آب سنگین

آب سنگین (Heavy water )

آب سنگین ( دوتریم اکسید) آبی است که فرمول شیمیایی آن به صورت D2O می باشد .

بنابراین تفاوت آن با آب معمولی در آن است که اتمهای هیدروژن در آب معمولی فاقد نوترون بوده ، در حالی که در آب سنگین هر دو اتم هیدروژن دارای یک نوترون نیز می باشند . بنابراین می توان به سادگی به این نکته پی برد که مولکول آب سنگین درمقایسه با مولکول آب معمولی دارای جرم مولکولی و چگالی بیشتری است . آب نیمه سنگین نیز به آبی گفته می شود که هرمولکول آن از یک اتم اکسیژن، یک اتم هیدروژن معمولی و یک اتم دوتریم تشکیل شده است . در حقیقت می توان فرمول شیمیایی آب نیمه سنگین را به صورت HDO نمایش داد . فراوانی آب سنگین در طبیعت ناچیز است . نسبت فراوانی اتم دوتریم به اتم هیدروژن معمولی برابر با یک به 7000 است . ( در دانه های برف این نسبت به یک به 9000 کاهش می یابد و در آب دریا این نسبت برابر با یک به 5500 می باشد . )

آب سنگین نسبت به آب معمولی یا آب سبک دارای قدرت واکنش پذیری کمتری است و قدرت انحلال آن نیز در مقایسه با آب معمولی بسیار ناچیز است . علت اصلی این پدیده را بایستی در جرم اتمی بالاتر اتم دوتریم نسبت به اتم هیدروژن معمولی جستجو کرد . بنابراین می توان این گونه نتیجه گیری نمود که نوسانات مولکولی در مولکول آب سنگین دارای فرکانس پایینی بوده و انرژی نقطه ی صفر (کمترین میزان انرژی ) این نوسانات نسبت به همتایان خود در آب سبک ( آب معمولی ) بسیار کمتر است . از آنجا که تفکیک مولکولهای آب سنگین به انرژی فوق العاده بالایی نیاز دارد ، بنابراین نمی تواند به عنوان حلال مناسبی مورد استفاده قرار گیرد. حال تصور کنید که دربدن ما بجای آب معمولی ، آب سنگین وجود می داشت . در آن صورت اغلب واکنشهای شیمیایی درون سلولی که مستلزم وجود حلالی با ویژگیهای آب معمولی است ، به انجام نمی رسیدند. علاوه بر موضوع تفکیک ، این مسئله بر ایجاد پیوندهای هیدروژنی که در سیستمهای زیستی دارای اهمیت بسیار زیادی هستند ، تأثیر زیادی می گذارد . 

آب سنگین در برخی از نیروگاههای هسته ای ( مثلاً در نیروگاههای آب سنگین در راکتورهای ازنوع Candu  ) به عنوان کند  کننده به کار می رود . کند کننده  به موادی گفته می شود که می توانند با نوترون های پر انرژی برخورد نموده و از میزان انرژی آنها بکاهند و در نتیجه احتمال وقوع واکنش شکافت هسته ای را بالا می برند.

علت استفاده از آب سنگین آن است که در مقایسه با آب معمولی آن است که نوترون کمتری جذب می کند . از این رو می توان با ساختن  میله ی سوختی از آن برای راکتورهای آب سبک ، از غنی سازی لازم برای اورانیوم چشمپوشی نمود . در حقیقت با انجام این عمل دیگر نیازی به غنی سازی اورانیوم وجود ندارد .