آب‌سنگین

 


آب‌سنگین

آب‌سنگین به يكي از انواع نادر آب به نام دوتریُم اُكسايد (D2O) گفته مي‌شود كه در آن به‌جای و اتمِ هيدروژن معمولي (H)، دو اتم هيدروژن سنگين (D) جایگزین شده است. هيدروژن داراي 2 ايزوتوپ پايدار H و D و يك ايزوتوپ ناپايدار و رادیواکتیو T يا تريتيُم است. تفاوت ایزوتوپ‌های مختلف یك عنصر از تفاوت در شمار نوترون‌های موجود در هستۀ آن‌‌ها ناشي مي‌شود؛ يعني باوجودی كه شمار پروتون‌های موجود در هستۀ اتم‌های همۀ ایزوتوپ‌های یک عنصر باهم برابر است، شمار نوترون‌ها در ايزوتوپ‌هاي مختلف یک عنصر متفاوت است. به‌عنوان‌مثال هسته ايزوتوپ معمولي هيدروژن (H) تنها داراي يك پروتون است و نوترون ندارد، درحالی‌که هسته دوتریم (D) داراي يك پروتون و يك نوترون است و هسته تریتیمُ (T) دارای یك پروتون و دو نوترون است.


آب با اکسيژن سنگين
آب با اکسيژن سنگين، در حالت معمول با اکسیژن 18 است که به‌صورت تجارتي در دسترس است و بيشتر براي رديابي به‌کاربرده مي‌شود. براي مثال، با جانشين کردن اين آب (با نوشيدن يا تزريق) دریکی از عضوهاي بدن مي‌توان در طول زمان ميزان تغيير در مقدار آب اين عضو را بررسي کرد.
اين نوع از آب به‌ندرت حاوي دوتريوم است و به همين علت خواص شيميايي و بيولوژيکي خاصي ندارد براي همين، به آن آب‌سنگین گفته نمي‌شود. ممکن است اکسيژن در آن‌ها به‌صورت ايزوتوپ‌هاي O17 نيز موجود باشد، درهرصورت تفاوت فيزيکي اين آب با آب معمولي، فقط چگالي بيشتر آن است و تفاوت دیگری با آب معمولی ندارد.

 

تفاوت آب‌سنگین و آب خالص

 

آب خالص یا همان آب سبک ماده‌ای است بی‌رنگ، بی‌بو و بي‌مزه. فرمول شیمیایی آن H2O است، یعنی هر مولكول آب از پيوند دو اتم هیدروژن به یك اتم اكسیژن ساخته‌شده است. درحالی‌که اگر در یک نمونه مولکول آب به‌جای اتم‌های هیدروژن آن، اتم دوتریم جایگزین شود آب‌سنگین ایجاد می‌شود.
یک نکته مهم در رابطه با این بحث آگاه بودن به تفاوت میان آب‌سنگین و آب سخت است به‌بیان‌دیگر باید دقت داشت که این دو گونه آب با یکدیگر تفاوت داشته و دارای خواص متفاوتی می‌باشند. چراکه آب سخت آبی است که دارای املاح معدنی بوده و روش‌های نرم‌سازی ویژه خود را دارد ولی آب‌سنگین از جایگزینی‌اتم های دوتریم با هیدروژن تولید می‌شود.
جالب است بدانید به ازای هر 7 هزار مولکول معمولی یک مولکول آب‌سنگین در آب مصرفی ما وجود دارد.

 


فرآیند تولید آب‌سنگین

گیلبرت لوییس براي اولين بار در سال 1933 به روش الكتروليز (برق‌کافت) به آب‌سنگین خالص دست يافتند. برای تولید آب‌سنگین خالص با روش الكترولیز به دستگاه‌های پیچیده تقطیر و الكترولیز و همچنین مقدار زیادی انرژی نیاز است، به همین دلیل بیشتر از روش‌های شیمیایی برای تهیه آب‌سنگین استفاده می‌كنند.
همچنین ازآنجایی‌که نقطه‌جوش آب‌سنگین بالاتر از آب معمولي است، می‌توان براي توليد آب‌سنگین از روش تبخير و تقطير هم استفاده کرد. در طبیعت از هر ۳۲۰۰ مولکول آب یكی آب نیمه‌ سنگین HDO (یک اتم دوتریم با یک اتم هیدروژن) است.
آب نیمه سنگین را می‌توان با روش‌هایی مانند تقطیر یا الكترولیز یا دیگر فرآیندهای شیمیایی از آب معمولی به دست آورد. هنگامی‌که مقدار HDO در آب زیاد شد، میزان آب‌سنگین نیز بیشتر می‌شود، زیرا مولکول‌های آب هیدروژن‌های خود را با یكدیگر عوض می‌كنند و احتمال دارد كه از دو مولكول HDO یك مولکول آب معمولی (H2O) و یك مولکول آب‌سنگین (D2O) به وجود آید.

2HDO -> H2O + D2O

تفاوت جرمِ آب‌سنگین و آب سبك فراوان است و تفاوت در نقاط جوش اين 2 نوع آب، امكان جداسازي آب‌سنگین و خالص‌سازی آن را فراهم می‌کند. تأسيسات توليد آب‌سنگین اكنون فقط در 8 كشور وجود داشته است كه کشورمان نیز نهمين كشور دارای این فنّاوری است.

 

 

کاربرد آب‌سنگین
بيشترين استفاده از آب‌سنگین در رآكتورهای هسته‌ای است، چراکه این آب توانای کند کردن سرعت نوترون‌ها را بدون نیاز به آلومینیوم غنی‌شده داشته و درنتیجه تولید انرژی با صرف هزینه کم‌تری همراه خواهد بود. نيروگاه‌هايي كه از انرژي شكافت اورانيوم استفاده می‌کنند به 2 دستۀ نيروگاه آب سبك و آب‌سنگین تقسيم مي‌شوند. نيروگاه آب سبك داراي رآكتور آب سبك و نيروگاه آب‌سنگین داراي رآكتور آب‌سنگین هستند.
آب‌سنگین در برخي از رآكتورهای هسته‌ای به‌عنوان كند كننده سرعت نوترون به كار می‌رود. نوترون‌های كند می‌توانند با اورانیوم واكنش بدهند. از آب سبك یا آب معمولی هم می‌توان به‌عنوان كند كننده استفاده كرد، اما ازآنجاکه آب سبك نوترون‌های حرارتی را هم جذب می‌كند، دررآكتورهای آب سبك باید اورانیوم غنی‌شده (اورانیوم با خلوص زیاد) را به کاربرد، اما رآكتور آب‌سنگین می‌تواند از اورانیوم معمولی یا غنی نشده هم استفاده كند.
اگرچه آب‌سنگین را بيشتر به دليل كاربرد آن در نيروگاه‌هاي هسته‌اي مي‌شناسند؛ اما اين ماده در پژوهش‌های علمی در رشته‌هاي زیست‌شناسی، پزشكی، فیزیك، شيمي و مهندسي نیز كاربردهای فراوانی دارد. كه در ادامه به چند مورد از آن اشاره می‌شود:
1. طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته: در طیف‌سنجی تشدید (Resonance) مغناطیسی هسته (NMR)، هنگامی‌که هسته موردنظر پژوهشگر، هیدروژن و حلال موردنظر آب باشد، در این حالت سیگنال‌های اتم هیدروژن موردنظر با سیگنال‌های اتم هیدروژن آب معمولی تداخل می‌كند، برای جلوگیری از این تداخل، می‌توان به‌جای آب معمولی از آب‌سنگین بهره گرفت، زیرا ويژگي‌هاي مغناطیسی توتریم و هیدروژن باهم تفاوت دارد و سیگنال دوتریم با سیگنال هیدروژن تداخل نمی‌كند.

 

2. آشکارسازی نوترینو: رصدخانه نوترینوی سادبری در انتاریوی كانادا از هزار تن آب‌سنگین استفاده می‌كند. این آشكارساز نوترینو در ژرفای زمین و در دل یك معدن قدیمی كار گذاشته‌شده تا نئون‌های پرتوهای كیهانی به آن نرسد. هدف اصلی این رصدخانه یافتن پاسخ این پرسش است كه آیا نوترینوهای الكترون كه از هم‌جوشی در خورشید تولید می‌شوند، در مسیر رسیدن به زمین به دیگر انواع نوترینوها تبدیل می‌شوند یا خیر. وجود آب‌سنگین در این آزمایش‌ها ضروری است، زیرا دوتریم موردنیاز برای آشكارسازی انواع نوترینوها را فراهم می‌كند.

 

3. آزمون‌های سوخت‌وساز در بدن: از مخلوط آب‌سنگین با آبی كه اكسیژن آن ایزوتوپ O18 است و نه O16، برای انجام آزمایش اندازه‌گیری سرعت سوخت‌وساز بدن انسان و جانوران بهره مي‌گيرند. این آزمون سوخت‌وساز را «آزمون آب دو بار نشان‌دار» می‌نامند.
4. تولید تریتیم: هنگامی‌که دوتریُم رآكتور آب‌سنگین یك نوترون به دست می‌آورد به تریتیُم، ایزوتوپ دیگر هیدروژن تبدیل می‌شود. تولید تریتیم به این روش به فناوری چندان پیچیده‌ای نیاز ندارد و آسان‌تر از تولید تریتیُم به روش تبدیل نوترونی لیتیم ۶ است. تریتیم در ساخت نیروگاه‌های گرما-هسته‌ای كاربرد دارد.

 

 

 


منبع

مقاله آب‌سنگین چیست»
http://www.dlproje.com>tortags>tag>pdf_

اقتباس‌شده از كتاب
Heavy water and other Stories
By Martin Amin

گردآورنده: مازیار وخشوری

همچنین شما میتوانید جهت کسب  اطلاعات بیشتر ومشاوره، با کارشناسان شرکت تماس حاصل فرمایید.

tel: 55256411,09124057623

fax: 55256412

 

 لطفا مقاله را از لینک زیر دانلود نمایید.

 

 

اضافه کردن نظر


کد امنیتی
تغییر کد امنیتی

حتما نگاهی به این مقالات بیندازید

تبلیغات

مخازن سختی گیر
نازل سختی گیر
سختی گیر
سختیگیر رزینی
پکیج های تصفیه فاضلاب خانگی
پکیج های تصفیه فاضلاب صنعتی
پکیج تصفیه فاضلاب
تصفیه فاضلاب
چربی گیر فاضلاب
چربی گیر پساب
چربی گیر پساب فاصلاب
چربی گیر
رزین کاتیونی