Nước nặng là nước chứa một tỷ lệ đồng vị đơteri (deuterium) cao hơn thông thường, hoặc là đơteri oxide, D2O hay ²H2O, hoặc là đơteri proti oxide, HDO hay H¹H²O.[1] Các tính chất vật lý và hóa học của nó là gần như tương tự như của nước (H2O). Nước nặng có thể chứa nhiều tới 100% D2O, và thông thường thì thuật ngữ này nói tới nước trong đó có tỷ lệ cao đơteri. Sự thay thế đồng vị bằng đơteri biến đổi năng lượng liên kết của liên kết hiđrô-oxy trong nước, dẫn tới biến đổi các tính chất vật lý, hóa học và đặc biệt là sinh học của nước chứa thuần túy hay làm giàu cao bằng đơteri ở mức độ lớn hơn so với được tìm thấy trong phần lớn các hợp chất hóa học được thay thế bằng đồng vị.

Không nên nhầm lẫn nước nặng với nước cứng hay với nước siêu nặng .

Các nghĩa khác.

Nước bán nặng.

Mô hình phân tử nước bán nặng

Nước bán nặng, HDO, tồn tại tại bất kỳ đâu trong nước với hiđrô-1 (hay proti) và đơteri tồn tại trong hỗn hợp. Điều này là do các nguyên tử hiđrô (proti và đơteri) được trao đổi nhanh chóng giữa các phân tử nước. Nước chứa 50% H và 50% D về thành phần hiđrô trên thực tế chứa khoảng 50% HDO và 25% cho mỗi loại H2O và D2O, trong cân bằng động lực học.
Nước bán nặng, HDO, xuất hiện tự nhiên trong nước thông thường ở tỷ lệ khoảng 1 phân tử trên 3.200 (mỗi hiđrô có xác suất là 1 trên 6.400 là D). Nước nặng, D2O, theo so sánh, xuất hiện tự nhiên ở tủy lệ chỉ khoảng 1 phân tử trong 41 triệu (nghĩa là 1 trên 6.4002). Điều này có nghĩa là nước bán nặng trên thực tế là phổ biến hơn nhiều so với nước nặng ‘thông thường’.

Nước oxy nặng.

Một kiểu thường thì của nước oxy nặng H2O18 có sẵn về mặt thương mại để sử dụng như là chất theo dõi dấu vết đồng vị không phóng xạ ( xem nước lưu lại kép để có thêm chi tiết cụ thể ), và cũng được gọi là ” nước nặng ” do cũng có tỷ trọng riêng cao hơn so với nước thường thì ( trong trường hợp này nó có tỷ trọng riêng gần giống như của đơteri oxide ). Với ngân sách cao ( do những khó khăn vất vả lớn trong việc tách bóc O-17, một đồng vị ít thông dụng của oxy ), nước cũng có ở dạng trong đó oxy được làm giàu ở những mức độ khác nhau bằng O17. Tuy nhiên, những kiểu nước chứa đồng vị nặng này ít khi được gọi là ” nước nặng “, do chúng không chứa đơteri để tạo ra D2O với những đặc thù sinh học và hạt nhân độc lạ đặc trưng. Chẳng hạn, những dạng nước oxy nặng với hiđrô thường thì không bộc lộ bất kể độc tính nào ( xem cụ thể về độc tính sau đây ) .

Tính chất vật lý ( so với nước nhẹ ).

Không có đặc thù vật lý nào được liệt kê cho nước bán nặng ” tinh khiết “, do nó không hề cô lập ở lượng đủ lớn. Ở trạng thái lỏng, rất ít phân tử nước ở trạng thái ion hóa, nghĩa là những nguyên tử hiđrô hoàn toàn có thể trao đổi giữa những nguyên tử oxy khác nhau. Một mẫu nước bán nặng ” tinh khiết ” giả thuyết sẽ nhanh gọn biến hóa thành hỗn hợp động lực gồm 25 % nước nhẹ, 25 % nước nặng và 50 % nước bán nặng .

Các tính chất vật lý rõ ràng nhờ kiểm tra: Nước nặng nặng hơn khoảng 10,6% so với nước thông thường, một khác biệt gần như không thể nhận biết trong một mẫu chứa nó (nó trông giống và có mùi vị y như nước thường). Một trong rất ít cách thức để chứng minh nước nặng có các tính chất vật lý khác biệt mà không cần thiết bị phức tạp là đóng băng mẫu nước và thả nó vào trong nước thường. Băng tạo ra từ nước nặng chìm trong nước thường. Nếu như nước thường được làm lạnh gần tới điểm đóng băng thì hiện tượng này có thể được quan sát đủ lâu để có chứng minh tốt, do băng của nước nặng có nhiệt độ nóng chảy hơi cao hơn của nước đá thường (3,8 °C), và vì thế nó sẽ được giữ rất tốt trong nước thông thường gần điểm đóng băng[2].

Harold Urey phát hiện ra đồng vị đơteri năm 1931 và sau đó đã hoàn toàn có thể cô đặc nó trong nước [ 3 ]. Người thầy của Urey là Gilbert Newton Lewis đã cô lập mẫu tiên phong của nước nặng tinh khiết bằng điện phân năm 1933. Năm 1934 George de Hevesy và Hoffer sử dụng nước nặng trong một trong những thực nghiệm dò tìm vết sinh học tiên phong, để ước tính vận tốc luân chuyển nước trong khung hình người. Lịch sử về sản xuất và sử dụng ở quy mô lớn so với nước nặng trong những thực nghiệm hạt nhân bắt đầu được đưa ra dưới đây [ 4 ]

Tác động so với mạng lưới hệ thống sinh học.

Các đồng vị nặng của những nguyên tố hóa học có những hành vi hóa học độc lạ rất nhỏ, nhưng so với hầu hết những nguyên tố thì những độc lạ trong hành vi hóa học giữa những đồng vị là quá nhỏ để sử dụng, hoặc thậm chí còn là để phát hiện ra. Tuy nhiên, so với hiđrô thì điều này là không đúng. Các hiệu ứng đồng vị hóa học lớn hơn được ghi nhận ở đơteri và triti là hiển nhiên do nguồn năng lượng link trong hóa học được xác lập trong cơ học lượng tử bằng những phương trình trong đó lượng khối lượng quy đổi của hạt nhân và những electron Open. Đại lượng này bị đổi khác trong những hợp chất chứa hiđrô nặng ( trong đó đơteri oxide là phổ cập và thường thì nhất ) nhiều hơn so với những thay thế sửa chữa đồng vị nặng trong những nguyên tố khác. Hiệu ứng đồng vị này của hiđrô nặng được lan rộng ra xa hơn trong những mạng lưới hệ thống sinh học, là những mạng lưới hệ thống rất nhạy cảm trước những biến hóa nhỏ trong những đặc thù dung môi của nước .

Nước nặng là chất hóa học duy nhất đã biết có ảnh hưởng tới chu kỳ của các dao động mỗi ngày một lần, làm tăng chúng một cách kiên định. Hiệu ứng được quan sát trong các sinh vật đơn bào, thực vật có lá xanh, động vật chân giống (Isopoda), côn trùng, chim, chuột và chuột nhảy. Cơ chế này hiện vẫn chưa rõ nguyên nhân[5].

Để thực hiện nhiệm vụ của mình, các enzym phải dựa vào các mạng liên kết hiđrô hòa hợp tinh vi của chúng, cả tại tâm hoạt hóa với các chất nền của chúng lẫn ngoài tâm hoạt hóa, để ổn định các cấu trúc không gian của chúng. Do liên kết hiđrô với đơteri là hơi mạnh hơn[cần dẫn nguồn] so với khi liên kết bằng hiđrô thường, nên trong môi trường giàu đơteri thì một số phản ứng thông thường trong tế bào bị phá vỡ.

Cụ thể bị tác động ảnh hưởng mạnh từ nước nặng là những tổng hợp phức tạp của sự hình thành thể chia sợi thiết yếu cho phân loại tế bào của sinh vật nhân chuẩn. Thực vật ngừng tăng trưởng và hạt không nảy mầm khi chỉ phân phối cho chúng nước nặng, do nước nặng ngừng sự phân loại tế bào của sinh vật nhân chuẩn .

Tác động lên động vật hoang dã.

Các thực nghiệm đối với chuột nhắt, chuột cống và chó[6] đã chứng minh rằng mức độ 25% đơteri hóa gây ra (đôi khi là không thể đảo ngược) độ vô sinh, do cả giao tử lẫn hợp tử đều không thể phát triển. Nồng độ cao của nước nặng (90%) nhanh chóng giết chết cá, nòng nọc, giun dẹt và ruồi giấm (Drosophila spp.). Các động vật có vú như chuột cống được uống nước nặng sẽ chết sau khoảng 1 tuần, vào khi hiđrô của nước trong cơ thể chúng đạt ngưỡng khoảng 50% là đơteri. Kiểu chết tương tự như ở ngộ độc tế bào (chẳng hạn như ở hóa trị liệu) hoặc trong triệu chứng phóng xạ cấp tính (mặc dù đơteri là không phóng xạ), và là do tác động của đơteri trong việc ức chế phân chia tế bào nói chung. đơteri oxide được sử dụng để tăng cường trị liệu bắt neutron bo[6]. Nó có độc tính cao đối với các tế bào ác tính hơn là đối với tế bào thông thường nhưng hàm lượng cần thiết lại là quá cao đối với sử dụng đều đều[6]. Như ở hóa trị liệu, các động vật có vú ngộ độc đơteri chết do hư hỏng tủy xương (mất máu và nhiễm trùng) và các chức năng đường tiêu hóa (tiêu chảy và mất nước).

Mặc cho những yếu tố của thực vật và động vật hoang dã khi phải sống với quá nhiều đơteri, những sinh vật nhân sơ như vi trùng ( không có những yếu tố về thể chia sợi gây ra bởi đơteri ) hoàn toàn có thể sinh sôi nảy nở trong những điều kiện toàn đơteri, tạo ra hiệu quả là sự sửa chữa thay thế toàn vẹn những nguyên tử hiđrô trong protein và DNA của vi trùng bằng đồng vị đơteri [ 6 ]. Sự sửa chữa thay thế hàng loạt bằng những đồng vị nguyên tử nặng hoàn toàn có thể xảy ra ở những sinh vật bậc cao bằng những đồng vị nặng không phóng xạ khác ( như cacbon-13, nitơ-15 và oxy-18 ), nhưng điều này không hề thực thi để so với đồng vị nặng không thay đổi của hiđrô .

Độc tính so với người.

Do cần phải có lượng nước nặng rất lớn để thay thế sửa chữa từ 25 tới 50 % lượng nước trong khung hình người ( chiếm khoảng chừng 70 % khối lượng khung hình ) bằng nước nặng, nên đầu độc ngẫu nhiên hay có chủ định bằng nước nặng là không hề nên trong thực tiễn thường là bỏ lỡ. Để ngộ độc, một lượng lớn nước nặng cần phải uống vào mà không có lượng đáng kể nước thường nào được đưa vào trong nhiều ngày để sinh ra những hiệu ứng ngộ độc đáng kể ( mặc dầu trong một chút ít thử nghiệm, những người tình nguyện uống một lượng khá lớn nước nặng đã thông tin là có triệu chứng chóng mặt, một hiệu ứng hoàn toàn có thể là do biến hóa tỷ trọng của chất dịch trong tai trong ). Ví dụ, một người cân nặng 70 kg chứa khoảng chừng 50 kg nước và uống 3 lít nước nặng tinh khiết mỗi ngày, thì người này cần phải làm điều này gần 5 ngày để đạt được ngưỡng 25 % đơteri hóa, và khoảng chừng 11 ngày để đạt ngưỡng 50 % đơteri hóa. Vì thế, phải mất 1 tuần chỉ uống nước nặng để mở màn cảm thấy ốm yếu, và 10-15 ngày ( nhờ vào lượng nước đưa vào ) để ngộ độc trầm trọng và chết. Trong sự kiện nói chung khó hoàn toàn có thể xảy ra là người nào đó đã nhận được một liều gây ngộ độc nước nặng, giải pháp giải quyết và xử lý là sử dụng sửa chữa thay thế nước theo đường ven ( do rối loạn tiêu hóa và những yếu tố khác hoàn toàn có thể xảy ra so với sự hấp thụ những chất lỏng ). Nó hoàn toàn có thể triển khai trải qua dung dịch chloride natri ( dung dịch đẳng trương ) 0,9 % với những muối khác khi thiết yếu, hoàn toàn có thể là cùng với những thuốc lợi tiểu .Liều lượng nước nặng theo đường miệng là trong khoảng chừng vài gam, cùng với oxy nặng O18, thường thì được sử dụng trong thực nghiệm trao đổi chất ở người. Xem thử nghiệm nước ghi lại kép. Do một trong 6.400 nguyên tử hiđrô là đơteri, một người nặng 50 kg chứa 32 kg nước trong khung hình thường thì chứa đủ lượng đơteri ( khoảng chừng 1,1 gam ) để tạo ra 5,54 gam nước nặng tinh khiết, vì vậy gần đúng liều lượng này là cần để nhân đôi lượng đơteri trong khung hình .Hoa Kỳ đã cấp bằng bản quyền sáng tạo số 5223269 để sử dụng nước nặng trong giải quyết và xử lý chứng tăng huyết áp ( cao huyết áp ). Tụt huyết áp hoàn toàn có thể một phần nào lý giải những sự cố đã báo cáo giải trình về hoa mắt chóng mặt trong khi tiêu hóa .

Báo cáo gây nhầm lẫn về sự cố nhiễm ” nước nặng “.

Năm 1990, một nhân viên cấp dưới bất mãn là Daniel George Maston [ 7 ] tại Nhà máy điện nguyên tử Mũi Lepreau ở Canada đã thu được một mẫu ( ước khoảng chừng ” nửa cốc ” ) nước nặng từ mạng lưới hệ thống luân chuyển nhiệt chính của lò phản ứng, và đổ nó vào mạng lưới hệ thống lọc và làm mát nước uống cho công nhân nhà máy sản xuất. Tám công nhân đã uống một chút ít nước nhiễm xạ này. Sự cố được phát hiện khi những công nhân khởi đầu để lại những mẫu nước tiểu kiểm định sinh học với mức triti cao. Lượng nước nặng đã uống là thấp hơn nhiều so với liều hoàn toàn có thể gây ngộ độc thật sự so với nước nặng, nhưng một số ít công nhân đã nhận được mức phóng xạ nâng cao từ triti và những chất hoạt hóa neutron trong nước [ 8 ]. Đây không phải vấn đề về ngộ độc nước nặng, mà là ngộ độc phóng xạ từ những đồng vị khác có trong nước nặng. Một số báo chí truyền thông đã không cẩn trọng để phân biệt rõ ràng những điểm này, và một số ít công chúng đã có ấn tượng rằng nước nặng thường thì là chất phóng xạ và có độc tính nghiêm trọng hơn so với thực ra nó có. Ngay cả khi nước nặng tinh khiết đã được sử dụng trong mạng lưới hệ thống làm lạnh nước vô hạn định, thì vấn đề cũng không phải dễ phát hiện hay dễ gây ra thương tổn, do không có người lao động nào lại hoàn toàn có thể uống nhiều đến hơn cả 25 % nhu yếu nước hàng ngày của mình từ nguồn như thế [ 9 ] .
Trên Trái Đất, nước bán nặng, HDO, Open tự nhiên trong nước thường thì ở tỷ suất khoảng chừng 1 phân tử trên 3.200. Điều này có nghĩa là 1 trên 6.400 nguyên tử hiđrô là đơteri, chiếm khoảng chừng một phần 3.200 theo khối lượng của hiđrô. HDO hoàn toàn có thể tách ra từ nước thường thì nhờ chưng cất hay điện phân hay 1 số ít quy trình trao đổi hóa học khác, tổng thể chúng đều sử dụng hiệu ứng đồng vị động lực. ( Để có thêm thông tin về phân bổ đồng vị của đơteri trong nước, xem Chuẩn Vienna nước đại dương trung bình ( VSMOW ). )Khác biệt về khối lượng giữa hai đồng vị của hiđrô chuyển dời thành độc lạ trong nguồn năng lượng điểm 0 và do đó thành độc lạ nhỏ trong vận tốc mà phản ứng diễn ra. Khi HDO trở thành một phần đáng kể của nước, nước nặng sẽ trở nên nhiều hơn do những phân tử nước trao đổi những nguyên tử hiđrô rất tiếp tục. Để sản xuất nước nặng tinh khiết bằng chưng cất hay điện phân yên cầu một tầng những lò cất lớn hay những khoang điện phân, và tiêu thụ một lượng điện năng lớn, cho nên vì thế nói chung những phương pháp hóa học nói chung được ưa thích hơn. Phương pháp hóa học quan trọng nhất là quy trình tiến độ sulfide Girdler .
Năm 1953, Hoa Kỳ khởi đầu sử dụng nước nặng trong những lò phản ứng sản xuất plutoni tại tổng hợp sông Savannah ( SRS ). Lò phản ứng tiên phong trong số 5 lò đã đi vào hoạt động giải trí năm 1953, và lò ở đầu cuối bị tắt năm 1996. Các lò phản ứng tại SRS là những lò phản ứng nước nặng sao cho chúng hoàn toàn có thể sản xuất cả plutoni và triti cho chương trình vũ khí hạt nhân của Hoa Kỳ .Hoa Kỳ đã tăng trưởng quy trình tiến độ sản xuất bằng trao đổi hóa học sulfide Gidler, lần tiên phong được biểu lộ ở quy mô lớn tại nhà máy sản xuất ở Dana năm 1945 và tại nhà máy sản xuất van sông Savannah, Nam Carolina năm 1952. Nhà máy sông Savannah ( SRP ) do DuPont quản lý và vận hành cho Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ( USDOE ) đến ngày 1 tháng 4 năm 1989, sau đó chuyển giao lại cho Westinghouse .
Năm 1934, Norsk Hydro kiến thiết xây dựng nhà máy sản xuất sản xuất nước nặng thương mại tiên phong tại Vemork, Tinn, với hiệu suất 12 tấn mỗi năm. Từ năm 1940 và trong suốt Đại chiến quốc tế lần thứ hai thì nhà máy sản xuất này nằm dưới sự trấn áp của Đức quốc xã và Đồng minh đã quyết định hành động phải hủy hoại nhà máy sản xuất cùng nước nặng của nó để ngăn ngừa Đức tăng trưởng những vũ khí hạt nhân. Cuối năm 1942, cuộc đột kích đã lên kế hoạch của không quân Anh bị thất bại, cả hai tàu lượn đều bị rơi. Những người đột kích bị người Đức giết chết sau khi tàu lượn rơi hoặc bị tử hình sau đó. Nhưng vào đêm 27 tháng 2 năm 1943 chiến dịch Gunnerside đã thành công xuất sắc. Đặc công Na Uy và lực lượng du kích địa phương đã kịp thời hủy hoại những bộ phận nhỏ nhưng quan trọng của những lò điện phân, đổ nước nặng đã tích góp được vào mạng lưới hệ thống thoát nước của nhà máy sản xuất. Điều này dã góp một phần vào việc ngăn ngừa Đức kiến thiết xây dựng lò phản ứng hạt nhân .

Ngày 16 tháng 11 năm 1943, lực lượng không quân của Đồng minh đã ném trên 400 quả bom vào khu vực này. Cuộc đột kích đường không của Đồng minh đã thúc đẩy chính quyền Đức quốc xã di chuyển toàn bộ lượng nước nặng sẵn có về Đức để đảm bảo an toàn. Ngày 20 tháng 2 năm 1944, du kích Na Uy đã đánh chìm phà SF Hydro chở nước nặng đi ngang qua hồ Tinn, với 14 thường dân Na Uy bị chết và gần như toàn bộ lượng nước nặng bị mất. Chỉ một ít thùng chứa không đầy là nổi trên mặt nước và có thể được vớt lên và vận chuyển về Đức. Sự kiện này đã được viết thành kịch bản cho bộ phim năm 1965, The Heroes of Telemark (Những người hùng của Telemark).

Tuy nhiên, điều tra gần đây[cần dẫn nguồn] về hồ sơ sản xuất tại Norsk Hydro và phân tích thùng còn nguyên vẹn được vớt lên năm 2004 phát hiện ra rằng mặc dù các thùng trong chuyến giao hàng này chứa nước có pH bằng 14 — chỉ thị về quy trình tinh chế điện giải kiềm — nhưng chúng không chứa nồng độ cao của D2O. Mặc cho kích thước bề ngoài của chuyến giao hàng, tổng lượng nước nặng tinh khiết là quá nhỏ, phần lớn các thùng chỉ chứa 1/2–1% nước nặng tinh khiết. Người Đức cần phải có nhu cầu tổng cộng khoảng 5 tấn nước nặng để có thể vận hành lò phản ứng hạt nhân. Bản báo cáo chỉ rõ ra rằng khi đó chỉ có khoảng nửa tấn nước nặng được vận chuyển về Đức. Norsk Hydro đã vận chuyển quá ít nước nặng thậm chí chỉ cho một lò phản ứng, để lại 10 tấn hay nhiều hơn thế cần thiết để sản xuất đủ plutoni cho vũ khí hạt nhân. Chuyến giao hàng của Norsk Hydro ngày 20 tháng 2 năm 1944 có lẽ chỉ dành riêng cho dự án lò phản ứng thực nghiệm.

Là một phần trong góp phần của mình cho Dự án Manhattan, Canada đã thiết kế xây dựng và quản lý và vận hành nhà máy sản xuất nước nặng bằng điện phân công suất 6 tấn mỗi năm tại Trail, BC, khởi đầu hoạt động giải trí năm 1943 .Atomic Energy of Canada Limited ( AECL ) phong cách thiết kế lò phản ứng sản xuất điện càn phải có một lượng lớn nước nặng trong vai trò tác nhân điều tiết neutron và chất làm mát. AECL đã đặt hàng 2 xí nghiệp sản xuất nước nặng, được thiết kế xây dựng và quản lý và vận hành tại Canada Đại Tây Dương ở Glace Bay ( bởi đơterium of Canada Limited ) và Port Hawkesbury, Nova Scotia ( bởi General Electric Canada ). Các nhà máy sản xuất này tỏ ra có những yếu tố về phong cách thiết kế, kiến thiết xây dựng và sản xuất đáng kể và vì vậy AECL đã thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất nước nặng Bruce, sau đó bán cho Ontario Hydro, để bảo vệ nguồn phân phối đáng tin cậy về nước nặng cho những xí nghiệp sản xuất phát điện trong tương lai. Hai nhà máy sản xuất tại Nova Scotia đã đóng cửa năm 1985 khi sản xuất của họ tỏ ra là không thiết yếu .Nhà máy nước nặng Bruce tại Ontario đã từng là xí nghiệp sản xuất sản xuất nước nặng lớn nhất quốc tế với hiệu suất 700 tấn mỗi năm. Nó sử dụng quá trình sulfide Girdler để sản xuất nước nặng, và cần có 340.000 tấn nước nguồn vào để sản xuất 1 tấn nước nặng. Nó là một phần của tổng hợp gồm có 8 lò phản ứng CANDU cung ứng nhiệt và nguồn năng lượng cho nhà máy sản xuất nước nặng. Tổ hợp nằm tại Douglas Point ở Q. Bruce bên hồ Huron nơi nó hoàn toàn có thể lấy nguồn nước từ Ngũ Đại Hồ .Nhà máy Bruce đã được ủy nhiệm vào năm 1979 để phân phối nước nặng cho nhu yếu lớn và ngày càng tăng của những trạm phát điện hạt nhân ở Ontario. Nhà máy đã chứng tỏ là có hiệu suất cao đáng kể hơn so với dự trù và chỉ ba trong bốn khối đã lên lịch ở đầu cuối đã được ủy nhiệm. Bên cạnh đó, chương trình điện hạt nhân đã chậm dần xuống và sau cuối đã dừng lại do sự cung ứng dư thừa điện năng, sau này được chỉ ra chỉ là trong thời điểm tạm thời, vào năm 1993. Hiệu quả được cải tổ trong sử dụng và tái chế nước nặng cộng với sản xuất quá dư thừa tại Bruce đã làm cho Canada cỏ đủ lượng nước nặng cho những nhu yếu dự kiến trong tương lai. Bên cạnh đó, quy trình tiến độ Girdlerdùng một lượng lớn sulfide hiđrô, gây ra những lo lắng về môi trường tự nhiên nếu như nó bị thoát ra. Nhà máy nước nặng Bruce đã bị đóng cửa năm 1997, sau đó xí nghiệp sản xuất này bị tháo dỡ dần và khu vực này được dọn sạch .Atomic Energy of Canada Limited ( AECL ) hiện tại đang điều tra và nghiên cứu những quá trình khác hiệu suất cao hơn và thân thiện thiên nhiên và môi trường hơn để sản xuất nước nặng. Điều này là thiết yếu cho tương lai của những lò phản ứng CANDU do nước nặng chiếm khoảng chừng 20 % ngân sách vốn của mỗi lò phản ứng .
Ấn Độ là đơn vị sản xuất nước nặng lớn thứ hai quốc tế trải qua những cơ sở của Heavy Water Board .
Ngày 26 tháng 8 năm 2006, tổng thống Iran Ahmadinejad đã khai mạc sự lan rộng ra nhà máy sản xuất nước nặng của vương quốc này gần Arak. Iran đã chỉ ra rằng thiết bị sản xuất nước nặng sẽ hoạt động giải trí cùng với lò phản ứng điều tra và nghiên cứu hiệu suất 40 MW đã có lịch trình hoàn thành công việc vào năm 2009 [ 10 ] Trong cuộc phỏng vấn được phát trên Kênh Thời sự của Iran ( IRINN ) ngày 27 tháng 8 năm 2006, người đứng đầu chương trình hạt nhân của Iran, Mohammad Sa’idi cho rằng nước nặng sẽ được dùng để điều trị AIDS và ung thư. Sử dụng hàng ngày cũng được khuyến nghị [ 11 ] .

Các vương quốc khác.

Argentina là nhà phân phối nước nặng đã công bố khác, sử dụng công nghệ tiên tiến trao đổi amonia / hiđrô do công ty Thụy Sĩ Sulzer cung ứng .România cũng sản xuất nước nặng tại xí nghiệp sản xuất sulfide Girdler Drobeta và đã xuất khẩu nó .Pháp quản lý và vận hành một nhà máy sản xuất nhỏ trong thập niên 1950 và 1960 .Tại Vương quốc Anh, Bộ Năng lượng Nguyên tử đã thiết kế xây dựng một trạm tại hồ Morar năm 1947, hoàn toàn có thể là tìm hiểu việc sử dụng hồ làm nguồn nước nặng [ 12 ] .

Cộng hưởng từ hạt nhân.

đơteri oxide được sử dụng trong phổ học cộng hưởng từ hạt nhân khi dung môi cần chăm sóc là nước và nuclid là hiđrô. Điều này là do tín hiệu từ dung môi nước hoàn toàn có thể nhiễu vào tín hiệu từ phân tử cần chăm sóc. đơteri có mômen từ khác với của hiđrô và vì vậy không góp vào tín hiệu cộng hưởng từ hạt nhân ở tần số cộng hưởng của hiđrô .

Tác nhân điều tiết neutron ( neutron ).

Nước nặng được sử dụng trong một số ít kiểu lò phản ứng hạt nhân nhất định trong đó nó đóng vai trò như là tác nhân điều tiết neutron để làm chậm neutron sao cho chúng hoàn toàn có thể phản ứng với urani trong lò phản ứng. Các lò phản ứng CANDU sử dụng kiểu phong cách thiết kế này. Nước nhẹ cũng hoàn toàn có thể đóng vai trò như là tác nhân điều tiết nhưng do nó hấp thụ nhiều neutron hơn so với nước nặng, nên những lò phản ứng sử dụng nước nhẹ phải dùng urani giàu chứ không phải urani tự nhiên, nếu khác đi thì điểm tới hạn là không hề. Việc sử dụng nước nặng làm tăng thực ra tính hiệu suất cao của phản ứng hạt nhân .Do điều này, những lò phản ứng nước nặng sẽ là hiệu suất cao hơn trong việc sinh ra plutoni ( từ urani-238 ) hay urani-233 ( từ thori-232 ) so với những lò phản ứng nước nhẹ cùng size, dẫn tới việc quan ngại nhiều hơn về chúng khi đề cập tới phổ cập hạt nhân. Việc sản xuất ra và tách chiết plutoni hoàn toàn có thể là hành trình dài tương đối nhanh và rẻ để sản xuất vũ khí hạt nhân, do việc tách hóa học của plutoni từ nguyên vật liệu là dễ hơn so với tách đồng vị của U-235 từ urani tự nhiên. Nước nặng điều tiết những lò phản ứng điều tra và nghiên cứu hay những lò phản ứng sinh plutoni được thiết kế xây dựng chuyên biệt đã được sử dụng cho mục tiêu này bởi phần đông, nếu không là tổng thể, những vương quốc chiếm hữu vũ khí hạt nhân, mặc dầu về mặt lịch sử vẻ vang thì những vũ khí hạt nhân tiên phong đã được sản xuất mà không có nó ( nước nặng ). Cacbon tinh khiết cũng hoàn toàn có thể dùng như là tác nhân điều tiết, thậm chí còn trong những lò phản ứng hạt nhân dùng urani nghèo. Vì thế, tại Hoa Kỳ, lò phản ứng nguyên tử thực nghiệm tiên phong ( năm 1942 ), cũng như những lò phản ứng sản xuất Hanford của dự án Bất Động Sản Manhattan, trong đó sản xuất plutoni cho thử nghiệm Trinity và bom Fat Man, tổng thể đều dùng tác nhân điều tiết neutron là cacbon và hoạt động giải trí mà không cần cả urani giàu lẫn nước nặng .Không có chứng cứ nào cho thấy những lò phản ứng nước nặng dân sự để sản xuất điện năng nào, ví dụ điển hình như những phong cách thiết kế của CANDU hay Atucha, đã từng được sử dụng trong sản xuất quân sự chiến lược để tạo ra vật tư phân hạch. Tại những vương quốc chưa chiếm hữu vũ khí hạt nhân, vật tư hạt nhân tại những cơ sở như vậy nằm dưới sự giám sát của IAEA nhằm mục đích ngăn cản những dự tính như vậy .

Do tiềm năng của nó trước việc sử dụng trong các chương trình vũ khí hạt nhân, việc chiếm hữu hay xuất/nhập khẩu lượng lớn nước nặng ở quy mô công nghiệp nằm dưới sự kiểm soát nhà nước tại một số quốc gia. Các nhà cung cấp nước nặng và công nghệ sản xuất nước nặng thông thường phải đệ đơn lên IAEA (Tổ chức Năng lượng Nguyên tử Quốc tế) để thi hành việc giám sát và các vật liệu liên quan tới nước nặng (Tại Australia theo Đạo luật không phổ biến (giám sát) hạt nhân 1987.). Tại Hoa Kỳ và Canada, các khối lượng nước nặng phi công nghiệp (nghĩa là ở mức gam tới kg) là có sẵn thông qua các nhà cung cấp hóa chất, và các công ty thương mại trực tiếp, chẳng hạn như nhà cựu sản xuất chính trên thế giới (Ontario Hydro), mà không cần phải có giấy phép đặc biệt. Vào năm 2006, giá thành của một kilôgam nước nặng độ tinh khiết tại lò phản ứng ở mức 99,98% là khoảng $600 tới $700. Các lượng nhỏ hơn với độ tinh khiết hợp lý (99,9%) có thể mua từ các nhà cung cấp hóa chất ở mức giá khoảng $1 mỗi gam.

Phát hiện nơtrino ( neutrino ).

Đài thiên văn Nơtrino Sudbury ( SNO ) ở Sudbury, Ontario sử dụng 1.000 tấn nước nặng vay từ Atomic Energy of Canada Limited. Thiết bị phát hiện nơtrino là đường hầm dài 2.073 m ( 6.800 ft ) trong một mỏ sâu dưới đất, nhằm mục đích chắn nó từ những hạt muon sinh ra bởi những tia ngoài hành tinh. SNO được thiết kế xây dựng để vấn đáp thắc mắc về việc có hay không những nơtrino kiểu electron sinh ra bởi nhiệt hạch trong Mặt Trời ( kiểu duy nhất mà Mặt Trời hoàn toàn có thể sinh ra trực tiếp, tương thích với triết lý ) hoàn toàn có thể chuyển thành những kiểu khác của nơtrino trên đường tới Trái Đất. SNO phát hiện bức xạ Cherenkov trong nước từ những electron cao nguồn năng lượng được sinh ra từ những nơtrino kiểu electron do chúng tham gia phản ứng với những neutron có trong đơteri, chuyển hóa chúng thành những proton và electron ( chỉ có những electron là vận động và di chuyển đủ nhanh để hoàn toàn có thể được phát hiện theo cách này ). SNO cũng phát hiện bức xạ tương tự như từ những sự kiện thưa thớt trong chuyển hóa nơtrino ↔ electron, trong đó cũng sinh ra những electron cao nguồn năng lượng. Hai phản ứng này chỉ được tạo ra bởi những nơtrino kiểu electron. Việc sử dụng đơteri là then chốt so với hoạt động giải trí của SNO, do tổng thể ba kiểu nơtrino [ 13 ] hoàn toàn có thể được phát hiện trong kiểu thứ ba của phản ứng, nơtrino-phân hủy, trong đó nơtrino của kiểu bất kể ( electron, muon, tau ) phân tán từ hạt nhân đơteri ( đơteron ), chuyển theo đủ nguồn năng lượng để phá vỡ đơteron link lỏng lẻo thành neutron tự do và proton. Sự kiện này được phát hiện khi neutron tự do bị hấp thụ bởi ion Cl35 − có trong NaCl được hòa tan có chủ tâm trong nước nặng, gây ra bức xạ những tia bắt gama đặc trưng. Vì thế, trong thực nghiệm này, nước nặng không riêng gì phân phối thiên nhiên và môi trường trong suốt thiết yếu để sinh ra và trực quan hóa bức xạ Cherenkov, mà nó còn phân phối đơteri để phát hiện những nơtrino kiểu mu ( μ ) và tau ( τ ) kỳ dị, cũng như trong vai trò của môi trường tự nhiên điều tiết không hấp thụ để bảo tồn những neutron tự do từ phản ứng này, cho đến khi chúng hoàn toàn có thể được hấp thụ bởi những đồng vị hoạt hóa neutron dễ phát hiện .

Kiểm nghiệm vận tốc trao đổi chất trong sinh lý học / sinh học.

Nước nặng cũng là thành phần trong hỗn hợp với H2O18 cho thử nghiệm thường thì và bảo đảm an toàn về vận tốc trao đổi chất trung bình ở người và động vật hoang dã trong những hoạt động giải trí thường thì của chúng. Thử nghiệm trao đổi chất này thường thì được gọi là thử nghiệm nước lưu lại kép .

Các mạng lưới hệ thống làm mát không ô nhiễm trên tàu thiên hà.

Nước nặng (D2O) có nhiệt nóng chảy cao tương tự như của nước thông thường, nhưng đóng băng ở nhiệt độ cao hơn một chút. Nó được đề xuất như là chất làm giảm nhiệt không độc hại cho các ứng dụng làm mát trên tàu vũ trụ, trong đó băng D2O đóng vai trò giảm nhiệt để loại bỏ hơi nước trong không khí, nhưng không có rủi ro là hơi nước sẽ đóng băng thành nước đá, do băng D2O duy trì nhiệt độ quá cao để điều đó xảy ra. Xem bằng sáng chế số 5246061. Hệ thống như vậy vẫn chưa được thử nghiệm.

Sản xuất triti.

Triti là vật tư quan trọng trong phong cách thiết kế vũ khí hạt nhân cho những vũ khí phân hạch khuếch đại và tác nhân mồi, cũng như trong những ứng dụng công nghiệp dân sự. Một số được tạo ra trong những lò phản ứng nước nặng khi đơteri bắt giữ neutron. Phản ứng này có thiết diện neutron nhỏ và chỉ sinh ra một lượng nhỏ triti, mặc dầu đủ để việc làm sạch triti từ tác nhân điều tiết hoàn toàn có thể là thiết yếu sau vài năm, để giảm thiểu rủi ro đáng tiếc so với sự thoát ra của triti và phơi nhiễm phóng xạ .Sản xuất một lượng lớn triti theo cách này yên cầu những lò phản ứng phải có thông lượng neutron rất cao, hoặc với tỷ suất nước nặng rất cao so với nguyên vật liệu hạt nhân và hấp thụ neutron rất thấp bởi những vật tư khác trong lò phản ứng. Triti sau đó hoàn toàn có thể được hồi sinh bằng tách đồng vị từ lượng đơteri lớn hơn rất nhiều, không giống như việc sản xuất triti hiện thời từ lithi-6, trong đó chỉ có tách hóa học là thiết yếu .Thiết diện hấp thụ của đơteri so với những neutron nhiệt là 0,52 mili barn, trong khi của oxy-16 là 0,19 milibarn và oxy-17 là 0,24 barn. O17 chiếm 0,038 % oxy tự nhiên, với thiết diện hấp thụ tổng thể và toàn diện là 0,28 milibarn. Vì thế trong D2O với oxy tự nhiên, 21 % bắt neutron là thuộc oxy, một tỷ suất hoàn toàn có thể nâng cao nữa khi O17 tích góp từ việc bắt neutron của O16. Bên cạnh đó, O17 bức xạ hạt alpha khi bắt giữ neutron, sinh ra cacbon-14 phóng xạ .

Liên kết ngoài.

Source: http://139.180.218.5
Category: Thuật ngữ đời thường