Рейтинг фильтров для воды

Мы протестировали и выбрали лучшее очистное оборудование и бытовые фильтры

Для чего нужна и как получить тяжелую воду?

Сфера ядерной энергетики открыла большой путь для использования тяжелой воды. Несмотря на сложность ее получения, были разработаны наиболее эффективные методы добычи подобной жидкости в больших масштабах при низком расходе топлива.

В статье дана информация, как образуется тяжелая вода, описаны методы ее получения в промышленных масштабах и домашних условиях.

Как образуется?

Тяжелой водой называют жидкость с преобладающим количеством изотопа дейтерия, который является производным от протия, основного изотопа водорода, который содержится в обычной воде.


Образуется тяжелая вода при условии насыщения структуры атомами дейтерия. Наиболее распространенный процесс такого образования – это электролиз, но есть и другие методы.

foto48985-2

Вода подвергается длительному и многократному взаимодействию с электрическим током. Часть этой воды испаряется, а остаток является тяжелой водой. За счет электролиза этот «сорт» воды образуется в дождевых грозовых облаках и выпадает на землю в виде дождя.

Небольшая доля тяжелой воды содержится в естественных источниках. На этот факт указывает то, что часть воды замерзает при температуре выше 0. Ледяная корка, образованная при такой температуре, и есть тяжелая вода в твердой форме.

Производство в промышленных масштабах

Для ядерных реакторов требуются сотни тон тяжелой воды. По этой причине, ученые постоянно совершенствуют эффективные методы получения этого типа жидкости при минимальных расходах сырья. Какие существуют методы:

  1. Использование промежуточных процессов производства иного сырья. На заводах, которые производят синтетический аммиак, в результате переработки водорода в остатке остается до 200 г D2O из 1 тонны переработанной воды. Этот способ позволяет получить до 25 тонн жидкости в год. Такой подход помогает использовать отработанную воду для вторичного применения с долей обогащения дейтерием 80-85%.
  2. Методы прямого обогащения воды или получения дейтерия. Этот метод имеет наибольшее количество различных подходов по добычи и обогащению.
  3. Электролиз. Для этого метода применяется установка – электролизер, которая состоит из ванн различной емкости и нескольких конденсаторов. Вода обрабатывается током. При этом выделяющийся водород поступает в конденсатор, а в ванне остается тяжелая вода.

    Из конденсатора водород превращается обратно в воду и снова подвергается электролизу. Процесс повторяется до полного выделения дейтерия из начального объема воды. Этот метод наиболее используемый, требует наименьших затрат на топливо.

  4. Химический обмен изотопами. Принцип метода заключается в использовании двух различных объемов воды с разной концентрацией дейтерия. При их взаимодействии в ходе нагревания дейтерий выделяется и оседает, а протий перенаправляется на вторичную переработку.
  5. Ректификация. Смысл метода в том, что исходный объем воды многократно испаряется и конденсируется с последующим перенаправлением в емкости меньшего объема. Метод был основан на многократном расширении и конденсации пара.
  6. Ректификация жидкого водорода. Принцип заключается в том, что жидкий водород кипит при температуре 20,3 К, а дейтерий при 23 К. При такой разнице, стало возможно выделить дейтерий из обычной воды, обогатить им жидкий водород. После обогащения водород доводится до стадии глубокого охлаждения с выделением большей части дейтерия. Данная методика считается самой эффективной, но не до конца изучена. При этом, производство тяжелой воды таким образом все же ведется, но в малых объемах.
Наиболее простым и часто используемым является метод электролиза воды с получением обогащенного электролита.

Заводы по получению

Потребность в тяжелой воде и ее высокая стоимость (62 доллара за килограмм) потребовали разработок и строительства множества заводов для ее получения:

  1. foto48985-3Гидролизные установки. При помощи этого оборудования получают тяжелую воду в Норвегии, США, Японии, Франции.
  2. Химические заводы с установками для химического обмена изотопами. На сегодняшний день такие заводы работают в Германии, России, Японии.
  3. Во Франции с 1993 года работает установка по двухтемпературному разделению смеси воды и сероводорода.
  4. ИТЭФ. Российский институт с несколькими лабораторными установками по электролизному выделению тяжелой воды, с производительностью до 50 тонн в год.

Существуют также заводы по производству синтетического аммиака с выделением тяжелой воды. Годовой объем до 200 тонн. Самым большой и производительный завод построен в Канаде. Его мощностей хватает для обеспечения водой тяжеловодных реакторов, работающих на природном, не обогащенном уране.


Как сделать в домашних условиях?

Существует 2 простых метода получения тяжелой воды в домашних условиях.

Пошаговая инструкция по первому способу:

  • требуется очистить небольшой объем воды, пропустив ее через фильтр;
  • далее необходимо наполнить водой стакан и поставить его в морозильную камеру, при этом контролируя температуру замерзания при помощи термометра;
  • при температуре 3,8 градуса должна образоваться тонкая ледяная корка;
  • ее необходимо вынуть из емкости и дождаться оттаивания.
Именно вода из первого льда и является тяжелой, так как температура ее замерзания равна 3,8 градуса.

Второй способ получения мертвой, тяжелой воды — это активация с использованием ионизаторов воды. Потребуется несколько раз активировать воду в глиняном стакане прибора. Такая вода не станет по-настоящему тяжелой, но получит значительное увеличение концентрации дейтерия.

Видео по теме статьи

О тяжелой воде, ее свойствах и методах получения расскажет видео:

Заключение

Промышленное производство тяжелой воды не только экономически обосновано. Различные методики помогают сократить затраты на топливо и обеспечить ядерную энергетику большими объемами такой жидкости.

Именно тяжелая вода помогает сократить опасность радиоактивного выброса в ходе протекающих реакций внутри реакторов.

А какова Ваша оценка данной статье?
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...