up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله آب سنگين PDF
QR code - آب سنگين

آب سنگين

توليد آب سنگين، مراحل و كاربردها

«هارولد يوري» ،( ۱۸۹۳ ۱۹۸۱)شيميدان و از پيشتازان فعاليت روي ايزوتوپها كه در سال ۱۹۳۴جايزه نوبل در شيمي گرفت،در سال ۱۹۳۱ ميلادي «ايزوتوپ هيدروژن سنگين»را كه بعدها به منظور افزايش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، كشف كرد.
همچنين در سال «۱۹۳۳گيلبرت نيوتن لوئيس» شيميدان و فيزيكدان مشهور آمريكايي و استاد هارولد يوري،توانست براي اولين بار نمونه آب سنگين خالص را بوسيله عمل الكتروليز بوجود آورد.
اولين كاربرد علمي از آب سنگين در سال در سال ۱۹۳۴توسط دو بيولوژيست بنامهاي هوسي و هافر صورت گرفت. آنها از آب سنگين براي آزمايش رديابي بيولوژيكي، به منظور تخمين ميزان بازدهي آب در بدن انسان، استفاده قرار دادند.
● مفهوم و مراحل توليد
آب سنگين (D۲۰) نوع خاصي از مولكولهاي آب است كه در آن ايزوتوپهاي هيدروژن حضور دارند. اين نوع از آب كليد اصلي تهيه پلوتونيوم از اورانيوم طبيعي است و به همين دليل توليد و تجارت آن تحت نظر قوانين بين المللي صورت گرفته و بشدت كنترل مي شود.
با كمك اين نوع از آب مي توان پلوتونيوم لازم بري سلاح هاي اتمي را بدون نياز به غني سازي بالي اورانيوم تهيه كرد. از كاربردهاي ديگر اين آب مي توان به استفاده از آن در رآكتورهاي هسته اي با سوخت اورانيوم، متعادل كننده به جاي گرافيت و نيز عامل انتقال گرماي رآكتور نام برد. آب سنگين واژه اي است كه معمولا به اكسيد هيدروژن سنگين، D۲Oيا ۲H۲Oاطلاق مي شود.
هيدروژن سنگين يا دوتريوم ايزوتوپي پايدار از هيدروژن است كه به نسبت يك به ۶۴۰۰از اتمهاي هيدروژن درطبيعت وجود دارد. خواص فيزيكي و شيميايي آن به نوعي مشابه با آب سبك H۲Oاست. اتم هاي دوتريوم ايزوتوپ هاي سنگيني هستند كه بر خلاف هيدروژن معمولي، هسته آنها شامل نوترون نيز هست.
جايگزيني هيدروژن با دوتريوم در مولكولهاي آب سطح انرژي پيوندهاي مولكولي را تغيير داده و طبيعتا» خواص متفاوت فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي را موجب مي شود، بطوري كه اين خواص را در كمتر اكسيد ايزوتوپي مي توان مشاهده كرد.
بعنوان مثال ويسكوزيته يا به زبان ساده تر چسبندگي آب سنگين به مراتب بيشتر از آب معمولي است. آب سنگين آبي است كه در مقايسه با آب معمولي ديرتر مي جوشد و زودتر يخ مي زند و همانطور كه ذكر شد «گيلبرت نيوتن لوييس» نخستين بار نمونه آن را از آب سنگين خالص در سال ۱۹۳۳به دست آورد.
هيدروژن طبيعي داراي دو ايزوتوپ است:ايزوتوپ هيدروژن سبك كه تقريبا ۹۹ ۹۸درصد هيدروژن موجود را تشكيل مي دهد و ايزوتوپ هيدروژن سنگين يا دوتريوم كه مقدار آن ۱۵درصد است.
ايزوتوپ دوتريوم برخلاف هيدروژن معمولي داراي يك نوترون است.آب معمولي از يك اتم اكسيژن و دو اتم هيدروژن تشكيل شده است،در حالي كه آب سنگين، از يك اتم اكسيژن و دو اتم دوتريوم (D)تشكيل شده است.
براي توليد آب سنگين بايد مولكول هاي آب حاوي هيدروژن سنگين (دوتريوم) را از مولكول هاي آب معمولي جدا كنند يا از داخل هيدروژن ،اتم هاي هيدروژن سنگين يا دوتريوم را جدا و خالص كنند.
جرم مولكولي آب معمولي ۱۸و جرم مولكولي آب سنگين ۲۰است. از لحاظ خواص شيميايي تفاوت چنداني با خواص آب معمولي نداشته و اختلافات جزئي وجود دارد اما از لحاظ هسته اي هيدروژن معمولي مي تواند نوترون را جذب كند ،اما احتمال جذب نوترون توسط هيدروژن سنگين بسيار كم است.
به دليل تفاوت مشخصات هسته اي دوتريوم با هيدروژن ازلحاظ «تكانه زاويه اي و گشتاور مغناطيسي »از آب سنگين و دوتريوم در زمينه هاي مختلف تحقيقاتي نيز استفاده مي شود.
به عنوان مثال رفتار آب سنگين در دستگاه هاي MRIبا رفتار هيدروژن معمولي متفاوت است.
در فعاليت هاي تحقيقاتي به منظور بررسي برخي خواص از موادي استفاده مي كنند كه هيدروژن طبيعي را در آن با هيدروژن سنگين (دوتريوم) جايگزين كرده اند. يكي از كاربردهاي دوتريوم استفاده در توليد نوترون در شتاب دهنده ها و توليد انرژي در «راكتورهاي گداخت» است.
آب نيمه سنگين
چنانچه دراكسيد هيدروژن تنها يكي از اتمهاي هيدروژن به ايزوتوپ دوتريوم تبديل شود نتيجه حاصله (HDO)را آب نيمه سنگين مي گويند.
در مواردي كه تركيب مساوي از هيدروژن و دوتريوم در تشكيل مولكوهاي آب حضور داشته باشند، آب نيمه سنگين تهيه مي شود.
دليل اين امر تبديل سريع اتم هي هيدروژن و دوتريوم بين مولكولهاي آب است، مولكول آبي كه از ۵۰درصد هيدروژن معمولي (H)و ۵۰درصد هيدروژن سنگين (D)تشكيل شده است،در موازنه شيميايي در حدود ۵۰درصد HDOو ۲۵ درصد آب (H۲O)و ۲۵درصد D۲Oخواهد داشت.
نكته قابل توجه آن است كه آب سنگين را نبايد با با آب سخت كه اغلب شامل املاح زياد است و يا يا آب تريتيومor (T۲O ۳H۲O)كه از ايزوتوپ ديگر هيدروژن تشكيل شده است، اشتباه گرفت.
تريتيوم ايزوتوپ ديگري از هيدروژن است كه خاصيت راديواكتيو دارد و بيشتر براي ساخت موادي كه از خود نور منتشر مي كنند، بكار برده مي شود.
آب با اكسيژن سنگين
آب با اكسيژن سنگين،در حالت معمول H۲۱۸Oاست كه به صورت تجارتي در دسترس است بيشتر براي رديابي بكار برده مي شود. بعنوان مثال با جايگزين كردن اين آب (از طريق نوشيدن يا تزريق) در يكي از عضوهاي بدن مي توان در طول زمان ميزان تغيير در مقدار آب اين عضو را بررسي كرد. اين نوع از آب به ندرت حاوي دوتريوم است و به همين علت خواص شيميايي و بيولوژيكي خاصي ندارد ،براي همين به آن آب سنگين گفته نمي شود. ممكن است اكسيژن در آنها بصورت ايزوتوپهاي O۱۷نيز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فيزيكي ين آب با آب معمولي تنها چگالي بيشتر آن است.

مقدمه آب ماده اي فراوان در کره زمين است. به شکل هاي مختلفي همچون دريا ، باران ، رودخانه و... ديده مي‌شود. آب در چرخه خود ، مرتباً از حالتي به حالت ديگ ...

رودخانه رسوباتي را که با خود حمل مي کند، در بسترش يا در زمان طغيان در محدوده بلافصل آن بر جاي مي گذارد. رسوبات بر جاي گذرده شده توسط رودخانه در خشکيها ...

رودخانه رسوباتي را که با خود حمل ميکند، در بسترش يا در زمان طغيان در محدوده بلافصل آن بر جاي ميگذارد. رسوبات بر جاي گذرده شده توسط رودخانه در خشکيها ر ...

رودخانه‌ رسوباتي را که با خود حمل مي‌کند، در بسترش يا در زمان طغيان در محدوده بلافصل آن بر جاي مي‌گذارد. رسوبات بر جاي گذرده شده توسط رودخانه در خشکيه ...

خواص بخار و آب در صنعت برق، در طراحي ديگها، توربينها و تجهيزات ديگر و همچنين براي ارزيابي عملكرد تجهيزات نقشي اساسي دارد. در حدود ۷۰ سال قبل پيشتازان ...

آشنايي با تکنيک هاي جوشکاري در زير آب welding under water تکنولوژي در زير دريا در مرز تکنولوژيهاي مدرن عصر ما مي باشد و با وجود آنکه حدود بيست سال از ...

آب بندي در توربو ماشينها در فصل مشترک قطعات ثابت و متحرک به منظور کنترل جريانات نشتي و خنک کننده لازم و ضروري است. کنترل لقي موجود در بين قطعات متحرک ...

يکي از مسائلي که با توجه به کاهش فشار و نوع نادر مخازن نفت کشور (کربناته شکافدار و ساختارهاي نفت سنگين) بايد مورد توجه قرار گيرد، انتخاب روش صحيح ازدي ...

دانلود نسخه PDF - آب سنگين