ТЯЖЕЛАЯ ВОДА

В ПОИСКАХ ТЯЖЕЛОЙ ВОДЫ

С

Разу же после открытия дейтерия и его кислородного со­единения — тяжелой воды — стали искать сырье, из ко­торого можно было бы получать эти вещества в достаточ­ных количествах. Прежде всего возник вопрос: нет ли в природе источников, богатых тяжелой водой? С этой Целью были проверены многие естественные воды. Пробы брали в различных точках и с разных глубин Атлантическо­го и Тихого океанов. Были обследованы многие реки мира, пресные, соленые и высокогорные озера, горячие источни­ки, ледники; анализировались рассолы из глубоких нефтя­ных скважин — и всюду содержание тяжелой воды оказа­лось примерно одинаковым — две сотых процента.

Те же результаты получены при анализе воды, выделен­ной из всевозможных минералов, воды, образовавшейся при сжигании нефти, угля и природных газов.

А не концентрируется ли тяжелая вода в организмах жи­вотных и растений, подобно некоторым солям? Испытали воду, выделенную из африканских и испанских апельсинов и кокосовых орехов, итальянских лимонов, румынских дынь, американской тыквы, гавайских ананасов, англий­ских томатов и брюквы, голландского лука, тростникового сахара и самых различных пород древесины; анализирова­ли молоко, кровь, желудочный сок различных животных. Словом, были проверены чуть ли не все вещества, содер­жащие в своем составе водород и его соединения. Ре­зультат один — в природе нет источников, обогащенных тяжелым водородом.

Означало ли это, однако, что ученые, убедившись в оди­наковом изотопном составе любой воды на нашей планете, потратили впустую и силы и время? Совсем нет.

Дело в том, что 0,02 процента — это только прибли­зительная величина. В действительности же количество тяжелой воды в природных водах колеблется. Хотя эти ко­лебания и весьма незначительны — в пределах несколь­ких тысячных долей процента, они указывают на то, что

В грандиозной лаборатории природы происходит разделение изотопов водорода. Конечно, этот процесс нигде не идет до конца.

Мы уже видели, что из природной смеси изотопов водо­рода, превращенной вжидкость, протий испаряется быстрее, чем дейтерий. Про обычную воду можно сказать то же самое. Она легче испаряется, чем тяжелая вода. К такому заклю­чению можно прийти, сравнивая температуры замерзания и кипения этих жидкостей. Скорость испарения жидкости, при прочих равных условиях, определяется давлением ее пара. Чем больше давление пара, тем быстрее происходит испарение. Когда тяжелая вода при плюс 3,82 градуса превращается в лед, обычная вода при этой температуре остается еще жидкостью. Давление пара над тяжелым льдом будет меньше, чем над обычной жидкой водой при той же температуре. При 100 градусах обычная вода ки­пит, давление ее пара равно атмосферному давлению, тем­пературу тяжелой воды надо поднять еще на 1,4 градуса, чтобы она закипела и давление ее пар>а сравнялось с дав­лением атмосферы.

Поэтому там, где есть условия для интенсивного испа­рения, вода, как правило, несколько обогащается дейте­рием. Например, вода Мертвого моря, Каспия и большин­ства других крупных водоемов содержит несколько больше дейтерия, чем речная.

Воды рек и проточных озер умеренного пояса имеют при­мерно один и тот же изотопный состав. Но бывают и любо­пытные исключения. В западной части Канады есть город Трэйль. Вода в его окрестностях — ив реке Колумбии, и в озерах — беднее дейтерием, чем, например, в реке Гуд­зон. Это объясняется тем, что в окрестностях Трэйля дуют преимущественно юго-западные и западные ветры, пересе­кающие горную цепь Сьерра-Невада. Большая часть влаги, приносимой этими ветрами, теряется еще до того, как они достигают притоков реки Колумбии и озер - близ Трэйля. Пар из молекул тяжелой воды конденсируется быстрее пара обычной воды. Поэтому дожди, идущие над Трэйлем и питающие реку и озера, уже обеднены тяжелой водой.

В водах забайкальских рек — Шилки, Аргуни и Гази - мура — дейтерия меньше, чем в воде московского водо­провода или в Волге, Днепре и Оби, но уже по другой при­чине. Обеднение забайкальских рек тяжелой водой связы­вается с вечной мерзлотой почвы. Она раньше выморажи -

Вается и меньше принимает участия в общей природной цир­куляции воды.

Характерно, что в инее дейтерия меньше, чем его содер­жится в обычной воде. Иней образуется из водяного пара, а так как тяжелая вода испаряется медленнее легкой, то пар, содержащийся в воздухе, уже обеднен дейтерием.

Надо отметить, что точное определение количества дей­терия в воде — задача очень сложная. И сложная не только потому, что различие в содержании дейтерия у отдельных образцов очень невелико. Перед проведением анализа не­обходима самая тщательная очистка воды, а очистить воду, не изменив при этом ее изотопный состав, необычайно труд­но. Ведь у кислорода, входящего в состав воды, тоже есть изотопы. При различных операциях во время анализа ко­личество их в воде может меняться.

Изменение плотности воды, вызванное присутствием сбычного количества тяжелых изотопов кислорода, в две­надцать раз больше изменения плотности, вызываемого присутствием в ней дейтерия. А так как количество дейте­рия в воде чаще всего определяется именно по ее плотно­сти, то даже небольшое изменение в изотопном составе кис­лорода может существенно исказить результаты ана­лиза.

Изотопный анализ природных вод дает для науки весьма ценные сведения. Доказано, что вода арктических морей и вода морских льдов отличаются по своему изотопному соста­ву. Эти отличия связаны с водным режимом исследуемой области и условиями образования льдов. Таким образом, проводя изотопный анализ дрейфующих льдов, можно уста­новить место их образования и направление морских те­чений.

Разный изотопный состав капель дождя и снежинок свидетельствует о том, что возникают они в облаках разными путями.

Сжигая водород в кислороде, выделенном из различных минералов, и исследуя затем изотопный состав полученной воды, удается воссоздать условия образования этих мине­ралов в земной коре.

Все эти работы требуют от исследователя большой изо­бретательности и экспериментального мастерства. И почти каждый год приносит здесь много нового, порой заставляет пересмотреть старые результаты, наметить и уточнить пути дальнейших исследований.

Д

Ейтерий — верный спутник протия. Там, где есть природ­ная вода или другие водородные соединения, там есть и дейтерий. Естественная смесь этих двух изотопов— водо­род — принадлежит к числу весьма распространенных хи­мических элементов нашей планеты; по весу его около од­ного процента. В атмосфере Солнца из ста атомов на долю водорода приходится 81 атом. В межзвездном пространстве атомы водорода встречаются в несколько сот раз чаще, чем атомы всех других химических элементов, вместе взятых.

Водород находится в природе как в виде химических соединений с другими элементами, так и в свободном состоя­нии. Химически не связанный, свободный водород име­ется в газах, выделяющихся при извержении вулканов. Он образуется при разложении некоторых органических веществ, а также выделяется в небольших количествах рас­тениями.

Основная масса водорода, имеющаяся в природе, входит составной частью в молекулы различных химических со­единений. Вместе с углеродом и другими элементами водород образует сложные молекулы живых организмов, нефти, природных газов и так далее. Но самым распространенным химическим соединением водорода является его соединение с кислородом— вода. В воде содержится повесу 11,11 про­цента водорода. При разложении воды его выделяется по объему в два раза больше, чем кислорода. Общее коли­чество воды на Земле, исчисляемое в тоннах, выражается числом с пятнадцатью нулями. Примерно десятую часть от этого количества составляет протий и две стотысячных части — дейтерий. Таким образом, на нашей планететолько в воде содержится несколько десятков миллиардов тонн дейтерия.

Дейтерий может быть выделен из любого вещества, ко­торый имеет в своем составе водород. Но так как в сколько - нибудь заметных количествах дейтерий нигде в природе не концентрируется, то для его получения предпочтительнее использовать самое распространенное, легко доступное и дешевое сырье. Это сырье — обычная вода. Из природной воды можно выделить сначала тяжелую воду, а из нее, например, путем разложения электрическим током полу­чить дейтерий. Или, наоборот, сначала выделить дейте­рий, а затем, сжигая его в кислороде, получить тяже­лую воду.

Но выделить из огромной массы природной воды содер­жащиеся в ней крохотные количества тяжелой воды очень трудно. Надо переработать тысячу литров воды, чтобы по­лучить всего с полстакана этого драгоценного вещества.

В настоящее время разработано несколько методов полу­чения тяжелой воды и дейтерия из природной воды. Один из них — метод перегонки. Этот метод давно известен и он широко применяется в промышленности для разделения жид­ких смесей. Поясним его сущность. Если жидкость находит­ся в открытом сосуде, то с поверхности ее происходит испа­рение. Испарение идет при всякой температуре. По мере на­гревания жидкости скорость испарения увеличивается. При температуре, при которой давление пара жидкости ста­новится равным внешнему давлению, испарение происхо­дит уже не только с поверхности, но и в ее толще. Внутри жидкости при этом начинают образовываться пузырьки па­ра, быстро поднимающиеся вверх. Говорят — жидкость кипит. Любое индивидуальное жидкое рещество имеет впол­не определенную, характерную для него температуру ки­пения. Вода при атмосферном давлении, равном 76 санти­метрам ртутного столба, кипит при 100 грудусах, этиловый спирт—при 78,3, а глицерин—при 290 градусах. При этих температурах давление пара воды, эфира и глицерина равно атмосферному давлению. Пар над кипящей чистой жидкостью имеет тот же химический состав, что и жидкость, из которой он образуется (имеется в виду, что жидкость при кипении не разлагается и не изменяет своего химичес­кого состава).

Теперь возьмем две жидкости, например, бензол и толу­ол. Бензол имеет температуру кипения 80,4 градуса, то­луол 110,6 градуса. Смешаем их в равных количествах и нагреем. Такая смесь закипит примерно при 92 граду­сах. Будем продолжать нагревание пока столбик ртути в термометре не поднимется до 93 градусов. Образующийся при этом пар направим в холодильник, где он сконденсирует­ся снова в жидкость. Это будет первая фракция. Анализ ее показывает, что бензола там содержится уже не 50 про­центов, как в исходной смеси, а 70 процентов. Между точ­ками кипения смеси от 93 до 94 градусов можно собрать вто­рую фракцию; от 94 до ^5 градусов — третью и так

Далее.

Если первую фракцию снова нагреть, то она закипит уже при более низкой температуре — около 87 градусов. Как и в первом случае, сконденсируем пар, образовавшийся при нагреве фракции 87—88 градусов. Собранный после холо­дильника конденсат содержит бензола уже более 80 про­центов и менее пятой части приходится в нем на долю то­луола. Повторяя с первой и другими фракциями такие же операции еще несколько раз, в конце-концов можно снова из смеси выделить чистый бензол.

Подобный метод фракционного разделения возможен только при условии, что жидкая смесь и образующийся при ее кипении пар имеют различный состав. Пар должен быгь обогащен молекулами низкокипящего вещества, а кипя­щая смесь — молекулами высококипящего вещества. Если составы жидкой смеси и насыщенного пара над ней будут одинаковы, то разделение смеси на составляющие ее части путем фракционной перегонки невозможно.

Чтобы ускорить процесс разделения и сделать его непре­рывным, на практике используют так называемые фрак­ционные колонны. Принцип действия фракционной колон­ны состоит в следующем. Внизу такой колонны имеется куб, в котором разделяемая смесь доводится до кипения (рис.7). Из куба пары поступают внутрь колонны и проходят через специальные тарелки, три из которых в крупном масштабе показаны на рис. 9. Тарелки всегда наполнены так называе­мой флегмой — смесью, состоящей из поступающей сверху колонны свежей, подлежащей разделению жидкости, и жид­кости, образующейся за счет частичной конденсации па­ров, идущих из куба.

Трубки а (рис. 8) покрыты колпачками, края которых погружены в флегму. Поступающие снизу пары должны проходить через флегму. При этом они частично охлаждают­ся и конденсируются, а флегма нагревается и испаряется. Конденсируется в первую очередь та составная часть паро­вой смеси, которая имеет более высокую температуру кипе­ния. Испаряется же из флегмы низкокипящая жидкость. Флегма по трубкам Ь стекает вниз.

При достаточной производительности кипятильника и хорошей теплоизоляции колонны специального дополни­тельного обогрева тарелок не требуется, так как пар, посту­пающий с нижней тарелки, имеет более высокую темпера­туру, чем темпера? ура кипения флегмы на соседней верх­ней тарелке, и, кроме того, флегму подогревает теплота, вы-

Деляющаяся при конденсации высококипящей жид­кости.

На каждой тарелке идет процесс — пары обедняются

Молекулами высококипящей жидкости, а флегма обога­

Щается ими. Чем выше в колонне поднимается пар, тем меньше в нем остается молекул высо­кокипящей жидкости. И наоборот, на нижних тарелках флегма почти не содержит молекул жидкости с низкой, тем­пературой кипения.

В ПОИСКАХ ТЯЖЕЛОЙ ВОДЫТак во фракционных колоннах осуществляет­ся разделение смеси на составляющие ее жидко -

Сти. На химических заводах часто отдельные колонны собираются в батареи. В подобных батареях удается про­извести разделение жидкостей с весьма близкими темпе­ратурами кипения. Однако выделить из природной воды чистую тяжелую воду путем перегонки затруднительно. У них, как и у других изотопных веществ, очень близки темпе­ратуры кипения. Во фракционных колоннах удается лишь
несколько повысить концентрацию тяжелой воды в стека­ющей вниз флегме.

Самый ранний и, по-видимому, лучший метод получе­ния дейтерия —разложение природной водызлектрическим током. Основой этому методу послужило наблюдение Юрэя и Уошбэрна, которые заметили, что тяжелая вода разла­гается электрическим током труднее на дейтерий и кисло­род, чем обычная вода на протий и кислород. Поэтому к концу электролиза в оставшейся жидкости концентрация тяжелой воды должна увеличиваться. В производствен­ных условиях электролиз ведут в специальных ваннах. В них протекают те же процессы, что и в маленьком сосуде, в котором химик разлагает воду при анализе. К погруженным внутрь ванны электродам подводится постоянный (одного направления) электрический ток, до­стигающий тысячи и более ампер, но малого напряжения (всего 2,5 — 3,5 вольт). В ванну наливается обычная вода. Для повышения ее электропроводности добавляется щелочь. Когда основная масса воды разложится, электролиз прекра­щают. В небольшом количестве оставшейся после элект­ролиза жидкости концентрация тяжелой воды повышается в несколько раз. Чтобы получить чистую тяжелую воду, надо первоначальный объем воды уменьшить в несколько тысяч раз. Осуществлять такое большое уменьшение объема в одном приборе и в один прием практически нерационально. Подобно тому, как фракционные колонны соединяют в батареи, так из электролизных ванн создаются системы, в которых раствор, последовательно переходя из ванны в ванну, обогащается тяжелой водой.

По мере увеличения концентрации тяжелой воды на электродах наряду с протием выделяется все большее и боль­шее количество дейтерия. Чтобы уменьшить его потери, выделяющуюся смесь изотопов водорода сжигают, а образо­вавшуюся воду возвращают в предыдущую ванну (рис. 9). Таким образом, на практике одна и та же порция во­ды многократно подвергается электролизу. Все это связано с большим расходом энергии. На производство одного килограмма тяжелой воды приходится затрачивать свыше 130 ООО киловатт-часов электроэнергии. Этой энергии хва­тило бы для 100-ваттной электрической лампы на 150 лет непрерывного горения.

Электролизные установки экономически выгодно допол­нять специальными колоннами, в которых происходит реак­ция изотопного обмена между газообразным водородом и водяным паром.

Около 70 лет назад, исходя из представления охимическом равновесии, Д. И. Менделеев писал, что атомы одного и того же химического элемента, входящие в состав разных молекул, могут обмениваться друге другом местами: «если даны частицы АВ и АВ9 то А из первой может переходить во вторую частицу и обратно». Проверить эту гипотезу на опыте было невозможно. Действительно, как проследить за двумя атомами, принадлежащими одному и тому же

В ПОИСКАХ ТЯЖЕЛОЙ ВОДЫ

Рис. 9. Упрощенная схема установки для получения тяжелой воды

Электролизом.

А — электролизные ванны, Р — аппараты для сжигания водорода, X — холодильники.

Элементу, если они совершенно одинаковы? Скажем, перед вами раствор едкого натрия в воде:

NaOH и НОН.

Попробуйте докажите, что атом водорода из молекулы щело­чи перешел в молекулу воды, а из воды такой же атом пере­шел в щелочь; или как узнать, что атомы кислорода поме­нялись в молекулах местами.

Когда стало известно о существовании изотопов, когда научились отличать атомы отдельных изотопов, гипотеза Менделеева стала доступна проверке опытом.

Растворите ту же щелочь, но не в обычной, а в тяжелой воде:

NaOH и DOD.

Если действительно обмен атомами между молекулами про­исходит, то часть атомов протия из едкой щелочи перей­дет в молекулы воды, а дейтерий из воды перейдет в моле­кулы щелочи. В растворе появятся новые молекулы:

NaOD и HOD,

Наличие которых может быть обнаружено эксперименталь­но. Это и есть реакция изотопного обмена, то есть хими­ческая реакция, при которой изотопы одного итого же эле­мента, входящие в состав разных молекул, обмениваются друг с другом местами.

Как же практически используются реакции изотопного обмена при получении тяжелой воды?

В ПОИСКАХ ТЯЖЕЛОЙ ВОДЫ

Рис. 10. Схема колонны изотопного обмена.

Под влиянием катализатора происходит обмен атомов дейтерия между молекулами НЕ) и водоро­дом, входящим в состав молекул воды. Аппарат комбинирует метод электролиза воды с методом газообразного изотопного обмена.

Представьте себе молекулу водорода, состоящую из од­ного атома протия и одного атома дейтерия (ЬШ), и моле­кулу пара обычной воды (НОН). При некоторых условиях между молекулами происходит обмен: атом дейтерия перехо­дит в молекулу воды, а один из атомов протия занимает

Место дейтерия в водороде. Обмен атомами изотопов можно записать в виде следующего химического уравнения:

HOH+HD=HOD+H2.

Не следует думать, что все атомы дейтерия, имеющиеся в газе (HD), сразу же при смешении с водяным паром перей­дут в молекулы воды (HOD). Практически этого можно достигнуть только в специальных обменных колоннах, ра­ботающих по принципу фракционных колонн. Кроме того, здесь необходимо присутствие некоторых веществ (катали­заторов), облегчающих течение реакции в желаемом направ­лении и ускоряющих ее.

На рис. 10 показана схема обменной колонны. В низ та­кой колонны подается газообразная смесь протия и дейте­рия, получающаяся при. электролизе воды. Туда же вдувает­ся водяной пар. Атомы дейтерия сначала переходят в мо­лекулы водяного пара, вытесняя оттуда один атом протия. Затем пар, уже нового изотопного состава, конденсирует­ся. В результате стекающая вниз вода обогащается атомами дейтерия, а освобожденный от них газообразный протий уходит через верх колонны.

До сих пор мы говорили о возможных методах получе­ния тяжелой воды, которая может служить сырьем при про­изводстве дейтерия. Имеется и другой путь получения дей­терия, минуя выделение тяжелой воды. Можно электроли­зом разложить на водород и кислород всю воду ванны без остатка. Тогда водород будет представлять смесь протия и дейтерия того же состава, что и в природной воде. Теперь остается только разделить изотопы водорода друг от друга. Как это сделать?

Известно, что превращенный в жидкость протий кипит при минус 252,8 градуса, а жидкий дейтерий имеет темпе­ратуру кипения на три с лишним градуса выше. Различие в температурах кипения жидких изотопов существенно боль­ше, чем у их кислородных соединений, тяжелой и обычной во­ды. Это обстоятельство открывает возможность разделения изотопов путем перегонки. При нагревании жидкого водо­рода вначале станет испаряться протий, а дейтерий будет оставаться в сосуде в виде жидкости.

Практическое осуществление такой перегонки связано, однако, с большими техническими затруднениями, так как процесс нужно вести при крайне низких температурах. Нет ли других путей разделения изотопов водорода? Есть.

Смесь изотопов водорода можно подвергнуть «сепарации», подобно тому, как поступают с молоком, когда желают из него выделить сливки. При быстром вращении сосуда - центрифуги более тяжелые составные частицы молока от­брасываются к стенкам, а легкие частицы сливок распола­гаются ближе к оси вращения. «Сепарация» водородных изо­топов из газовой смеси осуществляется не вращением сосуда, а изменением направления полета частиц при воздействии на них электрическим и магнитным полями. Так как эти поля оказывают отклоняющее действие лишь на электри­чески заряженные частицы, то атомы изотопов должны быть предварительно превращены в ионы; для протия и дейте­рия это означает лишить их единственного электрона.

В масс-спектрографе, с которым вы уже знакомы, про­исходит именно такое, вызванное одновременным действием электрического и магнитного полей, разделение изотопов. Заменяя в масс-спектрографе фотопластинку специальными приемниками, поставленными в тех местах, где собираются изотопы разных масс, можно произвести их разделение.

Различие масс атомов протия и дейтерия позволяет при­менить для их разделения также метод диффузии (диффу­зия — латинское слово, означает распространение).

В комнате, где плотно закрыты все окна и двери, воздух неподвижен, спокоен. Но это спокойствие только кажу­щееся. Если бы мы могли наблюдать отдельные молекулы воздуха, то увидели бы как беспорядочно, по всем направ­лениям, с самыми различными скоростями они движутся. Тут можно встретить молекулы, летящие как пули, и моле­кулы, передвигающиеся «черепашьим шагом». Однако, если измерить скорость большого числа молекул, то окажется, что очень быстро и очень медленно движется совсем неболь­шая доля молекул. Подавляющее большинство их движется со скоростями, мало отличающимися друг от друга. Без большой ошибки можно считать, что все молекулы данного газа движутся с одной и той же средней скоростью.

Какова средняя скорость движения молекул газа?

При одной и той же температуре у различных газов она различна. Так при комнатной температуре средняя скорость движения молекул водорода составляет около 1800 метров в секунду, а азота — 500, кислорода—460 метров в секунду. Учитывая, что молекулярный вес водорода

(вес молекулы газа, отнесенный к веса атома изотопа
кислорода-16) равен 2 «кислородным единицам», азота — 28 и кислорода — 32, легко прийти к выводу: быстрее дви­гаются молекулы того газа, у которого меньше молекуляр­ный вес.

Рис. 11. Через некоторое время в левую половину со­суда через пористую пере­городку пройдет большее число молекул водорода, чем азота.

Черные кружки •— молекулы азота, белые — молекулы водорода.

подпись: 
рис. 11. через некоторое время в левую половину сосуда через пористую перегородку пройдет большее число молекул водорода, чем азота.
черные кружки •— молекулы азота, белые — молекулы водорода.
Когда газ заключен в какой-нибудь сосуд, то его моле­кулы ударяются о стенки сосуда. Если стенки пористые, некоторым молекулам удастся выйти из сосуда. Явление самопроизвольного проникновения одного вещества в дру­гое при их непосредственном соприкосновении или через по­ристую перегородку и называ­ется диффузией.

Из газовой смеси через по­ристую перегородку будет диф­фундировать больше того газа, у которого меньше молекулярный вес. Найдено, что величина ско­рости диффузии газов обратно пропорциональна корням квад­ратным из их молекулярных весов.

Поместим в одну из полови­нок сосуда, разделенного порис­той перегородкой на две части (рис. 11), смесь равных объемов газов: азота и водорода, а из другой воздух откачаем. Через некоторое время часть газа продиффундирует через пере­городку. Если сделать анализ этого газа, то окажет­ся, что водорода прошло больше, чем азота. Остаток газа в первой половине сосуда, наоборот, будет в процент­ном отношении содержать больше азота, чем его было в на­чальной смеси. Происходит частичное разделение газов. Многократно повторяя процесс диффузии через пористую перегородку, удается полностью отделить один газ от дру­гого. Практически разделение тем легче осуществить, чем больше отличаются молекулярные веса газов, состав­ляющие смесь.

У изотопов разница в молекулярных весах мала и все же их можно разделить методом диффузии. Для этого надо процесс повторить много сотен раз. На рис. 12 приведена часть схемы-установки для непрерывного разделения
изотопов водорода путем диффузии сквозь стенки пористых трубок.

Смесь изотопов проходит по трубе А В справа налево. Двигаясь по пористым участкам трубы, газовые молекулы частично диффундируют и попадают в окружающие эти участки трубы кольцевые пространства Я. Молекул протия пройдет через стенки немного больше, чем молекул дейте­рия. Продиффундировавший газ будет несколько обогащен протием, а оставшийся в трубе АВ газ — дейтерием. По мере продвижения газа клевому концу трубы Л В, газ все больше обогащается дейтерием. Одновременно все большее и боль­шее его количество диффундирует через пористые стенки

В ПОИСКАХ ТЯЖЕЛОЙ ВОДЫ

Рис. 12. Часть схемы-установки предназначена для разделения изо­топов водорода путем диффузии сквозь пористые стенки.

Трубы. Чтобы избежать потерь дейтерия, прошедший через пористую стенку газ из Я вновь возвращают в систему на од­ну ступень ближе к входу. Эту работу выполняют насосы Pi> Р2> Ps и т - Д - При достаточном числе пористых участков из левого конца трубы АВ выходит практически чистый дей­терий, а справа из трубы Т — чистый протий.

Таков вкратце диффузионный метод разделения газооб­разной смеси на изотопы.

Разделение изотопов возможно также методом термо­диффузии. Это интересное явление было открыто сто лет назад, в 1857 году. Если между горячей и холодной стенками сосуда поместить смесь, состоящую из двух различных га­зов, то однородность состава смеси несколько нарушается: около холодной стенки скапливается один газ, около горя­чей— другой. Разумеется, разделение газов происходит далеко не полное. Беспорядочное движение молекул стре­мится снова их перемешать и восстановить однородность смеси по всему объему. Смесь изотопов подобна смеси различных газов. Явление термодиффузии должно наблю -

Даться и в смеси изотопов, но менее ярко. Чтобы добиться более или менее существенного разделения изото­пов, процесс термодиффузии надо повторить большое число раз. Теория явления термодиффузии очень сложна.

В последнее время в иностранной печати появились сооб­щения о том, что в результате исследований, проводимых в Южно-Африканском Союзе и Западной Германии, может быть разработан более дешевый способ получения тяжелой воды. Ожидают, что новый способ получения тяжелой воды приведет к значительному снижению ее стоимости.

Сущность нового способа получения тяжелой воды за­ключается в том, что тяжелый водород выделяется и кон­центрируется при некоторых процессах получения нефти из каменного угля. Полученный при таких процессах побоч­ный продукт, богатый тяжелым водородом, можно исполь­зовать для производства тяжелой воды.

На этом мы закончим далеко не полное знакомство с воз­можными методами разделения изотопов. Характерная особенность этих методов — многократное повторение од­ной и той же операции. Для полного разделения изотопов, например водорода, надо много, много раз повторить или перегонку, или разложение воды электрическим током, или диффузию через пористую перегородку. Только посте­пенно, переходя от одной операции к другой, удается уве­личить концентрацию тяжелого изотопа—дейтерия. Особен­но трудно при получении чистого дейтерия освободиться от последних, небольших примесей к нему протия.

На электролиз, подогрев, перекачку больших количеств жидкости и газов при производстве тяжелой воды и дейте­рия приходится затрачивать огромные количества энергии. Поэтому стоимость тяжелой воды пока еще весьма высока. И все же, несмотря на очень большие материальные затраты, тяжелую воду получают все в больших и больших коли­чествах, так как она находит теперь очень важное приме­нение.

Где же находит применение тяжелая вода и ее самая ценная составная часть — дейтерий?

ТЯЖЕЛАЯ ВОДА

СТАРШИЙ «БРАТ» ДЕЙТЕРИЯ

П Ри делении тяжелых ядер в реакторе выделяется энергия. Где же источник этой энергии? Почему она освобож­дается в тот момент, когда ядро раскалывается на две части? Ядро урана-235 состоит из …

КАК ПРОТЕКАЕТ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ

Освобождение энергии, заключенной в ядрах атомов хи - ” мических элементов, является величайшим достижением современной науки. Освобождение ядерной энергии в про - Мышленных масштабах производится в специальных уста­новках — ядерных …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua