Deuteriu și tritiu: hidrogen, dar nu la fel. Tritiu - ce este? Masa de tritiu Gradul de substituire a deuteriului cu hidruri de tritiu be

Introducere

Tritiu 3 H este un radionuclid de hidrogen supergreu radioactiv cu un număr de masă de 3. T 1/2 = 12,35 ani. În condiții normale, tritiul este un gaz, t pl = -252,52 0 C. În combinație cu oxigenul, tritiul formează apă super-grea T 3 O. Un indicator izotop, face parte din combustibilul termonuclear. Astăzi, reacțiile termonucleare au fost efectuate doar în exploziile bombei cu hidrogen.

Enciclopedie fizică. M. Editura științifică „Big Russian Encyclopedia” volumul 5 p.168.

Starea problemei.

Tritiu:Știința modernă are o idee despre orice element chimic din punctul de vedere al prezenței unui strat gravitațional. Dacă potențialele stratului sunt setate la zero, elementul nu există.

la umplerea a mai mult de 2 straturi electronice cu eliminarea simultană a potențialelor din rețelele gravitaționale, transformă tritiul într-o masă neinerțială cu posibilitatea utilizării ulterioare ca combustibil. Toate octavele de radiație sunt incluse în straturile electronice.

Rețeaua exterioară (gravitațională) are o octavă de 32,62546258, următoarea are o octavă de 53,66. Dacă eliminați potențialele din acesta, atunci arderea tritiului va diferi de arderea hidrogenului și a deuteriului. Dezintegrarea beta minus este cauzată de dezintegrarea rețelei gravitaționale externe și nu are nimic de-a face cu straturile electronice.

Deuteriu:

Punerea la zero a rețelelor de tritiu îl transferă într-o stare care este stabilă față de mediul extern, cu un număr minim de rețele electronice de 2 și, pentru a nu se aprinde spontan, rețele exterioare de 3 (octave 53,66, 51,66, 32,62546258). Rețeaua exterioară determină starea lichidă a deuteriului.

Hidrogen:

prezența doar a straturilor gravitaționale și a unui rețele de radiații (32,62546258 octave) nu permite utilizarea hidrogenului ca combustibil (pentru fuziunea termonucleară), deoarece nu există straturi electronice, iar contururile externe ale rețelelor gravitaționale sunt acceptate. pentru un electron care rulează și un proton săritor(care poate fi cântărit).

Astfel, elementul de bază este tritiul, iar deuteriul și hidrogenul sunt izotopii săi.

Hidrogenul nu poate fi transformat într-o stare de masă non-inerțială.

Rețineți că toate cele 3 elemente sunt un singur element cu proprietăți diferite în funcție de starea rețelelor.

Numărul de izotopi de tritiu = 2 44 – 1 sau 17592186044415, unul dintre ei este hidrogenul. Din această varietate, este necesar să existe doar 2 izotopi pentru obiecte (OZN-uri), 15 izotopi pentru mișcarea în spațiu și doar 1 izotop pentru formarea apei. Utilizarea altor izotopi pentru formarea apei este exclusă din cauza limitelor de frecvență incompatibile.

Tritiul există în stare lichidă la temperaturi sub -253 0 C.

Stare solidă necunoscută. Tritiul este un combustibil pentru toate tipurile de obiecte (OZN-uri). Se folosește tritiu lichid, costurile sunt afișate în tabelul de obiecte (OZN).

Rezervele de tritiu nu sunt nesfârșite; nicio natură nu le creează.

Pentru a crea tritiu, există instalații speciale (generatoare - obiecte ale Complexelor), care produc tritiu cu dizolvarea lui ulterioară în apă, iar toate obiectele (OZN-uri) sunt situate în apropierea corpurilor de apă. Orice obiect (OZN) este capabil să proceseze apa și să extragă tritiu din ea în cantitatea necesară pentru realizarea programului.

Pe măsură ce tritiul este consumat, rezervele sale sunt completate de generatoare. Aceasta menține starea constantă de funcționare a tuturor obiectelor (OZN-uri) situate pe Pământ. Toți sateliții planetelor au propriile lor rezerve de tritiu; mulți sateliți acționează ca depozite de tritiu, ale căror rezerve sunt astfel încât să poată pleca în orice călătorie.

Rata minimă de tritiu în apă este de 0,00000064%. Când conținutul de tritiu ajunge la mai puțin de 22% din această valoare, generatoarele încep să producă tritiu. Dacă tritiul este complet îndepărtat din apă, greutatea sa specifică va fi de 0,77 g/cm 3 .

Știința nu cunoaște structura reală a tritiului și proprietățile sale.

În forma sa pură, tritiul poate fi eliberat doar de generatorul obiectului Complex.

Rețea de tritiu

Tritiul este necunoscut științei. Ceea ce se consideră a fi tritiu este o rețea cubică care încadrează o structură care conține octave de până la 96. Rețeaua în sine are o bază gravitațională, astfel încât conținutul poate fi cântărit, adică greutatea și, în consecință, conținutul în apa din zăbrele în sine este determinată.

Conținutul are o masă neinerțială și nu poate fi cântărit.

Rețeaua exterioară de tritiu are o octavă de 32,62546258. Deuteriul și hidrogenul au aceeași rețea.

Radioactivitatea tritiului este determinată de rețeaua de 53 de octave (al doilea strat electronic). Norma pentru acest strat = 2%. Structurile din rețeaua sunt formațiuni dodecaedrice-icosaedrice care conțin octave de la 53 la 96 inclusiv. Atunci cum obține apa densitatea necesară și ce se adaugă în legătură cu oxigenul?

Când intră în contact cu structura tritiului, oxigenul primește un atom gravitațional suplimentar, adică devine „mai greu”, în timp ce această proprietate dispare atunci când legăturile sunt rupte. De aceea se crede că tritiul din apă este sutimi de procent.

Cu toate acestea, tritiul ocupă aproape 1/3 din spațiul din structură și modifică proprietățile fizico-chimice ale oxigenului din liant.

Din filmul de populară știință /Volga-Volga/ populația a aflat că „fără apă și nici aici, nici acolo”.

De ce structurile biologice au nevoie de apă?

Doar pentru a extrage compuși cu octavă înaltă („apă vie”).

În acest caz, creierul primește întreaga aprovizionare necesară de frecvențe (masă neinerțială) și o folosește pentru activitățile sale de viață. Să remarcăm că, în ciuda diferenței dintre genotipuri, apa este „potrivită” pentru toată lumea.

Toată lumea primește din apă frecvențele la care funcționează creierul. O persoană nu poate trăi fără apă mai mult de 3-5 zile; trebuie să fie hrănită în mod constant din structuri de tritiu.

Apa de mare conține și tritiu, dar nu conține frecvențele de care are nevoie creierul.

Apa, purificată dintr-o parte a masei non-inerțiale, este aruncată din corp sub formă de urină și transpirație. Apropo, prin diferență sursă de apă - urină testul de urină poate arăta structura creierului– conține acele frecvențe pe care creierul nu le folosește (diagnostice prospective). Complexul Kailash nu verifică în mod constant creierul (în fiecare marți) pentru conformitate.

Acolo pur și simplu aplică o mască codului primit (efectele mascării codului sunt un subiect separat). Operația durează microsecunde, iar în 4 ore este testată întreaga populație a Pământului.

În fiecare an, un standard de apă („apa Epifaniei”) este stabilit în conformitate cu creierul căruia îi este destinat în primul rând.

Deci, dacă creierul a primit o nouă (octavă mai mare), atunci în tritiu această octavă va avea un potențial maxim, iar potențialele octavelor rămase vor fi reduse la un minim efectiv.

În exterior, apa rămâne aceeași (de exemplu, se poate schimba culoarea în verde), dar în miez va avea frecvențe noi.

Acest lucru se întâmplă întotdeauna când porniți un program nou. Apa care a existat acum 100 de ani și apa care există acum sunt semnificativ diferite în structura masei non-inerțiale.

Pentru iubitorii de arheologie. Dacă ați forat un puț în Antarctica și ați dat peste un „lac subteran străvechi”, rețineți că structura masei neinerțiale a acelei ape va fi aceeași ca mai sus, deoarece rețeaua generală de pe Pământ este aceeași.

Ce este atunci „apa moartă”? Această apă are doar frecvențe gravitaționale de tritiu. Dacă creierul primește o astfel de apă, este forțat să-și consume propriile rezerve pentru a arunca un astfel de „cadou” din corp.

În situații critice, este posibil ca astfel de rezerve să nu existe, iar atunci apa devine otravă. Când urina și transpirația sunt eliberate, rețeaua cubică este menținută.

Atunci de ce obiectele au nevoie de tritiu?

Spațiul are o structură de rețea dodecaedrică-icosaedrică cu potențial zero, încadrată de o structură cubică de neutrini și antineutrini.

Când se deplasează în spațiu, un obiect (OZN) care are frecvențe magnetice și potențiale electrice este forțat să le dea departe, saturând rețelele spațiului. Cu toate acestea, este necesar să se restituie ceea ce este în aceeași structură, altfel schimbarea unghiului de fazare (conversia la alt tip de rețea) va duce pur și simplu la moartea termică. Orice obiect (OZN) care se deplasează independent în Spațiu trebuie să aibă fie un generator magnetic-electric pentru a produce tritiu, fie rezerve de tritiu cu octave de până la 96 (cu cât octava este mai mare, cu atât consumul este mai mic).

Cosmosul nu are nevoie de octave gravitaționale; ele rămân pe obiect (OZN).

Să acordăm atenție faptului că un număr mare de sateliți ai planetelor din Sistemul Solar au rezerve uriașe de tritiu (vezi secțiunea: Obiectele Pământului).

La fel este și în spațiu. Grilele de primire și de expediere trebuie să fie identice. Dar toate acestea sunt în spațiu, tot ce aveți nevoie poate fi transportat acolo, în interiorul Lunii, de exemplu. Dar în timpul mișcării, se formează un con de mișcare, în care se aruncă tritiu.

De ce obiectele (OZN-urile) de pe Pământ au nevoie de tritiu?

Doar pentru urcare din autobuzul energetic principal al Pământului și întoarcere.

Adâncimea ajunge la 4200 de metri. Constructorii moderni folosesc o tehnologie puternică pentru a construi tuneluri. Un tunel de până la 4200 de metri este capabil să sape un obiect (OZN), singurul instrument fiind tritiul.

Complexul de ridicare și aterizare (indice 2(3)), după emiterea comenzii „ridicare” sau „întoarcere” de la punctul de localizare la suprafața Pământului, creează un tub antigravitațional, adică elimină potențialele din zăbrele cubice pe tot parcursul ridicării sau aterizării obiectului (OZN) .

Acest lucru nu se face simultan, ci pe secțiuni (de obicei 200 - 300 de metri). Deoarece toate materialele (tabelele periodice) au o rețea cubică sau apropiată de aceasta, nu există nicio problemă în îndepărtarea potențialului electric și înlăturarea impulsului magnetic.

Obiectul (OZN) face restul. Orice element are în structura sa aceeași rețea a Cosmosului (dodecaedric-icosaedric), dar această rețea nu are potențiale (sunt egale cu zero). Dacă începeți să-l saturi, elementul chimic începe să-și schimbe proprietățile (platina poate fi obținută din granit).

Cu toate acestea, dacă saturația depășește o anumită limită, atunci întreaga structură dobândește proprietățile unei mase neinerțiale (asemănătoare cu cavitatea unui tub de neon de lucru). Fulgerul cu minge - un obiect (OZN) - se strecoară prin această cavitate.

La atingerea locului următor, secțiunea traversată este transferată în starea inițială. Pentru formarea unei secțiuni cu masă neinerțială este nevoie de tritiu.

Deuteriul nu este potrivit aici, deoarece grilele sunt incompatibile și în loc de o masă neinerțială obținem o prăjitură de origine necunoscută.

La atingerea suprafeței Pământului, rețeaua atmosferică este folosită pentru propulsie, iar consumul de tritiu este minim (de zeci de mii de ori mai puțin decât în ​​timpul ascensiunii și aterizării).

De ce nu are loc o explozie (a unei bombe cu hidrogen)?

Fiecare obiect are propriul generator de fuziune termonucleară, care funcționează pe principiul unei sobe de sat - cu cât clapeta este mai deschisă, cu atât eliberarea potențialelor este mai puternică. Apropo, poți obține cea mai simplă reacție termonucleară acasă dacă arunci o bucată de Na în apă. Nu numai că arde, dar poate și exploda.

În apa de mare nu va exista ardere sau explozie, dar va apărea miros de sulf.

Desigur, instalațiile de pe mare sunt mai norocoase. Se mișcă în mediul lor natal, formarea tuburilor de mișcare necesită un consum minim de tritiu, pot completa rezervele pe măsură ce se deplasează (descrierea baronului Munchausen este despre un cal care nu se poate îmbăta deoarece nu are o a doua jumătate).

De unde provine tritiul?

După cum am menționat, grila Cosmosului are o anumită structură. Pentru a vă deplasa prin această structură, trebuie fie să împrăștiați potențiale electrice în jurul vostru (și să le furnizați impulsuri magnetice), fie să creați un con de mișcare. Înălțimea conului este de miliarde de kilometri.

Pentru navigație se folosesc sateliți planetari (calcularea mișcării, formarea unui con, corectarea orbitelor). Tritiul este descărcat numai în conul de mișcare și, prin urmare, trebuie să existe rezerve ale acestuia.

Cu toate acestea, toate planetele Sistemului Solar au complexe piramidale, iar unele dintre ele sunt destinate procesării resturilor spațiale.

Aceste resturi sunt mai întâi neutralizate prin comunicarea cu un agent oxidant (frumoși nori de mare altitudine), apoi se adaugă frecvențe pentru modelare și obținem picături de apă.

Cu toate acestea, nu puteți bea o astfel de apă (puteți uda plantele, dar în acest caz plantele încep să contracteze intens potențialele rețelei atmosferice).

Pentru a oferi apei calitățile necesare, există generatoare speciale, ale căror funcții includ saturarea tritiului cu toate frecvențele necesare, după care structura asociată cu oxigenul este folosită de toată lumea - oameni, animale, insecte, plante, obiecte.

Generatoare de formare a tritiului

Pentru a forma tritiu, au fost aduse și instalate următoarele complexe:

Complex de bază– sistem de control pentru piramide magnetice, electrice și gravitaționale.

Complexul principal– managementul complexelor de lucru.

Complex de lucru– depozitare, control, eliberare de lucru.

Întreținerea piramidei.

Toate complexele sunt deservite de roboți care au fost special creați.

Gestionarea tuturor proceselor și formarea ordinelor este efectuată numai de cei care au octava a 96-a a creierului (inclusiv toate octavele necesare vieții). În plus, are atâtea matrice cât este necesar pentru a executa Programul.

Concluzii.

1. Tritiul este cel mai necunoscut element de pe Pământ.

2. Numai prin schimbarea rețelelor gravitaționale se pot obține 256 de elemente chimice stabile diferite. Prin modificarea potențialelor rețelelor gravitaționale într-o toleranță (de la 2 la 124%), obținem izotopi cu proprietățile dezintegrarilor alfa, beta și gamma. Adăugând cel puțin un strat de electroni, vom obține și un element chimic care emite fotoni, de exemplu, fosfor sau actiniu ( Rețea cubică centrată pe față, luminoasă (degradare beta spontană)).

3. Tritiul în spațiu nu are potențiale pe rețelele gravitaționale și electronice. În plus, nu există grile de control externe.

4. Fiecare rețea de electroni de tritiu are o structură dodecaedrică-icosaedrică. Adăugarea unei structuri cubice la conturul exterior nu modifică structura internă.

5. Combinațiile de rețele cubice externe (nu imbricate unele în altele) duc la formarea diferitelor forme exterioare (cum ar fi triclinic și altele).

6. Orice element chimic poate fi transferat într-o stare de masă neinerțială prin îndepărtarea potențialelor din rețeaua gravitațională externă.

7. Standardul de tritiu în structura apei este stabilit o dată pe an de către Complexul Groenlanda.

8. Modificări semnificative în structura apei au loc în perioada 21 octombrie – 18 ianuarie (în fiecare an), vârful mortalității având loc în noiembrie.

9. Apa obținută prin prelucrarea tritiului cosmic este saturată secvenţial cu octavele necesare înainte de a ajunge pe Pământ.

10. Ciclul apei în natură poate fi obținut doar într-o cratiță sau într-o baie (adică într-un spațiu restrâns).

11. Evaporarea apei din bazinele de apă nu duce la formarea de precipitații sau cel puțin de ceață - acestei perechi îi lipsește un număr semnificativ de octave care formează generatoare în straturile superioare ale atmosferei. Prin urmare, aburul rezultat pur și simplu se disipează, iar ploile sunt o consecință a muncii intense a generatoarelor.

Mai mult, atunci când anvelopa principală se supraîncălzește, aceasta trebuie să fie răcită, iar aburul învăluie zone întregi sub forma unei cețe groase. Cu toate acestea, din anumite motive computerele nu funcționează.

12. Întrucât un element chimic fără masă gravitațională nu există (nu poate fi văzut, cu atât mai puțin vândut), știința îl neagă în toate modurile posibile.

De obicei, pentru a sublinia semnificația cutare sau cutare element, ei spun: dacă nu ar fi fost acolo, atunci s-ar fi întâmplat așa ceva. Dar, de regulă, acesta nu este altceva decât un dispozitiv retoric. Dar hidrogenul poate într-o zi să dispară cu adevărat, pentru că arde continuu în adâncurile stelelor, transformându-se în heliu inert. Și când rezervele de hidrogen se vor epuiza, viața în Univers va deveni imposibilă - atât pentru că soarele se va stinge, cât și pentru că nu va mai fi apă...

Hidrogenul și Universul

Odinioară, oamenii divinizau Soarele. Dar acum a devenit obiectul unor cercetări precise și rareori ne gândim la faptul că însăși existența noastră depinde în întregime de procesele care au loc asupra ei.

În fiecare secundă, Soarele emite energie echivalentă cu aproximativ 4 milioane de tone de masă în spațiul cosmic. Această energie este creată prin fuziunea a patru nuclee de hidrogen, protoni, într-un nucleu de heliu; reacția are loc în mai multe etape, iar rezultatul ei total este scris de următoarea ecuație:

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

Este mult sau puțin -26,7 MeV pe eveniment elementar? Mult: „arderea” a 1 g de protoni eliberează de 20 de milioane de ori mai multă energie decât arderea a 1 g de cărbune. Nimeni nu a observat vreodată o astfel de reacție pe Pământ: ea are loc la o temperatură și presiune care există doar în adâncurile stelelor și nu a fost încă stăpânită de oameni.

O putere echivalentă cu o pierdere de masă de 4 milioane de tone în fiecare secundă este imposibil de imaginat: chiar și cu cea mai puternică explozie termonucleară, doar aproximativ 1 kg de materie este transformat în energie. Dar dacă raportăm toată energia emisă de Soare la masa sa totală, atunci incredibilul se va dovedi: puterea specifică a Soarelui va fi neglijabilă - mult mai mică decât puterea unui astfel de „dispozitiv generator de căldură” ca persoană. se. Iar calculele arată că Soarele va continua să strălucească neîncetat timp de cel puțin încă 30 de miliarde de ani.

Inutil să spun că va fi suficient pentru toată viața noastră.

Soarele nostru este cel puțin jumătate de hidrogen. Pe Soare au fost descoperite în total 69 de elemente chimice, dar predomină hidrogenul. Este de 5,1 ori mai mult decât heliul și de 10 mii de ori (nu în greutate, ci după numărul de atomi) mai mult decât toate metalele combinate.Acest hidrogen este cheltuit nu numai pentru producerea de energie. În timpul proceselor termonucleare, din acesta se formează noi elemente chimice, iar protonii accelerați sunt ejectați în spațiul circumsolar.

Cel din urmă fenomen, numit „vânt solar”, a fost descoperit relativ recent în timpul explorării spațiului cosmic folosind sateliți artificiali. S-a dovedit că rafale deosebit de puternice ale acestui „vânt” apar în timpul erupțiilor cromosferice. Ajuns pe Pământ, fluxul de protoni capturați de câmpul său magnetic provoacă aurore și întrerupe comunicațiile radio, iar pentru astronauți „vântul solar” reprezintă un pericol grav.

Dar aceasta este singura limită a impactului fluxului de nuclee de hidrogen solare asupra Pământului? Aparent nu. În primul rând, fluxul de protoni dă naștere la radiații cosmice secundare care ajung la suprafața Pământului; în al doilea rând, furtunile magnetice pot afecta procesele vieții; în al treilea rând, nucleele de hidrogen captate de câmpul magnetic al Pământului nu pot decât să îi afecteze transferul de masă cu spațiul.

Judecă singur: acum, în scoarța terestră, din 100 de atomi, 17 sunt atomi de hidrogen. Dar hidrogenul liber practic nu există pe Pământ: face parte din apă, minerale, cărbune, petrol, ființe vii... Doar gazele vulcanice conțin uneori puțin hidrogen, care este disipat în atmosferă ca urmare a difuziei. Și deoarece viteza medie a mișcării termice a moleculelor de hidrogen datorită masei lor mici este foarte mare - este aproape de a doua viteză cosmică - aceste molecule zboară din straturile atmosferei în spațiul cosmic.

Dar dacă Pământul pierde hidrogen, atunci de ce nu îl poate primi de la același Soare? Deoarece „vântul solar” sunt nuclee de hidrogen care sunt captate de câmpul magnetic al Pământului, atunci de ce nu rămân pe el?

La urma urmei, există oxigen în atmosfera Pământului; reacționând cu nucleele de hidrogen care intră, le va lega, iar hidrogenul cosmic va cădea mai devreme sau mai târziu pe suprafața planetei sub formă de ploaie obișnuită. Mai mult, calculul arată că masa de hidrogen conținută în apa tuturor oceanelor, mărilor, lacurilor și râurilor Pământului este exact egală cu masa protonilor transportați de „vântul solar” de-a lungul istoriei Pământului. Este aceasta doar o coincidență?

Trebuie să realizăm că Soarele nostru, Soarele nostru cu hidrogen, este doar o stea obișnuită în Univers, că există nenumărate stele similare situate la sute, mii și milioane de ani lumină distanță de Pământ. Și cine știe - poate că în intervalul de emisie radio a hidrogenului interstelar (amintiți-vă - 21 de centimetri!) omenirea va putea contacta civilizațiile străine pentru prima dată...

Hidrogenul și viața

Încă o dată, este absurd să spunem: „Dacă așa și așa nu ar exista în natură, atunci asta și aia nu ar exista”. Cert este că imaginea lumii pe care avem ocazia să o observăm acum s-a dezvoltat tocmai ca urmare a ceea ce există în realitate...

Să spunem că scriitorilor le place să locuiască pe planete unde în loc de apă există fluorură de hidrogen sau amoniac, iar baza vieții nu este carbonul, ci siliciul. Dar de ce nu există viață „de siliciu” pe planeta noastră, unde există mai mult decât suficient siliciu? Oare pentru că siliciul este pur și simplu o bază nepotrivită pentru viață?

Cu toate acestea, dacă imaginația umană sofisticată găsește uneori un înlocuitor atât pentru carbon, cât și pentru oxigen, atunci nimic nu poate înlocui hidrogenul. Cert este că toate elementele au analogi, dar hidrogenul nu. Nucleul acestui atom este o particulă elementară, iar aceasta nu poate decât să afecteze proprietățile atomului.

Orice atom, cu excepția atomului de hidrogen, în condiții normale nu poate pierde toți electronii: rămâne cel puțin încă un înveliș de electroni, iar acest înveliș, purtând sarcini negative, ecranează nucleul. Dar ionul de hidrogen este un proton „god”, încărcat pozitiv, și poate fi atras de învelișurile de electroni ale altor atomi, fără să experimenteze o repulsie deosebit de puternică din nucleu.

Și asta se întâmplă. Să presupunem că într-o moleculă de apă ambele valențe ale atomului de oxigen sunt saturate și, s-ar părea, nicio legătură suplimentară nu poate apărea între cele două molecule. Dar când atomul de hidrogen al unei molecule de apă se apropie de atomul de oxigen al altei molecule, atunci o forță suplimentară de atracție începe să opereze între proton și învelișul de electroni a oxigenului și se formează o așa-numită legătură de hidrogen specială:

Astfel de conexiuni sunt de douăzeci de ori mai slabe decât de obicei, dar rolul lor este încă enorm. Luați, de exemplu, aceeași apă: multe dintre proprietățile sale uimitoare sunt determinate tocmai de legăturile de hidrogen neobișnuit de dezvoltate. Încercați să preziceți cel puțin punctul său de topire pe baza constantelor compușilor de hidrogen cu vecinii oxigenului din tabelul periodic - azot și fluor sau analogi - sulf și seleniu.

Amoniacul se topește la – 77,7°C, acidul fluorhidric la – 92,3°C; prin urmare, apa pare să aibă un punct de topire intermediar de aproximativ -85°C. Selenura de hidrogen se topește la – 64°C, hidrogenul sulfurat la – 82,9°C; prin urmare, punctul de topire al apei, ca derivat similar cu o greutate moleculară mai mică, ar trebui să fie și mai mic... Dar nu, punctul său de topire real se dovedește a fi cu aproape o sută de grade mai mare decât se prevede teoretic, iar motivul acestui fapt este slabă dar numeroase legături intermoleculare de hidrogen, pe care oxigenul, datorită structurii specifice a învelișului de electroni, este capabil să le formeze într-o măsură mult mai mare decât azotul, fluorul, sulful sau seleniul.

Legăturile de hidrogen stau la baza celor mai subtile fenomene ale vieții. De exemplu, datorită acestor legături, enzimele sunt capabile să recunoască în mod specific substanțele ale căror reacții le accelerează. Cert este că lanțul proteic al fiecărei enzime are o configurație spațială strict definită, fixată de o multitudine de legături intramoleculare de hidrogen între grupe de atomi C = O și N – H. La rândul său, molecula substanței are grupări care pot forma legături de hidrogen cu o anumită parte a moleculei enzimatice - așa-numitul centru activ. Drept urmare, legăturile intramoleculare din această substanță sunt slăbite, iar enzima „mușcă” literalmente prin moleculă.

Dar acest lucru nu limitează rolul legăturilor slabe de hidrogen în procesele vieții. Datorită acestor conexiuni are loc copierea exactă a moleculei de ADN, transmițând toată informația genetică de la o generație la alta; legăturile de hidrogen determină specificitatea de acțiune a multor medicamente; sunt responsabili atât pentru senzațiile gustative, cât și pentru capacitatea mușchilor noștri de a se contracta... Într-un cuvânt, în natura vie atomul de hidrogen este cu adevărat de neînlocuit.

Hidrogenul și știința

La sfârșitul secolului al XVIII-lea și începutul secolului al XIX-lea. chimia a intrat în perioada stabilirii legilor cantitative: în 1803, John Dalton a formulat legea raporturilor multiple (substanțele reacţionează între ele în rapoarte de greutate care sunt multipli ai echivalenţilor lor chimici). În același timp, a întocmit primul tabel din istoria științei chimice a greutăților atomice relative ale elementelor. În acest tabel, hidrogenul a fost pe primul loc, iar greutățile atomice ale altor elemente au fost exprimate în numere apropiate de numere întregi.

Poziția specială pe care hidrogenul a ocupat-o de la bun început nu putea să nu atragă atenția oamenilor de știință, iar în 1811 chimiștii au putut să se familiarizeze cu ipoteza lui William Prout, care a dezvoltat ideea filozofilor Greciei antice despre unitatea lumii și a sugerat că toate elementele sunt formate din hidrogen ca element foarte ușor. Prout a fost contestat de Jens Jakob Berzelius, care era în proces de rafinare a greutăților atomice: din experimentele sale a rezultat că greutățile atomice ale elementelor nu erau în raporturi întregi la greutatea atomică a hidrogenului. „Dar”, au obiectat susținătorii lui Prout, „greutățile atomice nu au fost încă determinate suficient de precis”, iar ca exemplu s-au referit la experimentele lui Jean Stas, care în 1840 a corectat greutatea atomică a carbonului de la 11,26 (această valoare a fost stabilită). de Berzelius) la 12, 0.

Și totuși, ipoteza atractivă a lui Prout a trebuit să fie abandonată pentru o vreme: în curând același Stas, prin cercetări atente și incontestabile, a stabilit că, de exemplu, greutatea atomică a clorului este de 35,45, adică. nu poate fi în niciun fel exprimat printr-un număr care este un multiplu al greutății atomice a hidrogenului...

Dar în 1869, Dmitri Ivanovici Mendeleev și-a creat clasificarea periodică a elementelor, bazându-se pe greutatea atomică a elementelor ca caracteristică cea mai fundamentală a acestora. Și, firește, hidrogenul a venit pe primul loc în sistemul de elemente.

Odată cu descoperirea legii periodice, a devenit clar că elementele chimice formează o singură serie, a cărei construcție este supusă unui model intern. Și acest lucru nu a putut să nu aducă la viață ipoteza lui Prout din nou - deși într-o formă ușor modificată: în 1888, William Crookes a sugerat că toate elementele, inclusiv hidrogenul, s-au format prin compactarea unei materii primare, pe care a numit-o protil. Și din moment ce protilul, a argumentat Crookes, are aparent o greutate atomică foarte mică, atunci apariția greutăților atomice fracționale este de înțeles.

Mendeleev a obiectat la această ipoteză: „...dați ceva individualizat și va deveni ușor de înțeles posibilitatea diversității vizibile. Altfel, cum poate cineva să dea multe?” Adică, potrivit creatorului tabelului periodic, un tip de particule nu poate servi ca bază pentru construirea unui sistem de elemente cu proprietăți atât de diverse.

Dar iată ce este interesant. Mendeleev însuși a fost extrem de interesat de întrebarea: de ce ar trebui să înceapă tabelul periodic cu hidrogen? Ce împiedică existența elementelor cu greutatea atomică mai mică de unu? Și ca un astfel de element în 1905, Mendeleev a numit... „eter mondial”. Mai mult, îl plasează în grupul zero deasupra heliului și calculează greutatea atomică a acestuia - 0,000001! Un gaz inert cu o greutate atomică atât de mică ar trebui, potrivit lui Mendeleev, să fie omniprezent, iar vibrațiile sale elastice ar putea explica fenomenele luminii...

Din păcate, această predicție a marelui om de știință nu era destinat să devină realitate. Dar Mendeleev avea dreptate că elementele nu sunt construite din particule identice: acum știm că sunt construite din protoni, neutroni și electroni.

Dar scuză-mă, exclami tu, pentru că un proton este nucleul unui atom de hidrogen. Deci Prout avea dreptate până la urmă?

Da, într-adevăr avea dreptate în felul lui. Dar a fost, ca să spunem așa, prematur corect. Pentru că la acel moment nu putea fi nici confirmat cu adevărat, nici infirmat cu adevărat...

Cu toate acestea, hidrogenul însuși a jucat un rol semnificativ în istoria dezvoltării gândirii științifice. În 1913, Niels Bohr și-a formulat celebrele postulate, care explicau, pe baza mecanicii cuantice, trăsăturile structurale ale atomului și esența internă a legii periodicității. Iar teoria lui Bohr a fost recunoscută pentru că spectrul hidrogenului calculat pe baza lui a coincis complet cu cel observat.

Și totuși povestea ideii exprimate cu mai bine de 150 de ani în urmă nu sa încheiat încă. Una dintre cele mai enigme sarcini cu care se confruntă știința de astăzi este găsirea unui model în proprietățile așa-numitelor particule elementare, dintre care acum există multe zeci. Oamenii de știință încearcă să le combine într-un fel de sistem periodic, dar asta nu indică oare că există încă niște „cărămizi ale universului” din care sunt construite toate particulele elementare - atomi, molecule și tu și cu mine? , în Sfârşit?

Fizicienii au sugerat că astfel de particule există și chiar le-au numit quarci. Singura problemă este că nimeni în lume nu a reușit încă să demonstreze că astfel de particule sunt realitate și nu un mit...

Dar să ne amintim de Prout și de soarta ipotezei sale. Ideea particulelor din care este construit totul rămâne la fel de atractivă ca acum două milenii și un secol și jumătate. Și chiar dacă quarkurile se dovedesc a nu fi ceea ce cred oamenii de știință moderni despre ei, important este că ideea unității lumii trăiește și se dezvoltă. Și va veni vremea când își va primi concluzia logică.

Hidrogen și practică

Să facem imediat o rezervă: spre deosebire de „știință”, ca domeniu al ideilor pure, vom numi „practică” tot ceea ce servește activității practice a unei persoane - chiar dacă este activitatea unui om de știință experimental.

Chimistul se ocupă de hidrogenul, în primul rând, ca o substanță cu proprietățile unui agent reducător ideal.

Dar de unde luăm hidrogen? Desigur, cea mai ușoară cale este de la un balon. Dintr-un cilindru verde cu inscripția roșie „Hidrogen” și cu o supapă cu filet „în stânga” (gaz inflamabil!). Dar dacă nu ai un cilindru la îndemână?

Hidrogenul poate fi produs prin reacția metalelor cu acizi:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2.

Dar acest hidrogen nu poate fi perfect pur, deoarece este nevoie de un metal și un acid perfect pur. Lavoisier a obținut hidrogen pur prin trecerea vaporilor de apă printr-o țeavă de pistol încălzită pe un brazier:

4H2O + 3Fe → Fe3O4 + 4H2.

Dar această metodă nu este foarte convenabilă, deși într-un laborator modern te poți descurca cu un tub de cuarț umplut cu pilitură de fier și încălzit într-un cuptor electric.

Electroliză! Apa distilată, la care se adaugă puțin acid sulfuric pentru a crește conductivitatea electrică, se descompune la trecerea curentului continuu:

2H2O → 2H2 + O2.

La dispoziția dumneavoastră este hidrogenul de o puritate aproape perfectă; trebuie doar să-l eliberați de cele mai mici picături de apă. (În industrie, alcalii se adaugă în apă, nu acid, pentru ca echipamentele metalice să nu se prăbușească).

Acum vom trece încet acest hidrogen prin apă în care este suspendată clorură de paladiu. Aproape imediat, va începe reducerea, iar precipitatul va deveni negru - veți obține negru de paladiu:

PdCI2 + H2 → Pd + 2HCI.

Negrul de paladiu este un catalizator excelent pentru hidrogenarea unei varietăți de compuși organici. Și aici este nevoie de un catalizator, deoarece hidrogenul molecular este foarte inert: chiar și cu oxigen în condiții normale reacționează neobișnuit de lent. La urma urmei, mai întâi o moleculă de hidrogen trebuie să se disocieze în atomi și pentru aceasta trebuie cheltuite 104 kcal pentru fiecare mol de hidrogen (adică doar 2 g!). Dar la suprafața catalizatorului acest proces are loc cu mult mai puțină energie, hidrogenul este puternic activat.

Poate că nu este nevoie să vorbim mult despre rolul catalizatorilor în tehnologia chimică modernă: marea majoritate a proceselor se desfășoară în prezența lor. Și cea mai importantă dintre ele este sinteza amoniacului din hidrogen și azot atmosferic:

3H2 + N2 → 2NH3.

În acest caz, hidrogenul este produs fie din apă și metan folosind așa-numita reacție de conversie:

CH4 + 2H20 → 4H2 + CO2.

sau prin scindarea hidrocarburilor naturale prin reacția inversă de hidrogenare:

CH 3 – CH 3 – CH 2 = CH 2 + H 2.

Amoniacul sintetic este indispensabil în producerea îngrășămintelor cu azot. Dar hidrogenul este necesar nu numai pentru a produce amoniac. Transformarea grăsimilor vegetale lichide în înlocuitori solizi pentru uleiul animal, transformarea cărbunilor solizi de calitate scăzută în combustibil lichid și multe alte procese au loc cu participarea hidrogenului elementar. Se pare că hidrogenul este hrană pentru oameni, plante și mașini...

Dar să revenim la laborator. Aici, hidrogenul este utilizat nu numai în forma sa pură, ci și sub forma compușilor săi cu metale - de exemplu, hidrură de litiu aluminiu LiAlH 4, hidrură de sodiu bor NaBH 4. Acești compuși restaurează ușor și specific anumite grupuri de atomi din substanțele organice:

Izotopii de hidrogen - deuteriu (2 H sau D) și tritiu (3 H sau T) - fac posibilă studierea mecanismelor subtile ale proceselor chimice și biochimice. Acești izotopi sunt folosiți ca „etichete” deoarece atomii de deuteriu și tritiu păstrează toate proprietățile chimice ale izotopului obișnuit de lumină - protium - și sunt capabili să-l înlocuiască în compuși organici. Dar deuteriul poate fi distins de protium prin masa sa, iar tritiul prin radioactivitate. Acest lucru face posibilă urmărirea soartei fiecărui fragment al moleculei marcate.

Hidrogenul și viitorul

Cuvintele „deuteriu” și „tritiu” ne amintesc că astăzi omul are la dispoziție cea mai puternică sursă de energie eliberată în timpul reacției:

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

Această reacție începe la 10 milioane de grade și se desfășoară în fracțiuni nesemnificative de secundă în timpul exploziei unei bombe termonucleare, iar la scara Pământului este eliberată o cantitate gigantică de energie.

Bombele cu hidrogen sunt uneori comparate cu Soarele. Cu toate acestea, am văzut deja că pe Soare au loc procese termonucleare lente și stabile. Soarele ne dă viață, dar bomba cu hidrogen promite moartea...

Dar într-o zi va veni vremea – și această dată nu este departe – când măsura valorii nu va fi aurul, ci energia. Și apoi izotopii de hidrogen vor salva omenirea de foametea energetică iminentă: în procesele termonucleare controlate, fiecare litru de apă naturală va furniza aceeași cantitate de energie pe care o oferă acum 300 de litri de benzină. Și omenirea își va aminti cu nedumerire că a fost o vreme când oamenii se amenințau unii pe alții cu o sursă dătătoare de viață de căldură și lumină...

Protiu, deuteriu, tritiu...

Proprietățile fizice și chimice ale izotopilor tuturor elementelor, cu excepția hidrogenului, sunt practic aceleași: la urma urmei, pentru atomii ale căror nuclee constau din mai mulți protoni și neutroni, nu este atât de important dacă există un neutron mai puțin sau un neutron în plus. Dar nucleul unui atom de hidrogen este un singur proton, iar dacă i se adaugă un neutron, masa nucleului aproape se va dubla, iar dacă există doi neutroni, se va tripla. Prin urmare, hidrogenul ușor (protiul) fierbe la minus 252,6°C, iar punctul de fierbere al izotopilor săi diferă de această valoare cu 3,2° (deuteriu) și 4,5° (tritiu). Pentru izotopi, aceasta este o diferență foarte mare!

Izotopii uimitori sunt distribuiți inegal în natură: există un atom de deuteriu pentru aproximativ 7000 și un atom de tritiu beta radioactiv pentru un miliard de miliarde de atomi de proțiu. Un alt izotop extrem de instabil al hidrogenului, 4 H, a fost obținut artificial.

Precizia este pe primul loc

Masa relativă a izotopului de hidrogen ușor a fost determinată cu o precizie fantastică: 1,007276470 (dacă luăm masa izotopului de carbon 12 C egală cu 12,0000000). Dacă, de exemplu, lungimea ecuatorului ar fi măsurată cu o asemenea precizie, eroarea nu ar depăși 4 cm!

Dar de ce este nevoie de o asemenea precizie? La urma urmei, fiecare nouă figură necesită din ce în ce mai mult efort din partea experimentatorilor... Secretul este dezvăluit simplu: nucleele de proțiu, protonii, participă la multe reacții nucleare. Și dacă se cunosc masele nucleelor ​​de reacție și masele produselor de reacție, atunci, folosind formula E = mc 2, efectul său energetic poate fi calculat. Și, deoarece efectele energetice chiar și ale reacțiilor nucleare sunt însoțite doar de o ușoară modificare a masei, este necesar să se măsoare aceste mase cât mai precis posibil.

Primul sau al șaptelea?

Ce loc ar trebui să ocupe hidrogenul în tabelul periodic? Ar părea o întrebare ridicolă: desigur, prima! Da, dar în ce grup ar trebui să-l pun? Multă vreme, hidrogenul a fost plasat deasupra litiului deoarece are un electron de valență, ca toate metalele monovalente. (Apropo, conductivitatea termică a hidrogenului pentru un gaz este neobișnuit de mare - moleculele de hidrogen se mișcă mult mai repede decât moleculele altor gaze și, prin urmare, transferă căldura mai intens.)

În tabelul modern al elementelor, hidrogenul este plasat în grupa VII, deasupra fluorului. Cert este că logica legii periodicității cere ca sarcina nucleelor ​​elementelor analoge din primele trei perioade să difere cu opt unități; prin urmare, hidrogenul (numărul de serie 1) ar trebui considerat ca un analog al fluorului (numărul de serie 9) și nu ca un analog al litiului (numărul de serie 3). Și totuși trebuie să ne amintim că analogia aici nu este completă: deși hidrogenul, ca și fluorul, este capabil să formeze compuși cu metale (hidruri), ionul de hidrogen este un proton, o particulă elementară goală și nu poate fi comparat cu alți ioni. deloc.

Alcali sau acid?

Substanțele care îndepărtează un ion de hidrogen sau un proton din soluții se numesc acizi, iar cele care adaugă acest ion se numesc alcaline. Concentrația de protoni caracterizează reacția mediului: 1 litru de soluție apoasă neutră, precum și 1 litru de apă pură, conține 10–7 grame de ioni de hidrogen; dacă concentrația de protoni este mai mare, mediul devine acid, iar dacă este mai scăzută, devine alcalin. (Logaritmul acestei concentrații, luat cu semnul opus, este „indicele de hidrogen” sau pH.)

Cu toate acestea, trebuie amintit că nu există și nu pot exista protoni liberi în soluții apoase: nucleul atomului de hidrogen este atât de mic încât pare să fie încorporat în învelișul electronic al apei și formează un compus special - ionul oxoniu:

H + + H 2 O → H 3 O + .

Cu toate acestea, situația de aici este mai degrabă inversă - nu ionul oxoniu se formează deoarece un proton este despărțit de acid, ci acidul se disociază deoarece se formează un ion oxoniu. Prin urmare, schema de disociere pentru, să zicem, acidul clorhidric ar trebui să fie scrisă după cum urmează:

HСl + H 2 O → H 3 O + + Сl – .

Aceasta înseamnă că apa, atunci când acidul clorhidric este dizolvat în ea, se comportă ca un alcali (adaugă un proton); dacă, de exemplu, amoniacul se dizolvă în el, atunci apa acționează ca un acid:

NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH – .

Într-un cuvânt - totul în lume este relativ...

Miracolele ocluziei

Imaginează-ți această experiență. Într-un dispozitiv pentru electroliza apei, catodul este realizat sub formă de placă. Pornești curentul și... placa începe să se îndoaie singură! Secretul acestui truc este că discul este realizat din paladiu și acoperit pe o parte cu un strat de lac. În timpul electrolizei, hidrogenul este eliberat pe partea nelacuită a plăcii și se dizolvă imediat în metal; și deoarece volumul de paladiu crește, apare o forță care îndoaie placa.

Dar stai, zici tu, gazele se dizolvă în metale? În general, acest fenomen, numit ocluzie, nu este surprinzător. Un alt lucru este surprinzător: într-un volum de paladiu se dizolvă până la 850 de volume de hidrogen! Aceasta este puțin mai mică decât cantitatea de amoniac care se poate dizolva într-un volum de apă - și ce gaz se dizolvă mai bine în apă! Hidrogenul se dizolvă în apă foarte slab - aproximativ 0,02 volum pe volum de apă.

In statu nascendi

Când hidrogenul arde în oxigen pur, temperaturile ajung la 2800°C - o astfel de flacără topește cu ușurință cuarțul și majoritatea metalelor. Dar cu ajutorul hidrogenului, poți obține temperaturi și mai mari dacă îl folosești nu ca sursă, ci ca purtător și concentrator de energie.

Iată cum se face. Un curent de hidrogen trece printr-o flacără cu arc voltaic. Sub influența temperaturii ridicate, moleculele sale se dezintegrează, se disociază în atomi, absorbind o cantitate mare de energie. Hidrogenul atomic rezultat nu se combină în molecule instantaneu: la urma urmei, atomii trebuie să renunțe mai întâi la energia stocată. Și dacă un jet de hidrogen atomic este îndreptat către o suprafață solidă, atunci atomii sunt combinați în molecule: se eliberează energia de disociere, iar temperatura suprafeței crește la 3500...4000°C. Cu ajutorul unei astfel de torțe atomice cu hidrogen pot fi prelucrate chiar și cele mai refractare metale.

Hidrogenul atomic este generat nu numai într-o flacără cu arc: se formează chiar și în timpul reacției acizilor cu metalele. În momentul eliberării sale (în latină - in statu nascendi), hidrogenul a crescut activitatea, iar chimiștii îl folosesc pentru a reface substanțele organice.

Câți hidrogeni sunt în total?

Am vorbit deja despre patru tipuri de hidrogen - izotopii săi. Și totuși, în natură există mult mai mulți „hidrogeni”, dacă vorbim nu numai despre atomii acestui element, ci și despre moleculele sale. Faptul este că, în condiții normale, hidrogenul molecular este un amestec de doi izomeri neobișnuiți - așa-numitul hidrogen orto- și abur, care diferă în orientarea momentelor magnetice ale nucleelor ​​atomilor lor constitutivi. Pentru ortohidrogen aceste momente au aceeași orientare, în timp ce pentru vaporii de hidrogen au orientarea opusă; Orto- și paraizomerii diferă, de asemenea, prin proprietățile lor fizice. Și din moment ce atât deuteriul, cât și trițiul au izomeri similari și din moment ce pot exista molecule HD, NT și DT, fiecare dintre acestea, aparent, poate exista și sub formă de izomeri orto și para, aceasta înseamnă că există douăsprezece varietăți de moleculare. hidrogen.

Dar asta nu este tot. Nu cu mult timp în urmă, oamenii de știință au reușit să obțină antihidrogen - un atom construit dintr-un antiproton și un pozitron, iar după aceasta s-au obținut nuclee de antideuteriu și antitritiu în acceleratoare de înaltă energie. Există și mezoatomi, în care un proton sau un electron este înlocuit cu unul sau altul mezon. De asemenea, pot fi considerați izotopi particulari ai hidrogenului...

Primul hidrogen metalic

Hidrogenul, după cum știm, astăzi este asociat cu cel puțin trei speranțe: pentru energia termonucleară, pentru transferul de energie aproape fără pierderi (în dispozitivele supraconductoare la temperatura hidrogenului lichid, nu a heliului lichid) și - ca combustibil care este inofensiv pentru mediul . Și toate aceste speranțe sunt asociate în primul rând cu hidrogenul metalic, adică. astfel de hidrogen, care este un solid cu conductivitate electrică ridicată și alte proprietăți ale unui metal. Hidrogenul metalic compact ar trebui să fie cel mai convenabil combustibil cu hidrogen. În plus, există premise teoretice conform cărora hidrogenul metalic poate exista la temperaturi obișnuite, rămânând în același timp supraconductor.

Ei au încercat (și continuă să încerce) să obțină hidrogen metalic în moduri diferite, prin supunerea hidrogenului solid obișnuit la sarcini statice sau dinamice. Primul raport al posibilului succes în rezolvarea acestei probleme importante și complexe a fost publicat în februarie 1975 de un grup de oameni de știință de la Institutul de Fizică de Înaltă Presiune al Academiei de Științe a URSS (condus de academicianul L.F. Vereshchagin). Prin depunerea unui strat subțire de hidrogen pe nicovalele de diamant răcite la 4,2°K și supunerea acestuia la o presiune foarte mare, s-a observat un fenomen neobișnuit. Rezistența electrică a hidrogenului a scăzut de milioane de ori - a trecut într-o stare metalică. Acest lucru s-a întâmplat sub o presiune statică de aproximativ 3 milioane atm. Când presiunea a început să fie redusă, deja la o scădere de aproximativ trei ori a presiunii (1 milion atm.), a avut loc o tranziție inversă a hidrogenului de la starea metalică la cea obișnuită, dielectrică. Cercetătorii nu au perceput însă acest fapt ca o defecțiune fatală, adică imposibilitatea existenței hidrogenului metalic la presiune normală. Ei speră că hidrogenul metalic poate fi cumva „întărit” și, în timp, pus la dispoziția oamenilor de știință de diferite specialități. Și pentru tehnologie, se pare, de asemenea.

Reacția de fuziune este următoarea: se iau două sau mai multe nuclee atomice și, folosind o anumită forță, se aduc împreună atât de aproape încât forțele care acționează la astfel de distanțe prevalează asupra forțelor de repulsie coulombiană dintre nuclee încărcate egal, rezultând formarea unui nucleu nou. Va avea o masă puțin mai mică decât suma maselor nucleelor ​​inițiale, iar diferența devine energia care se eliberează în timpul reacției. Cantitatea de energie eliberată este descrisă de binecunoscuta formulă E=mc². Nucleele atomice mai ușoare sunt mai ușor de reunit la distanța dorită, astfel încât hidrogenul - cel mai abundent element din Univers - este cel mai bun combustibil pentru reacția de fuziune.

S-a descoperit că un amestec de doi izotopi ai hidrogenului, deuteriu și tritiu, necesită cea mai mică cantitate de energie pentru reacția de fuziune în comparație cu energia eliberată în timpul reacției. Cu toate acestea, deși deuteriu-tritiu (D-T) este subiectul majorității cercetărilor de fuziune, nu este în niciun caz singurul combustibil potențial. Alte amestecuri pot fi mai ușor de produs; reacția lor poate fi controlată mai fiabil sau, mai important, poate produce mai puțini neutroni. De un interes deosebit sunt așa-numitele reacții „fără neutroni”, deoarece utilizarea industrială cu succes a unui astfel de combustibil va însemna absența contaminării radioactive pe termen lung a materialelor și a designului reactorului, care, la rândul său, ar putea avea un impact pozitiv asupra publicului. opinie și costul total de exploatare a reactorului, reducând semnificativ costurile dezafectării acestuia. Problema rămâne că reacțiile de sinteză folosind combustibili alternativi sunt mult mai greu de menținut, astfel că reacția D-T este considerată doar un prim pas necesar.

Schema reacției deuteriu-tritiu

Fuziunea controlată poate folosi diferite tipuri de reacții de fuziune în funcție de tipul de combustibil utilizat.

Reacția deuteriu + tritiu (combustibil D-T)

Cea mai ușor de realizat este deuteriu + tritiu:

2 H + 3 H = 4 He + n la o ieșire de energie de 17,6 MeV (megaelectronvolt)

Această reacție este cea mai ușor fezabilă din punctul de vedere al tehnologiilor moderne, oferă un randament energetic semnificativ, iar componentele combustibilului sunt ieftine. Dezavantajul său este eliberarea de radiații neutronice nedorite.

Două nuclee: deuteriul și trițiul fuzionează pentru a forma un nucleu de heliu (particulă alfa) și un neutron de înaltă energie.

²H + ³El = 4 El + . cu o ieșire de energie de 18,4 MeV

Condițiile pentru realizarea acesteia sunt mult mai complicate. Heliul-3 este, de asemenea, un izotop rar și extrem de scump. În prezent nu este produs la scară industrială. Cu toate acestea, poate fi obținut din tritiu, care este produs la rândul său la centralele nucleare.

Complexitatea efectuării unei reacții termonucleare poate fi caracterizată prin produsul triplu nTt (densitate prin temperatură prin timp de confinare). Prin acest parametru, reacția D-3He este de aproximativ 100 de ori mai complexă decât reacția D-T.

Reacția dintre nucleele de deuteriu (D-D, monopropelant)

Reacțiile între nucleele de deuteriu sunt, de asemenea, posibile, sunt puțin mai dificile decât reacțiile care implică heliu-3:

Ca rezultat, pe lângă reacția principală din plasma DD, mai apar următoarele:

Aceste reacții se desfășoară lent în paralel cu reacția deuteriu + heliu-3, iar trițiul și heliul-3 formate în timpul lor sunt susceptibile să reacționeze imediat cu deuteriul.

Alte tipuri de reacții

Sunt posibile și alte tipuri de reacții. Alegerea combustibilului depinde de mulți factori - disponibilitatea și costul scăzut al acestuia, producția de energie, ușurința de a realiza condițiile necesare pentru reacția de fuziune termonucleară (în primul rând temperatura), caracteristicile necesare de proiectare ale reactorului etc.

Reacții „fără neutroni”.

Cele mai promițătoare sunt așa-numitele. reacții „fără neutroni”, deoarece fluxul de neutroni generat de fuziunea termonucleară (de exemplu, în reacția deuteriu-tritiu) preia o parte semnificativă a puterii și generează radioactivitate indusă în proiectarea reactorului. Reacția deuteriu-heliu-3 este promițătoare din cauza lipsei de producție de neutroni.

Condiții

Reacția nucleară a litiului-6 cu deuteriu 6 Li(d,α)α

TCB este posibil dacă două criterii sunt îndeplinite simultan:

• Temperatura plasma:

• Respectarea criteriului Lawson:

unde este densitatea plasmei la temperatură înaltă, este timpul de retenție a plasmei în sistem.

De valoarea acestor două criterii depinde în principal rata de apariție a unei anumite reacții termonucleare.

În prezent, fuziunea termonucleară controlată nu a fost încă implementată la scară industrială. Construcția reactorului internațional de cercetare ITER este în faza incipientă.

Energia de fuziune și heliu-3

Rezervele de heliu-3 de pe Pământ variază de la 500 kg la 1 tonă, dar pe Lună se găsește în cantități semnificative: până la 10 milioane de tone (conform estimărilor minime - 500 de mii de tone). În prezent, o reacție termonucleară controlată este realizată prin sinteza deuteriu ²H și tritiu ³H cu eliberare de heliu-4 4 He și neutronul „rapid” n:

Cu toate acestea, majoritatea (mai mult de 80%) din energia cinetică eliberată provine de la neutron. Ca urmare a ciocnirii fragmentelor cu alți atomi, această energie este transformată în energie termică. În plus, neutronii rapizi creează cantități semnificative de deșeuri radioactive. În schimb, sinteza deuteriului și heliului-3³He nu produce (aproape) produse radioactive:

Unde p este proton

Acest lucru permite utilizarea unor sisteme mai simple și mai eficiente pentru conversia reacției de sinteză cinetică, cum ar fi un generator magnetohidrodinamic.

Proiectări de reactoare

Sunt luate în considerare două scheme de bază pentru implementarea fuziunii termonucleare controlate.

Cercetările privind primul tip de reactor termonuclear sunt semnificativ mai dezvoltate decât pe cel de-al doilea. În fizica nucleară, atunci când se studiază fuziunea termonucleară, o capcană magnetică este folosită pentru a conține plasmă într-un anumit volum. Capcana magnetică este concepută pentru a împiedica plasma să intre în contact cu elementele reactorului termonuclear, adică. folosit în principal ca izolator termic. Principiul izolării se bazează pe interacțiunea particulelor încărcate cu un câmp magnetic, și anume pe rotația particulelor încărcate în jurul liniilor de câmp magnetic. Din păcate, plasma magnetizată este foarte instabilă și tinde să părăsească câmpul magnetic. Prin urmare, pentru a crea o capcană magnetică eficientă, se folosesc cei mai puternici electromagneți, care consumă o cantitate imensă de energie.

Este posibil să se reducă dimensiunea unui reactor de fuziune dacă folosește trei metode de a crea o reacție de fuziune simultan.

A. Sinteză inerțială. Iradiază capsule minuscule de combustibil deuteriu-tritiu cu un laser de 500 de trilioane de wați:5. 10^14 W. Acest puls laser gigantic, foarte scurt, de 10^-8 secunde, face ca capsulele de combustibil să explodeze, ducând la nașterea unei mini-stele pentru o fracțiune de secundă. Dar nu se poate realiza o reacție termonucleară pe el.

B. Utilizați simultan mașina Z cu Tokamak.

Z-Machine funcționează diferit de un laser. Trece printr-o rețea de fire minuscule care înconjoară capsula de combustibil o sarcină cu o putere de jumătate de trilion de wați 5,10^11 wați.

În continuare, se întâmplă aproximativ același lucru ca și cu laserul: ca urmare a impactului Z, se formează o stea. În timpul testelor pe Z-Machine, a fost deja posibilă lansarea unei reacții de fuziune. http://www.sandia.gov/media/z290.htm Acoperiți capsulele cu argint și conectați-le cu un fir de argint sau grafit. Procesul de aprindere arată astfel: trageți un filament (atașat la un grup de bile de argint care conțin un amestec de deuteriu și tritiu) într-o cameră cu vid. În timpul unei defecțiuni (descărcări), formați un canal de fulger prin ele și furnizați curent prin plasmă. Iradiați simultan capsulele și plasma cu radiații laser. Și în același timp sau mai devreme porniți Tokamak. utilizați simultan trei procese de încălzire cu plasmă. Adică, plasați mașina Z și încălzirea laser împreună în interiorul Tokamak. Este posibil să se creeze un circuit oscilator din bobinele Tokamak și să se organizeze rezonanța. Apoi ar funcționa într-un mod oscilator economic.

Ciclul combustibilului

Reactoarele de prima generație vor funcționa cel mai probabil cu un amestec de deuteriu și tritiu. Neutronii care apar în timpul reacției vor fi absorbiți de protecția reactorului, iar căldura generată va fi folosită pentru a încălzi lichidul de răcire din schimbătorul de căldură, iar această energie, la rândul ei, va fi folosită pentru a roti generatorul.

Reacția cu Li6 este exotermă, oferind puțină energie pentru reactor. Reacția cu Li7 este endotermă – dar nu consumă neutroni. Cel puțin unele reacții ale Li7 sunt necesare pentru a înlocui neutronii pierduți în reacții cu alte elemente. Majoritatea modelelor de reactoare folosesc amestecuri naturale de izotopi de litiu.

Acest combustibil are o serie de dezavantaje:

Reacția produce un număr semnificativ de neutroni, care activează (contaminează radioactiv) reactorul și schimbătorul de căldură. De asemenea, sunt necesare măsuri de protecție împotriva unei posibile surse de tritiu radioactiv.

Doar aproximativ 20% din energia de fuziune este sub formă de particule încărcate (restul sunt neutroni), ceea ce limitează capacitatea de a converti direct energia de fuziune în electricitate. Utilizarea reacției D-T depinde de rezervele de litiu disponibile, care sunt semnificativ mai mici decât rezervele de deuteriu. Expunerea la neutroni în timpul reacției D-T este atât de semnificativă încât, după prima serie de teste la JET, cel mai mare reactor până în prezent care folosește acest combustibil, reactorul a devenit atât de radioactiv încât a trebuit să fie adăugat un sistem robotizat de întreținere la distanță pentru a finaliza ciclul anual de testare.

Există, teoretic, tipuri alternative de combustibil care nu prezintă aceste dezavantaje. Dar utilizarea lor este îngreunată de o limitare fizică fundamentală. Pentru a obține suficientă energie din reacția de fuziune, este necesar să se mențină o plasmă suficient de densă la temperatura de fuziune (10 8 K) pentru un anumit timp. Acest aspect fundamental al fuziunii este descris de produsul dintre densitatea plasmei, n, și timpul de păstrare a plasmei încălzite, τ, necesar pentru a ajunge la punctul de echilibru. Produsul, nτ, depinde de tipul de combustibil și este o funcție de temperatura plasmei. Dintre toate tipurile de combustibil, amestecul de deuteriu-tritiu necesită cea mai mică valoare nτ cu cel puțin un ordin de mărime și cea mai scăzută temperatură de reacție de cel puțin 5 ori. Astfel, reacția D-T este un prim pas necesar, dar utilizarea altor combustibili rămâne un obiectiv important de cercetare.

Reacția de fuziune ca sursă industrială de energie electrică

Energia de fuziune este considerată de mulți cercetători drept o sursă de energie „naturală” pe termen lung. Susținătorii utilizării comerciale a reactoarelor de fuziune pentru producerea de energie electrică citează următoarele argumente în favoarea lor:

• Rezerve de combustibil practic inepuizabile (hidrogen)
• Combustibilul poate fi extras din apa de mare pe orice coastă a lumii, ceea ce face imposibil ca una sau un grup de țări să monopolizeze combustibilul
• Imposibilitatea unei reacții de fuziune necontrolată
• Fara produse de ardere
• Nu este nevoie să folosiți materiale care pot fi folosite pentru producerea de arme nucleare, eliminând astfel cazurile de sabotaj și terorism
• În comparație cu reactoarele nucleare, se produc cantități neglijabile de deșeuri radioactive cu un timp de înjumătățire scurt.
• Se estimează că un degetar umplut cu deuteriu produce energie echivalentă cu 20 de tone de cărbune. Un lac de dimensiuni medii poate furniza energie oricărei țări timp de sute de ani. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că reactoarele de cercetare existente sunt proiectate pentru a realiza o reacție directă deuteriu-tritiu (DT), al cărei ciclu de combustibil necesită utilizarea litiului pentru a produce tritiu, în timp ce afirmațiile de energie inepuizabilă se referă la utilizarea deuteriu-tritiu. reacția deuteriului (DD) în a doua generație de reactoare.
• La fel ca reacția de fisiune, reacția de fuziune nu produce emisii de dioxid de carbon în atmosferă, care contribuie major la încălzirea globală. Acesta este un avantaj semnificativ, deoarece utilizarea combustibililor fosili pentru a produce energie electrică are ca rezultat, de exemplu, ca SUA să producă 29 kg de CO 2 (unul dintre principalele gaze care poate fi considerată o cauză a încălzirii globale) per rezident al SUA pe zi. .

Costul energiei electrice comparativ cu sursele tradiționale

Criticii subliniază că fezabilitatea economică a utilizării fuziunii nucleare pentru a produce electricitate rămâne o întrebare deschisă. Același studiu comandat de Office of Science and Technology Records al Parlamentului Britanic indică faptul că costul de producere a energiei electrice folosind un reactor de fuziune este probabil la capătul superior al spectrului de costuri al surselor convenționale de energie. Mult va depinde de tehnologia viitoare, structura pieței și reglementări. Costul energiei electrice depinde direct de eficiența utilizării, de durata de funcționare și de costul dezafectării reactorului. Criticii utilizării comerciale a energiei de fuziune nucleară neagă faptul că combustibilii cu hidrocarburi sunt puternic subvenționați de guvern, atât direct, cât și indirect, cum ar fi prin utilizarea armatei pentru a asigura o aprovizionare neîntreruptă; Războiul din Irak este adesea citat ca un exemplu controversat de acest tip de subvenție. Contabilitatea acestor subvenții indirecte este foarte complexă și face aproape imposibilă compararea exactă a costurilor.

O problemă separată este costul cercetării. Țările Comunității Europene cheltuiesc aproximativ 200 de milioane de euro anual pentru cercetare și se preconizează că vor mai dura câteva decenii până când utilizarea industrială a fuziunii nucleare va fi posibilă. Susținătorii surselor alternative de energie electrică consideră că ar fi mai potrivit să se utilizeze aceste fonduri pentru a introduce surse regenerabile de energie electrică.

Disponibilitatea energiei comerciale de fuziune

Din păcate, în ciuda optimismului larg răspândit (din anii 1950, când au început primele cercetări), obstacole semnificative între înțelegerea actuală a proceselor de fuziune nucleară, capacitățile tehnologice și utilizarea practică a fuziunii nucleare nu au fost încă depășite, nu este clar chiar în ce măsură există poate fi Este rentabil din punct de vedere economic să se producă electricitate folosind fuziunea termonucleară. Deși progresul în cercetare este constant, cercetătorii se confruntă din când în când cu noi provocări. De exemplu, provocarea este dezvoltarea unui material care poate rezista bombardamentului cu neutroni, care este estimat a fi de 100 de ori mai intens decât reactoarele nucleare tradiționale.

În cercetare se disting următoarele etape:

1.Mod de echilibru sau „pass”.(Break-even): când energia totală eliberată în timpul procesului de sinteză este egală cu energia totală cheltuită pentru pornirea și menținerea reacției. Această relație este marcată cu simbolul Q. Echilibrul de reacție a fost demonstrat la JET (Joint European Torus) în Marea Britanie în 1997. (După ce au cheltuit 52 MW de electricitate pentru a o încălzi, oamenii de știință au obținut o putere de ieșire cu 0,2 MW mai mare decât cea cheltuită.)

2.Plasmă aprinsă(Plasmă de ardere): O etapă intermediară în care reacția va fi susținută în principal de particulele alfa care sunt produse în timpul reacției, mai degrabă decât de încălzirea externă. Q ≈ 5. Încă nu a fost realizat.

3. Aprindere(Aprindere): o reacție stabilă care se menține singură. Ar trebui atins la valori mari ale Q. Încă nu a fost atins.

Următorul pas în cercetare ar trebui să fie ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), International Thermonuclear Experimental Reactor. La acest reactor este planificat să se studieze comportamentul plasmei la temperatură înaltă (plasmă în flăcări cu Q ~ 30) și materialelor structurale pentru un reactor industrial. Faza finală a cercetării va fi DEMO: un prototip de reactor industrial în care se va realiza aprinderea și se va demonstra adecvarea practică a noilor materiale. Cea mai optimistă prognoză pentru finalizarea fazei DEMO: 30 de ani. Având în vedere timpul estimat pentru construcția și punerea în funcțiune a unui reactor industrial, suntem la aproximativ 40 de ani distanță de utilizarea industrială a energiei termonucleare.

Tokamak-uri existente

În total, în lume au fost construite aproximativ 300 de tokamak-uri. Cele mai mari dintre ele sunt enumerate mai jos.

• URSS și Rusia
  • T-3 este primul dispozitiv funcțional.
  • T-4 - versiunea mărită a lui T-3
  • T-7 este o instalație unică în care, pentru prima dată în lume, este implementat un sistem magnetic relativ mare cu un solenoid supraconductor pe bază de niobat de staniu răcit cu heliu lichid. Sarcina principală a lui T-7 a fost finalizată: a fost pregătită perspectiva următoarei generații de solenoizi supraconductori pentru energie termonucleară.
  • T-10 și PLT sunt următorul pas în cercetarea termonucleară mondială, au aproape aceeași dimensiune, putere egală, cu același factor de izolare. Și rezultatele obținute sunt identice: ambele reactoare au atins temperatura dorită de fuziune termonucleară, iar decalajul conform criteriului Lawson este de doar două sute de ori.
  • T-15 este un reactor de astăzi cu un solenoid supraconductor care oferă o putere de câmp de 3,6 Tesla.
• Libia
  • TM-4A
• Europa și Marea Britanie
  • JET (engleză) (Joint Europeus Tor) este cel mai mare tokamak din lume, creat de organizația Euratom din Marea Britanie. Utilizează încălzire combinată: 20 MW - injecție neutră, 32 MW - rezonanță ciclotronică ionică. Drept urmare, criteriul Lawson este de numai 4-5 ori mai mic decât nivelul de aprindere.
  • Tore Supra (franceză) (engleză) - un tokamak cu bobine supraconductoare, una dintre cele mai mari din lume. Situat la centrul de cercetare Cadarache (Franța).
• STATELE UNITE ALE AMERICII
  • TFTR (engleză) (Test Fusion Tokamak Reactor) - cel mai mare tokamak din SUA (la Universitatea Princeton) cu încălzire suplimentară prin particule neutre rapide. S-a obținut un rezultat ridicat: criteriul Lawson la o temperatură termonucleară adevărată este de numai 5,5 ori mai mic decât pragul de aprindere. Închis în 1997
  • NSTX (engleză) (National Spherical Torus Experiment) este un tokamak sferic (spheromak) care operează în prezent la Universitatea Princeton. Prima plasmă din reactor a fost produsă în 1999, la doi ani după ce TFTR a fost închis.

Aproape imediat după descoperirea deuteriului ( cm. DEUTERIUL ȘI APA GRE) a început căutarea în natură a tritiului, al treilea izotop supergreu al hidrogenului, în nucleul căruia, pe lângă un proton, se află doi neutroni. Pentru fizicieni era evident că, dacă tritiul era prezent în hidrogenul obișnuit, acesta se va concentra împreună cu deuteriul. Prin urmare, mai multe grupuri de cercetători care stabiliseră producția de apă grea sau aveau acces la aceasta au început urmărirea unui nou izotop, folosind diferite metode de căutare. Ulterior, s-a descoperit că aproape toate metodele în mod fundamental nu puteau da rezultate pozitive, deoarece nu aveau sensibilitatea necesară.

Deja în prima lucrare a lui G. Urey, în care s-a descoperit deuteriu, s-a încercat detectarea tritiului - exact în același mod, în funcție de poziția liniilor spectrale prezisă în prealabil de teorie. Cu toate acestea, nu a existat nici măcar un indiciu al acestor linii în spectrograme, ceea ce, în general, nu i-a surprins pe cercetători. Dacă există doar sutimi de procent de deuteriu în hidrogenul obișnuit, atunci este probabil să existe mult mai puțin tritiu. Concluzia a fost clară: este necesară creșterea atât a sensibilității analizei, cât și a gradului de îmbogățire a hidrogenului cu izotopii săi grei.

La începutul anului 1933, celebrul fizician chimist american, autor al teoriei perechilor de electroni, Gilbert Lewis, împreună cu chimistul Frank Spedding, au repetat experimentul lui Urey. De data aceasta, cercetătorii au avut la dispoziție o probă foarte îmbogățită care conținea 67% deuteriu. O astfel de probă, chiar și după o expunere de 2 minute în spectrograf, a dat linii clare de deuteriu pe placa fotografică. Dar și după 40 de ore de expunere, locul de pe farfurie unde, conform teoriei, ar fi trebuit să apară liniile de tritiu, a rămas complet curat. Aceasta însemna că conținutul de tritiu în hidrogenul obișnuit a fost cel puțin mai mic de 1:6·106, adică. mai puțin de un atom de 3 H la 6 milioane de atomi de 1 H. De aici s-a ajuns la următoarea concluzie: este necesar să se preleveze probe și mai concentrate, adică supuse electrolizei nu apei obișnuite pentru a acumula D 2 O, ci apă grea pentru a acumula T 2 O (sau, cel puțin DTO). În practică, acest lucru însemna că era necesar să se ia la fel de multă apă grea inițială ca apă obișnuită folosită anterior pentru a obține apă grea!

După eșecurile spectroscopiștilor, specialiștii în spectrometrie de masă s-au alăturat căutărilor. Această metodă extrem de sensibilă permite analiza unor cantități minime de substanță sub formă de ioni. Pentru experimente, apa a fost concentrată de 225 de mii de ori. Cercetătorii au sperat să găsească în probă ioni (DT) + cu o masă de 5. Ioni cu această masă au fost detectați, dar s-a dovedit că aparțin particulelor triatomice (HDD) +, fără nicio participare a tritiului. A devenit evident că tritiul, dacă este prezent în natură, este mult mai mic decât se credea anterior: nu mai mult de 1:5·10 8, adică deja 1 atom de T la 500 de milioane de atomi de H!

Sinteza tritiului.

În timp ce spectroscopiștii și spectrometrii de masă au publicat unul după altul despre tritiu, care s-a dovedit a fi totul fals, tritiul a fost produs artificial. Acest lucru s-a întâmplat în laboratorul patriarhului fizicii nucleare, Ernst Rutherford. În martie 1934, o mică notă semnată de M.L. Oliphant, P. Harteck și Rutherford a fost publicată în revista engleză „Nature” (numele de familie al lui Lord Rutherford nu necesita inițiale la publicare!). În ciuda titlului modest al notei: Efect de transmutare obtinut cu hidrogen greu, ea a informat lumea despre o realizare importantă - producerea celui de-al treilea izotop de hidrogen. Co-autorii lucrării au fost tânărul australian Mark Lawrence Oliphant și austriacul Paul Harteck. Și dacă Oliphant a devenit mai târziu academician și director al Institutului de Fizică de la Universitatea din Canberra, atunci soarta lui Harteck s-a dovedit diferit. Înțelegându-și datoria față de știința germană într-un mod deosebit, în 1934 a decis să se întoarcă în Germania și să lucreze pentru regimul nazist. În 1939, a scris o scrisoare către cele mai înalte autorități militare din Germania despre posibilitatea creării de arme atomice, apoi a încercat să construiască un cazan cu uraniu - din fericire, fără succes.

În 1933, laboratorul din Cambridge a fost vizitat de G. Lewis din Berkeley, care i-a oferit lui Rutherford trei fiole minuscule de sticlă cu apă grea aproape pură. Volumul lor total a fost de numai 0,5 ml. Oliphant a obținut din această apă niște deuteriu pur, care a servit la producerea fasciculelor de ioni D+, care au fost accelerați în tubul de descărcare la energii mari. Și Harteck a sintetizat compuși în care atomii de hidrogen au fost înlocuiți parțial cu atomi de deuteriu. Astfel, s-au obţinut cantităţi nesemnificative de clorură de amoniu „ponderată” prin reacţii de schimb NH 4 Cl + D 2 O NH 3 DCl + HDO, NH 3 DCl + D 2 O NH 2 D 2 Cl + HDO etc. Când clorură de amoniu deuterat a fost bombardată cu ioni D+ accelerați, a fost observat un flux foarte intens de noi particule. După cum sa dovedit, acestea erau nucleele unui nou izotop de hidrogen - tritiu (au fost numiți tritoni). De asemenea, a devenit evident că pentru prima dată în istorie a fost posibilă observarea fuziunii nucleare: doi atomi de deuteriu fuzionați împreună pentru a forma un nucleu instabil de heliu-4, care apoi s-a degradat pentru a forma tritiu și un proton: 4 He ® 3 H + 1 H.

În același an, Rutherford demonstra deja noi transformări nucleare la prelegerile sale: un contor de particule era conectat printr-un amplificator la un difuzor, astfel încât s-au auzit clicuri puternice în public, care au devenit mai frecvente pe măsură ce tensiunea de pe tubul de descărcare creștea. . În același timp, pentru fiecare milion de „cochilii” de deuteriu care a lovit ținta, a fost obținut un atom de tritiu - aceasta este mult pentru reacțiile nucleare de acest tip.

Deci, primul tritiu a fost obținut artificial, ca urmare a reacțiilor nucleare. Problema existenței sale în natură a rămas deschisă. Sinteza artificială a tritiului de la Cambridge i-a determinat pe cercetători să concentreze apa grea la scară din ce în ce mai mare, în speranța de a găsi tritiu într-o sursă naturală. Astfel, fizicienii și chimiștii de la Universitatea Princeton, unindu-și forțele, în 1935 au supus deja electrolizei 75 de tone de apă - aproape două rezervoare de cale ferată! Ca urmare a eforturilor titanice, s-a obținut o fiolă minusculă cu un rest de apă îmbogățită cu un volum de numai 0,5 ml. Aceasta a fost o concentrare record - de 150 de milioane de ori! Analiza spectrală de masă a acestui reziduu nu a dat nimic nou - spectrul conținea încă un vârf corespunzător masei 5, care a fost atribuit ionilor (DT) + și o evaluare a conținutului de tritiu din natură, ținând cont de concentrația uriașă, a dat raportul T:H ~ 7: 10 10, adică nu mai mult de un atom de T la 70 de miliarde de atomi de H.

Astfel, pentru detectarea tritiului a fost necesară creșterea în continuare a gradului de concentrație a apei. Dar acest lucru a necesitat costuri enorme. Rutherford însuși a fost implicat în rezolvarea problemei. Folosindu-se de enorma sa autoritate, le-a făcut o cerere personală norvegienilor să efectueze un experiment la o scară fără precedent: ar obține apă grea concentrând apa obișnuită de un miliard de ori! Mai întâi au fost electrolizate 13.000 de tone de apă obișnuită, din care s-au obținut 43,4 kg de apă grea cu un conținut de D 2 O de 99,2%. Această cantitate a fost apoi redusă la 11 ml prin aproape 10 luni de electroliză. Condițiile de electroliză au fost alese pentru a promova concentrația presupusului tritiu. Astfel, din 13 mii de tone de apă (adică 5 trenuri cu câte 50 de rezervoare!), s-a obţinut doar o eprubetă cu apă îmbogăţită. Lumea nu a cunoscut niciodată asemenea experimente grandioase!

A apărut problema cum să se ocupe cel mai bine de acest exemplar prețios. Probabil singura persoană din lume care a reușit să distingă în mod direct într-un spectrometru de masă ionii foarte apropiați în masă (DT) + și ionii „mascandu-se” ca ei (DDH) + a fost laureatul Nobel F.W. Aston, un specialist remarcabil în domeniul analiza spectrometrică de masă. S-a decis să i se dea eșantionul pentru analiză. Rezultatul a fost descurajator: nu a existat nicio urmă de prezență a ionilor DT +! În consecinţă, estimarea raportului T:H a fost redusă la 1:1012. A devenit evident că, dacă tritiul este prezent în sursele naturale, este în cantități atât de nesemnificative încât izolarea sa de acestea este asociată cu dificultăți incredibile, dacă nu depășibile.

Detectarea tritiului natural.

Tritiul poate fi radioactiv? Deja Rutherford, după eșecul grandiosului său experiment, nu a exclus o astfel de posibilitate. De asemenea, calculele au sugerat că nucleul de tritiu trebuie să fie instabil și, prin urmare, trebuie să fie radioactiv. Radioactivitatea tritiului cu o durată de viață relativ scurtă ar putea explica cantitățile sale nesemnificative din natură. Într-adevăr, radioactivitatea în tritiu a fost curând descoperită experimental. Desigur, a fost produs artificial tritiu. Nu a existat o scădere vizibilă a radioactivității timp de 5 luni. Din aceasta, ținând cont de acuratețea experimentelor, a rezultat că timpul de înjumătățire al tritiului a fost de nu mai puțin de 10 ani. Măsurătorile moderne dau timpul de înjumătățire al tritiului de 12.262 de ani.

Când tritiul se descompune, emite particule beta, transformându-se în heliu-3. Energia radiației cu tritiu este atât de scăzută încât nici măcar nu poate trece prin peretele subțire al unui contor Geiger. Prin urmare, gazul analizat pentru prezența tritiului trebuie să fie rulat în interiorul contorului. Pe de altă parte, energia de radiație scăzută are avantajele sale - nu este periculos să lucrezi cu compuși de tritiu (dacă sunt nevolatili): razele beta emise de aceasta călătoresc doar câțiva milimetri în aer.

Pentru a dezvolta metode de analiză a tritiului, au fost necesare cantități semnificative din acesta. Prin urmare, au început să apară noi metode pentru sinteza sa, de exemplu, 9 Be + 2 H ® 8 Be + 3 H, 6 Li + 1 n ® 4 He + 3 H și altele. Iar acuratețea analizei a crescut enorm. A devenit posibil, de exemplu, să se analizeze probe în care a avut loc o singură descompunere a unui atom de tritiu pe secundă - o astfel de probă de tritiu conține mai puțin de 10-15 moli! Acum, în mâinile fizicienilor, exista o metodă de analiză extrem de sensibilă - în anii de dinainte de război era de aproximativ un milion de ori mai sensibilă decât spectrometria de masă. Este timpul să revenim la căutarea tritiului în surse naturale.

Tritiu în natură.

În 1946, o autoritate binecunoscută în domeniul fizicii nucleare, laureatul Premiului Nobel W. F. Libby a sugerat că tritiul s-a format continuu ca urmare a reacțiilor nucleare care au avut loc în atmosferă. Primele măsurători ale radioactivității hidrogenului natural, deși nu au avut succes, au arătat că raportul H:T este cu 5 ordine de mărime mai mic decât se credea anterior și nu este mai mare de 1:10 17 . A devenit evident că era imposibil să se detecteze tritiul prin spectrometrie de masă chiar și la cele mai mari îmbogățiri: până la începutul anilor 50, spectrometrele de masă au făcut posibilă determinarea concentrației de impurități la un conținut de cel puțin 10–4%.

În 1951, un grup de fizicieni americani de la Universitatea din Chicago, cu participarea lui W. Libby, a scos o fiolă „Rutherford” depozitată cu 11 ml de apă grea super-imbogățită, în care Aston a încercat odată să detecteze tritiul în masă. spectrometrie. Și deși trecuse un deceniu și jumătate de la izolarea acestei probe din apa naturală și mai puțin de jumătate din tritiul conținut în ea a rămas, rezultatul nu a întârziat să apară: apa grea era radioactivă! Activitatea măsurată, ținând cont de îmbogățirea la primirea probei, a corespuns conținutului natural de tritiu de 1:10 18 .

Pentru a ne asigura de o eventuală greșeală, am decis să repetăm ​​totul încă de la început, urmărind cu atenție fiecare pas al acestui experiment decisiv. Autorii au cerut companiei norvegiene să pregătească mai multe mostre de apă îmbogățită. Apa a fost luată dintr-un lac de munte din nordul Norvegiei în ianuarie 1948. Din acesta s-au obținut 15 ml de apă grea prin concentrație electrolitică. S-a distilat și reacționat cu oxid de calciu: CaO + D2O® Ca(OD)2. Deuteriul a fost obţinut prin reducerea cu zinc la temperatura de căldură roşie din deuteroxid de calciu: Ca(OD)2 + Zn® CaZnO2 + D2. Analiza spectrometrică de masă a arătat că a fost obținut cel mai pur deuteriu, care a fost pus într-un contor Geiger pentru a-i măsura radioactivitatea. Gazul s-a dovedit a fi radioactiv, ceea ce însemna că apa din care a fost izolat deuteriul conținea tritiu. Mai multe probe au fost pregătite și analizate în același mod pentru a clarifica cât de mult tritiu este de fapt conținut în hidrogenul natural.

Excepționala minuțiozitate a lucrării nu a lăsat îndoieli cu privire la rezultatele obținute. Dar cu un an înainte de încheierea acestei lucrări, a fost publicat un articol al lui F. Faltings și aceluiași P. Harteck de la Institutul de Fiziochimice de la Universitatea din Hamburg, care raporta descoperirea tritiului în hidrogenul atmosferic. Astfel, Harteck a participat de două ori la descoperirea tritiului: mai întâi, artificial, iar 16 ani mai târziu, natural.

Aerul nu este cea mai bogată sursă de hidrogen - conține doar 0,00005% (la nivelul mării). Prin urmare, la solicitarea fizicienilor germani, compania Linde a procesat o sută de mii de metri cubi de aer, din care hidrogenul a fost separat prin lichefiere și rectificare, iar din acesta s-au obținut 80 g de apă prin oxidare pe oxid de cupru. Folosind electroliza, această apă a fost concentrată de câteva zeci de ori, apoi carbura de calciu a fost „stinsă” cu ea: CaC 2 + 2H 2 O ® Ca(OH) 2 + C 2 H 2, iar acetilena a fost hidrogenată cu hidrogenul rămas până la etan. : C2H2 + 2H2® C2H6. Etanul rezultat, în care a trecut tot tritiul inițial, a fost apoi analizat pentru radioactivitate. Calculele au arătat că în aer există extrem de puțin tritiu (sub formă de molecule NT): 20 de metri cubi. cm de aer conține o moleculă de tritiu, adică în întreaga atmosferă ar trebui să existe doar... 1 mol sau 3 g. Totuși, dacă ținem cont de faptul că există extrem de puțin hidrogen în aer, se dovedește că hidrogenul molecular atmosferic este îmbogățit cu tritiu de 10.000 de ori mai mult decât hidrogen în apa de ploaie. A rezultat că hidrogenul liber și legat din atmosferă are origini diferite. De asemenea, calculele au arătat că toate corpurile de apă de pe Pământ conțin doar 100 kg de tritiu.

Valoarea obținută la Chicago pentru conținutul de tritiu din apă (H:T = 1:10 18) a devenit general acceptată. Acest conținut de atomi de tritiu a primit chiar și un nume special - „unitate de tritiu” (TE). În medie, 1 litru de apă conține 3,2·10–10 g de tritiu; 1 litru de aer conține 1,6·10–14 g (la o umiditate absolută de 10 mg/l). Tritiul se formează în straturile superioare ale atmosferei cu participarea radiației cosmice cu o viteză de 1200 de atomi pe secundă la 1 m 2 de suprafață terestră. Astfel, timp de mii de ani, conținutul de tritiu din natură a fost aproape constant - formarea sa continuă în atmosferă a fost compensată de degradarea naturală. Cu toate acestea, din 1954 (începutul testării bombelor termonucleare), situația s-a schimbat dramatic și conținutul de tritiu din apa de ploaie a crescut de mii de ori. Și acest lucru nu este surprinzător: explozia unei bombe cu hidrogen cu un randament de 1 megatonă (Mt) are ca rezultat eliberarea a 0,7 până la 2 kg de tritiu. Puterea totală a exploziilor de aer a fost pentru perioada 1945-1962. 406 Mt, iar sol - 104 Mt. Mai mult, cantitatea totală de tritiu eliberată în biosferă în urma testelor s-a ridicat la sute de kilograme! După ce testele la sol au încetat, nivelurile de tritiu au început să scadă. În ultimii ani, principala sursă de tritiu artificial din mediu a devenit centralele nucleare, care eliberează anual câteva zeci de kilograme de tritiu.

Metodele radiochimice moderne fac posibilă determinarea cu precizie a conținutului de tritiu într-o cantitate relativ mică de apă luată dintr-o anumită sursă. Pentru ce este? Se pare că tritiul radioactiv, cu o durată de viață foarte convenabilă de puțin peste 10 ani, poate oferi o mulțime de informații valoroase. W. Libby a numit tritiul „radiohidrogen”, prin analogie cu radiocarbonul. Tritiul poate servi ca un trasor excelent pentru studierea diferitelor procese naturale. Poate fi folosit pentru a determina vârsta produselor vegetale, de exemplu, vinurile (dacă nu au mai mult de 30 de ani), deoarece strugurii absorb tritiul din apele solului, iar după recoltare, conținutul de tritiu din sucul de struguri începe să scadă la o rată cunoscută. Libby însuși a efectuat multe dintre aceste analize, procesând sute de litri de vinuri diferite, furnizate de vinificatori din diferite zone. Analiza tritiului atmosferic oferă informații valoroase despre razele cosmice. Iar tritiul din rocile sedimentare poate indica mișcări ale aerului și umidității pe Pământ.

Cele mai bogate surse naturale de tritiu sunt ploaia și zăpada, deoarece aproape tot tritiul produs de razele cosmice din atmosferă intră în apă. Intensitatea radiației cosmice variază în funcție de latitudine, astfel încât precipitațiile, de exemplu, în centrul Rusiei transportă de câteva ori mai mult tritiu decât ploile tropicale. Și există foarte puțin tritiu în ploile care cad peste ocean, deoarece sursa lor este în principal aceeași apă oceanică și există puțin tritiu în ea. Este clar că gheața adâncă din Groenlanda sau Antarctica nu conține deloc tritiu - s-a dezintegrat complet acolo de mult. Cunoscând rata de formare a tritiului în atmosferă, este posibil să se calculeze cât timp rămâne umiditatea în aer - din momentul în care se evaporă de la suprafață până când cade sub formă de ploaie sau zăpadă. S-a dovedit că, de exemplu, în aerul deasupra oceanului, această perioadă este în medie de 9 zile.

Rezervele de tritiu natural sunt neglijabile. Prin urmare, tot tritiul folosit în diverse scopuri este obținut artificial prin iradierea litiului cu neutroni. Ca rezultat, a devenit posibil să se obțină cantități semnificative de tritiu pur și să se studieze proprietățile acestuia, precum și proprietățile compușilor săi. Astfel, apa supergrea T2O are o densitate de 1,21459 g/cm3. Tritiul sintetizat este relativ ieftin și are aplicații în cercetarea științifică și industrie. Vopselele luminoase cu tritiu sunt utilizate pe scară largă și sunt aplicate pe cadranele instrumentelor. Din punct de vedere al radiațiilor, acești compuși de lumină sunt mai puțin periculoși decât cei tradiționali cu radiu. De exemplu, sulfura de zinc care conține o cantitate mică de compuși de tritiu (aproximativ 0,03 mg per 1 g de compoziție de lumină) emite în mod continuu lumină verde. Astfel de compoziții de lumină permanentă sunt utilizate pentru fabricarea arătărilor, cântarelor de instrumente etc. În producția lor se consumă anual sute de grame de tritiu.

Tritiul este prezent și în corpul uman. Intră în el cu alimente, cu aer inhalat și prin piele (12%). Interesant este că T 2 gazos este de 500 de ori mai puțin toxic decât apa super-grea T 2 O. Acest lucru se explică prin faptul că tritiul molecular, care pătrunde în plămâni cu aer, este apoi eliberat rapid (în aproximativ 3 minute) din organism, în timp ce tritiul din compoziție apa rămâne în ea timp de 10 zile și în acest timp reușește să-i transfere o doză semnificativă de radiații. În medie, corpul uman conține 5·10–12 g de tritiu, care contribuie cu 0,13 mrem la doza totală anuală de radiații (aceasta este de sute de ori mai mică decât radiația din alte surse de radiații). Interesant este că oamenii care poartă ceasuri cu mâini și numere acoperite cu fosfor de tritiu au niveluri de tritiu în corpul lor care sunt de 5 ori mai mari decât media.

Tritiul este, de asemenea, una dintre componentele principale ale explozivului bombelor termonucleare (hidrogen) și este, de asemenea, foarte promițător pentru efectuarea unei reacții termonucleare controlate conform schemei D + T > 4 He + n.

Ilya Leenson

Când nucleele grele se fisionează într-un reactor, se eliberează energie. Unde este sursa acestei energii? De ce este eliberat în momentul în care nucleul se împarte în două părți?

Nucleul de uraniu-235 este format din 92 de protoni și 143 de neutroni. Nu este un simplu amestec mecanic de particule elementare, cum ar fi, să zicem, un amestec de pilitură de fier și pulbere de sulf. Particulele care alcătuiesc nucleul unui atom sunt foarte strâns legate între ele prin așa-numitele forțe nucleare. Această legătură între particulele din nucleu este de multe milioane de ori mai puternică decât legătura care există între atomii din molecula oricărui compus chimic. Calcinează aceleași pilituri de fier amestecate cu sulf, obții un compus chimic - sulfură de fier. Pentru a descompune toate moleculele de sulfură de fier în atomi de fier și sulf conținute într-un gram este nevoie de energie în cantitate de aproximativ o calorie mare. Și pentru a distruge toate nucleele conținute într-o bucată de uraniu care cântărește un gram în particule elementare, ar fi nevoie de energie de aproximativ 170 de milioane de calorii mari. Această cantitate de energie este eliberată la arderea a aproape 20 de tone de benzină.

Neutronii și protonii din nucleele diferitelor elemente chimice sunt conectați între ei în moduri diferite: în unele sunt mai puternice, în altele - mai slabe. Când un nucleu de uraniu fisiune, așa cum sa menționat deja, se formează două „fragmente”, care sunt nucleele atomilor din mijlocul tabelului periodic al elementelor, de exemplu, nucleele atomilor de bariu și cripton. Protonii și neutronii din aceste nuclee sunt legați împreună mai strâns decât erau în nucleele de uraniu sau alte elemente grele de la sfârșitul tabelului periodic. Pentru a distruge un nucleu de bariu și un nucleu de cripton în particule elementare (protoni și neutroni) ar necesita zece la sută mai multă energie decât pentru a distruge un nucleu de uraniu.

Dacă este necesară o anumită energie pentru a împărți un nucleu în particule elementare individuale, atunci când nucleele sunt formate din aceste particule, conform legii conservării energiei, aceeași energie ar trebui eliberată.

Să împărțim mental procesul de fisiune a unui nucleu de uraniu în două etape. Prima etapă este distrugerea nucleului de uraniu în protoni și neutroni; în acest caz, energia este cheltuită în valoare de 170 de milioane de calorii mari per gram de uraniu pur. A doua etapă este formarea nucleelor ​​de bariu și cripton din particulele elementare formate în timpul distrugerii nucleelor ​​de uraniu. Acest proces este însoțit de eliberarea de energie în cantitate de aproximativ 190 de milioane de calorii mari. În urma ambelor etape ale reacției, se obține un câștig de energie de 20 de milioane de calorii mari. Pentru a obține această cantitate de energie, trebuie să ardeți aproximativ două tone de benzină. Astfel, „puterea calorică” a uraniului în timpul fisiunii sale se dovedește a fi de două milioane de ori mai mare decât la arderea benzinei.

Să ne clarificăm raționamentul cu următorul exemplu. Să presupunem că stai pe marginea unui munte și scoți apă dintr-o fântână adâncă de doi metri. Pentru a ridica fiecare kilogram de apă cheltuiți două kilograme de muncă. Apoi turnați această apă printr-un jgheab pe o roată a turbinei situată la cinci metri mai jos. Dacă neglijăm tot felul de pierderi de energie, atunci turbina va efectua un lucru egal cu cinci kilograme-metri. Drept urmare, obținem cu trei kilograme-metri mai multă muncă decât cheltuim.

Când nucleele elementelor grele se fisionează, ele nu se dezintegrează în particule elementare individuale, se împart doar în două părți - fragmente. În interiorul fragmentelor rezultate, are loc instantaneu o rearanjare a particulelor elementare; se „împachetează” mai strâns, iar acest proces este însoțit de eliberarea de energie și este eliberată mai multă energie decât este cheltuită pentru distrugerea nucleului greu.

Calculele arată că în timpul fisiunii nucleelor ​​grele este eliberată doar o parte din energia stocată în nucleu. Se obține mult mai multă energie dacă aceleași nuclee de bariu și cripton sunt sintetizate (compuse) direct din protoni și neutroni. Atunci nu va trebui să cheltuiți energie de 170 de milioane de calorii mari pentru distrugerea nucleelor ​​grele. În exemplul cu apă, acest lucru ar corespunde faptului că nu este nevoie să o tragi în sus din fântână, ci să folosești un bazin în care apa să fie la nivelul marginii superioare a jgheabului.

Dar pentru a sintetiza nuclee atomice din neutroni și protoni, este necesar în primul rând să avem aceste particule elementare la dispoziție. Ele nu se găsesc în natură în formă finită. Ele pot fi obținute numai artificial. Cu toate acestea, neutronii și protonii eliberați în stare liberă nu pot fi stocați pentru utilizare ulterioară. Protonii sunt atomi de protiu lipsiți de un singur electron; în condiții normale, ei nu pot exista mult timp. Protonii vor găsi electronii pierduți și se vor transforma înapoi în atomi de proțiu neutri din punct de vedere electric.

Neutronii pătrund cu ușurință în nucleele atomilor și sunt capturați de aceștia. În plus, neutronii sunt radioactivi. Durata de viață a neutronilor în stare liberă este o chestiune de câteva minute. Dacă un neutron reușește să evite să fie captat de un nucleu, se transformă spontan într-un proton și un electron. De unde a venit electronul în timpul transformării radioactive a unui neutron? Faptul este că atât neutronul, cât și protonul sunt în esență aceeași particulă elementară, doar că sunt în stări energetice diferite. Pentru a sublinia caracterul comun al acestor particule, atunci când colectiv alcătuiesc un fel de nucleu atomic, ele sunt chiar numite cu același nume - nucleoni. Așa se spune, de exemplu, nucleul izotopului clor-35 este format din 35 de nucleoni, fără a-i împărți în protoni și neutroni. Procesul de tranziție a unui neutron într-un proton este o tranziție spontană de la un nivel energetic superior la unul inferior; în același timp, un electron este „născut”. Tranziția spontană a unui proton într-un neutron este imposibilă; aceasta ar corespunde unei tranziții de la un nivel energetic scăzut la unul superior, ceea ce contrazice legea conservării energiei. O piatră întinsă pe pământ nu se va ridica niciodată de la sine, fără intervenția unei forțe exterioare. Dacă unui proton i se oferă cantitatea necesară de energie din exterior, acesta se poate transforma într-un neutron, iar acest act este însoțit de apariția unei particule asemănătoare unui electron, dar încărcată pozitiv. Se numește, așa cum știm deja, un pozitron. Așa se dovedește că, deși nu există electroni în neutroni și pozitroni în protoni, în timpul transformării lor reciproce, aceste particule sunt eliberate.

Deci, dacă este posibil să se obțină neutroni și protoni în formă liberă, atunci aceștia trebuie utilizați imediat pentru sinteza nucleelor ​​atomice.

Distrugerea nucleelor ​​grele precum uraniul în particule elementare (nucleoni) implică cheltuirea unei cantități mari de energie. Există nuclee în natură în care protonii și neutronii nu sunt atât de strâns legați unul de celălalt ca în nucleul de uraniu? Dacă astfel de nuclee există, atunci prima etapă mentală a reacției - distrugerea nucleului - ar necesita mai puțină energie. Revenind la exemplul cu o fântână și un jgheab, trebuie să căutați o fântână de mică adâncime dacă este posibil.

Aici apare hidrogenul cu izotopii săi grei și acum nu unul, ci doi.

Ce rol a jucat deuteriul în funcționarea unui reactor nuclear? Rolul său era auxiliar - de a încetini neutronii rapizi la viteze termice. El nu a participat direct la eliberarea energiei nucleare. În multe reactoare, după cum știți deja, carbonul sub formă de blocuri de grafit sau apă obișnuită sunt folosite cu succes ca moderatori de neutroni. Există reactoare fără moderator - acestea sunt reactoare care funcționează pe neutroni rapizi. În procesele cu care ne vom familiariza acum, izotopii de hidrogen au o importanță decisivă în eliberarea energiei nucleare.

Pe lângă izotopul greu de hidrogen - deuteriu, există și un izotop supergreu - tritiu; este desemnat prin litera T. Pe lângă proton, nucleul de tritiu conține nu un neutron, ca deuteriul, ci doi (Fig. 13). Spre deosebire de deuteriu

(cercurile albe indică protoni, cercurile negre indică neutronii care alcătuiesc nucleul).

Jumătate din toți atomii de tritiu disponibili se descompun în 12,2 ani. Această perioadă nu este grozavă, dar este suficient să aveți întotdeauna tritiu în stoc în cantitatea necesară.

Tritiul este un izotop mai complex al hidrogenului. Prin proprietățile sale, diferă de protium mai mult decât deuteriu.

La fel ca primii doi izotopi, tritiul poate fi condensat într-un lichid. Punctul de fierbere al tritiului lichid este deja cu 4,65 grade mai mare decât punctul de fierbere al protiului. Căldura sa de evaporare este chiar mai mare decât cea a deuteriului. Când tritiul se combină cu oxigenul, se formează apă, care se numește tritiu sau apă supergrea. La fel ca deuteriul, tritiul se combină cu izotopii de topitură, deuteriu și oxigen pentru a produce apă cu diferite compoziții izotopice. La cele nouă soiuri de apă pe care le-a dat deuteriul, acum se adaugă un număr egal de altele noi, ale căror molecule includ atomi de tritiu. Formulele acestor molecule pot fi scrise după cum urmează:

MSW16, LLP17 și LLP18.

Raționând în același mod ca și în cazul fisiunii nucleelor ​​de uraniu (vezi pagina 50), împărțim mental procesul în două etape: prima este distrugerea nucleelor ​​de deuteriu și tritiu în nucleoni individuali, a doua este sinteza heliului. nuclee din ele. Neutronii și protonii sunt legați împreună în nucleele de deuteriu și tritiu mult mai puțin strâns decât în ​​nucleele de heliu. Prin urmare, distrugerea nucleelor ​​a doi izotopi de hidrogen necesită un total de mai puțină energie decât este eliberată în timpul sintezei unui nucleu de heliu din particulele elementare rezultate. Calculele arată că, odată cu formarea a doar un gram de atomi ai izotopului de heliu-4 din nucleele de deuteriu și tritiu, sunt eliberate aproximativ o sută de milioane de calorii mari de energie. Aceasta este de cinci ori mai multă energie eliberată atunci când un gram de uraniu se fisiază sub influența neutronilor.

Pentru a realiza reacția de fuziune a nucleelor ​​de heliu, este necesar ca nucleele de deuteriu și tritiu să se ciocnească între ele. Aceasta este principala dificultate în realizarea reacției de fuziune a nucleelor ​​de heliu. La urma urmei, ambele nuclee care se ciocnesc sunt încărcate pozitiv, iar corpurile încărcate similar electric se resping reciproc. Pentru a depăși forțele electrice de respingere, este necesar să se apropie de nuclee la
depuneți mult efort. Cum să facă acest lucru? Aparent, este necesar să se confere nucleelor ​​o astfel de energie de mișcare care să fie suficientă pentru a depăși forțele de respingere care acționează între ele.

Viteza medie a mișcării aleatorii a particulelor și, prin urmare, energia lor, este determinată de temperatură. Cu cât temperatura corpului este mai mare, cu atât energia medie a particulelor este mai mare, cu atât se mișcă mai repede. Aceasta înseamnă că izotopii noștri trebuie să fie încălziți și încălziți la o temperatură foarte ridicată, de ordinul unui milion de grade și chiar mai mare. Numai la astfel de temperaturi energia particulelor va fi suficientă pentru a depăși forțele electrice de respingere dintre nuclee. Dacă ne amintim că chiar și pe suprafața Soarelui temperatura este de doar 6000 de grade, atunci dificultatea de a încălzi corpurile la un milion de grade devine evidentă. Singura sursă cunoscută în vremea noastră prin care se pot atinge asemenea temperaturi este explozia unei bombe atomice, adică procesul în lanț de fisiune a nucleelor ​​de uraniu sau plutoniu. În zona unei astfel de explozii, deuteriul și tritiul vor exista sub formă de plasmă - un mediu format din nuclee atomice „goale”, lipsite de învelișuri de electroni. În astfel de condiții, nucleele izotopilor de hidrogen sunt capabili să se combine în nuclee de heliu atunci când se întâlnesc și are loc așa-numita reacție termonucleară. Acest proces sau un proces similar are loc în timpul exploziei unei bombe cu hidrogen.

Pentru a folosi energia eliberată în timpul reacțiilor termonucleare în scopuri pașnice, este necesar să învățați cum să controlați astfel de reacții. Oamenii de știință din multe țări din întreaga lume sunt acum ocupați să rezolve această problemă foarte dificilă. Multe cercetări în această direcție se desfășoară aici, în Uniunea Sovietică. O soluție de succes la această problemă va scuti omenirea de îngrijorarea căutării de noi surse de energie și va duce la o înflorire fără precedent a științei și tehnologiei.

Doar două decenii și jumătate ne despart de descoperirea apei grele și de momentul în care aceasta a fost obținută în cantități care încap pe fundul unei eprubete mici. În acest scurt timp, apa grea a câștigat un loc puternic în energia nucleară. S-a dovedit a fi cel mai bun moderator pentru reactoare nucleare, lucru

Alimentat de neutroni termici. Cu toate acestea, acesta nu este cel mai important lucru. Apa grea capătă o importanță primordială în implementarea reacțiilor termonucleare. Pentru aceste reacții, este necesar mai întâi să existe suficiente materii prime, adică deuteriu și tritiu. Atomii de deuteriu sunt parte integrantă a moleculelor de apă grea. Atomii de tritiu pot fi obținuți, după cum am văzut, din atomii de deuteriu. În consecință, apa grea este sursa care furnizează elementele necesare reacției de fuziune a nucleelor ​​de heliu. Prin urmare, acum producția de apă grea în multe țări ale lumii se realizează la scară mare de fabrică.