Самое необыкновенное вещество в мире - страница 5
Правда, в науке слово «почти* нужно употреблять очень осторожно и осмотрительно. Это верно, что химические соединения, различные по изотопному составу, по химическим свойствам почти неразли- чимы. Но все же они ведут себя немного по-разному, хотя наблюдаемые при этом изотопные эффекты
14
очень невелики: чуть-чуть различаются по скорости реакций, у них чуть-чуть различны значения кон- станты равновесия. Различаются между собой спектры одинаковых по составу и строению мрлекул с разным изотопным составом.
Сходство в свойствах изотопных соединений пре- кращается, когда вопрос касается кинетических и ядерных характеристик. Молекула, содержащая тяжелый изотопный атом, при той же температуре движется с меньшей скоростью, при столкновении таких частиц иначе протекает обмен кинетической энергией. А самое главное — изменяется способность вступать в ядерные превращения. Вот эти-то свойства резко отличают тяжелую воду от любой другой воды с иным изотопным составом: ведь в ее состав входит тяжелый водород. В наши дни тяжелая вода успеш- но применяется в атомной энергетике для замедления нейтронов в ядерных реакторах.
Роль замедлителя в атомном котле очень важна. Когда ядро урана-235 распадается на два атомных ядра-осколка, из него одновременно вылетают два или три нейтрона. Скорость их огромна, она превыша- ет 20 000 км/с. Эти быстрые нейтроны не могут сами вызвать новый распад в других атомах урана. Они пролетят мимо них с такой быстротой, что про- сто не успеют прореагировать. Нейтроны нужно замедлить примерно до 2,2 км/с, так чтобы они при- шли в равновесие с тепловым движением окружаю- щих молекул. При этом энергия нейтронов должна уменьшиться почти в 60 млн. раз. Далеко не всякое вещество пригодно в качестве замедлителя. Выбор очень ограничен. Во-первых, оно не должно погло- щать нейтроны, вступая само в ядерные реакции, а во-вторых, оно должно состоять обязательно из легких элементов с малыми массовыми числами. При соударении с тяжелым ядром скорость нейтрона почти не изменяется, точно так же как почти не
15
изменяется скорость мяча, отскакивающего при ударе о стенку.
Самым лучшим замедлителем мог бы быть легкий водород, но он заметно поглощает нейтроны. Тяже- лый водород их почти не поглощает. Нейтрону, попавшему в тяжелую воду, достаточно всего 25 раз столкнуться с тяжелым водородом, чтобы потерять свою высокую энергию и приобрести спо- собность взаимодействовать с ураном. Неплохой замедлитель — углерод в форме графита, но нейтро- ну в нем приходится испытывать около 110 столкно- вений, чтобы утратить начальную скорость.
Используя тяжелую воду как замедлитель, кон- структоры создают очень эффективные, а главное, легкие и компактные атомные энергетические уста- новки, применяемые в основном на транспорте.
Зачем еще нужна тяжелая вода? Чтобы исследовать механизм многих химических, физических и биоло- гических процессов. Это, конечно, скромное, но очень важное применение тяжелой воды. Наверное, нет ни одного природного процесса, в котором не при- нимали бы участия вода или водород. Атомы тя- желого водорода — наиболее важные меченые атомы. Их, как разведчиков в бой, направляют хи- мики в исследуемые реакции, чтобы проследить за ее ходом. В наши дни уже возникла и быстро раз- вивается самостоятельная область науки — химия изотопного обмена. Наиболее важная ее задача — изучать с помощью дейтерия механизм химических реакций при получении органических соединений и исследовать их строение.
Почему же человечеству будет нужна именно тя- желая вода? Чтобы ответить на этот вопрос, нельзя обойтись без самого замечательного языка — без язы- ка цифр и формул. Он понятен всем по-настояще-
16
му грамотным людям, в какой бы стране они ни жили и на каком бы языке ни разговаривали.
Для химиков теперь очень точно измерены массы всех изотопных атомов. Вот некоторые значения этих масс:
Это немалая энергия. В наше время, чтобы по- лучить такую энергию, приходится сжигать в топках котлов ни много ни мало 13,5 т первосортного угля. А ведь его еще нужно, добыть из шахт и доставить из-под земли к топке.
