Зачем нужна тяжелая вода теперь?

Зачем нужна тяжелая вода теперь?

Все, что мы до сих пор говорили, касалось тех свойств, которые зависят от строения атомов, от их порядкового номера, от числа и расположения элект­рических зарядов в атомных ядрах и электронов в мо­лекуле. Только это и определяет химическое поведение вещества. Строение молекулы не зависит от массы атом­ного ядра. Поэтому одинаковые молекулы с разным изотопным составом химически почти неразличимы.

Но сходство в свойствах изотопных соединений прекращается, 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 — это то, что 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 успешно 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 превышает 20 000 км/сек. Эти быстрые нейтроны не могут сами вызвать новый распад в других атомах урана. Они пролетят мимо них с такой быстротой, что просто не успеют прореагировать. Нейтроны нужно замедлить примерно до 2,2 км/сек, так, чтобы они пришли в рав­новесие с тепловым движением окружающих 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 поглощать 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 изменяется скорость мяча, отскакивающего при ударе о стенку.

Самым лучшим замедлителем мог бы быть легкий водород, но он заметно поглощает нейтроны. Тяжелый 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 способность взаимодействовать с ураном. Неплохой замедлитель — углерод в форме графита, но нейтрону в нем приходится испытывать около 110 столкновений, чтобы утратить начальную скорость.

Использование тяжелой воды в качестве замедли­теля позволяет конструкторам создавать очень эффек­тивные, а главное, легкие и компактные атомные энер­гетические установки, особенно для их применения на транспорте.