up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله توليد آب سنگين PDF
QR code - توليد آب سنگين

توليد آب سنگين

توليد آب سنگين، مراحل و كاربردهاي آن

توليد آب سنگين، مراحل و كاربردهاي آن آب سنگين: تاريخچه
هارولد يوري (‪ (Harold Urey , 1893-1981‬شيميدان 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 افزيش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، كشف كرد.
همچنين در سال ‪ ،۱۹۳۳‬گيلبرت نيوتن لوئيس (‪(Gilbert Newton Lewis‬ شيميدان و فيزيكدان مشهور آمريكيي 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 (‪ (Hevesy‬و هافر(‪ (Hoffer‬صورت گرفت.
آنها از آب سنگين براي آزمايش رديابي بيولوژيكي، به منظور تخمين ميزان بازدهي آب در بدن انسان، استفاده قرار دادند.
* آب سنگين : مفهوم و مراحل توليد
آب سنگين ( ‪ (D20‬نوع 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 بين‌المللي صورت گرفته و بشدت كنترل مي‌شود.
با كمك اين نوع از آب مي‌توان پلوتونيوم لازم بري سلاح هي اتمي را بدون نياز به غني‌سازي بالي اورانيوم تهيه كرد. از كاربردهاي ديگر اين آب مي توان به استفاده از آن در رآكتورهاي هسته‌اي با سوخت اورانيوم، بعنوان متعادل‌كننده (‪ (Moderator‬به جاي گرافيت و نيز عامل انتقال گرماي رآكتور نام برد.
آب سنگين واژه‌اي است كه معمولا به اكسيد هيدروژن سنگين،‪ D2O‬يا ‪ ۲H2O‬اطلاق مي شود.
هيدروژن سنگين يا دوتريوم (‪ (Deuterium‬ايزوتوپي 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 ‪ H2O‬است.
اتم‌هاي دوتريوم ايزوتوپ‌هاي 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، شيمييي و بيولوژيكي را موجب مي شود، بطوري كه ين خواص را در كمتر اكسيد ايزوتوپي مي‌توان مشاهده كرد.
بعنوان مثال ويسكوزيته (‪ (Viscosity‬يا به زبان ساده‌تر چسبندگي آب سنگين به مراتب بيشتر از آب معمولي است.
آب سنگين آبي است كه در مقايسه با آب معمولي ديرتر مي‌جوشد 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 مي‌دهد 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(‪ (D‬تشكيل شده است.
براي توليد آب سنگين بايد مولكول‌هاي آب حاوي هيدروژن سنگين (دوتريوم) را از مولكول‌هاي آب معمولي جدا كنند يا از داخل هيدروژن ،اتم‌هاي 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 هسته‌اي هيدروژن معمولي مي‌تواند نوترون را جذب كند ،اما احتمال جذب نوترون توسط هيدروژن سنگين بسيار كم است.
به دليل تفاوت مشخصات هسته‌اي دوتريوم با هيدروژن ازلحاظ تكانه زاويه‌اي و گشتاور مغناطيسي از آب سنگين و دوتريوم در زمينه‌هاي مختلف تحقيقاتي نيز استفاده مي‌شود.
به عنوان مثال رفتار آب سنگين در دستگاه‌هاي ‪ MRI‬با رفتار هيدروژن معمولي متفاوت است.
در فعاليت‌هاي 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 شتاب‌دهنده 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 (‪ (HDO‬را آب نيمه سنگين مي‌گويند.
در مواردي كه تركيب مساوي از هيدروژن و دوتريوم در تشكيل مولكوهاي آب حضور داشته باشند، آب نيمه سنگين تهيه مي‌شود.
دليل ين امر تبديل سريع اتم هي هيدروژن و دوتريوم بين مولكولهاي آب است، مولكول آبي كه از ‪ ۵۰‬درصد هيدروژن معمولي ( ‪ (H‬و ‪ ۵۰‬درصد هيدروژن سنگين(‪ (D‬تشكيل شده است، در موازنه شيميايي در حدود ‪ ۵۰‬درصد ‪ HDO‬و ‪۲۵‬ درصد آب (‪ (H2O‬و ‪ ۲۵‬درصد ‪ D2O‬خواهد 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 تريتيوم (‪ (T2O or 3H2O‬كه 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 مي‌كنند، بكار برده مي‌شود.
* آب با اكسيژن سنگين
آب با اكسيژن سنگين،در حالت معمول ‪ H218O‬است كه به صورت تجارتي در دسترس است ببيشتر براي رديابي بكار برده مي‌شود.
بعنوان مثال با جايگزين كردن اين آب (از طريق نوشيدن يا تزريق) در يكي از عضوهاي بدن مي‌توان 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 نمي‌شود.
ممكن است اكسيژن در آنها بصورت ايزوتوپهاي ‪ O17‬نيز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فيزيكي ين آب با آب معمولي تنها چگالي بيشتر آن است.
آب سنگين چيست؟ آب سنگين يكي از مواد اصلي در راه اندازي راكتورهاي توليد انرژي و تحقيقاتي موسوم به راكتورهاي آب سنگين به شمار مي‌رود.راكتورهاي آب سنگين نيازي به اورانيوم غني شده ندارد و از اكسيد اورانيوم طبيعي به عنوان سوخت استفاده مي كند.
اين فرايند, نياز به اورانيوم غني شده را مرتفع مي كند اما طراحي اين راكتورها پيچيده و توليد آب سنگين نيز هزينه بر است.بر اساس اين گزارش آب سنگين از جدا سازي نوعي از مولكول هاي آب با غلظت ۱ در هر ۷۰۰۰ مولكول به دست مي آيد كه هيدروژن آن يك نوترون بيشتر از هيدروژن عادي دارد .
اين نوترون اضافه موجب مي شود تا عمل كند كنندگي نوترون هاي پر سرعت به اندازه اي برسد كه واكنش هاي زنجيره اي توليد انرژي از ميله هاي سوخت آغاز شود در حالي كه در راكتورهاي قدرت آب سبك , اورانيوم غني شده درحد سه و نيم درصد و بيش از آن براي انجام واكنش مورد نياز است.
در راكتورهاي آب سنگين , اين ماده وظيفه خنك كردن ميله هاي سوخت , همزمان با كند كردن نوترون‌هاي پر انرژي را به عهده دارد.با نزديك شدن راكتور تحقيقاتي تهران , كه حدود چهل سال پيش و با قدرت ۵ مگاوات راه اندازي شده است , به پايان عمر كاري خودو نياز روز افزون كشور به انواع راديو ايزوتوپ هاي صنعتي و همچنين راديو داروها , راكتور تحقيقاتي آب سنگين اراك با قدرت ۴۰ مگاوات طراحي و مكان آن در نزديكي شهر خنداب در شمال غربي شهرستان اراك تعيين شد.
از آنجا كه اين راكتور در زمان راه اندازي به مقدار زيادي آب سنگين نيازدارد مجتمع آب سنگين اراك همزمان با پي گيري ساخت ساختمان و راكتور آماده شد و به بهره برداري رسيد تا بتواند نياز راكتور را در زمان راه‌اندازي فراهم كند.ساخت اين تاسيسات همچنين موجب آموزش متخصصان و آشنايي شركت هاي داخلي با استاندارهاي هسته اي مي شود و مي تواند راه را براي ساخت نيروگاه هاي قدرت آب سنگين در آينده فراهم كند.

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 ...

آب، فراوان ترين مايع و به جرات مهم ترين مايعي است که روي زمين وجود دارد؛ اما اهميت آن به پديده هاي زيستي منحصر نمي شود. ويژگي هاي فيزيکي آب در مقايسه ...

MTBE (متيل ترسيو – بوتيل اتر) يک ماده آلي اکسيژن دار است که امروزه در ايران و برخي کشورهاي جهان به صورت گسترده در بنزين بدون سرب استفاده مي شود در ابت ...

فرآورده هاي نفتي از پرمصرف ترين مواد شيميايي در دنياي مدرن امروز محسوب مي شوند. با توجه به حجم عظيم سوختي که براي توليد نيرو در اتومبيل ها و ايجاد حرا ...

پژوهشگران شرکت هاي بيوتکنولوژي در دره سيليکون که منطقه اي در جنوب شرقي سانفرانسيسکو است, درصدند با استفاده از زباله هاي گياهي و تغيير ساختار ژنتيکي ...

دانلود نسخه PDF - توليد آب سنگين