Медицинское применение тяжелой воды: После приема внутрь D.2 18 O выделяется в виде воды, а 18 O выделяется в виде воды и CO2. Поскольку CO2 образуется при сжигании жиров и углеводов, расход энергии организмом может быть определен по разнице в потерях изотопов.
Тяжелая вода — что это значит?
Это жидкость, похожая на воду, в которой легкие атомы водорода заменены на большее количество атомов водорода. тяжелыми атомами дейтерия.
Такой состав приводит к увеличению удельного веса на 10 %, что делает молекулу воды тяжелее.
У жидкости есть и другие названия — оксид дейтерия, тяжеловодейтерий или оксид дейтерия. вода.
Тяжелая вода, или оксид дейтерия, который с химической точки зрения такая не отличается от обычной воды и выглядит точно так же, как и так то же самое. Однако вместо атомов водорода он содержит тяжелые изотопы водорода, также два. Таким образом, химическая формула тяжелой воды является не H2O, а 2H2O или D2O.
Он также встречается в природе, в соотношении примерно 1:5500, но на самом деле дейтерий в природной воде не полностью присутствует в виде дейтерия в подземных водах. тяжелой воды, он частично преобразуется в полужидкость.тяжелую воду (HDO).
Получают тяжелую На самом деле дейтерий присутствует в воде в результате многократного электролиза воды и накапливается в остатке электролита. Метод изотопного обмена в системе вода-водород и электролиз воды позволяет получить тяжелую вода с максимальным содержанием дейтерия 99,99 % в. Его производство — энергоемкий процесс, поэтому стоимость одного килограмма составляет в среднем 200 долларов США.
Между тем, существует несколько эффективных методов добычи воды тяжелой были разработаны: Электролиз, изотопный обмен и сжигание водорода, обогащенного дейтерием. Сегодня. тяжелую Ежегодно производятся тысячи тонн воды. Он используется как буфер нейтронов и как теплоноситель в ядерных реакторах (для современного ядерного реактора требуется 100-200 тонн воды, для современного ядерного реактора требуется 100-200 тонн воды). тяжелой вода с чистотой не менее 99,8 %); для генерации дейтронов D+ в ускорителях частиц; в качестве растворителя в спектроскопии протонного магнитного резонанса (обычная вода обесцвечивает изображение своими протонами). вода (обычная вода размывает изображение своими протонами). Возможно, что роль тяжелой воды резко возрастет, если будет осуществлен промышленный ядерный синтез.
Каков состав и химическая формула?
Химическая формула — D2O или 2H2O. В химии вещество представляет собой оксид — либо 2Н-водорода (вместо легкого 1Н-водорода (протия) в обычной воде), либо дейтерия D – тяжелого изотоп водорода, который содержит на один нейтрон больше, чем в обычном случае.
Тяжелая вода влияет на различные биологические процессы, например, подавляет рост бактерий, грибов, водорослей, высших растений и животных тканей. Вода с концентрацией дейтерия менее 50 % увеличивает количество семян в растениях и биомассе и имеет также ряд других объектов. В настоящее время проводятся исследования по использованию тяжелой дейтериевой воды ниже 25 % для лечения рака, но пока результаты неоднозначны.
История открытия
Существование дейтерия было предсказано известным ученым Э. Резерфордом. Но именно американский физик впервые обнаружил молекулы. тяжелой воды в природе были впервые обнаружены американским физиком-химиком Гарольдом Ури, который в 1932 году провел эксперименты с испарением. За свое открытие он был удостоен Нобелевской премии.
Через год его соотечественник Гилберт Льюис синтезировал чистый образец оксида дейтерия — в результате электролиза обычной воды. Ученый неоднократно пропускал электрический ток через остаток H2O, который постепенно насыщался молекулами HDO и D2O — пока концентрация последних не достигла 99 %.
В 1932 году последовали необыкновенные открытия в физике: были открыты нейтрон и позитрон, разработана теория ядерной структуры протон-нейтрон и релятивистская квантовая механика, построен первый циклотрон и изобретен электронный микроскоп, произошла первая реакция ядерного синтеза, экспериментально измерена скорость молекул. Физики назвали этот год anno mirabilis — годом чудес. В том же году был открыт второй изотоп водорода — дейтерий (от греч. deuteros — второй, символ D).
Для промышленного производства воды тяжелой Дешевая электроэнергия была очень важна для промышленного производства воды. Еще в предвоенные годы было ясно, что в Норвегии для этого имеются идеальные условия, поскольку там уже давно работали мощные электролизные установки для производства водорода. Завод по добыче воды был введен в эксплуатацию в 1934 году. тяжелой Водоочистная станция была введена в эксплуатацию в 1934 году; в 1938 году она производила 40 кг D2O в год, а вторая станция — еще больше в 1939 году. К этому времени большое стратегическое значение завода D2O было уже очевидным. тяжелой воды для разработки ядерного оружия. Поэтому неудивительно, что немцы, оккупировавшие Норвегию в мае 1940 года, приняли самые энергичные меры по классификации страны.вода тяжелой Поливайте и защищайте его. К концу 1941 года Германия вывезла из Норвегии 361 килограмм чистого D2O, а годом позже — 800 килограммов.
Гейзенберг погрузился в изучение соответствующей литературы и в декабре 1939 года представил в военное министерство первую часть подробного доклада под названием «Возможность получения технической энергии путем деления ядра урана». Эта работа Гейзенберга легла в основу будущей атомной программы Германии.
Вначале ученый полностью сосредоточился на исследовании физических процессов в ядерном реакторе, так называемом «урановом чайнике». Он не считал необходимым отделять эти процессы от тех, которые будут происходить в урановой бомбе, рассматривая их просто как противоположные концы непрерывного спектра. С одной стороны, это будет реактор, построенный на природном уране с использованием подходящего буфера. На другом конце спектра, таким это взрывное устройство, состав которого должен быть максимально приближен к «чистому» урану-235.
Согласно расчетам Гейзенберга, для создания реактора, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная реакция, необходимо более тонны урана и около тонны тяжелой воды. Реактор должен быть сферическим и стабильно работать при температуре около 800°C. Размер реактора можно несколько уменьшить, расположив его элементы слоями, как всегда предлагает Гартек. Гейзенберг расширил свой отчет и пришел к выводу, что дальнейшее уменьшение размеров реактора возможно за счет обогащения используемого урана изотопами U 235. Обогащение урана было «единственным способом получить взрывчатое вещество, мощность которого на много порядков превосходит все, что человечество имело до этого». На этом этапе своих исследований Гейзенберг еще не знал, каким будет лучший модератор. — тяжелая вода или графит.
Военное министерство предложило компании Auer, руководство которой находилось в Берлине, контракт на производство и поставку большого количества обогащенного оксида урана. Ауэр смог поставлять уран из района чехословацкого города Иоахимсталь21. Радиологическую лабораторию компании в это время возглавлял Николай Риль, русский химик. В свое время он изучал ядерную химию и физику у Хана и Мейтнер, а теперь сразу же организовал производство в Ораниенбурге, всего в 32 км к северу от Берлина. Первая тонна оксида урана была поставлена уже в начале 1940 года.
Правильное количество тяжелой воду было найти сложнее. Единственным заводом, который производил его в промышленных масштабах, был завод норвежской компании Norsk Hydro. Heavy вода был произведен там в качестве побочного продукта промышленности по производству удобрений. Первая партия была получена в 1934 году. Завод, который работал в деревне Веморк недалеко от города Рьюкан в провинции Телемарк, был расположен в горной местности, окруженной фьордами. Это был отдаленный уголок Норвегии, в 240 км к западу от Осло.
Поэтому графит казался более подходящим кандидатом на роль замедлителя: он был легко доступен в чистом виде и в больших количествах. Однако предварительные результаты, полученные группой исследователей из Гейдельберга под руководством химика Вальтера Боте, уже привели к выводу, что графит не подходит для такой задачи, поскольку слишком быстро поглощает свободные нейтроны. Вайцзеккер, проводивший теоретические исследования со своей командой в Берлине, предсказывал то же самое.
Во втором отчете, который Вайцзеберг представил в военное министерство в феврале 1942 года, стало ясно, что он все больше склонялся в сторону к тяжелой воде в качестве замедлителя в реакторе. Правильно, такой Этот вариант был признан менее благоприятным: Было нелегко получить количество вещества, необходимое для нужд проекта. Дибнеру пришла в голову идея сконструировать устройство, содержащее цинк.вода по производству тяжелой воды в самой Германии. Но, по мнению Гейзенберга, достаточно было сначала найти несколько литров тяжелой воды и проверить его пригодность в качестве ингибитора. Дибнер обещал доставить десять литроввода Norsk Hydro.
Для жизни в природе важнее всего обычное вода, в котором ядрами атомов водорода являются протоны, и тяжелая вода с дейтерием D, атомом водорода с протонным и нейтронным ядрами. Его формула такова: D20. Дейтериевая вода Он оказывает сильное влияние на физические процессы, хотя его содержание в воде невелико.
Тяжёлая вода, В отличие от света, он поглощает нейтроны только с большим трудом. Поэтому он является идеальным регулятором для ядерных реакций с медленными, «тепловыми» нейтронами.
Союзники знали о смертельной опасности норвежского производства и поэтому решили уничтожить завод любой ценой. Главный инженервода Джомар Брун, рискуя жизнью, добыл чрезвычайно ценную информацию.вода. Все материалы были перенесены на микрофильмы, а затем отправлены в тюбиках из-под зубной пасты через Швецию в Англию. Немцы ожидали воздушной атаки на завод и постоянно укрепляли чрезвычайно важные камеры. Поэтому было принято решение отправить в Норвегию специально обученную группу по обезвреживанию бомб. Диверсионной группе удалось взорвать электролизные баки в зале концентрации воды. тяжелой в зале для хранения воды. На восстановление оборудования ушло полгода — огромное количество времени в военное время. Немцы решили принять меры предосторожности, и в мае 1943 года делегация ученых и промышленников отправилась в Италию, чтобы тяжелой Англо-американские силы были ответственны за воду на электролизном заводе в Маренго на севере страны. Но было уже слишком поздно: 3 сентября король Виктор-Эммануил III подписал документ о капитуляции Италии на Сицилии, а 9 сентября англо-американские войска вошли в Италию под Неаполем. Таким образом, единственным источником воды для немцев оставался норвежский завод. тяжелой Вода. Но и это уже было обречено на провал: 16 ноября завод подвергся массированному воздушному налету. 16 ноября завод подвергся массированному воздушному налету. 140 тяжелых 16 ноября завод подвергся массированному воздушному налету. В течение 33 минут бомбардировщики «Летающая крепость» сбросили 800 бомб! Гидроэлектростанция была остановлена, но завод по добыче воды, защищенный толстым слоем краски, был разрушен. тяжелой Однако завод по добыче воды, который был защищен толстым слоем бетона, остался практически неповрежденным. Не обошли стороной и норвежских граждан — 22 человека были убиты.
Зная, что союзники не оставят завод в покое даже после бомбардировки, немцы решили вернуть все запасы воды в Германию — а ее было предостаточно. тяжелой Вода — не менее 15 тонн! Разведка союзников сработала очень хорошо и своевременно: Результатом тщательно спланированной и безупречно проведенной операции стал подрыв судна с железнодорожными цистернами 20 февраля 1944 года. с тяжелой Корабль с танками был взорван 20 февраля 1944 года. Паром, который в это время пересекал озеро, рухнул, и его с трудом удалось поднять, так потому что глубина озера составляла около 400 метров. И в этом после битвы. за тяжелую воды не обошлось без трагедии: разрушение почти всего тяжелой воды была оплачена жизнями 14 норвежцев, находившихся на борту. Однако немцы были лишены возможности запустить ядерный реактор и разработать атомную бомбу.
