Ри делении тяжелых ядер в реакторе выделяется энергия. Где же источник этой энергии? Почему она освобождается в тот момент, когда ядро раскалывается на две части?
Ядро урана-235 состоит из 92 протонов и 143 нейтронов. Это не простая механическая смесь элементарных частиц, подобно, скажем, смеси железных опилок и порошка серы. Частицы, составляющие ядро атома, очень прочно связаны друг с другом так называемыми ядерными силами. Эта связь частиц в ядре во много миллионов раз крепче, чем связь, существующая между атомами в молекуле любого химического соединения. Прокалите те же железные опилки, смешанные с серой, получится химическое соединение - сернистое железо. Чтобы разрушить все молекулы сернистого железа до атомов железа и серы, содержащиеся в одном грамме, необходима энергия в количестве примерно одной большой калории. А чтобы разрушить до элементарных частиц все ядра, находящиеся в кусочке урана весом один грамм, понадобилась бы энергия порядка 170 миллионов больших калорий. Такое количество энергии выделяется при сжигании почти 20 тонн бензина.
Нейтроны и протоны в ядрах различных химических элементов связаны друг с другом по-разному: в одних прочнее, в других - слабее. При делении ядра урана, как уже говорилось, образуются два «осколка», представляющие собой ядра атомов середины периодической таблицы элементов Менделеева, например ядра атомов бария и криптона. Протоны и нейтроны в этих ядрах связаны между собой более прочно, чем они были связаны в ядрах урана или других тяжелых элементах конца таблицы Менделеева. Для разрушения одного ядра бария и одного ядра криптона до элементарных частиц (на протоны и нейтроны) потребовалось бы энергии на десять процентов больше, чем для разрушения одного ядра урана.
Если для расщепления ядра на отдельные элементарные частицы необходима некоторая определенная энергия, то при образовании ядер из этих частиц, согласно закону сохранения энергии, должна выделяться такая же энергия.
Расчленим мысленно процесс деления ядра урана на две стадии. Первая стадия - разрушение ядра урана на протоны и нейтроны; при этом затрачивается энергия в количестве 170 миллионов больших калорий на один грамм чистого урана. Вторая стадия - образование ядер бария и криптона из элементарных частиц, образовавшихся при разрушении ядер урана. Этот процесс сопровождается выделением энергии в количестве уже около 190 миллионов больших калорий. В результате проведения обеих стадий реакции получается выигрыш энергии в 20 миллионов больших калорий. Для получения такого количества энергии надо сжечь примерно две тонны бензина. Таким образом, «теплотворная способность» у урана при его делении оказывается в два миллиона раз выше, чем при горении бензина.
Поясним наши рассуждения следующим примером. Допустим, вы стоите на склоне горы и из колодца глубиной два метра черпаете воду. На поднятие каждого килограмма воды вы затрачиваете работу в два килограмм-метра. Затем вы эту воду льете по желобу на колесо турбины, расположенной на пять метров ниже. Если пренебречь всевозможного рода потерями энергии, то турбина совершит работу, равную уже пяти килограмм-метрам. В результате мы получаем работы на три килограмм-метра больше, чем затрачиваем.
При делении ядер тяжелых элементов они не распадаются до отдельных элементарных частиц, они только раскалываются на две части - осколки. Внутри полученных осколков мгновенно происходит перегруппировка элементарных частиц; они более плотно «упаковываются», и этот процесс сопровождается выделением энергии, причем выделяется энергии больше, чем ее расходуется на разрушение тяжелого ядра.
Расчеты показывают, что при делении тяжелых ядер выделяется только часть энергии, запасенной в ядре. Значительно больше энергии получается, если те же самые ядра бария и криптона синтезировать (составлять) непосредственно из протонов и нейтронов. Тогда не придется затрачивать энергию в 170 миллионов больших калорий на разрушение тяжелых ядер. В примере с водой это соответствовало бы тому, что не надо вытягивать ее из колодца наверх, а пользоваться бассейном, вода в котором находится на уровне верхнего края желоба.
Но для синтеза атомных ядер из нейтронов и протонов необходимо прежде всего иметь в своем распоряжении эти элементарные частицы. В готовом виде в природе их нет. Их можно получить только искусственным путем. Однако выделенные в свободном состоянии нейтроны и протоны нельзя запасать впрок. Протоны - это атомы протия, лишенные единственного электрона, в обычных условиях они долго существовать не могут. Протоны найдут для себя потерянные электроны и вновь превратятся в электрически нейтральные атомы протия.
Нейтроны легко проникают внутрь ядер атомов и захватываются ими. Кроме того, нейтроны радиоактивны. Продолжительность жизни нейтронов в свободном состоянии - считанные минуты. Если нейтрону удалось избежать захвата ядром, то он самопроизвольно превращается в протон и электрон. Откуда при радиоактивном превращении нейтрона появился электрон? Дело в том, что и нейтрон и протон по сути одна и та же элементарная частица, только находится она в разных энергетических состояниях. Чтобы подчеркнуть общность этих частиц, когда они составляют в совокупности какое-нибудь ядро атома, их даже называют одним именем - нуклоны. Так и говорят, например, ядро изотопа хлор-35 состоит из 35 нуклонов, не подразделяя их на протоны и нейтроны. Процесс перехода нейтрона в протон, это - самопроизвольный переход с более высокого энергетического уровня на более низкий; при этом и «рождается» электрон. Самопроизвольный же переход протона в нейтрон невозможен, это соответствовало бы переходу с низкого уровня энергии на более высокий, что противоречит закону сохранения энергии. Камень, лежащий на земле, никогда сам собою, без вмешательства внешней силы, не поднимется вверх. Если же протону сообщить извне необходимое количество энергии, он может превратиться в нейтрон, причем этот акт сопровожается появлением частички, подобной электрону, но положительно заряженной. Ее называют, как мы уже знаем, позитрон. Вот так и получается, что хотя в нейтронах и нет электронов, а в протонах - позитронов, но при взаимном их превращении частицы эти выделяются.
Итак, если удается получить в свободном виде нейтроны и протоны, то их необходимо тотчас же пустить для синтеза атомных ядер.
Разрушение тяжелых ядер типа урана на элементарные частицы (нуклоны) сопряжено с затратой большого количества энергии. А нет ли в природе таких ядер, в которых протоны и нейтроны связаны не так прочно между собой, как в ядре урана? Если такие ядра имеются, то первая мысленная стадия реакции - разрушение ядра - потребовала бы меньшей затраты энергии. Возвращаясь к примеру с колодцем и желобом,- надо искать по возможности мелкий колодец.
Здесь-то и выходит на сцену водород со своими тяжелыми изотопами и теперь уже не одним, а двумя.
Какую роль играл дейтерий в работе ядерного реактора? Его роль была вспомогательная - замедлять быстрые нейтроны до тепловых скоростей. Прямого участия в высвобождении ядерной энергии он не принимал. Во многих реакторах, как вы уже знаете, в качестве замедлителей нейтронов успешно используются углерод в виде графитовых блоков, или обыкновенная вода. Имеются реакторы и вовсе без замедлителя - это реакторы, работающие на быстрых нейтронах. В процессах же, с которыми мы теперь познакомимся, изотопы водорода имеют решающее значение в освобождении ядерной энергии.
Кроме тяжелого изотопа водорода - дейтерия, имеется еще сверхтяжелый изотоп - тритий; его обозначают буквой Т. В ядро трития кроме протона входит не один нейтрон, как у дейтерия, а два (рис. 13). В отличие от дейтерия
(белыми кружками обозначены протоны, черными - нейтроны, составляющие ядра).
Половина всех имеющихся в наличии атомов трития распадается за 12,2 года. Этот срок не велйк, но вполне достаточный, чтобы всегда иметь тритий в запасе в нужном количестве.
Тритий является более сложно устроенным изотопом водорода. По своим свойствам он отличается от протия сильнее, чем дейтерий.
Как и первые два изотопа, тритий может быть сконденсирован в жидкость. Температура кипения жидкого трития уже на 4,65 градуса выше температуры кипения протия. Теплота испарения у него еще выше, чем у дейтерия. При соединении трития с кислородом образуется вода, которую называют тритиевой или сверхтяжелой водой. Подобно дейтерию тритий в сочетании с протаем, дейтерием и изотопами кислорода дает воду различного изотопного состава. К тем девяти разновидностям воды, которые дал дейтерий, теперь добавляется столько же новых, в состав молекул которых входят атомы трития. Формулы этих молекул можно записать так:
ТБО16, ТОО17 и ТОО18.
Рассуждая таким же образом, как и в случае деления ядер урана (см. стр. 50), мысленно расчленим процесс на две стадии: первая-разрушение ядер дейтерия и трития до отдельных нуклонов, вторая - синтез из них ядер гелия. Нейтроны и протоны связаны между собой в ядрах дейтерия и трития значительно менее прочно, чем в ядрах гелия. Поэтому на разрушение ядер двух изотопов водорода суммарно затрачивается меньше энергии, чем ее выделяется при синтезе одного ядра гелия из полученных элементарных частиц. Расчет показывает, что при образовании всего лишь одного грамма атомов изотопа гелия-4 из ядер дейтерия и трития высвобождается энергии около ста миллионов больших калорий. Это в пять раз больше энергии, выделяемой при делении одного грамма урана под действием нейтронов.
Чтобы осуществить реакцию синтеза ядер гелия, надо привести к столкновению ядра дейтерия и трития друг с другом. В этом состоит основная трудность в проведении реакции синтеза ядер гелия. Ведь оба сталкивающихся ядра положительно заряжены, а электрически, одноименно заряженные тела отталкиваются друг от друга. Для преодоления электрических сил отталкивания надо к ядрам при
ложить большие силы. Как же это сделать? Видимо, надо сообщить ядрам такую энергию движения, которой хватило бы на преодоление сил отталкивания, действующих между ними.
Средняя скорость беспорядочного движения частиц, а следовательно, и их энергия определяются температурой. Чем выше температура тела, тем больше средняя энергия частиц, тем быстрее они движутся. Значит, надо наши изотопы нагреть и нагреть до очень высокой температуры, порядка миллиона градусов и даже выше. Только при таких температурах энергия частиц будет достаточной для преодоления электрических сил отталкивания между ядрами. Если вспомнить, что даже на поверхности Солнца температура составляет всего лишь 6000 градусов, то трудность нагревания тел до миллиона градусов становится очевидной. Единственный известный в наше время источник, с помощью которого можно достигнуть таких температур, это взрыв атомной бомбы, то есть цепной процесс деления ядер урана или плутония. В зоне такого взрыва дейтерий и тритий будут существовать в форме плазмы - среды, состоящей из «голых» атомных ядер, лишенных электронных оболочек. В таких условиях ядра изотопов водорода получают возможность при встрече соединяться в ядра гелия, осуществляется так называемая термоядерная реакция. Такой или подобный ему процесс и происходит при взрыве водородной бомбы.
Чтобы использовать энергию, выделяющуюся при термоядерных реакциях, для мирных целей, необходимо научиться управлять такими реакциями. Разрешением этой очень трудной задачи заняты теперь ученые многих стран мира. Большие исследования в этом направлении проводятся у нас, в Советском Союзе. Удачное решение этой задачи снимет с человечества заботу о поисках новых источников энергии и приведет к невиданному расцвету науки и техники.
Всего два с половиной десятилетия отделяют нас от момента открытия тяжелой воды и того времени, когда она получалась в количествах, умещающихся на дне маленькой пробирки. За это короткое время тяжелая вода завоевала себе прочное место в ядерной энергетике. Она оказалась лучшим замедлителем для атомных реакторов, работа
Ющих на тепловых нейтронах. Однако это еще не самое главное. Основное значение тяжелая вода приобретает при осуществлении термоядерных реакций. Для этих реакций прежде всего необходимо иметь в достаточном количестве сырье, то есть дейтерий и тритий. Атомы дейтерия являются составной частью молекул тяжелой воды. Атомы трития могут быть получены, как мы видели, из атомов дейтерия. Следовательно, тяжелая вода - вот тот источник, который поставляет необходимые элементы для осуществления реакции синтеза ядер гелия. Поэтому теперь получение тяжелой воды во многих странах мира ведется в крупных заводских масштабах.
Образует три изотопа с массовыми числами 1, 2, 3:
() - дейтерий;
() - тритий.
В природе водород находится в виде протия (99,98%). 0,0156% природного водорода приходится на долю «тяжелого» водорода - дейтерия, масса которого вдвое больше массы протия. Протий и дейтерий не являются радиоактивными.
Впервые дейтерий был получен в виде тяжелой воды D 2 O путем электролиза природной воды.
Тяжелая вода D 2 O - вода, образованная атомами дейтерия. По своим физико-химическим свойствам отличается от Н 2 О:
В настоящее время дейтерий получают из природной смеси путем изотопного обмена между водой и сероводородом : . Для получения 1 л тяжелой воды требуется 41 т воды и 135 т сероводорода.
Химические реакции в тяжелой воде протекают медленнее, по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных. Тяжёлая вода токсична. Тяжелая вода оказывает губительное действие на животных и человека. Например, замена 1/3 Н 2 О на D 2 O приводит к бесплодию, нарушению углеводного баланса и анемии .
Однако некоторые микроорганизмы способны жить в 70%-ной тяжёлой воде (простейшие) и даже в чистой тяжёлой воде (бактерии). Человек может без видимого вреда для здоровья выпить стакан тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. В этом отношении тяжёлая вода менее токсична, чем, например, поваренная соль.
Тяжелая вода является промышленным продуктом и доступна в больших количествах. Производство тяжёлой воды очень энергоёмко, поэтому её стоимость довольно высока (ориентировочно 200 - 250 долларов за кг).
Ядра дейтерия имеют спин ядра равный 1, с этим связано использование тяжелой воды и других дейтерированных растворителей (дейтерохлороформ CDCl 3) в спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Тяжелая вода находит применение в ядерной технике в качестве замедлителя быстрых нейтронов, поскольку она быстро понижет энергию нейтронов ядерного деления, а также вследствие того, что дейтерий имеет низкое сечение захвата нейтронов (не поглощает нейтроны), чем водород, и, следовательно, заметно уменьшает нейтронный поток.
Дейтерий широко применяют при изучении механизмов реакции и при кинетических исследованиях.
От других изотопов тритий отличается тем, что он радиоактивен. В природе тритий встречается в очень малых количествах. Естественное содержание трития - 1 атом на 10 18 атомов водорода, это результат ядерных реакций, протекающих вод действием космических лучей в верхних слоях атмосферы :
После испытаний термоядерного оружия (1954 г.) концентрация трития увеличилась в сотни раз, но в настоящее время она упала в результате запрета на испытания ядерного оружия в атмосфере. Низкое содержание трития в земной коре объясняется и его радиоактивностью с периодом полураспада 12,35 года 
. В последние годы основным источником техногенного трития в окружающей среде стали атомные электростанции, которые ежегодно выделяют несколько десятков килограммов трития.
В настоящее время тритий получают в ядерных реакторах при облучении лития нейтронами: 
.
Литий используют в виде сплава с магнием или алюминием, который удерживает в себе много трития, который освобождается при растворении облученного сплава в кислоте.
Прим. Наиболее удобный способ хранения трития состоит в превращении его в UT 3 по реакции с мелко раздробленным ураном. Из данного соединения тритий легко освобождается при нагревании выше 400 ºС.
Тяжелая вода на основе трития T 2 O обладает сильной радиоактивностью. Поэтому обычно используют разбавленные растворы, содержащие 1% тритиевой воды. Тритий является чистым β-излучателем без примеси γ-компоненты, поэтому он относительно безопасен, так как β-частицы обладают низкой проникающей способностью, поэтому задерживаются листом бумаги или слоем воздуха в 3 мм. Тритий - один из наименее токсичных радиоизотопов.
Тритий может служить радиоактивной меткой для изучения различных природных процессов. Анализ атмосферного трития дает ценную информацию о космических лучах. А тритий в осадочных породах может свидетельствовать о перемещениях воздуха и влаги на Земле.
Наиболее богатые природные источники трития - дождь и снег, поскольку почти весь тритий, образующийся под действием космических лучей в атмосфере, переходит в воду. Интенсивность космической радиации изменяется с широтой, поэтому осадки, например, в средней полосе России несут в несколько раз больше трития, чем тропические ливни. И совсем мало трития в дождях, которые идут над океаном, поскольку их источник - в основном та же океаническая вода, а ней трития немного.
Понятно, что глубинный лед Гренландии или Антарктиды совсем не содержит трития - он там давно успел полностью распасться. Зная скорость образования трития в атмосфере, можно рассчитать, как долго влага находится в воздухе - с момента ее испарения с поверхности до выпадения в виде дождя или снега. Оказалось, что, например, в воздухе над океаном этот срок составляет в среднем 9 дней.
Чаще всего тритий применяют как метку при изучении механизмов реакций и их кинетики .
Синтезированный тритий сравнительно дешев и находит применение в научных исследованиях и в промышленности. Широкое применение нашли тритиевые светящиеся краски, которые наносят на шкалы приборов. Эти светосоставы с точки зрения радиации менее опасны, чем традиционные радиевые. Такие светосоставы постоянного действия используют для изготовления указателей, шкал приборов и т.п. На их производство ежегодно расходуют сотни граммов трития.
Тритий присутствует и в человеческом организме. Он поступает в него с пищей, с вдыхаемым воздухом и через кожу. Интересно, что газообразный Т 2 в 500 раз менее токсичен, чем тритиевая вода Т 2 О. Это объясняется тем, что молекулярный тритий, попадая с воздухом в легкие, затем быстро (примерно за 3 мин) выделяется из организма, тогда как тритий в составе воды задерживается в нем на 10 суток и успевает за это время передать ему значительную дозу радиации.
Тритий имеет важное значение в реакциях термоядерного синтеза: 
, протекающих при взрыве водородной бомбы.
Кандидат химических наук Александр Семёнов, главный эксперт АО «ВНИИНМ»
Прошло более 85 лет с момента открытия тяжёлых изотопов водорода, тем не менее интерес к ним с каждым годом возрастает. Они дают надежду на выход из энергетического кризиса, но вместе с тем могут поставить под угрозу существование всего живого на нашей планете. Эту опасность человечество ощутило ещё полвека назад.
Натурные макеты атомной и водородной (на переднем плане) бомб в Музее ядерного оружия (г. Саров). Фото Александра Семёнова.
Соотношение тяжёлой и лёгкой воды в природной смеси. Фото Александра Семёнова.
Студент РХТУ Борис Иванов (слева) проходит практику в тритиевом отделе АО «ВНИИНМ». Справа - автор статьи. Фото: АО «ВНИИНМ».
Стеклянный баллон вакуумной установки, потемневший от многолетнего воздействия бета-излучения трития. Фото: АО «ВНИИНМ».
Радиолюминограмма образца нержавеющей стали, экспонированного в тритии. Разным цветом показаны участки, содержащие различное количество этого изотопа. Фото: АО «ВНИИНМ».
В 1931-1932 годах американский физикохимик Гарольд Юри и его коллеги сумели выделить из обыкновенного, всем известного водорода необычную фракцию. Водород из этой фракции имел большие атомный вес и плотность, давал в эмиссионном спектре ранее незнакомые линии, напоминающие классические линии спектра водорода, но в то же время немного смещённые. Это означало, что в природном водороде присутствуют атомы нескольких сортов, отличные по своим свойствам. Так был открыт первый из тяжёлых изотопов водорода - дейтерий. Вскоре в чистом виде была получена «тяжёлая вода» - оксид дейтерия. Она имела на 10% бóльшую плотность, более высокие температуры плавления и кипения, чем вода обычная, сложнее разлагалась электрическим током, что вскоре легло в основу одного из первых способов её получения. Длительный, многоступенчатый электролиз воды позволял сконцентрировать дейтерий и очистить его от лёгкого изотопа водорода.
Другой тяжёлый изотоп, тритий, открыли двумя годами позже в Кембриджском университете физики Эрнест Резерфорд, Марк Олифант и физикохимик Пауль Хартек при бомбардировке ядрами дейтерия мишеней из дейтерийсодержащих соединений. При этом исследователи впервые столкнулись с ядерным синтезом - искусственным превращением одних ядер в другие. Как оказалось, третий изотоп водорода сильно радиоактивен (период полураспада 12,32 года) и поэтому не может накапливаться в природе в сколько-нибудь значимых количествах.
За открытие дейтерия Г. Юри в 1934 году был награждён Нобелевской премией по химии.
Поначалу дейтерий производили электролитическим методом, что требовало больших затрат электроэнергии и обходилось недёшево. А реакторная наработка весовых количеств трития даже по самым скромным подсчётам должна была стоить баснословных денег. Кто бы мог тогда подумать, что через два десятка лет после их открытия в нескольких государствах мира будут работать крупномасштабные производства и дейтерия и трития! Причина такой популярности тяжёлых изотопов водорода заключалась в том, что они стали основой самого мощного из всех существовавших когда-либо видов оружия. Это оружие получило название термоядерного или водородного.
Вспоминая эпоху «холодной войны», в которую довелось родиться автору этой статьи, стоит заметить, что зловещее и практически забытое сейчас выражение «водородная бомба» долгое время было у всех на слуху и вызывало неприятный холодок в душе жителя Советского Союза. Все жили под дамокловым мечом ядерной войны, которая, как казалось, могла начаться в любой момент. В политических карикатурах журнала «Крокодил» недобрый «дядя Сэм», как правило, доставал из-за пазухи или держал в руке выразительную чёрную бомбу с эмблемой «Н», что означало «водородная», или с эмблемой «N», что означало бомбу нейтронную, представляющую более современный тип бомбы водородной. Не все понимали, что идёт речь не о самом водороде, а только о его тяжёлых изотопах, составляющих термоядерный заряд. Изобилие карикатур на эту тему привело к тому, что атомные и водородные бомбы часто попадали в детские рисунки и были причиной многих детских страхов.
В чём же секрет небывалой мощи, скрытой в тяжёлых изотопах водорода? Он заключён в высоком энергетическом эффекте реакции слияния ядер дейтерия и трития и в рекордно малой величине энергетического барьера, который необходимо преодолеть, чтобы их ядра слились. Если обычный урановый или плутониевый ядерный заряд использовать для поджигания термоядерной реакции, то его энергию можно усилить в 600 раз и более. Большое достоинство такого заряда состоит в том, что дейтерий и тритий при слиянии не только не дают долгоживущих радиоактивных продуктов, но и способствуют более полному сгоранию самого ядерного запала. И значит, термоядерное оружие при его использовании наносит значительно меньший экологический урон, оставляя меньшее радиоактивное заражение местности, чем ядерное оружие той же мощности. Это открывало не только военные, но и мирные перспективы его использования - при сооружении подземных ёмкостей-хранилищ газа, при тушении пожаров на нефтяных скважинах, а также для быстрого и относительно безопасного создания искусственных котлованов и каналов серией небольших термоядерных взрывов.
Абсолютным рекордсменом среди всех видов взрывных устройств, когда-либо созданных человеком, следует назвать советскую водородную бомбу АН602, которая была испытана 30 октября 1961 года на ядерном полигоне «Сухой Нос» архипелага Новая Земля. С лёгкой руки Генерального секретаря Компартии СССР Н. С. Хрущёва эта бомба вошла во Всемирную историю под названием «Кузькина мать». Кроме того, по аналогии с Царь-пушкой и Царь-колоколом этот заряд часто называют «Царь-бомбой». Разработана она была под руководством академика АН СССР И. В. Курчатова. Её измеренная мощность в тротиловом эквиваленте составила 58,6 мегатонны.
Сколько же тяжёлых изотопов водорода в природе? Дейтерия в природе не так уж и мало. Его концентрация относительно протия составляет около 0,016% ат., но, учитывая широкую распространённость самого водорода, запасы дейтерия можно считать неисчерпаемыми. Наибольшие его количества находятся в Мировом океане; концентрация дейтерия в океанической воде также заметно выше, чем в водах рек, вследствие фракционирования изотопов воды в атмосферном водяном цикле (см. «Наука и жизнь» № 5, 2011 г., статья ). Дейтерия в водах Мирового океана содержится даже больше, чем таких химических элементов, как фтор и йод. Природные вариации соотношения изотопов дейтерия и протия изменяются в диапазоне от 5500 до 11 000 атомов лёгкого водорода на один атом тяжёлого - это своеобразный рекорд среди природных вариаций всех стабильных изотопов. Наименьшие концентрации дейтерия наблюдаются в ледниках Антарктики, а наибольшие - в закрытых водоёмах пустыни Сахара.
Трития в природе в десятки и сотни триллионов раз меньше, чем дейтерия. Из-за радиоактивного распада тритий практически отсутствует в объектах, изолированных от атмосферы, например в углеводородах нефти и природного газа. Естественная наработка трития на Земле постоянно происходит при воздействии космических лучей на ядра азота и кислорода в верхних слоях атмосферы, поэтому наиболее богаты природным тритием осадки: дождь и снег. Такая естественная наработка трития находится в равновесии с его распадом и составляет не более 7 кг на весь земной шар.
Во второй половине ХХ века количество трития в природе многократно возрастало в период интенсивных испытаний термоядерного оружия. Так, при взрыве водородной бомбы мощностью одна мегатонна образуется и попадает в окружающую среду до 2 кг трития. За всё время наземных и воздушных испытаний термоядерного оружия в атмосфере накапливались сотни килограммов трития. После их запрета количество трития в земной атмосфере заметно снизилось за счёт его радиоактивного распада и сейчас не превышает десятков килограммов. Важный источник поступления трития в окружающую среду - атомные электростанции, которые ежегодно вырабатывают килограммы трития (сопоставимо с его природной наработкой). Из этого количества в окружающую среду попадает не более одной седьмой части.
Как разделить изотопы водорода? Известный учёный и публицист академик И. В. Петрянов-Соколов в конце 1960-х годов, проведя несложные математические выкладки, показал, насколько утопичен миф о «накоплении тяжёлой воды» в чайнике при длительном кипячении. Чтобы получить хотя бы литр воды с обогащением по дейтерию всего в 10 раз больше природного, пришлось бы испарить такое её количество, масса которого во много раз превышает массу всей Солнечной системы. Причина - близость физико-химических свойств обычной и дейтериевой воды, малая величина коэффициента разделения этих изотопов при дистилляции. Эффективность разделения может быть значительно повышена, если использовать многоступенчатые противоточные процессы. Наиболее освоены и промышленно реализованы такие методы получения дейтерия, как ректификация жидкого водорода, двухтемпературный сероводородный метод, и метод, основанный на химическом обмене в системе «вода-водород». При получении концентрированного трития приходится считаться с его радиоактивностью. В этом случае могут быть применены лишь те методы, в которых водород присутствует в молекулярном виде, так как и вода и сероводород, содержащие тритий, сильно разлагаются вследствие авторадиолиза. При получении дейтерия в качестве исходного сырья используют природную воду. Тритий может быть получен только в реакторах, при облучении нейтронами одного из изотопов лития.
Приятно отметить, что наше предприятие, АО «ВНИИНМ» им. академика А. А. Бочвара, которое ранее называлось НИИ-9, стоит у истоков создания всех отечественных тритиевых технологий. И реакторная наработка трития, и его очистка от сопутствующих примесей, и проблемы безопасности обращения с ним - все эти вопросы были в своё время успешно решены.
С самого начала Атомного проекта СССР проблема получения трития была по значимости на втором месте после изготовления ядерного заряда. Тритий предстояло нарабатывать реакторным путём из лёгкого изотопа лития - 6Li. Решение этой задачи было поручено коллективу НИИ-9, состоявшему из специалистов разных направлений. С их помощью в Советском Союзе создали тритиевое производство и ныне действующее на ФГУП «ПО «Маяк» (г. Озёрск).
Процессы разделения изотопов водорода в нашей стране большей частью разработаны в МХТИ (ныне - РХТУ им. Д. И. Менделеева). Там же в 1934 году А. И. Бродский получил первую советскую тяжёлую воду на специально разработанной лабораторной установке. Ежегодно кафедра технологии изотопов РХТУ даёт образование десяткам специалистов в этой области.
Наибольшее количество дейтерия в нашей стране, по-видимому, наработано методом низкотемпературной ректификации , хотя на первом этапе для этого активно использовали очень энергозатратный способ получения тяжёлой воды электролизом. Производства дейтерия были распределены по всей стране, при этом ориентировались на наличие свободной электроэнергии и на возможность использования отходящего водорода, в частности на азотно-туковых заводах . Одно из наиболее крупных производств дейтерия существовало в городе Чирчик; тяжёлую воду производили также в Днепродзержинске, Сталиногорске, Ленинграде, Норильске, Каменке, Березниках, Горловке и во многих других городах СССР. Меньшее распространение у нас получил двухтемпературный сероводородный метод производства тяжёлой воды, реализованный в городе Алексине, в то время как в мировом масштабе это один из основных методов её получения.
Исторически первой страной, производившей тяжёлую воду в крупнотоннажных масштабах, была Норвегия. Это связано с наличием в ней большого количества избыточной электроэнергии, необходимой для электролитического производства D2 O. Принято считать, что если бы гитлеровская Германия получила в своё распоряжение запасы норвежской тяжёлой воды, то вполне могла бы успеть создать до своего разгрома собственное ядерное оружие. К счастью, этого не произошло благодаря проведённой спецоперации: парóм с норвежской тяжёлой водой, предназначенной для переправки в Германию, был уничтожен. На сегодня крупнейшие производители тяжёлой воды в мире - это Индия, Китай и Иран, активно развивающие тяжеловодное направление своей атомной энергетики. Огромными запасами тяжёлой воды владеют Канада и США, которым пришлось даже остановить ряд своих предприятий из-за перепроизводства и экологических проблем. При эксплуатации тяжеловодных АЭС Канаде приходится периодически очищать теплоноситель как от протия (он мешает ядерной реакции), так и от нарабатываемого трития (повышает радиационную нагрузку на персонал). При этом Канада попутно получает до 2 кг трития в год как ценный побочный продукт эксплуатации своих тяжеловодных АЭС. Собственное тяжеловодное производство имеет Румыния.
В нашей стране тяжёлую воду и дейтерий в настоящее время производит единственное предприятие - ПИЯФ им. Б. П. Константинова в Гатчине. В качестве исходного сырья используют запасы, накопленные в СССР. Из природного сырья дейтерий у нас в стране сейчас не выделяют.
Говоря об отечественных тритиевых технологиях, нельзя не упомянуть РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров), специалисты которого многие годы занимаются этим вопросом как в рамках оборонных задач, так и для нужд фундаментальной науки. В частности, они разработали тритиевую криомишень для получения сверхтяжёлых изотопов лёгких элементов, используемую в ОИЯИ (г. Дубна) на установке АКУЛИНА , позволившую получить пятый изотоп водорода и до сих пор востребованную в фундаментальных исследованиях.
Где же применяют тритий и дейтерий? Так уж получилось, что открытые человеком колоссальные источники энергии деления и слияния ядер изначально предполагалось использовать для разрушения, и лишь потом было освоено их мирное использование. Кроме того, есть немало сфер применения этих изотопов, вообще не связанных с реакцией термоядерного синтеза.
Один из основных отечественных потребителей трития и производителей тритиевой продукции - ФГУП «ВНИИА им. Н. Л. Духова». На этом предприятии разрабатывают и производят нейтронные генераторы - ускорительные устройства, в которых ядра дейтерия, ударяясь в мишень, вступают в ядерную реакцию с содержащимся в ней тритием. При этом выделяющиеся нейтроны имеют постоянную энергию 14,1 МэВ, а само устройство очень удобно в эксплуатации. При отсутствии ускоряющего напряжения нейтроны не излучаются (в отличие от радиоизотопных нейтронных источников), а радиоактивный тритий находится внутри нейтронной трубки и в таком виде практически безопасен (его мягкое бета-излучение не способно пробить даже лист бумаги).
Нейтронные генераторы используются везде, где требуются компактные автономные источники нейтронов. Очень востребованы они у геологов, которые используют их при гео-физическом исследовании скважин методом нейтронного каротажа. (Слово «каротаж» происходит от французского слова «carotte» - морковь, что объясняется сходством формы керна, извлекаемого из земли, с морковью.) Метод нейтронной активации при этом позволяет оперативно получить полную информацию о химическом составе всех горных пород по глубине скважины, просто опустив в неё нейтронный зонд с детектором. Нейтронный генератор, изготовленный во ВНИИА, есть даже на марсоходе «Curiosity» («Кьюриосити»; в переводе с английского означает «любопытство»), в составе прибора ДАН (Детектора альбедных нейтронов), созданного в ИКИ РАН. Главная задача этого прибора - поиск воды на Марсе под толщей грунта, и уже имеются первые положительные результаты. ВНИИНМ внёс свой вклад в этот международный проект, поставив для ВНИИА мишени, насыщенные тритием.
То, что тритий является мягким бета-излучателем с высокой радиоактивностью, обусловливает его использование в радиоизотопных источниках света и электроэнергии. Во многих часах и приборах со светящимися стрелками применяют люминофоры, активированные тритием. Тритиевая подсветка на оружейных прицелах существенно повышает точность стрельбы в ночное время.
Сейчас АО «ВНИИНМ» по заказу Роскосмоса и под руководством ООО «Солар-Си» принимает участие в разработке отечественного бета-вольтаического источника питания на основе трития - «тритиевой батарейки». Этот источник питания нужен в тех ответственных узлах, где требуется стабильное бесперебойное электроснабжение в течение многих лет. Его создание решит актуальный вопрос импортозамещения, поскольку аналогичных источников электропитания Россия в настоящее время не производит.
Наибольшие количества дейтерия потребляются атомной энергетикой. Содержащая его тяжёлая вода - один из наилучших замедлителей нейтронов, настолько эффективный, что позволяет «зажечь» реакцию деления ядер даже в уране с природным обогащением по изотопу U-235, тогда как все остальные типы ядерных реакторов требуют обогащённого урана. Использование тяжёлой воды в качестве замедлителя позволяет повысить и степень выгорания ядерного топлива. По этому пути пошла атомная энергетика Канады, которая производит для себя и строит по всему миру на заказ тяжеловодные реакторы CANDU.
И дейтерий и тритий активно применяют при производстве меченых соединений. В этой продукции заинтересованы в первую очередь биологи и медики, которые с помощью изотопной метки определяют механизмы биохимических реакций. У нас меченные тритием соединения традиционно производят в Институте молекулярной генетики РАН.
Самая заманчивая перспектива использования дейтерия и трития - создание управляемой термоядерной реакции. Если это удастся, человечество будет иметь в своём распоряжении неисчерпаемый источник энергии. К сожалению, эта задача оказалась чрезвычайно сложной. Более полувека в мире ведутся разработки в этой области, но всё равно мы очень далеки от создания такого термоядерного реактора, который производил бы энергии больше, чем потреблял. В настоящее время весь мир с надеждой смотрит на международный термоядерный реактор ИТЭР, создаваемый в городе Кадараш на юге Франции. С его помощью физики надеются приблизиться к созданию энергетики, использующей энергию слияния ядер трития и дейтерия, а в перспективе перейти к использованию одного дейтерия, чьи ядра могут взаимодействовать между собой.
В своё время на нашем предприятии пересказывали забавную историю, как один из вновь назначенных чиновников, проходя по территории ВНИИНМ, потребовал, чтобы ему «показали тритий», и был очень возмущён тем, что этого не сделали. Ему объясняли, что тритий - это газ, который прозрачен и потому невидим, тем не менее новый босс сурово резюмировал: «Что-то у вас здесь нечисто!». Давайте попытаемся понять, можно ли изотопы водорода «увидеть»?
Что касается трития, то, несомненно, да - можно, и без всяких дополнительных устройств. В концентрированном виде этот изотоп водорода даёт голубое свечение вследствие самоионизации. Поток бета-излучения трития способен при длительном контакте изменить цвет стекла, он вызывает потемнение эмульсии фотопластинок, на чём основан классический метод авторадиографического анализа, в котором по интенсивности потемнения фотоэмульсии определяют концентрацию радиоактивного изотопа. В последнее время приобретает популярность новый метод анализа трития, позволяющий визуализировать его распределение по поверхности образцов, - радиолюминография. Метод основан на образовании скрытого изображения в некоторых люминофорах под воздействием радиации. Это изображение считывается специальным лазерным сканером, причём интенсивность люминесценции пропорциональна активности образца. Концентрация трития с помощью радиолюминографии может быть представлена довольно наглядно и красочно. Радиоактивность трития даёт возможность определять даже ничтожные его количества методом жидкостной сцинтилляции, в котором определяют интенсивность свечения некоторых жидкостей, пропорциональную содержанию в них радиоактивного изотопа, и газовыми ионизационными методами, использующими свойство газовых смесей менять свои вольт-амперные характеристики при воздействии на них ионизирующего излучения. Кроме того, и дейтерий и тритий, так же как самый лёгкий из изотопов водорода протий, можно без труда «увидеть», используя современные методы атомно-эмиссионной, ИК- и масс-спектрометрии.
Не стоит забывать и об опасности, которую несут тяжёлые изотопы водорода. Самая грозная и зловещая из них скрыта в термоядерном оружии, произведённом за десятилетия «холодной войны». В своё время в прессе звучали сообщения, что мощности накопленного вооружения достаточно, чтобы неоднократно уничтожить всё живое на нашей планете. Даже малая его часть в случае использования способна вызвать глобальную экологическую катастрофу, известную под названием «ядерная зима». Несомненно, важнейшая задача всего человечества - не допустить развития такого сценария в мировой истории.
Но даже тот тритий, который не используется в вооружении, представляет для человека существенную опасность, так как является высокотоксичным радиоактивным изотопом. Риск облучения персонала, контактирующего с тритием, очень высок в связи с тем, что этот изотоп не удерживается современными фильтрующими системами защиты органов дыхания и способен проникать через кожу. При этом в форме тритированной воды тритий в 10 000 раз токсичнее, чем в виде молекулярного водорода, так как пары тритированной воды уже при комнатной температуре практически мгновенно обменивают изотопы водорода, моментально попадая за счёт этого в организм человека. Значительная часть трития при переработке радиоактивных отходов сбрасывается в атмосферу или попадает в Мировой океан. И обращение с отходами, содержащими тритий (особенно с низкоактивными, которых очень много), до сих пор представляет собой серьёзную проблему, ожидающую своего решения.
Кто бы мог предугадать 100 лет назад, что самый первый и самый простой из химических элементов - водород преподнесёт нам столько сюрпризов, столько радости и страхов, надежд и разочарований? Сегодня хочется верить, что все знания, полученные человечеством, будут направлены только на созидание, а не на разрушение, а изотопы водорода со своими удивительными свой-ствами помогут нам ещё не раз заглянуть в сокровенные тайники Природы и сделать немало интересных и полезных открытий.
Автор выражает благодарность Г. М. Тер-Акопьяну (ОИЯИ), А. А. Юхимчуку (РФЯЦ-ВНИИЭФ), Л. А. Ривкису, М. И. Белякову, А. Н. Букину, А. С. Аникину, Н. Е. Забировой, А. В. Лизунову и всему тритиевому отделу АО «ВНИИНМ» им. академика А. А. Бочвара, а также специалистам кафедры технологии изотопов РХТУ им. Д. И. Менделеева, особенно М. Б. Розенкевичу и Ю. С. Паку, которые оказали помощь при подготовке материала.
Не только тяжёлые изотопы водорода имеют собственные красивые имена. Привычный нам самый лёгкий и распространённый изотоп водорода тоже имеет специальное обозначение - протий. Все три названия этих изотопов появились ещё до открытия трития, когда Г. Юри, Д. Мерфи и Ф. Брикведде 5 июня 1933 года предложили их в письме редактору научного журнала «The Journal of Chemical Physics». Названия изотопов водорода происходят от греческих слов «protos» (первый), «deuteros» (второй) и «tritos» (третий). Интересно отметить, что название «протий» менее известно широкой общественности, чем имена тяжёлых и намного более редких его «собратьев». В последнее время в интернете появились такие названия, как «квадий», «пентий», «гексий» и «септий», отнесённые к чрезвычайно короткоживущим изотопам водорода массой от 4 до 7 и с периодами полураспада 10 –22 - 10 –23 с. Однако, по-видимому, эти названия не имеют под собой основы и являются одним из «фейков» интернета. В частности, профессор Г. М. Тер-Акопьян, который с коллективом ОИЯИ (г. Дубна) впервые получил в 2001 году ядра пятого изотопа водорода, названия «пентий» ему не давал и никогда не слышал упоминания такого термина в научных публикациях и на конференциях.
Введение
Тритий 3 Н – радиоактивный сверхтяжёлый радионуклид водорода с массовым числом 3. Т 1/2 = 12.35 года. В обычных условиях тритий – газ, t пл = -252.52 0 С. В соединении с кислородом тритий образует сверхтяжёлую воду Т 3 О. Изотопный индикатор, входит в состав термоядерного горючего. На сегодня термоядерные реакции осуществлены только при взрывах водородных бомб.
Физическая энциклопедия. М. Научное издательство “Большая Российская энциклопедия” том 5 стр.168.
Состояние проблемы.
Тритий:
Современная наука имеет представление о любом химическом элементе с точки зрения наличия гравитационного слоя. Если потенциалы слоя обнулить, элемент не существует.
при заполнении более 2 электронных слоёв с одновременным снятием потенциалов с гравитационных решёток переводит тритий в неинерционную массу с возможностью последующего использования как топлива. Все радиационные октавы включены в состав электронных слоёв.
Внешняя (гравитационная) решётка имеет октаву 32.62546258, следующая – 53.66. Если убрать с неё потенциалы, то горение трития будет отличаться от горения водорода и дейтерия. Вета минус распад обусловлен распадом внешней гравитационной решётки и к электронным слоям отношения не имеет.
Дейтерий:
Обнуление решёток трития переводит его в устойчивое относительно внешней среды состояние, при этом минимальное число электронных решёток 2 и, чтобы он не самовозгорался, внешних решёток 3 (октавы 53.66, 51.66, 32.62546258). Внешняя решётка определяет жидкое состояние дейтерия.
Водород:
наличие только гравитационных слоёв и радиационной решётки (32.62546258 октавы) не позволяет использовать водород в качестве топлива (для термоядерного синтеза), так как отсутствуют электронные слои, а внешние контуры гравитационных решёток принимаются за бегающий электрон и прыгающий протон (которые можно взвесить).
Таким образом, базовый элемент – тритий, а дейтерий и водород его изотопы.
Водород нельзя перевести в состояние неинерционной массы.
Отметим, что все 3 элемента – это один элемент с разными свойствами в зависимости от состояния решёток.
Число изотопов трития = 2 44 – 1 или 17592186044415, один из них – водород. Из этого многообразия необходимо иметь только 2 изотопа для объектов (НЛО), 15 изотопов для движения в Космосе и только 1 изотоп для формирования воды. Использование других изотопов для формирования воды исключено по причине несовместимости границ использования частот.
Тритий существует в жидком состоянии при температуре ниже -253 0 С.
Твёрдое состояние неизвестно. Тритий является топливом для всех типов объектов (НЛО). Используется жидкий тритий, расходы приведены в таблице объектов (НЛО).
Запасы трития не бесконечны, никакая природа его не создаёт.
Для создания трития существуют специальные установки (генераторы – объекты Комплексов), которые вырабатывают тритий с последующим его растворением в воде, и все объекты (НЛО) располагаются вблизи водоёмов. Любой объект (НЛО) в состоянии произвести переработку воды и выделить из неё тритий в количестве, необходимым для выполнения программы.
По мере расходования тритий его запасы восполняются генераторами. Этим поддерживается постоянное рабочее состояние всех объектов (НЛО), находящихся на Земле. Все спутники планет имеют свои запасы трития, многие спутники выполняют роль складов трития, запасы которого на них таковы, что можно отправляться в любое путешествие.
Минимальная норма трития в воде 0.00000064%. При достижении содержания трития менее 22% от этой величины генераторы начинают выработку трития. Если тритий полностью убрать из воды, её удельный вес будет 0.77 г/см 3 .
Науке не известна действительная структура трития и его свойства.
В чистом виде тритий может быть выделен только генератором объекта Комплекса.
Решётка трития
Тритий науке не известен . То, что принимается за тритий, это кубическая решётка, обрамляющая структуру, содержащую октавы до 96. Собственно сама решётка имеет гравитационную основу, потому содержимое можно взвесить, то есть определяется вес и, соответственно, содержание в воде самой решётки.
Содержимое имеет неинерционную массу и взвешиванию не подлежит.
Внешняя решётка трития имеет октаву 32.62546258. Эту же решётку имеют дейтерий и водород.
Радиоактивность трития определяется решёткой 53 октавы (2-й электронный слой). Норма для этого слоя = 2%. Структуры внутри решётки – это додекаэдрально-икосаэдральные формирования, содержащие октавы от 53 до 96 включительно. За счёт чего тогда вода получает необходимую плотность и что добавляется в связь с кислородом?
При контакте со структурой трития кислород получает дополнительный гравитационный атом, то есть “утяжеляется”, при этом при разрыве связей это свойство исчезает. Потому и считается, что трития в воде – сотые доли процента.
Однако тритий занимает почти 1/3 пространства в структуре и изменяет физико-химические свойства кислорода в связке.
Из научно-популярного фильма /Волга-Волга/ населению стало известно, что “без воды и ни туды и ни сюды”.
Зачем нужна вода биоструктурам?
Только для того, чтобы извлечь высокооктавные соединения (“живая вода”).
При этом мозг получает весь необходимый запас частот (неинерционную массу) и использует её для своей жизнедеятельности. Отметим, что несмотря на разницу в генотипах, вода “подходит” всем.
Каждый получает из воды те частоты, на которых работает мозг. Человек не может прожить без воды более 3-5 суток, он постоянно должен иметь подпитку из структур трития.
Морская вода тоже имеет тритий, но там нет частот, которые нужны мозгу.
Вода, очищенная от части неинерционной массы, выбрасывается из организма в виде мочи и пота. Кстати, по разнице исходная вода – моча анализ мочи может показать структуру мозга – в ней находятся те частоты, которые мозг не использует (перспективная диагностика). Комплекс Кайлас не проверяет постоянно мозг (каждый вторник) на соответствие.
Там просто накладывают маску на поступивший код (эффекты маскирования кода является отдельной темой). Операция занимает микросекунды, и за 4 часа тестируется всё население Земли.
Каждый год устанавливается эталон воды (“крещенская вода”) в соответствии с тем мозгом, кому она в первую очередь предназначена.
Так, если мозг получил новую (более высокую октаву), то в тритии эта октава будет иметь максимум потенциалов, а потенциалы остальных октав будут снижены до эффективного минимума.
Внешне вода остаётся той же (она может, например, изменить цвет на зелёный), но в своей основе будет иметь новые частоты.
Это происходит всегда при Пуске новой Программы. Вода, которая была 100 лет назад и вода, которая имеется сейчас, существенно отличаются по структуре неинерционной массы.
Любителям археологии. Если Вы пробурили в Антарктиде скважину и наткнулись на “древнее подземное озеро”, имейте в виду, что структура неинерционной массы той воды будет та же, что и наверху, так как общая решётка на Земле едина.
Что же тогда такое “мертвая вода”? Это вода имеет только гравитационные частоты трития. Если мозг получает такую воду, он вынужден расходовать собственные запасы, чтобы выбросить такой “подарок” из организма.
В критических ситуациях таких запасов может и не быть, и тогда вода становится ядом. При выбросе мочи и пота кубическая решётка сохраняется.
Тогда зачем тритий объектам?
Космос имеет структуру решётки додекаэдрально-икосаэдральную с нулевым потенциалом, обрамлённую кубической структурой из нейтрино и антинейтрино.
При движении в Космосе объект (НЛО), имеющий магнитные частоты и электрические потенциалы, вынужден их отдавать, насыщая решётки Космоса. Однако отдавать необходимо то, что находится в той же структуре, иначе смена угла фазирования (преобразование в другой тип решётки) приведёт просто к тепловой смерти. Любой объект (НЛО), самостоятельно двигающийся в Космосе, должен иметь либо иагнито-электрический генератор для выработки трития, либо запасы трития с октавами до 96 (чем выше октава, тем меньше расход).
Гравитационные октавы Космосу не нужны, они остаются на объекте (НЛО).
Обратим внимание на то, что большое число спутников планет в Солнечной Системе имеет огромные запасы трития (смотри раздел: Объекты Земли).
То же самое и в Космосе. Принимающие и отдающие решётки должны быть идентичны. Но это всё в Космосе, там всё необходимое можно провезти и внутри Луны, например. Но при движении формируется конус движения, в который и сбрасывается тритий.
Зачем тритий объектам (НЛО) на Земле?
Только для подъёма с главной энергетической шины Земли и возврата.
Глубина достигает 4200 метров. Современные строители используют мощную технику для прокладки туннелей. Туннель до 4200 метров в состоянии прокопать один объект (НЛО), при этом единственный инструмент – тритий.
Комплекс подъёма и посадки (индекс 2(3)) после выдачи команды “подъём” или “вернуться” с точки места нахождения и до поверхности Земли создаёт антигравитационную трубку, то есть снимает потенциалы с кубической решётки на всём протяжении подъёма или посадки объекта (НЛО).
Делается это не одновременно, а участками (обычно по 200 – 300 метров). Так как все материалы (таблицы Менделеева) имеют кубическую или близкую к ней решётку, нет проблем снять электрический потенциал и убрать магнитный импульс.
Остальное делает объект (НЛО). Любой элемент имеет в своей структуре ту же решётку Космоса (додекаэдрально-икосаэдральную), но эта решётка не имеет потенциалов (они равны нулю). Если начать её насыщение, то химический элемент начинает изменять свойства (из гранита можно получить платину).
Однако если насыщение превышает определённый предел, то вся структура получает свойства неинерционной массы (аналогично полости работающей неоновой трубки). Сквозь эту полость и проскальзывает шаровая молния – объект (НЛО).
При достижении очередной площадки пройденный участок переводится в исходное состояние. Именно для формирования участка с неинерционной массой и необходим тритий.
Дейтерий здесь не подходит, так как несовместимы решётки и вместо неинерционной массы получим спёк неизвестного происхождения.
При выходе на поверхность Земли для движения используется решётка атмосферы и расход трития минимален (в десятки тысяч раз меньше, чем при подъёме и посадке).
Почему не происходит взрыва (водородной бомбы)?
Каждый объект имеет собственный генератор термоядерного синтеза, работающий по принципу деревенской печки – чем больше открыта заслонка, тем мощнее выброс потенциалов. Кстати, простейшую термоядерную реакцию Вы можете получить в домашних условиях, если бросите кусок Na в воду. Мало того, что он горит, он может ещё и взорваться.
В морской воде горения и взрыва не будет, но появится запах серы.
Конечно, больше повезло объектам морского базирования. Они двигаются в родной среде, на формирование трубок движения минимальный расход трития, они могут пополнить запасы по ходу движения (описание у барона Мюнхаузена – про лошадь, которая не может напиться, потому что у неё нет второй половины).
Откуда берётся тритий?
Как было отмечено, решётка Космоса имеет определённую структуру. Для движения сквозь эту структуру необходимо либо разбрасывать вокруг себя электрические потенциалы (и снабжать их магнитными импульсами), либо создавать конус движения. Высота конуса составляет миллиарды километров.
Для навигации используются спутники планет (расчёт движения, формирование конуса, корректировка орбит). Тритий сбрасывается только в конусе движения и потому его запасы должны быть.
Однако все планеты Солнечной Системы имеют комплексы пирамид, и часть из них предназначена для переработки Космического мусора.
Этот мусор в первую очередь нейтрализуется путём связи с окислителем (красивые высотные облака), затем добавляются частоты для формообразования и мы получаем капли воды.
Однако пить такую воду нельзя (поливать растения можно, однако при этом растения начинают интенсивно стягивать потенциалы решётки атмосферы).
Для придания воде необходимых качеств и существуют специальные генераторы, в функции которых входит насыщение трития всеми необходимыми частотами, после чего связанную с кислородом структуру используют все – люди, животные, насекомые, растения, объекты.
Генераторы формирования трития
Для формирования трития были привезены и установлены следующие комплексы:
|
Наименование центра |
Местонахождение |
Число магнитных пирамид |
Число электрических пирамид |
Число гравитационных |
|
| Базовый комплекс | Чехов, Россия | ||||
| Основной комплекс | Суэц, Египет | ||||
| Рабочий комплекс 01 | Габон, Африка | ||||
| Рабочий комплекс 02 | Кения, Африка | ||||
| Рабочий комплекс 03 | Калимантан, Индонезия | ||||
| Рабочий комплекс 04 | Науру, Тихий Океан | ||||
| Рабочий комплекс 05 | Эквадор, Ю. Америка | ||||
| Рабочий комплекс 06 | Бразилия, Ю. Америка | ||||
| Рабочий комплекс 07 | Тюмень, Россия | ||||
| Рабочий комплекс 08 | Алтай, Китай (Китайская Стена) | ||||
| Рабочий комплекс 09 | Соломоновы острова | ||||
| Рабочий комплекс 10 | Швейцария, Европа | ||||
| Рабочий комплекс 11 | Кайлас, Тибет | ||||
| Рабочий комплекс 12 | Кольский п-ов |
Базовый комплекс – система управления магнитными, электрическими и гравитационными пирамидами.
Основной комплекс – управление рабочими комплексами.
Рабочий комплекс – накопитель, контроль, рабочий выброс.
Обслуживание пирамид.
Все комплексы обслуживают роботы, которые были специально созданы.
Управление всеми процессами, формирование распоряжений осуществляет только тот, кто имеет 96 октаву мозга (включая все необходимые для жизнедеятельности октавы). Кроме того, он имеет столько матриц, сколько необходимо для выполнения Программы.
Выводы.
1. Тритий является самым неизвестным элементом на Земле.
2. Путём изменения только одних гравитационных решёток можно получить 256 различных стабильных химических элементов. Изменяя потенциалы гравитационных решёток в пределах допуска (от 2 до 124%), получим изотопы, обладающие свойствами альфа, бета и гамма распадов. Добавляя хотя бы один электронный слой получим, кроме того, химический элемент, испускающий фотоны, например, Фосфор или актиний (Гранецентрированная кубическая решётка, светящийся (самопроизвольный бета – распад) ).
3. Тритий в Космосе не имеет потенциалы на гравитационных и электронных решётках. Кроме того, там нет внешних решёток контроля.
4. Каждая электронная решётка трития имеет додекаэдрально-икосаэдральную структуру. Добавление к внешнему контуру кубической структуры не приводит к изменениям внутренне структуры.
5. Сочетания внешних кубических решёток (не вложенных друг в друга) приводит к образованию различных внешних форм (типа триклинной и прочих).
6. Любой химический элемент можно перевести в состояние не инерционной массы путём снятия потенциалов с внешней гравитационной решётки.
7. Эталон трития в структуре воды устанавливается один раз в год Комплексом Гренландии.
8. Значительные изменения в структуре воды происходят с 21 октября по 18 января (каждый год), при этом пик смертности приходится на ноябрь.
9. Вода, полученная путём переработки Космического трития, последовательно проходит насыщение необходимыми октавами прежде, чем достигнет Земли.
10. Круговорот воды в природе можно получить только в кастрюле или в бане (то есть в замкнутом пространстве).
11. Испарения воды с водных бассейнов не приводит к формированию осадков или хотя бы тумана – в этом паре недостаёт значительное количество октав, которые формируют генераторы в верхних слоях атмосферы. Потому получаемый пар просто рассеивается, а дожди – следствия интенсивной работы генераторов.
Мало того, когда происходит перегрев основной шины, приходится её охлаждать, и пар в виде густого тумана окутывает целые области. Правда, при этом почему-то не работают компьютеры.
12. Так как химический элемент без гравитационной массы не существует (нельзя увидеть, и тем более продать), наука всячески от него открещивается.
Реакция синтеза заключается в следующем: берутся два или больше атомных ядра и с применением некоторой силы сближаются настолько, что силы, действующие на таких расстояниях, преобладают над силами кулоновского отталкивания между одинаково заряженными ядрами, в результате чего формируется новое ядро. Оно будет иметь несколько меньшую массу, чем сумма масс исходных ядер, а разница становится энергией которая и выделяется в процессе реакции. Количество выделяемой энергии описывает известная формула E=mc². Более легкие атомные ядра проще свести на нужное расстояние, поэтому водород - самый распространенный элемент во Вселенной - является наилучшим горючим для реакции синтеза.
Установлено, что смесь двух изотопов водорода, дейтерия и трития, требует менее всего энергии для реакции синтеза по сравнению с энергией, выделяемой во время реакции. Однако, хотя смесь дейтерия и трития (D-T) является предметом большинства исследований синтеза, она в любом случае не является единственным видом потенциального горючего. Другие смеси могут быть проще в производстве; их реакция может надежнее контролироваться, или, что более важно, продуцировать меньше нейтронов. Особенную заинтересованность вызывают, так называемые «Безнейтронные» реакции, поскольку успешное промышленное использование такого горючего будет означать отсутствие долговременного радиоактивного загрязнения материалов и конструкции реактора, что, в свою очередь, могло бы положительно повлиять на общественное мнение и на общую стоимость эксплуатации реактора, существенно уменьшив затраты на его декомиссию. Проблемой остается то, что реакцию синтеза с использованием альтернативных видов горючего намного сложнее поддерживать, потому D-T реакция считается только необходимым первым шагом.
Схема реакции дейтерий-тритий
Управляемый термоядерный синтез может использовать различные виды термоядерных реакций в зависимости от вида применяемого топлива.
Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T)
Самая легко осуществимая реакция - дейтерий + тритий :
2 H + 3 H = 4 He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ (мегаэлектронвольт)
Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты дешевы. Недостаток её- выход нежелательной нейтронной радиации.
Два ядра : дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона .
²H + ³He = 4 He + . при энергетическом выходе 18,4 МэВ
Условия её достижения значительно сложнее. Гелий-3,кроме того, является редким и чрезвычайно дорогим изотопом. В промышленных масштабах на настоящее время не производится. Однако может быть получен из трития, получаемого в свою очередь на атомных электростанциях.
Сложность проведения термоядерной реакции можно характеризовать тройным произведением nTt (плотность на температуру на время удержания). По этому параметру реакция D-3He примерно в 100 раз сложнее, чем D-T.
Реакция между ядрами дейтерия (D-D, монотопливо)
Так же возможны реакции между ядрами дейтерия , они идут немного труднее реакции с участием гелия-3 :
В результате в дополнение к основной реакции в ДД-плазмы так же происходят:
Эти реакции медленно протекают параллельно с реакцией дейтерий + гелий-3 , а образовавшиеся в ходе них тритий и гелий-3 с большой вероятностью немедленно реагируют с дейтерием .
Другие типы реакций
Возможны и некоторые другие типы реакций. Выбор топлива зависит от многих факторов - его доступность и дешевизна, энергетический выход, лёгкость достижения требующихся для реакции термоядерного синтеза условий (в первую очередь, температуры), необходимых конструктивных характеристик реактора и проч.
«Безнейтронные» реакции
Наиболее перспективны т. н. «безнейтронные» реакции, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток (например, в реакции дейтерий-тритий) уносит значительную часть мощности и порождает наведенную радиоактивность в конструкции реактора. Реакция дейтерий- гелий-3 является перспективной в том числе и по причине отсутствия нейтронного выхода.
Условия
Ядерная реакция лития-6 с дейтерием 6 Li(d,α)α
УТС возможен при одновременном выполнении двух критериев:
- Температура плазмы:
- Соблюдение критерия Лоусона :
где - плотность высокотемпературной плазмы, - время удержания плазмы в системе.
Именно от значения этих двух критериев в основном зависит скорость протекания той или иной термоядерной реакции.
В настоящее время управляемый термоядерный синтез ещё не осуществлён в промышленных масштабах. Строительство международного исследовательского реактора ITER находится в начальной стадии.
Термоядерная энергетика и гелий-3
Запасы гелия-3 на Земле составляют от 500 кг до 1 тонны, однако на Луне он находится в значительном количестве: до 10 млн тонн (по минимальным оценкам - 500 тысяч тонн). В настоящее время контролируемая термоядерная реакция осуществляется путем синтеза дейтерия ²H и трития ³H с выделением гелия-4 4 He и «быстрого» нейтрона n :
Однако при этом большая часть (более 80%) выделяемой кинетической энергии приходится именно на нейтрон. В результате столкновений осколков с другими атомами эта энергия преобразуется в тепловую . Помимо этого, быстрые нейтроны создают значительное количество радиоактивных отходов . В отличие от этого синтез дейтерия и гелия-3 ³He не производит (почти) радиоактивных продуктов:
Где p - протон
Это позволяет использовать более простые и эффективные системы преобразования кинетической реакции синтеза, такие, как магнитогидродинамический генератор .
Конструкции реакторов
Рассматриваются две принципиальные схемы осуществления управляемого термоядерного синтеза.
Исследования первого вида термоядерных реакторов существенно более развиты, чем второго. В ядерной физике , при исследованиях термоядерного синтеза , для удержания плазмы в некотором объёме используется магнитная ловушка. Магнитная ловушка призвана удерживать плазму от контакта с элементами термоядерного реактора , т.е. используется в первую очередь как теплоизолятор. Принцип удержания основан на взаимодействии заряженных частиц с магнитным полем, а именно на вращении заряженных частиц вокруг силовых линий магнитного поля. К сожалению, замагниченная плазма очень не стабильна и стремится покинуть магнитное поле. Поэтому для создания эффективной магнитной ловушки используются самые сверхмощныме электромагниты , потребляющее огромное количество энергии.
Можно уменьшить размер термоядерного реактора, если в нем использовать одновременно три способа создания термоядерной реакции.
A. Инерционный синтез. Облучать крошечные капсулы дейтериево-тритиевого топлива лазером мощностью 500 триллионов ватт:5. 10^14 Вт. Этот гигантский, очень кратковременный лазерный импульс 10^-8 c приводит к взрыву топливных капсул, в результате чего на доли секунды рождается мини-звезда. Но термоядерной реакции на нем не достигнуть.
B. Одновременно использовать Z-machine с Токамаком.
Z-Машина действует иначе чем лазер. Она пропускает через паутину тончайших проводов, окружающих топливную капсулу, заряд мощностью в полтриллиона ватт 5. 10^11 Вт.
Далее происходит примерно то же самое, что и с лазером: в результате Z-удара получается звезда. В ходе испытаний на Z-Машине уже удалось запустить реакцию синтеза. http://www.sandia.gov/media/z290.htmКапсулы покрыть серебром и соединить нитью из серебра или графита. Процесс поджига выглядит так: Выстрелить нитью (прикрепленных к группе шариков из серебра, внутри которых смесь дейтериия и трития) в вакуумную камеру. Образовать при пробое (разряде) канал молнии по ним, подавать ток по плазме. Одновременно облучить капсулы и плазму лазерным излучением. И одновременно или раньше включить Токамак. использовать три процесса нагрева плазмы одновременно. То есть поместить Z-машину и лазерный нагрев вместе внутри Токамака. Может быть можно создать и колебательный контур из катушек Токамака и организовать резонанс. Тогда он работал бы в экономном колебательном режиме.
Цикл топлива
Реакторы первого поколения будут, вероятнее всего, работать на смеси дейтерия и трития. Нейтроны , которые появляются в процессе реакции, поглотятся защитой реактора, а выделяющееся тепло будет использоваться для нагревания теплоносителяя в теплообменнике , и эта энергия, в свою очередь, будет использоваться для вращения генератора .
. .Реакция с Li6 является экзотермической , обеспечивая получение небольшой энергии для реактора. Реакция с Li7 является эндотермической - но не потребляет нейтронов. По крайней мере некоторые реакции Li7 необходимы для замены нейтронов потерянных в реакции с другими элементами. Большинство конструкций реактора используют естественные смеси изотопов лития.
Это горючее имеет ряд недостатков:
Реакция продуцирует значительное количество нейтронов , которые активируют (радиоактивно заражают) реактор и теплообменник . Также требуются мероприятия для защиты от возможного истока радиоактивного трития.
Только около 20 % энергии синтеза есть в форме заряженных частиц (остальные нейтроны), что ограничивает возможность прямого превращения энергии синтеза в электроэнергию . Использование D-T реакции зависит от имеющихся запасов лития, которые значительно меньше чем запасы дейтерия. Нейтронное облучение во время D-T реакции настолько значительное, что после первой серии тестов на JET, наибольшем реакторе на сегодняшний день что использует это топливо, реактор стал настолько радиоактивным, что для завершения годового цикла тестов пришлось прибавить роботизованую систему дистанционного обслуживания.
Существуют, в теории, альтернативные виды горючего, которые лишены указанных недостатков. Но их использованию препятствует фундаментальное физическое ограничение. Чтобы получить достаточное количество энергии из реакции синтеза, необходимо удерживать достаточно плотную плазму при температуре синтеза (10 8 K) на протяжении определенного времени. Этот фундаментальный аспект синтеза описывается произведением густоты плазмы, n, на время содержания нагретой плазмы τ, что требуется для достижения точки равновесия. Произведение, nτ, зависит от типа горючего и является функцией температуры плазмы. Из всех видов горючего дейтерий-тритиевая смесь требует самого низкого значения nτ по меньшей мере на порядок, и самую низкую температуру реакции, по меньшей мере в 5 раз. Таким образом, D-T реакция является необходимым первым шагом, однако использование других видов горючего остается важной целью исследований.
Реакция синтеза в качестве промышленного источника электроэнергии
Энергия синтеза рассматривается многими исследователями в качестве «естественного» источника энергии в долгосрочной перспективе. Сторонники коммерческого использования термоядерных реакторов для производства электроэнергии приводят следующие аргументы в их пользу:
- Практически неисчерпаемые запасы топлива (водород)
- Топливо можно добывать из морской воды на любом побережье мира, что делает невозможным монополизацию горючего одной или группой стран
- Невозможность неуправляемой реакции синтеза
- Отсутствие продуктов сгорания
- Нет необходимости использовать материалы которые могут быть использованы для производства ядерного оружия, таким образом исключается случаи саботажа и терроризма
- По сравнению с ядерными реакторами, вырабатывается незначительное количество радиоактивных отходов с коротким периодом полураспада .
- Оценивают, что наперсток , наполненный дейтерием, производит энергию, эквивалентную 20 тоннам угля. Озеро среднего размера в состоянии обеспечить любую страну энергией на сотни лет. Однако следует заметить, что существующие исследовательские реакторы спроектированы для достижения прямой дейтериево-тритиевой (DT) реакции, цикл топлива которой требует использования лития для производства трития, тогда как заявления о неисчерпаемости энергии касаются использования дейтериево-дейтериевой (DD) реакции во втором поколении реакторов.
- Так же, как и реакция деления, реакция синтеза не производит атмосферных выбросов углекислоты, что является главным вкладом в глобальное потепление . Это является значительным преимуществом, поскольку использование горючих ископаемых для производства электроэнергии имеет своим следствием то, что, например в США производится 29 кг CO 2 (один из основных газов, которые могут считаться причиной глобального потепления) на жителя США в день.
Стоимость электроэнергии в сравнении с традиционными источниками
Критики указывают, что вопрос о экономической целесообразности использования ядерного синтеза для производства электроэнергии остается открытым. В том же исследовании по заказу Офиса в Справах Науки и Техники Британского Парламента указывается, что себестоимость производства электроэнергии с использованием термоядерного реактора будет, вероятно, в верхней части спектра стоимости традиционных источников энергии. Много будет зависеть от будущей технологии, структуры и регулирования рынка. Стоимость электроэнергии напрямую зависит от эффективности использования, продолжительности эксплуатирования и стоимости декомиссии реактора . Критики коммерческого использования энергии ядерного синтеза отрицают, что углеводородное топливо в значительной мере субсидируется правительством, как прямо так и косвенно, например использованием вооруженных сил для обеспечения их бесперебойного снабжения, война в Ираке часто приводится как неоднозначный пример такого способа субсидирования . Учет таких косвенных субсидий является очень сложным, и делает точное сравнение себестоимости практически невозможным.
Отдельно стоит вопрос стоимости исследований. Страны Европейского Сообщества тратят около 200 млн € ежегодно на исследования, и прогнозируется, что нужно еще несколько десятилетий пока промышленное использование ядерного синтеза станет возможным. Сторонники альтернативных источников электроэнергии считают, что было бы целесообразнее направить эти средства на внедрение возобновляемых источников электроэнергии.
Доступность коммерческой энергии ядерного синтеза
К сожалению, невзирая на распространенный оптимизм (распространенный начиная с 1950-х годов, когда первые исследования начались), существенные препятствия между сегодняшним пониманием процессов ядерного синтеза, технологическими возможностями и практическим использованием ядерного синтеза до сих пор не преодолены, неясным является даже насколько может быть экономически выгодно производство электроэнергии с использованием термоядерного синтеза. Хотя прогресс в исследованиях является постоянным, исследователи то и дело сталкиваются с новыми проблемами. Например, проблемой является разработка материала, способного выдержать нейтронную бомбардировку, что, как оценивается, должно быть в 100 раз интенсивнее чем в традиционных ядерных реакторах.
Различают следующие этапы в исследованиях:
1.Равновесие или режим «перевала» (Break-even): когда общая энергия что выделяется в процессе синтеза равняется общей энергии тратящей на запуск и поддержку реакции. Это соотношение помечают символом Q. Равновесие реакции было продемонстрировано на JET (Joint European Torus) в Великобритании в 1997 году . (Затратив на его разогрев 52 МВт электроэнергии, на выходе ученые получили мощность на 0,2 МВт выше затраченной.)
2.Пылающая плазма (Burning Plasma): промежуточный этап, на котором реакция будет поддерживаться главным образом альфа-частицами, что продуцируются в процессе реакции, а не внешним подогревом. Q ≈ 5. До сих пор не достигнутый.
3. Воспламенение (Ignition): стабильная реакция что поддерживает саму себя. Должна достигаться при больших значениях Q. До сих пор не достигнуто.
Следующим шагом в исследованиях должен стать ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), Международный Термоядерный Экспериментальный Реактор. На этом реакторе планируется провести исследование поведения высокотемпературной плазмы (пылающая плазма с Q ~ 30) и конструктивных материалов для промышленного реактора. Окончательной фазой исследований станет DEMO: прототип промышленного реактора , на котором будет достигнуто воспламенение, и продемонстрирована практическая пригодность новых материалов. Самые оптимистичные прогнозы завершения фазы DEMO: 30 лет. Учитывая ориентировочное время на построение и введение в эксплуатацию промышленного реактора, нас отделяет ~40 лет от промышленного использования термоядерной энергии.
Существующие токамаки
Всего в мире было построено около 300 токамаков. Ниже перечислены наиболее крупные из них.
- СССР и Россия
- Т-3 - первый функциональный аппарат.
- Т-4 - увеличенный вариант Т-3
- Т-7 - уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова , охлаждаемого жидким гелием . Главная задача Т-7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики.
- Т-10 и PLT - следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона - всего в двести раз.
- Т-15 - реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле напряжённостью 3,6 Тл.
- Ливия
- ТМ-4А
- Европа и Великобритания
- JET (англ.) (Joint Europeus Tor) - самый крупный в мире токамак, созданный организацией Евратом в Великобритании . В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт - нейтральная инжекция, 32 МВт - ионно-циклотронный резонанс. В итоге критерий Лоусона лишь в 4-5 раз ниже уровня зажигания.
- Tore Supra (фр.) (англ.) - токамак со сверхпроводящими катушками, один из крупнейших в мире. Находится в исследовательском центре Кадараш (Франция).
- США
- TFTR (англ.) (Test Fusion Tokamak Reactor) - крупнейший токамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона при истинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания. Закрыт в 1997 г.
- NSTX (англ.) (National Spherical Torus Experiment) - сферический токамак (сферомак) работающий в настоящее время в Принстонском университете. Первая плазма в реакторе получена в 1999 году, через два года после закрытия TFTR.
- Alcator C-Mod (англ.) - один из трех крупнейших токамаков в США (два других - NSTX и DIII-D), Alcator C-Mod характеризуется самым высоким магнитным полем и давлением плазмы в мире. Работает с 1993 г.