Чаще всего под топливом для ядерного синтеза понимают два изотопа водорода – дейтерий и тритий. В атоме обычного водорода (протия) ядро состоит из единственного протона. У дейтерия (²H) к нему добавляется нейтрон, а у трития (³H) – два нейтрона. В термоядерном реакторе эти изотопы соединяются при высоких температурах и давлении, образуя гелий, и при этом выделяется огромное количество энергии в виде тепла и света.
Статью можно прослушать
1 литр воды вместо 300 литров нефти: все, что вы хотели знать о термоядерном топливе
Какое вещество нужно термоядерным реакторам, опасен ли тяжелый водород и надолго ли человечеству хватит топлива, если цивилизация перейдет на термояд? Собрали простые ответы на самые наивные и в то же время очень мудрые вопросы.
Свечение плазмы дейтерия. (с) Virtual Museum
Содержание
Сколько энергии содержит
Чаще всего приводится такая цифра: если извлечь всего из одного литра воды содержащийся в нем дейтерий, теоретически он может дать столько же энергии, сколько сгорание 300 литров нефти. Запасов его на Земле человечеству хватило бы на миллионы лет. Впрочем, рассчитывает ли цивилизация существовать так долго?
Где найти в природе
Более легкий изотоп дейтерий в естественном виде содержится в морской воде, составляя около 0,0153 % от всех атомов водорода – примерно 1 из 650. Технология его производства хорошо отлажена.
Как получают тяжелый водород
Тритий, в отличие от дейтерия, на Земле в дефиците. Он образуется естественным образом в атмосфере, когда частицы азота сталкиваются с космическим излучением, но весь его запас составляет всего 7 кг.
Однако его можно получить в ядерных реакциях разным способом. Для промышленных целей бомбардируют ядро лития-6 нейтронами – оно делится, образуется тритий.
В период проведения испытаний термоядерного оружия его содержание выросло в сотни раз. Когда испытания бомб запретили, оно постепенно вернулось в норму.
Получить воду, обогащенную дейтерием, можно в домашних условиях. При кипении воды дейтерий остается в жидкой фракции, не переходя в пар: если кипятить чайник и доливать воду по мере выкипания, то в нем скопится тяжелая вода.
Чем дейтерий и тритий отличаются от обычного водорода
Дейтерий – это стабильный элемент. Он нерадиоактивен и похож по свойствам на обычный водород, хотя «тяжелая вода», в которой атомы протия заменены на дейтерий, является токсичной.
Тритий радиоактивен, его период полураспада составляет около 12,3 лет. Его бета-излучение имеет низкую энергию, поэтому обращаться с ним относительно безопасно, при некоторых мерах предосторожности.