Техника - молодёжи 1956-08, страница 34
ТЯЖЕЛАЯ ВОДА ОНА —МЕРТВАЯ ВОДА ДЛЯ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ И ЖИВАЯ-ДЛЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 3. ТКАЧЕК, кандидат химических наук РГ два ли в наше время найдется такой человек, который не знал бы или не слышал о «тяжелой воде». Однако никто из людей, держа в руках два одинаковых по объему стакана воды, не смог бы определить, какой же из них наполнен тяжелой. Трудно найти другие вещества, столь схожие между собой и в то же время столь различные. Ни по цвету, ни по вкусу, ни по другим внешним признакам тяжелую воду нельзя отличить от обычной дистиллированной. Но если без обычной воды существование человека невозможно, без тяжелой воды люди жили тысячи веков, и о существовании ее стало известно немногим более трех десятков лет назад. В чистом или даже в концентрированном виде тяжелая вода в природе не встречается, тогда как-обычная занимает более 2/з поверхности нашей планеты. Трудно представить более доступное вещество, чем обычная вода, между тем как тяжелая вода является чрезвычайно дорогостоящим и малодоступным продуктом. Получение ее связано с организацией сложного производственного процесса, с затратой большого количества энергии. По опубликованным в американских журналах данным для запуска атомной электростанции мощностью в 240 тыс. квт требуется около 200 т тяжелой воды. Чтобы получить такое количество ее, нужно переработать около 2 500 тыс. т обычной воды и затратить около 21 млрд. квт-ч электроэнергии, иначе говоря, две самые крупные электростанции США должны в течение года работать на производство одной тяжелой воды! При такой огромной энергоемкости было бы нецелесообразным организовывать специальное производство тяжелой воды, и его обычно стремятся сочетать с другими, при которых тяжелая вода является отходами, что снижает ее стоимость. В течение шестой пятилетки в СССР будут построены атомные электростанции общей мощностью 2—2,5 млн. квт. Намечено построить около десяти различных типов ядерных реакторов, обеспечивающих получение электрической мощности от 50 до 200 тыс. квт каждый. Среди них большое место отводится тяжеловодным котлам. Зачем же для атомных реакторов нужна тяжелая вода? Известно, что цепная реакция в чистом расщепляющемся материале — уране 235 или плутонии — происходит так быстро, что приводит к взрыву. На этом основано действие атомной бомбы обычного типа. Для использования атомной энергии в мирных целях необходимы сильно замедленные ядерные реакции, протекающие без взрыва. В обычных реакторах они возможны только при условии замедления движения нейтронов, освобождающихся в результате деления ядер урана 235 или плутония, до энергий теплового движения частиц, то-есть примерно с 1 млн. электрон-вольт до 0,3 электрон-вольта. Для этого ядерное горючее помещается в замедлитель. Процесс замедления движения быстрых нейтронов можно представить как процесс соударения упругих шаров, один из которых (нейтрон) движется с большой скоростью, а другой (атом замедлителя) практически находится в спокойном состоянии. Чем ближе масса нейтрона к массе соударяемой с ним частицы, тем больше кинетической энергии теряет нейтрон. Кроме того, замедлитель не должен иметь тенденции поглощать нейтроны, чтобы не прекратить цепной реакции. Поэтому легкие элементы, графит, бериллий, тяжелая и обычная вода и оказались наиболее эффективными в качестве замедлителей. Дейтерий практически не поглощает нейтронов и при столкновении с ними сильно замедляет их движение, кислород также слабо поглощает нейтроны, поэтому комбинация дейтерия с кислородом, Рис. С. НАУМОВА то-есть тяжелая вода, — наиболее подходящее для замедлителя вещество. Достаточно указать, что замена тяжелой воды на обычную только в той части, которая выполняет функцию теплоносителя, снижает мощность реактора примерно в два раза. ЧТО ЖЕ ТАКОЕ ТЯЖЕЛЫЙ ИЗОТОП ВОДОРОДА И ТЯЖЕЛАЯ ВОДА? Из всех химических элементов, существующих в природе, легкий изотоп водорода — протий имеет самое простое ядро. Оно состоит только из одного протона. В 1932 году американские ученые Юри, Брайквид и Мерфи обнаружили в составе обычного водорода его тяжелый изотоп, содержащий в своем ядре, кроме протона, еще и нейтрон. Этот тя» МЕТОД ДИФФУЗИИ. Концентрирование дейтерия путем диффузии через пористую перегородку основано на различии скоростей молекул изотопов. Легкий изотоп проходит через перегородку, а фракция, обогащенная тяжелым изотопом, идет на следующую ячейку (ступень). Обедненную фракцию возвращают на предыдущую ступень. МЕТОД ТЕРМОДИФФУЗИИ. Термодиффузия — специфическая диффузия тяжелых и легких изотопов газа, возникающая при наличии температурного поля с разными температурами. Если в изолированную холодную трубу со смесью изотопов внести нагретый до 600—700°С стержень, то будет происходить разделение изотопов: один из них сконцентрируется около горячих стенок, другой — у холодных. Кроме того, у холодных стенок газ будет стремиться вниз, а легкий изотоп вверх, что создаст дополнительное разделение. ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ. Метод основан на различии масс изотопов. Если в цилиндрический объем поместить смесь тяжелых и легких изотопов и придать ей очень большую скорость вращения, то благодаря разнице весов более тяжелые частицы будут отбрасываться к стенкам цилиндра, а легкие, наоборот, к центру. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПОСОБ. Если ионизировать газ и ввести его в магнитное поле, то заряженные атомы газа под влиянием заряда поля будут отклоняться, причем отклоняться различно: атомы, более тяжелые по весу и имеющие поэтому большую инерцию, будут отклоняться меньше и пролетать дальше, а легкие ионы будут отклоняться сильнее и собираться ближе, как это показано на схеме. На этом принципе работают масспек-трометры. ЦЕНТРИ ФУГИ РОВ АНИ Е ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПОСОБ ■«■г? МЕТОД ДИФФУЗИИ МЕТОД ТЕРМОДИ ВОДОРОД, ОБЕДНЕННЫЙ СМЕСЬ ИОНОВ ПРОТИЯ И ДЕЙТЕРИЯ протий скопляется у нагретогс стержня и поднимается вверх дейтерий снопляется у холодных стенон ч опускается вниз 30 |
