Три́тий (др.-греч.τρίτος «третий») — радиоактивный изотопводорода. Обозначается символами T или 3H. Ядро трития состоит из протона и двух нейтронов, из-за чего его называют тритоном. В природе тритий образуется в верхних слоях атмосферы при соударении частиц космического излучения с ядрами атомов, например, азота. В процессе распада тритий превращается в стабильный 3He с испусканием электрона и антинейтрино (бета-распад), период полураспада — 12,32 года. Доступная энергия распада очень мала (18,59 кэВ).
Тритий открыт английскими учёными Эрнестом Резерфордом, Маркусом Олифантом и Паулем Хартеком в 1934 году. Название для этого изотопа было предложено на случай открытия ещё до него, 15 июня 1933 года, Юри, Мерфи и Брикведде в том же письме редактору научного журнала «The Journal of Chemical Physics», где они предложили названия для двух известных изотопов водорода — протия и дейтерия. Тритий используется в биологии и химии как радиоактивная метка, в экспериментах по исследованию свойств нейтрино, в термоядерном оружии как источник нейтронов и одновременно термоядерное горючее, в геологии для датирования природных вод. Промышленный тритий получают облучением лития-6 нейтронами в ядерных реакторах.
— Тритиевая вода?
— T-2-O, — кивнул Ермаков.
— Но…
— Да. Период полураспада трития всего около двенадцати лет. Значит…
— Значит, — подхватил Дауге, — либо наш вулкан образовался очень недавно, либо существует какой-то естественный источник, пополняющий убыль трития…
Каким должен быть естественный источник сверхтяжелого водорода — изотопа, который на Земле производится в специально оборудованных реакторах, — Быков не мог себе представить. Но он молчал и продолжал слушать.
— Болото наполовину состоит из тритиевой воды. Позволю себе напомнить, что тритий распадается с испусканием нейтронов, а нейтронное облучение — длительное нейтронное облучение, я имею в виду — это вовсе не мёд, даже при наличии спецкостюмов.
Выступавшие матёрые товарищи показывали, что если взрыв происходил на высоте свыше 5 км, то признаков повышенной радиоактивности Sr-90 и Ce не будет в почве. Можно обнаружить таковую только по C14 и H3 (тритий).[3]
Луна ничем не защищена. Самая наружная её корочка толщиной в несколько метров служит своего рода лабораторией ядерных превращений. В ней без всяких синхрофазотронов сами собой образуются и тритий ― тяжёлый водород, и гелий, и неон...[4]
Изотопы водорода протий, дейтерий, тритий названы так в соответствии со сложностью своих атомных ядер: «протос» ― по-гречески означает «первый», «простой», «деутерос» ― второй, «тритиум» ― по-латыни «третий».[5]
— Валентин Рич, «Мы говорим «водород». Мы говорим «протий». Мы говорим «аш». Почему?», 1965
Количество трития на нашей Земле исчезающе мало ― меньше одного килограмма на всем земном шаре; но, несмотря на это, его можно обнаружить в любой капле воды. Недавно ученые заподозрили, что возможно существование четвёртого изотопа Н4 и даже пятого Н5. Они тоже должны быть радиоактивны.[6]
Топливо для термоядерной топки ― это газ: дейтерий или (что не очень желательно) смесь дейтерия и трития (сверхтяжёлого водорода). В этом топливе не должно быть примесей других газов (в том числе и кислорода), так как их присутствие даже в малом количестве быстро охлаждает дейтерий.[7]
— Матвей Рабинович, «Размышления о проблемах современной управляемого термоядерного синтеза», 1967
Если в роли топлива используется только дейтерий, то температура топлива должна быть выше 300 миллионов градусов. У смеси дейтерия и трития температура может быть раз в шесть ниже.[7]
— Матвей Рабинович, «Размышления о проблемах современной управляемого термоядерного синтеза», 1967
...предложен новый метод обнаружения утечки водорода <...>: в жидкий водород добавляют очень небольшое количество <...> радиоактивного трития ― сверхтяжёлого водорода с периодом полураспада 12,5 лет. Счётчик Гейгера немедленно обнаруживает даже незначительную утечку водорода с добавкой трития.[8]
Дейтерид лития-6 важен по двум причинам: он ― твёрдое вещество и позволяет хранить «сконцентрированный» дейтерий при плюсовых температурах, и, кроме того, второй его компонент ― литий-6 ― это сырье для получения самого дефицитного изотопа водорода ― трития. Собственно, Li-6 ― единственный промышленный источник получения трития.[9]
...изотопы водорода ― дейтерий и тритий ― позволяют изучать тончайшие механизмы химических и биохимических процессов. Эти изотопы водорода используют как «метки», потому что атомы дейтерия или трития сохраняют все химические свойства обычного лёгкого изотопа <...>. Но дейтерий можно отличить от протия по массе, а тритий ― и по радиоактивности. Это позволяет проследить судьбу каждого фрагмента меченой молекулы.[10]
Первый свидетель начала круговорота воды (если здесь можно говорить о начале) ― тритий, который образуется в верхних слоях атмосферы под действием космического излучения. Таким образом, в самом начале цикла вода приобретает радиоактивную метку.[11]
— Анна Иванисова, «Сколько лет воде», 1969
...концентрацию трития в подземной воде определяют радиохимическим анализом. Если в воде тяжёлого водорода вдвое меньше, чем в атмосфере, исследуемым артезианским водам 12,5 лет (таков период полураспада трития). Если концентрация метки упала в четыре раза, воде 25 лет.[11]
— Анна Иванисова, «Сколько лет воде», 1969
Тритиевый метод применим только для молодой воды. После длительной «выдержки» концентрация трития резко падает и не поддается точному аналитическому определению. Поэтому возраст воды старше сорока-пятидесяти лет приходится определять другими способами. Зато для вина тритиевый метод почти универсален: пятидесятилетнее вино считается старым, а столетнее ― очень большая редкость.[11]
— Анна Иванисова, «Сколько лет воде», 1969
Бор без всякой торжественности ― по́ходя ― предсказал сверхтяжёлый изотоп водорода: тритий. (Тот, что стал через сорок лет начинкой водородных бомб.) И сразу предложил проверку такой возможности.[12]
При распаде одного ядра <трития> выделяется 18 тысяч электронвольт энергии. Она делится между вылетающими электронами и нейтрино. Так что, измерив энергию электронов и зная суммарную энергию, можно узнать энергию нейтрино.[13]
— Сергей Воронов, «Мы живём в океане нейтрино», 1982
Законы распада ядер трития таковы, что, чем больше энергия вылетающих электронов, тем меньше их число.[13]
— Сергей Воронов, «Мы живём в океане нейтрино», 1982
Установки, питаемые чистым дейтерием, всегда будут менее предпочтительны по сравнению с установками, в которых используется реакция дейтерия с тритием, сечение которой в десятки (почти в 100) раз больше сечения дейтериевой реакции. Размножение трития возможно потому, что дейтерий вовлекается в дейтериевые реакции с образованием трития...[14]
Сотрудники НПО «Луч» из подмосковного Подольска доложили о поразительных результатах опытов по холодной наработке трития. Он рождается при бомбардировке металлов ионами дейтерия из плазмы...[15]
Когда речь идет о новом явлении, нужно быть весьма осмотрительным. Например, выделение трития в опытах подольских физиков (кстати, подобный феномен наблюдают и американские физики в Лос-Аламосской атомной лаборатории) ― это реальное событие, и пока оно не нашло объяснения…[15]
Важным достоинством Курчатова было то, что, являясь главой атомной программы и обладая колоссальнейшей властью, он <...> не стремился задавить конкурентов <...>. Примером такого поведения может служить программа сооружения ядерных реакторов для производства трития, о которой я говорил выше.[16]
— Борис Иоффе, «Особо секретное задание» (из истории атомного проекта в СССР), 1999
Ещё двадцать астероидов такого же размера будет израсходовано ради добычи лития — он нужен при производстве трития.[17]
Свойства дейтерия, и тем более трития, были недостаточно изучены, чтобы проводить точные расчёты. Однако точно было известно, что дейтерий и тритий ― газы. Как же из газа сделать слой, окружающий центральный атомный шар в Слойке? Трудно. Гинзбург предложил использовать для «водородного» слоя гораздо более удобное вещество ― твёрдое и нерадиоактивное ― химическое соединение дейтерия с литием ― дейтерид лития...[18]
Тритий в научной и научно-популярной литературе[править]
Атомная модель трития
Водород в «обычной» воде почти нацело состоит из протия. Кроме него во всякой воде есть тяжелый водород ― дейтерий Н2, его чаще обозначают символом D. Дейтерия в воде очень мало. На каждые 6700 атомов протия в среднем приходится только один атом дейтерия. Не следует думать, что это так уж мало. В природе часто малые причины вызывают большие последствия. Кроме протия и дейтерия, существует ещё сверхтяжелый водород Н3. Его обычно называют тритием и обозначают символом Т.[6]
Тритий радиоактивен, период его полураспада немного больше 12 лет. Он непрерывно образуется в стратосфере под действием космического излучения. Количество трития на нашей Земле исчезающе мало ― меньше одного килограмма на всем земном шаре; но, несмотря на это, его можно обнаружить в любой капле воды. Недавно ученые заподозрили, что возможно существование четвертого изотопа Н4 и даже пятого Н5. Они тоже должны быть радиоактивны.[6]
Ядерные реакции начнутся тогда, когда ядра получат достаточно большую энергию, чтобы преодолеть кулоновский барьер. Чем меньше ядро, тем ниже электрический барьер, тем легче его преодолеть. Но даже для легких ядер ― таких, как дейтерий, нужная энергия достигается при температуре в десятки и сотни миллионов градусов. При термоядерных реакциях выделяется энергия в миллион раз большая, чем при химических реакциях. а) Топливо для термоядерной топки ― это газ: дейтерий или (что не очень желательно) смесь дейтерия и трития (сверхтяжелого водорода). В этом топливе не должно быть примесей других газов (в том числе и кислорода), так как их присутствие даже в малом количестве быстро охлаждает дейтерий. б) Если в роли топлива используется только дейтерий, то температура топлива должна быть выше 300 миллионов градусов. У смеси дейтерия и трития температура может быть раз в шесть ниже. Напомним, что высокая температура нужна, чтобы преодолеть кулоновский барьер.[7]
— Матвей Рабинович, «Размышления о проблемах современной управляемого термоядерного синтеза», 1967
Обычно говорят, что изотопы одного и того же элемента в химическом отношении практически одинаковы: ядра их атомов несут одинаковые заряды, а электронные оболочки имеют одинаковое строение. Но если для изотопов большинства элементов такое толкование в общем приемлемо, то в отношении водородных изотопов это неверно. В самом деле, массовое число протия ― 1, дейтерия ― 2, а трития ― 3, и это при одинаковом заряде ядра, равном единице. Отношение заряда к массе у этих изотопов существенно различное, а следовательно, и вести себя при реакциях они должны по-разному. Это приходится учитывать, например, исследователям, применяющим дейтерий или тритий в качестве метки: они вводят в свои расчёты так называемый бета-фактор ― поправку на химическую неравноценность водородных изотопов.[19]
— Николай Тюрин, «Легкая вода» — путь к долголетию? 1969
Для того чтобы смогли слиться ядра дейтерия и трития, нужна температура порядка 50 миллионов градусов. Но для того чтобы реакция пошла, нужно ещё, чтобы атомы столкнулись. Вероятность такого столкновения (и последующего слияния) тем больше, чем плотнее «упакованы» атомы в веществе. Расчеты показали, что это возможно только в том случае, если вещество находится хотя бы в жидком состоянии. А изотопы водорода становятся жидкостями лишь при температурах, близких к абсолютному нулю. Итак, с одной стороны, необходимы сверхвысокие температуры, а с другой ― сверхнизкие. И это ― в одном и том же веществе, в одном и том же физическом теле! Водородная бомба стала возможной только благодаря разновидности гидрида лития ― дейтериду лития-6. Это соединение тяжелого изотопа водорода ― дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6. Дейтерид лития-6 важен по двум причинам: он ― твёрдое вещество и позволяет хранить «сконцентрированный» дейтерий при плюсовых температурах, и, кроме того, второй его компонент ― литий-6 ― это сырье для получения самого дефицитного изотопа водорода ― трития. Собственно, Li-6 ― единственный промышленный источник получения трития. Нейтроны, необходимые для этой ядерной реакции, даёт взрыв атомного «капсюля» водородной бомбы, он же создает условия (температуру порядка 50 миллионов градусов) для реакции термоядерного синтеза. В США идею использовать дейтерид лития-6 первым предложил доктор Э. Теллер. Но, по-видимому, советские учёные пришли к этой идее раньше: ведь не случайно первая термоядерная бомба в Советском Союзе была взорвана почти на полгода раньше, чем в США, и тем самым был положен конец американской политике ядерного и термоядерного шантажа.[9]
А вот изотопы водорода ― дейтерий и тритий ― позволяют изучать тончайшие механизмы химических и биохимических процессов. Эти изотопы водорода используют как «метки», потому что атомы дейтерия или трития сохраняют все химические свойства обычного легкого изотопа ― протия ― и способны подменять его в органических соединениях. Но дейтерий можно отличить от протия по массе, а тритий ― и по радиоактивности. Это позволяет проследить судьбу каждого фрагмента меченой молекулы.
Слова «дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегодня человек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции. Эта реакция начинается при десяти миллионах градусов и протекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское, по масштабам Земли, количество энергии. «Водородную» бомбу иногда сравнивают с Солнцем.[10]
Вторая интересующая учёных термоядерная реакция выглядит следующим образом: T + D = He4 + n. Она может быть осуществлена значительно легче, чем первая, однако требует синтеза трития, которого нет на Земле. Исходный заряд трития может быть получен в обычных атомных котлах. А дальше, как мы сейчас увидим, он может воспроизводиться в ходе термоядерной реакции за счёт выделяемых ею нейтронов. Для этого реактор необходимо окружить оболочкой из химических соединений лития.[20]
При реакции нейтрона, замедляющегося в литиевой оболочке, происходит реакция n + Li6 = He4 + T. Образующийся тритий выделяется и снова используется в основном процессе. Мало того, если между реактором и оболочкой проложить слой, содержащий бериллий, то идет реакция, при которой из одного нейтрона получаются два. Эти оба нейтрона реагируют с Li6, и возникают два атома трития. В этом случае количество образующегося трития не только компенсирует расход его в реакции, но дает избыток, позволяющий в принципе создавать новые термоядерные реакторы.[20]
Опыт состоял в очень тщательном исследовании энергии электронов, которые рождаются вместе с антинейтрино при распаде тяжелого изотопа водорода ― трития. При распаде одного ядра выделяется 18 тысяч электронвольт энергии. Она делится между вылетающими электронами и нейтрино. Так что, измерив энергию электронов и зная суммарную энергию, можно узнать энергию нейтрино. Если нейтрино имеет массу, то, согласно соотношению Эйнштейна, на его рождение потребуется определенная энергия. Соответственно изменится энергия электронов. Так как масса нейтрино если и существует, то очень мала, эти измерения необходимо производить с большой точностью.[13]
— Сергей Воронов, «Мы живём в океане нейтрино», 1982
Опыт чрезвычайно труден, так как небольшие изменения в энергии электронов могут быть объяснены также и множеством других причин. Особенно непросто устранить искажения, вызываемые рассеянием электронов на других атомах в источнике, содержащем радиоактивный тритий. Ведь пока электрон, родившийся при распаде тритиевого ядра в глубине источника, выберется наружу, он может столкнуться с каким-нибудь атомом и вылетит уже с другой энергией. Чтобы этого не случилось, источник должен иметь ничтожно малую толщину. Но в то же время в нём должно быть достаточно много атомов трития, чтобы и электронов образовалось достаточно: ведь период полураспада трития около 12 лет, и за время опыта распадается лишь очень малая часть атомов. Эту проблему удалось решить очень изящным путем, синтезировав органическую молекулу ― аминокислоту валин, в состав которой вместо водорода ввели тритий. Это было сделано в Институте молекулярной генетики АН СССР. Образец весил всего лишь две миллионных доли грамма, но содержал 1016 атомов трития. Толщина его составляла всего лишь несколько диаметров атома. Большая часть атомов трития располагается на поверхности молекулы. Поэтому электроны, вылетающие при распаде ядер трития, беспрепятственно долетают до приемника, сохранив свою энергию.[13]
— Сергей Воронов, «Мы живём в океане нейтрино», 1982
Законы распада ядер трития таковы, что, чем больше энергия вылетающих электронов, тем меньше их число. Если масса нейтрино в точности равна нулю, то на графике эта зависимость изобразится прямой линией. А если имеется хотя бы небольшая, но не равная нулю масса, линия на графике отклонится от прямой.[13]
— Сергей Воронов, «Мы живём в океане нейтрино», 1982
Предполагается, что главное отличие странной материи от обычной состоит в разных значениях отношения заряда к массе (q/m). Для обычной материи это отношение лежит в пределах от 1/3 (дейтерий, тритий) до 1 (один протон у обычного водорода), у большинства изотопов других атомов ~ 1/2 из-за того, что число протонов примерно равно числу нейтронов. Для странной материи это отношение q/m лежит в пределах от 1/10 до 1/20.[21]
— Владимир Горбачев, «Концепции современного естествознания», 2003
Тритий в публицистике и документальной прозе[править]
Теория позволила назвать два вида ядер, наиболее удобных для осуществления управляемой термоядерной реакции. Ими оказались две разновидности (изотопы) атомов водорода с массой, двойной по весу, так называемый дейтерий (тяжёлый водород), и тройной ― тритий (сверхтяжелый водород). <...> Энергия, выделяющаяся при образовании из водорода и трития 1 грамма гелия, равна энергии сгорания 10 т каменного угля. Так зависит от температуры скорость атомов водорода. Достаточно заметная термоядерная реакция появится только при температуре в десятки миллионов градусов. Только тогда она станет настолько эффективной, чтобы себя поддерживать.[2]
Луна ничем не защищена. Самая наружная её корочка толщиной в несколько метров служит своего рода лабораторией ядерных превращений. В ней без всяких синхрофазотронов сами собой образуются и тритий ― тяжёлый водород, и гелий, и неон, и аргон, и изотопы кое-каких металлов. Неизвестно, конечно, сколько их там, принесут ли они какую-нибудь пользу, одно только известно уже сейчас ― они смогут рассказать, какие из лунных гор моложе, какие старше и как складывался современный рельеф на протяжении миллионолетий.[4]
В заголовке неудобно перечислять слишком много, а то можно было бы задать ещё три вопроса: о гидрогениуме, дейтерии, тритии. Даже четыре ― поскольку 3 марта 1965 г. доктор Морис Гольдхабер (США) сообщил о получении антиводорода. Таким образом, для элемента, занимающего первую клетку периодической системы, в современном русском языке существует семь названий. <...> Изотопы водорода протий, дейтерий, тритий названы так в соответствии со сложностью своих атомных ядер: «протос» ― по-гречески означает «первый», «простой», «деутерос» ― второй, «тритиум» ― по-латыни «третий».[5]
— Валентин Рич, «Мы говорим «водород». Мы говорим «протий». Мы говорим «аш». Почему?», 1965
Жидкий водород сейчас считают одним из наиболее эффективных ракетных горючих. Однако у него есть один существенный недостаток: смеси водорода с воздухом (от 4 до 75% Н2) взрывоопасны. До недавнего времени утечку водорода регистрировали с помощью спектрального анализа воздуха непосредственно у поверхности бака с жидким H2. Но этот метод недостаточно чувствителен, и, кроме того, сигналы о возникновении опасной концентрации водорода поступают иногда слишком поздно. Это и приводило к печальным исходам: взрывам, разрушениям, человеческим жертвам. Журнал «Science News» (1967,№ 14) сообщает, что предложен новый метод обнаружения утечки водорода задолго до того, как его концентрация в воздухе вблизи бака станет угрожающей: в жидкий водород добавляют очень небольшое количество (от 60 до 10 весовых частей на миллиард весовых частей водорода) радиоактивного трития ― сверхтяжёлого водорода с периодом полураспада 12,5 лет. Счётчик Гейгера немедленно обнаруживает даже незначительную утечку водорода с добавкой трития.[8]
Все слышали об изотопах водорода ― дейтерии и тритии. Слышали, увы, в связи с водородной бомбой. Все три изотопа водорода попадают в одну и ту же первую клетку периодической системы. Легкий водород ― протий содержит в своем ядре один протон, его атомный вес ― 1, дейтерий, с атомным весом 2, ― один протон и один нейтрон, тритий, с атомным весом 3, ― один протон и два нейтрона. И протий, и дейтерий, и тритий имеют по одному электрону. В обычном водороде дейтерия и трития мало, поэтому его атомный вес мало отличается от единицы ― 1,00797. Атомный вес, с которым имеет дело химия, есть вес смеси изотопов.[22]
Первый свидетель начала круговорота воды (если здесь можно говорить о начале) ― тритий, который образуется в верхних слоях атмосферы под действием космического излучения. Таким образом, в самом начале цикла вода приобретает радиоактивную метку. Концентрация трития в атмосфере более или менее постоянна. (В начале пятидесятых годов, после первых термоядерных взрывов, количество тяжелого водорода в воздухе увеличилось почти в сто раз и остается до сих пор на этом уровне.) Поэтому гидрогеологам довольно точно известно содержание радиоактивного элемента в осадках, выпавших сегодня, год или двадцать лет назад.[11]
— Анна Иванисова, «Сколько лет воде», 1969
...концентрацию трития в подземной воде определяют радиохимическим анализом. Если в воде тяжёлого водорода вдвое меньше, чем в атмосфере, исследуемым артезианским водам 12,5 лет (таков период полураспада трития). Если концентрация метки упала в четыре раза, воде 25 лет. Определение возраста воды по тритию ― довольно сложный процесс. Чтобы выполнить анализ с десятипроцентной точностью, нужно обогатить пробу, очистить ее от мешающих анализу посторонних примесей. Для этого воду сначала подвергают электролизу. Под действием постоянного электрического тока на катоде прежде всего выделяется «лёгкий» водород, который восстанавливается значительно легче трития. После обогащения концентрация радиоактивного изотопа в пробе увеличивается в несколько сот раз. Обогащенную и очищенную вакуумной дистилляцией пробу испаряют, а пар направляют в вакуумную камеру, где измеряется бета-активность трития либо по степени ионизации остатка воздуха, либо по сцинтилляционным вспышкам специального покрытия, нанесенного на стенки ― экраны.[11]
— Анна Иванисова, «Сколько лет воде», 1969
Обогащённую и очищенную вакуумной дистилляцией пробу испаряют, а пар направляют в вакуумную камеру, где измеряется бета-активность трития либо по степени ионизации остатка воздуха, либо по сцинтилляционным вспышкам специального покрытия, нанесенного на стенки ― экраны. Тритиевый метод применим только для молодой воды. После длительной «выдержки» концентрация трития резко падает и не поддается точному аналитическому определению. Поэтому возраст воды старше сорока-пятидесяти лет приходится определять другими способами. Зато для вина тритиевый метод почти универсален: пятидесятилетнее вино считается старым, а столетнее ― очень большая редкость.[11]
— Анна Иванисова, «Сколько лет воде», 1965
Бор легко допустил существование тяжелой разновидности водорода. Планетарная модель это разрешала, а его, томсоновская, ― нет. Бор без всякой торжественности ― по́ходя ― предсказал сверхтяжёлый изотоп водорода: тритий. (Тот, что стал через сорок лет начинкой водородных бомб.) И сразу предложил проверку такой возможности. Оправдайся она и планетарный атом праздновал бы маленькую победу в самом Кавендише, вопреки Томсону… И Хевеши верно почувствовал, в чем тут было дело. Отзвук манчестерского апреля 12-го года послышался Бору в зале конгресса. Отзвук тех долгих бесед с Хевеши, когда он, Бор, в одиночку просвечивал логикой темную глубь атома, а потом они вместе обсуждали то, что открылось ему.[12]
Следует признать, однако, что лучшим выходом из создавшегося положения нужно считать получение энергии путем термоядерного синтеза ядер гелия из ядер дейтерия и трития. Известно, что этот процесс осуществляется в водородной бомбе, но для мирного использования он должен быть замедлен до стационарного состояния. Когда это будет сделано, то все указанные трудности, которые возникают при использовании урана, будут отсутствовать, потому что термоядерный процесс не дает в ощутимых количествах радиоактивных шлаков, не представляет большой опасности при аварии и не может быть использован для бомбы как взрывчатое вещество. И наконец, запас дейтерия в природе, в океанах, еще больше, чем запас урана.[23]
Сотрудники НПО «Луч» из подмосковного Подольска доложили о поразительных результатах опытов по холодной наработке трития. Он рождается при бомбардировке металлов ионами дейтерия из плазмы, образующейся при так называемом тлеющем электрическом разряде. Скорость таких ионов больше, чем в электролитических ячейках, но всё же значительно меньше той, которая, по расчётам, нужна для пробоя барьера расталкивающих кулоновских сил. Однако в опытах каждую секунду рождается от 109 до 1011, а при некоторых условиях даже 1015 атомов трития ― огромное количество! При этом должно выделяться около 600 ватт термоядерной мощности, а это ― мощность электроплитки средней величины. Механизм явления остается пока загадкой, особенно если учесть, что во всех ядерных экспериментах образование трития всегда сопровождается рождением пары «лёгкий изотоп гелия плюс нейтрон», а вот в опытах подольских физиков никаких нейтронов не наблюдается. Последнее обстоятельство очень смущает физиков, но, как говорится, факты ― упрямая вещь.[15]
Важным достоинством Курчатова было то, что, являясь главой атомной программы и обладая колоссальнейшей властью, он не стал полным монополистом и не стремился задавить конкурентов, как это сделал бы современный босс от науки. Примером такого поведения может служить программа сооружения ядерных реакторов для производства трития, о которой я говорил выше. Как глава всего атомного проекта, Курчатов мог легко забрать программу себе. Он этого не сделал, но предложил своему институту представить проект графитового реактора, а конкурирующей организации, ТТЛ, — проект тяжеловодного реактора для той же цели.[16]
— Борис Иоффе, «Особо секретное задание» (из истории атомного проекта в СССР), 1999
...до взрывов дело не дойдет. Источником энергии станет мощный ядерный реактор. Сырьем послужит дейтерий (тяжёлый водород). Сколько же надо сырья? Чтобы получить столько дейтерия, надо растопить ледяную комету диаметром около 100 километров. Ещё двадцать астероидов такого же размера будет израсходовано ради добычи лития — он нужен при производстве трития. И ведь это побочная проблема! Самое главное, как вмешаться в тончайший небесный механизм, не повредив его![17]
Необходимость водорода для водородной бомбы очевидна только на словесном уровне. А на уровне физики этот элемент в водородной бомбе вообще не используется. Водород ― самый легкий элемент, но не самый склонный к слиянию. Условия, в которых слияние может идти, сильно различаются для разных ядер, и достижимее всего слияние не самого водорода, а его изотопов ― дейтерия и трития, D и T. Дейтерий, хоть и в малом количестве, подмешан ко всякому природному водороду и выделять его в чистом виде научились еще в довоенные годы. Потому-то в постановлении правительства в июне 1948 года говорилось о «горении дейтерия». Трития в природе практически нет вовсе, и получать его очень трудно, точнее, дорого. К тому же тритий ― радиоактивен и, уже добытый, распадается со временем. Свойства дейтерия, и тем более трития, были недостаточно изучены, чтобы проводить точные расчеты. Однако точно было известно, что дейтерий и тритий ― газы. Как же из газа сделать слой, окружающий центральный атомный шар в Слойке? Трудно. Гинзбург предложил использовать для «водородного» слоя гораздо более удобное вещество ― твердое и нерадиоактивное ― химическое соединение дейтерия с литием ― дейтерид лития, в химических символах LiD. К этим символам вскоре прибавили совсем нехимический суффикс и за новым термоядерным веществом закрепилось ласковое женское имя LiDочка. Литий ― тоже легкий элемент, но LiDочка ― это уже не газ, а твёрдое вещество, с которым проще иметь дело. Однако Гинзбург предложил LiDочку по другой причине и сам не сразу понял, насколько новая термоядерная взрывчатка хороша. Для него вначале главным было то, что литий, облученный нейтронами от первичного атомного взрыва, добавляет некоторое количество энергии и тем самым дополнительно разогревает термоядерный слой, делая его более способным к слиянию ядер. Спустя несколько месяцев он догадается, что гораздо важнее слагаемое «тритий».[18]
Тритий в мемуарах, письмах и дневниковой прозе[править]
Выступавшие матёрые товарищи показывали, что если взрыв происходил на высоте свыше 5 км, то признаков повышенной радиоактивности Sr-90 и Ce не будет в почве. Можно обнаружить таковую только по C14 и H3 (тритий). Флоренский отмечал, что C-14 присутствует в древесине в нормальных количествах. Возникает вопрос ― для чего же надо было исследовать на радиоактивность окружающую обстановку и золу из отдельных слоев деревьев, если заведомо известно, что даже при ядерных взрывах такой радиоактивности обнаружено не будет.[3]
Что касается систем, не использующих урана и тория (их запасы не безграничны, а хранение радиоактивных продуктов деления и выделение газообразных продуктов деления представляют собою некоторую экологическую опасность), то в них я предполагаю “тритиевый бридинг”. Установки, питаемые чистым дейтерием, всегда будут менее предпочтительны по сравнению с установками, в которых используется реакция дейтерия с тритием, сечение которой в десятки (почти в 100) раз больше сечения дейтериевой реакции. Размножение трития возможно потому, что дейтерий вовлекается в дейтериевые реакции с образованием трития, а также благодаря размножению быстрых нейтронов при делении и при реакции (n, 2n); затем эти нейтроны захватываются дейтерием или литием-6 с образованием трития. Конечно, все эти соображения являются моим частным и сейчас уже несколько дилетантским мнением. Очень возможно, что основой энергетики ХХI и последующих веков будут установки управляемого термоядерного синтеза.[14]
Когда работы в Физической лаборатории были налажены и моя помощь перестала быть остро необходимой, я смог отделиться от работ отца и начал самостоятельные исследования. Я начал заниматься разработкой ускорителя электронов ― микротрона. Тут можно было что-то своё выдумать, к тому же были необходимые устройства ― мощные магнитронные передатчики, и я мог их использовать. Мне выделили отдельное помещение, где до этого велись работы с тритием.[24]
Тритий в беллетристике и художественной прозе[править]
Пока наше овладение атомной энергией сводится к использованию цепных реакций с неустойчивыми изотопами урана и тория, а также реакции перехода изотопа водорода ― трития в гелий в очень сложных условиях водородной бомбы.[25]
— Никак нет… — Быков чувствовал себя очень несчастным. — За проволочной оградой под землей находится мощный реактор, вырабатывающий тритий. Это горючее для нашего «Хиуса». Бетонная башня, в которую вы так неосторожно заглядывали, есть не что иное, как камера-могильник для радиоактивных отходов от очистки урана. И как раз сегодня комплект урановых стержней пошёл на переплавку. Если бы вы сунули туда нос…
— То есть ясно даже и ежу! — проникновенно сказал Юрковский. — Если место окружено колючей проволокой, то это значит, что вход туда запрещён. Нет, он лезет своими гусеницами прямо через проволоку! Не может равнодушно видеть заграждения и смело, как лев, кидается на них грудью.
Сам Краюхин приехал поглядеть, как с купола «Хиуса» сняли толстую титановую плиту и осторожно опустили в зарядные камеры фотонного реактора баллоны-капсулы со смесью жидкого трития и дейтерия. Затем плиту опустили на место и в тот же день затащили и укрепили над ней огромный контейнер...
— …мы сидим на болоте. Мало того, по данным радиолокации — не очень надежным, правда, — болото окружено горным хребтом, заключено в кольцо скал, и в этом кольце не удалось нащупать никаких признаков просвета.
— Вулкан? — спросил Дауге.
— Возможно, мы находимся в кратере исполинского грязевого вулкана. И престранный это вулкан, должно быть, потому что анализ илистой воды показывает… — Ермаков раскрыл блокнот: — Вот, извольте. Смесь примерно в равной пропорции тяжелой и сверхтяжелой воды.
Юрковский подскочил на месте:
— Тритиевая вода?
— T-2-O, — кивнул Ермаков.
— Но…
— Да. Период полураспада трития всего около двенадцати лет. Значит…
— Значит, — подхватил Дауге, — либо наш вулкан образовался очень недавно, либо существует какой-то естественный источник, пополняющий убыль трития…
Каким должен быть естественный источник сверхтяжелого водорода — изотопа, который на Земле производится в специально оборудованных реакторах, — Быков не мог себе представить. Но он молчал и продолжал слушать.
— И это еще не все, — сказал Ермаков. — Кратер — если это кратер — представляет собой бездонную пропасть. Во всяком случае, наши эхолоты оказались бессильны.
— Каков диаметр кратера? — быстро спросил Юрковский.
— Кратер, очевидно, почти круглый, диаметр его около пятидесяти километров. «Хиус» находится ближе к его северо-восточному краю: с этой стороны от нас до хребта всего восемь километров. Таково положение, товарищи.
— Короче говоря, под нами сотни метров трясины. От цели нас отделяют сто километров, из которых десять километров болота, и скалистая гряда. Правильно?
— Таково положение, — кивнул Ермаков.
— Болото наполовину состоит из тритиевой воды. Позволю себе напомнить, что тритий распадается с испусканием нейтронов, а нейтронное облучение — длительное нейтронное облучение, я имею в виду — это вовсе не мёд, даже при наличии спецкостюмов.
— Совершенно верно.
— Но… Быков заверяет нас, что «Мальчик» пройдет через болото. А через скалы?
— «Мальчик» пройдет везде, — упрямо повторил Быков. — В крайнем случае скалы буду рвать.
