فرق آب سنگین و سبک

سعید ضیایی در گفت‌وگو با خبرنگار ایمنا، اظهار کرد: آب سنگین (Heavy water) معمولاً به اکسید هیدروژن سنگین، D۲O یا H۲O۲ گفته می‌شود. هیدروژن سنگین یا دوتریوم Deuterium ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است که با نسبت یک به ۶۴۰۰ از اتم‌های هیدروژن در طبیعت وجود دارد. در آب سنگین با فرمول D2O ایزوتوپ هیدروژن به نام دوتریوم (نماد اتمی D) با اکسیژن ترکیب شده است. خواص فیزیکی و شیمیایی آب‌سنگین به نوعی مشابه با آب معمولی یا همان H۲O است. از کاربردهای این آب می‌توان به استفاده از آن در راکتورهای هسته‌ای با سوخت اورانیوم، به عنوان مهارگر Moderator به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمی راکتور نام برد.

وی گفت: آب سنگین همانند مولکول آب معمولی، قطبی است و زاویه پیوند در آن کمتر از زاویه چهاروجهی منتظم، یعنی کمتر از ۱۰۹.۵ درجه است. این مولکول همانند آب معمولی به عنوان یک ماده آمفی‌پروتیک عمل می‌کند. به دلیل کوچک بودن ایزوتوپ دوتریوم نسبت به پروتیوم (هیدروژن معمولی) طول پیوند O-D در آب سنگین اندکی از طول پیوند آب معمول O-H کم‌تر است.

ضیایی ادامه داد: در حقیقت آب سنگین در طبیعت وجود دارد و نیازی به تولید آن نیست؛ بلکه روش‌های مختلفی برای جداسازی آب سنگین که شامل تبادل شیمیایی (ایزوتوپی)، تقطیر، الکترولیز، استفاده از غشا، نفوذ گرمایی، لیزر، فیتوشیمی و جذب سطحی وجود دارد که هر روش دارای مزایا و معایب مربوط به خود است و با توجه به ویژگی‌های روش مذکور تا کنون تنها سه روش اول در مقیاس صنعتی اجرا شده‌اند.

وی گفت: برای نخستین بار استفاده از روش الکترولیز منجر به تولید آب سنگین شد. از آنجا که نقطه جوش آب سنگین بالاتر از آب معمولی است، برای تولید آن از روش تبخیر و تقطیر هم استفاده می‌کنند. تفاوت جرم آب سنگین و آب سبک، قابل ملاحظه است و تفاوت در نقاط جوش آب معمولی و آب سنگین، امکان جداسازی آب سنگین و خالص سازی آن را تسهیل می‌کند. در حالت عادی میان هر ۶۴۰۰ تا ۷۰۰۰ ملکول آب معمولی، یک ملکول آب سنگین وجود دارد که برای تولید آن از طریق فیزیکی و شیمیایی درجه خلوص آن را بالا می‌برند.

این کارشناس‌ارشد شیمی تجزیه گفت: غنی‌سازی اورانیوم عملی است که به وسیله آن در یک توده اورانیوم طبیعی مقدار ایزوتوپ ۲۳۵U بیشتر و مقدار ایزوتوپ ۲۳۸U کمتر شود. غنی‌سازی اورانیوم یکی از مراحل چرخه سوخت هسته‌ای است.

ضیایی افزود: اورانیوم طبیعی که به‌شکل اکسید اورانیوم است شامل ۹۹.۳ درصد از ایزوتوپ ۲۳۸U و ۰.۷ درصد از ۲۳۵U می‌شود. ایزوتوپ ۲۳۵U اورانیوم قابل شکافت و مناسب برای بمب‌ها و نیروگاه‌های هسته‌ای است.