М Аджиев - Атомная энергетика — что дальше?
Как же при этом ведут себя соединения дейтерия? Как родные братья в трудную пору — они объединяются. Поэтому-то число «гибридных» молекул в растворе уменьшается, а «чистых» дейтериевых и «чистых» протиевых, наоборот, расчет.
И лишь когда наконец созреют условия для фазового перехода, дейтериевые молекулы первыми прореагируют на них. В йоде, в водоеме у дна появятся мельчайшие кристаллики льда.
Эти кристаллики под воздействием течения могут слипаться между собой и образовывать плавающую снежинку. Могут таять и вновь появляться в воде, но уже более крупными кристаллами. Они не могут лишь одного — всплыть. Потому что их плотность больше, чем плотность воды в придонной зоне водоема.
Течение несет образовавшиеся в воде кристаллы, они где-то прилипают ко дну, намораживаются к корягам, камням, к любым преградам, встречающимся на пути. Постепенно кристаллов дейтериевой воды на преградах собирается все больше. Они уже совсем облепили некоторые преграды и образовали на них белые льдины.
Если же преграда на дне оказалась подвижной — а кристаллы вполне могут облепить и такую, — то по дну реки тогда будут кататься шары. Ледяные белые шары, похожие на степное растение, которое принято называть перекати-полем. Водолазы не раз встречали странные шарообразные льдины, которые катило течение по дну замерзающей северной реки.
А всплывают подводные льдины потому, что они сложены не только из кристаллов тяжелой воды, но и некоторого количества простой, протиевой воды, которая всегда должна быть между хаотически намерзшими чуть ранее кристаллами. Такая вода называется кристаллизационной. Она, видимо, остывая у дна водоема, и придает плавучесть подводным льдинам…
Теоретически в моих новых рассуждениях теперь вроде бы все выходило складно: фазовый переход, кристаллы, подводные льдины, представляющие собой некое хаотическое нагромождение кристаллов. Но известен ли в природе такой «бесформенный» лед?
Без особых надежд опять ищу в книгах по гляциологии — какие бывают составы и структура льдин. Хотя со школы помню, что лед — это в первую очередь кристаллическое тело, не случайно же процесс его появления называется кристаллизацией. Наконец нахожу то, что не думал найти.
«Подводный лед имеет весьма разнообразные формы. Как правило, он слагается довольно крупными кристаллами с хаотической ориентировкой». Эврика!
Вот оно, нагромождение смерзшихся мельчайших кристаллов!
Появилась некоторая уверенность. Узнаю больше о тяжелой воде, именно о тяжелой, тяну за ниточку. Оказывается, дейтериевая вода подавляет все живое. Биологически опасное вещество! Значит, не случайно северные народы столь привередливы к воде, вернее ко льду…
Что дальше?
Гипотез о всевозможных свойствах дейтерия высказано в литературе больше, чем достаточно. Но фактических данных, подтвержденных опытом, крайне мало. Приходится только удивляться, как могли авторы иных высказываний строить свои выводы, располагая столь скудной исходной информацией?
Сведения о переносе дейтерия у разных авторов порой существенно отличаются. Чему верить? Информация догадок порой явно преобладает над информацией факта.
Конечно, со временем, возможно, все и изменится, будет разложено по своим полочкам, пока же причина такого разнобоя мнений (или неосведомленности?), по-моему, в… чрезвычайно высокой цене дейтерия на рынке, в огромной потребности в нем. И в секретности, которой окутаны работы с дейтерием.
Если поначалу на дейтерий смотрели лишь как на некий химический курьез, то уже в конце 30-х годов, после исследований знаменитого итальянского физика Энрико Ферми, начался настоящий бум, акции дейтерия баснословно подскочили — тяжелая вода, как доказал тогда гениальный итальянец, имеет огромнейшее значение в военной промышленности будущего. Приближалась атомная эра человечества.
За ценой не стояли! Лучшие умы науки принялись усовершенствовать технологию, которую еще до начала второй мировой войны начала применять норвежская фирма «Норск-Гидро» — первый монополист на мировом рынке тяжелой воды.
В дальнейшем нужда в тяжелой воде стала еще больше — она уже зарекомендовала себя в атомной энергетике как замедлитель быстрых нейтронов, как отличный теплоноситель в ядерных реакторах.
Изотопы водорода нашли применение в геологии, в биологии. И — все свыклись с мыслью, что дейтерий очень дорогой, что его очень мало, что нынешняя технология его получения единственно возможная.
Видимо, действительно только этим можно объяснить ситуацию с удивительным дейтерием, о котором столь скудны сведения. Я имею в виду в первую очередь геологическую, географическую литературу, то есть поисковую, познавательную, общую. По крупицам собирал я сведения.
Начнем с происхождения дейтерия. Вроде бы все ясно, он образуется из протия вследствие захвата им нейтрона космического происхождения. Ясно и то, что дейтерий — стабильный изотоп. Возникает законный вопрос: где на планете лучшие условия для образования дейтерия?
А ответ на него, по-моему, получается пока весьма спорным. Я не встретил иного утверждения, кроме как: воды экваториальной зоны Мирового океана. Там, мол, наилучшие условия. Но так ли это в действительности?
Если верить экспериментальным анализам, пробам воды, то все вроде бы верно. Концентрации дейтерия в экваториальных морях выше, чем в морях умеренных широт. Однако как тут не вспомнить Козьму Пруткова: «Не верь глазам своим»?
Почему там, у экватора, концентрация дейтерия больше? Как недавно установлено, что молекулы соединений дейтерия легче испаряются с поверхности моря, чем молекулы протиевой воды. В этом надо искать ответ. Тем более что, например, в замкнутых внутренних водоемах пустынь концентрации дейтерия еще выше, чем в море. (Речь идет о верхних слоях водоема.).
Нет, по-моему, только иными водородными связями в природной воде между молекулами дейтериевых и протиевых соединений — слабыми в первом случае и сильными во втором — можно объяснить способность изотопа водорода проникать в верхние слои южного водоема, которые хорошо прогреваются на солнце. Все дело, возможно, в диффузии молекул. Хотя не исключено, что «механизм» их проникновения и иной.
И тем не менее разве повышенная концентрация дейтерия повод для утверждения, что столкновение космического нейтрона и земного протия будет проходить именно здесь, в южном водоёме? Нет, конечно. Тем более что этого никто не доказал экспериментально.
Думается, было бы правильнее, говоря об условиях зарождения дейтерия, начать искать объяснение процесса в космосе. И вот почему.
Если взглянуть на нашу планету из космоса, то можно увидеть не только сферичность ее поверхности, но еще и сильную «приплюснутость» ее атмосферы. Над экватором слой атмосферы самый мощный, например, толщина тропосферы там около 20 километров. А над полюсами наоборот — ее толщина не превышает К) километров.
Отсюда напрашивается такой вывод: если известно, что атмосферный экран защищает Землю от некоторой части космической радиации, то космическим частицам, очевидно, легче пройти через слой атмосферы в полярных районах, чем в экваториальных. Подобное объяснение вполне логично, но есть в нем один нюанс, к которому мы еще вернемся.
Значит, в полярных районах, с точки зрения «проходимости» атмосферы, наиболее благоприятные условия для зарождения дейтерия. Они там благоприятные еще и потому, что на поверхности планеты в высоких широтах очень много протия — вода, снег, ледники.
Не случайно замечено, что плавающий многолетний лед в Арктике богаче дейтерием, чем вода, омывающая его. Однако этот доказанный факт почему-то принимается скорее за исключение, чем за правило.
«Не верь глазам своим»… «Воды высоких широт бедны дейтерием». Эта фраза прижилась едва ли не во всех работах о тяжелой воде. Почему бедны?
Оказывается, еще в 40-е годы проводился анализ проб воды и льда из Большого Медвежьего озера в Канаде и из реки Колумбии в США. И было отмечено, что содержание дейтерия там заметно ниже, чем в южных водоемах. Отсюда и пошло это расхожее до сих пор утверждение.
Рис. 5. Круговорот воды
Во время анализа этих северных проб природной воды известный физик И. Киршенбаум и его коллеги, видимо, сомневались в полученном результате, по затем все-таки в него поверили. А нужно было лишь задать себе один-единственный вопрос и найти на него ответ. Они его не задали.
Действительно, в зимнем водоеме соединений дейтерия в воде меньше, чем летом. Во льду еще меньше. Спрашивается, куда же на зиму девается дейтерий?
Вот, собственно, и весь вопрос. Он, как мне показалось, вполне уместен, потому что летом процентное содержание дейтерия в воде вновь возвращается к норме. Об этом же писал сам И. Киршенбаум, разбирая пример реки Колумбии, упоминал о нем и К. Ранкама.
