آب سنگین چیست؟

تاریخ انتشار:1394-06-07
تاریخ بروزرسانی: 1394-06-07
تعداد بازدید: 1551



آب سنگین چیست؟

در ساختمان آب دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن پیوند دارند. هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است که به ترتیب دارای جرم اتمی ۱، ۲ و ۳ هستند. هیدروژن معمولی با داشتن یک پروتون در هسته دارای جرم یک می باشد، این ایزوتوپ هیدروژن حدود ۹۹٫۹۸ درصد اتم های هیدروژن را شامل می شود. دوتریم ایزوتوپی از هیدروژن است که دارای یک پروتون و یک نوترون در هسته خود می باشد این ایزوتوپ حدود ۱٫۵ صدم درصد اتمهای هیدروژن را به خود اختصاص داده است و تریتیم که دارای یک پروتون و دو نوترون است بسیار کم یاب می باشد. حال با توجه به اینکه سه نوع ایزوتوپ برای هیدروژن داریم، می توانید حدس بزنید که در آبی که می خورید چند نوع مولکول آب با جرم مختلف وجود دارد و اگر بدانید که اکسیژن نیز به نوبه خود دارای سه ایزوتوپ است، انواع مولکول های آب متنوع تر از آن می شود که انتظار داشتیم. آب سنگین آبی است که در مولکول آن به جای هیدروژن معمولی دوتریم با اکسیژن پیوند دارد. این آب در مقایسه با آب معمولی دیرتر می جوشد و زودتر یخ می زند، گیلبرت لوییس نخستین بار نمونه آن را از آب سنگین خالص در سال ۱۹۳۳ به دست آورد. یعنی آب سنگین، از یک اتم اکسیژن و دو اتم دوتریوم(D) تشکیل شده است. برای تولید آب سنگین باید مولکول های آب حاوی هیدروژن سنگین (دوتریوم) را از مولکول های آب معمولی جدا کنند یا از داخل هیدروژن، اتم های هیدروژن سنگین یا دوتریوم را جدا و خالص کنند. جرم مولکولی آب معمولی ۱۸ و جرم مولکولی آب سنگین ۲۰ است. از لحاظ خواص شیمیایی تفاوت چندانی با خواص آب معمولی نداشته و اختلافات جزئی وجود دارد اما از لحاظ هسته ای هیدروژن معمولی می تواند نوترون را جذب کند اما احتمال جذب نوترون توسط هیدروژن سنگین بسیار کم است. از آب سنگین برای انتقال گرما از هسته راکتور به مبدل حرارتی استقاده می شود، این آب به دلیل داشتن ظرفیت گرمایی بالا توانایی ذخیره سازی گرمای بیشتری رادارد . همچنین آب سنگین گزینه مناسبی برای خنک کردن راکتورهای هسته ای نیز می باشد. به دلیل تفاوت مشخصات هسته ای دوتریوم با هیدروژن از لحاظ تکانه زاویه ای و گشتاور مغناطیسی از آب سنگین و دوتریوم در زمینه های مختلف تحقیقاتی نیز استفاده می شود. به عنوان مثال رفتار آب سنگین در دستگاه های MRI با رفتار هیدروژن معمولی متفاوت است. در فعالیت های تحقیقاتی به منظور بررسی برخی خواص از موادی استفاده می کنند که هیدروژن طبیعی را در آن با هیدروژن سنگین (دوتریوم) جایگزین کرده اند. یکی از کاربردهای دوتریوم استفاده در تولید نوترون در شتاب دهنده ها و تولید انرژی در "راکتورهای گداخت" است. آب سنگین یکی از مواد اصلی در راه اندازی راکتورهای تولید انرژی و تحقیقاتی موسوم به راکتورهای آب سنگین به شمار می رود. راکتورهای آب سنگین نیازی به اورانیوم غنی شده ندارد و از اکسید اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کند. این فرایند, نیاز به اورانیوم غنی شده را مرتفع می کند اما طراحی این راکتورها پیچیده و تولید آب سنگین نیز هزینه بر است. آب سنگین از جدا سازی نوعی از مولکول های آب با غلظت ۱ در هر ۷۰۰۰ مولکول به دست می آید که هیدروژن آن یک نوترون بیشتر از هیدروژن عادی دارد. این نوترون اضافه موجب می شود تا عمل کند کنندگی نوترون های پر سرعت به اندازه ای برسد که واکنش های زنجیره ای تولید انرژی از میله های سوخت آغاز شود در حالی که در راکتورهای قدرت آب سبک, اورانیوم غنی شده درحد سه و نیم درصد و بیش از آن برای انجام واکنش مورد نیاز است. در راکتورهای آب سنگین, این ماده وظیفه خنک کردن میله های سوخت , همزمان با کند کردن نوترون های پر انرژی را به عهده دارد. با نزدیک شدن راکتور تحقیقاتی تهران که حدود چهل سال پیش و با قدرت ۵ مگاوات راه اندازی شده است, به پایان عمر کاری خودو نیاز روز افزون کشور به انواع رادیو ایزوتوپ های صنعتی و همچنین رادیو داروها, راکتور تحقیقاتی آب سنگین اراک با قدرت ۴۰ مگاوات طراحی و مکان آن در نزدیکی شهر خنداب در شمال غربی شهرستان اراک تعیین شد. از آنجا که این راکتور در زمان راه اندازی به مقدار زیادی آب سنگین نیازدارد مجتمع آب سنگین اراک همزمان با پی گیری ساخت ساختمان و راکتور آماده شد و به بهره برداری رسید تا بتواند نیاز راکتور را در زمان راه‌اندازی فراهم کند. ساخت این تاسیسات همچنین موجب آموزش متخصصان و آشنایی شرکت های داخلی با استاندارهای هسته ای می شود و می تواند راه را برای ساخت نیروگاه های قدرت آب سنگین در آینده فراهم کند.

پیوستی برای این مطلب وجود ندارد
درباره نویسنده

من مهندس شامحمدی هستم و در یک کلام سرم درد میکنه واسه کد نویسی سعی میکنم کنار کارم، تجربیاتم را هم اینجا بزار واسه دوستان

تبلیغات
گروه تلگرامی ویژه رفع اشکال کد های هسته ای و نرم افزار ها

این گروه صرفا برای بحث در باره کد ها و نرم افزارهای هسته ای می باشد لذا از بحث های نامرتبط خود داری فرمایید و با معرفی گروه به دوستان خود در مفید بودن بیشتر گروه همیار ما باشید.


کانال تلگرامی ویژه اطلاع رسانی کارگاه های آموزشی

در این کانال اطلاعیه های مربوط به کارگاه های آموزشی و دوره های آنلاین و حضوری منتشر می شود


گروه تلگرامی پشتیبانی کارگاه ها و کلاس ها

در این کانال آخرین اخبار منتشر شده در سایت نشر داده می شود


گروه تلگرامی آخرین آموزش های منتشر شده در سایت

در این کانال آخرین اخبار منتشر شده در سایت نشر داده می شود


کانال آپارت ما

این کانال متعلق به وب سایت مهندس شامحمدی می باشد. تنها قسمتی از ویدئو های آموزشی در اینجا نشان داده است.


کانال نماشا ما

این کانال متعلق به وب سایت مهندس شامحمدی می باشد. تنها قسمتی از ویدئو های آموزشی در اینجا نشان داده است.