Борис Смагин - Вблизи абсолютного нуля

Многим вообще кажется, что сверхнизкие температуры встречаются только в лабораториях, только в научных работах. Между тем даже жидкий гелий и тот уже стал веществом, с которым имеют дело инженеры на производстве. А другие газы — тем более.

Водород как газ известен уже давно. Когда-то первые смельчаки, оторвавшиеся от Земли на воздушных шарах, заполняли их водородом. Водород — самое легкое вещество из всех известных на земле. Поэтому подъемная сила водородных шаров большая. Но есть у водорода и одна неприятная особенность. Водород легко загорается. Поджечь его — пара пустяков. Даже маленькая искра сразу вызовет пожар. Поэтому воздушные шары с водородом опасны. И в свое время отважные путешественники не раз гибли из-за того, что загоралась оболочка воздушного шара.

Так погиб в XVIII веке отважный ученый Пилатр де Розье.

Именно водородом наполнил свой воздушный шар герой романа Жюля Верна «Пять недель на воздушном шаре» доктор Фергюсон. Вы помните, конечно, как боялись отважные путешественники, что шар взорвется. Почему же водород ведет себя так воинственно? Дело в том, что вместе с кислородом этот газ образует особую горючую смесь. Ее название само говорит за себя — гремучий газ. Чуть только попадает в такой газ едва заметная искра, как уже не миновать страшного взрыва. А после взрыва на стенках сосуда, если он, конечно, остался в целости, можно увидеть капельки воды. Водород, соединяясь с кислородом, образует воду. Добывают его также из воды с помощью электролиза. В воду опускают две металлические пластинки — электроды. И к ним подключают электрическую батарею. Идет электрический ток. В воде появляются пузырьки газа. Один из этих газов и есть водород. Его можно собрать в какой-нибудь закрытый сосуд. Из открытого сосуда водород быстро вытечет. А так как он самый легкий, то поднимется высоко, уйдет в верхние слои атмосферы.

Газообразный водород нужен химикам. Например, чтобы изготовить перекись водорода или другие соединения.

Нас с вами гораздо больше интересует водород жидкий. Ведь мы занимаемся сверххолодом. Это одна из самых холодных жидкостей на земле.

Получить жидкий водород гораздо труднее, чем сжимать воздух и разделять его на составные части. Можно использовать детандеры. А можно сжимать водород и в дроссельных установках. Только надо учесть, что «жары» это вещество не любит и на подходе к дросселю должно быть не теплее —69 °C!

Куда идет эта «холодная» жидкость? Где она нужнее? Ведь не зря сооружают большие установки, чтобы получить жидким самый легкий газ на свете.

Вероятно, жидкому водороду обеспечено славное будущее в ракетных кораблях. Но он нужен и сейчас.

Используют водород и в лабораториях.

Но, видимо, очень скоро жидкий водород ожидает всемирная слава. С одной из разновидностей его — дейтерием — люди будут так же хорошо знакомы, как сейчас с углем или нефтью. История эта длинная и начинается она с тяжелой воды.

Мы много говорили о молекулах. Молекулы — мельчайшие частички вещества. Они сохраняют все свойства этого вещества.

В самом маленьком кусочке тела, в капле жидкости содержится громадное количество молекул. Все они в точности одинаковы. И по виду, и по массе, и по свойствам.

Молекулы непрерывно двигаются, обладают внутренней энергией. Если эту энергию отнять, то тела охлаждаются.

Это все мы уже хорошо знаем. Но молекулы еще не самые маленькие частички вещества. Все молекулы состоят из атомов. Если молекула — карлик, лилипут, то атом — совсем малютка. Правда, у некоторых молекул всего лишь один-два атома. Зато в составе других — тысячи и десятки тысяч атомов. В нашем теле есть белковые молекулы. Они сложнее любой машины. Даже не верится. Вы видите, художник нарисовал нам макет одной такой молекулы. Даже не самой молекулы, а ее составной части. Спираль вроде лестницы с восемнадцатью витками тянется вверх. А от нее во все стороны — отростки. И это все атомы. Сотни, тысячи атомов. Стоит только один из них переменить, как сразу же изменится и молекула.

Молекул в мире огромное количество. А вот атомов значительно меньше. Отдельных разновидностей атомов — их называют элементами — немногим больше сотни. Конечно, складываются атомы по-разному, можно набрать сколько угодно различных молекул. Даже если взять пять атомов и только переставлять местами по-всякому, то сколько будет таких пятиатомных молекул? Сто двадцать! Понятно, что таким образом можно получить бесчисленное множество всевозможных молекул. Химики чуть ли не каждый день готовят их.

Атомы одного элемента похожи друг на друга, как близнецы. Но и тут имеется разница. Опять-таки встречается несколько сортов этих близнецов. Называются они изотопами. Для химика все они одинаковы, в химических реакциях их не различить никаким способом.

А вот физики говорят — близнецы, да не совсем. Вес у них различный. Возьмем водород. У него есть целых три изотопа.

Называются они — обычным или легким водородом, тяжелым и сверхтяжелым.

Тяжелый водород — дейтерий — в два раза тяжелее легкого, а сверхтяжелый — в три. Что такое вода? Два атома водорода и один кислорода — вот и получается молекула воды. Если вместо водорода в молекуле поселится дейтерий, тогда вода станет тяжелой.

Правда, не такая уж тяжелая. Если дать вам в руки стакан простой и тяжелой воды, то вы не отличите их по весу. Молекула тяжелой воды в 10/9 раза тяжелее обычной молекулы. Зато по многим свойствам тяжелая вода отличается от обычной — от той, которую мы пьем, которой умываемся. Говорят иногда, что тяжелая вода вроде мертвой воды наших сказок.

В любом водоеме вместе с обычной водой есть и тяжелая. Всего лишь 0,02 %. 0,2 грамма в каждом литре. А спрос на нее очень велик.

Тяжелая вода нужна атомной физике, атомной технике.

В чем разница? Атомная физика — наука, которая занимается исследованиями самых тонких свойств вещества, проникает в глубь молекул и атомов, изучает их строение. Вы думаете, меньше атома ничего нет? Ошибаетесь. Атом совсем не такой простой и неделимый. В нем есть частички еще меньших размеров. Бывает даже много этих частичек. До двух-трех сотен! Исследовать все частички, изучить их, проникнуть в глубь атома — нелегкая задача. И тяжелая вода помогает ученым в этой работе. Но еще чаще тяжелую воду мы встретим в атомных котлах. Их называют ядерными реакторами.

При обычных взрывах, скажем, пороха или динамита, выделяется мгновенно тепловая энергия. Она хранилась до этих пор внутри молекул. И запас этой скрытой энергии в момент взрыва стремительно вырывается наружу.