Термоядерное топливо

В качестве топлива для реакций водородного цикла наиболее удобными и доступными для широкого применения являются  D,  ⁶Li ,  ⁷Li  и их соединения (тяжелый ацетон C₃D₆O [диметилкетон], например) .

Проще и быстрее купить дейтерий и дейтерид лития в Москве в объединении "Изотоп" или в С-Петербурге на Загородном 13 в магазине "Изотоп" (метро "Владимирская") (812)112-46-58, 315-25-58, факс (812)314-24-18 (7,2 $/грамм и только для организаций).

Можно изготовить топливо и самостоятельно.

Свойства H₂O и D₂O [1, с.213]

Наименование константы	H2O	D2O
Молекулярный вес	18	20
Темп. замерзания, ° С	0	3.8
Темп. кипения, ° С	100	101.4
Плотность при 20° С  [ г/см 3 ]	0.9982	1.1056
Темп. максимальной плотности, ° С	4	11.6

Рис.3. Зависимость плотности обычной и тяжелой воды от температуры.

Обозначение:
1. Подводные, донные камни - естественные центры льдообразования.
2. Металлическая пластина - искуственный центр придонного льдообразования.
3. Донный, обогащенный HDO и D₂O лед - цель работы.
4. Электронный датчик температуры (должен быть погружен в донный лед).
5. Теплоизолирующая штанга электронного термометра.
6. Электронный термометр (цифровой мультиметр с датчиком температуры).
7. Устройство для подъема (опускания) металлической пластины.

Возможны два пути:
- контролируя температуру природного донного льда, собирать его,
- контролируя температуру искусственного донного льда, собирать последний.

Температура донного льда должна быть не ниже +0.75° C.
Концентрация HDO в собранном льду повысится не более, чем до 0.75%.
Если температура донного льда выше +0.75° C, то концентрация HDO будет намного больше.
Для изготовления 1 кг 100 % HDO, необходимо собрать 135 кг донного льда, как минимум.
Понятно, что добыча дейтерия таким способом - для неленивых.

Следующая фаза повышения концентрации потребует металлической емкости (см. рисунок ниже). Полученный первичный лед нужно снова сделать водой.

Обозначение:
1. Обогащаемая вода.
2. Металлическая, лучше алюминиевая емкость.
3. Подставка для обеспечения обдува холодным воздухом.
4. Теплоизолирующая крышка (пенопласт, дерево).
5. Термометр от -10 до +10° С; точность не менее 0.25° С.
6. Измерительный щуп.
7. Донный, обогащенный D₂O лед - цель работы.
Как показано на рисунке, полученную, концентрированную воду 1 наливают в металлическую емкость 2 поставленную на подставку 3 для обеспечения обдува холодным воздухом. Емкость теплоизолирована сверху 4. Из-за высокой теплоемкости воды, это гарантирует начало ее замерзания в донной части емкости.
Даже если "полутяжелый лед" имеет плотность меньше, чем "легкая" вода при той же температуре, то всплывать он не будет за счет примерзания ко дну.
Температура замерзания D₂O - +3.8° С. Температура замерзания HDO - неизвестна, но, с большой степенью вероятности, она не ниже +1° С.
Начало кристаллизации D₂O и HDO контролируют термометром 5 и щупом 6. Температура свободной воды не должна опускаться ниже +1.0° С. Температура донного льда должна быть не ниже +1.5° С.
Незамерзшую воду выливают, оставшийся лед собирают в отдельный сосуд.

Второе вымораживание увеличит концентрацию не более, чем до 40%, поэтому, потребуется и третий этап и электролиз, при котором, в первую очередь, из раствора уходит H⁺ и он обогащается D⁺.
Концентрацию HDO контролируют, измеряя температуру замерзания полученного раствора. Она должна быть не менее +1.5° С.
На этапе электролиза концентрацию D₂O контролируют, измеряя температуру замерзания. Она должна быть не менее +3.75° С.
При этой температуре очистку (электролиз) следует прекратить, т.к. начнутся потери дейтерия.


Н. Л. Глинка
" Т я ж е л а я   в о д а. При электролизе обыкновенной воды, содержащей наряду с молекулами H₂O также незначительное количество молекул D₂O, образованных тяжелым изотопом водорода, разложению подвергаются преимущественно молекулы H₂O. Поэтому при длительном электролизе воды остаток постепенно обогащается молекулами D₂O." [1, с.213]

В лабораториях водород получают большей частью электролизом водных растворов NaOH или KOH. Концентрация этих растворов выбирается такой, которая отвечает их максимальной электропроводности (25% для NaOH и 34% для KOH) (t° = 80° C; U = 2V авт.). Электроды обычно изготовляют из листового никеля. Этот металл не подвергается коррозии в растворах щелочей, даже будучи анодом. В случае надобности получающийся водород очищают от паров воды и от следов кислорода.

Получение водорода электролитическим методом.
Электролитическим методом получают водород высокой чистоты, в котором обычно содержатся только пары воды и следы кислорода, увлекаемые водородом из электролита.
Электролизером служит 5–7-литровая стеклянная банка, в которую наливают 35–40-процентный раствор гидроксида натрия. Электроды делают в форме пластин из никелевой жести или мягкой стали. Можно применять электроды, сделанные из проволоки. Место контакта электрода (оно не должно соприкасаться с электролитом) с медным проводом, подводящим ток, плотно обматывают стальной или нихромовой проволокой. Для такого электролизера применяют ток до 6–7 А, напряжением 5–10 В. При включении электролизера на короткое время (3–4 ч) можно применять ток силой до 10 А, однако при этом электролит быстро разогревается. Кислород выделяется на аноде и выходит через отводную трубку, пропущенную через пробку, закрывающую электролизер. Водород выделяется на катоде и выходит через стеклянную трубку.
Для получения значительных количеств водорода в лабораторных условиях удобен электролизер, изготовленный из 15–20-литровой бутыли. Электролитом служит концентрированная щелочь. Анодное и катодное пространства отделены в электролизере стеклянным колоколом. Электроды изготовляют из железной проволоки диаметром 3–4 мм. Токоподводящие медные провода припаивают к электродам. Сопротивление такого электролизера, а следовательно, и подаваемое напряжение зависят от глубины погружения электродов. При небольшой глубине погружения электродов сопротивление электролизера возрастает, вследствие этого на электролизер приходится давать более высокое напряжение, например 50–60 В, что вызывает быстрое нагревание электролита. При большой глубине погружения электродов возможно частичное смешивание водорода и кислорода. Электроды должны находиться на расстоянии 4–5 см от нижнего края колокола. Обычно электролизеры подобного типа потребляют ток напряжением 20–30 В. На подобный электролизер в течение многих часов можно давать ток силой 10–12 А. Щелочь при этом несколько разогревается. Для питания электролизера можно воспользоваться постоянным током от аккумулятора или выпрямителя.
Для электролитического получения водорода удобно пользоваться также электролизером, состоящим из U-образной трубки. Эта трубка, изготовленная из молибденового или другого прочного стекла, снабжена газоотводными трубками для кислорода и водорода. В нее вставлены на шлифах трубки с впаянными в них проводниками. К проводникам припаяны электроды — анод и катод, сделанные из никелевой жести или проволоки. Если прибор изготовлен из молибденового стекла, то для впайки электродов применяют молибденовую проволоку (диаметром 0,8 мм); во всех других случаях пользуются платиновой проволокой. Вместо стеклянных пробок можно пользоваться и резиновыми; тогда провод не впаивают, а пропускают через пробку. Под анодом в электролизере помещают дополнительный катод в виде никелевой сетки. Впаивают его с помощью платиновой проволоки. Питание этого катода осуществляется от источника тока, которые питает электролизер. Между источником тока и дополнительным катодом включается сопротивление, чтобы уменьшить в 15–20 раз силу тока, идущего на питание основных электродов. Водород, выделяющийся на дополнительном катоде, насыщает анодное пространство и тем самым препятствует проникновению кислорода в катодное пространство. Если дополнительный катод отсутствует, кислород в небольшом количестве попадает в катодное пространство и загрязняет водород. Водород, получаемый этим методом, практически кислорода не содержит (кислород содержит некоторое количество водорода, но эта смесь не взрывоопасна). Если электролизер сильно нагревается, то его следует поместить в бак с проточной водой.
Вновь собранный электролизер необходимо проверить на герметичность. Для этого трубку, отводящую водород, погружают на 3–4 см в воду, включают ток и наблюдают за прохождением пузырьков водорода через воду. Отсутствие пузырьков указывает на негерметичность катодного пространства или газоотводящей системы. Полезно к трубке, отводящей водород, присоединить промывную склянку со щелочью, которая одновременно служит счетчиком пузырьков. Кроме того, она создает некоторое противодавление, благодаря чему уровень щелочи в узкой части колокола поддерживается постоянным.
Стеклянный колокол через 1–1,5 года работы необходимо менять, так как щелочь постепенно разъедает его. Во всех случаях работа с электролизером требует особого внимания. Ни в коем случае нельзя менять полюсы электролизера, так как это может привести к взрыву вследствие образования гремучей смеси. Электролизер подключают к прибору, потребляющему водород, только после полного вытеснения воздуха из катодного пространства и из очистительной системы.
Очистка водорода.
Метод очистки водорода определяется характером имеющихся в нем загрязнений, а также зависит от дальнейшего использования водорода.
Электролитический водород и водород нуждается только в осушке. В особых случаях, например, для получения гидридов, водород для удаления кислорода пропускают через стеклянную, фарфоровую или кварцевую трубку, наполненую платинированным асбестом и нагретую до 150–180°C. Для приготовления такого асбеста его пропитывают 3–5-процентным раствором соли платины или палладия (хлорид платины, платинохлористоводородная кислота, хлорид палладия), высушивают в фарфоровой чашке при 250–300°C. Асбест помещают в трубку рыхлым слоем, но так, чтобы не было просветов. Платина или палладий катализируют соединение кислорода с водородом.
Образующиеся следы паров воды, если они мешают дальнейшему использованию водорода, удаляют осушителем. Лучше всего удалять из водорода следы кислорода и паров воды, пропуская газ через фарфоровую трубку, наполненную магниевыми или кальциевыми стружками и нагретую до 500–600°C.

Это, уже, реальные величины для промышленного применения.


Попутно можно отметить, что описания реакций углеродно-азотного или углеродного циклов, где протон замещен дейтоном, отсутствуют в открытых источниках информации.
Однако, по аналогии с реакциями водородного цикла, вполне вероятно, что замена протона дейтоном на порядки увеличит сечение термоядерных реакций и будет способствовать образованию ядер ³He, ⁶Li, ⁷Li, ⁹Be, которые очень активно вступают в реакции ядерного синтеза.