Термоядерное оружие - [28]
Преимуществом метода перегонки является возможность получать большие количества дейтерия, а также простота оборудования. Однако недостатком метода является его дороговизна, связанная с огромным расходом тепла для многократного испарения больших количеств воды.
Также экономически невыгодными оказались методы перегонки при очень низких температурах водорода, полученного из воды и содержащего 0,014% дейтерия.
Наиболее целесообразным методом получения дейтерия оказался химический метод. Этот метод основан на том, что дейтерий из газообразного водорода, где его атомы соединены в пары с атомами протия, стремится соединиться с кислородом и перейти в воду (HDO) по реакции
Эта реакция происходит довольно быстро при 500° C, а в присутствии катализаторов[10] даже при 100° C.
В качестве катализаторов для этой цели применяются металлический палладий, платина, нанесенная на уголь, или никель с окисью хрома.
Схема заводской установки для получения воды, обогащенной дейтерием, показана на рис. 22. Пары воды смешиваются с водородом и поступают в первую колонну, в которой расположены слои катализатора. Проходя через этот аппарат, вода постепенно обогащается дейтерием. Водород входящего в колонну водяного пара содержит 0,014%, а выходящего — 0,02% дейтерия (на рисунке процентное содержание дейтерия в воде всюду дано по отношению к водороду воды).
Зато содержание дейтерия в водороде уменьшается: входящий водород содержит 0,01%, а выходящий — 0,005% дейтерия. Выходящие из колонны пары воды отделяются от водорода при помощи холодильников 3, причем в конденсаторе образуется жидкая вода, а водород уходит. Далее вода поступает в кипятильник 4, где она испаряется, после чего попадает во вторую колонну. Здесь она смешивается с водородом, содержащим 0,03% дейтерия. В результате реакции водород воды обогащается дейтерием до 0,04%, а в свободном водороде содержание дейтерия уменьшается. Процесс обогащения воды дейтерием повторяется в третьей, четвертой и пятой колоннах, как показано на рисунке. Из пятой колонны выходит вода, водород которой содержит 1,5% дейтерия. Эта вода направляется в электролизер 5, в котором путем электролиза содержание дейтерия в водороде воды доводится до 5%. Дальнейшее концентрирование дейтерия производится на электролизном заводе указанным выше методом.
Этот химический метод получения тяжелой воды и дейтерия в настоящее время является самым выгодным. Благодаря большому числу научных работ по выделению дейтерия, проведенных в СССР, США и других странах, стоимость получения дейтерия за последние годы значительно понизилась. По сообщениям американской печати, к моменту начала первых испытаний термоядерного оружия 1 кг тяжелой воды стоил около 5000 долларов. В настоящее время ее цена значительно уменьшилась. По сообщениям печати, стоимость 1 кг тяжелой воды составляет около 200 долларов, а 1 кг газообразного дейтерия — 1000 долларов.
Литий — серебристо-белый металл, при наличии загрязнений имеющий обычно желтоватый оттенок. Отличается небольшим удельным весом (0,53), малой твердостью, низкой температурой плавления (186°) и кипения, высокой электропроводностью. Литий — активный элемент; с кислородом и азотом он соединяется при обычной температуре, а с водородом — при нагревании; легко растворяется в кислотах и энергично разлагает воду с выделением водорода.
Литий за последние годы приобрел большое значение в атомной технике. Несколько лет назад мировое производство литиевых соединений было весьма ограничено. Соединения лития применялись при изготовлении некоторых керамических изделий, для улучшения свойств смазочных масел, для приготовления флюса, применяющегося при сварке алюминия, для изготовления щелочных аккумуляторов и сухих батарей и в небольших количествах в металлургии для удаления газов, растворенных в металле. На все эти нужды в США расходовалось в год около 3000 т углекислого лития.
В 1955/56 году производство углекислого лития в США возросло до 20 000 т в год, из которых 17 000 т было закуплено правительством США для секретных целей, очевидно, для производства тритиевого и литиевого термоядерного оружия. Из 17 000 т углекислого лития можно выделить более 100 т металлического лития 6.
Наиболее распространенные в природе минералы, содержащие литий — сподумен (Li>2O∙Al>2O>3∙4SiO>2) и лепидолит (LiF∙KF∙Al>2O>3∙3SiO>2). Наиболее богатые месторождения этих минералов находятся в Родезии, Канаде и США.
Для выделения лития из его руд в настоящее время применяются два процесса.
Первый процесс сводится к сплавлению литиевых минералов с известью, в результате чего получается едкий литий (LiOH). При этом приходится перерабатывать большие объемы материалов во вращающихся печах, но зато применяющееся сырье (известь) сравнительно дешево.
Второй процесс основан на прокаливании литиевых минералов при температуре 1100° C, после чего продукт обрабатывается концентрированной серной кислотой. Получающийся сернокислый литий растворяется в воде. После обработки содой получается нерастворимый в воде углекислый литий. Этот метод менее громоздок, чем первый, но он более сложен и при его проведении приходится затрачивать более ценное сырье.
