm biologjikisht aktiv me një përmbajtje të reduktuar të deuteriumit nga kondensata ose distilimi i lagështisë atmosferike. Pajisja përmban një enë 1 me kondensatë ose distilim të lagështisë atmosferike, e cila është e lidhur me dhomën e anodës 2 të një elektrolizuesi me një elektrolit të shkëmbimit të joneve. Elektrolizatori përmban elektroda poroze (anoda 2 dhe katoda 3) të bëra nga titan i veshur me platin. Oksigjeni dhe hidrogjeni i formuar si rezultat i elektrolizës me avujt e ujit përmes elektrodave poroze hyjnë në tharësin e oksigjenit 4 dhe në reaktorin e shkëmbimit të izotopit 5. Thëruesi i oksigjenit 4 është i mbushur me shkëmbyes kation-shkëmbyes jonesh. Muret e jashtme të tharëses 4 janë formuar nga membranat e shkëmbimit të joneve 6. Oksigjeni në hyrje thahet për shkak të thithjes nga mbushësi i shkëmbimit të joneve (shkëmbyesi kation) dhe avullimit të avullit të ujit përmes membranave të shkëmbimit të joneve 6. Gazrat e tharë futeni në djegësin e gazit 9. Më pas, avulli i ujit hyn në kondensatorin 10, dhe më pas në kondicionerin 11 për pastrim dhe mineralizim shtesë, pas së cilës uji hyn në kolektorin e ujit të varfëruar nga deuteriumi 12. Ftohja e aparatit dhe funksionimi i gazit elektrolizë tharëset nga uji u kryen nga ventilatori 7.

Studimet e aktivitetit biologjik të ujit pa deuterium në bimët dhe kafshët më të larta kanë treguar se uji pa deuterium ka aktivitet biologjik pozitiv sipas një skeme përpunimi me një fazë:

Një rritje në sasinë e biomasës dhe farave u vu re kur Arabidopsis dhe Brassica u kultivuan gjatë ciklit të plotë të ontogjenezës duke përdorur mostrat e ujit të studiuar me një përbërje izotopike të ndryshuar. Prodhimi i farës u rrit me 2-6 herë;

U zbulua se mbajtja e shkurtave nga mosha 6 ditore deri në pjekurinë seksuale në ujë pa deuterium çon në zhvillimin e përshpejtuar të organeve gjenitale (në madhësi dhe peshë) dhe një përparim në procesin e spermatogjenezës.

Shkencëtarët e studiuan këtë ujë për tre vjet. Eksperimentet e para u kryen në minj linearë të inokuluar me karcinomën e mushkërive Lewis. Uji relikt vonoi zhvillimin e procesit të kancerit dhe rriti rezistencën e kafshëve. Eksperimentet u kryen në 75 minj të moshës 3-3.5 muajsh, të cilët u ndanë në pesë grupe me nga 15 kafshë secila, sipas llojit të ujit që testohej.

Dy tregues meritojnë vëmendje të veçantë: vonesa në metastazë dhe humbja e peshës së kafshëve gjatë eksperimentit. Efekti i fuqishëm stimulues i ujit relikt në sistemin imunitar të kafshëve çoi në një vonesë në zhvillimin e metastazave me 40% (!) në krahasim me grupin e kontrollit, dhe humbja e peshës në kafshët që pinin ujë relikt ishte gjysma më shumë deri në fund. të eksperimentit.

Pastaj studiuesit sqaruan mekanizmat e veprimit të ujit relikt në trupin e kafshëve - në frymëmarrje dhe fosforilimin oksidativ të mitokondrive të mëlçisë së miut, si dhe në ndryshimet në përbërjen e gjakut periferik. Katër javë pas fillimit të eksperimentit, rritja e numrit të qelizave të kuqe të gjakut në një mililitër gjak në minjtë që pinin ujë relikt arriti në 657,000 qeliza dhe përmbajtja e hemoglobinës u rrit me 1,54 g%. Gjithashtu u vu re se kishte një të qartë ndikim pozitiv ujë në treguesit e ngopjes me oksigjen të indit të mëlçisë: rritja e pO2 ishte 15%, potenciali i tij i frymëmarrjes u rrit 1.3 herë. Efekti i dobishëm i ujit relikt në shëndetin e minjve u evidentua nga rritja e rezistencës së tyre dhe shtimi në peshë në krahasim me kontrollin. Për t'u bindur për efektin e dobishëm të ujit relikt në të gjitha gjallesat, ishte gjithashtu e nevojshme të testohej efekti i tij në rritjen dhe zhvillimin e bimëve. Si rezultat i hulumtimit të kryer në Institutin e Misrit të Emirateve të Bashkuara Arabe, u vërtetua se efekti stimulues i ujit relikt në fidanët e grurit, lirit dhe misrit është i krahasueshëm me efektin e stimuluesve të rritjes së bimëve si fumari dhe fumarani, ndërsa uji relikt ka një efekt stimulues më i theksuar në fidanët e lulediellit.

Studimet e aktivitetit biologjik të ujit relikt me përmbajtje të ndryshme deuteriumi, të marra në instalimin VIN-7 Nadiya, mbi aktivitetin e spermës u kryen në vitin 1998 në Institutin e Ekohigjienës dhe Toksikologjisë me emrin. L.Medved i Ministrisë së Shëndetësisë së Ukrainës. Në mostrat e ujit relikt nga instalimi VNN-7 Nadiya, spermatozoidet ruajnë aktivitetin e tyre funksional më gjatë dhe ai rritet ndërsa përmbajtja e deuteriumit në ujë zvogëlohet. Nëse marrim parasysh faktin e njohur se riprodhimi i jetës lidhet me potencialin e aktivitetit jetësor të qelizave germinale, atëherë do të bëhet e qartë rëndësia e ujit relikt për brezat e ardhshëm.

Vetitë mjekësore dhe biologjike të ujit relikt u studiuan në vitin 1995 në Departamentin e Gjenetikës së Përgjithshme dhe Molekulare të Universitetit të Kievit. universiteti kombëtar ato. T. Shevchenko. Drosophila është një objekt i gjallë model i njohur përgjithësisht në shkencën botërore për eksperimente të ndryshme biologjike dhe mjekësore. U synua të studiohej efekti i tre llojeve të ujit në të gjithë ciklin e lindjes dhe zhvillimit të Drosophila melanogaster të linjës Oregon - vezëzimi, shfaqja e larvave nga vezët, pupat nga larvat dhe të rriturit (imagoes) nga pupat.

Për herë të parë, në Drosophila u zbuluan efektet geroprotektive (rinovuese), radioprotektive dhe antimutagjene të ekspozimit ndaj ujit relikt me një përmbajtje të reduktuar deuteriumi prej 5% në Drosophila.

Pasi morën rezultate pozitive nga eksperimentet mbi Drosophila, shkencëtarët vazhduan kërkimet mbi kafshët me gjak të ngrohtë. Kjo u lehtësua edhe nga interesimi i specialistëve për mbështetjen e jetës për kozmonautët (Instituti i Problemeve Mjekësore dhe Biologjike, Moskë), të cilët transferuan për hulumtim krahasues mostrat e ujit me përmbajtje të reduktuar (60%) deuterium.

Në vitin 1998, u krye një studim mbi efektin e ujit me një përmbajtje të reduktuar të deuteriumit, të marrë duke përdorur teknologjinë e elektrolizës në Institutin e Problemeve Mjekësore dhe Biologjike, dhe ujit të marrë duke përdorur teknologjinë e vakumit në instalimin VIN-7 Nadiya, në sistemin imunitar të derra nga Guinea.

Është dashur të përcaktohet se cili ujë ka një aktivitet biologjik më të lartë që ka një efekt të dobishëm në sistemin imunitar - uji i elektrolizës, i pastruar nga deuteriumi me 60%, ose uji relikt nga Nadiya me një përqendrim të reduktuar të deuteriumit me vetëm 9%?

Gjatë procesit të elektrolizës, uji me një përmbajtje të reduktuar të deuteriumit 60% ruan vetitë negative të ujit të distiluar (mungesë mineralizimi, rritje e përmbajtjes së gazrave të tretur, strukturë molekulare e çrregullt e ujit). Është vetëm materiali fillestar për marrjen e ujit të pijshëm për astronautët.

Avantazhi i procesit të elektrolizës është largimi i mundshëm i deuteriumit (deri në 90%), për këtë arsye përdoret për eksperimente në kafshë dhe bimë.

Duke përdorur teknologjinë e vakumit për prodhimin e ujit me një përmbajtje të reduktuar të deuteriumit, përftohet uji i pijshëm i mikromineralizuar me një përmbajtje të reduktuar të gazrave të tretur në të dhe me një strukturë të renditur si akulli.

Për eksperimentin, shkencëtarët morën 12 derra gini të pjekur. Uji, i ngjashëm në vetitë e tij me tretësirën fiziologjike, iu shtua kulturës limfocitare të grupit të kontrollit 1. Uji i elektrolizës iu shtua limfociteve të grupit 2. Në grupin e tretë, u përdor ujë relikt nga instalimi VIN-7 "Nadiya". Grupi i katërt përbëhej nga uji i rëndë me një përmbajtje të shtuar të deuteriumit prej 40%.

Gjendja imune e kafshëve u vlerësua duke përdorur katër teste të pranuara në imunologjinë botërore: E-ROK - zbulon aftësinë për të lidhur qelizat e huaja; FG-NG - karakterizon aftësinë e granulociteve neutrofile (NG) për fagocitozë (PG); FG - MF - përcakton aftësinë e makrofagëve (MF) për fagocitozë; Testi i katërt përfaqëson aktivitetin vrasës të limfociteve T, aftësinë e tyre për të vrarë të gjitha qelizat e trupit që kanë ndryshuar si rezultat i mutacionit.

U vu re një efekt i rëndësishëm imunostimulues që kishte uji relikt nga instalimi VIN-7 Nadiya (Nr. 3). Pavarësisht nga niveli 9% i reduktimit të deuteriumit, ai tregoi efektin më të madh stimulues në sistemin imunitar të derrave gini, duke tejkaluar në të gjitha aspektet ujin e elektrolizës (nr. 2) me një përmbajtje të reduktuar deuteriumi me 60%. Uji i rëndë kishte një efekt të fortë dëshpërues në imunitetin e kafshëve.

Si ndikon uji me përmbajtje të reduktuar të deuteriumit te kafshët? Përgjigja për këtë pyetje u dha nga Akademiku i Ukrainës V.I. Badin. Ai mati dinamikën e uljes së përmbajtjes së deuteriumit në trupin e viçave 4 muajsh që ushqeheshin me ujë me një përmbajtje të reduktuar të deuteriumit.

Për eksperimentin u zgjodhën tre viça të shëndetshëm të moshës 4 muajshe. Secila prej tyre u vendos në një stallë të veçantë. Para fillimit të eksperimentit, mostrat e urinës, gjakut dhe flokët. Kafshët u matën për të përcaktuar peshën. Gjatë eksperimentit, viçat u ushqyen me sanë (1,5-2 kg/ditë) dhe ushqim të përzier (2 kg/ditë). Dhe ata u ushqyen me ujë të pastruar me shtimin e ujit të rëndë me një zhvendosje të njohur të izotopit protium/deuterium.

Më pas, në ditën e dytë, të pestë dhe të shtatë të eksperimentit, kafshëve u mor urina dhe gjaku, në të cilin u përcaktua përmbajtja e deuteriumit, si dhe makro dhe mikroelementet. Çdo ditë matej pulsi i viçave, frekuenca e frymëmarrjes dhe temperatura e trupit. Gjatë gjithë eksperimentit, viçat u monitoruan nga një veteriner dhe specialist i blegtorisë.

U zbulua se përqendrimi i deuteriumit në urinën e kafshëve para eksperimentit ishte afërsisht i barabartë me përqendrimin e deuteriumit në ujin e rajonit të Moskës.

Shkencëtarët arritën në përfundimet e mëposhtme:

Konsumimi i ujit të varfëruar nga deuterium nga kafshët çon në ndryshime në përbërjen izotopike të ujit të urinës.

Konsumimi i ujit të pastruar nga kafshët çoi në një ulje të përqendrimit të kalciumit në urinë.

U regjistrua një rënie në përmbajtjen e kalciumit, magnezit dhe kadmiumit në flokë.

Kishte një rritje të përqendrimit të Creninës në urinë dhe serumin e gjakut duke ruajtur raportin e përqendrimit gjak/urinë.

Viçat që pinin ujë të varfëruar në deuterium ndryshonin nga viçat e zakonshëm në shkathtësinë dhe lëvizshmërinë e tyre të lartë.

Efekti izotop i deuteriumit mund të aktivizojë ose pengojë proceset biokimike në trup. Megjithatë, derisa informacioni parësor të jetë grumbulluar në fushën e toksikologjisë së deuteriumit, është shumë e rrezikshme të studiohet efekti i tij tek njerëzit. Hapi i parë në përdorimin praktik të ujit të varfëruar nga deuteriumi mund të jetë përdorimi i ujit të lehtësuar në dietën e personelit në prodhimin e ujit të rëndë si një agjent profilaktik.

Në Rusi, prodhohen edhe analoge të ujit relikt - ujë me një përmbajtje të ulët deuteriumi, ujë i lehtë "Langvey" dhe ujë i lehtë "Protius", ku u mblodhën shkencëtarët që dikur punonin në institucione akademike dhe entuziastë që vendosën të investojnë para dhe përpjekje në uji i së ardhmes. Ata i vendosën vetes synimin për të krijuar prodhim të lehtë të ujit që është më efikas se analogët ekzistues perëndimor.

Uji i lehtë është një nënprodukt i prodhimit të ujit të rëndë, i përdorur në industrinë bërthamore si moderator i neutroneve. NË vitet e fundit Në lidhje me kërkimet që vërtetojnë dobinë ekstreme të ujit të lehtë (shih, për shembull, www.langvey.ru) për trupin e njeriut, veçanërisht për parandalimin dhe trajtimin e kancerit, në tregun e brendshëm është shfaqur ujë i lehtë i destinuar për pije. Përmbajtja e deuteriumit në të, e cila përcakton cilësinë dhe koston e tij, varion nga 25 ppm (pjesë për milion) në hapa 20-30 ppm. Për shkak të intensitetit të lartë të punës së prodhimit, një litër ujë i lehtë në treg kushton nga disa dhjetëra dollarë amerikanë e më shumë.

Kompania e parë përdor teknologjinë origjinale të metodës centrifugale-vortex të trajtimit të ujit, kompania e dytë përdor teknologjinë e pastrimit të thellë të ujit nga deuterium dhe tritium duke përdorur metodën e distilimit të kolonës. Korrigjimi i ujit është një proces kompleks i transferimit të masës që kryhet në pajisjet e kolonës kundër rrjedhës me elementë kontakti - ambalazhe ose pllaka. Gjatë procesit të korrigjimit të ujit, ndodh një shkëmbim i vazhdueshëm midis molekulave të fazës së lëngshme dhe të avullit që lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën.

Ku faza e lëngshmeështë pasuruar me një përbërës të vlimit më të lartë, dhe faza e avullit - me një vlim më të ulët - ujë i rëndë dhe izotopë të tjerë të rëndë të tritiumit 3 H dhe oksigjenit 18 O. Në shumicën e rasteve, korrigjimi kryhet në aparatet e kolonës kundër rrjedhës me elementë të ndryshëm kontakti - grykë ose pllaka. Procesi i transferimit të masës ndodh përgjatë gjithë lartësisë së kolonës midis refluksit që rrjedh poshtë dhe avullit që ngrihet lart. Për të intensifikuar procesin e transferimit të masës, përdoren elementë kontakti - grykë dhe pllaka, gjë që lejon rritjen e sipërfaqes së transferimit të masës. Kur përdorni një hundë, lëngu rrjedh në një film të hollë mbi sipërfaqen e tij kur përdorni pllaka, avulli kalon përmes një shtrese lëngu në sipërfaqen e pllakave.

Oriz. majtas - Diagrami i kolonës së distilimit

Oriz. djathtas - Një njësi distilimi eksperimentale për deproteinizimin e ujit të zakonshëm, i zhvilluar në Laboratorin e Shën Petersburgut për Ndarjen e Izotopeve të Hidrogjenit. Foto nga faqjanrd.pnpi.spb.ru/lriv/home_rus.htm

Kolona e distilimit llogaritet duke përdorur diagramin e vlimit të ujit për parametrat e dhënë korrigjim - përbërja e ujit të burimit, fundeve, distilimit, produktivitetit dhe presionit të funksionimit në kolonë. Pastaj zgjidhet lloji i tabakave, përcaktohet shpejtësia e avullit, diametri i kolonës, koeficientët e transferimit të masës, lartësia e kolonës dhe rezistenca hidraulike e tabakave. Pas kësaj llogariten vetitë operative, si dhe treguesit ekonomikë të përdorimit të kolonës së distilimit. Në praktikë, për pastrim më të thellë të ujit nga izotopet, përdoret jo një kolonë distilimi, por një seri e tërë - një bateri kolonash prej 20 kolonash të veçanta.

Oriz . Forma e përgjithshme bateri kolonash distilimi për ndarjen e molekulave të ujit në "të lehta" dhe "të rënda". Foto nga faqjawww.langvey.ru

Uji i pijshëm i lehtë "Langvey" prodhohet me përmbajtje të ndryshme të mbetjeve të deuteriumit (nga 125 në 50 ppm). Është i paketuar në shishe PET me kapacitet 0,55 l dhe 1,5 l) dhe është i destinuar për pije dhe gatim. Bazuar në provat klinike të kryera në Qendrën Shkencore Ruse për Mjekësi Rehabilituese dhe Urortologji dhe në Institutin e Bukurisë, uji i pijshëm i lehtë Langvey rekomandohet si pije e përditshme për të normalizuar metabolizmin e karbohidrateve dhe lipideve, presionin e gjakut, korrigjimin e peshës dhe përmirësimin e funksionimit të traktin gastrointestinal, duke rritur shkallën e shkëmbimit të ujit dhe largimin e mbetjeve dhe toksinave nga trupi.

Tabela. Karakteristikat krahasuese ujë të pijshëm të lehtë "Langvey" dhe ujëra minerale të markave të famshme

Kjo teknologji bën të mundur pastrimin e ujit natyror nga deuterium për të regjistruar vlera të rendit 1-2 ppm. Ky është me të vërtetë ujë i lehtë i pastër kimikisht i një përbërje të caktuar izotopike. Për më tepër, produktiviteti i pastrimit të ujit me këtë metodë është një rend i madhësisë më i lartë se çdo metodë tjetër, e cila, në përputhje me rrethanat, zvogëlon koston e saj. Me prodhimin në shkallë të gjerë të ujit të lehtë, në të ardhmen ai do të bëhet i disponueshëm për këdo.

Aktualisht, në të gjitha vendet e botës po punohet për përmirësimin e cilësisë së ujit. Megjithatë, objektet ekzistuese të trajtimit dhe teknologjitë e trajtimit të ujit nuk mund të përballojnë detyrat e tyre. Prandaj u ngritën mënyra të ndryshme dhe pajisje për pastrimin me izotop të ujit të pijshëm nga deuterium. Në përgjithësi, të gjitha këto pajisje, sado i përsosur të jetë pastrimi, nuk mund të bëjnë asgjë për kujtesën gjenetike të ujit, e cila manifestohet në aftësinë e ujit për të mbajtur një gjurmë të veprimit në të. struktura molekulare të gjitha komponimet e papastërtive, duke përfshirë izotopet.

Nuk eshte detyrë e thjeshtë. Sidoqoftë, shumë vite punë, një numër i madh eksperimentesh dhe zhvillimesh teknologjike i çuan shkencëtarët drejt qëllimit: marrja e ujit të lehtë të pastërtisë kristalore me pastrim të thellë nga deuteriumi, përbërje minerale optimale dhe strukturë natyrore të marra si rezultat i korrigjimit të thellë.

Në eksperimentet e ardhshme, është planifikuar që astronautët në fluturimet ndërplanetare të pinë "ujë të lehtë" në hapësirë ​​- ujë nga i cili janë hequr izotopet e rënda të hidrogjenit dhe oksigjenit dhe që ka efekte pozitive biologjike, në veçanti, duke mbrojtur trupin nga rrezatimi.

Siç është raportuar në një konferencë në Moskë kushtuar zhvillimit të sistemeve të mbështetjes së jetës për fluturimet në hapësirë, Profesor i Institutit të Problemeve Mjekësore dhe Biologjike Yuri Sinyak, studimet kanë treguar se " ujë i lehtë“, ku mungojnë deuteriumi dhe oksigjeni i rëndë ose përmbajtja e tyre zvogëlohet ndjeshëm, përkundrazi kanë një sërë vetish të dobishme biologjike.

Në eksperimentet në Institutin e Problemeve Mjekësore dhe Biologjike, u tregua se uji i lehtë mbron nga rrezatimi: minjtë që morën një dozë të konsiderueshme rrezatimi kishin një jetëgjatësi më të gjatë nëse pinin ujë të lehtë.

Përveç kësaj, u zbuluan vetitë antitumorale të ujit të lehtë - eksperimentet treguan se ai ngadalëson rritjen e llojeve të caktuara të tumoreve.

Uji i lehtë është një produkt kompleks në strukturën dhe përbërjen e tij dhe ka një efekt polifiziologjik në trupin e njeriut. Në këtë drejtim, është e rëndësishme të vlerësohet se çfarë efekti do të ketë në organizëm pastrimi i ujit të pijshëm nga molekulat e rënda duke ruajtur të gjithë përbërësit e tjerë të ujit në nivele të rregulluara nga standardet higjienike. Duke marrë parasysh rolin e ujit në trup dhe efektet e njohura të izotopeve të ujit të rëndë, dhe rezultatet e marra për ujin e lehtë, mund të pritet që një pastrim i tillë mund të ketë efektin më të madh në vetitë e membranave biologjike, sistemet rregullatore dhe aparati energjetik i një qelize të gjallë. Dihet mirë, për shembull, se nën ndikimin e ujit të rëndë, lirimi i insulinës me iniciativë të glukozës nga indet e pankreasit dhe ishujt e Langerhans pengohet dhe shkalla e përthithjes së oksigjenit nga mitokondria qelizore zvogëlohet.

Uji i lehtë është ujë natyral, i pastruar pjesërisht ose plotësisht nga uji i rëndë dhe, falë këtij pastrimi, fiton veti unike.

Efekti kryesor i ujit të pijshëm të lehtë në trupin e njeriut është një rënie graduale e përmbajtjes së deuteriumit në lëngjet e trupit për shkak të reaksioneve të shkëmbimit të izotopeve. Analiza e rezultateve të marra sugjeron se pastrimi i ujit të trupit nga uji i rëndë duke përdorur ujë të pijshëm të lehtë mund të përmirësojë funksionimin e sistemeve më të rëndësishme të trupit.

Konsumimi ditor i ujit të pijshëm të lehtë ju lejon të zvogëloni natyrshëm përmbajtjen e ujit të rëndë në trupin e njeriut për shkak të reaksioneve të shkëmbimit të izotopeve. Ky pastrim unik normalizon funksionimin e membranave qelizore, përmirëson mirëqenien e përgjithshme, rrit performancën, rrit burimet energjetike të trupit dhe nxit rikuperimin e shpejtë të trupit pas sforcimeve të rënda fizike.

Vetitë unike të ujit të pijshëm të lehtë janë konfirmuar nga hulumtimet dhe provat klinike.

Ujë i lehtë i pijshëm:

normalizon metabolizmin dhe presionin e gjakut;

redukton sheqerin në gjak te pacientët me diabet mellitus të tipit II;

pastron në mënyrë efektive trupin nga toksinat dhe mbeturinat;

promovon shërimin dhe restaurimin e shpejtë të kockave dhe indeve të muskujve pas lëndimeve;

ka një efekt anti-inflamator;

rrit efektin barna;

promovon korrigjimin e peshës;

-mbron qelizat nga rrezatimi;

eliminon shpejt shenjat e tërheqjes pas alkoolit;

Karakteristikat themelore të ujit të lehtë

Uji i lehtë ka një viskozitet më të ulët se uji natyral. Kjo e lejon atë të depërtojë më lehtë në membranat qelizore dhe të rrisë shkallën e shkëmbimit të ujit në trup.

Tretshmëria e substancave në ujin e lehtë është më e lartë se në ujin natyral, gjë që i jep atij aftësinë për të hequr më plotësisht dhe shpejt produktet metabolike nga trupi, duke e pastruar atë nga kripërat e metaleve të rënda, toksinat dhe substancat e tjera të dëmshme.

Shpejtësia e reaksioneve enzimatike (katalitike) në ujin e lehtë është më e lartë se në ujin e zakonshëm. Kjo ju lejon të intensifikoni proceset metabolike dhe ndihmon trupin të rikuperohet më shpejt pas ngarkesave të rënda.

Uji i lehtë ju lejon që në mënyrë natyrale, pa përdorimin e asnjë ilaçi, të rrisni ndjeshëm burimet energjetike të trupit. Siç kanë treguar studimet nga laboratori i membranologjisë së Qendrës Shkencore për Shëndetin e Fëmijëve të Akademisë Ruse të Shkencave Mjekësore, në ujë të lehtë niveli i ATP në qeliza rritet ndjeshëm (me 30%). Në të njëjtën kohë, qelizat i rezistojnë më aktivisht efekteve të helmeve të ndryshme mbi to. Kështu, kur një qelizë ekspozohet ndaj kimikateve që shtypin frymëmarrjen qelizore, mbijetesa e qelizave në ujë të lehtë pas një ore është 2 herë më e lartë se në distilimin e dyfishtë.

Kur kafshët u ekspozuan ndaj rrezatimit γ në një dozë prej LD50, u zbulua se shkalla e mbijetesës së kafshëve që konsumuan ujë të lehtë për 15 ditë para rrezatimit ishte 2.5 herë më e lartë se në grupin e kontrollit, gjë që tregon vetitë e forta radiombrojtëse të dritës. ujë. Kjo do të thotë se pirja e ujit "të lehtë" për banorët e qyteteve të mëdha, në kushtet e rritjes së rrezatimit të sfondit, është sigurisht e dobishme.

Kështu, spektri i veprimit të ujit të lehtë është shumë i gjerë. Fakti është se me konsumimin e rregullt të ujit të lehtë, i gjithë trupi pastrohet gradualisht nga uji i rëndë. Kjo shoqërohet me një rritje të aktivitetit funksional të qelizave, organeve dhe sisteme të ndryshme trupi. Proceset metabolike normalizohen, mbrojtja e trupit dhe rezistenca ndaj ndikimeve të dëmshme rriten. Shkalla me të cilën trupi pastron ujin e rëndë varet nga pesha trupore e një personi dhe sasia e ujit të lehtë të konsumuar.

Sinqerisht,

Ph.D. O.V. Mosin

Pothuajse menjëherë pas zbulimit të deuteriumit ( cm. DEUTERIUM DHE UJI I RËNDË) filloi një kërkim në natyrë për tritium, izotopi i tretë super i rëndë i hidrogjenit, në bërthamën e të cilit, përveç një protoni, ka edhe dy neutrone. Ishte e qartë për fizikantët se nëse tritiumi ishte i pranishëm në hidrogjenin e zakonshëm, ai do të përqendrohej së bashku me deuteriumin. Prandaj, disa grupe studiuesish që kishin krijuar prodhimin e ujit të rëndë ose kishin akses në të filluan ndjekjen e një izotopi të ri, duke përdorur metoda të ndryshme kërkimi. Më pas, u zbulua se pothuajse të gjitha metodat në thelb nuk mund të jepnin rezultate pozitive, pasi ato nuk kishin ndjeshmërinë e kërkuar.

Tashmë në veprën e parë të G. Urey, në të cilën u zbulua deuteriumi, u bë një përpjekje për të zbuluar tritium - pikërisht në të njëjtën mënyrë, sipas pozicionit të parashikuar paraprakisht nga teoria. vijat spektrale. Sidoqoftë, nuk kishte as një aluzion të këtyre rreshtave në spektrogramë, gjë që, në përgjithësi, nuk i befasoi studiuesit. Nëse ka vetëm të qindtat e një për qind të deuteriumit në hidrogjenin e zakonshëm, atëherë ka të ngjarë që të ketë shumë më pak tritium. Përfundimi ishte i qartë: është e nevojshme të rritet si ndjeshmëria e analizës ashtu edhe shkalla e pasurimit të hidrogjenit me izotopet e tij të rënda.

Në fillim të vitit 1933, kimisti i famshëm fizik amerikan, autor i teorisë çifte elektronike Gilbert Lewis, së bashku me kimistin Frank Spedding, përsëritën eksperimentin e Urey. Kësaj here, studiuesit kishin në dispozicion një mostër shumë të pasuruar që përmbante 67% deuterium. Një kampion i tillë, edhe pas një ekspozimi 2-minutësh në spektrograf, dha linja të qarta deuteriumi në pllakën fotografike. Por edhe pas 40 orësh ekspozim, vendi në pjatë ku sipas teorisë duhej të shfaqeshin linjat e tritiumit, mbeti krejtësisht i pastër. Kjo do të thoshte se përmbajtja e tritiumit në hidrogjenin e zakonshëm ishte të paktën më pak se 1:6·10 6, d.m.th. më pak se një atom prej 3 H për 6 milion atome të 1 H. Prandaj u arrit përfundimi i mëposhtëm: është e nevojshme të merren mostra edhe më të përqendruara, domethënë t'i nënshtrohen elektrolizës jo ujit të zakonshëm për të grumbulluar D 2 O, por ujë të rëndë. për të grumbulluar T 2 O (ose, të paktën DTO). Në praktikë, kjo do të thoshte se ishte e nevojshme të merrej aq ujë i rëndë fillestar sa uji i zakonshëm i përdorur më parë për të marrë ujë të rëndë!

Pas dështimeve të spektroskopistëve, specialistët e spektrometrisë masive iu bashkuan kërkimit. Kjo metodë jashtëzakonisht e ndjeshme lejon analizimin e sasive të vogla të një substance në formën e joneve. Për eksperimente, uji u përqendrua 225 mijë herë. Studiuesit shpresonin të gjenin (DT) + jone me një masë prej 5 në kampion, por rezultoi se ato i përkasin grimcave triatomike (HDD) +, pa asnjë pjesëmarrje të tritiumit. U bë e qartë se tritiumi, nëse është i pranishëm në natyrë, është shumë më pak se sa mendohej më parë: jo më shumë se 1:5·10 8, domethënë tashmë 1 atom T për 500 milionë atome H!

Sinteza e tritiumit.

Ndërsa spektroskopistët dhe spektrometristët e masës publikuan njëri pas tjetrit për tritiumin, i cili rezultoi i rremë, tritiumi prodhohej artificialisht. Kjo ndodhi në laboratorin e patriarkut fizika bërthamore Ernest Rutherford. Në mars 1934, një shënim i vogël i nënshkruar nga M.L Oliphant, P. Harteck dhe Rutherford u botua në revistën angleze "Nature" (mbiemri i Lord Rutherford nuk kërkonte inicialet kur botohej!). Pavarësisht titullit modest të shënimit: Efekti i transformimit i marrë me hidrogjen të rëndë, ajo informoi botën për një arritje të rëndësishme - prodhimin e izotopit të tretë të hidrogjenit. Bashkautorë të veprës ishin i riu australian Mark Lawrence Oliphant dhe austriaku Paul Harteck. Dhe nëse Oliphanti më vonë u bë akademik dhe drejtor Instituti Fizik Fati i Harteck në Universitetin e Kanberrës ishte ndryshe. Duke kuptuar në mënyrë të veçantë detyrën e tij ndaj shkenca gjermane, ai vendosi në vitin 1934 të kthehej në Gjermani dhe të punonte për regjimin nazist. Në vitin 1939 ai u shkroi një letër autoriteteve më të larta ushtarake në Gjermani për mundësinë e krijimit armë atomike, dhe më pas u përpoq të ndërtonte një kazan me uranium - për fat të mirë, pa sukses.

Në vitin 1933, laboratori në Kembrixh u vizitua nga G. Lewis nga Berkeley, i cili i paraqiti Rutherford-it tre ampula të vogla xhami me ujë të rëndë pothuajse të pastër. Vëllimi i tyre i përgjithshëm ishte vetëm 0,5 ml. Olipanti përftoi nga ky ujë pak deuterium të pastër, i cili shërbente për të prodhuar rreze jonesh D +, të cilat përshpejtoheshin në tubin e shkarkimit në energji të larta. Dhe Harteck sintetizoi komponime në të cilat atomet e hidrogjenit u zëvendësuan pjesërisht nga atomet e deuteriumit. Kështu, sasi të parëndësishme të klorurit të amonit të “peshuar” u përftuan nga reaksionet e shkëmbimit NH 4 Cl + D 2 O NH 3 DCl + HDO, NH 3 DCl + D 2 O NH 2 D 2 Cl + HDO, etj. Kur kloruri i amonit të deuteruar u bombardua me jone të përshpejtuar D+, u vu re një fluks shumë intensiv i grimcave të reja. Siç doli, këto ishin bërthamat e një izotopi të ri të hidrogjenit - tritium (ata u quajtën tritone). U bë gjithashtu e qartë se për herë të parë në histori ishte e mundur të vëzhgohej shkrirja bërthamore: dy atome deuteriumi u shkrinë së bashku për të formuar një bërthamë të paqëndrueshme helium-4, e cila më pas u prish për të formuar tritium dhe një proton: 4 He ® 3 H + 1 H.

Në të njëjtin vit, Rutherford po demonstronte tashmë transformime të reja bërthamore në leksionet e tij: një numërues i grimcave u lidh përmes një përforcuesi me një altoparlant, kështu që në audiencë u dëgjuan klikime të forta, të cilat u bënë më të shpeshta me rritjen e tensionit në tubin e shkarkimit. . Në të njëjtën kohë, për çdo milion "predha" deuterium që godasin objektivin, u mor një atom tritium - kjo është shumë për reaksionet bërthamore të një lloji të tillë.

Pra, tritiumi i parë u përftua artificialisht, si rezultat i reaksioneve bërthamore. Çështja e ekzistencës së saj në natyrë mbeti e hapur. Sinteza artificiale e tritiumit në Kembrixh vetëm i nxiti studiuesit të përqendronin ujin e rëndë në shkallë gjithnjë e më të mëdha me shpresën për të gjetur tritium në një burim natyror. Kështu, fizikanët dhe kimistët nga Universiteti Princeton, pasi kanë bashkuar forcat, në vitin 1935 tashmë iu nënshtruan elektrolizës 75 tonë ujë - pothuajse dy tanke hekurudhore! Si rezultat i përpjekjeve titanike, u mor një ampulë e vogël me një mbetje uji të pasuruar me një vëllim prej vetëm 0,5 ml. Ky ishte një përqendrim rekord - 150 milionë herë! Analiza spektrale masive e kësaj mbetjeje nuk dha asgjë të re - spektri ende përmbante një kulm që korrespondon me masën 5, e cila i atribuohej joneve (DT) + dhe një vlerësim të përmbajtjes së tritiumit në natyrë, duke marrë parasysh përqendrimin e madh, dha raportin T: H ~ 7: 10 10, domethënë jo më shumë se një atom T për 70 miliard atome H.

Kështu, për të zbuluar tritiumin ishte e nevojshme të rritej më tej shkalla e përqendrimit të ujit. Por kjo kërkonte shpenzime të mëdha. Vetë Rutherford ishte përfshirë në zgjidhjen e problemit. Duke përdorur autoritetin e tij të madh, ai u bëri një kërkesë personale norvegjezëve për të kryer një eksperiment në një shkallë të paprecedentë: ata do të merrnin ujë të rëndë duke përqendruar ujin e zakonshëm një miliard herë! Fillimisht u elektrolizuan 13 000 ton ujë të zakonshëm, nga i cili u përftuan 43,4 kg ujë të rëndë me përmbajtje D 2 O prej 99,2%. Kjo sasi më pas u reduktua në 11 ml përmes elektrolizës pothuajse 10 mujore. Kushtet e elektrolizës u zgjodhën për të nxitur përqendrimin e tritiumit të supozuar. Kështu, nga 13 mijë tonë ujë (që janë 5 trena me nga 50 cisterna!), u mor vetëm një epruvetë me ujë të pasuruar. Bota nuk ka njohur kurrë eksperimente kaq madhështore!

U ngrit problemi se si të trajtohej më mirë këtë ekzemplar të çmuar. Ndoshta i vetmi person në botë që ishte në gjendje të dallonte drejtpërdrejt në një spektrometri masiv jonet shumë të afërta në masë (DT) + dhe jonet që "maskohen" si ato (DDH) + ishte laureati Nobel F.W. Aston, një specialist i shquar në fushën e analiza spektrometrike e masës. U vendos që mostra t'i jepet atij për analizë. Rezultati ishte dekurajues: nuk kishte asnjë gjurmë të pranisë së joneve DT +! Prandaj, vlerësimi i raportit T:H u reduktua në 1:10 12 . U bë e qartë se nëse tritiumi është i pranishëm në burimet natyrore, është në sasi kaq të parëndësishme që izolimi i tij prej tyre shoqërohet me vështirësi të pabesueshme, nëse jo të kapërcyeshme.

Zbulimi i tritiumit natyror.

A mund të jetë tritiumi radioaktiv? Tashmë Rutherford, pas dështimit të eksperimentit të tij madhështor, nuk e përjashtoi një mundësi të tillë. Llogaritjet sugjeruan gjithashtu se bërthama e tritiumit duhet të jetë e paqëndrueshme dhe, për rrjedhojë, duhet të jetë radioaktive. Ishte radioaktiviteti i tritiumit me një jetëgjatësi relativisht të shkurtër që mund të shpjegonte sasitë e tij të parëndësishme në natyrë. Në të vërtetë, radioaktiviteti në tritium u zbulua shpejt eksperimentalisht. Sigurisht, ishte tritium i prodhuar artificialisht. Nuk ka pasur rënie të dukshme të radioaktivitetit për 5 muaj. Nga kjo rrjedh, duke marrë parasysh saktësinë e eksperimenteve, se gjysma e jetës së tritiumit ishte jo më pak se 10 vjet. Matjet moderne japin gjysmëjetën e tritiumit 12.262 vjet.

Kur tritium prishet, ai lëshon grimca beta, duke u kthyer në helium-3. Energjia e rrezatimit të tritiumit është aq e ulët sa që nuk mund të kalojë as nëpër murin e hollë të një numëruesi Geiger. Prandaj, gazi i analizuar për praninë e tritiumit duhet të futet brenda banakut. Nga ana tjetër, energjia e ulët e rrezatimit ka avantazhet e saj - nuk është e rrezikshme të punosh me përbërjet e tritiumit (nëse ato nuk janë të paqëndrueshme): rrezet beta të emetuara prej tij udhëtojnë vetëm disa milimetra në ajër.

Për të zhvilluar metoda për analizimin e tritiumit, nevojiteshin sasi të konsiderueshme të tij. Prandaj, filluan të shfaqen metoda të reja për sintezën e tij, për shembull, 9 Be + 2 H ® 8 Be + 3 H, 6 Li + 1 n ® 4 He + 3 H dhe të tjerët. Dhe saktësia e analizës është rritur jashtëzakonisht. U bë e mundur, për shembull, të analizohen mostrat në të cilat ndodhi vetëm një prishje e një atomi tritium në sekondë - një mostër e tillë tritium përmban më pak se 10-15 mol! Tani në duart e fizikantëve ekzistonte një metodë jashtëzakonisht e ndjeshme e analizës - në vitet e paraluftës ishte rreth një milion herë më i ndjeshëm se spektrometria masive. Është koha për t'u kthyer në kërkimin e tritiumit në burimet natyrore.

Tritium në natyrë.

Në vitin 1946, një autoritet i njohur në fushën e fizikës bërthamore, fituesi i çmimit Nobel, W. F. Libby, sugjeroi se tritiumi formohej vazhdimisht si rezultat i reaksioneve bërthamore që ndodhnin në atmosferë. Matjet e para të radioaktivitetit hidrogjen natyror, megjithëse ishin të pasuksesshme, treguan se raporti H:T është 5 rend të madhësisë më pak se sa mendohej më parë dhe nuk është më shumë se 1:10 17 . U bë e qartë se ishte e pamundur të zbulohej tritiumi me spektrometrinë masive edhe në pasurimet më të larta: nga fillimi i viteve 50, spektrometritë e masës bënë të mundur përcaktimin e përqendrimit të papastërtive në një përmbajtje prej të paktën 10-4%.

Në grupin e vitit 1951 fizikantë amerikanë nga Universiteti i Çikagos me pjesëmarrjen e W. Libby nxori një ampulë të ruajtur "Rutherford" me 11 ml ujë të rëndë super të pasuruar, në të cilën Aston dikur u përpoq të zbulonte tritiumin me spektrometrinë e masës. Dhe megjithëse kishte kaluar një dekadë e gjysmë nga izolimi i këtij kampioni nga uji natyror dhe më pak se gjysma e tritiumit që përmbante kishte mbetur, rezultati nuk vonoi: uji i rëndë ishte radioaktiv! Aktiviteti i matur, duke marrë parasysh pasurimin gjatë përgatitjes së kampionit, korrespondonte me përmbajtjen natyrale të tritiumit prej 1:10 18 .

Për t'u siguruar nga një gabim i mundshëm, vendosëm të përsërisim gjithçka që në fillim, duke monitoruar me kujdes çdo hap të këtij eksperimenti vendimtar. Autorët i kërkuan kompanisë norvegjeze që të përgatiste disa mostra të tjera të ujit të pasuruar. Uji u mor nga një liqen malor në Norvegjinë veriore në janar 1948. Prej tij u përftuan 15 ml ujë të rëndë me përqendrim elektrolitik. Ai u distilua dhe reagoi me oksid kalciumi: CaO + D 2 O ® Ca(OD) 2. Deuteriumi u përftua nga reduktimi me zink në temperaturën e nxehtësisë së kuqe nga deuteroksidi i kalciumit: Ca(OD) 2 + Zn ® CaZnO 2 + D 2 . Analiza spektrometrike e masës tregoi se u përftua deuteriumi më i pastër, i cili u vendos në një numërues Geiger për të matur radioaktivitetin e tij. Gazi doli të ishte radioaktiv, që do të thoshte se uji nga i cili u izolua deuteriumi përmbante tritium. Disa mostra të tjera u përgatitën dhe u analizuan në të njëjtën mënyrë për të sqaruar se sa tritium përmban aktualisht hidrogjeni natyror.

Përpikëria e jashtëzakonshme e punës nuk la asnjë dyshim për rezultatet e arritura. Por një vit para përfundimit të kësaj pune, u botua një artikull i F. Faltings dhe i njëjti P. Harteck nga Instituti Fizikokimik në Universitetin e Hamburgut, i cili raportonte zbulimin e tritiumit në hidrogjenin atmosferik. Kështu, Harteck mori pjesë dy herë në zbulimin e tritiumit: së pari, artificial dhe 16 vjet më vonë, natyral.

Ajri nuk është burimi më i pasur i hidrogjenit - ai përmban vetëm 0.00005% (në nivelin e detit). Prandaj, me kërkesë të fizikantëve gjermanë, kompania Linde përpunoi njëqind mijë metra kub ajër, nga i cili hidrogjeni u nda me lëngëzimin dhe korrigjimin, dhe prej tij u përftuan 80 g ujë me oksidim në oksid bakri. Me anë të elektrolizës, ky ujë u përqendrua disa dhjetëra herë, më pas karbidi i kalciumit u “shua” me të: CaC 2 + 2H 2 O ® Ca(OH) 2 + C 2 H 2, dhe acetilen u hidrogjenua me hidrogjenin e mbetur në etan. : C 2 H 2 + 2H 2 ® C 2 H 6 . Etani që rezulton, në të cilin kaloi i gjithë tritiumi fillestar, u analizua më pas për radioaktivitet. Llogaritjet treguan se ka jashtëzakonisht pak tritium në ajër (në formën e molekulave NT): 20 metra kub. cm ajër përmban një molekulë tritium, d.m.th. Në të gjithë atmosferën duhet të ketë vetëm... 1 mol ose 3 g. Megjithatë, nëse marrim parasysh se ka jashtëzakonisht pak hidrogjen në ajër, rezulton se hidrogjeni molekular atmosferik është pasuruar me tritium 10,000 herë më shumë se sa. hidrogjeni në ujërat e shiut. Pasoi që hidrogjeni i lirë dhe i lidhur në atmosferë kishte origjinë të ndryshme. Llogaritjet treguan gjithashtu se të gjithë trupat ujorë në Tokë përmbajnë vetëm 100 kg tritium.

Vlera e marrë në Çikago për përmbajtjen e tritiumit në ujë (H:T = 1:10 18) është bërë përgjithësisht e pranuar. Kjo përmbajtje e atomeve të tritiumit madje mori një emër të veçantë - "njësi tritium" (TE). Mesatarisht, 1 litër ujë përmban 3,2·10–10 g tritium; Tritium formohet në shtresat e sipërme atmosfera me pjesëmarrjen e rrezatimit kozmik me një shpejtësi prej 1200 atomesh në sekondë për 1 m 2 të sipërfaqes së tokës. Kështu, për mijëra vjet, përmbajtja e tritiumit në natyrë ishte pothuajse konstante - formimi i tij i vazhdueshëm në atmosferë u kompensua nga prishja natyrore. Megjithatë, që nga viti 1954 (fillimi i testimit të bombave termonukleare), situata ka ndryshuar në mënyrë dramatike dhe përmbajtja e tritiumit në ujërat e shiut është rritur mijëra herë. Dhe kjo nuk është për t'u habitur: shpërthimi i një bombe hidrogjeni me rendiment prej 1 megaton (Mt) rezulton në çlirimin e 0,7 deri në 2 kg tritium. Fuqia totale e shpërthimeve ajrore ishte për vitet 1945-1962. 406 Mt, dhe toka - 104 Mt. Për më tepër, sasia totale e tritiumit të lëshuar në biosferë si rezultat i testeve arriti në qindra kilogramë! Pas ndërprerjes së testimit në tokë, nivelet e tritiumit filluan të bien. Vitet e fundit, burimi kryesor i tritiumit teknogjen në mjedis është bërë centralet bërthamore, të cilat çlirojnë çdo vit disa dhjetëra kilogramë tritium.

Metodat moderne radiokimike bëjnë të mundur përcaktimin e saktë të përmbajtjes së tritiumit në një sasi relativisht të vogël uji të marrë nga një burim i caktuar. Për çfarë është? Rezulton se tritiumi radioaktiv, me një jetëgjatësi shumë të përshtatshme prej pak më shumë se 10 vjet, mund të japë shumë informacione të vlefshme. W. Libby e quajti tritiumin "radiohidrogjen", në analogji me radiokarbonin. Tritium mund të shërbejë si një gjurmues i shkëlqyer për të studiuar të ndryshme proceset natyrore. Mund të përdoret për të përcaktuar moshën e produkteve bimore, për shembull, verërat (nëse ato nuk janë më shumë se 30 vjeç), pasi rrushi thith tritium nga ujërat e tokës dhe pas korrjes, përmbajtja e tritiumit në lëngun e rrushit fillon të ulet në një normë e njohur. Vetë Libby shpenzoi shumë analiza të ngjashme, pasi ka përpunuar qindra litra verëra të ndryshme që i kanë furnizuar nga prodhues të verërave nga zona të ndryshme. Analiza e tritiumit atmosferik jep informacion të vlefshëm për rrezet kozmike. Dhe tritium në shkëmbinjtë sedimentarë mund të tregojë lëvizjet e ajrit dhe lagështisë në Tokë.

Me i pasuri burimet natyrore tritium - shi dhe borë, pasi pothuajse i gjithë tritiumi i formuar nën ndikimin e rrezeve kozmike në atmosferë kalon në ujë. Intensiteti rrezatimi kozmik ndryshon me gjerësinë gjeografike, kështu që reshjet, për shembull, në Rusinë qendrore, mbartin disa herë më shumë tritium sesa dushet tropikale. Dhe ka shumë pak tritium në shirat që bien mbi oqean, pasi burimi i tyre është kryesisht i njëjti ujë oqean, dhe ka pak tritium në të. Është e qartë se akulli i thellë i Grenlandës ose Antarktidës nuk përmban fare tritium - ai ka kohë që është shpërbërë plotësisht atje. Duke ditur shkallën e formimit të tritiumit në atmosferë, është e mundur të llogaritet se sa kohë mbetet lagështia në ajër - që nga momenti kur avullohet nga sipërfaqja derisa të bjerë në formën e shiut ose borës. Doli që, për shembull, në ajrin mbi oqean kjo periudhë është mesatarisht 9 ditë.

Rezervat e tritiumit natyror janë të papërfillshme. Prandaj, i gjithë tritiumi i përdorur për qëllime të ndryshme përftohet artificialisht duke rrezatuar litiumin me neutrone. Si rezultat, u bë e mundur marrja e sasive të konsiderueshme të tritiumit të pastër dhe studimi i vetive të tij, si dhe vetitë e përbërjeve të tij. Kështu, uji shumë i rëndë T 2 O ka një densitet prej 1,21459 g/cm 3 . Tritiumi i sintetizuar është relativisht i lirë dhe ka aplikime në kërkimin shkencor dhe industri. Bojërat me shkëlqim tritium përdoren gjerësisht dhe aplikohen në numrin e instrumenteve. Nga pikëpamja e rrezatimit, këto komponime të lehta janë më pak të rrezikshme se ato tradicionale të radiumit. Për shembull, që përmban sulfid zinku një sasi të vogël të komponimet e tritiumit (afërsisht 0,03 mg për 1 g përbërje të lehta), lëshon vazhdimisht dritë e gjelbër. Kompozime të tilla të përhershme të dritës përdoren për prodhimin e treguesve, peshoreve të instrumenteve, etj. Qindra gramë tritium konsumohen çdo vit në prodhimin e tyre.

Tritium është gjithashtu i pranishëm në trupin e njeriut. Hyn në të me ushqim, me ajër të thithur dhe përmes lëkurës (12%). Është interesante se T 2 i gaztë është 500 herë më pak toksik se uji super i rëndë T 2 O. Kjo shpjegohet me faktin se tritiumi molekular, duke hyrë në mushkëri me ajrin, më pas lirohet shpejt (në rreth 3 minuta) nga trupi, ndërsa tritiumi në përbërje uji qëndron në të për 10 ditë dhe gjatë kësaj kohe arrin të transferojë një dozë të konsiderueshme rrezatimi në të. Mesatarisht, trupi i njeriut përmban 5·10-12 g tritium, i cili kontribuon me 0,13 mrem në dozën totale vjetore të rrezatimit (kjo është qindra herë më pak se rrezatimi nga burime të tjera rrezatimi). Është interesante se njerëzit që mbajnë orë me duar dhe numra të veshur me fosfor tritium kanë nivele të tritiumit në trupin e tyre që janë 5 herë më të larta se mesatarja.

Tritium është gjithashtu një nga përbërësit kryesorë të eksplozivit të bombave termonukleare (hidrogjeni), dhe është gjithashtu shumë premtues për kryerjen e një reaksioni termonuklear të kontrolluar sipas skemës D + T > 4 He + n.

Ilya Leenson

Unë mendoj se ata fëmijë që sapo po mësojnë të zvarriten sot do të arrijnë një moshë kuptimplote për të parë me admirim transmetimet që nga fillimet e para të ITER. Dhe sot do të flasim për karburantin që kërkohet për reaktorët termonuklear, të ardhmen futuriste të Rusisë dhe programin tonë hënor.

Çfarë lidhje? Le ta kuptojmë.

Le të kujtojmë

Në një reaktor termonuklear, ndodh një reaksion shkrirjeje, d.m.th. Bërthamat e lehta atomike, si rezultat i ngrohjes, përshpejtohen dhe bashkohen në një bërthamë atomike më të rëndë. Gjatë lidhjes, lëshohet një det energjie, për hir të të cilit nis gjithçka.

Ka shumë vështirësi në detyrën e projektimit të një reaktori termonuklear, por ato janë duke u zgjidhur. Në Francë, forcat e përbashkëta të disa vendeve, përfshirë Rusinë, kanë filluar tashmë ndërtimin e ITER-it të përmendur. Por unë kam shkruar tashmë për të.

Një nga vështirësitë në nisjen komerciale të një reaktori të shkrirjes është karburanti. Është planifikuar të përdoren opsione të ndryshme.

Deuterium + tritium

Ky është opsioni më i lehtë nga pikëpamja për të siguruar vazhdimin e reagimit. Deuteriumi është hidrogjen i rëndë. Marrja e tij nuk është problem. Ka dhjetëra miliarda tonë të tij vetëm në ujë.Le të marrim ujë. Prej tij marrim ujë të rëndë dhe më pas deuterium. Prodhimi i tij në tokë për momentin është dhjetëra mijëra tonë në vit. Ne mund ta bëjmë këtë.

Me tritium është më e vështirë. Tritium është hidrogjen tepër i rëndë. Formohet në shtresat e larta të atmosferës kur grimcat e rrezatimit kozmik përplasen me bërthamat atomike. Siç e kuptoni, jo shumë prej saj formohet atje dhe nuk është e mundur ta kapni atë në lartësi.

Prandaj, tritium prodhohet në tokë në reaktorët bërthamorë. Vetëm imagjinoni, nga viti 1955 deri në 1999, për shembull në SHBA, janë marrë 225 kg.

Këtë mund ta bëjnë edhe reaktorët tanë. Një kilogram i këtij gëzimi kushton pothuajse 2 miliardë rubla.Investim i madh? Epo, nuk ishte kështu.

Problemi këtu është se gjysma e jetës së tritiumit është -12 s vjeç i vogël. Kjo do të thotë se pas 12 vitesh nga 1 kg. Do të mbetet vetëm gjysmë kilogram tritium. Nuk është mënyra më e mirë për të ruajtur paratë tuaja.Vetëm një lëshim ITER kërkon 3 kg. Për të nisur reaktorin termonuklear DEMO të gjeneratës së ardhshme - 4-10 kg. Dhe në botë tani ka vetëm 18 kg. këtë mirësi.

Po, dhe unë nxitoj t'ju kënaq: një reaktor termonuklear që funksionon me një termocentral që prodhon gigavat energji elektrike do të konsumojë 56 kg (!) tritium për çdo gigavat*vit.

Ku mund të marr kaq shumë? Po, energjia termonukleare nuk është një përpjekje e lirë.

Zgjidhje elegante

Tashmë instalimi termonuklear DEMO do të duhet të prodhojë tritium për nevojat e veta dhe akoma më shumë për reaktorët e tjerë. Në fakt, ky është një nga qëllimet e DEMO - të provojë se reaktori mund t'i sigurojë vetes tritium dhe të prodhojë tepricë. Si keshtu?

Gjatë shkrirjes termonukleare, deuterium dhe tritium prodhojnë një bërthamë helium dhe një neutron me energji të lartë. I njëjti neutron, nxiton më shpejt se era, duhet të largohet nga dhoma elektromagnetike dhe të godasë guaskën e litiumit një metër të gjatë. Kur një neutron përplaset me një bërthamë litiumi, do të shfaqet tritiumi.

Epo, ne kurrë nuk kemi pasur probleme me litium. Kushdo që është i interesuar se si është minuar, mund ta shikojë.

Epo, po sikur të mos ndodhë?

Po sikur tritium nuk mund të prodhohet në sasi më të mëdha se sa i nevojitet vetë stacionit? Po sikur vëllimi i daljes të jetë shumë i vogël?Një stacion termonuklear nuk është shkop magjik: ndërtuan një dhe kaq, problemi i konsumit të energjisë zgjidhet. Ata do të duhet të ndërtohen shumë në të gjithë planetin.

Sidoqoftë, nëse nuk jeni të kënaqur vetëm me tritium, në vend të kësaj mund të përdorni helium-3.

Deuterium + helium-3

Një reagim jashtëzakonisht kompleks, në kufirin e të mundshmes. Dhe gjithçka për shkak të temperaturave të paimagjinueshme të larta të plazmës që duhen arritur. Por kush tha se do të ishte e lehtë?

Në dalje, kur kombinohen atomet e deuteriumit dhe Heliumit 3, helium 4, përftohen një proton dhe 18.4 MeV.

Ne e kemi zgjidhur problemin me deuteriumin. Por ka 3 probleme me Heliumin.Në natyrë, ajo gjendet në mantelin e saj që nga krijimi i tokës. Ai hyn në atmosferë përmes vullkaneve dhe të gjitha llojeve të gabimeve.Ne nuk dimë ende se si të nxjerrim asgjë nga manteli, dhe ka kaq pak Helium 3 në atmosferë sa kjo është një detyrë katastrofike.Duhet të merret artificialisht, për shembull, nga kalbja e tritiumit.

Dhe këtu është tritium?! Jo, nëse ky do të ishte opsioni i vetëm, Helium 3 nuk do të kushtonte 65 mijë rubla për litër.Një tjetër mundësi është bombardimi i litiumit me grimca alfa.

Por në çdo rast, çështja është mjaft e kushtueshme dhe komplekse, dhe flasim për kilogramë, për të mos përmendur prodhimin industrial.

Ku mund të marr Helium-3?

Tashmë tanët po lëshojnë një satelit për të hartuar sipërfaqen hënore.

Një anije kozmike po ndërtohet për të fluturuar në orbitën e Tokës. Shumë njerëz e bëjnë këtë, përfshirë ne. Por inxhinierët tanë, megjithëse janë prapa për sa i përket testeve të nisjes, po planifikojnë ta dërgojnë anijen më larg nga orbita e Tokës - në Hënë! Ka plane për të ndërtuar një bazë hënore.Çfarë dreqin duam nga kjo copë guri?

Çështja është se në tokë hënore grumbulluar 10 milion ton Helium-3 - t sa substancë e nevojshme dhe e dobishme.

Menduat se po fluturonim në hënë nga kurioziteti? Ne nuk jemi amerikanë kot. Ata filluan një fushatë PR në një fluturim në Hënë, dhe ne do të fillojmë Helium-3 në një shkallë industriale. Ne madje kemi një plan.

Planifikoni

Deri në vitin 2025, ne do të dërgojmë 4 stacione ndërplanetare në satelitin e Tokës. Detyrat e tyre do të jenë të eksplorojnë regolitin polar me akull uji, si dhe të kërkojnë një vend të mirë për një bazë në zonën e Polit të Jugut.

Deri në fillim të viteve '30, ekspeditat me njerëz do të dërgoheshin në Hënë pa u ulur në sipërfaqe. Në vitet 30-40, zbarkimet e para në sipërfaqen e Hënës dhe shtrimi i parë i infrastrukturës së ardhshme bazat.

Deri në vitin 2050bazë për të qenë!

Dhe aty do të shohim makinat e para automatike që lanë gjurmët e tyre në tokën hënore. Robotët buldozerë do të formojnë male të reja hënore nga lëndët e para dhe fabrika e pasurimit do të punojë gjatë gjithë kohës, duke prodhuar Helium-3. Dhe vetëm fillimet e ndërplanetareve anije mallrash do të prishë rutinën e heshtur të këtyre punimeve.

Dhe në tokë ne ende do të qortojmë qeverinë në komente, pa menduar fare për rrugën që merr energjia elektrike nga reaktori termonuklear në vegël tonë.

Zakonisht, për të theksuar rëndësinë e këtij apo atij elementi, ata thonë: nëse nuk do të ishte aty, atëherë do të kishte ndodhur kështu dhe ashtu. Por, si rregull, kjo nuk është asgjë më shumë se një mjet retorik. Por hidrogjeni një ditë mund të zhduket vërtet, sepse vazhdimisht digjet në thellësitë e yjeve, duke u shndërruar në helium inert. Dhe kur rezervat e hidrogjenit të mbarojnë, jeta në Univers do të bëhet e pamundur - edhe sepse dielli do të shuhet dhe sepse nuk do të ketë ujë...

Hidrogjeni dhe Universi

Njëherë e një kohë, njerëzit hyjnizuan Diellin. Por tani ajo është bërë objekt i hulumtimit të saktë dhe ne rrallë mendojmë për faktin se vetë ekzistenca jonë varet tërësisht nga proceset që ndodhin në të.

Çdo sekondë, Dielli lëshon energji ekuivalente me rreth 4 milionë tonë masë në hapësirën e jashtme. Kjo energji krijohet nga shkrirja e katër bërthamave të hidrogjenit, protoneve, në një bërthamë heliumi; reagimi është duke u zhvilluar në disa faza, dhe rezultati i tij total shkruhet nga ekuacioni i mëposhtëm:

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

A është shumë apo pak -26.7 MeV për ngjarje elementare? Shumë: "djegia" e 1 g protoneve çliron 20 milion herë më shumë energji sesa djegia e 1 g qymyr. Askush nuk e ka parë ndonjëherë një reagim të tillë në Tokë: ndodh në një temperaturë dhe presion që ekziston vetëm në thellësi të yjeve dhe nuk është zotëruar ende nga njerëzit.

Një fuqi e barabartë me një humbje masive prej 4 milionë tonësh çdo sekondë është e pamundur të imagjinohet: edhe me shpërthimin më të fuqishëm termonuklear, vetëm rreth 1 kg lëndë shndërrohet në energji. Por nëse e lidhim të gjithë energjinë e emetuar nga Dielli me masën e tij totale, atëherë do të dalë e pabesueshme: fuqia specifike e Diellit do të jetë e papërfillshme - shumë më pak se fuqia e një "pajisjeje të tillë gjeneruese të nxehtësisë" si një person. vetë. Dhe llogaritjet tregojnë se Dielli do të vazhdojë të shkëlqejë pa pushim për të paktën 30 miliardë vjet të tjerë.

Eshtë e panevojshme të thuhet, është e mjaftueshme për jetën tonë.

Dielli ynë është të paktën gjysma e hidrogjenit. Gjithsej 69 elementë kimikë janë zbuluar në Diell, por mbizotëron hidrogjeni. Është 5.1 herë më shumë se heliumi, dhe 10 mijë herë (jo nga pesha, por nga numri i atomeve) më shumë se të gjitha metalet së bashku. Ky hidrogjen shpenzohet jo vetëm për prodhimin e energjisë. Gjatë proceseve termonukleare, prej tij formohen elementë të rinj kimikë, dhe protonet e përshpejtuar hidhen në hapësirën rrethore diellore.

Fenomeni i fundit, i quajtur "era diellore", u zbulua relativisht kohët e fundit gjatë eksplorimit të hapësirës së jashtme duke përdorur satelitët artificialë. Doli se shpërthime veçanërisht të forta të kësaj "erë" ndodhin gjatë shpërthimeve kromosferike. Duke arritur në Tokë, rrjedha e protoneve, të kapur nga fusha e saj magnetike, shkakton aurorat dhe ndërpret komunikimet me radio, dhe për astronautët "era diellore" përbën një rrezik serioz.

Por a është ky i vetmi kufi për ndikimin e rrjedhës së bërthamave të hidrogjenit diellor në Tokë? Me sa duket jo. Së pari, rrjedha e protoneve krijon një sekondar rrezatimi kozmik arritja e sipërfaqes së Tokës; së dyti, stuhitë magnetike mund të ndikojnë në proceset e jetës; së treti, bërthamat e hidrogjenit të kapur nga fusha magnetike e Tokës nuk mund të mos ndikojnë në transferimin e masës së saj në hapësirë.

Gjykoni vetë: tani në koren e tokës, nga çdo 100 atome, 17 janë atome hidrogjeni. Por hidrogjeni i lirë praktikisht nuk ekziston në Tokë: ai është pjesë e ujit, mineraleve, qymyrit, naftës, qenieve të gjalla... Vetëm gazet vullkanike ndonjëherë përmbajnë pak hidrogjen, i cili shpërndahet në atmosferë si pasojë e difuzionit. Dhe meqenëse shpejtësia mesatare e lëvizjes termike të molekulave të hidrogjenit për shkak të masës së tyre të vogël është shumë e lartë - është afër shpejtësisë së dytë kozmike - këto molekula fluturojnë nga shtresat e atmosferës në hapësirën e jashtme.

Por nëse Toka humbet hidrogjenin, atëherë pse nuk mund ta marrë atë nga i njëjti Diell? Meqenëse "era diellore" është bërthama e hidrogjenit që kapet nga fusha magnetike e Tokës, atëherë pse nuk qëndrojnë ato në të?

Në fund të fundit, ka oksigjen në atmosferën e Tokës; duke reaguar me bërthamat e hidrogjenit në hyrje, ai do t'i lidhë ato, dhe hidrogjeni kozmik herët a vonë do të bjerë në sipërfaqen e planetit në formën e shiut të zakonshëm. Për më tepër, llogaritja tregon se masa e hidrogjenit që përmbahet në ujin e të gjithë oqeaneve, deteve, liqeneve dhe lumenjve të Tokës është saktësisht e barabartë me masën e protoneve të bartura nga "era diellore" gjatë gjithë historisë së Tokës. A është kjo thjesht një rastësi?

Ne duhet të kuptojmë se Dielli ynë, Dielli ynë me hidrogjen, është thjesht një yll i zakonshëm në Univers, se ka yje të panumërt të ngjashëm të vendosur qindra, mijëra e miliona vite dritë larg nga Toka. Dhe kush e di - ndoshta është në intervalin e emetimeve radiofonike të hidrogjenit ndëryjor (mos harroni - 21 centimetra!) që njerëzimi do të jetë në gjendje të kontaktojë qytetërimet e huaja për herë të parë...

Hidrogjeni dhe jeta

Edhe një herë, është absurde të thuhet: "Nëse kjo dhe ajo nuk do të ekzistonte në natyrë, atëherë kjo dhe ajo nuk do të ekzistonin". Fakti është se fotografia e botës që ne kemi mundësinë të vëzhgojmë tani është zhvilluar pikërisht si rezultat i asaj që ekziston në realitet...

Le të themi, shkrimtarëve u pëlqen të banojnë planetë ku në vend të ujit ka fluor hidrogjeni ose amoniak, dhe baza e jetës nuk është karboni, por silikoni. Por pse nuk ekziston jeta “silikon” në planetin tonë, ku ka më shumë se sa duhet silic? A është kjo sepse silikoni është thjesht një bazë e papërshtatshme për jetën?

Megjithatë, nëse imagjinata e sofistikuar njerëzore ndonjëherë gjen një zëvendësim për karbonin dhe oksigjenin, atëherë asgjë nuk mund të zëvendësojë hidrogjenin. Fakti është se të gjithë elementët kanë analoge, por hidrogjeni jo. Bërthama e këtij atomi është një grimcë elementare dhe kjo nuk mund të mos ndikojë në vetitë e atomit.

Çdo atom, me përjashtim të atomit të hidrogjenit, në kushte normale nuk mund të humbasë të gjitha elektronet: mbetet të paktën një shtresë elektronike më shumë, dhe kjo guaskë, që mban ngarkesa negative, kontrollon bërthamën. Por joni i hidrogjenit është një proton "i zhveshur", i ngarkuar pozitivisht dhe mund të tërhiqet nga predha elektronike të atomeve të tjera, duke mos përjetuar një zmbrapsje veçanërisht të fortë nga bërthama.

Dhe kjo është ajo që ndodh. Le të themi, në një molekulë uji, të dy valencat e atomit të oksigjenit janë të ngopura dhe, me sa duket, nuk ka komunikim shtesë nuk mund të lindë. Por kur atomi i hidrogjenit i një molekule uji i afrohet atomit të oksigjenit të një molekule tjetër, atëherë një forcë shtesë tërheqëse fillon të veprojë midis protonit dhe shtresës elektronike të oksigjenit, dhe formohet një lidhje e veçantë, e ashtuquajtura e hidrogjenit:

Lidhje të tilla janë njëzet herë më të dobëta se zakonisht, por roli i tyre është ende i madh. Merrni, për shembull, të njëjtin ujë: shumë prej tij veti të mahnitshme përcaktohen pikërisht nga lidhjet hidrogjenore të zhvilluara në mënyrë të pazakontë. Mundohuni të paktën të parashikoni pikën e tij të shkrirjes bazuar në konstantet e përbërjeve të hidrogjenit me fqinjët e oksigjenit në tabelën periodike - azot dhe fluor ose analoge - squfur dhe selen.

Amoniaku shkrihet në – 77,7°C, fluori i hidrogjenit në – 92,3°C; prandaj, uji duket se ka një pikë shkrirjeje të ndërmjetme prej rreth -85°C. Selenidi i hidrogjenit shkrihet në – 64°C, sulfuri i hidrogjenit në – 82,9°C; prandaj, pika e shkrirjes së ujit, si një derivat i ngjashëm me peshë molekulare më të ulët, duhet të jetë edhe më i ulët... Por jo, pika e shkrirjes së tij aktuale rezulton të jetë gati njëqind gradë më e lartë se sa parashikohej teorikisht dhe arsyeja për këtë janë lidhje të dobëta, por të shumta hidrogjenore ndërmolekulare, të cilat oksigjeni, për shkak të strukturës specifike të shtresës elektronike, është në gjendje t'i formojë në një masë shumë më të madhe se azoti, fluori, squfuri ose seleniumi.

Lidhjet e hidrogjenit qëndrojnë në themel të fenomeneve më delikate të jetës. Për shembull, është falë këtyre lidhjeve që enzimat janë në gjendje të njohin në mënyrë specifike substancat, reagimet e të cilave ato përshpejtojnë. Fakti është se zinxhiri proteinik i secilës enzimë ka një konfigurim hapësinor të përcaktuar rreptësisht, të fiksuar nga një mori lidhjesh hidrogjeni ndërmolekulare midis grupeve të atomeve C = O dhe N - H. Nga ana tjetër, molekula e substancës ka grupe që mund të formohen lidhjet e hidrogjenit me një pjesë të caktuar të molekulës së enzimës - e ashtuquajtura qendra aktive. Si rezultat, lidhjet intramolekulare në këtë substancë dobësohen dhe enzima fjalë për fjalë "kafshon" molekulën.

Por kjo nuk kufizon rolin e lidhjeve të dobëta të hidrogjenit në proceset e jetës. Është falë këtyre lidhjeve që ndodh kopjimi i saktë i molekulës së ADN-së, duke transmetuar të gjithë informacionin gjenetik nga brezi në brez; lidhjet hidrogjenore përcaktojnë specifikën e veprimit të shumë barnave; ato janë përgjegjëse si për ndjesinë e shijes ashtu edhe për aftësinë e muskujve tanë për t'u tkurrur... Me një fjalë, në natyrën e gjallë atomi i hidrogjenit është vërtet i pazëvendësueshëm.

Hidrogjeni dhe shkenca

Në shumë fundi i XVIII Dhe fillimi i XIX V. kimia ka hyrë në një periudhë themelimi modele sasiore: Në 1803, John Dalton formuloi ligjin e raporteve të shumëfishta (substancat reagojnë me njëra-tjetrën në raportet e peshës që janë shumëfish të ekuivalentëve të tyre kimikë). Në të njëjtën kohë, ai përpiloi tabelën e parë në historinë e shkencës kimike të peshave atomike relative të elementeve. Në këtë tabelë, hidrogjeni ishte në vendin e parë, dhe peshat atomike të elementeve të tjerë u shprehën në numra afër numrave të plotë.

Pozicioni i veçantë që zinte hidrogjeni që në fillim nuk mund të mos tërhiqte vëmendjen e shkencëtarëve dhe në 1811 kimistët ishin në gjendje të njiheshin me hipotezën e William Prout, i cili zhvilloi idenë e filozofëve të Greqisë së lashtë për unitetin e botës dhe sugjeroi që të gjithë elementët janë formuar nga hidrogjeni si element shumë i lehtë. Prout u kundërshtua nga Jens Jakob Berzelius, i cili ishte në procesin e rafinimit të peshave atomike: nga eksperimentet e tij rezultoi se peshat atomike të elementeve nuk ishin në raporte të plota me peshën atomike të hidrogjenit. "Por," kundërshtuan mbështetësit e Prout, "peshat atomike nuk janë përcaktuar ende me saktësi të mjaftueshme," dhe si shembull ata iu referuan eksperimenteve të Jean Stas, i cili në 1840 korrigjoi peshën atomike të karbonit nga 11.26 (kjo vlerë u vendos nga Berzelius) deri në 12, 0.

E megjithatë, hipoteza tërheqëse e Prout duhej të braktisej për një kohë: së shpejti i njëjti Stas, përmes një kërkimi të kujdesshëm dhe të padiskutueshëm, vërtetoi se, për shembull, pesha atomike e klorit është 35,45, d.m.th. nuk mund të shprehet në asnjë mënyrë me një numër që është shumëfish i peshës atomike të hidrogjenit...

Por në 1869, Dmitry Ivanovich Mendeleev krijoi klasifikimin e tij periodik të elementeve, duke e bazuar atë në peshat atomike të elementeve si karakteristikat e tyre më themelore. Dhe natyrisht, hidrogjeni erdhi i pari në sistemin e elementeve.

Me zbulimin e ligjit periodik, u bë e qartë se elementët kimikë formojnë një seri të vetme, ndërtimi i së cilës i nënshtrohet disa modelet e brendshme. Dhe kjo nuk mund të mos sillte përsëri në jetë hipotezën e Prout - megjithëse në një formë paksa të modifikuar: në 1888, William Crookes sugjeroi që të gjithë elementët, përfshirë hidrogjenin, u formuan nga ngjeshja e disa lëndëve parësore, të cilat ai e quajti protyle. Dhe meqenëse protili, arsyetoi Crookes, me sa duket ka një peshë atomike shumë të vogël, atëherë shfaqja e peshave atomike të pjesshme është e kuptueshme.

Mendelejevi e kundërshtoi këtë hipotezë: “...jep diçka të individualizuar dhe do të bëhet e lehtë të kuptosh mundësinë diversiteti i dukshëm. Përndryshe, si mund të japësh shumë?” Kjo do të thotë, sipas krijuesit të tabelës periodike, një lloj grimce nuk mund të shërbejë si bazë për ndërtimin e një sistemi elementësh me veti kaq të ndryshme.

Por ja çfarë është interesante. Vetë Mendelejevi ishte jashtëzakonisht i interesuar për pyetjen: pse duhet të fillojë tabela periodike me hidrogjen? Çfarë e pengon ekzistencën e elementeve me peshë atomike më të vogël se një? Dhe si element i tillë në vitin 1905, Mendelejevi e quajti... “eter botëror”. Për më tepër, ai e vendos atë në grupin zero mbi helium dhe llogarit peshën e tij atomike - 0.000001! Gaz inert Me një peshë kaq të vogël atomike, sipas Mendelejevit, gjithçka duhet të jetë depërtuese dhe dridhjet elastike të saj mund të shpjegojnë fenomenet e lehta...

Mjerisht, ky parashikim i shkencëtarit të madh nuk ishte i destinuar të realizohej. Por Mendeleev kishte të drejtë në atë që elementet nuk janë ndërtuar nga grimca identike: ne tani e dimë se ato janë ndërtuar nga protone, neutrone dhe elektrone.

Por më falni, ju bërtisni, sepse një proton është bërthama e një atomi hidrogjeni. Pra, Prout kishte të drejtë në fund të fundit?

Po, ai kishte vërtet të drejtë në mënyrën e tij. Por, si të thuash, ishte e drejtë para kohe. Sepse në atë kohë as nuk mund të konfirmohej e as të përgënjeshtrohej me të vërtetë...

Sidoqoftë, vetë hidrogjeni luajti një rol të rëndësishëm në historinë e zhvillimit të mendimit shkencor. Në vitin 1913, Niels Bohr formuloi postulatet e tij të famshme, të cilat shpjeguan mbi bazën Mekanika kuantike veçoritë e strukturës së atomit dhe thelbi i brendshëm i ligjit të periodicitetit. Dhe teoria e Bohr-it u njoh sepse spektri i hidrogjenit i llogaritur në bazë të tij përputhej plotësisht me atë të vëzhguar.

E megjithatë historia e idesë së shprehur më shumë se 150 vjet më parë nuk ka përfunduar ende. Një nga detyrat më të çuditshme me të cilat përballet shkenca e sotme është gjetja e një modeli në vetitë e të ashtuquajturave. grimcat elementare, nga të cilat tani ka shumë dhjetëra. Shkencëtarët po përpiqen t'i kombinojnë ato në një lloj sistemi periodik, por a nuk tregon kjo se ka ende disa "tulla të universit" nga të cilat janë ndërtuar të gjitha grimcat elementare - atomet, molekulat dhe ju dhe unë? fund?

Fizikanët kanë sugjeruar që grimca të tilla ekzistojnë dhe madje i kanë quajtur kuarkë. Problemi i vetëm është: askush në botë nuk ka qenë ende në gjendje të provojë se grimca të tilla janë realitet dhe jo mit...

Por le të kujtojmë Proutin dhe fatin e hipotezës së tij. Ideja e grimcave nga të cilat është ndërtuar gjithçka mbetet po aq tërheqëse sa ka qenë dy mijëvjeçarë e një shekull e gjysmë më parë. Dhe edhe nëse kuarkët rezultojnë të mos jenë siç mendojnë shkencëtarët modernë për ta, gjëja e rëndësishme është që ideja e unitetit të botës të jetojë dhe të zhvillohet. Dhe do të vijë koha kur do të marrë përfundimin e saj logjik.

Hidrogjeni dhe praktika

Le të bëjmë një rezervë menjëherë: në ndryshim nga "shkenca", si fushë e ideve të pastra, do të quajmë "praktikë" gjithçka që shërben. aktivitete praktike njerëzore – edhe nëse është veprimtari e një shkencëtari eksperimental.

Kimisti merret me hidrogjenin, para së gjithash, si një substancë me vetitë e një agjenti reduktues ideal.

Por ku e marrim hidrogjenin? Sigurisht, mënyra më e lehtë është nga një tullumbace. Nga një cilindër jeshil me një mbishkrim të kuq "Hidrogjen" dhe me një valvul me një fije "të majtë" (gaz i ndezshëm!). Por nëse nuk keni një cilindër në dorë?

Hidrogjeni mund të prodhohet duke reaguar metalet me acidet:

Zn + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2.

Por ky hidrogjen nuk mund të jetë krejtësisht i pastër, sepse nevojitet një metal dhe acid krejtësisht i pastër. Lavoisier përftoi hidrogjen të pastër duke kaluar avujt e ujit përmes një tyte arme të ngrohur në një brazier:

4H 2 O + 3Fe → Fe 3 O 4 + 4H 2.

Por kjo metodë nuk është shumë e përshtatshme, megjithëse në një laborator modern mund të përballeni me një tub kuarci të mbushur me tallash hekuri dhe të ngrohur në një furrë elektrike.

Elektroliza! Uji i distiluar, të cilit i shtohet pak acid sulfurik për të rritur përçueshmërinë elektrike, dekompozohet kur kalon rrymë direkte:

2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Në shërbimin tuaj është hidrogjeni me pastërti pothuajse të përsosur, ju duhet vetëm ta lironi atë nga pikat më të vogla të ujit. (Në industri, alkali shtohet në ujë, jo acid, në mënyrë që pajisjet metalike të mos shemben).

Tani ne do ta kalojmë ngadalë këtë hidrogjen përmes ujit në të cilin është pezulluar kloruri i paladiumit. Reduktimi do të fillojë pothuajse menjëherë, dhe precipitati do të bëhet i zi - do të merrni paladium të zi:

PdCl 2 + H 2 → Pd + 2HCl.

Paladiumi i zi është një katalizator i shkëlqyer për hidrogjenizimin e një sërë përbërjesh organike. Dhe këtu nevojitet një katalizator sepse hidrogjeni molekular është shumë inert: edhe me oksigjenin në kushte normale ai reagon jashtëzakonisht ngadalë. Në fund të fundit, së pari një molekulë hidrogjeni duhet të shpërndahet në atome, dhe për këtë, duhet të shpenzohen 104 kcal për çdo mol hidrogjeni (d.m.th., vetëm 2 g!). Por në sipërfaqen e katalizatorit ky proces ndodh me shumë më pak energji, hidrogjeni aktivizohet ashpër.

Ndoshta nuk ka nevojë të flitet shumë për rolin e katalizatorëve në teknologjinë moderne kimike: shumica dërrmuese e proceseve kryhen në praninë e tyre. Dhe më e rëndësishmja prej tyre është sinteza e amoniakut nga hidrogjeni dhe azoti atmosferik:

3H 2 + N 2 → 2NH 3 .

Në këtë rast, hidrogjeni prodhohet ose nga uji dhe metani duke përdorur të ashtuquajturin reaksion të konvertimit:

CH 4 + 2H 2 O → 4H 2 + CO 2.

ose duke ndarë hidrokarburet natyrore nga reaksioni i kundërt i hidrogjenizimit:

CH 3 – CH 3 – CH 2 = CH 2 + H 2.

Amoniaku sintetik është i domosdoshëm në prodhimin e plehrave azotike. Por hidrogjeni nevojitet jo vetëm për të prodhuar amoniak. Shndërrimi i yndyrave të lëngshme bimore në zëvendësues të ngurtë të vajit shtazorë, shndërrimi i qymyrit të ngurtë me cilësi të ulët në lëndë djegëse të lëngshme dhe shumë procese të tjera ndodhin me pjesëmarrjen e hidrogjenit elementar. Rezulton se hidrogjeni është ushqim për njerëzit, bimët dhe makinat...

Por le të kthehemi te laboratori. Këtu, hidrogjeni përdoret jo vetëm në formën e tij të pastër, por edhe në formën e komponimeve të tij me metale - për shembull, hidridi i aluminit të litiumit LiAlH 4, hidridi i boronit të natriumit NaBH 4. Këto komponime rivendosin lehtësisht dhe në mënyrë specifike grupe të caktuara atomesh në substanca organike:

Izotopet e hidrogjenit - deuterium (2 H ose D) dhe tritium (3 H ose T) - bëjnë të mundur studimin e mekanizmave delikate të proceseve kimike dhe biokimike. Këto izotope përdoren si "etiketa" sepse atomet e deuteriumit dhe tritiumit ruajnë të gjitha vetitë kimike të izotopit të zakonshëm të dritës - protium - dhe janë në gjendje ta zëvendësojnë atë në përbërjet organike. Por deuteriumi mund të dallohet nga protiumi për nga masa e tij, dhe tritiumi nga radioaktiviteti i tij. Kjo bën të mundur gjurmimin e fatit të secilit fragment të molekulës së etiketuar.

Hidrogjeni dhe e ardhmja

Fjalët "deuterium" dhe "tritium" na kujtojnë se sot njeriu ka në dispozicion burimin më të fuqishëm të energjisë që çlirohet gjatë reagimit:

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

Ky reagim fillon në 10 milionë gradë dhe ndodh në fraksione të vogla të sekondës gjatë një shpërthimi. bombë termonukleare, dhe një sasi gjigante energjie lirohet në shkallët e Tokës.

Bombat me hidrogjen ndonjëherë krahasohen me Diellin. Megjithatë, ne kemi parë tashmë se proceset e ngadalta dhe të qëndrueshme termonukleare ndodhin në Diell. Dielli na jep jetë, por bomba me hidrogjen premton vdekjen...

Por një ditë do të vijë koha - dhe kjo kohë nuk është e largët - kur masa e vlerës nuk do të jetë ari, por energjia. Dhe më pas, izotopet e hidrogjenit do ta shpëtojnë njerëzimin nga uria e afërt e energjisë: në proceset e kontrolluara termonukleare, çdo litër ujë natyror do të sigurojë të njëjtën sasi energjie siç ofrojnë tani 300 litra benzinë. Dhe njerëzimi do të kujtojë me hutim se ka qenë një kohë kur njerëzit kërcënonin njëri-tjetrin me një burim jetëdhënës nxehtësie dhe drite...

Protium, deuterium, tritium...

Vetitë fizike dhe kimike të izotopeve të të gjithë elementëve përveç hidrogjenit janë praktikisht të njëjta: në fund të fundit, për atomet, bërthamat e të cilëve përbëhen nga disa protone dhe neutrone, nuk është aq e rëndësishme nëse ka një neutron më pak ose një neutron më shumë. Por bërthama e një atomi hidrogjeni është një proton i vetëm, dhe nëse i shtohet një neutron, masa e bërthamës pothuajse do të dyfishohet, dhe nëse ka dy neutrone, ajo do të trefishohet. Prandaj, hidrogjeni i lehtë (protium) vlon në minus 252,6 ° C, dhe pika e vlimit të izotopeve të tij ndryshon nga kjo vlerë me 3,2 ° (deuterium) dhe 4,5 ° (tritium). Për izotopet ky është një ndryshim shumë i madh!

Izotopet e mahnitshme shpërndahen në mënyrë të pabarabartë në natyrë: ekziston një atom deuterium për rreth 7000, dhe një atom tritium radioaktiv beta për një miliardë miliard atome protium. Një tjetër izotop jashtëzakonisht i paqëndrueshëm i hidrogjenit, 4 H, është marrë artificialisht.

Saktësia vjen e para

Masa relative e izotopit të lehtë të hidrogjenit u përcaktua me saktësi fantastike: 1.007276470 (nëse marrim masën e izotopit të karbonit 12 C e barabartë me 12.0000000). Nëse, për shembull, gjatësia e ekuatorit do të matej me një saktësi të tillë, gabimi nuk do të kalonte 4 cm!

Por pse nevojitet një saktësi e tillë? Në fund të fundit, çdo figurë e re kërkon gjithnjë e më shumë përpjekje nga eksperimentuesit... Sekreti zbulohet thjesht: bërthamat e protiumit, protonet, marrin pjesë në shumë reaksione bërthamore. Dhe nëse masat e bërthamave reaguese dhe masat e produkteve të reaksionit janë të njohura, atëherë, duke përdorur formulën E = mc 2, efekti i saj i energjisë mund të llogaritet. Dhe meqenëse efektet energjetike edhe të reaksioneve bërthamore shoqërohen vetëm nga një ndryshim i lehtë në masë, është e nevojshme që këto masa të maten sa më saktë që të jetë e mundur.

E para apo e shtata?

Çfarë vendi duhet të zërë hidrogjeni në tabelën periodike? Do të dukej një pyetje qesharake: sigurisht, e para! Po, por në cilin grup duhet ta vendos? Për një kohë të gjatë, hidrogjeni u vendos mbi litium, sepse ai ka një elektron valent, si të gjithë metalet monovalente. (Nga rruga, përçueshmëria termike e hidrogjenit për një gaz është jashtëzakonisht e lartë - molekulat e hidrogjenit lëvizin shumë më shpejt se molekulat e gazrave të tjerë dhe për këtë arsye transferojnë nxehtësinë më intensivisht.)

Në tabelën moderne të elementeve, hidrogjeni vendoset Grupi VII, mbi fluorin. Fakti është se logjika e ligjit të periodicitetit kërkon që ngarkesa e bërthamave të elementeve analoge të tre periudhave të para të ndryshojë me tetë njësi; prandaj, hidrogjeni (numri serial 1) duhet të konsiderohet si një analog i fluorit (numri serial 9), dhe jo si një analog i litiumit (numri serial 3). E megjithatë duhet të kujtojmë se analogjia këtu nuk është e plotë: megjithëse hidrogjeni, si fluori, është i aftë të formojë komponime me metale (hidridet), joni i hidrogjenit është një proton, një grimcë elementare e zhveshur dhe nuk mund të krahasohet me asnjë jon tjetër. fare.

Alkali apo acid?

Substancat që largojnë një jon hidrogjeni ose proton në tretësirë ​​quhen acide dhe ato që e shtojnë këtë jon quhen alkale. Përqendrimi i protoneve karakterizon reaksionin e mediumit: 1 litër tretësirë ​​ujore neutrale, si dhe 1 litër ujë të pastër, përmban 10-7 gram jone hidrogjeni; nëse përqendrimi i protonit është më i lartë, mjedisi bëhet acid, dhe nëse është më i ulët, bëhet alkalik. (Logaritmi i këtij përqendrimi, i marrë me shenjën e kundërt, është "indeksi i hidrogjenit", ose pH.)

Megjithatë, duhet mbajtur mend se protonet e lira në tretësirat ujore nuk ka dhe nuk mund të ketë: bërthama e atomit të hidrogjenit është aq e vogël sa duket se është e ngulitur në shtresën elektronike të ujit dhe formon një përbërje të veçantë - jon oksonium:

H + + H 2 O → H 3 O + .

Megjithatë, situata këtu është më tepër e kundërta - nuk është joni i oksoniumit që formohet sepse një proton ndahet nga acidi, por acidi shkëputet sepse formohet një jon oksonium. Prandaj, skema e disociimit, të themi, klorur hidrogjeni, duhet të shkruhet kështu:

HСl + H 2 O → H 3 O + + Сl – .

Kjo do të thotë se uji, kur klorur hidrogjeni tretet në të, sillet si një alkali (shton një proton); nëse, për shembull, amoniaku tretet në të, atëherë uji vepron si acid:

NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH – .

Me një fjalë - gjithçka në botë është relative ...

Mrekullitë e Mbylljes

Imagjinoni këtë përvojë. Në një pajisje për elektrolizën e ujit, katoda bëhet në formën e një pllake. Ndiz rrymën dhe... pllaka fillon të përkulet vetë! Sekreti i këtij truku është se rekordi është prej paladiumi dhe i veshur nga njëra anë me një shtresë llak. Gjatë elektrolizës, hidrogjeni lirohet në anën e palyer të pllakës dhe shpërndahet menjëherë në metal; dhe meqenëse vëllimi i paladiumit rritet, lind një forcë që përkul pllakën.

Por prisni, ju thoni, a treten gazrat në metale? Në përgjithësi, ky fenomen, i quajtur okluzion, nuk është befasues. Një gjë tjetër është befasuese: në një vëllim paladiumi treten deri në 850 vëllime hidrogjen! Kjo është pak më pak se sasia e amoniakut që mund të shpërndahet në një vëllim uji - dhe çfarë gazi tretet më mirë në ujë! Hidrogjeni shpërndahet në ujë shumë dobët - rreth 0.02 vëllim për vëllim uji.

Në status nascendi

Kur hidrogjeni digjet në oksigjen të pastër, temperaturat arrijnë 2800°C - një flakë e tillë shkrin lehtësisht kuarcin dhe shumicën e metaleve. Por me ndihmën e hidrogjenit mund të arrini temperatura edhe më të larta nëse e përdorni jo si burim, por si bartës dhe përqendrues të energjisë.

Ja si bëhet. Një rrymë hidrogjeni kalon nëpër një flakë me hark voltaik. Nën ndikimin e temperaturës së lartë, molekulat e tij shpërbëhen, shpërndahen në atome, duke thithur një sasi të madhe energjie. Hidrogjeni atomik që rezulton nuk kombinohet në molekula menjëherë: në fund të fundit, atomet duhet së pari të heqin dorë nga energjia e ruajtur. Dhe nëse një rrymë hidrogjeni atomik drejtohet në një sipërfaqe të ngurtë, atëherë atomet bashkohen në molekula: lirohet energjia e disociimit dhe temperatura e sipërfaqes rritet në 3500 ... 4000 ° C. Me ndihmën e një pishtari të tillë atomiko-hidrogjen, mund të përpunohen edhe metalet më zjarrduruese.

Hidrogjeni atomik gjenerohet jo vetëm në flakën e harkut: ai formohet edhe gjatë reagimit të acideve me metalet. Në momentin e lëshimit të tij (në latinisht - në status nascendi), hidrogjeni ka rritur aktivitetin dhe kimistët e përdorin atë për të rivendosur substancat organike.

Sa hidrogjenë ka gjithsej?

Ne kemi folur tashmë për katër lloje të hidrogjenit - izotopet e tij. E megjithatë, në natyrë ka shumë më tepër "hidrogjenë" të ndryshëm, nëse flasim jo vetëm për atomet e këtij elementi, por edhe për molekulat e tij. Fakti është se në kushte normale, hidrogjeni molekular është një përzierje e dy izomerëve të pazakontë - të ashtuquajturit hidrogjen orto- dhe avulli, të cilët ndryshojnë në orientim. momentet magnetike bërthamat e atomeve të tyre përbërëse. Për ortohidrogjenin këto momente kanë të njëjtin orientim, ndërsa për avujt e hidrogjenit kanë orientim të kundërt; Orto- dhe paraizomerët ndryshojnë gjithashtu në vetitë e tyre fizike. Dhe meqenëse të dy deuteriumi dhe tritiumi kanë izomerë të ngjashëm, dhe meqenëse molekulat HD, NT dhe DT mund të ekzistojnë, secila prej të cilave, me sa duket, mund të ekzistojë edhe në formën e orto- dhe para-izomerit, kjo do të thotë se ekzistojnë dymbëdhjetë lloje molekulare hidrogjeni.

Por kjo nuk është e gjitha. Jo shumë kohë më parë, shkencëtarët arritën të merrnin antihidrogjen - një atom i ndërtuar nga një antiproton dhe një pozitron, dhe pas kësaj, bërthamat e antideuteriumit dhe antitritiumit u morën në përshpejtuesit me energji të lartë. Ekzistojnë gjithashtu mezoatome, në të cilat një proton ose elektron zëvendësohet nga një ose një mezon tjetër. Ato gjithashtu mund të konsiderohen si izotopë të veçantë të hidrogjenit...

Hidrogjeni i parë metalik

Hidrogjeni, siç e dimë, sot lidhet me të paktën tre shpresa: për energjinë termonukleare, për transferimin e energjisë pothuajse pa humbje (në pajisjet superpërçuese në temperaturën e hidrogjenit të lëngshëm, jo ​​heliumit të lëngshëm) dhe - si lëndë djegëse që është e padëmshme për Mjedisi . Dhe të gjitha këto shpresa lidhen kryesisht me hidrogjenin metalik, d.m.th. hidrogjen i tillë, i cili është një lëndë e ngurtë me përçueshmëri të lartë elektrike dhe veti të tjera të një metali. Hidrogjeni metalik kompakt duhet të jetë karburanti më i përshtatshëm i hidrogjenit. Përveç kësaj, ekzistojnë premisa teorike sipas të cilave hidrogjeni metalik mund të ekzistojë në temperatura të zakonshme, duke mbetur një superpërçues.

Ata u përpoqën (dhe vazhdojnë të përpiqen) të marrin hidrogjen metalik në mënyra të ndryshme, duke i nënshtruar hidrogjenit të zakonshëm të ngurtë ndaj ngarkesave statike ose dinamike. Raporti i parë i suksesit të mundshëm në zgjidhjen e kësaj të rëndësishme dhe problem kompleks u botua në shkurt 1975 nga një grup shkencëtarësh nga Instituti i Fizikës së Presionit të Lartë të Akademisë së Shkencave të BRSS (të udhëhequr nga Akademiku L.F. Vereshchagin). Duke depozituar një shtresë të hollë hidrogjeni në kudhërat e diamantit të ftohur në 4.2°K dhe duke e nënshtruar atë në presion shumë të lartë, u vu re një fenomen i pazakontë. Rezistenca elektrike e hidrogjenit u ul me miliona herë - kaloi në një gjendje metalike. Kjo ndodhi nën një presion statik prej rreth 3 milion atm. Kur presioni filloi të zvogëlohej, tashmë me një rënie afërsisht trefish të presionit (1 milion atm.), ndodhi një kalim i kundërt i hidrogjenit nga gjendja metalike në gjendjen e zakonshme, dielektrike. Megjithatë, studiuesit nuk e perceptuan këtë fakt si një dështim fatal, që do të thotë pamundësi e ekzistencës së hidrogjenit metalik në presion normal. Ata shpresojnë se hidrogjeni metalik mund të "ngurtësohet" disi dhe, me kalimin e kohës, të vihet në dispozicion të shkencëtarëve të specialiteteve të ndryshme. Dhe për teknologjinë, me sa duket, gjithashtu.

Kur bërthamat e rënda ndahen në një reaktor, lirohet energji. Ku është burimi i kësaj energjie? Pse lëshohet në momentin kur bërthama ndahet në dy pjesë?

Bërthama e uraniumit-235 përbëhet nga 92 protone dhe 143 neutrone. Nuk është një përzierje e thjeshtë mekanike e grimcave elementare, si, të themi, një përzierje tallash hekuri dhe pluhur squfuri. Grimcat që përbëjnë bërthamën e një atomi janë shumë të lidhura ngushtë me njëra-tjetrën nga të ashtuquajturat forca bërthamore. Kjo lidhje midis grimcave në bërthamë është shumë miliona herë më e fortë se lidhja që ekziston midis atomeve në molekulën e çdo përbërjeje kimike. Kalcinoni të njëjtat tallash hekuri të përziera me squfur, merrni një përbërje kimike - sulfid hekuri. Për të zbërthyer të gjitha molekulat e sulfurit të hekurit në atome hekuri dhe squfuri që përmbahen në një gram, nevojitet energji në sasinë e përafërsisht një kalori të madhe. Dhe për të shkatërruar të gjitha bërthamat që përmban një copë uranium që peshon një gram në grimca elementare, do të nevojitej një energji prej rreth 170 milionë kalori të mëdha. Kjo sasi energjie lirohet kur digjen pothuajse 20 tonë benzinë.

Neutronet dhe protonet në bërthamat e elementeve të ndryshëm kimikë janë të lidhur me njëri-tjetrin në mënyra të ndryshme: në disa janë më të fortë, në të tjerët - më të dobët. Kur një bërthamë e uraniumit shpërthen, siç u përmend tashmë, formohen dy "fragmente", të cilat janë bërthamat e atomeve në mes. tabelë periodike Elementet e Mendelejevit, për shembull, bërthamat e atomeve të bariumit dhe kriptonit. Protonet dhe neutronet në këto bërthama janë të lidhura së bashku më fort se sa ishin në bërthamat e uraniumit ose elementëve të tjerë të rëndë në fund të tabelës periodike. Për të shkatërruar një bërthamë bariumi dhe një bërthamë kripton në grimca elementare (protone dhe neutrone) do të kërkonte dhjetë për qind më shumë energji sesa të shkatërrohej një bërthamë uraniumi.

Nëse nevojitet një energji specifike për të ndarë një bërthamë në grimca elementare individuale, atëherë kur nga këto grimca formohen bërthama, sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, e njëjta energji duhet të lirohet.

Le ta ndajmë mendërisht procesin e ndarjes së bërthamës së uraniumit në dy faza. Faza e parë është shkatërrimi i bërthamës së uraniumit në protone dhe neutrone; në këtë rast harxhohet energji në masën 170 milionë kalori të mëdha për gram uranium të pastër. Faza e dytë është formimi i bërthamave të bariumit dhe kriptonit nga grimcat elementare të formuara gjatë shkatërrimit të bërthamave të uraniumit. Ky proces shoqërohet me çlirimin e energjisë në masën rreth 190 milionë kalori të mëdha. Si rezultat i të dy fazave të reaksionit, fitohet një fitim energjie prej 20 milion kalori të mëdha. Për të marrë këtë sasi energjie, duhet të digjni rreth dy ton benzinë. Kështu, "vlera kalorifike" e uraniumit gjatë ndarjes së tij rezulton të jetë dy milionë herë më e lartë se kur digjet benzinë.

Le të sqarojmë arsyetimin tonë me shembullin e mëposhtëm. Le të themi se jeni duke qëndruar në anën e një mali dhe po nxjerrni ujë nga një pus dy metra i thellë. Për të ngritur çdo kilogram ujë shpenzoni dy kilogramë punë. Më pas e derdhni këtë ujë përmes një kanali në një rrotë turbine që ndodhet pesë metra më poshtë. Nëse neglizhojmë të gjitha llojet e humbjeve të energjisë, atëherë turbina do të kryejë punë të barabartë me pesë kilogram-metra. Si rezultat, ne marrim tre kilogram-metra më shumë punë sesa shpenzojmë.

Gjatë ndarjes bërthamore elemente të rënda ato nuk shpërbëhen në grimca elementare individuale, ato ndahen vetëm në dy pjesë - fragmente. Brenda fragmenteve që rezultojnë, ndodh menjëherë një rirregullim i grimcave elementare; ato janë “të paketuara” më fort dhe ky proces shoqërohet me çlirimin e energjisë dhe lirohet më shumë energji sesa shpenzohet për shkatërrimin e bërthamës së rëndë.

Llogaritjet tregojnë se gjatë ndarjes së bërthamave të rënda çlirohet vetëm një pjesë e energjisë së ruajtur në bërthamë. Në mënyrë të konsiderueshme më shumë energji fitohet nëse të njëjtat bërthama të bariumit dhe kriptonit sintetizohen (përbëhen) drejtpërdrejt nga protonet dhe neutronet. Atëherë nuk do t'ju duhet të shpenzoni energji prej 170 milionë kalorish të mëdha për shkatërrimin e bërthamave të rënda. Në shembullin me ujin, kjo do të korrespondonte me faktin se nuk ka nevojë ta nxirrni atë nga pusi, por të përdorni një pishinë në të cilën uji është në nivelin e skajit të sipërm të ulluqit.

Por për sintezë bërthamat atomike e neutroneve dhe protoneve, para së gjithash është e nevojshme që këto grimca elementare t'i keni në dispozicion. NË formë e përfunduar ato nuk ekzistojnë në natyrë. Ato mund të merren vetëm artificialisht. Megjithatë, neutronet dhe protonet e lëshuara në një gjendje të lirë nuk mund të ruhen për përdorim në të ardhmen. Protonet janë atome të protiumit të cilëve u mungon një elektron i vetëm në kushte normale, ato nuk mund të ekzistojnë për një kohë të gjatë. Protonet do të gjejnë elektronet e humbura dhe do të shndërrohen përsëri në atome protium neutrale elektrike.

Neutronet depërtojnë lehtësisht në bërthamat e atomeve dhe kapen prej tyre. Përveç kësaj, neutronet janë radioaktive. Jetëgjatësia e neutroneve në gjendje të lirë është çështje minutash. Nëse një neutron arrin të shmangë kapjen nga një bërthamë, ai kthehet spontanisht në një proton dhe një elektron. Nga erdhi elektroni gjatë transformimit radioaktiv të një neutroni? Fakti është se si neutroni ashtu edhe protoni janë në thelb e njëjta grimcë elementare, vetëm se ato janë në gjendje të ndryshme energjetike. Për të theksuar të përbashkëtën e këtyre grimcave, kur ato së bashku përbëjnë një lloj bërthame atomike, ato madje quhen me të njëjtin emër - nukleone. Kështu thonë ata, për shembull, bërthama e izotopit të klorit-35 përbëhet nga 35 nukleone, pa i ndarë ato në protone dhe neutrone. Procesi i kalimit të një neutroni në një proton është një kalim spontan nga një më i lartë niveli i energjisë në një më të ulët; në të njëjtën kohë, një elektron "lind". Kalimi spontan i një protoni në një neutron është i pamundur kjo do të korrespondonte me një kalim me nivel i ulët energji në një më të lartë, e cila bie ndesh me ligjin e ruajtjes së energjisë. Një gur i shtrirë në tokë asnjëherë vetë, pa ndërhyrje forcë e jashtme, nuk do të ngrihet. Nëse protonit i jepet sasia e nevojshme e energjisë nga jashtë, ai mund të kthehet në një neutron dhe ky akt shoqërohet me shfaqjen e një grimce të ngjashme me një elektron, por të ngarkuar pozitivisht. Ai quhet, siç e dimë tashmë, një pozitron. Kështu rezulton se megjithëse nuk ka elektrone në neutrone, dhe pozitrone në protone, por gjatë transformimit të tyre të ndërsjellë këto grimca lëshohen.

Pra, nëse është e mundur të merren neutrone dhe protone në formë të lirë, atëherë ato duhet të përdoren menjëherë për sintezën e bërthamave atomike.

Shkatërrimi i bërthamave të rënda si uraniumi në grimca elementare (nukleone) përfshin shpenzimin e një sasie të madhe energjie. A ka bërthama në natyrë në të cilat protonet dhe neutronet nuk janë aq fort të lidhur me njëri-tjetrin sa në bërthamën e uraniumit? Nëse ekzistojnë bërthama të tilla, atëherë faza e parë mendore e reagimit - shkatërrimi i bërthamës - do të kërkonte më pak energji. Duke iu rikthyer shembullit me një pus dhe një hendek, duhet të kërkoni një pus të cekët nëse është e mundur.

Këtu hyn në skenë hidrogjeni me izotopët e tij të rëndë dhe tani jo një, por dy.

Çfarë roli luajti deuteriumi në funksionimin e një reaktori bërthamor? Roli i tij ishte ndihmës - të ngadalësonte neutronet e shpejta në shpejtësi termike. Ai nuk mori pjesë drejtpërdrejt në çlirimin e energjisë bërthamore. Në shumë reaktorë, siç e dini tashmë, karboni në formën e blloqeve grafiti ose uji i zakonshëm përdoret me sukses si moderatorë neutronesh. Ka reaktorë pa moderator fare - këta janë reaktorë që veprojnë neutronet e shpejta. Në proceset me të cilat tani do të njihemi, izotopet e hidrogjenit janë të një rëndësie vendimtare në çlirimin e energjisë bërthamore.

Përveç izotopit të rëndë të hidrogjenit - deuteriumit, ekziston edhe një izotop tepër i rëndë - tritiumi; shënohet me shkronjën T. Përveç protonit, bërthama e tritiumit nuk përmban një neutron, si deuteriumi, por dy (Fig. 13). Ndryshe nga deuteriumi

(rrathët e bardhë tregojnë protonet, rrathët e zinj tregojnë neutronet që përbëjnë bërthamën).

Gjysma e të gjitha atomeve të tritiumit në dispozicion kalbet në 12.2 vjet. Kjo periudhë nuk është e madhe, por mjafton të kesh gjithmonë tritium në magazinë në sasinë e kërkuar.

Tritium është një izotop më kompleks i hidrogjenit. Në vetitë e tij, ai ndryshon nga protiumi më shumë se deuteriumi.

Ashtu si dy izotopët e parë, tritiumi mund të kondensohet në një lëng. Pika e vlimit të tritiumit të lëngshëm është tashmë 4,65 gradë më e lartë se pika e vlimit të protiumit. Nxehtësia e tij e avullimit është edhe më e lartë se ajo e deuteriumit. Kur tritium bashkohet me oksigjenin, formohet uji, i cili quhet tritium ose ujë shumë i rëndë. Ashtu si deuteriumi, tritiumi kombinohet me izotopet e shkrirjes, deuteriumit dhe oksigjenit për të prodhuar ujë me përbërje të ndryshme izotopike. Nëntë varieteteve të ujit që dha deuteriumi, tani po shtohen një numër i barabartë i të rejave, molekulat e të cilave përfshijnë atomet e tritiumit. Formulat e këtyre molekulave mund të shkruhen si më poshtë:

MSW16, LLP17 dhe LLP18.

Duke arsyetuar në të njëjtën mënyrë si në rastin e ndarjes së bërthamave të uraniumit (shih faqen 50), ne e ndajmë procesin mendërisht në dy faza: e para është shkatërrimi i bërthamave të deuteriumit dhe tritiumit në nukleone individuale, e dyta është sinteza e heliumit. bërthama prej tyre. Neutronet dhe protonet janë të lidhur së bashku në bërthamat e deuteriumit dhe tritiumit shumë më pak ngushtë sesa në bërthamat e heliumit. Prandaj, shkatërrimi i bërthamave të dy izotopeve të hidrogjenit kërkon një total më pak energji sesa lirohet gjatë sintezës së një bërthame heliumi nga grimcat elementare që rezultojnë. Llogaritjet tregojnë se me formimin e vetëm një gram atomesh të izotopit të helium-4 nga bërthamat e deuteriumit dhe tritiumit, çlirohen rreth njëqind milionë kalori të mëdha energjie. Kjo është pesë herë më shumë energji që çlirohet kur një gram uranium zbërthehet nën ndikimin e neutroneve.

Për të kryer reaksionin e shkrirjes së bërthamave të heliumit, është e nevojshme që bërthamat e deuteriumit dhe tritiumit të përplasen me njëra-tjetrën. Kjo është vështirësia kryesore në kryerjen e reaksionit të shkrirjes së bërthamave të heliumit. Në fund të fundit, të dy bërthamat përplasëse janë të ngarkuara pozitivisht, dhe trupat e ngarkuar në mënyrë të ngjashme elektrikisht sprapsin njëri-tjetrin. Për të kapërcyer forcat refuzuese elektrike, është e nevojshme t'i afroheni bërthamave në
shtrihu forca të mëdha. Si ta bëni këtë? Me sa duket, është e nevojshme t'u jepet bërthamave një energji e tillë lëvizjeje që do të ishte e mjaftueshme për të kapërcyer forcat refuzuese që veprojnë midis tyre.

Shpejtësia mesatare e lëvizjes së rastësishme të grimcave, dhe për këtë arsye energjia e tyre, përcaktohet nga temperatura. Sa më e lartë të jetë temperatura e trupit, aq më e madhe është energjia mesatare e grimcave, aq më shpejt ato lëvizin. Kjo do të thotë që izotopët tanë duhet të nxehen dhe të nxehen në një temperaturë shumë të lartë, në rendin e një milion gradësh dhe madje edhe më të lartë. Vetëm në temperatura të tilla energjia e grimcave do të jetë e mjaftueshme për të kapërcyer forcat elektrike refuzuese midis bërthamave. Nëse kujtojmë se edhe në sipërfaqen e Diellit temperatura është vetëm 6000 gradë, atëherë vështirësia e ngrohjes së trupave në një milion gradë bëhet e dukshme. I vetmi burim i njohur në kohën tonë me të cilin mund të arrihen temperatura të tilla është shpërthimi i një bombe atomike, domethënë procesi zinxhir i ndarjes së bërthamave të uraniumit ose plutoniumit. Në zonën e një shpërthimi të tillë, deuterium dhe tritium do të ekzistojnë në formën e plazmës - një medium i përbërë nga bërthama atomike "të zhveshura", pa predha elektronike. Në kushte të tilla, bërthamat e izotopeve të hidrogjenit janë në gjendje të kombinohen në bërthamat e heliumit kur takohen, të ashtuquajturat reaksioni termonuklear. Ky ose një proces i ngjashëm ndodh gjatë shpërthimit të një bombe me hidrogjen.

Për të përdorur energjinë e çliruar gjatë reaksioneve termonukleare për qëllime paqësore, është e nevojshme të mësoni se si të kontrolloni reagime të tilla. Zgjidhja e kësaj shumë detyrë e vështirë Shkencëtarët nga shumë vende të botës tani janë të zënë. Shumë kërkime në këtë drejtim po kryhen këtu në Bashkimin Sovjetik. Një zgjidhje e suksesshme e këtij problemi do ta çlirojë njerëzimin nga shqetësimet për kërkimin e burimeve të reja të energjisë dhe do të çojë në një lulëzim të paprecedentë të shkencës dhe teknologjisë.

Vetëm dy dekada e gjysmë na ndajnë nga zbulimi i ujit të rëndë dhe koha kur ai përftohej në sasi që përshtateshin në fund të një epruvete të vogël. Për atë një kohë të shkurtër Uji i rëndë ka fituar një vend të fortë në energjinë bërthamore. Doli të ishte moderatori më i mirë për reaktorët bërthamorë, punë

Mundësuar nga neutronet termike. Megjithatë, kjo nuk është gjëja më e rëndësishme. Uji i rëndë merr rëndësi parësore në zbatimin e reaksioneve termonukleare. Për këto reaksione, fillimisht është e nevojshme të kemi lëndë të para të mjaftueshme, pra deuterium dhe tritium. Atomet e deuteriumit janë një pjesë integrale e molekulave të ujit të rëndë. Atomet e tritiumit mund të përftohen, siç e kemi parë, nga atomet e deuteriumit. Rrjedhimisht, uji i rëndë është burimi që furnizon elementët e nevojshëm për reaksionin e shkrirjes së bërthamave të heliumit. Prandaj, tani prodhimi i ujit të rëndë në shumë vende të botës kryhet në një shkallë të madhe fabrike.