phalagh
مدیر بازنشسته
آب سنگين نوع خاصي از مولکول‌هاي آب است که در آن ايزوتوپ‌هاي هيدروژن وجود دارد. اين نوع از آب کليد اصلي تهيه پلوتونيوم از اورانيوم طبيعي‌است و به همين علت توليد و تجارت آن با نظر قوانين بين‌المللي انجام و به شدت کنترل مي‌شود.
با کمک اين نوع آب مي‌توان پلوتونيوم لازم را براي سلاح‌هاي اتمي بدون نياز به غني‌سازي بالاي اورانيوم تهيه کرد.
از کاربردهاي ديگر اين آب مي‌توان به استفاده از آن در رآکتورهاي هسته‌اي با سوخت اورانيوم، به عنوان متعادل‌کننده (Moderator) به جاي گرافيت و نيز عامل انتقال گرماي رآکتور نام برد.
آب سنگين واژه‌اي‌است که معمولاً به اکسيد هيدروژن سنگين D2O يا 2H2O اطلاق مي‌شود. هيدروژن سنگين يا دوتريوم (Deuterium) ايزوتوپي پايدار از هيدروژن است که به نسبت يک به 6400 از اتم‌هاي هيدروژن در طبيعت وجود دارد و خواص فيزيکي و شيميايي آن به نوعي مشابه آب سبک H2O است.
اتم‌هاي دوتريوم ايزوتوپ‌هاي سنگيني هستند که برخلاف هيدروژن معمولي، هسته آنها شامل نوترون نيز هست. جانشيني هيدروژن با دوتريوم در مولکول‌هاي آب، سطح انرژي پيوندهاي مولکولي را تغيير مي‌دهد و به‌طور طبيعي خواص متفاوت فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي را موجب مي‌شود، به‌طوري که اين خواص را در کمتر اکسيد ايزوتوپي مي‌توان مشاهده کرد.
براي مثال، ويسکوزيته (Viscosity) يا به زبان ساده‌تر چسبندگي آب سنگين به مراتب بيش از آب معمولي است.
آب نيمه سنگين چنانچه در اکسيد هيدروژن تنها يکي از اتم‌هاي هيدروژن به ايزوتوپ دوتريوم تبديل شود نتيجه را آب نيمه سنگين (HDO) مي‌گويند.
در مواردي که ترکيب مساوي از هيدروژن و دوتريوم در تشکيل مولکول‌هاي آب وجود داشته باشند، آب نيمه سنگين تهيه مي‌شود، علت اين کار تبديل سريع اتم‌هاي هيدروژن و دوتريوم بين مولکول‌هاي آب است.
مولکول آبي که از 50 درصد هيدروژن معمولي (H) و 50 درصد هيدروژن سنگين(D) تشکيل شده‌است، در موازنه شيميايي حدود 50 درصد HDO و 25 درصد آب (H2O) و 25 درصد D2O خواهد داشت.
نکته مهم آن است که آب سنگين را نبايد با با آب سخت که اغلب شامل املاح زياد است و يا يا آب تريتيوم (T2O or 3H2O) که از ايزوتوپ ديگر هيدروژن تشکيل شده‌است، اشتباه گرفت.
تريتيوم، ايزوتوپ ديگري از هيدروژن است که خاصيت راديواکتيو دارد و بيشتر براي ساخت موادي به کار برده مي‌شود که از خود نور منتشر مي‌کنند.
آب با اکسيژن سنگين
آب با اکسيژن سنگين، در حالت معمول H2O18 است که به صورت تجارتي در دسترس است و بيشتر براي رديابي به کار برده مي‌شود. براي مثال، با جانشين کردن اين آب (با نوشيدن يا تزريق) در يکي از عضوهاي بدن مي‌توان در طول زمان ميزان تغيير در مقدار آب اين عضو را بررسي کرد. اين نوع از آب به ندرت حاوي دوتريوم است و به همين علت خواص شيميايي و بيولوژيکي خاصي ندارد براي همين، به آن آب سنگين گفته نمي‌شود. ممکن است اکسيژن در آنها به صورت ايزوتوپ‌هاي O17 نيز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فيزيکي اين آب با آب معمولي، فقط چگالي بيشتر آن است.
تاريخچه توليد آب سنگين
والتر راسل در سال ???? با استفاده از جدول تناوبي مارپيچ وجود دو تريم را پيش بيني كرد. هارولد يوري يكي از شيميدانان دانشگاه كلمبيا در سال ???? توانست آن را كشف كند. گيلبرت نيوتن لوئيس هم در سال ???? توانست اولين نمونه از آب سنگين خالص را با استفاده از روش الكتروليز تهيه كند. هوسي و هافر نيز در سال ???? از آب سنگين استفاده كردند و با انجام اولين آزمون هاي رديابي زيست شناختي به بررسي سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند.
کاربرد آب سنگين در راکتورهاي هسته اي
آب سنگين يکي از مواد اصلي در راه اندازي راکتورهاي توليد انرژي و تحقيقاتي موسوم به راکتورهاي آب سنگين به شمار مي رود.
راکتورهاي آب سنگين نيازي به اورانيوم غني شده ندارد و از اکسيد اورانيوم طبيعي به عنوان سوخت استفاده مي کند.
اين فرايند، نياز به اورانيوم غني شده را مرتفع مي کند اما طراحي اين راکتورها پيچيده و توليد آب سنگين نيز هزينه بر است.
آب سنگين از جدا سازي نوعي از مولکول هاي آب با غلظت 1 در هر 7000 مولکول به دست مي آيد که هيدروژن آن يک نوترون بيشتر از هيدروژن عادي دارد.
اين نوترون اضافه موجب مي شود تا عمل کند کنندگي نوترون هاي پر سرعت به اندازه اي برسد که واکنش هاي زنجيره اي توليد انرژي از ميله هاي سوخت آغاز شود در حالي که در راکتورهاي قدرت آب سبک , اورانيوم غني شده درحد سه و نيم درصد و بيش از آن براي انجام واکنش مورد نياز است.
در راکتورهاي آب سنگين، اين ماده وظيفه خنک کردن ميله هاي سوخت، همزمان با کند کردن نوترون هاي پر انرژي را به عهده دارد.
با نزديک شدن راکتور تحقيقاتي تهران، که حدود چهل سال پيش و با قدرت 5 مگاوات راه اندازي شده است، به پايان عمر کاري خود و نياز روز افزون کشور به انواع راديو ايزوتوپ هاي صنعتي و همچنين راديو داروها ،راکتور تحقيقاتي آب سنگين اراک با قدرت 40 مگاوات طراحي و مکان آن در نزديکي شهر خنداب در شمال غربي شهرستان اراک تعيين شد.
پروژه آب سنگين اراک
پروژه توليد آب سنگين در شمال غربي اراك و در نزديكي تاسيسات نيروگاه ?? مگاواتي آب سنگين اراك قرار دارد و براي تامين آب سنگين اين رآكتور ساخته شده است. به گفته غلامرضا آقازاده رئيس سازمان انرژي اتمي ايران ظرفيت توليد اين مجتمع ابتدا هشت تن بوده و امروز ظرفيت آن به ?? تن آب سنگين با غناي ??? درصد رسيده است. پروژه مجتمع توليد آب سنگين اراك به عنوان يكي از شاخصه هاي دانش هسته اي، در پزشكي و به خصوص كنترل سرطان و كنترل بيماري ايدز نقش تعيين كننده اي دارد و به عنوان خنك كننده و كندكننده رآكتورهاي آب سنگين به كار مي رود . با گشايش اين واحد صنعتي، ايران به عنوان نهمين كشور داراي تجهيزات توليد آب سنگين مطرح مي شود. كشورهاي آرژانتين، كانادا، هند و نروژ نيز بزرگترين صادركنندگان آب سنگين جهان هستند.
ساخت اين تاسيسات همچنين موجب آموزش متخصصان و آشنايي شرکت هاي داخلي با استاندارهاي هسته اي مي شود و مي تواند راه را براي ساخت نيروگاه هاي قدرت آب سنگين در آينده فراهم کند.
منبع : بخش دانش و فناوري سايت تبيان
از کاربردهاي ديگر اين آب مي‌توان به استفاده از آن در رآکتورهاي هسته‌اي با سوخت اورانيوم، به عنوان متعادل‌کننده (Moderator) به جاي گرافيت و نيز عامل انتقال گرماي رآکتور نام برد.
آب سنگين واژه‌اي‌است که معمولاً به اکسيد هيدروژن سنگين D2O يا 2H2O اطلاق مي‌شود. هيدروژن سنگين يا دوتريوم (Deuterium) ايزوتوپي پايدار از هيدروژن است که به نسبت يک به 6400 از اتم‌هاي هيدروژن در طبيعت وجود دارد و خواص فيزيکي و شيميايي آن به نوعي مشابه آب سبک H2O است.
اتم‌هاي دوتريوم ايزوتوپ‌هاي سنگيني هستند که برخلاف هيدروژن معمولي، هسته آنها شامل نوترون نيز هست. جانشيني هيدروژن با دوتريوم در مولکول‌هاي آب، سطح انرژي پيوندهاي مولکولي را تغيير مي‌دهد و به‌طور طبيعي خواص متفاوت فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي را موجب مي‌شود، به‌طوري که اين خواص را در کمتر اکسيد ايزوتوپي مي‌توان مشاهده کرد.
براي مثال، ويسکوزيته (Viscosity) يا به زبان ساده‌تر چسبندگي آب سنگين به مراتب بيش از آب معمولي است.
آب نيمه سنگين چنانچه در اکسيد هيدروژن تنها يکي از اتم‌هاي هيدروژن به ايزوتوپ دوتريوم تبديل شود نتيجه را آب نيمه سنگين (HDO) مي‌گويند.
در مواردي که ترکيب مساوي از هيدروژن و دوتريوم در تشکيل مولکول‌هاي آب وجود داشته باشند، آب نيمه سنگين تهيه مي‌شود، علت اين کار تبديل سريع اتم‌هاي هيدروژن و دوتريوم بين مولکول‌هاي آب است.
مولکول آبي که از 50 درصد هيدروژن معمولي (H) و 50 درصد هيدروژن سنگين(D) تشکيل شده‌است، در موازنه شيميايي حدود 50 درصد HDO و 25 درصد آب (H2O) و 25 درصد D2O خواهد داشت.
نکته مهم آن است که آب سنگين را نبايد با با آب سخت که اغلب شامل املاح زياد است و يا يا آب تريتيوم (T2O or 3H2O) که از ايزوتوپ ديگر هيدروژن تشکيل شده‌است، اشتباه گرفت.
تريتيوم، ايزوتوپ ديگري از هيدروژن است که خاصيت راديواکتيو دارد و بيشتر براي ساخت موادي به کار برده مي‌شود که از خود نور منتشر مي‌کنند.
آب با اکسيژن سنگين، در حالت معمول H2O18 است که به صورت تجارتي در دسترس است و بيشتر براي رديابي به کار برده مي‌شود. براي مثال، با جانشين کردن اين آب (با نوشيدن يا تزريق) در يکي از عضوهاي بدن مي‌توان در طول زمان ميزان تغيير در مقدار آب اين عضو را بررسي کرد. اين نوع از آب به ندرت حاوي دوتريوم است و به همين علت خواص شيميايي و بيولوژيکي خاصي ندارد براي همين، به آن آب سنگين گفته نمي‌شود. ممکن است اکسيژن در آنها به صورت ايزوتوپ‌هاي O17 نيز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فيزيکي اين آب با آب معمولي، فقط چگالي بيشتر آن است.
تاريخچه توليد آب سنگين
والتر راسل در سال ???? با استفاده از جدول تناوبي مارپيچ وجود دو تريم را پيش بيني كرد. هارولد يوري يكي از شيميدانان دانشگاه كلمبيا در سال ???? توانست آن را كشف كند. گيلبرت نيوتن لوئيس هم در سال ???? توانست اولين نمونه از آب سنگين خالص را با استفاده از روش الكتروليز تهيه كند. هوسي و هافر نيز در سال ???? از آب سنگين استفاده كردند و با انجام اولين آزمون هاي رديابي زيست شناختي به بررسي سرعت گردش آب در بدن انسان پرداختند.
کاربرد آب سنگين در راکتورهاي هسته اي
آب سنگين يکي از مواد اصلي در راه اندازي راکتورهاي توليد انرژي و تحقيقاتي موسوم به راکتورهاي آب سنگين به شمار مي رود.
راکتورهاي آب سنگين نيازي به اورانيوم غني شده ندارد و از اکسيد اورانيوم طبيعي به عنوان سوخت استفاده مي کند.
اين فرايند، نياز به اورانيوم غني شده را مرتفع مي کند اما طراحي اين راکتورها پيچيده و توليد آب سنگين نيز هزينه بر است.
آب سنگين از جدا سازي نوعي از مولکول هاي آب با غلظت 1 در هر 7000 مولکول به دست مي آيد که هيدروژن آن يک نوترون بيشتر از هيدروژن عادي دارد.
اين نوترون اضافه موجب مي شود تا عمل کند کنندگي نوترون هاي پر سرعت به اندازه اي برسد که واکنش هاي زنجيره اي توليد انرژي از ميله هاي سوخت آغاز شود در حالي که در راکتورهاي قدرت آب سبک , اورانيوم غني شده درحد سه و نيم درصد و بيش از آن براي انجام واکنش مورد نياز است.
در راکتورهاي آب سنگين، اين ماده وظيفه خنک کردن ميله هاي سوخت، همزمان با کند کردن نوترون هاي پر انرژي را به عهده دارد.
با نزديک شدن راکتور تحقيقاتي تهران، که حدود چهل سال پيش و با قدرت 5 مگاوات راه اندازي شده است، به پايان عمر کاري خود و نياز روز افزون کشور به انواع راديو ايزوتوپ هاي صنعتي و همچنين راديو داروها ،راکتور تحقيقاتي آب سنگين اراک با قدرت 40 مگاوات طراحي و مکان آن در نزديکي شهر خنداب در شمال غربي شهرستان اراک تعيين شد.
پروژه آب سنگين اراک
پروژه توليد آب سنگين در شمال غربي اراك و در نزديكي تاسيسات نيروگاه ?? مگاواتي آب سنگين اراك قرار دارد و براي تامين آب سنگين اين رآكتور ساخته شده است. به گفته غلامرضا آقازاده رئيس سازمان انرژي اتمي ايران ظرفيت توليد اين مجتمع ابتدا هشت تن بوده و امروز ظرفيت آن به ?? تن آب سنگين با غناي ??? درصد رسيده است. پروژه مجتمع توليد آب سنگين اراك به عنوان يكي از شاخصه هاي دانش هسته اي، در پزشكي و به خصوص كنترل سرطان و كنترل بيماري ايدز نقش تعيين كننده اي دارد و به عنوان خنك كننده و كندكننده رآكتورهاي آب سنگين به كار مي رود . با گشايش اين واحد صنعتي، ايران به عنوان نهمين كشور داراي تجهيزات توليد آب سنگين مطرح مي شود. كشورهاي آرژانتين، كانادا، هند و نروژ نيز بزرگترين صادركنندگان آب سنگين جهان هستند.
ساخت اين تاسيسات همچنين موجب آموزش متخصصان و آشنايي شرکت هاي داخلي با استاندارهاي هسته اي مي شود و مي تواند راه را براي ساخت نيروگاه هاي قدرت آب سنگين در آينده فراهم کند.
منبع : بخش دانش و فناوري سايت تبيان
