El agua pesada es el agua que contiene una parte más elevada que el normal del deuterio del isótopo, como óxido de deuterio del, D₂O o ² H₂O, o como óxido, HDO o ¹ H ² HO del protium del deuterio del . Sus características físicas y químicas son algo similares a las del agua, el agua pesada de H₂O. puede contener tanto como el 100% D₂O, y el término refiere generalmente al agua que se enriquece alto en deuterio. La substitución isotópica con el deuterio altera la energía en enlace del enlace del hidrógeno-oxígeno en agua, alterando las características físicas, químicas, y especialmente biológicas de la sustancia pura o alto-enriquecida a un grado más grande que se encuentra en la mayoría de los compuestos químicos isótopo-substituidos.

El agua pesada no se debe confundir con agua dura o con agua Tritiated .

Otros significados

Agua de Semiheavy

El agua, HDO de Semiheavy del, también existe siempre que haya agua con hydrogen-1 (o el protium ) y el deuterio presente en la mezcla. Esto es porque los átomos de hidrógeno (hydrogen-1 y deuterio) se intercambian rápido entre las moléculas de agua. El 50% con agua H y el 50% D en su hidrógeno contiene realmente el cerca de 50% HDO y el 25% por cada uno de H₂O y de D₂O, en el equilibrio dinámico . El agua de Semiheavy, HDO, ocurre naturalmente en agua regular en una proporción de cerca de 1 molécula en 3.200 (cada hidrógeno tiene una probabilidad de 1 en 6. El agua pesada, D₂O, por la comparación, ocurre naturalmente en una proporción de cerca de 1 molécula en 41 millones (es decir, 1 en 6,400²).

agua del Pesado-oxígeno

Un tipo común del agua pesada H₂¹⁸O del oxígeno está disponible comercialmente para el uso como trazalíneas isotópico no radiactivo (véase el Doble-etiquetado para regar para la discusión), y califica como " water" pesado; en cuanto teniendo una densidad más alta que el agua normal (en este caso, densidad similar al óxido de deuterio). Más costoso, el agua está disponible en cuál es ¹⁷O. Sin embargo, estos tipos de agua del pesado-isótopo se refieren raramente como " water" pesado;, pues no contienen el deuterio que da a D₂O sus características nucleares y biológicas característico diversas. el Pesado-oxígeno riega con hidrógeno normal, por ejemplo, no ser esperado demostrar a ninguna toxicidad cualesquiera (véase la discusión de la toxicidad abajo).

Características físicas (con la comparación a la agua ligera)

Historia

El Harold Urey descubrió el deuterio del isótopo en el 1931 y podía más adelante concentrarlo en agua. El Gilbert Newton Lewis del mentor de Urey aisló la primera muestra de agua pesada pura con la electrólisis en el 1933 . El George de Hevesy y Hoffer utilizó el agua pesada en 1934 en uno de los primeros experimentos de trazalíneas biológicos, para estimar el índice de volumen de ventas del agua en el cuerpo humano. La historia de la producción de la grande-cantidad y del uso del agua pesada en experimentos nucleares tempranos se da abajo.

Efecto sobre sistemas biológicos

Los isótopos pesados de elementos químicos tienen comportamientos químicos muy levemente diversos, pero para la mayoría de los elementos las diferencias en comportamiento químico entre los isótopos son demasiado pequeñas lejano a utilizar, o aún detectan. Para el hidrógeno, sin embargo, esto no es verdad. Los isótopo-efectos químicos más grandes considerados con el deuterio y el tritio manifiestan porque las energías en enlace en química son determinadas en mecánicos de quántum por las ecuaciones en las cuales la cantidad de la masa reducida del núcleo y de los electrones aparece. Esta cantidad se altera en compuestos del pesado-hidrógeno (cuyo el óxido de deuterio es el el más común y familiar) lejos más que para la substitución del pesado-isótopo en otros elementos químicos. Este efecto de isótopo del hidrógeno pesado se magnifica más lejos en los sistemas biológicos, que son muy sensibles a los pequeños cambios en las características solventes del agua.

Para realizar sus tareas, las enzimas que confían en sus redes finalmente templadas de los enlaces de hidrógeno ambos en el centro activo con sus substratos, y exterior el centro activo, para estabilizar sus estructuras terciarias como un enlace de hidrógeno con el deuterio es levemente más fuerte de un hidrógeno ordinario de participación, en un ambiente alto deuterizado, algunas reacciones normales en células se interrumpen.

Particularmente muy afectados por el agua pesada son los montajes delicados de la formación del huso de Mitotic necesaria para la división de célula en los eucariotas porque la división de célula eucariótica para en agua pesada, las semillas por lo tanto no germinan en agua pesada, y las plantas paran el crecer cuando solamente agua pesada dada.

Efecto sobre animales

Los experimentos en ratones, ratas, y perros han demostrado que un grado de esterilidad de las causas del deuteration del 25% (a veces irreversibles), porque ni los gametos ni el Zygotes pueden convertirse. Las altas concentraciones del agua pesada (el 90%) matan rápido los pescados, los Flatworms de los Tadpoles y la Drosophila . Los mamíferos tales como ratas dadas el agua pesada a la bebida mueren después de una semana, en un momento en que su agua del cuerpo se acerca al deuteration del cerca de 50%. El modo de muerte aparece ser igual que eso en el envenenamiento citotóxico (tal como quimioterapia ) o en síndrome agudo de la radiación (aunque el deuterio no es radiactivo), y es debido a la acción del deuterio en la división de célula generalmente de inhibición. El óxido de deuterio se utiliza para realzar la terapia de la captura de neutrón del boro. Éste era un no incidente del envenenamiento del agua pesada, sino algo envenenamiento de la radiación de otros isótopos en el agua pesada. Los servicios algo de noticias no tenían cuidados de distinguir estos puntos, y dejaron algo del público con la impresión que el agua pesada es normalmente radiactiva y más seriamente el tóxico que es. Incluso si el agua pesada pura había sido utilizada en el refrigerador de agua indefinidamente, no es probable el incidente habría sido detectado o daño causado, puesto que no se esperaba que a ningunos empleados consiguieran tanto como el 25% de su agua potable diaria de tal fuente.

Producción

En la tierra, el agua semiheavy, HDO, ocurre naturalmente en agua regular en una proporción de cerca de 1 molécula en 3200. Esto significa que 1 en 6400 átomos de hidrógeno es el deuterio, que es 1 porción en 3200 por peso (peso del hidrógeno). El HDO se puede separar del agua regular por la destilación o la electrólisis y también por los varios procesos químicos del intercambio, que explotan un efecto de isótopo cinético . (Para más información sobre la distribución isotópica del deuterio en agua, ver el océano del medio del estándar de Viena regar .)

La diferencia en masa entre los dos isótopos del hidrógeno traduce a una diferencia en la energía Zero-point y así a una diferencia leve en la velocidad a la cual la reacción procede. Una vez que HDO se convierte en una fracción significativa del agua, el agua pesada llegará a ser más frecuente como las moléculas de agua negocian los átomos de hidrógeno muy con frecuencia. Para producir el agua pesada pura por la destilación o la electrólisis requiere una cascada grande de alambiques o de compartimientos de la electrólisis, y consume granes cantidades de energía, así que los métodos químicos son generalmente preferred. El método químico más importante es el proceso del sulfuro de Girdler.

En 1953, los Estados Unidos comenzaron a usar el agua pesada en reactores de producción del plutonio en el sitio del río de sabana. El primer de los cinco reactores de agua pesada vino en línea en 1953, y el último fue puesto en parada fría en 1996. Los reactores de los SENIORES eran reactores de agua pesada de modo que pudieran producir el plutonio y el tritio para el programa de armas nucleares de los E. desarrollaron el proceso de producción químico del intercambio del sulfuro de Girdler que primero fue demostrado en un gran escala en el Dana, planta de Indiana en 1945 y en la planta del río de sabana, Carolina del Sur en 1952. El SRP fue funcionado por el Du Pont para el USDOE hasta que el 1 de abril, 1989 en qué hora fue asumida el control la operación por el Westinghouse .

En el 1934, el Norsk hidráulico construyó la primera planta de agua pesada comercial en el Vemork, Tinn, con una capacidad de 12 toneladas por año. Del 1940 y a través de la Segunda Guerra Mundial, la planta estaba debajo de control alemán y de los aliados decididos para destruir la planta y su agua pesada para inhibir el desarrollo alemán de armas nucleares. En el último 1942, una incursión de los paracaidistas británicos falló cuando los planeadores ellos estaban en estrellado. Todos los asaltantes entrenados para la lucha cuerpo a cuerpo fueron matados en el desplome o tirados por las tropas de ejército alemán. Pero en la noche el de la operación Gunnerside 1943 del 27 de febrero tuvo éxito. Los comandos noruegos manejaron demoler pequeño pero los pedacitos dominantes de las pilas electrolíticas, descargando el pesado acumulada mitigan los drenes de la fábrica. Discutible (véase abajo) esta Alemania prevenida de construir un reactor nuclear (las armas nucleares alemanas no habrían seguido automáticamente el reactor por muchas razones). La operación hidráulica de Norsk es una de las grandes operaciones del comando/del sabotaje de la guerra.

En el el 1943 del 16 de noviembre, las fuerzas aéreas aliadas cayó más de 400 bombas en el sitio. El ataque aéreo aliado incitó a gobierno nazi mover toda la agua pesada disponible a Alemania para el depósito. En el el 1944 del 20 de febrero, un partidario noruego hundió el M/F  del transbordador; hidráulico que llevaba el agua pesada a través del lago Tinn, en el coste de 14 civiles noruegos, y la mayor parte de el agua pesada fueron perdidos probablemente. Algunos de los barriles eran solamente semillenos, y por lo tanto podían flotar, y se pudieron haber salvado y haber transportado a Alemania. (Estos acontecimientos fueron dramatizados en la película 1965, el los héroes de Telemark .)

¡Sin embargo, investigación reciente de los expedientes de la producción en la energía hidraúlica de Norsk y análisis de un barril intacto que fue salvado en el 2004 revelado eso aunque los barriles en este envío contuvieran el agua del   pH ; 14 - indicativo del proceso electrolítico alcalino del refinamiento - no contuvieron altas concentraciones de D₂O. A pesar de el tamaño evidente del envío, la cantidad total de agua pesada pura era absolutamente pequeña, cada barril que contenía solamente entre el agua pesada pura 1/2-1%. Los alemanes habrían necesitado un total de cerca de 5 toneladas de agua pesada conseguir un funcionamiento del reactor nuclear. ¡ el manifesto indicado claramente que había solamente mitad de la tonelada de agua pesada que era transportada a Alemania. La energía hidraúlica llevaba lejos demasiado poca agua pesada para incluso un reactor, aún menos 10 o más toneladas necesarias para hacer bastante plutonio para un arma nuclear. El envío hidráulico en el 1944 del 20 de febrero era probablemente destinado para un proyecto del reactor experimental.

Como parte de su contribución al proyecto de Manhattan, Canadá construyó y funcionó 6 toneladas por la planta de agua pesada electrolítica del año en el rastro, A., que comenzó la operación en 1943.

La energía atómica del diseño de Canada Limited (AECL) de reactor de energía requiere granes cantidades de agua pesada actuar como un asesor del neutrón y líquido refrigerador. El AECL pidió dos plantas de agua pesadas que fueron construidas y funcionadas en el Canadá atlántico en la bahía Glace (por Deuterium de Canada Limited) y el Hawkesbury portuario, Nueva Escocia (por General Electric Canadá). Estas plantas demostraron tener problemas significativos del diseño, de la construcción y de la producción y así que el AECL construyó la planta de agua pesada de Bruce, que vendió más adelante al Ontario hidráulico, para asegurar una fuente confiable de agua pesada para las centrales eléctricas futuras. Las dos plantas de Nueva Escocia fueron cerradas en 1985 en que su producción demostró ser innecesaria.

La planta de agua pesada de Bruce en el Ontario era la instalación de producción más grande del agua pesada del mundo con una capacidad de 700 toneladas por año. Utilizó el proceso del sulfuro de Girdler para producir el agua pesada, y requerido 340.000 toneladas de agua de alimentación para producir una tonelada de agua pesada. Era parte de un complejo que incluyó 8 reactores CANDU que proporcionaron calor y la energía para la planta de agua pesada. El sitio fue situado en el punto de Douglas en el condado de Bruce en el lago Huron en donde tenía acceso a las aguas Great Lakes .

La planta de Bruce fue comisionada en el 1979 proporcionar el agua pesada para un aumento grande en la generación de energía atómica de Ontario. Las plantas demostraron ser más eficientes que previsto y solamente tres de las cuatro unidades previstas fueron comisionados eventual. Además, el programa de la energía atómica fue retrasado y paró con eficacia debido a un exceso de provisión percibido de la electricidad, demostrado más adelante para ser temporal, en el 1993 . La eficacia mejorada en el uso y el reciclaje del agua pesada más la superproducción en Bruce salió de Canadá con bastante agua pesada para sus necesidades futuras anticipadas. También, el proceso de Girdler implica las granes cantidades del sulfuro de hidrógeno, despertando inquietudes ambientales si hay un lanzamiento. La planta de agua pesada de Bruce fue cerrada en el 1997, después de lo cual la planta fue desmontada y el sitio fue despejado gradualmente.

La energía atómica de Canada Limited (AECL) está investigando actual otros procesos más eficientes y ambientalmente más benignos para crear el agua pesada. Esto es esencial para el futuro de los reactores de CANDU puesto que el agua pesada representa el cerca de 20% del coste de capital de cada reactor.

El la India es el segundo mayor productor del mundo del agua pesada a través de su tablero de agua pesada.

El el el 26 de agosto, el 2006, iraní Ahmadinejad del presidente inauguró una extensión de la planta de agua pesada del país cerca Arak . Irán ha indicado que las instalaciones de producción de agua pesada funcionarán con un reactor de investigación de 40 MW que tenga una fecha de terminación programada en el 2009 . En una entrevista que ventiló en el canal de noticias iraní (IRINN) el el 27 de agosto, 2006, principal Mohammad nuclear iraní Sa'idi demandó que el agua pesada se podría utilizar para tratar el SIDA y el cáncer. La consumición diaria fue recomendada.

Otros países

está otro productor declarado del agua pesada, usar una planta basada intercambio del amoníaco/del hidrógeno suministrada por la compañía de Sulzer de Suiza.

también produce el agua pesada en la planta del sulfuro de Drobeta Girdler y la ha exportado de vez en cuando.

funcionó una pequeña planta durante los años 50 y los años 60.

El departamento de energía atómica construyó una estación en el lago Morar en 1947, posiblemente investigando usar el lago como fuente de agua pesada.

Usos

De resonancia magnética nuclear

El óxido de deuterio se utiliza en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear cuando el solvente del interés es agua y el núclido del interés es hidrógeno. Esto es porque la señal del solvente del agua interferiría con la señal de la molécula del interés. El deuterio tiene un momento magnético de diverso del hidrógeno y por lo tanto no contribuye a la señal del RMN en la frecuencia de la resonancia del hidrógeno.

Asesor del neutrón

El agua pesada se utiliza en ciertos tipos de reactores nucleares donde actúa como asesor del neutrón para retrasar los neutrones de modo que puedan reaccionar con el uranio en el reactor. El reactor CANDU utiliza este diseño. La agua ligera también actúa como un asesor pero porque la agua ligera absorbe más neutrones que el agua pesada, reactores usar la agua ligera debe utilizar el uranio enriquecido algo que el uranio natural, si no la criticalidad es imposible. El uso del agua pesada esencialmente aumenta la eficacia de la reacción nuclear.

Debido a esto, los reactores de agua pesada serán más eficientes en el plutonio breeding (del Uranium-238 ) o el Uranium-233 (del Thorium-232 ) que un reactor de agua ligera comparable, llevándolos para ser de mayor interés en vista de la proliferación nuclear . La cría y la extracción del plutonio pueden ser una ruta relativamente rápida y barata a construir un arma nuclear, pues la separación química de plutonio del combustible es más fácil que la separación isotópica de U-235 del uranio natural. Los reactores de investigación de agua pesada o los reactores generadores específico-construidos del plutonio han sido utilizados con este fin por la mayoría, si no todos, los estados que poseen las armas nucleares aunque las primeras armas nucleares fueran producidas históricamente sin ella. (El carbón puro se puede utilizar como asesor, incluso en reactores nucleares de uranio unenriched., el primer reactor atómico experimental (1942), así como los reactores de producción del proyecto de Manhattan Hanford que produjeron el plutonio para la prueba de la trinidad y las bombas gordas del hombre, todos los asesores puros usados del neutrón del carbón y funcionado con ni uranio enriquecido ni agua pesada).

No hay evidencia que los reactores de energía civiles de agua pesada, tales como el CANDU o diseños de Atucha, se han utilizado para la producción militar de materiales fisibles. En los estados que no poseen ya las armas nucleares, el material nuclear en estas instalaciones está bajo salvaguardias de la AIEA para desalentar cualquier diversión.

Debido a su potencial para el uso en los programas de las armas nucleares, la posesión o la importación/la exportación de cantidades industriales grandes de agua pesada estar conforme al control gubernamental en varios países. Los surtidores de la tecnología del agua pesada y de producción del agua pesada aplican típicamente salvaguardias de la AIEA (Organismo Internacional de la Energía Atómica) y la contabilidad material administradas al agua pesada. (En el Australia, el acto 1987 de la no proliferación nuclear del (salvaguardias). y el Canadá, las cantidades non-industrial de agua pesada (es decir, en el gramo a la gama del kilogramo) son rutinario distribuidores autorizados químicos directos disponibles de la fuente, y directo compañías comerciales tales como el principal anterior Ontario hidráulico del productor del mundo, sin la licencia especial. (Los 2006) costes actual de un kilogramo de agua pesada de la reactor-pureza 99.98%, son cerca de $600 a $700. Cantidades más pequeñas de la pureza razonable (99.9%) se pueden comprar de casas de fuente químicas en los precios de áspero $1 por gramo.

Detector del neutrino

El observatorio (SNO) del neutrino de Sudbury en el Sudbury, Ontario utiliza 1000 toneladas de agua pesada en préstamo de la energía atómica de Canada Limited . El detector del neutrino es 6800 pies de subterráneo en una mina profunda, para blindarla Muons producido por los rayos cósmicos . SNO fue construido para contestar a la cuestión de independientemente de si el electrón-tipo neutrinos producidos por la fusión en el Sun (el único tipo que el Sun debe producir directo, según teoría) pudo poder dar vuelta en otros tipos de neutrinos en la manera a la tierra. SNO detecta la radiación de Čerenkov en el agua de los electrones de gran energía producidos del electrón-tipo neutrinos como él experimenta reacciones con los neutrones en el deuterio, dándoles vuelta en los protones y los electrones (solamente los electrones se mueven rápidamente bastante para ser detectados de este modo). SNO también detecta la misma radiación del neutrino↔electron que dispersa acontecimientos, que produce otra vez electrones de alta energía. Estas dos reacciones son producidas solamente por el electrón-tipo neutrinos. El uso del deuterio es crítico a la función de SNO, porque el " tres; flavours" (tipos) de neutrinos puede ser detectado en un tercer tipo de reacción, la neutrino-desintegración, en la cual un neutrino de cualquier tipo (electrón, muon, o tau) dispersiones de un núcleo del deuterio (deuterón ), transfiriendo bastante energía para romper para arriba flojo-limita el deuterón en un neutrón libre y el protón . Se detecta este acontecimiento cuando el neutrón libre es absorbido por ³⁵Cl⁻ presente del NaCl que se ha disuelto deliberadamente en el agua pesada, causando la emisión de los rayos gama característicos de la captura. Así, en este experimento, el agua pesada no sólo proporciona el medio transparente necesario producir y visualizar la radiación de Čerenkov, pero también proporciona el deuterio para detectar MU exótica mecanografía (μ) y los neutrinos del tau (τ), así como un medio no absorbente del asesor a los neutrones libres del coto de esta reacción, hasta que puedan ser absorbidos por un isótopo neutron-activated fácil-detectado.

Prueba de la tarifa metabólica en fisiología/biología

El agua pesada se emplea como parte de una mezcla con H₂¹⁸O para una prueba común y segura de la tarifa metabólica mala en los seres humanos y los animales que experimentan sus actividades normales. Esta prueba metabólica generalmente se llama el Doble-etiquetado la prueba de agua .

Sistemas de enfriamiento no tóxicos espaciales

Agua pesada (D₂O) tiene un alto calor de la fusión similar al agua regular, pero congela en una temperatura levemente más alta. Se ha propuesto como disipador de calor no tóxico para los usos de enfriamiento espaciales, donde el hielo de D₂O actúa mientras que un disipador de calor para quitar el vapor de agua en aire, pero sin el peligro que el vapor de agua congelará al polo, porque el hielo de D₂O mantiene temperaturas demasiado arriba para que ocurra esto. Tal sistema todavía no se ha probado.

Producción del tritio

El tritio es un material importante en el diseño del arma nuclear para las armas alzadas de la fisión y los iniciadores, y también tiene usos industriales civiles. Algo se crea en los reactores de agua pesada cuando el deuterio captura un neutrón. Esta reacción tiene un pequeño seccionado transversalmente y produce solamente pequeñas cantidades de tritio, aunque bastantes de modo que el tritio de limpieza del asesor pueda ser deseable después de varios años reducir el riesgo de escape del tritio y de exposición de radiación.

La producción de granes cantidades de tritio de esta manera requeriría los reactores con flujos de neutrón muy altos, o con una parte muy elevada de agua pesada al combustible nuclear y a la absorción de neutrón muy baja por el otro material de reactor. El tritio entonces tendría que ser recuperado por la separación de isótopo de una cantidad mucho más grande de deuterio, desemejante de la producción del tritio Lithium-6 (el actual método de producción del tritio), donde solamente está necesaria la separación química.

La sección representativa de absorción del deuterio para los neutrones termales es .52 granero del milli mientras que el Oxygen-16 's es .19 millibarns y el Oxygen-17 's es . ¹⁷O compone .038% del oxígeno natural, que tiene una sección representativa de absorción total de . Por lo tanto en D₂O con oxígeno natural, los 21% de las capturas de neutrón están en el oxígeno, una proporción que pueda levantarse más lejos mientras que ¹⁷O acumula de captura de neutrón en ¹⁶O. También, ¹⁷O emite una partícula alfa en captura, produciendo el carbono-14 radiactivo .

Agua pesada en cultura popular

El " de la canción; " distante de la detección temprana ; por acometida contiene la línea " No hay natación en el agua pesada, ningún canto en el rain" ácido;.
El ficticio Jay Garrick, " del super héroe; El Flash" adquirió sus energías de superspeed en una desgracia del laboratorio que implicaba experimentos con agua pesada. Él se cayó funcionamiento dormido tarde en la noche e inhaló los humos del agua pesada hasta mañana.
La gravedad específica nueva por J. Matthew Neal (2007) ofrece a víctima que es envenenada lentamente por el óxido de deuterio colocado en su agua potable.
El agua pesada se demuestra como parte de un experimento nazi secreto en el episodio de los héroes de un Hogan, " Va la luz en el water" pesado;.
El capellán Tappman a partir de la hora de límite nueva de José Heller excreta misterioso el agua pesada en vez de la orina.
El Styx de la venda tiene una canción titulada " Water" pesado; en su mundo valiente del álbum nuevo.
Los homínidos nuevos del aserrador de Roberto J. (2002) ofrecen una cuenta fictionalized del observatorio del neutrino de Sudbury, que se menciona anteriormente.
El agua pesada es buscada por el Eurondans en del episodio de Stargate SG-1 el otro lado .
El " Dolby de la canción de Thomas ; Uno de nuestro Submarines" contiene la línea, " Agua pesada de consumición de un stone." El sistema Dolby ha admitido que cuando él escribió la canción, él no tenía ninguna idea exactamente cuáles el agua pesada es.
En la serie televisiva animated G. Joe: Un Hero americano verdadero (1983), agua pesada era uno de tres elementos necesarios para accionar el dispositivo de M.
En el texto basado el agua pesada de Ogame del juego de la tela conocida como deuterio se utiliza como un combustible importante en diversos usos tales como edificios y combustible para las naves.

Ver también

Sabotaje noruego del agua pesada
Fusión fría
Agua del océano del medio del estándar de Viena

.

Zenithic

Rufus N. Rhodes

Random links:

Antianginoso | Mosjøen | Dionotus | MEPs para Polonia 2004-2009 | Agencia de la logística de la defensa