Тяжелая и легкая вода

До 1932 года никто и понятия не имел, что в природе может быть еще и тяжелая вода, в состав которой могут входить тяжелые изотопы водорода — дейтерий и тритий пусть даже в мизерных количествах.

Именно это обстоятельство и послужило причиной того, что эти элементы «прятались» от ученых, маскируясь под ошибки опытов и недостаточную точность измерений.

Тяжелый водород — дейтерий был открыт американским физико-химиком Гарольдом Юри (1893-1981) в 1931 году. Одному из своих помощников Г.Юри поручил выпарить шесть литров жидкого водорода и в последней фракции объемом 3 см3 спектральным анализом впервые был обнаружен тяжелый изотоп водорода, с атомной массой в два раза превышающей известный протий.

Это открытие произвело ошеломляющее впечатление прежде всего на ученых атомщиков всего мира, а немного позже и на ученых различных областей науки. Правда, еще раньше, в том же 1931 году, Верже и Мендель обнаружили, что атомный вес водорода, измеренный химическим методом, отличается от результатов, полученных с помощью масс-спектрометрии.

Хотя отличие это оказалось и небольшим, но оно повторялось от опыта к опыту.

Ученые пришли к выводу, что, по-видимому, существует тяжелый изотоп водорода с атомным весом 2.

В 1932 году Г.Юри и Э.Ф.Осборн впервые обнаружили в природной воде тяжелую воду.

Через два года Гарольд Юри был удостоен Нобелевской премии. Открытие третьего сверхтяжелого изотопа водорода трития с атомным весом 3 первые годы держали в секрете по стратегическим соображениям. В 1951 году была получена и исследована тритиевая вода. Если дейтериевая вода сейчас уже хорошо изучена практически во всех отраслях науки и техники, то «звездный» час тритиевой воды еще не настал.

А причина в том, что трития на Земле исчезающе малое количество. Всего его на Земле около 25 — 30 кг и содержится он в основном в мировых водах (около 20 кг). Но его количество в водах Земли непрерывно возрастает, так как он образуется при бомбардировщике ядер азота и кислорода атмосферы космическими лучами. В результате этого содержание трития в первоначальных (ювенильных) водах непрерывно увеличивается.

В отличие от протия и дейтерия тритий — радиоактивный элемент с периодом полураспада девять лет.

По своим свойствам сверхтяжелая тритиевая вода отличается от протиевой (легкой) воды больше, чем дейтериевая вода (см. таблицу 1).

Таблица 1

Основные физические показатели легкой, тяжелой и сверхтяжелой тритевой воды.

Вода	Химическое обозначение	Молекулярный вес	Температура, оС плавления / кипения	Плотность, г/см3
Легкая	Н12О16	18	100	1,00
Тяжелая	Н22О16(Д2О)	20	3,8 101,42	>1,11
Сверх- тяжелая	Н32О16(Т2О)	22	104	1,33

Тритий зарождается в сверхвысоких слоях атмосферы в основном при бомбардировке ядер азота и кислорода нейтронами космического излучения.

В природной воде содержание трития ничтожно — всего 10-18 атомных процента. И тем не менее он есть в той воде, которую мы пьем, и за долгие годы жизни он наносит существенный вред нашим генам, вызывая старение, болезни.

Получают тяжелую дейтериевую воду с мизерным присутствием тритиевой воды концентрированием ее в остатке электролита после электролитического разложения природной воды, а также при фракционной перегонке жидкого водорода. Промышленное производство тяжелой воды с каждым годом возрастает почти во всех странах и особенно в странах, обладающих ядерным оружием. Тяжелую воду используют главным образом как замедлитель быстрых нейтронов при расщеплении радиоактивных элементов в ядерных реакторах.

Перспектива использования тяжелой воды для нужд человечества грандиозна. Тяжелая вода может стать неисчерпаемым источником энергии: 1 грамм дейтерия может дать энергии в 10 млн. раз больше, чем сгорание 1 грамма угля. А запасы дейтерия в Мировом океане составляют поистине колоссальную величину — около 1015 тонн!