آب سنگين

آب سنگينReviewed by محمد ابراهیمی on Aug 14Rating:
آب سنگين
آب سنگين

آب خالص ماد ه ای است بی رنگ، بی بو و بدون طعم. فرمول شیمیایی آب H2O است، یعنی هر مولکول آب از اتصال دو اتم هیدروژن به یک H2O اتم اکسیژن ساخته شده است. نکته ای که باید در نظر داشت آن است که عنصر هیدروژن همانند بسیاری دیگر از عنصرهای طبیعت ایزوتوپ هایی دارد که عبارتند از تریتیم نمایش می دهند. برای آشنا شدن با تفاوت این ایزوتوپ ها بهتر T 3 که با H دوتریم و D 2 که با H است یک بار دیگر ساختار اتم را به یادآوریم.  اتم کوچکترین بخش سازنده یک عنصر شیمیایی است که هنوز هم خواص شیمیایی آن عنصر را دارد. خود اتم ها از سه جزء ساخته شده اند: الکترون، پروتون و نوترون. پروتون و نوترون در درون هسته اتم قرار دارد و الکترون به دور هسته اتم م یگردد. الکترون بار منفی و جرم بسیار کمی دارد. پروتون بار مثبت و نوترون بدون بار است. جرم پروتون و نوترون برابر و حدود ۱۸۷۰ بار سنگین تر از الکترون است، بنابر این بخش عمده جرم یک اتم درون هسته آن قرار دارد. ایزوتوپ: ایزوتوپ به صور تهای گوناگون یک عنصر گفته می شود که جرم آنها با هم تفاوتداشته باشد. تفاوت ایزوتوپ های مختلف یک عنصر از آنجا ناشی می شود که تعداد نوترون های موجود در هسته آنها با هم تفاوت دارد.  : البته تعداد پروتون های تمام ات مهای یک عنصر از جمله ایزوتوپ ها با هم برابر است. برای مثال عنصر هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است  یا H دوتریم که در هسته خود یک پروتون و یک نوترون دارد و D یا H . هیدروژن که در هسته خود فقط یک پروتون دارد، بدون نوترون تریتیم که یک پروتون و دو نوترون دارد. از آنجایی که خواص شیمیایی یک عنصر به تعداد پروتو نهای هسته مربوط است، ایزوتو پهای H یا هیدروژن H مختلف در خواص شیمیایی با هم تفاوت ندارند، بلکه خواص فیزیکی آنها با هم متفاوت است. عمده هیدروژن های طبیعت معمولی است و فقط ۰۱۵۰ درصد آن را دوتریم تشکیل می دهد، یعنی از هر ۶۴۰۰ اتم هیدروژن، یکی دوتریم است. حال در نظر بگیرید که به به وجود می آید که به آن آب نیمه سنگین HDO بنشیند. آن وقت مولکول D اتم H2O جای یک اتم هیدروژن معمولی در مولکول آب به وجود می آید که به آن آب سنگین می گویند. خواص فیزیکی آب سنگین D2O ، می گویند. اگر جای هر دو اتم هیدروژن، دوتریم بنشیند در آب سنگین، انرژی پیوندی پیون دهای اکسیژن H به جای D تا حدودی با آب سبک یا آب معمولی تفاوت دارد. با توجه به جانشینی هیدروژن در آب تغییر می کند و در نتیجه خواص فیزیکی و به ویژه خواص زیست شناختی آب عوض می یشود. تاریخچه تولید آب سنگین وجود دو تریم را پیش بینی کرد. هارولد یوری یکی از شیمیدانان دانشگاه کلمبیا « مارپیچ » والتر راسل در سال ۱۹۲۶ با استفاده از جدول تناوبی در سال ۱۹۳۱ توانست آن را کشف کند. گیلبرت نیوتن لوئیس هم در سال ۱۹۳۳ توانست اولین نمونه از آب سنگین خالص را با استفاده از روش الکترولیز تهیه کند. هوسی و هافر نیز در سال ۱۹۳۴ از آب سنگین استفاده کردند و با انجام اولین آزمون های ردیابی زیست شناختی به بررسی سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند. است. آب نیمه سنگین را می توان با استفاده از روش هایی HDO تولید آب سنگین: در طبیعت از هر ۳۲۰۰ مولکول آب یکی آب نیمه سنگین در آب زیاد شد، میزان آب سنگین نیز HDO مانند تقطیر یا الکترولیز یا دیگر فرآیندهای شیمیایی از آب معمولی تهیه کرد. هنگامی که مقدار یک مولکول HDO بیشتر می شود زیرا مولکول های آب هیدروژن های خود را با یکدیگر عوض می کنند و احتمال دارد که از دو مولکول آب سنگین به وجود آید. برای تولید آب سنگین خالص با استفاده از روش های تقطیر یا الکترولیز به D2O آب معمولی و یک مولکول H2O دستگاه های پیچیده تقطیر و الکترولیز و همچنین مقدار زیادی انرژی نیاز است، به همین دلیل بیشتر از روش های شیمیایی برای تهیه آب سنگین استفاده می کنند.

 کاربرد های آب سنگین

  آب سنگین در پژوهش های علمی در حوزه های مختلف از جمله زیست شناسی، پزشکی، فیزیک و… کاربردهای فراوانی دارد که در زیر به چند مورد آن اشاره م یکنیم. هنگامی که هسته مورد نظر ما هیدروژن و حلال هم آب NMR طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته: در طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته باشد از آب سنگین استفاده می کنند. در این حالت چون سیگنال های اتم هیدروژن مورد نظر با سیگنال های اتم هیدروژن آب معمولی تداخل می کند، می توان از آب سنگین استفاده کرد، زیرا خواص مغناطیسی دوتریم و هیدروژن با هم تفاوت دارد و سیگنال دوتریم با سیگنال های هیدروژن تداخل نمی کند.

 کند کننده نوترون

 آب سنگین در بعضی از انواع رآکتورهای هسته ای نیز به عنوان کند کننده نوترون به کار می رود. نوترون های کند می توانند با اورانیوم واکنش بدهند. از آب سبک یا آب معمولی هم می توان به عنوان کند کننده استفاده کرد، اما از آنجایی که آب سبک نوترون های حرارتی را هم جذب می کنند، رآکتورهای آب سبک باید اورانیوم غنی شده اورانیوم با خلوص زیاد استفاده کنند، اما رآکتور آب سنگین م یتواند از اورانیوم معمولی یا غنی نشده هم استفاده کند، به همین دلیل تولید آب سنگین به بحث های مربوط به جلوگیری از توسعه سلاح های هسته ای مربوط است. رآکتورهای تولید آب سنگین را می توان به گونه ای ساخت که بدون نیاز به تجهیزات غنی سازی، اورانیوم را به پلوتونیوم قابل استفاده در بمب اتمی تبدیل کند. البته برای استفاده از اورانیوم معمولی در بمب اتمی می توان از روش های دیگری هم استفاده کرد. کشورهای هند، اسرائیل، پاکستان، کره شمالی، روسیه و آمریکا از رآکتورهای تولید آب سنگین برای تولید بمب اتمی استفاده کردند. با توجه به امکان استفاده از آب سنگین در ساخت سلاح هسته ای، در بسیاری از کشورها دولت تولید یا خرید و فروش مقدار زیاد این ماده را کنترل می کند. اما در کشورهایی مثل آمریکا و کانادا می توان مقدار غیر صنعتی یعنی در حد گرم و کیلوگرم را بدون هیچ گونه مجوز خاصی از تولید کنندگان یا عرضه کنندگان مواد شیمیایی تهیه کرد. هم اکنون قیمت هر کیلوگرم آب سنگین با خلوص ۹۸۹۹ درصد حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ دلار است. گفتنی است بدون استفاده از اورانیوم غنی شده و آب سنگین هم می توان رآکتور تولید پلوتونیوم ساخت. کافی است که از کربن فوق العاده خالص به عنوان کند کننده استفاده شود از آنجایی که نازی ها از کربن ناخالص استفاده می کردند، متوجه این نکته نشدند در حقیقت از اولین رآکتور را ساخت، از اورانیوم غنی شده یا « Fat man » اتمی آزمایشی آمریکا سال ۱۹۴۲ و پروژه منهتن که پلوتونیوم آزمایش ترینیتی و بمب مشهور آب سنگین استفاده نمی شد.

 آشکارسازی نوترینو

 رصد خانه نوترینوی سادبری در انتاریوی کانادا از هزار تن آب سنگین استفاده می کند. آشکار ساز نوترینو در اعماق زمین و در دل یک معدن قدیمی کار گذاشته شده تا مئو نهای پرتو های کیهانی به آن نرسد. هدف اصلی این رصدخانه یافتن پاسخ این پرسش است که آیا نوترینوهای الکترون که از همجوشی در خورشید تولید می شوند، در مسیر رسیدن به زمین به دیگر انواع نوترینوها تبدیل می شوند یا خیر. وجود آب سنگین در این آزمایش ها ضروری است، زیرا دوتریم مورد نیاز برای آشکارسازی انواع نوترینوها را فراهم می کند.

 آزمون های سوخت و ساز در بدن

  ۱۶ برای انجام آزمایش اندازه گیری سرعت سوخت و ساز O 18 است نه O 18 آبی که اکسیژن آن ایزوتوپ H2O از مخلوط آب سنگین با بدن انسان و حیوانات استفاده می شود. این آزمون سوخت و ساز را معمولا آزمون آب دوبار نشان دار شده می نامند.
 تولید تریتیم
  هنگامی که دوتریم رآکتور آب سنگین یک نوترون به دست می آورد به تریتیم ایزوتوپ دیگر هیدروژن تبدیل می شود. تولید تریتیم به این روش به فناوری چندان پیچیده ای نیاز ندارد و آسان تر از تولید تریتیم به روش تبدیل نوترونی لیتیم ۶ است. تریتیم در ساخت نیروگاه های گرما هسته ای کاربرد دارد
امتیاز دهید:
1 ستاره2 ستاره3 ستاره4 ستاره5 ستاره (1 رای, میانگین امتیاز: 5٫00 از 5)
Loading...
برای عضویت درکانال تلگرام جم شیمی روی تصویر کلیک کنید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

محدودیت زمانی،روی فلش کلیک کنید تا کد جدید تولید شود