Техника - молодёжи 1959-01, страница 7

СОЛНЦЕ, РАСТВОРЕННОЕ В ОКЕАНАХ

3. ТКАЧЕК, кандидат химических наук

Недалеко время, когда появятся атомные поезда, автомобили и самолеты, когда транспорт с угля, нефти и электричества перейдет на атомное горючее. Ведь плавают уже сегодня атомные подводные лодки, готовится к плаванию единственный на земном шаре атомный ледокол «Ленин». Богатый опыт накопили советские ученые и инженеры, пустившие первые в мире атомные электростанции. Ученые убедились, что самые компактные атомные установки могут быть созданы только с таким замедлителем, как тяжелая вода. Это открывает огромные перспективы для транспорта. Но еще большее значение приобретет тяжелая вода после того, как будет осуществлена управляемая термоядерная реакция, реакция синтеза легких ядер водорода. По какому бы пути ни пошло развитие атомной техники, ясно одно: ей не обойтись без этого важнейшего вещества.

Нет, пожалуй, сейчас для ядерной промышленности более ценного сырья, чем тяжелая вода. Почему? Да потому, что это лучший замедлитель «ей-тронов и для урановых и для плутониевых реакторов. Тяжелая вода, окружающая реактор, почти не поглощает нейтроны, что дает возможность работать на более бедном сырье и позволяет придать атомным установкам меньшие габариты. Это выгодно отличает ее от других замедлителей, таких, как графит и обычная вода. А главное в том, что тяжелая вода основной источник дейтерия — «горючего» для термоядерных реакций. Управляемая термоядерная реакция в электростанциях будущего неосуществима без нее.

Юрэй, первооткрыватель тяжелого изотопа водорода (дейтерия), и Льюис, получивший впервые тяжелую воду, воду, обогащенную дейтерием, — едва ли представляли себе, какой переворот в науке, технике и энергетике вызовет это вещество. Впрочем, ученые поняли это довольно быстро. Не прошло и четверти века, а производство тяжелой воды от нескольких граммов, скрупулезно добываемых в лабораториях, возросло до сотен тонн в год. Во многих странах (в СССР, США, Японии, Франции, Испании, ФРГ) работают большие промышленные установки по добыче тяжелой воды.

О том, сколько тяжелой воды в год им хотелось бы получать, официально объявили Англия (100 т), ФРГ <100 т), страны Западной Европы,* входящие в так называемую организацию Европейского экономического сотрудничества (400—450 т в год). США, производящие сейчас в год около 600 т тяжелой воды, считают, что производство ее следует поднять до 1 000 т в год.

Почему Же промышленность, выпускающая, например, серную кислоту многими миллионами тонн, измеряет добычу тяжелой воды всего сотнями тонн? Потому, что добыча ее необыкновенно дорога. Может быть, ее мало на нашей планете? Нет. Она есть всюду, в каждой капле любой воды, рек, озер, морей. Запаса ее человечеству хватит на сотни миллионов лет. Но, как говорится, она всюду и... нигде, так как в природных источниках она находится в ничтожных концентрациях.

В среднем на каждые 6 тыс. «молекул обычной воды (НоО) приходится всего одна (!) молекула тяжелой воды (D2O), причем концентрация тяжелой воды в обычной колеблется весьма и весьма -незначительно. Иногда одна молекула D2O приходится на 5 000 молекул Н2О, а иногда и на 8 000.

Лытаться найти «жилу» — богатый природный источник тяжелой воды, где процент ее достигал хотя бы 0,1%, еще более безнадежно, чем искать жемчужные раковины, скажем, на дне Москвы-реки.

Тяжелая вода почти ничем не отличается от обычной воды — ни по физическим, ни по химическим свойствам. Поэтому-то так трудно выделить ее из рек, озер и морей.

Ученые придумали и разработали остроумные способы получения тяжелой воды, использующие тончайшие различия в свойствах легкого и тяжелого изотопов водорода — различие в массе, в скорости реакций, в сродстве их с тем или другим химическим элементом, в температуре кипения и т. д.

Современная сложная установка с очень тонкими технологическими процессами разделения стоит 100— 160 млн. долларов. Но это еще не все. Нужна энергия для того, чтобы установка действовала. Так, например, чтобы получить 1 кг тяжелой воды многоступенчатым электролизом, необходимо уменьшить первоначальный объем воды в 100 тыс. раз и затратить 1 млн. квт-ч электроэнергии. При получении ее ректификацией воды нужны колонны огромной высоты с сотнями ступеней и очень много тепла. А чтобы получать тяжелую воду методом дистилляции жидкого водорода (так называемым методом глубокого холода), необходимо вести процесс при температуре —250°С, достижение и поддержание которой хотя и сложно, но дает энергетически дешевый способ получения тяжелого водорода.

Сейчас больше всего тяжелой воды производится так называемым двух-температурным методом, требующим меньших затрат энергии и тепла. В промышленных установках широко исполь-

БИП-БИП: Что это за точки? И почему их — словно звезд на небе?

ЛЮБОЗНАЙКИН: Это не звезды, дружок. Здесь ровно б 000 точек, обозначающих 6 000 молекул воды. И всего одна из них — молекула тяжелой воды. И так во всех морях и океанах. Концентрация мизерная...

зуется также метод глубокого холода.

Двухтемперату рный метод основан на неравном распределении дейтерия и водорода между молекулами различных химических соединений, причем это распределение существенно меняется с изменением температуры. В работающих по этому методу установках используется сероводород, циркулирующий по замкнутому циклу.

Процесс осуществляется в двух колоннах (см. схему). При высокой температуре (около 100°С) сероводород в горячей колонне обогащается дейтерием из воды, которая служит сырьем, и затем при снижении температуры до 20° в холодной колонне отдает этот дейтерий воде, часть которой отбирается из цикла как 'продукт. В данном случае сероводород служит как бы насосом, высасывающим дейтерий из природной воды. Метод этот наиболее экономи-