То, что мы видим
²H + ³H → ⁴He + n + 17.6 МэВ — есть реакция термоядерного синтеза. Это про слияние лёгких ядер. Именно такая реакция происходит в водородной бомбе и является перспективной для управляемого термоядерного синтеза. ( ²H — дейтерий, ³H — тритий, ⁴He — альфа-частица, n — нейтрон. )Конечно, в обычной воде почти нет трития (³H). Водород в воде — это в основном протий (¹H). Чтобы запустить эту конкретную реакцию, вам нужна тяжёлая вода (D₂O) с примесью трития. Сжимая обычную воду, вы получите экзотические фазы льда, но не термояд.
Ещё стоит сказать, что дело не только в сжатии, но и в температуре. Чтобы ядра преодолели кулоновский барьер и слились, их нужно разогнать до миллионов градусов (кинетинческая энергия). Одного давления (даже запредельного) без нагрева недостаточно — квантовое туннелирование слишком маловероятно. ( речь про квантово-механическое явление, при котором микрочастица, например, электрон преодолевает потенциальный барьер, хотя её полная энергия меньше высоты этого барьера. )
Ну базовая школьная база: вода практически несжимаема. Поэтому пост-ирония в том, что сильно нельзя сжать. А то... смотрим картинку. 💨
😰 А что такое в целом эта тяжелая вода?
1. Она буквально везде, но достать почти невозможно. В каждом литре воды из-под крана есть молекулы D₂O, но их ничтожно мало — всего около 150 граммов на тонну воды.
2. В 1933 году, чтобы получить первые 83 миллилитра чистой тяжёлой воды, учёным пришлось переработать 2,3 тонны обычной воды с помощью долгого электролиза в 7 стадий.
3. Чтобы получить всего 1 тонну тяжёлой воды, нужно переработать около 40 тысяч тонн природной воды и потратить 60 миллионов кВт·ч электроэнергии — столько же, сколько уходит на выплавку 3 тысяч тонн алюминия. Поэтому цена такой воды колеблется от 600 до 1000 $ за литр.
4. Сегодня бóльшую часть тяжёлой воды в мире получают не электролизом, а с помощью химического изотопного обмена в системе «вода — сероводород». Это сложный, но более экономичный процесс.
🧬 О свойствах и применении:
▪️ У чистой тяжёлой воды есть сладкий вкус. Этот эффект был замечен ещё при её открытии в 1930-х, а недавно его подтвердили биохимики, определив даже рецептор, отвечающий за это ощущение
▪️ В высокой концентрации тяжёлая вода смертельна. Рыбы, микробы и черви не могут в ней существовать, а животные погибают от жажды, если пить только её. Семена растений в ней не прорастают. Всё дело в том, что она нарушает тонкие биохимические процессы, хотя в малых дозах (атомы дейтерия есть в каждом из нас) она безвредна.
▪️ Главное применение тяжёлой воды — в ядерных реакторах как замедлитель нейтронов. Она почти не поглощает нейтроны (в отличие от обычной воды), что позволяет использовать в реакторах природный, а не обогащённый уран. Для одного крупного реактора нужно 100–200 тонн D₂O чистотой не менее 99,8%. В ядерном реакторе нейтроны, рождающиеся при делении U-235, летят слишком быстро. Чтобы они могли эффективно делить другие ядра U-235, их нужно замедлить (снизить их энергию).
▪️Тяжёлую воду и изотопы на её основе применяют как изотопные индикаторы для мониторинга метаболизма в медицине. Кроме того, активно исследуется её использование в бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) для лечения глубоко расположенных опухолей.
▪️D₂O — незаменимый растворитель в ЯМР-спектроскопии, где она позволяет получать чёткие сигналы от исследуемых молекул.
▪️Есть предположение, что тяжёлая вода имеет сугубо земное происхождение и образуется в Мировом океане, ледниках и в атмосфере при захвате водородом нейтронов космического излучения. В космосе её следов пока не обнаружено.
▪️Если обычная вода замерзает при 0°C, то тяжёлая — при +3,81°C, а кипит при 101,4°C. Кроме того, её плотность примерно на 10% больше, а вязкость — на 25% выше, чем у обычной воды. #квантовая_физика #квантовая_механика #физика #эксперименты #science #наука
💡 Physics.Math.Code // @physics_lib