Содержание
«Что такое тяжелая вода , как производится и что с ней можно сделать ? » — Яндекс Кью
Популярное
Сообщества
Физика
derujovmatvey
·
26,3 K
ОтветитьУточнить
Hagall Serpent
6,4 K
Editor. Writer. Perfumer arter. Travel. Road&bike. See. Calm · 24 нояб 2018
Тяжелая вода, она же оксид дейтерия, по химическому составу такая же, как обычная вод, и выглядит точно так же. Но вместо атомов водорода в ней присутствуют тяжелые изотопы водорода, тоже 2. Поэтому химическая формула тяжелой воды не Н2О, а 2Н2О или D2O.
В природе она тоже присутствует, примерно в соотношении 1:5500. Хотя на самом деле дейтерий в природной воде не полностью находится в составе тяжелой воды, частично он входит в полутяжелую воду (HDO).
Получают тяжелую воду многократным электролизом воды, она накапливается в остатке электролита. Метод изотопного обмена в системе вода-водород и электролиза воды позволяет получить тяжелую воду с максимальным содержанием дейтерия 99.99 % ат. Производство ее энергоемкий процесс, поэтому стоимость ее в среднем 200 долларов за 1 килограмм.
Тяжелую воду используют в атомной энергетике, в реакторах, для торможения нейтронов, поскольку она практически не поглощает их, а также как теплоноситель.
В химии и биологии тяжелую воду применяют как изотопный индикатор, а в физике элементарных частиц — как детектор нейтрино.
Тяжелая вода влияет на различные биологические процессы, например, замедляет рост бактерий, грибов, водорослей, высших растений и животных тканей. Вода с концентрацией дейтерия меньше 50% способствует увеличению числа семян у растений и биомассы и имеет также ряд других свойст. Ведутся исследования по применению тяжелой воды с содержанием дейтерия ниже 25% для лечения онкозаболеваний, но пока результаты неоднозначны.
2 эксперта согласны
24,4 K
Комментировать ответ…Комментировать…
Первый
Валентина Чечёткина
6
1 сент 2020
О тяжёлой воде знаю только то, с чем в жизни пришлось столкнуться, а именно: температура замерзания = +3,8 град. цельсия. Замерзает своеобразно: Весь раствор пронизан идеальными ячейкими, которые образуются из замороженных пластин расположенных в объёме взаимно перпендикулярно в 3-х плоскостях. То есть весь объём разделён на правильные ледяные кубы. Если водно-солевой… Читать далее
Комментировать ответ…Комментировать…
Александр Л.
31
26 нояб 2018
Тяжелая вода — это вода с высокой концентрацией ихотопов кислорода или водорода. В тяжелой воде очень многие химические реакции значительно замедляются либо совсем прекращаются.
Такая вода препятствует развитию бактерий, грибов, водорослей. Получают ее в несколько этапов каскадного электролиза, чем выше этап тем больше концентрация тяжелой воды.
12,7 K
Род Велес
14 ноября 2019
А почему не сообщается, что тяжёлая вода используется для изготовления ядерной бомбы?
Комментировать ответ…Комментировать…
Вы знаете ответ на этот вопрос?
Поделитесь своим опытом и знаниями
Войти и ответить на вопрос
|
| |||
|
|
ТЯЖЕЛАЯ ВОДА
См. Тяжелая
Ссылки:
Оставить комментарий:
| ||
Юри
Дело в
Когда Флеров написал
Головин И.Н.: в Берлине, 1945
Гейзенберг рассчитывал на тяжелую воду из НорвегииЧто такое тяжелая вода
Викисклад
Потребуется время, чтобы увидеть реальные последствия ядерной сделки с Ираном, заключенной в эти выходные. Одним из условий соглашения является отсрочка разработки тяжеловодного реактора в Араке, способного производить плутоний.
Что такое тяжелая вода?
Тяжелая вода и ее важность для ядерных технологий связаны с изотопами химических элементов.
Элементы — основные строительные блоки химии, такие как водород, кислород и уран — состоят из отдельных атомов. Атомы, в свою очередь, состоят из ядра, содержащего протоны и нейтроны, и облака электронов, свободно вращающихся вокруг этого ядра.
Каждый элемент характеризуется своим атомным номером — сколько протонов содержится в ядре атома. Все атомы водорода содержат один протон, все атомы кислорода содержат восемь протонов, а все атомы урана содержат девять2 протона.
Хотя количество протонов одинаково для всех атомов определенного элемента, разные атомы могут иметь разное количество нейтронов. Разные изотопы элементов имеют разное количество нейтронов.
Самый распространенный изотоп водорода называется протий, или водород-1. 1 относится к общему количеству протонов и нейтронов вместе в конкретном изотопе. Атомы водорода-1 состоят только из одного протона и без нейтронов.
Гораздо более редкий изотоп водорода — водород-2, или дейтерий. Атомы водорода-2 состоят из одного протона и одного нейтрона.
Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, связанных вместе. В легкой воде — безусловно, самом распространенном типе воды в природе — два атома водорода оба относятся к изотопе водорода-1. В тяжелой воде оба атома водорода относятся к изотопа водорода-2.
Причина, по которой тяжелая вода играет важную роль в некоторых типах ядерных реакторов, также связана с различными изотопами. У урана есть два основных природных изотопа — уран-235 с 92 протонами и 143 нейтронами и уран-238 с 92 протона и 146 нейтронов.
Эти три нейтрона имеют огромное значение. Уран-238 не может поддерживать цепную ядерную реакцию, а уран-235 может.
В природном уране значительно больше изотопа урана-238, чем изотопа урана-235. Последние составляют лишь доли процента от общей массы руды.
Большинству ядерных реакторов требуется гораздо более высокий процент урана-235 для поддержания ядерной реакции.
Именно здесь важно обогащение урана — гигантские ряды центрифуг медленно увеличивают количество урана-235 в образце урана, что позволяет использовать его в электростанциях или в оружии.
Однако некоторые реакторы, использующие тяжелую воду, могут использовать неочищенный уран в качестве топлива, что исключает дорогостоящий и трудоемкий процесс обогащения. Эти реакторы также производят больше плутония в качестве отходов, которые можно использовать в оружии .
Вот почему тяжеловодные реакторы вызывают беспокойство и почему на этой неделе мы говорим о тяжелой воде.
Операция Gunnerside: атака норвежцев на тяжелую воду, лишившая нацистов атомной бомбы
Нацистские атомные разработки опирались на работу, проделанную в этой удаленной лаборатории. Предоставлено: grob831 Flickr (CC BY 2.0)
Следующее эссе перепечатано с разрешения The Conversation, интернет-издания, посвященного последним исследованиям.
Вручив им капсулы для смертников, полковник норвежской королевской армии Лейф Тронстад сообщил своим солдатам: «Я не могу сказать вам, почему эта миссия так важна, но если вы добьетесь успеха, она будет жить в памяти Норвегии сто лет».
Однако эти коммандос знали, что предыдущая попытка выполнить ту же миссию британскими солдатами полностью провалилась. Два планера, перевозивших мужчин, разбились на пути к цели. Оставшиеся в живых были быстро схвачены немецкими солдатами, подвергнуты пыткам и казнены. В случае аналогичного захвата этих норвежцев может ожидать та же участь, что и их британских коллег, отсюда и таблетки для самоубийства.
28 февраля исполняется 75 лет операции «Ганнерсайд», и хотя этого еще не исполнилось 100 лет, память об этой успешной норвежской миссии по-прежнему сильна как в самой Норвегии, так и за ее пределами. Зимний саботаж на химическом заводе Веморк в графстве Телемарк в оккупированной нацистами Норвегии, запечатленный в фильмах, книгах и телевизионных мини-сериалах, стал одной из самых драматических и важных военных миссий Второй мировой войны. Он отстал от немецких ученых-ядерщиков на несколько месяцев и позволил Соединенным Штатам обогнать немцев в стремлении создать первую атомную бомбу.
В то время как люди склонны связывать усилия Соединенных Штатов по созданию атомной бомбы с Японией и войной на Тихом океане, Манхэттенский проект — американская программа по созданию атомной бомбы — фактически был предпринят в ответ на подозрения союзников в том, что немцы активно преследовали такое оружие. Однако боевые действия в Европе закончились до того, как у обеих сторон появилась работающая атомная бомба. Фактически, репетиция тринити — первого испытательного взрыва атомной бомбы в Америке — была проведена 7 мая 1945 года, в тот самый день, когда Германия капитулировала.
Итак, атомная бомба США прибыла на несколько недель позже, чем нужно было использовать против Германии. Тем не менее, если бы немцы разработали собственную бомбу всего несколькими месяцами раньше, исход войны в Европе мог быть совсем другим. Месяцы неудач, вызванных саботажем норвежцев на химическом заводе в Веморке, вполне могли помешать победе Германии.
Нацистская бомба полагалась на тяжелую воду
Полковник Тронстад, довоенный профессор химии, смог рассказать своим людям, что химический завод Веморк производил «тяжелую воду», важный ингредиент для немецких исследований в области оружия.
Кроме того, норвежские войска ничего не знали ни об атомных бомбах, ни о том, как используется тяжелая вода. Даже сегодня, когда многие люди имеют хотя бы элементарное представление об атомных бомбах и знают, что источником их огромной энергии является расщепление атомов, немногие имеют представление о том, что такое тяжелая вода и какова ее роль в расщеплении этих атомов. Еще меньше знают, зачем это было нужно немецким атомщикам, а американцам нет.
«Тяжелая вода» — это именно вода с молекулярной массой 20 вместо обычных 18 атомных единиц массы, или а.е.м. Он тяжелее обычного, потому что каждый из двух атомов водорода в тяжелом H3O весит две, а не одну а.е.м. (Один атом кислорода в h3O весит 16 а.е.м.) В то время как ядро нормального атома водорода имеет одну субатомную частицу, называемую протоном, ядра атомов водорода в тяжелой воде содержат как протон, так и нейтрон — еще один тип субатомной частицы. частица, которая весит столько же, сколько протон. Молекулы воды с тяжелыми атомами водорода крайне редко встречаются в природе (тяжелыми являются менее одной из миллиарда природных молекул воды), поэтому немцам пришлось искусственно производить всю необходимую им тяжелую воду.
По своему химическому составу тяжелая и обычная вода ведут себя очень похоже, и вы не обнаружите никаких различий в приготовлении пищи, питье или купании, если из вашего крана внезапно начнет течь тяжелая вода. Но вы заметите, что кубики льда, сделанные из тяжелой воды, тонут, а не плавают, когда вы кладете их в стакан с обычной питьевой водой из-за их повышенной плотности.
Эти различия незначительны, но тяжелая вода делает то, чего не может обычная вода. Когда быстрые нейтроны, высвобождаемые при расщеплении атомов (то есть ядерном делении), проходят через тяжелую воду, взаимодействие с молекулами тяжелой воды заставляет эти нейтроны замедляться или замедляться. Это важно, потому что медленно движущиеся нейтроны более эффективно расщепляют атомы урана, чем быстро движущиеся нейтроны. Поскольку нейтроны, путешествующие через тяжелую воду, более эффективно расщепляют атомы, для достижения критической массы требуется меньше урана; это минимальное количество урана, необходимое для начала спонтанной цепной реакции расщепления атомов в быстрой последовательности.
Именно эта цепная реакция внутри критической массы высвобождает взрывную энергию бомбы. Вот почему немцам понадобилась тяжелая вода; от этого зависела их стратегия производства атомного взрыва.
Американские ученые, напротив, выбрали другой подход для достижения критической массы. Как я объясняю в своей книге «Странное свечение: история радиации», при создании атомной бомбы в США использовался обогащенный уран — уран с повышенной концентрацией легко расщепляемого урана-235, — в то время как немцы использовали необогащенный уран. И американцы решили замедлить нейтроны, испускаемые их обогащенным ураном, с помощью более доступного графита, а не тяжелой воды. У каждого подхода были свои технологические компромиссы, но подход США не полагался на необходимость синтезировать чрезвычайно дефицитную тяжелую воду. Его редкость сделала тяжелую воду ахиллесовой пятой немецкой программы создания ядерной бомбы.
Скрытный подход норвежцев
Вместо повторения британской стратегии отправки десятков человек на планерах, летающих с тяжелым вооружением и оборудованием (включая велосипеды!) перед воротами, норвежцы будут полагаться на альтернативную стратегию.
Они сбрасывали с парашютом небольшую группу опытных лыжников в пустыню, окружающую завод. Затем легковооруженные лыжники быстро на лыжах пробирались к заводу и использовали скрытность, а не силу, чтобы проникнуть в помещение для производства тяжелой воды, чтобы разрушить его взрывчаткой.
Шесть норвежских солдат были сброшены, чтобы встретиться с четырьмя другими, уже находящимися на месте. (Несколько недель назад все четверо прыгнули с парашютом, чтобы устроить освещенную взлетно-посадочную полосу на озере для так и не прибывших британских планеров.) На земле к ним присоединился норвежский шпион. Группе из 11 человек сначала мешали суровые погодные условия, но как только погода окончательно прояснилась, люди быстро продвигались к своей цели по заснеженной сельской местности.
Завод Веморк цеплялся за крутой склон холма. Подойдя к оврагу, служившему своего рода защитным рвом, солдаты поняли, что попытка пересечь усиленно охраняемый мост будет тщетной. Так под покровом темноты они спустились на дно оврага, перешли через замерзший ручей и поднялись по крутым скалам к заводу, полностью минуя мост.
Немцы считали овраг непроходимым и не остерегались такого подхода.
Затем норвежцы смогли прокрасться мимо часовых и найти путь к цеху по производству тяжелой воды, опираясь на карты завода, предоставленные норвежскими работниками сопротивления. Войдя в комнату с тяжелой водой, они быстро установили взрывчатку и ушли. Они скрылись с места происшествия во время хаотических последствий взрыва. Никто не погиб, и ни одна из сторон не произвела ни одного выстрела.
За пределами завода люди отступили через ущелье, а затем разделились на небольшие группы, которые независимо друг от друга направились на восток к безопасной нейтральной Швеции. В конце концов, каждый вернулся в свою норвежскую часть, дислоцированную в Великобритании.
Позже немцы смогли восстановить свой завод и возобновить производство тяжелой воды. Последующие налеты бомбардировщиков союзников на завод не привели к остановке производства из-за тяжелых стен завода. Но ущерб уже был нанесен. Работа Германии над созданием атомной бомбы была замедлена до такой степени, что ее никогда не удастся завершить вовремя, чтобы повлиять на исход войны.