Самое необыкновенное вещество в мире - [4]

I

13

та. Изменения в изотопном составе мало влияют на физические свойства вещества. Те из них, которые зависят от массы молекул, изменяются заметнее, например скорости диффузии молекул пара.

Биолог, пожалуй, станет в тупик и не сразу сумеет найти ответ. Ему нужно будет над вопросом о раз- личии между водой с разным изотопным составом еще немало поработать. Совсем недавно все считали, что в тяжелой воде живые существа не могут жить. Ее даже мертвой водой называли. Но оказалось, что если очень медленно, осторожно и постепенно заме- нять протий в воде, где живут некоторые микроорга- низмы, на дейтерий, то можно их приучить к тяжелой воде и они будут в ней неплохо жить и развиваться, а обычная вода для них станет вредной.

Кому же нужна тяжелая вода? Человечеству! Оно уже стоит у порога, за которым ждет его страшная угроза энергетического голода. И вся надежда связа- на с тем, что будет решена проблема, как использо- вать для энергетики тяжелую воду.

Зачем нужна тяжелая вода теперь? Все, что мы до сих пор говорили, касалось тех свойств, которые зависят от строения атомов, от их порядкового номе- ра, 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.

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-