Αντίδραση μεταξύ πυρήνων δευτερίου (D-D, μονοπροωθητικό). Ελεγχόμενη θερμοπυρηνική αντίδραση Διαμεταλλικά υδρίδια δευτερίου τριτίου

Η αντίδραση σύντηξης έχει ως εξής: λαμβάνονται δύο ή περισσότεροι ατομικοί πυρήνες και, με την εφαρμογή ορισμένης δύναμης, πλησιάζουν τόσο πολύ που οι δυνάμεις που δρουν σε τέτοιες αποστάσεις υπερισχύουν των δυνάμεων απώθησης Coulomb μεταξύ εξίσου φορτισμένων πυρήνων, ως αποτέλεσμα που σχηματίζεται ένας νέος πυρήνας. Θα έχει ελαφρώς μικρότερη μάζα από το άθροισμα των μαζών των αρχικών πυρήνων και η διαφορά γίνεται η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την αντίδραση. Η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται περιγράφεται από τον γνωστό τύπο E=mc². Οι ελαφρύτεροι ατομικοί πυρήνες μεταφέρονται πιο εύκολα στη σωστή απόσταση, επομένως το υδρογόνο - το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν - είναι το καλύτερο καύσιμο για μια αντίδραση σύντηξης.

Έχει διαπιστωθεί ότι ένα μείγμα δύο ισοτόπων υδρογόνου, του δευτερίου και του τριτίου, απαιτεί τη μικρότερη ποσότητα ενέργειας για την αντίδραση σύντηξης σε σύγκριση με την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την αντίδραση. Ωστόσο, αν και ένα μείγμα δευτερίου και τριτίου (D-T) είναι το αντικείμενο της περισσότερης έρευνας για τη σύντηξη, δεν είναι σε καμία περίπτωση το μόνο πιθανό καύσιμο. Άλλα μείγματα μπορεί να είναι πιο εύκολο να κατασκευαστούν. Η αντίδρασή τους μπορεί να ελεγχθεί καλύτερα, ή το πιο σημαντικό, να παράγει λιγότερα νετρόνια. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι αποκαλούμενες αντιδράσεις "χωρίς νετρόνια", καθώς η επιτυχής βιομηχανική χρήση τέτοιου καυσίμου θα σημαίνει την απουσία μακροχρόνιας ραδιενεργής μόλυνσης των υλικών και του σχεδιασμού των αντιδραστήρων, κάτι που με τη σειρά του θα μπορούσε να επηρεάσει θετικά την κοινή γνώμη και τη γενική κόστος λειτουργίας του αντιδραστήρα, μειώνοντας σημαντικά το κόστος παροπλισμού του. Το πρόβλημα παραμένει ότι η αντίδραση σύντηξης με χρήση εναλλακτικών καυσίμων είναι πολύ πιο δύσκολο να διατηρηθεί, επομένως η αντίδραση D-T θεωρείται μόνο ένα απαραίτητο πρώτο βήμα.

Σχήμα της αντίδρασης δευτερίου-τριτίου

Η ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη μπορεί να χρησιμοποιηθεί διαφορετικά είδηθερμοπυρηνικές αντιδράσεις ανάλογα με τον τύπο του καυσίμου που χρησιμοποιείται.

Αντίδραση δευτερίου + τριτίου (καύσιμο D-T)

Η πιο εύκολα υλοποιήσιμη αντίδραση είναι δευτέριο + τρίτιο:

2 H + 3 H = 4 He + n σε ισχύ εξόδου 17,6 MeV (MeV)

Μια τέτοια αντίδραση υλοποιείται πιο εύκολα από την άποψη των σύγχρονων τεχνολογιών, δίνει σημαντική απόδοση ενέργειας και τα συστατικά του καυσίμου είναι φθηνά. Το μειονέκτημά του είναι η απελευθέρωση ανεπιθύμητης ακτινοβολίας νετρονίων.

Δύο πυρήνες: το δευτέριο και το τρίτιο συντήκονται για να σχηματίσουν έναν πυρήνα ηλίου (σωματίδιο άλφα) και ένα νετρόνιο υψηλής ενέργειας.

²H + ³He = 4 He + . με ενεργειακή ισχύ 18,4 MeV

Οι προϋποθέσεις για την επίτευξή του είναι πολύ πιο περίπλοκες. Το ήλιο-3 είναι επίσης ένα σπάνιο και εξαιρετικά ακριβό ισότοπο. Προς το παρόν δεν παράγεται σε βιομηχανική κλίμακα. Ωστόσο, μπορεί να ληφθεί από τρίτιο, που λαμβάνεται με τη σειρά του σε πυρηνικούς σταθμούς.

Η πολυπλοκότητα της διεξαγωγής μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης μπορεί να χαρακτηριστεί από το τριπλό γινόμενο του nTt (πυκνότητα επί τη θερμοκρασία επί τον χρόνο περιορισμού). Σύμφωνα με αυτή την παράμετρο, η αντίδραση D-3He είναι περίπου 100 φορές πιο δύσκολη από την D-T.

Αντίδραση μεταξύ πυρήνων δευτερίου (D-D, μονοπροωθητικό)

Οι αντιδράσεις μεταξύ των πυρήνων του δευτερίου είναι επίσης πιθανές, είναι λίγο πιο δύσκολες από τις αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ήλιο-3:

Ως αποτέλεσμα, εκτός από την κύρια αντίδραση στο πλάσμα DD, συμβαίνουν επίσης τα ακόλουθα:

Αυτές οι αντιδράσεις προχωρούν αργά παράλληλα με την αντίδραση δευτέριο + ήλιο-3 και το τρίτιο και το ήλιο-3 που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια τους είναι πολύ πιθανό να αντιδράσουν αμέσως με το δευτέριο.

Άλλοι τύποι αντιδράσεων

Αρκετοί άλλοι τύποι αντιδράσεων είναι επίσης δυνατοί. Η επιλογή του καυσίμου εξαρτάται από πολλούς παράγοντες - τη διαθεσιμότητα και το χαμηλό κόστος του, την ενεργειακή απόδοση, την ευκολία επίτευξης του απαιτούμενου για την αντίδραση θερμοπυρηνική σύντηξησυνθήκες (πρώτα απ 'όλα, θερμοκρασία), τα απαραίτητα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά του αντιδραστήρα, και ούτω καθεξής.

Αντιδράσεις «χωρίς νετρόνια».

Το πιο πολλά υποσχόμενο λεγόμενο. Αντιδράσεις «χωρίς νετρονίων», καθώς η ροή νετρονίων που δημιουργείται από τη θερμοπυρηνική σύντηξη (για παράδειγμα, στην αντίδραση δευτερίου-τριτίου) απομακρύνει ένα σημαντικό μέρος της ισχύος και δημιουργεί επαγόμενη ραδιενέργεια στο σχεδιασμό του αντιδραστήρα. Η αντίδραση δευτερίου-ηλίου-3 είναι πολλά υποσχόμενη, επίσης λόγω της έλλειψης απόδοσης νετρονίων.

Συνθήκες

Πυρηνική αντίδραση λιθίου-6 με δευτέριο 6 Li(d,α)α

Το CTS είναι δυνατό με την ταυτόχρονη εκπλήρωση δύο κριτηρίων:

• Θερμοκρασία πλάσματος:

style="max-width: 98%; height: auto; width: auto;" src="/pictures/wiki/files/101/ea2cc6cfd93c3d519e815764da74047a.png" border="0">

• Συμμόρφωση με το κριτήριο Lawson:

style="max-width: 98%; height: auto; width: auto;" src="/pictures/wiki/files/102/fe017490a33596f30c6fb2ea304c2e15.png" border="0"> (για αντίδραση D-T)

όπου είναι η πυκνότητα πλάσματος σε υψηλή θερμοκρασία και είναι ο χρόνος εγκλεισμού του πλάσματος στο σύστημα.

Από την τιμή αυτών των δύο κριτηρίων εξαρτάται κυρίως ο ρυθμός μιας συγκεκριμένης θερμοπυρηνικής αντίδρασης.

Προς το παρόν, η ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη δεν έχει ακόμη πραγματοποιηθεί σε βιομηχανική κλίμακα. Η κατασκευή του διεθνούς ερευνητικού αντιδραστήρα ITER βρίσκεται στα αρχικά της στάδια.

Θερμοπυρηνική ενέργεια και ήλιο-3

Τα αποθέματα ηλίου-3 στη Γη κυμαίνονται από 500 κιλά έως 1 τόνο, αλλά στη Σελήνη είναι σε σημαντικές ποσότητες: έως 10 εκατομμύρια τόνους (σύμφωνα με ελάχιστες εκτιμήσεις - 500 χιλιάδες τόνους). Επί του παρόντος, μια ελεγχόμενη θερμοπυρηνική αντίδραση πραγματοποιείται με τη σύντηξη του δευτερίου 2H και τριτίου 3H με την απελευθέρωση ηλίου-4 4 He και ενός "γρήγορου" νετρονίου n:

Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, το μεγαλύτερο μέρος (πάνω από το 80%) της απελευθερούμενης κινητικής ενέργειας πέφτει ακριβώς στο νετρόνιο. Ως αποτέλεσμα των συγκρούσεων θραυσμάτων με άλλα άτομα, αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Επιπλέον, τα γρήγορα νετρόνια δημιουργούν σημαντική ποσότητα ραδιενεργών αποβλήτων. Αντίθετα, η σύνθεση δευτερίου και ηλίου-3 δεν παράγει (σχεδόν) ραδιενεργά προϊόντα:

Όπου p είναι πρωτόνιο

Αυτό επιτρέπει τη χρήση απλούστερων και πιο αποτελεσματικών συστημάτων για τη μετατροπή της αντίδρασης κινητικής σύντηξης, όπως μια μαγνητοϋδροδυναμική γεννήτρια.

Σχέδια αντιδραστήρων

Εξετάζονται δύο κύρια σχήματα για την εφαρμογή της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης.

Οι μελέτες του πρώτου τύπου θερμοπυρηνικών αντιδραστήρων είναι πολύ πιο ανεπτυγμένες από αυτές του δεύτερου. Στην πυρηνική φυσική, στη μελέτη της θερμοπυρηνικής σύντηξης, χρησιμοποιείται μια μαγνητική παγίδα για τη συγκράτηση του πλάσματος σε έναν ορισμένο όγκο. Η μαγνητική παγίδα έχει σχεδιαστεί για να κρατά το πλάσμα από την επαφή με τα στοιχεία ενός θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα, δηλ. χρησιμοποιείται κυρίως ως θερμομονωτικό. Η αρχή του περιορισμού βασίζεται στην αλληλεπίδραση φορτισμένων σωματιδίων με ένα μαγνητικό πεδίο, δηλαδή στην περιστροφή των φορτισμένων σωματιδίων γύρω από τις γραμμές δύναμης μαγνητικό πεδίο. Δυστυχώς, το μαγνητισμένο πλάσμα είναι πολύ ασταθές και τείνει να εγκαταλείψει το μαγνητικό πεδίο. Επομένως, για να δημιουργηθεί μια αποτελεσματική μαγνητική παγίδα, χρησιμοποιούνται οι πιο ισχυροί ηλεκτρομαγνήτες, καταναλώνοντας μεγάλο ποσόενέργεια.

Είναι δυνατό να μειωθεί το μέγεθος ενός θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα εάν χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα τρεις μέθοδοι δημιουργίας θερμοπυρηνικής αντίδρασης σε αυτόν.

Α. Αδρανειακή σύνθεση. Ακτινοβολήστε μικροσκοπικές κάψουλες καυσίμου δευτερίου-τριτίου με λέιζερ 500 τρισεκατομμυρίων watt:5. 10^14W. Αυτός ο γιγαντιαίος, πολύ βραχυπρόθεσμος παλμός λέιζερ των 10^-8 s προκαλεί έκρηξη των καψουλών καυσίμου, με αποτέλεσμα τη γέννηση ενός μίνι αστεριού για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Αλλά δεν μπορεί να επιτευχθεί θερμοπυρηνική αντίδραση σε αυτό.

B. Χρησιμοποιήστε ταυτόχρονα το Z-machine με το Tokamak.

Το Z-Machine λειτουργεί διαφορετικά από ένα λέιζερ. Περνά μέσα από ένα πλέγμα από τα λεπτότερα καλώδια που περιβάλλουν την κάψουλα καυσίμου, φορτίο με ισχύ μισού τρισεκατομμυρίου watt 5. 10 ^ 11 watt.

Τότε συμβαίνει το ίδιο όπως και με το λέιζερ: ως αποτέλεσμα της κρούσης Z, προκύπτει ένα αστέρι. Κατά τη διάρκεια δοκιμών στο Z-Machine, ήταν ήδη δυνατό να ξεκινήσει η αντίδραση σύντηξης. http://www.sandia.gov/media/z290.htmΚαλύψτε τις κάψουλες με ασήμι και συνδέστε τις με μια κλωστή από ασήμι ή γραφίτη. Η διαδικασία ανάφλεξης μοιάζει με αυτό: Πυροβολήστε ένα νήμα (προσαρτημένο σε μια ομάδα από ασημένιες μπάλες που περιέχουν ένα μείγμα δευτερίου και τριτίου) σε ένα θάλαμο κενού. Κατά τη διάρκεια μιας διάσπασης (εκφόρτισης), σχηματίστε ένα κανάλι κεραυνού μέσα από αυτά, εφαρμόστε ρεύμα μέσω του πλάσματος. Ακτινοβολήστε ταυτόχρονα τις κάψουλες και το πλάσμα με ακτινοβολία λέιζερ. Και ταυτόχρονα ή νωρίτερα ενεργοποιήστε το tokamak. Χρησιμοποιήστε τρεις διαδικασίες θέρμανσης πλάσματος ταυτόχρονα. Δηλαδή, βάλτε τη μηχανή Z και τη θέρμανση λέιζερ μαζί μέσα στο Tokamak. Μπορεί να είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένα ταλαντευόμενο κύκλωμα από πηνία Tokamak και να οργανωθεί ο συντονισμός. Τότε θα λειτουργούσε σε έναν οικονομικό τρόπο ταλάντωσης.

Κύκλος καυσίμου

Οι αντιδραστήρες πρώτης γενιάς πιθανότατα θα λειτουργούν με μείγμα δευτερίου και τριτίου. Τα νετρόνια που εμφανίζονται κατά την αντίδραση θα απορροφηθούν από την ασπίδα του αντιδραστήρα και η θερμότητα που απελευθερώνεται θα χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση του ψυκτικού στον εναλλάκτη θερμότητας και αυτή η ενέργεια, με τη σειρά της, θα χρησιμοποιηθεί για την περιστροφή της γεννήτριας.

. .

Η αντίδραση με το Li6 είναι εξώθερμη, παρέχοντας λίγη ενέργεια στον αντιδραστήρα. Η αντίδραση με το Li7 είναι ενδόθερμη - αλλά δεν καταναλώνει νετρόνια. Τουλάχιστον ορισμένες αντιδράσεις Li7 απαιτούνται για την αντικατάσταση των νετρονίων που χάνονται στις αντιδράσεις με άλλα στοιχεία. Τα περισσότερα σχέδια αντιδραστήρων χρησιμοποιούν φυσικά μείγματα ισοτόπων λιθίου.

Αυτό το καύσιμο έχει μια σειρά από μειονεκτήματα:

Η αντίδραση παράγει σημαντική ποσότητα νετρονίων, τα οποία ενεργοποιούν (μολύνουν ραδιενεργά) τον αντιδραστήρα και τον εναλλάκτη θερμότητας. Απαιτούνται επίσης μέτρα για την προστασία από πιθανή πηγή ραδιενεργού τριτίου.

Μόνο το 20% περίπου της ενέργειας σύντηξης έχει τη μορφή φορτισμένων σωματιδίων (τα υπόλοιπα είναι νετρόνια), γεγονός που περιορίζει τη δυνατότητα άμεσης μετατροπής της ενέργειας σύντηξης σε ηλεκτρική ενέργεια. Η χρήση της αντίδρασης D-T εξαρτάται από τα διαθέσιμα αποθέματα λιθίου, τα οποία είναι πολύ μικρότερα από τα αποθέματα δευτερίου. Η έκθεση νετρονίων κατά την αντίδραση D-T είναι τόσο σημαντική που μετά την πρώτη σειρά δοκιμών στο JET, τον μεγαλύτερο αντιδραστήρα μέχρι σήμερα που χρησιμοποιεί αυτό το καύσιμο, ο αντιδραστήρας έγινε τόσο ραδιενεργός που χρειάστηκε να προστεθεί ένα ρομποτικό σύστημα απομακρυσμένης συντήρησης για να ολοκληρωθεί ο κύκλος δοκιμών του έτους .

Υπάρχουν, θεωρητικά, εναλλακτικοί τύποι καυσίμων που στερούνται αυτά τα μειονεκτήματα. Αλλά η χρήση τους εμποδίζεται από έναν θεμελιώδη φυσικό περιορισμό. Για να ληφθεί αρκετή ενέργεια από την αντίδραση σύντηξης, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί ένα αρκετά πυκνό πλάσμα στη θερμοκρασία σύντηξης (10 8 K) για ορισμένο χρόνο. Αυτή η θεμελιώδης πτυχή της σύνθεσης περιγράφεται από το γινόμενο της πυκνότητας του πλάσματος, n, και του χρόνου τ της θερμαινόμενης περιεκτικότητας στο πλάσμα, που απαιτείται για να φτάσει στο σημείο ισορροπίας. Το προϊόν, nτ, εξαρτάται από τον τύπο του καυσίμου και είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας του πλάσματος. Από όλους τους τύπους καυσίμου, το μείγμα δευτερίου-τριτίου απαιτεί τη χαμηλότερη τιμή nτ κατά τουλάχιστον μια τάξη μεγέθους και τη χαμηλότερη θερμοκρασία αντίδρασης κατά τουλάχιστον 5 φορές. Έτσι, η αντίδραση D-T είναι ένα απαραίτητο πρώτο βήμα, αλλά η χρήση άλλων καυσίμων παραμένει ένας σημαντικός ερευνητικός στόχος.

Αντίδραση σύντηξης ως βιομηχανική πηγή ενέργειας

Η ενέργεια σύντηξης θεωρείται από πολλούς ερευνητές ως «φυσική» πηγή ενέργειας μακροπρόθεσμα. Οι υποστηρικτές της εμπορικής χρήσης των αντιδραστήρων σύντηξης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας προβάλλουν τα ακόλουθα επιχειρήματα υπέρ τους:

• Σχεδόν ανεξάντλητα αποθέματα καυσίμου (υδρογόνο)
• Τα καύσιμα μπορούν να εξαχθούν από το θαλασσινό νερό σε οποιαδήποτε ακτή του κόσμου, γεγονός που καθιστά αδύνατο για μία ή μια ομάδα χωρών να μονοπωλούν τα καύσιμα
• Η αδυναμία μιας ανεξέλεγκτης αντίδρασης σύνθεσης
• Χωρίς προϊόντα καύσης
• Δεν χρειάζεται να χρησιμοποιείτε υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή πυρηνικά όπλα, εξαλείφοντας έτσι κρούσματα δολιοφθοράς και τρομοκρατίας
• Σε σύγκριση με τους πυρηνικούς αντιδραστήρες, παράγονται αμελητέες ποσότητες ραδιενεργών αποβλήτων με μικρό χρόνο ημιζωής.
• Μια δακτυλήθρα γεμάτη με δευτέριο εκτιμάται ότι παράγει ισοδύναμο 20 τόνων άνθρακα. Μια μεσαίου μεγέθους λίμνη είναι σε θέση να παρέχει ενέργεια σε οποιαδήποτε χώρα για εκατοντάδες χρόνια. Ωστόσο, θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι υπάρχοντες ερευνητικοί αντιδραστήρες έχουν σχεδιαστεί για να επιτυγχάνουν μια άμεση αντίδραση δευτερίου-τριτίου (DT), της οποίας ο κύκλος καυσίμου απαιτεί τη χρήση λιθίου για την παραγωγή τριτίου, ενώ οι ισχυρισμοί για ανεξάντλητη ενέργεια αναφέρονται στη χρήση δευτερίου-δευτηρίου αντίδραση (DD) στη δεύτερη γενιά αντιδραστήρων.
• Ακριβώς όπως η αντίδραση σχάσης, η αντίδραση σύντηξης δεν παράγει ατμοσφαιρικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, που συμβάλλει σημαντικά στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα, καθώς η χρήση ορυκτών καυσίμων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχει ως αποτέλεσμα, για παράδειγμα, να παράγονται 29 kg CO 2 στις ΗΠΑ (ένα από τα κύρια αέρια που μπορεί να θεωρηθεί αιτία παγκόσμια υπερθέρμανση) ανά κάτοικο ΗΠΑ ανά ημέρα.

Το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας σε σύγκριση με τις παραδοσιακές πηγές

Οι επικριτές επισημαίνουν ότι το ζήτημα της οικονομικής σκοπιμότητας της χρήσης πυρηνικής σύντηξης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας παραμένει ανοιχτό. Η ίδια μελέτη, που ανατέθηκε από το Γραφείο Δικαιωμάτων Επιστήμης και Τεχνολογίας του Βρετανικού Κοινοβουλίου, δείχνει ότι το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση αντιδραστήρα σύντηξης είναι πιθανό να βρίσκεται στην κορυφή του φάσματος κόστους για τις συμβατικές πηγές ενέργειας. Πολλά θα εξαρτηθούν από μελλοντική τεχνολογία, δομή και ρύθμιση της αγοράς. Το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτάται άμεσα από την αποδοτικότητα χρήσης, τη διάρκεια λειτουργίας και το κόστος παροπλισμού του αντιδραστήρα. Οι επικριτές της εμπορικής χρήσης της ενέργειας σύντηξης αρνούνται ότι τα καύσιμα υδρογονανθράκων επιδοτούνται σε μεγάλο βαθμό από την κυβέρνηση, τόσο άμεσα όσο και έμμεσα, όπως η χρήση των ενόπλων δυνάμεων για τη διασφάλιση του αδιάκοπου εφοδιασμού τους, ο πόλεμος στο Ιράκ αναφέρεται συχνά ως αμφιλεγόμενο παράδειγμα αυτή η μέθοδος επιδότησης. Η λογιστική για τέτοιες έμμεσες επιδοτήσεις είναι πολύ περίπλοκη και καθιστά σχεδόν αδύνατη την ακριβή σύγκριση κόστους.

Υπάρχει επίσης το ζήτημα του κόστους της έρευνας. Οι χώρες της Ευρωπαϊκής Κοινότητας δαπανούν περίπου 200 εκατομμύρια ευρώ ετησίως για έρευνα και προβλέπεται ότι θα χρειαστούν αρκετές δεκαετίες ακόμη για να καταστεί δυνατή η βιομηχανική χρήση της πυρηνικής σύντηξης. Οι υποστηρικτές των εναλλακτικών πηγών ενέργειας πιστεύουν ότι θα ήταν πιο ενδεδειγμένο να κατευθυνθούν αυτά τα κονδύλια στην εισαγωγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Διαθεσιμότητα εμπορικής ενέργειας σύντηξης

Δυστυχώς, παρά τη διάχυτη αισιοδοξία (κοινή από τη δεκαετία του 1950, όταν ξεκίνησε η πρώτη έρευνα), σημαντικά εμπόδια μεταξύ της σημερινής κατανόησης των διαδικασιών πυρηνικής σύντηξης, των τεχνολογικών δυνατοτήτων και της πρακτικής χρήσης της πυρηνικής σύντηξης δεν έχουν ακόμη ξεπεραστεί, δεν είναι ακόμη σαφές πόσο μπορεί να είναι οικονομικά κερδοφόρα παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση θερμοπυρηνικής σύντηξης. Αν και η πρόοδος στην έρευνα είναι σταθερή, οι ερευνητές βρίσκονται συνεχώς αντιμέτωποι με νέες προκλήσεις. Για παράδειγμα, η πρόκληση είναι να αναπτυχθεί ένα υλικό που να μπορεί να αντέξει τον βομβαρδισμό νετρονίων, ο οποίος εκτιμάται ότι είναι 100 φορές πιο έντονος από τους συμβατικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Υπάρχουν τα ακόλουθα στάδια στην έρευνα:

1.Λειτουργία ισορροπίας ή «περάσματος».(Break-even): όταν η συνολική ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διαδικασία σύντηξης είναι ίση με τη συνολική ενέργεια που δαπανάται για την έναρξη και τη διατήρηση της αντίδρασης. Αυτή η αναλογία επισημαίνεται με το σύμβολο Q. Η ισορροπία της αντίδρασης αποδείχθηκε στο JET (Joint European Torus) στο Ηνωμένο Βασίλειο το 1997. (Έχοντας ξοδέψει 52 MW ηλεκτρικής ενέργειας για τη θέρμανσή του, στην έξοδο, οι επιστήμονες έλαβαν ισχύ 0,2 MW μεγαλύτερη από αυτή που δαπανήθηκε.)

2.Φλεγόμενο πλάσμα(Burning Plasma): Ένα ενδιάμεσο στάδιο στο οποίο η αντίδραση θα υποστηριχθεί κυρίως από σωματίδια άλφα που παράγονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης και όχι από εξωτερική θέρμανση. Q ≈ 5. Ακόμα δεν έχει επιτευχθεί.

3. Ανάφλεξη(Ανάφλεξη): Μια σταθερή αντίδραση που διατηρεί τον εαυτό της. Πρέπει να επιτυγχάνεται σε υψηλές τιμές Q. Δεν έχει επιτευχθεί ακόμη.

Το επόμενο βήμα στην έρευνα θα πρέπει να είναι το ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), International Thermonuclear Experimental Reactor. Σε αυτόν τον αντιδραστήρα, σχεδιάζεται να μελετηθεί η συμπεριφορά του πλάσματος υψηλής θερμοκρασίας (φλεγόμενο πλάσμα με Q ~ 30) και των δομικών υλικών για έναν βιομηχανικό αντιδραστήρα. Η τελική φάση της έρευνας θα είναι το DEMO: ένας πρωτότυπος βιομηχανικός αντιδραστήρας που θα επιτύχει ανάφλεξη και θα αποδείξει την πρακτική καταλληλότητα νέων υλικών. Οι πιο αισιόδοξες προβλέψεις για την ολοκλήρωση της φάσης DEMO: 30 χρόνια. Λαμβάνοντας υπόψη τον κατά προσέγγιση χρόνο κατασκευής και θέσης σε λειτουργία ενός βιομηχανικού αντιδραστήρα, μας χωρίζουν περίπου 40 χρόνια από τη βιομηχανική χρήση της θερμοπυρηνικής ενέργειας.

Υπάρχοντα τοκαμάκ

Συνολικά, κατασκευάστηκαν περίπου 300 tokamaks στον κόσμο. Τα μεγαλύτερα από αυτά παρατίθενται παρακάτω.

• ΕΣΣΔ και Ρωσία
  • Το T-3 είναι η πρώτη λειτουργική συσκευή.
  • T-4 - μια διευρυμένη έκδοση του T-3
  • Το T-7 είναι μια μοναδική εγκατάσταση, στην οποία εφαρμόστηκε για πρώτη φορά στον κόσμο ένα σχετικά μεγάλο μαγνητικό σύστημα με υπεραγώγιμο σωληνοειδές βασισμένο σε νιοβάτη κασσίτερου, που ψύχεται από υγρό ήλιο. Το κύριο καθήκον του T-7 ολοκληρώθηκε: προετοιμάστηκε η προοπτική για την επόμενη γενιά υπεραγώγιμων σωληνοειδών της θερμοπυρηνικής μηχανικής ενέργειας.
  • Το T-10 και το PLT είναι το επόμενο βήμα στον κόσμο της έρευνας σύντηξης, έχουν σχεδόν το ίδιο μέγεθος, ίση ισχύς, με τον ίδιο συντελεστή περιορισμού. Και τα αποτελέσματα που προέκυψαν είναι πανομοιότυπα: η πολυπόθητη θερμοκρασία της θερμοπυρηνικής σύντηξης έχει επιτευχθεί και στους δύο αντιδραστήρες και η υστέρηση σύμφωνα με το κριτήριο Lawson είναι μόνο διακόσιες φορές.
  • Ο T-15 είναι ο σημερινός αντιδραστήρας με ένα υπεραγώγιμο σωληνοειδές που δίνει πεδίο 3,6 T.
• Λιβύη
  • ΤΜ-4Α
• Ευρώπη και Ηνωμένο Βασίλειο
  • Το JET (Αγγλικά) (Joint Europeus Tor) είναι το μεγαλύτερο tokamak στον κόσμο, που δημιουργήθηκε από τον οργανισμό Ευρατόμ στο Ηνωμένο Βασίλειο. Χρησιμοποιεί συνδυασμένη θέρμανση: 20 MW - ουδέτερη έγχυση, 32 MW - συντονισμός ιόντων-κυκλοτρονίων. Ως αποτέλεσμα, το κριτήριο Lawson είναι μόνο 4-5 φορές χαμηλότερο από το επίπεδο ανάφλεξης.
  • Το Tore Supra (φρ.) (αγγλ.) είναι ένα τοκαμάκ με υπεραγώγιμα πηνία, ένα από τα μεγαλύτερα στον κόσμο. Βρίσκεται στο ερευνητικό κέντρο του Cadarache (Γαλλία).
• ΗΠΑ
  • TFTR (Αγγλικά) (Test Fusion Tokamak Reactor) - το μεγαλύτερο tokamak των ΗΠΑ (στο Πανεπιστήμιο Princeton) με πρόσθετη θέρμανση από γρήγορα ουδέτερα σωματίδια. Επιτεύχθηκε ένα υψηλό αποτέλεσμα: το κριτήριο Lawson σε μια πραγματική θερμοπυρηνική θερμοκρασία είναι μόνο 5,5 φορές χαμηλότερο από το όριο ανάφλεξης. Έκλεισε το 1997
  • Το NSTX (Αγγλικά) (National Spherical Torus Experiment) είναι ένα σφαιρικό tokamak (sferomak) που λειτουργεί επί του παρόντος στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον. Το πρώτο πλάσμα στον αντιδραστήρα ελήφθη το 1999, δύο χρόνια μετά το κλείσιμο του TFTR.

Σχεδόν αμέσως μετά την ανακάλυψη του δευτερίου ( εκ. ΔΕΥΤΕΡΙΟ ΚΑΙ ΒΑΡΥ ΝΕΡΟ), ξεκίνησαν οι έρευνες στη φύση για το τρίτιο, το τρίτο υπερβαρύ ισότοπο του υδρογόνου, στον πυρήνα του οποίου, εκτός από ένα πρωτόνιο, υπάρχουν και δύο νετρόνια. Ήταν προφανές στους φυσικούς ότι αν υπάρχει τρίτιο στο συνηθισμένο υδρογόνο, θα συγκεντρωθεί μαζί με το δευτέριο. Ως εκ τούτου, πολλές ομάδες ερευνητών ταυτόχρονα, που είχαν δημιουργήσει την παραγωγή βαρέος νερού ή είχαν πρόσβαση σε αυτό, ενώθηκαν στην αναζήτηση ενός νέου ισοτόπου, χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους αναζήτησης. Στη συνέχεια, διαπιστώθηκε ότι σχεδόν όλες οι μέθοδοι βασικά δεν μπορούσαν να δώσουν θετικά αποτελέσματα, καθώς δεν είχαν την απαραίτητη ευαισθησία.

Ήδη στο πρώτο έργο του G. Urey, στο οποίο ανακαλύφθηκε το δευτέριο, έγινε προσπάθεια να ανιχνευθεί το τρίτιο - με τον ίδιο ακριβώς τρόπο, σύμφωνα με τη θέση των φασματικών γραμμών που είχε προβλεφθεί εκ των προτέρων από τη θεωρία. Ωστόσο, δεν υπήρχε ούτε ένας υπαινιγμός αυτών των γραμμών στα φασματογράμματα, κάτι που, γενικά, δεν εξέπληξε τους ερευνητές. Εάν το δευτέριο στο συνηθισμένο υδρογόνο είναι μόνο τα εκατοστά του τοις εκατό, τότε είναι πιθανό να υπάρχει πολύ λιγότερο τρίτιο. Το συμπέρασμα ήταν σαφές: είναι απαραίτητο να αυξηθεί τόσο η ευαισθησία της ανάλυσης όσο και ο βαθμός εμπλουτισμού υδρογόνου στα βαριά ισότοπά του.

Στις αρχές του 1933, ο γνωστός Αμερικανός φυσικοχημικός και συγγραφέας της θεωρίας των ζευγών ηλεκτρονίων, Gilbert Lewis, μαζί με τον χημικό Frank Spedding, επανέλαβαν το πείραμα του Urey. Αυτή τη φορά, οι ερευνητές είχαν στη διάθεσή τους ένα εξαιρετικά εμπλουτισμένο δείγμα που περιείχε 67% δευτέριο. Ακόμη και μετά από έκθεση 2 λεπτών σε φασματογράφο, ένα τέτοιο δείγμα έδωσε καθαρές γραμμές δευτερίου σε μια φωτογραφική πλάκα. Αλλά και μετά από 40 ώρες έκθεσης, το σημείο στο πιάτο όπου, σύμφωνα με τη θεωρία, έπρεπε να εμφανιστούν οι γραμμές τριτίου, παρέμεινε εντελώς καθαρό. Αυτό σήμαινε ότι η περιεκτικότητα τριτίου στο συνηθισμένο υδρογόνο ήταν τουλάχιστον μικρότερη από 1:6·106, δηλ. λιγότερο από ένα άτομο 3 Η ανά 6 εκατομμύρια άτομα 1 Η. Ως εκ τούτου, προέκυψε το ακόλουθο συμπέρασμα: είναι απαραίτητο να ληφθούν ακόμη πιο συμπυκνωμένα δείγματα, δηλαδή να ηλεκτρολύσουμε όχι συνηθισμένο νερό για να συσσωρευτεί D 2 O, αλλά βαρύ νερό για να συσσωρευτεί T 2 O (ή, τουλάχιστον DTO). Στην πράξη, αυτό σήμαινε ότι το αρχικό βαρύ νερό έπρεπε να ληφθεί όσο το συνηθισμένο νερό είχε προηγουμένως ληφθεί για να ληφθεί βαρύ νερό!

Μετά τις αποτυχίες των φασματοσκοπητών, ειδικοί στη φασματομετρία μάζας συμμετείχαν στην έρευνα. Αυτή η εξαιρετικά ευαίσθητη μέθοδος καθιστά δυνατή την ανάλυση μικροσκοπικών ποσοτήτων ύλης με τη μορφή ιόντων. Για πειράματα, το νερό συμπυκνώθηκε 225 χιλιάδες φορές. Οι ερευνητές ήλπιζαν να βρουν ιόντα (DT) + με μάζα 5. Βρέθηκαν ιόντα με αυτή τη μάζα, αλλά αποδείχθηκε ότι ανήκουν σε τριατομικά σωματίδια (HDD) +, χωρίς καμία συμμετοχή τριτίου. Έγινε προφανές ότι το τρίτιο, αν υπάρχει στη φύση, είναι πολύ λιγότερο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως: όχι περισσότερο από 1:5 10 8, δηλαδή ήδη 1 T άτομο ανά 500 εκατομμύρια άτομα H!

Σύνθεση τριτίου.

Ενώ οι φασματογράφοι και τα φασματόμετρα μάζας δημοσίευαν η μία μετά την άλλη αναφορές για το τρίτιο, οι οποίες αποδείχθηκαν όλες ψευδείς, το τρίτιο ελήφθη τεχνητά. Συνέβη στο εργαστήριο του πατριάρχη πυρηνική φυσικήΕρνστ Ράδερφορντ. Τον Μάρτιο του 1934, ένα μικρό σημείωμα υπογεγραμμένο από τους M.L. Oliphant, P. Hartek και Rutherford δημοσιεύτηκε στο αγγλικό περιοδικό Nature (Nature), υπογεγραμμένο από τον Λόρδο Rutherford (το επώνυμο του Λόρδου Rutherford δεν απαιτούσε αρχικά κατά τη δημοσίευση!). Παρά τον λιτό τίτλο του σημειώματος: Φαινόμενο μεταστοιχείωσης που λαμβάνεται με βαρύ υδρογόνο, ενημέρωσε τον κόσμο για ένα σημαντικό επίτευγμα - την παραλαβή του τρίτου ισοτόπου υδρογόνου. Συν-συγγραφείς του έργου ήταν ο νεαρός Αυστραλός Mark Lawrence Oliphant και ο Αυστριακός Paul Harteck. Και αν ο Oliphant αργότερα έγινε ακαδημαϊκός και διευθυντής του Ινστιτούτου Φυσικής του Πανεπιστημίου της Καμπέρα, τότε η μοίρα του Χάρτεκ ήταν διαφορετική. Κατανοώντας με έναν περίεργο τρόπο το καθήκον του απέναντι στη γερμανική επιστήμη, το 1934 αποφάσισε να επιστρέψει στη Γερμανία και να εργαστεί για το ναζιστικό καθεστώς. Το 1939, έγραψε μια επιστολή στις ανώτατες στρατιωτικές αρχές στη Γερμανία σχετικά με τη δυνατότητα δημιουργίας ενός ατομικού όπλου και στη συνέχεια προσπάθησε να φτιάξει ένα σωρό ουρανίου - ευτυχώς, χωρίς επιτυχία.

Το 1933 ο G.Lewis από το Berkeley επισκέφτηκε το εργαστήριο στο Cambridge και παρουσίασε στον Rutherford τρεις μικροσκοπικές γυάλινες αμπούλες με σχεδόν καθαρό βαρύ νερό. Ο συνολικός όγκος τους ήταν μόνο 0,5 ml. Ο Oliphant έλαβε λίγο καθαρό δευτέριο από αυτό το νερό, το οποίο χρησίμευε για να ληφθούν δέσμες ιόντων D+, οι οποίες επιταχύνονταν στον σωλήνα εκκένωσης σε υψηλές ενέργειες. Και ο Harteck συνέθεσε ενώσεις στις οποίες τα άτομα υδρογόνου αντικαταστάθηκαν εν μέρει από άτομα δευτερίου. Με αυτόν τον τρόπο, ελήφθησαν αμελητέες ποσότητες «σταθμισμένου» χλωριούχου αμμωνίου με αντιδράσεις ανταλλαγής NH 4 Cl + D 2 O NH 3 DCl + HDO, NH 3 DCl + D 2 O NH 2 D 2 Cl + HDO, κ.λπ. Όταν το δευτεριωμένο χλωριούχο αμμώνιο βομβαρδίστηκε με διεσπαρμένα ιόντα D+, παρατηρήθηκε μια πολύ έντονη ροή νέων σωματιδίων. Όπως αποδείχθηκε, αυτοί ήταν οι πυρήνες ενός νέου ισοτόπου υδρογόνου - τριτίου (ονομάστηκαν τρίτωνα). Έγινε επίσης προφανές ότι για πρώτη φορά στην ιστορία ήταν δυνατή η παρατήρηση της πυρηνικής σύντηξης: δύο άτομα δευτερίου, συγχωνεύοντας μαζί, σχημάτισαν έναν ασταθή πυρήνα ηλίου-4, ο οποίος στη συνέχεια διασπάστηκε με το σχηματισμό τριτίου και ενός πρωτονίου: 4 He ® 3 H + 1 H.

Την ίδια χρονιά, ο Ράδερφορντ παρουσίαζε ήδη νέους πυρηνικούς μετασχηματισμούς στις διαλέξεις του: ένας μετρητής σωματιδίων συνδέθηκε μέσω ενός ενισχυτή σε ένα μεγάφωνο, έτσι ώστε να ακούγονταν δυνατά κλικ στο κοινό, τα οποία γίνονταν όλο και πιο συχνά καθώς η τάση στην εκφόρτιση. σωλήνας αυξήθηκε. Ταυτόχρονα, για κάθε εκατομμύριο "κελύφη" δευτερίου που έπληξαν τον στόχο, ελήφθη ένα άτομο τριτίου - αυτό είναι πολύ για πυρηνικές αντιδράσεις αυτού του τύπου.

Έτσι, το πρώτο τρίτιο ελήφθη τεχνητά, ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων. Το ζήτημα της ύπαρξής του στη φύση παρέμενε ανοιχτό. Η τεχνητή σύνθεση τριτίου στο Κέμπριτζ ενθάρρυνε μόνο τους ερευνητές που συγκέντρωσαν το βαρύ νερό σε όλο και μεγαλύτερη κλίμακα με την ελπίδα να βρουν τρίτιο σε μια φυσική πηγή. Έτσι, φυσικοί και χημικοί από το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, έχοντας ενώσει τις δυνάμεις τους, το 1935 υπέβαλαν σε ηλεκτρόλυση ήδη 75 τόνους νερού - σχεδόν δύο σιδηροδρομικές δεξαμενές! Ως αποτέλεσμα τιτανικών προσπαθειών, ελήφθη μια μικροσκοπική αμπούλα με το υπόλοιπο εμπλουτισμένο νερό με όγκο μόνο 0,5 ml. Ήταν μια συγκέντρωση ρεκόρ - 150 εκατομμύρια φορές! Η φασματική ανάλυση μάζας αυτού του υπολείμματος δεν έδωσε τίποτα νέο - το φάσμα εξακολουθούσε να περιέχει μια κορυφή που αντιστοιχεί σε μάζα 5, η οποία αποδόθηκε στα ιόντα (DT) + και μια εκτίμηση της περιεκτικότητας σε τρίτιο στη φύση, λαμβάνοντας υπόψη τεράστια συγκέντρωση, έδωσε την αναλογία T:H ~ 7: 10 10, δηλαδή όχι περισσότερο από ένα άτομο Τ ανά 70 δισεκατομμύρια άτομα Η.

Έτσι, για να ανιχνευθεί το τρίτιο, ήταν απαραίτητο να αυξηθεί περαιτέρω ο βαθμός συγκέντρωσης του νερού. Αυτό όμως απαιτούσε ήδη τεράστιο κόστος. Ο ίδιος ο Ρόδερφορντ συμμετείχε στην επίλυση του προβλήματος. Χρησιμοποιώντας την τεράστια εξουσία του, έκανε ένα προσωπικό αίτημα στους Νορβηγούς να πραγματοποιήσουν ένα πείραμα άνευ προηγουμένου σε κλίμακα: θα έπαιρναν βαρύ νερό συγκεντρώνοντας το συνηθισμένο νερό ένα δισεκατομμύριο φορές! Αρχικά, 13.000 τόνοι συνηθισμένου νερού υποβλήθηκαν σε ηλεκτρόλυση, από τα οποία προέκυψαν 43,4 kg βαρέος νερού με περιεκτικότητα σε D 2 O 99,2%. Περαιτέρω, αυτή η ποσότητα μειώθηκε στα 11 ml με ηλεκτρόλυση σχεδόν 10 μηνών. Οι συνθήκες ηλεκτρόλυσης επιλέχθηκαν για να ευνοήσουν τη συγκέντρωση του αναμενόμενου τριτίου. Έτσι, από 13 χιλιάδες τόνους νερού (που είναι 5 τρένα με 50 δεξαμενές το καθένα!) προέκυψε μόνο ένας δοκιμαστικός σωλήνας εμπλουτισμένου νερού. Ο κόσμος δεν γνώρισε ποτέ τέτοια μεγαλεπήβολα πειράματα!

Προέκυψε το πρόβλημα του καλύτερου τρόπου αντιμετώπισης αυτού του πολύτιμου δείγματος. Πιθανώς το μόνο άτομο στον κόσμο που μπόρεσε να διακρίνει άμεσα σε ένα φασματόμετρο μάζας ιόντα πολύ κοντά σε μάζα (DT) + και ιόντα που «καλύπτουν» όπως αυτά (DDH) + ήταν ο νομπελίστας F. W. Aston, ένας εξαιρετικός ειδικός στον τομέα φασματομετρικής ανάλυσης μάζας. Ήταν αυτός που αποφάσισε να δώσει το δείγμα για ανάλυση. Το αποτέλεσμα ήταν αποθαρρυντικό: δεν υπήρχε ίχνος παρουσίας ιόντων DT +! Συνεπώς, η αναλογία Τ:Η μειώθηκε σε 1:10 12 . Έγινε προφανές ότι αν το τρίτιο υπάρχει σε φυσικές πηγές, είναι σε τόσο αμελητέες ποσότητες που η απομόνωσή του από αυτές συνδέεται με απίστευτες, αν και καθόλου ανυπέρβλητες δυσκολίες.

Ανίχνευση φυσικού τριτίου.

Μπορεί το τρίτιο να είναι ραδιενεργό; Ήδη ο Ράδερφορντ, μετά την αποτυχία, με τη μεγαλειώδη εμπειρία του, δεν απέκλεισε ένα τέτοιο ενδεχόμενο. Οι υπολογισμοί είπαν επίσης ότι ο πυρήνας του τριτίου πρέπει να είναι ασταθής και, επομένως, να είναι ραδιενεργός. Ήταν ακριβώς η ραδιενέργεια του τριτίου με σχετικά μικρή διάρκεια ζωής που θα μπορούσε να εξηγήσει τις αμελητέες ποσότητες του στη φύση. Πράγματι, η ραδιενέργεια στο τρίτιο ανακαλύφθηκε σύντομα πειραματικά. Φυσικά, ελήφθη τεχνητά τρίτιο. Μέσα σε 5 μήνες δεν υπήρξε αξιοσημείωτη μείωση της ραδιενέργειας. Από αυτό προέκυψε, λαμβάνοντας υπόψη την ακρίβεια των πειραμάτων, ότι ο χρόνος ημιζωής του τριτίου δεν είναι μικρότερος από 10 χρόνια. Οι σύγχρονες μετρήσεις δίνουν χρόνο ημιζωής τριτίου 12.262 χρόνια.

Όταν διασπάται, το τρίτιο εκπέμπει σωματίδια βήτα, μετατρέποντας σε ήλιο-3. Η ενέργεια ακτινοβολίας του τριτίου είναι τόσο μικρή που δεν μπορεί να περάσει ούτε από το λεπτό τοίχωμα ενός μετρητή Geiger. Επομένως, το αέριο που αναλύεται για την παρουσία τριτίου πρέπει να εκτοξεύεται στον πάγκο. Από την άλλη, η χαμηλή ενέργεια ακτινοβολίας έχει τα πλεονεκτήματά της - δεν είναι επικίνδυνο να δουλεύεις με ενώσεις τριτίου (αν είναι μη πτητικές): οι ακτίνες βήτα που εκπέμπονται από αυτήν περνούν μόνο μερικά χιλιοστά στον αέρα.

Απαιτήθηκαν σημαντικές ποσότητες τριτίου για την ανάπτυξη μεθόδων για την ανάλυση του τριτίου. Επομένως, άρχισαν να εμφανίζονται νέοι τρόποι σύνθεσής του, για παράδειγμα, 9 Be + 2 H ® 8 Be + 3 H, 6 Li + 1 n ® 4 He + 3 H και άλλα. Και η ακρίβεια της ανάλυσης έχει αυξηθεί τρομερά. Κατέστη δυνατή, για παράδειγμα, η ανάλυση δειγμάτων στα οποία υπήρχε μόνο μία διάσπαση ενός ατόμου τριτίου ανά δευτερόλεπτο - ένα τέτοιο δείγμα τριτίου περιέχει λιγότερα από 10–15 mol! Οι φυσικοί είχαν τώρα στα χέρια τους μια εξαιρετικά ευαίσθητη μέθοδο ανάλυσης - στα προπολεμικά χρόνια, ήταν περίπου ένα εκατομμύριο φορές πιο ευαίσθητη από τη φασματομετρία μάζας. Είναι καιρός να επιστρέψουμε στην αναζήτηση τριτίου σε φυσικές πηγές.

Το τρίτιο στη φύση.

Το 1946, μια γνωστή αρχή στον τομέα της πυρηνικής φυσικής, ο νικητής του βραβείου Νόμπελ W. F. Libby, πρότεινε ότι το τρίτιο σχηματίζεται συνεχώς ως αποτέλεσμα των πυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα. Οι πρώτες μετρήσεις της ραδιενέργειας του φυσικού υδρογόνου, αν και ανεπιτυχείς, έδειξαν ότι η αναλογία H:T είναι 5 τάξεις μεγέθους μικρότερη από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως και δεν είναι μεγαλύτερη από 1:10 17 . Έγινε προφανές ότι ήταν αδύνατο να ανιχνευθεί το τρίτιο με φασματομετρία μάζας ακόμη και στους υψηλότερους εμπλουτισμούς: στις αρχές της δεκαετίας του 1950, τα φασματόμετρα μάζας επέτρεψαν τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων των προσμίξεων στην περιεκτικότητά τους τουλάχιστον 10-4%.

Το 1951, μια ομάδα Αμερικανών φυσικών από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο, με τη συμμετοχή του W. Libby, έβγαλε μια αποθηκευμένη αμπούλα "Rutherford" με 11 ml υπερεμπλουτισμένου βαρέος νερού, στην οποία η Aston είχε προσπαθήσει κάποτε να ανιχνεύσει το τρίτιο με φασματομετρία μάζας. Και παρόλο που είχε περάσει μιάμιση δεκαετία από την απομόνωση αυτού του δείγματος από το φυσικό νερό και παρέμεινε λιγότερο από το μισό τρίτιο που περιείχε, το αποτέλεσμα δεν άργησε να έρθει: το βαρύ νερό ήταν ραδιενεργό! Η μετρούμενη δραστηριότητα, λαμβάνοντας υπόψη τον εμπλουτισμό κατά την παραλαβή του δείγματος, αντιστοιχούσε στη φυσική περιεκτικότητα τριτίου 1:10 18 .

Για να ασφαλιστούμε από ένα πιθανό λάθος, αποφασίσαμε να επαναλάβουμε τα πάντα από την αρχή, ακολουθώντας προσεκτικά κάθε βήμα αυτού του αποφασιστικού πειράματος. Οι συγγραφείς ζήτησαν από τη νορβηγική εταιρεία να ετοιμάσει μερικά ακόμη εμπλουτισμένα δείγματα νερού. Το νερό ελήφθη από μια ορεινή λίμνη στη βόρεια Νορβηγία τον Ιανουάριο του 1948. Από αυτήν, λήφθηκαν 15 ml βαρέος νερού με ηλεκτρολυτική συγκέντρωση. Αποστάχθηκε και αντέδρασε με οξείδιο του ασβεστίου: CaO + D 2 O ® Ca(OD) 2 . Το δευτέριο ελήφθη από δευτεροξείδιο του ασβεστίου με αναγωγή με ψευδάργυρο σε θερμή θερμοκρασία: Ca(OD)2 + Zn® CaZnO2 + D2. Η φασματομετρική ανάλυση μάζας έδειξε ότι ελήφθη το πιο καθαρό δευτέριο, το οποίο εκτοξεύτηκε σε μετρητή Geiger για να μετρηθεί η ραδιενέργεια του. Το αέριο αποδείχθηκε ραδιενεργό, πράγμα που σήμαινε ότι το νερό από το οποίο απομονώθηκε το δευτέριο περιείχε τρίτιο. Ομοίως, αρκετά ακόμη δείγματα παρασκευάστηκαν και αναλύθηκαν προκειμένου να διευκρινιστεί πόσο τρίτιο περιέχεται στην πραγματικότητα στο φυσικό υδρογόνο.

Η εξαιρετική πληρότητα της εργασίας δεν άφησε καμία αμφιβολία για τα αποτελέσματα που επιτεύχθηκαν. Αλλά ένα χρόνο πριν από το τέλος αυτής της εργασίας, δημοσιεύτηκε ένα άρθρο του F. Faltings και του ίδιου P. Hartek από το Ινστιτούτο Φυσικής και Χημείας του Πανεπιστημίου του Αμβούργου, στο οποίο ανέφεραν την ανακάλυψη τριτίου στο ατμοσφαιρικό υδρογόνο. Έτσι, ο Harteck συμμετείχε δύο φορές στην ανακάλυψη του τριτίου: πρώτα - τεχνητό και μετά από 16 χρόνια - φυσικό.

Ο αέρας δεν είναι η πλουσιότερη πηγή υδρογόνου - περιέχει μόνο 0,00005% (στο επίπεδο της θάλασσας). Ως εκ τούτου, με εντολή Γερμανών φυσικών, η εταιρεία Linde επεξεργάστηκε εκατό χιλιάδες κυβικά μέτρα αέρα, από τα οποία απομονώθηκε υδρογόνο με υγροποίηση και ανόρθωση και ελήφθησαν 80 g νερού από αυτό με οξείδωση σε οξείδιο του χαλκού. Με τη βοήθεια της ηλεκτρόλυσης, αυτό το νερό συμπυκνώθηκε αρκετές δεκάδες φορές, στη συνέχεια το καρβίδιο του ασβεστίου «σβήστηκε» από αυτό: CaC 2 + 2H 2 O ® Ca (OH) 2 + C 2 H 2, και η ακετυλίνη υδρογονώθηκε με το υπόλοιπο υδρογόνο σε αιθάνιο: C 2 H 2 + 2H 2 ® C 2 H 6 . Το προκύπτον αιθάνιο, στο οποίο μεταφέρθηκε όλο το αρχικό τρίτιο, στη συνέχεια αναλύθηκε για ραδιενέργεια. Ο υπολογισμός έδειξε ότι υπάρχει εξαιρετικά λίγο τρίτιο στον αέρα (με τη μορφή μορίων NT): σε 20 κυβικά μέτρα. cm αέρα περιέχει ένα μόριο τριτίου, δηλ. σε ολόκληρη την ατμόσφαιρα θα έπρεπε να είναι μόνο ... 1 mol ή 3 γρ. Ωστόσο, αν λάβουμε υπόψη ότι υπάρχει εξαιρετικά λίγο υδρογόνο στον αέρα, αποδεικνύεται ότι το μοριακό υδρογόνο της ατμόσφαιρας είναι εμπλουτισμένο με τρίτιο 10.000 φορές περισσότερο από το υδρογόνο στο νερό της βροχής. Από αυτό προέκυψε ότι το ελεύθερο και δεσμευμένο υδρογόνο στην ατμόσφαιρα έχουν διαφορετική προέλευση. Ο υπολογισμός έδειξε επίσης ότι σε όλες τις δεξαμενές της Γης το τρίτιο περιέχει μόνο 100 κιλά.

Η τιμή που ελήφθη στο Σικάγο για την περιεκτικότητα σε τρίτιο στο νερό (H:T = 1:10 18) έχει γίνει γενικά αποδεκτή. Ένα τέτοιο περιεχόμενο ατόμων τριτίου έλαβε ακόμη και ένα ειδικό όνομα - "μονάδα τριτίου" (TE). 1 λίτρο νερού περιέχει κατά μέσο όρο 3,2 10 -10 g τρίτιο, 1 λίτρο αέρα περιέχει 1,6 10 -14 g (σε απόλυτη υγρασία 10 mg/l). Το τρίτιο σχηματίζεται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας με τη συμμετοχή κοσμικής ακτινοβολίας με ταχύτητα 1200 ατόμων ανά δευτερόλεπτο ανά 1 m 2 της επιφάνειας της γης. Έτσι, για χιλιάδες χρόνια, η περιεκτικότητα σε τρίτιο στη φύση ήταν σχεδόν σταθερή - ο συνεχής σχηματισμός του στην ατμόσφαιρα αντισταθμιζόταν από τη φυσική αποσύνθεση. Ωστόσο, από το 1954 (αρχή δοκιμών θερμοπυρηνικών βομβών), η κατάσταση έχει αλλάξει δραματικά και η περιεκτικότητα σε τρίτιο στο νερό της βροχής έχει αυξηθεί χιλιάδες φορές. Και αυτό δεν προκαλεί έκπληξη: η έκρηξη μιας βόμβας υδρογόνου χωρητικότητας 1 μεγατόνων (Mt) οδηγεί στην απελευθέρωση 0,7 έως 2 κιλών τριτίου. Η συνολική ισχύς των εκρήξεων αέρα ήταν για το 1945-1962. 406 Mt, και έδαφος - 104 Mt. Την ίδια στιγμή, η συνολική ποσότητα τριτίου που εισήλθε στη βιόσφαιρα ως αποτέλεσμα δοκιμών ανήλθε σε εκατοντάδες κιλά! Μετά τη διακοπή των δοκιμών εδάφους, τα επίπεδα τριτίου άρχισαν να μειώνονται. ΣΕ τα τελευταία χρόνιαΗ κύρια πηγή τεχνογενούς τριτίου στο περιβάλλον έχουν γίνει οι πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, οι οποίοι εκπέμπουν ετησίως αρκετές δεκάδες κιλά τριτίου.

Οι σύγχρονες ραδιοχημικές μέθοδοι καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό με μεγάλη ακρίβεια της περιεκτικότητας σε τρίτιο σε ένα σχετικά σε μεγάλους αριθμούςνερό που λαμβάνεται από τη μια ή την άλλη πηγή. Σε τι χρησιμεύει; Αποδεικνύεται ότι το ραδιενεργό τρίτιο με πολύ βολική διάρκεια ζωής -λίγο πάνω από 10 χρόνια- μπορεί να παρέχει πολλές πολύτιμες πληροφορίες. Ο W. Libby ονόμασε το τρίτιο "ραδιοϋδρογόνο", κατ' αναλογία με τον ραδιοάνθρακα. Το τρίτιο μπορεί να χρησιμεύσει ως εξαιρετική ετικέτα για τη μελέτη διαφόρων φυσικών διεργασιών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ηλικίας φυτικών προϊόντων, όπως κρασιά (εάν δεν είναι άνω των 30 ετών), καθώς τα σταφύλια απορροφούν τρίτιο από το νερό του εδάφους και μετά τη συγκομιδή, η περιεκτικότητα σε τρίτιο στον χυμό σταφυλιών αρχίζει να μειώνεται γνωστό ποσοστό. Ο ίδιος ο Λίμπι έκανε πολλές τέτοιες αναλύσεις, επεξεργάζοντας εκατοντάδες λίτρα διαφόρων κρασιών που του προμήθευαν οινοποιοί από διαφορετικές περιοχές. Η ανάλυση του ατμοσφαιρικού τριτίου παρέχει πολύτιμες πληροφορίες για τις κοσμικές ακτίνες. Και το τρίτιο στα ιζηματογενή πετρώματα μπορεί να υποδηλώνει την κίνηση του αέρα και της υγρασίας στη Γη.

Οι πλουσιότερες φυσικές πηγές τριτίου είναι η βροχή και το χιόνι, αφού σχεδόν όλο το τρίτιο που σχηματίζεται υπό τη δράση των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα περνά στο νερό. Η ένταση της κοσμικής ακτινοβολίας ποικίλλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, επομένως η βροχόπτωση, για παράδειγμα, στην κεντρική Ρωσία μεταφέρει πολλές φορές περισσότερο τρίτιο από τις τροπικές βροχές. Και υπάρχει πολύ λίγο τρίτιο στις βροχές που πέφτουν πάνω από τον ωκεανό, αφού η πηγή τους είναι βασικά το ίδιο νερό του ωκεανού, και δεν υπάρχει πολύ τρίτιο. Είναι σαφές ότι ο βαθύς πάγος της Γροιλανδίας ή της Ανταρκτικής δεν περιέχει καθόλου τρίτιο - έχει από καιρό αποσυντεθεί εντελώς εκεί. Γνωρίζοντας τον ρυθμό σχηματισμού του τριτίου στην ατμόσφαιρα, είναι δυνατό να υπολογίσουμε πόσο καιρό υπάρχει υγρασία στον αέρα - από τη στιγμή που εξατμίζεται από την επιφάνεια έως την πτώση με τη μορφή βροχής ή χιονιού. Αποδείχθηκε ότι, για παράδειγμα, στον αέρα πάνω από τον ωκεανό, αυτή η περίοδος είναι κατά μέσο όρο 9 ημέρες.

Τα αποθέματα φυσικού τριτίου είναι αμελητέα. Επομένως, όλο το τρίτιο που χρησιμοποιείται για διάφορους σκοπούς λαμβάνεται τεχνητά με ακτινοβολία λιθίου με νετρόνια. Ως αποτέλεσμα, κατέστη δυνατή η λήψη σημαντικών ποσοτήτων καθαρού τριτίου και η μελέτη των ιδιοτήτων του, καθώς και των ιδιοτήτων των ενώσεων του. Έτσι, το υπερβαρύ νερό T 2 O έχει πυκνότητα 1,21459 g / cm 3. Το συνθετικό τρίτιο είναι σχετικά φθηνό και χρησιμοποιείται σε επιστημονική έρευνακαι στη βιομηχανία. Τα φωτεινά χρώματα τριτίου, τα οποία εφαρμόζονται σε ζυγαριές οργάνων, έχουν βρει ευρεία εφαρμογή. Αυτές οι ελαφριές συνθέσεις είναι λιγότερο επικίνδυνες από την άποψη της ακτινοβολίας από τις παραδοσιακές συνθέσεις με ράδιο. Για παράδειγμα, ο θειούχος ψευδάργυρος που περιέχει μια μικρή ποσότητα ενώσεων τριτίου (περίπου 0,03 mg ανά 1 g ελαφριάς σύνθεσης) εκπέμπει συνεχώς πράσινο φως. Τέτοιες μόνιμες ελαφριές συνθέσεις χρησιμοποιούνται για την κατασκευή δεικτών, ζυγών οργάνων κ.λπ. Για την παραγωγή τους ξοδεύονται ετησίως εκατοντάδες γραμμάρια τριτίου.

Το τρίτιο υπάρχει επίσης στο ανθρώπινο σώμα. Εισέρχεται με τροφή, με εισπνεόμενο αέρα και μέσω του δέρματος (12%). Είναι ενδιαφέρον ότι το αέριο T 2 είναι 500 φορές λιγότερο τοξικό από το υπερβαρύ νερό T 2 O. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι το μοριακό τρίτιο, που εισέρχεται στους πνεύμονες με τον αέρα, στη συνέχεια απεκκρίνεται γρήγορα (σε περίπου 3 λεπτά) από το σώμα, το νερό παραμένει για 10 ημέρες και καταφέρνει να του μεταφέρει σημαντική δόση ακτινοβολίας σε αυτό το διάστημα. Κατά μέσο όρο, το ανθρώπινο σώμα περιέχει 5·10 -12 g τριτίου, το οποίο συνεισφέρει 0,13 mrem στη συνολική ετήσια δόση έκθεσης (αυτή είναι εκατοντάδες φορές μικρότερη από την έκθεση από άλλες πηγές ακτινοβολίας). Είναι ενδιαφέρον ότι οι άνθρωποι που φορούν ρολόγια στα οποία οι δείκτες και οι αριθμοί είναι επικαλυμμένοι με φώσφορο τριτίου, η περιεκτικότητα σε τρίτιο στο σώμα είναι 5 φορές υψηλότερη από τον μέσο όρο.

Και όμως το τρίτιο είναι ένα από τα κύρια συστατικά του εκρηκτικού των θερμοπυρηνικών βομβών (υδρογόνου) και είναι επίσης πολλά υποσχόμενο για μια ελεγχόμενη θερμοπυρηνική αντίδραση σύμφωνα με το σχήμα D + T > 4 He + n.

Ilya Leenson

Γνωρίζετε εγκαταστάσεις για την παρασκευή λιωμένου νερού, οι οποίες είναι 100 τοις εκατό. εξουδετερώσει (ή πιο κοντά) την περιεκτικότητα σε δευτέριο και τρίτιο; Με ενδιέφερε επίσης η εγκατάσταση του Μουράτοφ, δυστυχώς οι συντεταγμένες του δεν αναγράφονται στον ιστότοπό σας.

Με εκτίμηση, Σεργκέι

Γεια σου Σεργκέι!

Τέτοιες τεχνολογίες για βαθύ 100% καθαρισμό του νερού από δευτέριο και τρίτιο δεν υπάρχουν ακόμη. Οι υπάρχουσες τεχνολογίες για τον καθαρισμό του νερού από βαριά ισότοπα καθιστούν δυνατό τον καθαρισμό του κατά 70-90% από δευτέριο και τρίτιο. Το ίδιο το συνηθισμένο πόσιμο νερό είναι μόνο κατά 99,7% ελαφρύ νερό, τα μόρια του οποίου σχηματίζονται από ελαφρά άτομα υδρογόνου και οξυγόνου. Ως ακαθαρσία σε οποιοδήποτε φυσικό νερό υπάρχει και το βαρύ νερό, που στην καθαρή του μορφή είναι δηλητήριο για όλα τα έμβια όντα.

Βαρύ νερό(οξείδιο του δευτερίου) - έχει τον ίδιο χημικό τύπο με το συνηθισμένο νερό, αλλά αντί για άτομα υδρογόνου περιέχει δύο βαρέα ισότοπα υδρογόνου - άτομα δευτερίου. Ο τύπος του βαρέος υδρογόνου νερού συνήθως γράφεται ως: D 2 O ή 2 H 2 O. Εξωτερικά, το βαρύ νερό μοιάζει με συνηθισμένο - ένα άχρωμο υγρό χωρίς γεύση και οσμή, αλλά στις φυσικοχημικές του ιδιότητες και στις αρνητικές του επιπτώσεις στο σώμα, βαρύ νερό είναι πολύ διαφορετικό από το ελαφρύ νερό.

ελαφρύ νερόΑυτό είναι νερό που καθαρίζεται από βαρύ νερό. Ένα ισότοπο υδρογόνου, το δευτέριο, που χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός «επιπλέον» νετρονίου στον πυρήνα, μπορεί να σχηματίσει ένα μόριο νερού με οξυγόνο. Ένα τέτοιο νερό, στο μόριο του οποίου ένα άτομο υδρογόνου αντικαθίσταται από ένα άτομο δευτερίου, ονομάζεται βαρύ. Η περιεκτικότητα σε δευτέριο σε διάφορα φυσικά νερά είναι πολύ άνιση. Μπορεί να ποικίλλει από 0,03% (σε σχέση με τον συνολικό αριθμό των ατόμων υδρογόνου) - αυτό είναι νερό από πάγο της Ανταρκτικής, το ελαφρύτερο φυσικό νερό - περιέχει 1,5 φορές λιγότερο δευτέριο από το θαλασσινό νερό. Το λιωμένο χιόνι και τα νερά των παγετώνων στα βουνά και σε ορισμένες άλλες περιοχές της Γης περιέχουν επίσης λιγότερο βαρύ νερό από αυτό που πίνουμε συνήθως.

Ένας τόνος νερού ποταμού περιέχει 15 g βαρέος νερού σε ποσοστό 0,015%. Για 70 χρόνια κατανάλωσης 3 λτ πόσιμο νερόπερίπου 80 τόνοι νερού που περιέχει 10-12 κιλά δευτερίου και σημαντική ποσότητα ισοτόπων υδρογόνου που συσχετίζονται με αυτό - τρίτιο 3 Η και οξυγόνο 18 Ο θα περνούν από το ανθρώπινο σώμα την ημέρα.

Τρίτιο- ένα βήτα ραδιενεργό στοιχείο με χρόνο ημιζωής 12,26 χρόνια. Σχηματίζεται υπό τη δράση της σκληρής ακτινοβολίας ραδιοφώνου και νετρονίων στους αντιδραστήρες. Υπό επίγειες συνθήκες, το τρίτιο προέρχεται από τα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας, όπου λαμβάνουν χώρα φυσικές πυρηνικές αντιδράσεις. Είναι ένα από τα προϊόντα του βομβαρδισμού ατόμων αζώτου από νετρόνια κοσμικής ακτινοβολίας. Κάθε λεπτό, 8-9 άτομα τριτίου πέφτουν σε κάθε τετραγωνικό εκατοστό της επιφάνειας της γης.

Σε μικρές ποσότητες, υπερβαρύ νερό (τρίτιο) πέφτει στη Γη ως μέρος της βροχόπτωσης. Σε ολόκληρη την υδρόσφαιρα, υπάρχουν μόνο περίπου 20 kg T 2 0 ταυτόχρονα.

νερό τριτίουκατανέμεται άνισα: στα ηπειρωτικά ύδατα είναι περισσότερο από ό,τι στους ωκεανούς. υπάρχει περισσότερο στα πολικά νερά των ωκεανών παρά στα ισημερινά. Όσον αφορά τις ιδιότητές του, το υπερβαρύ νερό διαφέρει ακόμη πιο αισθητά από το συνηθισμένο νερό: βράζει στους 104°C, παγώνει στους 4...9°C και έχει πυκνότητα 1,33 g/cm 3 .

Ο κατάλογος των ισοτόπων του υδρογόνου δεν τελειώνει με το τρίτιο. Βαρύτερα ισότοπα 4 Η και 5 Η, επίσης ραδιενεργά, έχουν επίσης ληφθεί τεχνητά.

H 2 6 ΕΠΙ 2 17 ΕΠΙ 2 18 Ω HD 16 Ω HD 17 Ω HD 18 Ο, Δ 2 16 Ο, Δ 2 17 Ο, Δ 2 18 Ω

Έτσι, είναι δυνατή η ύπαρξη μορίων νερού που περιέχουν οποιοδήποτε από τα πέντε ισότοπα υδρογόνου σε οποιονδήποτε συνδυασμό.

Αυτό δεν εξαντλεί την πολυπλοκότητα της ισοτοπικής σύνθεσης του νερού. Υπάρχουν επίσης ισότοπα οξυγόνου. ΣΕ περιοδικό σύστημα χημικά στοιχεία DI. Ο Mendeleev απαριθμεί το γνωστό οξυγόνο 16 O. Υπάρχουν δύο ακόμη φυσικά ισότοπα οξυγόνου - 17 O και 18 O. Στα φυσικά νερά, κατά μέσο όρο, για κάθε 10 χιλιάδες άτομα του ισοτόπου 16 O, υπάρχουν 4 άτομα του 17 O ισότοπο και 20 άτομα του ισοτόπου 18 Ο.

Με φυσικές ιδιότητες πολύ οξυγονωμένο νερόΤο 1 H 2 18 O διαφέρει λιγότερο από το συνηθισμένο από το βαρύ υδρογόνο. Βρίσκεται στο συνηθισμένο πόσιμο νερό σε πολύ υψηλότερη συγκέντρωση από το βαρύ νερό - περίπου 0,1%. Λαμβάνεται κυρίως με απόσταξη φυσικού νερού και χρησιμοποιείται για ισοτοπικές μελέτες του μεταβολισμού.

Εκτός από τα φυσικά, υπάρχουν έξι τεχνητά δημιουργημένα ισότοπα οξυγόνου. Όπως τα τεχνητά ισότοπα υδρογόνου, είναι βραχύβια και ραδιενεργά. Από αυτά: 13 O, 14 O και 15 O είναι ελαφριά, 19 O και 20 O είναι βαριά και το υπερβαρύ ισότοπο 24 O ελήφθη το 1970.

Η ύπαρξη πέντε ισοτόπων υδρογόνου και εννέα ισοτόπων οξυγόνου υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχουν 135 ισοτοπικές ποικιλίες νερού.Οι πιο κοινές στη φύση είναι 9 σταθερές ποικιλίες νερού. Ο κύριος όγκος του φυσικού νερού -πάνω από 99% - είναι νερό πρωτίου- 1 H 2 16 O. Υπάρχουν πολύ λιγότερο οξυγονωμένα νερά: 1 H 2 18 O - δέκατα του τοις εκατό. 1 H 2 17 O - τα εκατοστά της συνολικής ποσότητας φυσικών νερών. Μόνο το εκατομμυριοστό του τοις εκατό είναι βαρύ νερό D 2 O, αλλά τα φυσικά νερά περιέχουν ήδη μια αξιοσημείωτη ποσότητα με τη μορφή 1 HDO βαρέος νερού.

Ακόμη πιο σπάνιο από το D 2 O, υπάρχουν επίσης εννέα ραδιενεργοί φυσικοί τύποι νερού που περιέχουν τρίτιο.

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη το κλασικό νερό νερό πρωτίου 1 H 2 16 O στην καθαρή του μορφή, δηλαδή χωρίς τις παραμικρές ακαθαρσίες από τις υπόλοιπες 134 ισοτοπικές ποικιλίες. Και παρόλο που η περιεκτικότητα σε νερό πρωτίου στη φύση υπερβαίνει σημαντικά την περιεκτικότητα όλων των άλλων ειδών μαζί, καθαρό 1 H 2 16 O δεν υπάρχει σε φυσικές συνθήκες. Σε όλο τον κόσμο, τέτοιο νερό μπορεί να βρεθεί μόνο σε λίγα ειδικά εργαστήρια. Λαμβάνεται με πολύ περίπλοκο τρόπο και αποθηκεύεται με τις μεγαλύτερες προφυλάξεις. Για να ληφθεί καθαρό 1 H 2 16 O, πραγματοποιείται πολύ λεπτός καθαρισμός φυσικών υδάτων σε πολλαπλά στάδια ή συντίθεται νερό από τα αρχικά στοιχεία 1 H 2 και 16 O, τα οποία καθαρίζονται εκ των προτέρων από ισοτοπικές ακαθαρσίες. Τέτοιο νερό χρησιμοποιείται σε πειράματα και διεργασίες που απαιτούν εξαιρετική καθαρότητα χημικών αντιδραστηρίων.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το βαρυτικό πεδίο της Γης δεν είναι αρκετά ισχυρό για να κρατήσει 1 N και ο πλανήτης μας χάνει σταδιακά πρωτίιο ως αποτέλεσμα της διάσπασής του στο διαπλανητικό διάστημα. Το πρωτίιο εξατμίζεται ταχύτερα από το βαρύ δευτέριο. Σύμφωνα με ορισμένες μελέτες, το δευτέριο θα πρέπει να συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα και τα επιφανειακά ύδατα κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου.

Στον πλανήτη μας, μια γιγάντια διαδικασία εξάτμισης-συμπύκνωσης λαμβάνει χώρα για να ληφθεί νερό πρωτίου και να εμπλουτιστεί τα σύννεφα και τα σύννεφα του. Στα βουνά τους, σε ορισμένες πλαγιές, ρέει κυρίως δευτεριωμένο νερό, σε άλλες - νερό εμπλουτισμένο με πρωτίου. Στα ζώα, η ισοτοπική σύσταση του νερού είναι κοντά σε αυτή του βρόχινου νερού στους οικοτόπους. Για τον άνθρωπο, σημαντικές προσαρμογές σε αυτή την εξάρτηση γίνονται από λαχανικά και φρούτα που καλλιεργούνται σε άλλες κλιματολογικές και γεωγραφικές συνθήκες. Έτσι, τα τροπικά φρούτα που καλλιεργούνται κοντά στον ισημερινό έχουν χαμηλότερες τιμές 2 Η και 18 Ο. Όλο το δευτέριο στο συνηθισμένο νερό έχει τη μορφή HDO και όχι D 2 O. Αιθανόληεπίσης καλός συσσωρευτής δευτερίου.

Τώρα είναι σαφές γιατί είναι τόσο σημαντικός ο καθαρισμός του νερού από βαριά ισότοπα και, πρώτα απ 'όλα, από δευτέριο, τρίτιο και 18 Ο. Ωστόσο, μέχρι πρόσφατα, δεν υπήρχε αποτελεσματικός καθαρισμός των αποβλήτων βαρέος νερού που είχαν μολυνθεί με τρίτιο και άλλα βαριά ισότοπα. . Ως εκ τούτου, η διάθεση του χρησιμοποιημένου βαρέος νερού στην πυρηνική βιομηχανία ήταν ένα σοβαρό περιβαλλοντικό πρόβλημα που εμπόδισε την εισαγωγή νέων, πιο αποτελεσματικών τύπων πυρηνικών αντιδραστήρων.

Νωρίτερα στον ιστότοπό μας αναφέρθηκε ήδη για μεθόδους βιομηχανικής παραγωγής νερού με μειωμένη περιεκτικότητα σε δευτέριο με μεθόδους κατάψυξης-εξάτμισης και ηλεκτρόλυσης υπό κενό ... ..

Μια τέτοια σημαντική ποσότητα βαρέων και ραδιενεργών ισοτόπων υδρογόνου και οξυγόνου στη σύνθεση του νερού, που είναι η μήτρα της ζωής, ήδη από την έναρξη της εφηβείας βλάπτει τα γονίδιά του, προκαλεί διάφορες ασθένειες, καρκίνο και ξεκινά τη γήρανση του σώματος.

Τεράστια ζημιά στη γονιδιακή δεξαμενή από ραδιενεργά και βαριά ισότοπα υδρογόνου και οξυγόνου στο νερό μπορεί να προκαλέσει την εξαφάνιση φυτικών, ζωικών και ανθρώπινων ειδών. Σύμφωνα με πολλούς επιστήμονες, ένα άτομο απειλείται ακόμη και με εξαφάνιση εάν δεν στραφεί στη χρήση ελαφρού νερού που έχει εξαντληθεί στα ραδιενεργά και βαριά ισότοπα 18 O και 2 H. Γι' αυτό στις αρχές του 21ου αιώνα υπήρχαν φωνές μεταξύ των επιστημόνων σχετικά με τον πλήρη αποκλεισμό των βαρέων ισοτόπων του δευτερίου 2 H και του οξυγόνου 18 O από το πόσιμο νερό που καταναλώνεται.

Η αφαίρεση βαρέων ισοτόπων δευτερίου και οξυγόνου από το συνηθισμένο πόσιμο νερό δεν είναι εύκολη υπόθεση. Επιτυγχάνεται με διάφορες φυσικές και χημικές μεθόδους - ανταλλαγή ισοτόπων, ηλεκτρόλυση, κατάψυξη υπό κενό ακολουθούμενη από απόψυξη, ανόρθωση, φυγοκέντρηση. Αυτές οι μέθοδοι έχουν συζητηθεί επανειλημμένα στον ιστότοπό μας.

Η πρώτη βιομηχανική μονάδα παραγωγής ελαφρού νερού με 30-35% χαμηλότερη περιεκτικότητα σε δευτέριο και τρίτιο δημιουργήθηκε από τους Ουκρανούς επιστήμονες G.D. Berdyshev και I.N. Ο Varnavsky μαζί με το Ινστιτούτο Πειραματικής Παθολογίας, Ογκολογίας και Ραδιοβιολογίας που πήρε το όνομά του από τον A.I. R. Kavetsky RAS της Ουκρανίας. Αυτή η μοναδική εγκατάσταση προβλέπει την παραγωγή πάγου από το νερό της πηγής με κατάψυξη ψυχρού ατμού που εξάγεται από το νερό της πηγής, που ακολουθείται από τήξη αυτού του πάγου σε μέσο υπέρυθρης και υπεριώδους ακτινοβολίας, μικροκορεσμό του λιωμένου νερού με ειδικά αέρια και μέταλλα.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι σε μια θερμοκρασία στην περιοχή 0-1,8 ° C, τα μόρια του νερού με δευτέριο και τρίτιο, σε αντίθεση με το νερό πρωτίου, βρίσκονται σε μια μετασταθερή-στερεή ανενεργή κατάσταση. Αυτή η ιδιότητα βασίζεται στον κλασματικό διαχωρισμό του ελαφρού και του βαρέως νερού δημιουργώντας μια αραίωση αέρα πάνω από την επιφάνεια του νερού σε αυτή τη θερμοκρασία. Το νερό του πρωτίου εξατμίζεται εντατικά και στη συνέχεια δεσμεύεται από τον καταψύκτη, μετατρέποντας σε χιόνι και πάγο. Το βαρύ νερό, όντας σε ανενεργό στερεό και με πολύ χαμηλότερη μερική πίεση, παραμένει στη δεξαμενή εξάτμισης του νερού πηγής μαζί με άλατα βαρέων μετάλλων διαλυμένα στο νερό, προϊόντα πετρελαίου, απορρυπαντικά και άλλες επιβλαβείς και τοξικές ουσίες.

Η εξάρτηση της πίεσης ατμών σε μια ανοιχτή επιφάνεια (καθρέφτη) νερού από τη θερμοκρασία σε κανονική πίεση είναι γνωστή. Έτσι, στους 0°C, η τάση ατμών είναι 4,6 mm Hg. Με αύξηση της θερμοκρασίας του νερού στους +10 ° C, η τάση ατμών αυξάνεται στα 9,2 mm Hg, δηλαδή δύο φορές, και στους 100 ° C αντιστοιχεί σε 760 mm Hg. Ο υπολογισμός δείχνει ότι με αύξηση της θερμοκρασίας από 0°C σε 40°C, η τάση ατμών πάνω από τον καθρέφτη του νερού αυξάνεται 10 φορές και στους 100°C - 160 φορές. Η ένταση της εξάτμισης ελαφρού και βαρέος νερού συσχετίζεται ανάλογα με τη θερμοκρασία και τη σπανίωση πάνω από την επιφάνεια του νερού. Τα δεδομένα που ελήφθησαν σε εργαστηριακές συνθήκες υποδεικνύουν σημαντική επίδραση της θερμοκρασίας του νερού πριν από την εξάτμισή του στην περιεκτικότητα σε δευτέριο στο νερό τήξης που λαμβάνεται από παγωμένο ψυχρό ατμό.

Είναι γνωστό ότι το νερό από το χιόνι ή τον πάγο με χαμηλή περιεκτικότητα σε δευτέριο έχει βιολογικά ενεργές ιδιότητες που έχουν ευεργετική επίδραση σε όλα τα έμβια όντα - φυτά, ζώα και ανθρώπους. Η βιολογική δραστηριότητα του λιωμένου νερού μπορεί ακόμα να αυξηθεί σημαντικά με έναν συνδυασμό ορισμένων επιρροών σε αυτό, για παράδειγμα, από ένα ρεύμα υπεριωδών ακτίνων. Στην προτεινόμενη λύση, η υπεριώδης και η υπέρυθρη ακτινοβολία του πάγου πραγματοποιείται κατά τη διαδικασία της τήξης του. Αυτό καθιστά δυνατή την απόκτηση νερού τήξης σε ιδιότητες παρόμοιες με το λιωμένο νερό, για παράδειγμα, με ηλιακή ακτινοβολία πάγου στις κορυφές βουνών.

Το παρακάτω σχήμα δείχνει μια εικόνα της εγκατάστασης VIN-4 "Nadiya" για την παραγωγή θεραπευτικού λιωμένου πόσιμου νερού με μειωμένη περιεκτικότητα σε δευτέριο και τρίτιο. Στο περίβλημα 1 υπάρχει μια δεξαμενή εξάτμισης 2 για το νερό της πηγής με μια συσκευή θέρμανσης 3 και μια συσκευή ψύξης νερού 4. Υπάρχει επίσης μια βαλβίδα 5 για την παροχή νερού στον εξατμιστή και μια βαλβίδα b για την αποστράγγιση του χρησιμοποιημένο υπόλειμμα εμπλουτισμένο σε βαρέα ισότοπα υδρογόνου.

Σχηματική αναπαράσταση της εγκατάστασης VIN-4 "Nadia" σε δύο προεξοχές: κατά μήκος - Εικ.1 και κατά μήκος - Εικ.2.

Το περίβλημα 1 διαθέτει μια συσκευή 7 για τη συμπύκνωση και την κατάψυξη ψυχρών ατμών με τη μορφή ενός συνόλου σωληνοειδών στοιχείων με λεπτό τοίχωμα που συνδέονται με μια αντλία για την άντληση ψυκτικού μέσου μέσω αυτών. Η συσκευή 7, μαζί με πηγές υπεριώδους ακτινοβολίας 8 και υπέρυθρης ακτινοβολίας 9, τοποθετείται πάνω από το δοχείο 10 για τη συλλογή νερού τήξης. Η εσωτερική κοιλότητα του περιβλήματος 1 συνδέεται με έναν σωλήνα διακλάδωσης 11 με μια πηγή εκκένωσης αέρα, για παράδειγμα, με μια μπροστινή αντλία κενού τύπου VN-1MG. Επιπλέον, το περίβλημα 1 είναι εξοπλισμένο με μια συσκευή 12 για την παροχή καθαρού αέρα ή μείγματος ειδικών αερίων στην εσωτερική του κοιλότητα.

Η μονάδα VIN-4 είναι εξοπλισμένη με ένα σύστημα θερμικού ελέγχου στην κοιλότητα της δεξαμενής εξάτμισης 2 για τον έλεγχο της καθορισμένης θερμοκρασίας της διαδικασίας εξάτμισης του αρχικά επεξεργασμένου νερού. Στην περίπτωση 1 υπάρχουν φινιστρίνια για την παρακολούθηση των διαδικασιών εξάτμισης, κατάψυξης ψυχρών ατμών και τήξης πάγου -13 και 14. Η δεξαμενή 10 είναι εξοπλισμένη με βαλβίδες 15 για την αποστράγγιση του νερού τήξης και έναν σωλήνα διακλάδωσης 16 για σύνδεση σε μπλοκ για τη διαμόρφωση της δομής και ιδιότητες του νερού τήξης 17. Το μπλοκ 17 περιλαμβάνει ένα εσωτερικό κωνικό δοχείο 18 με ορυκτά. Στην έξοδο του δοχείου 19, εγκαθίστανται ένα φίλτρο 20 και μια βαλβίδα αποστράγγισης 21.

Η αρχή λειτουργίας της εγκατάστασης είναι η εξής. Από το σωλήνα νερού, η δεξαμενή εξάτμισης 2 γεμίζει με νερό και το ψυκτικό αντλείται μέσω της συσκευής 4. Όταν επιτευχθεί η καθορισμένη θερμοκρασία, που δεν υπερβαίνει τους +10°C, η διαδικασία ψύξης με νερό διακόπτεται. Το περίβλημα 1 σφραγίζεται και ο αέρας αντλείται μέσω του σωλήνα P - για να δημιουργηθεί κενό στον εσωτερικό όγκο του περιβλήματος εγκατάστασης. Η δημιουργία μιας αραίωσης συνοδεύεται πρώτα από εντατική απελευθέρωση των διαλυμένων σε αυτήν αερίων από ολόκληρο τον όγκο του νερού της πηγής και την απομάκρυνσή τους και στη συνέχεια από εντατική εξάτμιση μέχρι το βρασμό του νερού, που παρατηρείται από τα παράθυρα 13 και 14. Ο προκύπτων ψυχρός ατμός συμπυκνώνεται και παγώνει στην επιφάνεια των σγουρά στοιχείων του καταψύκτη 7. Όταν το πάχος του πάγου φτάσει σε μια προκαθορισμένη τιμή, η διαδικασία εξάτμισης διακόπτεται. Η αντλία πρώτης γραμμής απενεργοποιείται, οι πηγές υπεριώδους ακτινοβολίας 8 και υπέρυθρης ακτινοβολίας ενεργοποιούνται και ο καθαρός αέρας ή μια ειδικά παρασκευασμένη σύνθεση ενεργοποιημένων αερίων εισάγεται στην κοιλότητα του περιβλήματος 1 μέσω της συσκευής 12. φέρτε την πίεση στο περίβλημα 1 σε επίπεδο ή πάνω από την ατμοσφαιρική. Το υπόλοιπο νερό στο δοχείο 2, εμπλουτισμένο σε βαριά ισότοπα, χύνεται μέσω της βαλβίδας 6 σε χωριστά δοχεία ή χύνεται έξω. Καθώς ο πάγος ακτινοβολείται και λιώνει, το νερό τήγματος εισέρχεται στη δεξαμενή 10 και μετά στη μονάδα 17 για να σχηματίσει τη δομή και τις ιδιότητες του νερού τήγματος. Περνώντας μέσα από τα ορυκτά των εσωτερικών 18 και εξωτερικών 19 κωνικών δεξαμενών και περαιτέρω μέσα από το φίλτρο 20, το λιωμένο νερό ολοκληρώνει το ταξίδι του, αποκτώντας ειδικές ζωογόνες και θεραπευτικές ιδιότητες.

Μια παρόμοια συσκευή για τη λήψη βιολογικά ενεργού νερού με χαμηλή περιεκτικότητα σε δευτέριο σχεδιάστηκε το 2000 από τους Ρώσους επιστήμονες Sinyak Yu.E.; Gaidadymov V.B. και Grigoriev A.I. από το Ινστιτούτο Βιοϊατρικών Προβλημάτων. Το συμπύκνωμα ή το απόσταγμα ατμοσφαιρικής υγρασίας αποσυντίθεται σε ηλεκτρολυτικό στοιχείο με στερεό ηλεκτρολύτη ανταλλαγής ιόντων. Τα προκύπτοντα αέρια ηλεκτρόλυσης μετατρέπουν το νερό και συμπυκνώνονται. Η ηλεκτρόλυση πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 60-80 o C. Το ηλεκτρολυτικό υδρογόνο υποβάλλεται σε ισοτοπική ανταλλαγή με υδρατμούς σε υδρογόνο σε καταλύτη που υποστηρίζεται από ενεργό άνθρακα που περιέχει 4-10% φθοροπλάστε και 2-4% παλλάδιο ή πλατίνα. Από το προκύπτον υδρογόνο και οξυγόνο ηλεκτρόλυσης, οι υδρατμοί απομακρύνονται περνώντας τους από μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων, τα αέρια ηλεκτρόλυσης που καθαρίζονται από το δευτέριο μετατρέπονται σε νερό, το τελευταίο καθαρίζεται περαιτέρω και η επακόλουθη ανοργανοποίηση του με επαφή με ανθρακικό άλας που περιέχει ασβέστιο-μαγνήσιο υλικά, κυρίως δολομίτης.

Στον αντιδραστήρα ανταλλαγής ισοτόπων D 2 / H 2 O, χρησιμοποιείται ενεργός άνθρακας PAH-SW, ο οποίος προωθείται με 2-4% παλλάδιο και 4-10% φθοροπλαστικό στη θερμοκρασία ηλεκτρόλυσης. Ηλεκτρολυτικό υδρογόνο διέρχεται από τον καταλύτη, η ανταλλαγή ισοτόπων D 2 / H 2 O γίνεται με υδρατμούς σε υδρογόνο, που σχηματίζονται στη θερμοκρασία ηλεκτρόλυσης (60-80 o C). Αυτό καθιστά δυνατή την αύξηση του βαθμού ανταλλαγής ισοτόπων D 2 / H 2 O, ο οποίος αυξάνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας ανταλλαγής ισοτόπων, και τον αποκλεισμό του πρόσθετου ενεργειακού κόστους για την εξάτμιση του νερού.

Η συσκευή περιέχει ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο με έναν στερεό ηλεκτρολύτη ανταλλαγής ιόντων που βρίσκεται ανάμεσα σε μια πορώδη άνοδο και μια κάθοδο, έναν μετατροπέα αερίων ηλεκτρόλυσης σε νερό, έναν συμπυκνωτή του τελευταίου και έναν συλλέκτη νερού χωρίς δευτέριο. Επιπλέον, η συσκευή είναι επιπλέον εξοπλισμένη με στεγνωτήρα οξυγόνου, αντιδραστήρα ανταλλαγής ισοτόπων D 2 / H 2 O και κλιματιστικό νερού. Τα εξωτερικά τοιχώματα του αντιδραστήρα και του στεγνωτηρίου σχηματίζονται από μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων, επιπλέον, ο ξηραντήρας οξυγόνου περιέχει έναν εναλλάκτη κατιόντων ανταλλαγής και το κλιματιστικό νερού σχηματίζεται από ένα φίλτρο με συσφιγμένα μικτά στρώματα ιοντοανταλλακτικής υλικών, ένα προσροφητικό και ένας μεταλλοποιητής που περιέχει κοκκώδη υλικά ανθρακικού ασβεστίου-μαγνήσιου. Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνεται πόσιμο νερό, βαθιά εξαντλημένο σε δευτέριο, το οποίο έχει μεγάλη βιολογική δραστηριότητα.

Αυτή η εγκατάσταση, σχεδιασμένη από Ρώσους επιστήμονες, λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο. Το καθαρισμένο συμπύκνωμα ή απόσταγμα ατμοσφαιρικής υγρασίας εισέρχεται στον θάλαμο ανόδου της κυψέλης με έναν στερεό ηλεκτρολύτη ανταλλαγής ιόντων, όπου η διαδικασία ηλεκτρόλυσης πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 60-80 o C. Το οξυγόνο και το υδρογόνο χωρίς δευτέριο σχηματίζονται ως αποτέλεσμα ηλεκτρόλυσης με υδρατμούς τροφοδοτούνται στον ξηραντήρα οξυγόνου και στον αντιδραστήρα ανταλλαγής ισοτόπων, τα εξωτερικά πλευρικά τοιχώματα του οποίου σχηματίζονται από μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων. Το ενυδατωμένο νερό ιόντων υδρογόνου μεταφέρθηκε μέσω ενός στερεού ηλεκτρολύτη ανταλλαγής κατιόντων και υπό πίεση εισέρχεται στον συλλέκτη καθολύτη. Σε έναν καταλυτικό αντιδραστήρα ανταλλαγής ισοτόπων γεμάτο με ενεργό άνθρακα που περιέχει 4-10% φθοροπλάστες και 2-4% παλλάδιο ή πλατίνα κατά βάρος, λαμβάνει χώρα η αντίδραση ανταλλαγής ισοτόπων D 2 / H 2 O.

Μετά την ισοτοπική ανταλλαγή, το υδρογόνο ξηραίνεται από υδρατμούς, οι οποίοι απορροφώνται και απομακρύνονται μέσω των ιονανταλλακτών του αντιδραστήρα που βρίσκονται στα εξωτερικά πλευρικά τοιχώματα του. Τα αποξηραμένα αέρια εισέρχονται στον μετατροπέα των αερίων ηλεκτρόλυσης, στον καταλυτικό καυστήρα. Η φλόγα του φακού στέλνεται σε συμπυκνωτή που ψύχεται σε ένα κανάλι με νερό βρύσης, όπου οι υδρατμοί συμπυκνώνονται και εισέρχονται στο κλιματιστικό για μετεπεξεργασία σε ένα φίλτρο προσρόφησης. Στη συνέχεια, το νερό εισέρχεται στον συλλέκτη νερού που δεν περιέχει δευτέριο. Η ψύξη της συσκευής και η λειτουργία των μεμβρανών ανταλλαγής ιόντων για την ξήρανση των αερίων ηλεκτρόλυσης από υδρατμούς πραγματοποιείται από ανεμιστήρα.

Συμπυκνωμένο βιολογικά ενεργό νερό με μειωμένη περιεκτικότητα σε δευτέριο υποβλήθηκε σε μετα-επεξεργασία προσρόφησης σε φίλτρο με μικτό στρώμα ιονανταλλακτικών υλικών (ιοντοανταλλάκτες) και προσροφητικό - ενεργό άνθρακα. Ο εναλλάκτης κατιόντων KU-13 Pch και ο εναλλάκτης ανιόντων AV-17-1 χρησιμοποιήθηκαν ως εναλλάκτες ιόντων. Κατά τη διάρκεια της προσρόφησης μετά την επεξεργασία του νερού, ο ρυθμός ογκομετρικής διήθησης διατηρήθηκε σταθερός, ίσος με 1 όγκο του φίλτρου προσρόφησης ανά ώρα. Μετά την προσρόφηση μετά την επεξεργασία, το νερό ανοργανοποιήθηκε σε δολομίτη. Το αποτέλεσμα του καθαρισμού στους πίνακες 1 και 2.

Η παραγωγικότητα της εγκατάστασης για νερό με μειωμένες συγκεντρώσεις δευτερίου είναι 50 ml ανά ώρα. Υπό συνθήκες μηδενικής βαρύτητας σε ένα διαστημόπλοιο, συνιστάται η μετατροπή των αερίων ηλεκτρόλυσης σε νερό σε μια κυψέλη καυσίμου, η οποία αποκλείει τις διαδικασίες διαχωρισμού αερίου-υγρού και επιτρέπει στην ενέργεια που παράγεται στην κυψέλη καυσίμου να επιστραφεί στο σύστημα τροφοδοσίας του διαστημικού σκάφους.

συνέχεια στην επόμενη σελίδα

Το παρακάτω σχήμα δείχνει σχηματικά μια συσκευή για τη λήψη βιολογικά ενεργού πόσιμου νερού με μειωμένη περιεκτικότητα σε δευτέριο από συμπύκνωμα ή απόσταγμα ατμοσφαιρικής υγρασίας. Η συσκευή περιέχει ένα δοχείο 1 με συμπύκνωμα ατμοσφαιρικής υγρασίας ή απόσταγμα, το οποίο συνδέεται με τον θάλαμο ανόδου 2 του στοιχείου με ηλεκτρολύτη ανταλλαγής ιόντων. Το στοιχείο περιέχει πορώδη ηλεκτρόδια (άνοδος 2 και κάθοδος 3) κατασκευασμένα από τιτάνιο επικαλυμμένο με πλατίνα. Το οξυγόνο και το υδρογόνο που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της ηλεκτρόλυσης με υδρατμούς μέσω πορωδών ηλεκτροδίων εισέρχονται στον ξηραντήρα οξυγόνου 4 και στον αντιδραστήρα ανταλλαγής ισοτόπων 5. Ο ξηραντήρας οξυγόνου 4 είναι γεμάτος με εναλλάκτη κατιόντων ανταλλαγής ιόντων. Τα εξωτερικά τοιχώματα του στεγνωτηρίου 4 σχηματίζονται από μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων 6. Το εισερχόμενο οξυγόνο ξηραίνεται λόγω προσρόφησης από ένα πληρωτικό ανταλλαγής ιόντων (κατιονεναλλάκτη) και εξάτμισης υδρατμών μέσω μεμβρανών ανταλλαγής ιόντων 6. Τα ξηρά αέρια εισέρχονται ο καυστήρας αερίου 9. Στη συνέχεια οι υδρατμοί εισέρχονται στον συμπυκνωτή 10 και στη συνέχεια στο κλιματιστικό 11 για μετεπεξεργασία και ανοργανοποίηση, μετά την οποία το νερό εισέρχεται στον συλλέκτη νερού που έχει εξαντληθεί σε δευτέριο 12. Ψύξη της συσκευής και λειτουργία των στεγνωτηρίων των αερίων ηλεκτρόλυσης από το νερό πραγματοποιήθηκε από τον ανεμιστήρα 7.

Μελέτες της βιολογικής δραστηριότητας του νερού χωρίς δευτέριο σε ανώτερα φυτά και ζώα έχουν δείξει ότι το νερό χωρίς δευτερίου, σύμφωνα με ένα σχήμα επεξεργασίας ενός σταδίου, έχει θετική βιολογική δραστηριότητα:

Αύξηση στην ποσότητα βιομάζας και σπόρων σημειώθηκε κατά την καλλιέργεια του Arabidopsis και του brassica κατά τη διάρκεια του πλήρους κύκλου της οντογένεσης χρησιμοποιώντας τα δείγματα νερού που μελετήθηκαν με αλλαγμένη ισοτοπική σύνθεση. Ταυτόχρονα, η παραγωγή σπόρων αυξήθηκε κατά 2-6 φορές.

Διαπιστώθηκε ότι η περιεκτικότητα ορτυκιών από την ηλικία των 6 ημερών έως τη σεξουαλική ωριμότητα σε νερό χωρίς δευτέριο οδηγεί σε επιταχυνόμενη ανάπτυξη των γεννητικών οργάνων (σε μέγεθος και βάρος) και σε πρόοδο στη διαδικασία της σπερματογένεσης.

Για τρία χρόνια, οι επιστήμονες μελετούσαν αυτό το νερό. Τα πρώτα πειράματα διεξήχθησαν σε γραμμικά ποντίκια με εμβολιασμένο καρκίνωμα πνεύμονα Lewis. Το λείψανο νερό καθυστέρησε την ανάπτυξη της διαδικασίας του καρκίνου και αυξάνει την αντίσταση των ζώων. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε 75 ποντίκια ηλικίας 3-3,5 μηνών, τα οποία χωρίστηκαν σε πέντε ομάδες των 15 ατόμων η καθεμία, ανάλογα με τον τύπο του νερού που μελετήθηκε.

Δύο δείκτες αξίζουν ιδιαίτερης προσοχής: η καθυστέρηση στη μετάσταση και η απώλεια βάρους των ζώων κατά τη διάρκεια του πειράματος. Η ισχυρή διεγερτική δράση του λειψάνου νερού στο ανοσοποιητικό σύστημα των ζώων οδήγησε σε καθυστέρηση στην ανάπτυξη μεταστάσεων κατά 40% (!) σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου, και η απώλεια βάρους στα ζώα που έπιναν νερό ήταν η μισή μέχρι το τέλος. του πειράματος.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές ανακάλυψαν τους μηχανισμούς δράσης του υπολειμματικού νερού στον ζωικό οργανισμό - στην αναπνοή και την οξειδωτική φωσφορυλίωση των μιτοχονδρίων του ήπατος του ποντικού, καθώς και στις αλλαγές στη σύνθεση του περιφερικού αίματος. Τέσσερις εβδομάδες μετά την έναρξη του πειράματος, η αύξηση του αριθμού των ερυθροκυττάρων σε ένα χιλιοστόλιτρο αίματος σε ποντίκια που έπιναν λείψανο νερό ανήλθε σε 657.000 κύτταρα, η περιεκτικότητα σε αιμοσφαιρίνη αυξήθηκε κατά 1,54 g%. Σημειώθηκε επίσης ότι υπήρξε σαφής θετική επιρροήνερό σε δείκτες κορεσμού οξυγόνου των ηπατικών ιστών: η αύξηση του pO2 ήταν 15%, το αναπνευστικό του δυναμικό αυξήθηκε 1,3 φορές. Η ευεργετική επίδραση του λειψάνου νερού στην υγεία των ποντικών αποδείχθηκε από την αυξημένη αντίστασή τους και την αύξηση βάρους σε σύγκριση με τον έλεγχο. Για να πειστούμε για την ευεργετική επίδραση του λειψάνου νερού σε όλα τα έμβια όντα, ήταν ακόμα απαραίτητο να δοκιμαστεί η επίδρασή του στην ανάπτυξη και ανάπτυξη των φυτών. Ως αποτέλεσμα μελετών που διεξήχθησαν στο Ινστιτούτο Αραβοσίτου των ΗΑΕ, διαπιστώθηκε ότι η διεγερτική επίδραση του λειψάνου νερού σε σπορόφυτα σιταριού, λιναριού, καλαμποκιού είναι συγκρίσιμη με την επίδραση διεγερτικών της ανάπτυξης φυτών όπως το φουμαράν και το φουμαράν, ενώ Το νερό έχει πιο έντονη διεγερτική δράση στα σπορόφυτα ηλίανθου.

Μελέτες της βιολογικής δραστηριότητας του υπολειμματικού νερού με διαφορετική περιεκτικότητα σε δευτέριο, που ελήφθησαν στην εγκατάσταση VIN-7 "Nadiya", σχετικά με τη δραστηριότητα των σπερματοζωαρίων, πραγματοποιήθηκαν το 1998 στο Ινστιτούτο Περιβαλλοντικής Υγιεινής και Τοξικολογίας που πήρε το όνομά του. L. Medved του Υπουργείου Υγείας της Ουκρανίας. Σε δείγματα λειψάνων νερού από την εγκατάσταση VNN-7 "Nadiya", τα σπερματοζωάρια διατηρούν τη λειτουργική τους δραστηριότητα περισσότερο και αυξάνεται καθώς μειώνεται η περιεκτικότητα σε δευτέριο στο νερό. Αν λάβουμε υπόψη το γνωστό γεγονός ότι η αναπαραγωγή της ζωής συνδέεται με τη δυνατότητα για τη ζωτική δραστηριότητα των γεννητικών κυττάρων, τότε η σημασία του υπολειμματικού νερού για τις μελλοντικές γενιές θα γίνει ξεκάθαρη.

Οι ιατροβιολογικές ιδιότητες του υπολειμματικού νερού το 1995 μελετήθηκαν στο Τμήμα Γενικής και Μοριακής Γενετικής του Κιέβου εθνικό πανεπιστήμιοτους. Τ. Σεφτσένκο. Η Drosophila είναι ένα ζωντανό μοντέλο αντικείμενο γενικά αναγνωρισμένο στην παγκόσμια επιστήμη για διάφορα βιολογικά και ιατρικά πειράματα. Υποτίθεται ότι θα μελετούσε την επίδραση τριών τύπων νερού σε ολόκληρο τον κύκλο προέλευσης και ανάπτυξης του Drosophila melanogaster της σειράς Oregon - στην ωοτοκία, την εμφάνιση προνυμφών από αυγά, νύμφες από προνύμφες και ενήλικες (ενήλικες) από νύμφες.

Για πρώτη φορά, ανακαλύφθηκαν στο Drosophila γεροπροστατευτικά (αναζωογονητικά), ραδιοπροστατευτικά και αντιμεταλλαξιογόνα αποτελέσματα της έκθεσης σε υπολειμματικό νερό με μειωμένη περιεκτικότητα σε δευτέριο κατά 5% κατά την ανάπτυξή του.

Έχοντας λάβει θετικά αποτελέσματα από πειράματα στο Drosophila, οι επιστήμονες συνέχισαν την έρευνα σε θερμόαιμα ζώα. Αυτό διευκολύνθηκε επίσης από το ενδιαφέρον των ειδικών υποστήριξης της ζωής κοσμοναυτών (Ινστιτούτο Βιοϊατρικών Προβλημάτων, Μόσχα), οι οποίοι παρέδωσαν δείγματα νερού με μειωμένη (κατά 60%) περιεκτικότητα σε δευτέριο για συγκριτική μελέτη.

Το 1998, έγινε μια μελέτη για την επίδραση του νερού με μειωμένη περιεκτικότητα σε δευτέριο, που λαμβάνεται με τεχνολογία ηλεκτρόλυσης στο Ινστιτούτο Βιοϊατρικών Προβλημάτων, και του νερού που λαμβάνεται με τεχνολογία κενού στην εγκατάσταση VIN-7 "Nadiya", στο ανοσοποιητικό σύστημα. των ινδικών χοιριδίων.

Υποτίθεται ότι έπρεπε να προσδιορίσει ποιο νερό έχει υψηλότερη βιολογική δραστηριότητα που έχει ευεργετική επίδραση στο ανοσοποιητικό σύστημα - ηλεκτρόλυση, καθαρισμένο από δευτέριο κατά 60%, ή υπολειμματικό νερό από "Nadia" με μειωμένη συγκέντρωση δευτερίου μόνο κατά 9%;

Κατά τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, το νερό με περιεκτικότητα σε δευτέριο μειωμένη κατά 60% διατηρεί τις αρνητικές ιδιότητες του απεσταγμένου νερού (έλλειψη ανοργανοποίησης, αυξημένη περιεκτικότητα σε διαλυμένα αέρια, διαταραγμένη μοριακή δομή του νερού). Είναι μόνο η πρώτη ύλη για την απόκτηση πόσιμου νερού για τους αστροναύτες.

Το πλεονέκτημα της διαδικασίας ηλεκτρόλυσης είναι η πιθανή απομάκρυνση του δευτερίου (έως και 90%), επομένως χρησιμοποιείται για πειράματα σε ζώα και φυτά.

Με την τεχνολογία κενού για την παραγωγή νερού με μειωμένη περιεκτικότητα σε δευτέριο, λαμβάνεται μικρομεταλλωμένο πόσιμο νερό με μειωμένη περιεκτικότητα σε αέρια διαλυμένα σε αυτό και με διατεταγμένη δομή που μοιάζει με πάγο.

Για το πείραμα, οι επιστήμονες πήραν 12 ώριμα ινδικά χοιρίδια. Στην καλλιέργεια λεμφοκυττάρων της ομάδας ελέγχου 1 προστέθηκε νερό, παρόμοιο στις ιδιότητές του με το φυσιολογικό ορό. Στα λεμφοκύτταρα της 2ης ομάδας προστέθηκε νερό ηλεκτρόλυσης. Στην τρίτη ομάδα χρησιμοποιήθηκε λείψανο νερό από την εγκατάσταση VIN-7 "Nadiya". Η τέταρτη ομάδα αποτελούνταν από βαρύ νερό με 40% υψηλότερη περιεκτικότητα σε δευτέριο.

Η αξιολόγηση της ανοσοποιητικής κατάστασης των ζώων πραγματοποιήθηκε σύμφωνα με τέσσερις δοκιμές αποδεκτές στην παγκόσμια ανοσολογία: E-ROK - αποκαλύπτει την ικανότητα δέσμευσης ξένων κυττάρων. FG-NG - χαρακτηρίζει την ικανότητα των ουδετερόφιλων κοκκιοκυττάρων (NG) σε φαγοκυττάρωση (PG). FG - MF - καθορίζει την ικανότητα των μακροφάγων (MF) σε φαγοκυττάρωση. Το τέταρτο τεστ αντιπροσωπεύει τη φονική δραστηριότητα των Τ-λεμφοκυττάρων, την ικανότητά τους να σκοτώνουν όλα τα κύτταρα του σώματος που έχουν αλλάξει ως αποτέλεσμα μετάλλαξης.

Σημειώθηκε ένα σημαντικό ανοσοδιεγερτικό αποτέλεσμα, το οποίο παρείχε το λείψανο νερό από την εγκατάσταση VIN-7 "Nadiya" (Νο. 3). Παρά τη μείωση του δευτερίου κατά 9%, έδειξε τη μεγαλύτερη διεγερτική επίδραση στο ανοσοποιητικό σύστημα των ινδικών χοιριδίων, ξεπερνώντας το νερό ηλεκτρόλυσης (#2) με μείωση 60% στο δευτερίου από όλες τις απόψεις. Το βαρύ νερό είχε ισχυρή καταθλιπτική επίδραση στην ανοσία των ζώων.

Πώς επηρεάζει τα ζώα το νερό που δεν περιέχει δευτέριο; Την απάντηση σε αυτό το ερώτημα έδωσε ο Ακαδημαϊκός της Ουκρανίας V.I. Μπαντίν. Μέτρησε τη δυναμική της μείωσης της περιεκτικότητας σε δευτέριο στο σώμα μόσχων 4 μηνών, τα οποία τρέφονταν με νερό με μειωμένη περιεκτικότητα σε δευτερίου.

Για το πείραμα επιλέχθηκαν τρία υγιή μοσχάρια 4 μηνών. Κάθε ένα από αυτά τοποθετήθηκε σε ξεχωριστό στασίδι. Πριν από την έναρξη του πειράματος, λήφθηκαν δείγματα ούρων, αίματος και μαλλιών από τα ζώα. Τα ζώα μετρήθηκαν για τον προσδιορισμό του βάρους. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, τα μοσχάρια τράφηκαν με σανό (1,5-2 kg/ημέρα) και σύνθετη τροφή (2 kg/ημέρα). Και τροφοδοτήθηκαν με καθαρό νερό με την προσθήκη βαρέος νερού με γνωστή μετατόπιση ισοτόπων πρωτίου/δευτερίου.

Στη συνέχεια, τη δεύτερη, την πέμπτη και την έβδομη ημέρα του πειράματος, λήφθηκαν ούρα και αίμα από τα ζώα, στα οποία προσδιορίστηκε η περιεκτικότητα σε δευτέριο, καθώς και μακρο- και μικροστοιχεία. Κάθε μέρα, οι μόσχοι μετρούνταν για σφυγμό, αναπνευστικό ρυθμό και θερμοκρασία σώματος. Καθ' όλη τη διάρκεια του πειράματος, τα μοσχάρια παρακολουθούνταν από κτηνίατρο και κτηνοτρόφο.

Διαπιστώθηκε ότι η συγκέντρωση του δευτερίου στα ούρα των ζώων πριν από την έναρξη του πειράματος ήταν περίπου ίση με τη συγκέντρωση του δευτερίου στο νερό της περιοχής της Μόσχας.

Οι επιστήμονες κατέληξαν στα εξής συμπεράσματα:

Η κατανάλωση νερού με έλλειψη δευτερίου από τα ζώα οδηγεί σε αλλαγή της ισοτοπικής σύστασης του νερού των ούρων.

Η κατανάλωση καθαρού νερού από τα ζώα οδήγησε σε μείωση της συγκέντρωσης ασβεστίου στα ούρα.

Καταγράφηκε μείωση της περιεκτικότητας σε ασβέστιο, μαγνήσιο και κάδμιο στη γραμμή των μαλλιών.

Υπήρξε μια αύξηση στη συγκέντρωση της δημιουργίνης στα ούρα και στον ορό του αίματος, ενώ διατηρήθηκε η αναλογία συγκεντρώσεων αίματος/ούρων.

Τα μοσχάρια που έπιναν νερό χωρίς δευτέριο διέφεραν από τα συνηθισμένα μοσχάρια στην ευκινησία και την υψηλή κινητικότητα.

Η επίδραση του ισοτόπου του δευτερίου μπορεί να ενεργοποιήσει ή να αναστείλει βιοχημικές διεργασίες στο σώμα. Ωστόσο, μέχρι να συγκεντρωθούν πρωτογενείς πληροφορίες στον τομέα της τοξικολογίας του δευτερίου, είναι πολύ επικίνδυνο να μελετηθεί η επίδρασή του στον άνθρωπο. Το πρώτο βήμα μέσα πρακτική χρήσηΤο νερό με έλλειψη δευτερίου μπορεί να είναι η χρήση ελαφρού νερού στη διατροφή του προσωπικού παραγωγής βαρέος νερού ως προφυλακτικό.

Στη Ρωσία, παράγονται επίσης ανάλογα του λειψάνου νερού - νερό με χαμηλή περιεκτικότητα σε δευτέριο, ελαφρύ νερό "Langvey" και ελαφρύ νερό "Protius", που συγκέντρωσε επιστήμονες που εργάστηκαν κάποια στιγμή σε ακαδημαϊκά ιδρύματα και ενθουσιώδεις που αποφάσισαν να επενδύσουν χρήματα και κόπος στο νερό του μέλλοντος. Έθεσαν ως στόχο να δημιουργήσουν παραγωγή ελαφρού νερού που είναι πιο αποτελεσματική από τις υπάρχουσες δυτικές αντίστοιχες.

Το ελαφρύ νερό είναι ένα υποπροϊόν της παραγωγής βαρέος νερού, το οποίο χρησιμοποιείται στην πυρηνική βιομηχανία ως μετριαστής νετρονίων. Τα τελευταία χρόνια, σε σχέση με μελέτες που αποδεικνύουν την εξαιρετική χρησιμότητα του ελαφρού νερού (βλ., για παράδειγμα, www.langvey.ru) για τον ανθρώπινο οργανισμό, ειδικά για την πρόληψη και τη θεραπεία του καρκίνου, έχει εμφανιστεί ελαφρύ νερό που προορίζεται για πόση. εγχώρια αγορά. Η περιεκτικότητα σε δευτέριο σε αυτό, που καθορίζει την ποιότητα και το κόστος του, κυμαίνεται από 25 ppm (εκατομμυριοστά) σε βήματα των 20-30 ppm. Λόγω της υψηλής έντασης εργασίας της παραγωγής, ένα λίτρο ελαφρού νερού στην αγορά κοστίζει από αρκετές δεκάδες δολάρια ΗΠΑ και άνω.

Η πρώτη εταιρεία χρησιμοποιεί την αρχική τεχνολογία της μεθόδου επεξεργασίας νερού με φυγόκεντρο-δίνη, η δεύτερη εταιρεία - την τεχνολογία καθαρισμού βαθέων υδάτων από δευτέριο και τρίτιο με ανόρθωση στήλης. Η ανόρθωση νερού είναι μια πολύπλοκη διαδικασία μεταφοράς μάζας που πραγματοποιείται σε συσκευές στήλης αντίθετης ροής με στοιχεία επαφής - ακροφύσια ή πλάκες. Στη διαδικασία της απόσταξης του νερού, υπάρχει μια συνεχής ανταλλαγή μεταξύ των μορίων της φάσης υγρού και ατμού που κινούνται μεταξύ τους.

Σε αυτή την περίπτωση, η υγρή φάση εμπλουτίζεται με ένα συστατικό υψηλότερου βρασμού και η φάση ατμού εμπλουτίζεται με ένα συστατικό χαμηλότερου βρασμού - βαρύ νερόκαι άλλα βαριά ισότοπα τριτίου 3 Η και οξυγόνου 18 Ο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η ανόρθωση πραγματοποιείται σε συσκευές στήλης αντίθετης ροής με διάφορα στοιχεία επαφής - ακροφύσια ή πλάκες. Η διαδικασία μεταφοράς μάζας συμβαίνει σε όλο το ύψος της στήλης μεταξύ του φλέγματος που ρέει προς τα κάτω και του ατμού που ανεβαίνει. Για να ενταθεί η διαδικασία μεταφοράς μάζας, χρησιμοποιούνται στοιχεία επαφής - ακροφύσια και πλάκες, γεγονός που επιτρέπει την αύξηση της επιφάνειας μεταφοράς μάζας. Στην περίπτωση χρήσης συσκευασίας, το υγρό ρέει προς τα κάτω σε μια λεπτή μεμβράνη πάνω από την επιφάνειά του· στην περίπτωση χρήσης δίσκων, ο ατμός διέρχεται από το υγρό στρώμα στην επιφάνεια των δίσκων.

Ρύζι. αριστερά - Σχέδιο αποστακτικής στήλης

Ρύζι. στα δεξιά - Μια πειραματική μονάδα απόσταξης για την αποπρωτεϊνοποίηση του κοινού νερού, που αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Διαχωρισμού Ισοτόπων Υδρογόνου της Αγίας Πετρούπολης. Φωτογραφία από το sitehttp://nrd.pnpi.spb.ru/lriv/home_rus.htm

Η στήλη απόσταξης υπολογίζεται σύμφωνα με το διάγραμμα βρασμού νερού για τις δεδομένες παραμέτρους διόρθωσης - τη σύνθεση του νερού πηγής, το υπόλειμμα απόσταξης, το απόσταγμα, την παραγωγικότητα και την πίεση λειτουργίας στη στήλη. Στη συνέχεια επιλέγεται ο τύπος των δίσκων, προσδιορίζεται η ταχύτητα ατμού, η διάμετρος της στήλης, οι συντελεστές μεταφοράς μάζας, το ύψος της στήλης, η υδραυλική αντίσταση των δίσκων. Μετά από αυτό, υπολογίζονται οι ιδιότητες απόδοσης, καθώς και οι οικονομικοί δείκτες χρήσης της αποστακτικής στήλης. Στην πράξη, για βαθύτερο καθαρισμό του νερού από ισότοπα, δεν χρησιμοποιείται μία στήλη απόσταξης, αλλά μια ολόκληρη σειρά - μια μπαταρία στηλών 20 χωριστών στηλών.

Ρύζι . Γενική άποψη της μπαταρίας των στηλών απόσταξης για το διαχωρισμό των μορίων του νερού σε «ελαφριά» και «βαριά». Φωτογραφία από το sitewww.langvey.ru

Το ελαφρύ πόσιμο νερό "Langvey" παράγεται με διαφορετική περιεκτικότητα σε υπολειμματικό δευτέριο (από 125 έως 50 ppm). Συσκευάζεται σε φιάλες PET χωρητικότητας 0,55 l και 1,5 l) και προορίζεται για πόση και μαγείρεμα. Με βάση τις κλινικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στο Ρωσικό Επιστημονικό Κέντρο για την Επανορθωτική Ιατρική και Ουρορτολογία και στο Ινστιτούτο Ομορφιάς, το ελαφρύ πόσιμο νερό "Langvey" συνιστάται ως καθημερινό ρόφημα για την ομαλοποίηση του μεταβολισμού των υδατανθράκων και των λιπιδίων, την αρτηριακή πίεση, τη διόρθωση βάρους και τη βελτίωση της λειτουργίας του γαστρεντερικού σωλήνα, αυξάνοντας τον ρυθμό ανταλλαγής νερού και απομακρύνοντας τις τοξίνες από το σώμα.

Τραπέζι. Συγκριτικά χαρακτηριστικάελαφρύ πόσιμο νερό "Langvey" και μεταλλικά νερά διάσημων εμπορικών σημάτων

Όνομα ορυκτού νερό

ΠH

Συγκέντρωση κύριων ιόντων, mg/l

Συγκεντρώνομαι- walkie-talkie δευτέριο, ppm

Κατιόντα

Ανιόντα

Ca 2+

mg 2+

Να +

κ +

Fe 2+/3+

HCO 3 -

Cl -

φά -

ΕΤΣΙ 4 2-

ΟΧΙ 3 -

langvey

Μοσχοβόλα

Δεν ρυθμίζεται

Αυτή η τεχνολογία καθιστά δυνατό τον καθαρισμό του φυσικού νερού από το δευτέριο σε τιμές καταγραφής της τάξης των 1-2 ppm. Αυτό είναι πραγματικά χημικά καθαρό ελαφρύ νερό μιας δεδομένης ισοτοπικής σύνθεσης. Επιπλέον, η παραγωγικότητα του καθαρισμού του νερού με αυτή τη μέθοδο είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερη από οποιαδήποτε άλλη μέθοδο, γεγονός που, κατά συνέπεια, μειώνει το κόστος του. Με τη μεγάλης κλίμακας παραγωγή ελαφρού νερού, στο μέλλον θα είναι διαθέσιμο σε κάθε άτομο.

Τώρα γίνονται εργασίες για τη βελτίωση της ποιότητας του νερού σε όλες τις χώρες του κόσμου. Ωστόσο, οι υπάρχουσες εγκαταστάσεις επεξεργασίας και οι τεχνολογίες επεξεργασίας νερού δεν ανταποκρίνονται στα καθήκοντά τους. Ως εκ τούτου, έχουν προκύψει διάφορες μέθοδοι και συσκευές για τον ισοτοπικό καθαρισμό του πόσιμου νερού από το δευτέριο. ΣΕ σε γενικές γραμμέςΌλες αυτές οι συσκευές, όσο τέλειος κι αν είναι ο καθαρισμός, δεν μπορούν να κάνουν τίποτα με τη γενετική μνήμη του νερού, η οποία εκδηλώνεται με την ικανότητα του νερού να διατηρεί ένα ίχνος της δράσης όλων των ακαθαρσιών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένων των ισοτόπων, στη μοριακή του δομή.

Αυτό δεν είναι εύκολο έργο. Ωστόσο, πολλά χρόνια εργασίας, ένας τεράστιος αριθμός πειραμάτων και τεχνολογικών κατασκευών οδήγησαν τους επιστήμονες στον στόχο: να αποκτήσουν κρυστάλλινο ελαφρύ νερό με βαθύ καθαρισμό από δευτέριο, βέλτιστη σύνθεση ορυκτών και φυσική δομή που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα βαθιάς ανόρθωσης.

Σε μελλοντικά πειράματα, σχεδιάζεται ότι οι αστροναύτες σε διαπλανητικές πτήσεις θα πίνουν «ελαφρύ νερό» στο διάστημα - νερό από το οποίο έχουν αφαιρεθεί βαριά ισότοπα υδρογόνου και οξυγόνου και το οποίο έχει θετικά βιολογικά αποτελέσματα, ιδίως προστατεύοντας το σώμα από την ακτινοβολία.

Όπως είπε ο Yury Sinyak, καθηγητής στο Ινστιτούτο Ιατρικών και Βιολογικών Προβλημάτων, σε ένα συνέδριο στη Μόσχα αφιερωμένο στην ανάπτυξη συστημάτων υποστήριξης της ζωής για διαστημικές πτήσεις, μελέτες έχουν δείξει ότι το «ελαφρύ νερό», όπου λείπει δευτερίου και βαρύ οξυγόνο ή περιεκτικότητα είναι σημαντικά μειωμένη, αντίθετα, έχουν μια σειρά από ευεργετικές βιολογικές ιδιότητες.

Σε πειράματα στο Ινστιτούτο Βιοϊατρικών Προβλημάτων, αποδείχθηκε ότι το ελαφρύ νερό προστατεύει από την ακτινοβολία: τα ποντίκια που έλαβαν σημαντική δόση ακτινοβολίας είχαν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής αν έπιναν ελαφρύ νερό.

Επιπλέον, έχουν ανακαλυφθεί οι αντικαρκινικές ιδιότητες του ελαφρού νερού - πειράματα έδειξαν ότι επιβραδύνει την ανάπτυξη ορισμένων τύπων όγκων.

Το ελαφρύ νερό είναι ένα πολύπλοκο προϊόν στη δομή και τη σύστασή του, το οποίο έχει πολυφυσιολογική επίδραση στον ανθρώπινο οργανισμό. Από αυτή την άποψη, είναι σημαντικό να αξιολογηθεί ο αντίκτυπος στον οργανισμό του καθαρισμού του πόσιμου νερού από βαριά μόρια, διατηρώντας παράλληλα όλα τα άλλα συστατικά του νερού σε επίπεδα που ρυθμίζονται από τα πρότυπα υγιεινής. Λαμβάνοντας υπόψη τον ρόλο του νερού στο σώμα και τις γνωστές επιδράσεις ισοτόπων του βαρέος νερού, και τα αποτελέσματα που λαμβάνονται για το ελαφρύ νερό, μπορεί να αναμένεται ότι αυτός ο καθαρισμός μπορεί να έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στις ιδιότητες των βιολογικών μεμβρανών, των ρυθμιστικών συστημάτων και των ενεργειακή συσκευή ενός ζωντανού κυττάρου. Είναι πολύ γνωστό, για παράδειγμα, ότι η επαγόμενη από τη γλυκόζη απελευθέρωση ινσουλίνης από τον παγκρεατικό ιστό και τις νησίδες Langerhans αναστέλλεται υπό την επίδραση βαρέος νερού και ο ρυθμός πρόσληψης οξυγόνου από τα μιτοχόνδρια των κυττάρων μειώνεται.

Το ελαφρύ νερό είναι φυσικό νερό, μερικώς ή πλήρως καθαρισμένο από βαρύ νερό και, χάρη σε αυτόν τον καθαρισμό, αποκτά μοναδικές ιδιότητες.

Η κύρια επίδραση του ελαφρού πόσιμου νερού στο ανθρώπινο σώμα είναι η σταδιακή μείωση της περιεκτικότητας σε δευτέριο στα σωματικά υγρά λόγω των αντιδράσεων ανταλλαγής ισοτόπων. Η ανάλυση των ληφθέντων αποτελεσμάτων μας επιτρέπει να πούμε ότι ο καθαρισμός του σωματικού νερού από το βαρύ νερό με τη βοήθεια ελαφρού πόσιμου νερού βελτιώνει τη λειτουργία των πιο σημαντικών συστημάτων του σώματος.

Η καθημερινή χρήση ελαφρού πόσιμου νερού σας επιτρέπει να μειώσετε φυσικά την περιεκτικότητα σε βαρύ νερό στο ανθρώπινο σώμα λόγω των αντιδράσεων ανταλλαγής ισοτόπων. Ένας τέτοιος μοναδικός καθαρισμός ομαλοποιεί τη λειτουργία των κυτταρικών μεμβρανών, βελτιώνει τη συνολική ευεξία, αυξάνει την αποτελεσματικότητα, αυξάνει τους ενεργειακούς πόρους του σώματος και συμβάλλει στην ταχεία ανάκαμψη του σώματος μετά από βαριά σωματική άσκηση.

Οι μοναδικές ιδιότητες του ελαφρού πόσιμου νερού επιβεβαιώνονται από έρευνες και κλινικές δοκιμές.

Ελαφρύ πόσιμο νερό:

ομαλοποιεί το μεταβολισμό και την αρτηριακή πίεση.

μειώνει το σάκχαρο του αίματος σε ασθενείς με διαβήτη τύπου ΙΙ.

καθαρίζει αποτελεσματικά το σώμα από τοξίνες και τοξίνες.

προάγει την ταχεία επούλωση και αποκατάσταση των οστών και των μυϊκών ιστών μετά από τραυματισμούς.

έχει αντιφλεγμονώδες αποτέλεσμα.

ενισχύει την επίδραση των φαρμάκων.

προωθεί τη διόρθωση βάρους.

- προστατεύει τα κύτταρα από την ακτινοβολία.

εξαλείφει γρήγορα τα σημάδια της απόσυρσης μετά το αλκοόλ.

Βασικές ιδιότητες του ελαφρού νερού

Το ελαφρύ νερό έχει χαμηλότερο ιξώδες από το φυσικό νερό. Αυτό του επιτρέπει να διεισδύει πιο εύκολα στις κυτταρικές μεμβράνες και να αυξάνει τον ρυθμό ανταλλαγής νερού στο σώμα.

Η διαλυτότητα των ουσιών στο ελαφρύ νερό είναι υψηλότερη από ό,τι στο φυσικό νερό, γεγονός που του επιτρέπει να απομακρύνει πληρέστερα και γρήγορα τα μεταβολικά προϊόντα από το σώμα, ενώ τον καθαρίζει από άλατα βαρέων μετάλλων, τοξίνες και άλλες βλαβερές ουσίες.

Ο ρυθμός των ενζυματικών (καταλυτικών) αντιδράσεων στο ελαφρύ νερό είναι υψηλότερος από το συνηθισμένο νερό. Αυτό σας επιτρέπει να εντείνετε τις μεταβολικές διεργασίες και βοηθά το σώμα να ανακάμψει γρηγορότερα μετά από βαριά φορτία.

Το ελαφρύ νερό σας επιτρέπει φυσικά, χωρίς τη χρήση φαρμακευτικών ουσιών, να αυξήσετε σημαντικά τους ενεργειακούς πόρους του σώματος. Όπως έδειξαν μελέτες του εργαστηρίου μεμβρανολογίας του Επιστημονικού Κέντρου για την Υγεία των Παιδιών της Ρωσικής Ακαδημίας Ιατρικών Επιστημών, το επίπεδο του ATP στα κύτταρα αυξάνεται σημαντικά (κατά 30%) στο ελαφρύ νερό. Σε αυτή την περίπτωση, τα κύτταρα αντιστέκονται πιο ενεργά στις επιπτώσεις διαφόρων δηλητηρίων πάνω τους. Έτσι, όταν ένα κύτταρο εκτίθεται σε χημικές ουσίες που αναστέλλουν την κυτταρική αναπνοή, το ποσοστό επιβίωσης των κυττάρων σε ελαφρύ νερό μετά από μια ώρα είναι 2 φορές υψηλότερο από ό,τι στο διαπόσταγμα.

Όταν τα ζώα εκτέθηκαν σε γ-ακτινοβολία σε δόση LD50, βρέθηκε ότι το ποσοστό επιβίωσης των ζώων που κατανάλωναν ελαφρύ νερό για 15 ημέρες πριν από την ακτινοβολία ήταν 2,5 φορές υψηλότερο από ό,τι στην ομάδα ελέγχου, γεγονός που υποδεικνύει τις ισχυρές ραδιοπροστατευτικές ιδιότητες του φωτός νερό. Αυτό σημαίνει ότι η χρήση «ελαφρού» νερού για τους κατοίκους των μεγάλων πόλεων, σε συνθήκες αυξημένης ακτινοβολίας υποβάθρου, είναι σίγουρα χρήσιμη.

Έτσι, το φάσμα δράσης του ελαφρού νερού είναι πολύ ευρύ. Το γεγονός είναι ότι με την τακτική κατανάλωση ελαφρού νερού, λαμβάνει χώρα σταδιακός καθαρισμός ολόκληρου του σώματος από βαρύ νερό. Αυτό συνοδεύεται από αύξηση της λειτουργικής δραστηριότητας των κυττάρων, των οργάνων και των διαφόρων συστημάτων του σώματος. Υπάρχει ομαλοποίηση των μεταβολικών διεργασιών, αυξάνεται η άμυνα του σώματος και η αντίσταση στις βλαβερές επιδράσεις. Ο ρυθμός καθαρισμού του σώματος από το βαρύ νερό εξαρτάται από το σωματικό βάρος ενός ατόμου και την ποσότητα του ελαφρού νερού που καταναλώνεται.

Με εκτιμιση,

Ph.D. O.V. Mosin

Σχηματίζει τρία ισότοπα με μαζικούς αριθμούς 1, 2, 3:

() - δευτέριο;

() - τρίτιο.

Στη φύση, το υδρογόνο έχει τη μορφή πρωτίου (99,98%). Το 0,0156% του φυσικού υδρογόνου αντιστοιχεί στο «βαρύ» υδρογόνο - δευτέριο, του οποίου η μάζα είναι διπλάσια από αυτή του πρωτίου. Το πρωτίου και το δευτέριο δεν είναι ραδιενεργά.

Για πρώτη φορά, το δευτέριο ελήφθη με τη μορφή βαρέος νερού D 2 O με ηλεκτρόλυση φυσικού νερού.

Το βαρύ νερό D 2 O είναι νερό που σχηματίζεται από άτομα δευτερίου. Στις φυσικοχημικές του ιδιότητες διαφέρει από το H 2 O:

Επί του παρόντος, το δευτέριο λαμβάνεται από ένα φυσικό μείγμα με ανταλλαγή ισοτόπων μεταξύ νερού και υδρόθειου:. Για να ληφθεί 1 λίτρο βαρέος νερού απαιτούνται 41 τόνοι νερό και 135 τόνοι υδρόθειο.

Οι χημικές αντιδράσεις στο βαρύ νερό προχωρούν πιο αργά από ότι στο συνηθισμένο νερό, οι δεσμοί υδρογόνου που περιλαμβάνουν δευτέριο είναι κάπως ισχυρότεροι από το συνηθισμένο. Το βαρύ νερό είναι τοξικό. Το βαρύ νερό έχει επιζήμια επίδραση στα ζώα και στον άνθρωπο. Για παράδειγμα, η αντικατάσταση 1/3 H 2 O με D 2 O οδηγεί σε στειρότητα, ανισορροπία υδατανθράκων και αναιμία.

Ωστόσο, ορισμένοι μικροοργανισμοί μπορούν να ζουν σε 70% βαρύ νερό (πρωτόζωα) και ακόμη και σε καθαρό βαρύ νερό (βακτήρια). Ένα άτομο μπορεί να πιει ένα ποτήρι βαρύ νερό χωρίς ορατή βλάβη στην υγεία, όλο το δευτέριο θα αφαιρεθεί από το σώμα σε λίγες μέρες. Από αυτή την άποψη, το βαρύ νερό είναι λιγότερο τοξικό από το επιτραπέζιο αλάτι, για παράδειγμα.

Το βαρύ νερό είναι βιομηχανικό προϊόν και διατίθεται σε μεγάλες ποσότητες. Η παραγωγή βαρέος νερού είναι πολύ ενεργοβόρα, επομένως το κόστος του είναι αρκετά υψηλό (περίπου $200 - $250 ανά κιλό).

Οι πυρήνες του δευτερίου έχουν πυρηνικό σπιν 1, που είναι ο λόγος για τη χρήση βαρέος νερού και άλλων δευτεριωμένων διαλυτών (δευτεροχλωροφόρμιο CDCl 3 ) στη φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού. Το βαρύ νερό βρίσκει χρήση στην πυρηνική τεχνολογία ως γρήγορος μετριαστής νετρονίων επειδή θα μειώσει γρήγορα την ενέργεια των νετρονίων πυρηνικής σχάσης και επίσης επειδή το δευτέριο έχει χαμηλότερη διατομή δέσμευσης νετρονίων (δεν απορροφά νετρόνια) από το υδρογόνο και επομένως μειώνει σημαντικά το νετρόνιο ροή.

Το δευτέριο χρησιμοποιείται ευρέως στη μελέτη μηχανισμών αντίδρασης και σε κινητικές μελέτες.

Το τρίτιο διαφέρει από τα άλλα ισότοπα στο ότι είναι ραδιενεργό. Το τρίτιο υπάρχει στη φύση σε πολύ μικρές ποσότητες. Η φυσική περιεκτικότητα του τριτίου είναι 1 άτομο ανά 10 18 άτομα υδρογόνου, αυτό είναι το αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στο νερό από τη δράση των κοσμικών ακτίνων στην ανώτερη ατμόσφαιρα:

Μετά τις δοκιμές θερμοπυρηνικών όπλων (1954), η συγκέντρωση τριτίου αυξήθηκε εκατοντάδες φορές, αλλά τώρα έχει μειωθεί ως αποτέλεσμα της απαγόρευσης των ατμοσφαιρικών δοκιμών πυρηνικών όπλων. Η χαμηλή περιεκτικότητα σε τρίτιο στον φλοιό της γης εξηγείται και από τη ραδιενέργεια του με χρόνο ημιζωής 12,35 χρόνια. Τα τελευταία χρόνια, οι πυρηνικοί σταθμοί έχουν γίνει η κύρια πηγή τεχνογενούς τριτίου στο περιβάλλον, που εκπέμπουν ετησίως αρκετές δεκάδες κιλά τριτίου.

Επί του παρόντος, το τρίτιο παράγεται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες με ακτινοβολία λιθίου με νετρόνια: .

Το λίθιο χρησιμοποιείται με τη μορφή κράματος με μαγνήσιο ή αλουμίνιο, το οποίο διατηρεί πολύ τρίτιο, το οποίο απελευθερώνεται όταν το ακτινοβολημένο κράμα διαλύεται σε οξύ.

Σημείωση.Ο πιο βολικός τρόπος αποθήκευσης τριτίου είναι η μετατροπή του σε UT 3 με αντίδραση με λεπτώς διαιρεμένο ουράνιο. Από αυτή η ένωσηΤο τρίτιο απελευθερώνεται εύκολα όταν θερμαίνεται πάνω από 400 ºС.

Το βαρύ νερό με βάση το τρίτιο T 2 O έχει ισχυρή ραδιενέργεια. Ως εκ τούτου, συνήθως χρησιμοποιούνται αραιά διαλύματα που περιέχουν 1% νερό τριτίου. Το τρίτιο είναι ένας καθαρός β-εκπομπός χωρίς ακαθαρσίες γ-συστατικού, επομένως είναι σχετικά ασφαλές, καθώς τα σωματίδια β έχουν χαμηλή διεισδυτική ισχύ, επομένως συγκρατούνται από ένα φύλλο χαρτιού ή ένα στρώμα αέρα 3 mm. Το τρίτιο είναι ένα από τα λιγότερο τοξικά ραδιοϊσότοπα.

Το τρίτιο μπορεί να χρησιμεύσει ως ραδιενεργή ετικέτα για τη μελέτη διαφόρων φυσικών διεργασιών. Η ανάλυση του ατμοσφαιρικού τριτίου παρέχει πολύτιμες πληροφορίες για τις κοσμικές ακτίνες. Και το τρίτιο στα ιζηματογενή πετρώματα μπορεί να υποδηλώνει την κίνηση του αέρα και της υγρασίας στη Γη.

Οι πλουσιότερες φυσικές πηγές τριτίου είναι η βροχή και το χιόνι, αφού σχεδόν όλο το τρίτιο που σχηματίζεται υπό τη δράση των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα περνά στο νερό. Η ένταση της κοσμικής ακτινοβολίας ποικίλλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, επομένως η βροχόπτωση, για παράδειγμα, στην κεντρική Ρωσία μεταφέρει πολλές φορές περισσότερο τρίτιο από τις τροπικές βροχές. Και υπάρχει πολύ λίγο τρίτιο στις βροχές που πέφτουν πάνω από τον ωκεανό, αφού η πηγή τους είναι βασικά το ίδιο νερό του ωκεανού, και δεν υπάρχει πολύ τρίτιο.

Είναι σαφές ότι ο βαθύς πάγος της Γροιλανδίας ή της Ανταρκτικής δεν περιέχει καθόλου τρίτιο - έχει από καιρό αποσυντεθεί εντελώς εκεί. Γνωρίζοντας τον ρυθμό σχηματισμού του τριτίου στην ατμόσφαιρα, είναι δυνατό να υπολογίσουμε πόσο καιρό υπάρχει υγρασία στον αέρα - από τη στιγμή που εξατμίζεται από την επιφάνεια έως την πτώση με τη μορφή βροχής ή χιονιού. Αποδείχθηκε ότι, για παράδειγμα, στον αέρα πάνω από τον ωκεανό, αυτή η περίοδος είναι κατά μέσο όρο 9 ημέρες.

Τις περισσότερες φορές, το τρίτιο χρησιμοποιείται ως ετικέτα στη μελέτη των μηχανισμών αντίδρασης και της κινητικής τους.

Το συνθετικό τρίτιο είναι σχετικά φθηνό και χρησιμοποιείται στην επιστημονική έρευνα και στη βιομηχανία. Τα φωτεινά χρώματα τριτίου, τα οποία εφαρμόζονται σε ζυγαριές οργάνων, έχουν βρει ευρεία εφαρμογή. Αυτές οι ελαφριές συνθέσεις είναι λιγότερο επικίνδυνες από την άποψη της ακτινοβολίας από τις παραδοσιακές συνθέσεις με ράδιο. Τέτοιες μόνιμες ελαφριές συνθέσεις χρησιμοποιούνται για την κατασκευή δεικτών, ζυγών οργάνων κ.λπ. Για την παραγωγή τους ξοδεύονται ετησίως εκατοντάδες γραμμάρια τριτίου.

Το τρίτιο υπάρχει επίσης στο ανθρώπινο σώμα. Εισέρχεται με τροφή, με εισπνεόμενο αέρα και μέσω του δέρματος. Είναι ενδιαφέρον ότι το αέριο T 2 είναι 500 φορές λιγότερο τοξικό από το νερό τριτίου T 2 O. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το μοριακό τρίτιο, εισερχόμενο στους πνεύμονες με αέρα, στη συνέχεια αποβάλλεται γρήγορα (σε περίπου 3 λεπτά) από το σώμα, ενώ το τρίτιο στη σύνθεση το νερό παραμένει σε αυτό για 10 ημέρες και καταφέρνει να του μεταφέρει μια σημαντική δόση ακτινοβολίας σε αυτό το διάστημα.

Το τρίτιο είναι σημαντικό στις αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης: συμβαίνει κατά την έκρηξη μιας βόμβας υδρογόνου.

Πιο πρόσφατα, οι άνθρωποι πίστευαν ότι το άτομο είναι ένα αναπόσπαστο αδιαίρετο σωματίδιο. Αργότερα έγινε σαφές ότι αποτελείται από έναν πυρήνα και ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω του. Εν κεντρικό τμήμαθεωρείται και πάλι αδιαίρετο και ολόκληρο. Σήμερα γνωρίζουμε ότι αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Επιπλέον, ανάλογα με τον αριθμό των τελευταίων, η ίδια ουσία μπορεί να έχει πολλά ισότοπα. Λοιπόν, το τρίτιο είναι για την ουσία, πώς να το πάρετε και να το χρησιμοποιήσετε;

Τρίτιο - τι είναι;

Το υδρογόνο είναι η απλούστερη ουσία στη φύση. Αν μιλάμε για την πιο κοινή του μορφή, η οποία θα συζητηθεί λεπτομερέστερα παρακάτω, τότε το άτομό του αποτελείται μόνο από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Μπορεί όμως να δεχθεί και «έξτρα» σωματίδια, τα οποία αλλάζουν κάπως τις ιδιότητές του. Έτσι, ο πυρήνας του τριτίου αποτελείται από ένα πρωτόνιο και δύο νετρόνια. Και αν το protium, δηλαδή η απλούστερη μορφή υδρογόνου - αυτό είναι κάτι που δεν μπορείτε να το πείτε για τη "βελτιωμένη" εκδοχή του - στη φύση εμφανίζεται σε μικρές ποσότητες.

Το ισότοπο υδρογόνου τρίτιο (το όνομα προέρχεται από την ελληνική λέξη για το "τρίτο") ανακαλύφθηκε το 1934 από τους Rutherford, Oliphant και Harteck. Και μάλιστα προσπάθησαν να τον βρουν για πολύ καιρό και σκληρά. Αμέσως μετά την ανακάλυψη του δευτερίου και του βαρέος νερού το 1932, οι επιστήμονες άρχισαν να αναζητούν αυτό το ισότοπο αυξάνοντας την ευαισθησία του συμβατικού υδρογόνου. Ωστόσο, παρ' όλα αυτά, οι προσπάθειές τους ήταν μάταιες - ακόμα και στα πιο συμπυκνωμένα δείγματα δεν ήταν δυνατό να ληφθεί ούτε ένας υπαινιγμός για την παρουσία μιας ουσίας που ήταν απλώς υποχρεωμένη να υπάρχει. Ωστόσο, στο τέλος, η αναζήτηση στέφθηκε με επιτυχία - ο Oliphant συνέθεσε το στοιχείο με τη βοήθεια του εργαστηρίου του Rutherford.

Εν ολίγοις, ο ορισμός του τριτίου είναι ο εξής: ένα ραδιενεργό ισότοπο υδρογόνου, ο πυρήνας του οποίου αποτελείται από ένα πρωτόνιο και δύο νετρόνια. Τι είναι λοιπόν γνωστό για αυτόν;

Σχετικά με τα ισότοπα υδρογόνου

Πρώτο στοιχείο Περιοδικός Πίνακαςείναι επίσης το πιο κοινό στο σύμπαν. Ταυτόχρονα, εμφανίζεται στη φύση με τη μορφή ενός από τα τρία ισότοπά του: πρωτίου, δευτερίου ή τριτίου. Ο πυρήνας του πρώτου αποτελείται από ένα μοναδικό πρωτόνιο, το οποίο του έδωσε το όνομά του. Παρεμπιπτόντως, αυτό είναι το μόνο σταθερό στοιχείο που δεν έχει νετρόνια. Το επόμενο στη σειρά ισοτόπων υδρογόνου είναι το δευτέριο. Ο πυρήνας του ατόμου του αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο και το όνομα προέρχεται από την ελληνική λέξη για το "δεύτερο".

Στο εργαστήριο ελήφθησαν επίσης βαρύτερα ισότοπα υδρογόνου με μάζες από 4 έως 7. Ο χρόνος ημιζωής τους περιορίζεται σε κλάσματα δευτερολέπτων.

Ιδιότητες

Η ατομική μάζα του τριτίου είναι περίπου 3,02 amu. ε. μ. Όσον αφορά τις φυσικές της ιδιότητες, αυτή η ουσία σχεδόν δεν διαφέρει από το συνηθισμένο υδρογόνο, δηλαδή υπό κανονικές συνθήκες είναι ένα ελαφρύ αέριο χωρίς χρώμα, γεύση και οσμή και έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Σε θερμοκρασία περίπου -250 βαθμών Κελσίου, γίνεται ένα ελαφρύ και ρέον άχρωμο υγρό. Το εύρος εντός του οποίου βρίσκεται σε αυτήν την κατάσταση συγκέντρωσης είναι μάλλον στενό. Το σημείο τήξης είναι περίπου 259 βαθμοί Κελσίου, κάτω από το οποίο το υδρογόνο γίνεται μια μάζα σαν χιόνι. Επιπλέον, αυτό το στοιχείο είναι αρκετά διαλυτό σε ορισμένα μέταλλα.

Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες διαφορές στις ιδιότητες. Πρώτον, το τρίτο ισότοπο είναι λιγότερο αντιδραστικό και δεύτερον, το τρίτιο είναι ραδιενεργό και επομένως ασταθές. είναι λίγο παραπάνω από 12 χρονών. Στη διαδικασία της ραδιόλυσης, μετατρέπεται σε ένα τρίτο ισότοπο ηλίου με την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός αντινετρίνου.

Παραλαβή

Στη φύση, το τρίτιο βρίσκεται σε μικρές ποσότητες και σχηματίζεται συχνότερα στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας κατά τη σύγκρουση κοσμικών σωματιδίων και, για παράδειγμα, ατόμων αζώτου. Ωστόσο, υπάρχει επίσης μια βιομηχανική μέθοδος για τη λήψη αυτού του στοιχείου με ακτινοβολία λιθίου-6 με νετρόνια σε

Η σύνθεση του τριτίου σε όγκο, η μάζα του οποίου είναι περίπου 1 κιλό, κοστίζει περίπου 30 εκατομμύρια δολάρια.

Χρήση

Έτσι, μάθαμε λίγα περισσότερα για το τρίτιο - τι είναι και τις ιδιότητές του. Γιατί όμως χρειάζεται; Ας μάθουμε λίγο πιο κάτω. Σύμφωνα με ορισμένες αναφορές, η παγκόσμια εμπορική ανάγκη για τρίτιο είναι περίπου 500 γραμμάρια ετησίως και άλλα 7 κιλά πηγαίνουν για στρατιωτικές ανάγκες.

Σύμφωνα με το Αμερικανικό Ινστιτούτο Ενεργειακής Έρευνας και περιβάλλον, από το 1955 έως το 1996, στις ΗΠΑ παρήχθησαν 2,2 εκατοστά υπερβαρύ υδρογόνου. Και το 2003, τα συνολικά αποθέματα αυτού του στοιχείου ήταν περίπου 18 κιλά. Σε τι χρησιμεύουν;

Πρώτον, το τρίτιο είναι απαραίτητο για τη διατήρηση της ικανότητας μάχης των πυρηνικών όπλων, την οποία ορισμένες χώρες είναι γνωστό ότι εξακολουθούν να διαθέτουν. Δεύτερον, η θερμοπυρηνική ενέργεια είναι απαραίτητη χωρίς αυτήν. Το τρίτιο χρησιμοποιείται επίσης σε ορισμένες επιστημονικές έρευνες, για παράδειγμα, στη γεωλογία, χρησιμοποιείται για την ημερομηνία φυσικών υδάτων. Ένας άλλος σκοπός είναι η παροχή ρεύματος με οπίσθιο φωτισμό στο ρολόι. Επιπλέον, βρίσκονται σε εξέλιξη πειράματα για τη δημιουργία γεννητριών ραδιοϊσοτόπων εξαιρετικά χαμηλής ισχύος, για παράδειγμα, για την τροφοδοσία αυτόνομων αισθητήρων. Αναμένεται ότι σε αυτή την περίπτωση η διάρκεια ζωής τους θα είναι περίπου 20 χρόνια. Το κόστος μιας τέτοιας γεννήτριας θα είναι περίπου χίλια δολάρια.

Ως πρωτότυπα αναμνηστικά, υπάρχουν επίσης μπρελόκ με μικρή ποσότητα τριτίου μέσα. Εκπέμπουν μια λάμψη και φαίνονται αρκετά εξωτικά, ειδικά αν γνωρίζετε για το εσωτερικό περιεχόμενο.

Κίνδυνος

Το τρίτιο είναι ραδιενεργό, γεγονός που εξηγεί ορισμένες από τις ιδιότητες και τις χρήσεις του. Ο χρόνος ημιζωής του είναι περίπου 12 χρόνια, παράγοντας ήλιο-3 με την εκπομπή ενός αντινετρίνου και ενός ηλεκτρονίου. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, απελευθερώνονται 18,59 kW ενέργειας και τα σωματίδια βήτα διαδίδονται στον αέρα. Μπορεί να φαίνεται παράξενο στον μέσο άνθρωπο ότι ένα ραδιενεργό ισότοπο χρησιμοποιείται, ας πούμε, για φωτισμό σε ρολόγια, επειδή μπορεί να είναι επικίνδυνο, σωστά; Στην πραγματικότητα, το τρίτιο δεν αποτελεί απειλή για την ανθρώπινη υγεία, καθώς τα σωματίδια βήτα στη διαδικασία της αποσύνθεσής του εξαπλώνονται το πολύ 6 χιλιοστά και δεν μπορούν να ξεπεράσουν τα πιο απλά εμπόδια. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι η εργασία με αυτό είναι απολύτως ασφαλής - οποιαδήποτε κατάποση με τροφή, αέρα ή απορρόφηση μέσω του δέρματος μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα. Αν και στις περισσότερες περιπτώσεις αφαιρείται εύκολα και γρήγορα, αυτό δεν συμβαίνει πάντα. Λοιπόν, τρίτιο - τι είναι από την άποψη του κινδύνου ακτινοβολίας;

Προστατευτικά μέτρα

Παρά το γεγονός ότι η χαμηλή ενέργεια αποσύνθεσης του τριτίου δεν επιτρέπει στην ακτινοβολία να εξαπλωθεί σοβαρά, έτσι ώστε τα σωματίδια βήτα να μην μπορούν καν να διεισδύσουν στο δέρμα, δεν πρέπει να παραμελείτε την υγεία σας. Όταν εργάζεστε με αυτό το ισότοπο, φυσικά, δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε στολή ακτινοπροστασίας, αλλά πρέπει να τηρούνται στοιχειώδεις κανόνες, όπως κλειστά ρούχα και χειρουργικά γάντια. Δεδομένου ότι το τρίτιο αποτελεί τον κύριο κίνδυνο από την κατάποση, είναι σημαντικό να σταματήσετε τις δραστηριότητες στις οποίες αυτό είναι δυνατό. Διαφορετικά, δεν υπάρχει τίποτα ανησυχητικό.

Εάν, ωστόσο, εισέλθει στους ιστούς του σώματος σε μεγάλες ποσότητες, μπορεί να αναπτυχθεί οξεία ή χρόνια ασθένεια ακτινοβολίας, ανάλογα με τη διάρκεια, τη δόση και την κανονικότητα της έκθεσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτή η ασθένεια θεραπεύεται επιτυχώς, αλλά με εκτεταμένες βλάβες, είναι δυνατή μια θανατηφόρα έκβαση.

Σε κάθε κανονικό σώμα υπάρχουν ίχνη τριτίου, αν και είναι απολύτως ασήμαντα και δύσκολα επηρεάζονται, αλλά για τους λάτρεις των ρολογιών με φωτεινούς δείκτες, το επίπεδό του είναι αρκετές φορές υψηλότερο, αν και εξακολουθεί να θεωρείται ασφαλές.

Σούπερ βαρύ νερό

Το τρίτιο, όπως το συνηθισμένο υδρογόνο, μπορεί να σχηματίσει νέες ουσίες. Συγκεκριμένα, περιλαμβάνεται στο μόριο του λεγόμενου υπερβαρύ (υπερβαρύ) νερού. Οι ιδιότητες αυτής της ουσίας δεν διαφέρουν πολύ από το H 2 O, το οποίο είναι γνωστό σε κάθε άτομο. Παρά το γεγονός ότι το νερό τριτίου μπορεί επίσης να συμμετάσχει στο μεταβολισμό, έχει αρκετά υψηλή τοξικότητα και απεκκρίνεται μέσα σε μια περίοδο δέκα ημερών, κατά τη διάρκεια ποιοι ιστοί μπορούν να δεχθούν αρκετά υψηλό βαθμό ακτινοβολίας. Και παρόλο που αυτή η ουσία είναι λιγότερο επικίνδυνη από μόνη της, είναι πιο επικίνδυνη λόγω της περιόδου κατά την οποία βρίσκεται στο σώμα.