آب سنگين
آب نیمه سنگین چنانچه در اکسید هیدروژن تنها یکی از اتمهای هیدروژن به ایزوتوپ
دوتریوم تبدیل شود نتیجه حاصله (HDO) را آب نیمه سنگین می گویند. در مواردی که ترکیب مساوی از هیدروژن
و دوتریوم در تشکیل مولکوهای آب حضور داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می شود. معايب آب سنگين آب سخـت آبـي اسـت كـه حـاوي گـچ، آهـك و ديــگر املاح محلول
مي بـاشـد. در آب سـخـت سـطـــح برخي از
املاح مـعـدني مـحـلـول در آب بيـشـــتر
است. اين املاح معدني عمدتا شامل كربنات كلسيم و كربنات منيزيم مي باشند. کاربرد آب سنگین در راکتورهای هسته ای راکتورهای آب سنگین نیازی به اورانیوم غنی شده ندارد و از
اکسید اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کند . این فرایند, نیاز به اورانیوم غنی شده را مرتفع می کند اما
طراحی این راکتورها پیچیده و تولید آب سنگین نیز هزینه بر است . بر اساس این گزارش آب سنگین از جدا سازی نوعی از مولکول های
آب با غلظت 1 در هر 7000 مولکول به دست می آید که هیدروژن آن یک نوترون بیشتر از هیدروژن
عادی دارد . این نوترون اضافه موجب می شود تا عمل کند کنندگی نوترون های
پر سرعت به اندازه ای برسد که واکنش های زنجیره ای تولید انرژی از میله های سوخت
آغاز شود در حالی که در راکتورهای قدرت آب سبک , اورانیوم غنی شده درحد سه و نیم
درصد و بیش از آن برای انجام واکنش مورد نیاز است . در راکتورهای آب سنگین , این ماده وظیفه خنک کردن میله های
سوخت , همزمان با کند کردن نوترون های پر انرژی را به عهده دارد. با نزدیک شدن راکتور تحقیقاتی تهران , که حدود چهل سال پیش
و با قدرت 5 مگاوات راه اندازی شده است , به پایان عمر کاری خودو نیاز روز افزون
کشور به انواع رادیو ایزوتوپ های صنعتی و همچنین رادیو داروها , راکتور تحقیقاتی
آب سنگین اراک با قدرت 40 مگاوات طراحی و مکان آن در نزدیکی شهر خنداب در شمال غربی
شهرستان اراک تعیین شد . از آنجا که این راکتور در زمان راه اندازی به مقدار زیادی
آب سنگین نیازدارد مجتمع آب سنگین اراک همزمان با پی گیری ساخت ساختمان و راکتور
آماده شد و به بهره برداری رسید تا بتواند نیاز راکتور را در زمان راهاندازی
فراهم کند. تفاوت در نوترون
آب خالص مادهای
است بیرنگ، بیبو و بيمزه. فرمول شیمیایی آن H2O است، یعنی هر
مولكول آب از پيوند دو اتم هیدروژن به یك اتم اكسیژن ساخته شده است. عنصر هیدروژن
همانند بسیاری دیگر از عنصرهای طبیعت ایزوتوپهایی دارد كه عبارتند از H ۲ كه با D (دوتریم) و H ۳ كه با T (تریتیم) نمایش
داده ميشود. ایزوتوپ به صورتهای گوناگون یك عنصر گفته میشود كه جرم آنها با هم
تفاوت داشته باشد. تفاوت ایزوتوپهای مختلف یك عنصر از شمار نوترونهای هسته آنها
ناشي ميشود؛ يعني با وجودي كه شمار پروتونهای همهي اتمهای یك عنصر از جمله ایزوتوپهاي
آن با هم برابر است، شمار نوترونها در ايزوتوپهاي مختلف يك عنصر متفاوت است. از
همين رو، هیدروژن معمولي(H) در هستهي خود فقط یك پروتون دارد و بدون نوترون است؛ دوتریم(D) كه در هسته
خود یك پروتون و یك نوترون دارد و تریتیم(T) كه یك پروتون و دو نوترون دارد. آب سنگين و بمب اتم ● مفهوم و مراحل تولید آب سنگین (D۲۰) نوع خاصی از مولكولهای آب است كه در آن ایزوتوپهای هیدروژن
حضور دارند. این نوع از آب كلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی است و به
همین دلیل تولید و تجارت آن تحت نظر قوانین بین المللی صورت گرفته و بشدت كنترل می
شود. با كمك این نوع از آب می توان پلوتونیوم لازم بری سلاح های
اتمی را بدون نیاز به غنی سازی بالی اورانیوم تهیه كرد. از كاربردهای دیگر این آب
می توان به استفاده از آن در رآكتورهای هسته ای با سوخت اورانیوم، متعادل كننده به
جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمای رآكتور نام برد. آب سنگین واژه ای است كه معمولا
به اكسید هیدروژن سنگین، D۲Oیا ۲H۲Oاطلاق می شود. هیدروژن سنگین یا دوتریوم ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است
كه به نسبت یك به ۶۴۰۰از اتمهای هیدروژن درطبیعت وجود دارد. خواص فیزیكی و شیمیایی
آن به نوعی مشابه با آب سبك H۲Oاست. اتم های دوتریوم ایزوتوپ های سنگینی هستند كه بر خلاف هیدروژن معمولی،
هسته آنها شامل نوترون نیز هست. جایگزینی هیدروژن با دوتریوم در مولكولهای آب سطح انرژی پیوندهای
مولكولی را تغییر داده و طبیعتا» خواص متفاوت فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی را موجب
می شود، بطوری كه این خواص را در كمتر اكسید ایزوتوپی می توان مشاهده كرد. بعنوان مثال ویسكوزیته یا به زبان ساده تر چسبندگی آب سنگین
به مراتب بیشتر از آب معمولی است. آب سنگین آبی است كه در مقایسه با آب معمولی دیرتر
می جوشد و زودتر یخ می زند و همانطور كه ذكر شد «گیلبرت نیوتن لوییس» نخستین بار
نمونه آن را از آب سنگین خالص در سال ۱۹۳۳به دست آورد. هیدروژن طبیعی دارای دو ایزوتوپ است:ایزوتوپ هیدروژن سبك كه
تقریبا ۹۹/۹۸درصد هیدروژن
موجود را تشكیل می دهد و ایزوتوپ هیدروژن سنگین یا دوتریوم كه مقدار آن ۱۵درصد
است. ایزوتوپ دوتریوم برخلاف هیدروژن معمولی دارای یك نوترون
است.آب معمولی از یك اتم اكسیژن و دو اتم هیدروژن تشكیل شده است،در حالی كه آب سنگین،
از یك اتم اكسیژن و دو اتم دوتریوم (D)تشكیل شده است. برای تولید آب سنگین باید مولكول های آب حاوی هیدروژن سنگین
(دوتریوم) را از مولكول های آب معمولی جدا كنند یا از داخل هیدروژن ،اتم های هیدروژن
سنگین یا دوتریوم را جدا و خالص كنند. جرم مولكولی آب معمولی ۱۸و جرم مولكولی آب سنگین ۲۰است. از
لحاظ خواص شیمیایی تفاوت چندانی با خواص آب معمولی نداشته و اختلافات جزئی وجود
دارد اما از لحاظ هسته ای هیدروژن معمولی می تواند نوترون را جذب كند ،اما احتمال
جذب نوترون توسط هیدروژن سنگین بسیار كم است. به دلیل تفاوت مشخصات هسته ای دوتریوم با هیدروژن ازلحاظ
«تكانه زاویه ای و گشتاور مغناطیسی »از آب سنگین و دوتریوم در زمینه های مختلف تحقیقاتی
نیز استفاده می شود. به عنوان مثال رفتار آب سنگین در دستگاه های MRIبا رفتار هیدروژن
معمولی متفاوت است. در فعالیت های تحقیقاتی به منظور بررسی برخی خواص از موادی
استفاده می كنند كه هیدروژن طبیعی را در آن با هیدروژن سنگین (دوتریوم) جایگزین
كرده اند. یكی از كاربردهای دوتریوم استفاده در تولید نوترون در شتاب دهنده ها و
تولید انرژی در «راكتورهای گداخت» است.
وبلاگ تالار دانش در جهت گسترش علم و دانش فعالیت میکند