L’eau lourde
l’eau Lourde est de l’eau qui contient de l’hydrogène lourd – également connu comme le deutérium – régulier de l’hydrogène. Il peut également être écrit comme 2H2O ou D2O. le deutérium est différent de l’hydrogène qui se produit habituellement dans l’eau—connu sous le nom de protium, puisque chaque atome de deutérium contient un proton et un neutron, tandis que l’hydrogène le plus souvent présent ne contient qu’un proton.
l’eau lourde se produit naturellement, mais en quantités beaucoup plus petites que l’eau ordinaire., Environ, une molécule d’eau pour vingt millions de molécules d’eau est de l’eau lourde. Puisque le deutérium est un isotope stable, l’eau lourde n’est pas radioactive.
en plus d’être utile pour les réacteurs nucléaires, l’eau lourde a également été utilisée au Canada pour détecter les neutrinos du soleil à L’Observatoire de neutrinos de Sudbury, fournissant des informations importantes sur la physique subatomique.
utilisation comme modérateur
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dans les réacteurs à fission nucléaire, les neutrons doivent être ralentis pour assurer une réaction en chaîne de fission efficace., Ce processus de ralentissement des neutrons est connu sous le nom de modération, et le matériau qui ralentit ces neutrons est connu sous le nom de modérateur de neutrons. L’eau lourde est l’un des deux modérateurs qui peuvent être utilisés et qui permettent à un réacteur nucléaire de fonctionner à l’uranium naturel. L’autre modérateur est le graphite.
un réacteur à eau lourde utilise de l’eau lourde comme liquide de refroidissement et modérateur. Le deutérium fonctionne comme un modérateur car il absorbe moins de neutrons que l’hydrogène, ce qui est extrêmement important car les réactions de fission nucléaire nécessitent des neutrons pour effectuer leurs réactions en chaîne., L’eau lourde est maintenue sous pression ce qui augmente son point d’ébullition afin qu’elle puisse fonctionner à des températures élevées sans ébullition. Les réacteurs CANDU utilisent de l’eau lourde comme modérateur et ne nécessitent donc pas d’uranium enrichi, mais de l’uranium à l’état naturel peut être utilisé.
Production
Le coût de l’eau lourde est une partie importante du coût de construction d’un réacteur à eau lourde, mais rend les réacteurs moins coûteux à exploiter (depuis l’enrichissement de l’uranium n’est pas nécessaire). Techniquement parlant, le deutérium n’est pas « fabriqué » dans un processus spécifique, mais plutôt des molécules d’eau lourde sont séparées de grandes quantités d’eau contenant du H2O ou de l’eau deutérée dans le processus de sulfure de Girdler (qui sera discuté en détail dans les deux paragraphes suivants). L’eau qui n’est pas lourde est rejetée et est appelée « eau appauvrie »., Une méthode alternative existe lorsque l’eau est électrolysée pour produire de l’oxygène et de l’hydrogène contenant du gaz normal, ainsi que du deutérium. L’hydrogène est ensuite liquéfié et distillée pour séparer les deux composants, puis le deutérium est mis à réagir avec l’oxygène pour former de l’eau lourde.
la production d’eau lourde nécessite une infrastructure de pointe, et l’eau lourde est activement produite en Argentine, au Canada, en Inde et en Norvège. La plus grande usine était L’usine Bruce au Canada, mais elle a fermé ses portes., Techniquement, il y a une légère différence dans les points d’ébullition de l’eau lourde et de l’eau, donc cette différence pourrait être mise à profit lors de l’extraction de l’eau lourde. Cependant, étant donné que le deutérium existe en si petit nombre, une énorme quantité d’eau devrait être bouillie pour obtenir des quantités importantes de deutérium. Cela nécessiterait beaucoup de carburant ou d’électricité, de sorte que les installations exploitent plutôt les différences chimiques entre les deux. La méthode chimique la plus importante pour produire de l’eau lourde est le procédé Girdler sulfure.,
Le procédé au sulfure de Girdler est une méthode qui fonctionne sur la base d’un échange de deutérium entre H2S et de l’eau légère régulière. Dans ce processus, il y a deux colonnes distinctes. Une colonne est à 30°C et est connue sous le nom de « tour froide » tandis que l’autre est à 130 °C, connue sous le nom de « tour chaude ». La séparation se produit sur la base d’un équilibre et des différences d’équilibre aux deux températures différentes. L’équation d’équilibre est la suivante:
la principale raison pour laquelle ce processus fonctionne est le résultat de la circulation du gaz sulfure d’hydrogène entre les tours chaudes et froides., Tout d’abord, l’eau douce s’écoule dans l’étape de basse température avec du sulfure d’hydrogène enrichi en deutérium. En raison des propriétés d’équilibre à cette température, le deutérium migre préférentiellement du sulfure d’hydrogène enrichi vers l’eau, créant de l’eau lourde. Cette eau enrichie est ensuite retirée, et plus d’eau douce entre dans l’étape de haute température avec le gaz de sulfure d’hydrogène (maintenant légèrement appauvri en deutérium). Ici, tout deutérium de l’eau douce se déplace préférentiellement vers le gaz de sulfure d’hydrogène, l’enrichissant., Ce gaz enrichi revient ensuite à l’étape de basse température, et travaille à enrichir davantage l’eau lourde. L’eau normale du stade à haute température, maintenant épuisée, est prélevée. Une cascade est ensuite mise en place pour que l’eau « enrichie »—de l’eau avec plus de deutérium— soit introduite dans la tour froide et enrichie à nouveau.