Tungt vann
Tungt vann er vann som inneholder tungt hydrogen – også kjent som deuterium – i stedet for vanlig hydrogen. Det kan også skrives som 2H2O eller D2O. Deuterium er annerledes enn hydrogen som vanligvis oppstår i vann—kjent som protium, siden hvert atom av deuterium inneholder et proton og et nøytron, mens mer vanlig forekommende hydrogen inneholder bare et proton.
Tungt vann forekommer naturlig, men i mye mindre mengder enn vanlig vann., Cirka ett molekyl vann for hver tjue millioner vannmolekylene er tungt vann. Siden deuterium er en stabil isotop, tungt vann er ikke radioaktivt.
I tillegg til å være nyttig for kjernereaktorer, tungt vann har også blitt brukt i Canada for å oppdage neutrinos fra solen på den Sudbury Neutrino Observatory, som gir viktig innsikt til subatomære fysikk.
Bruk som en Moderator
hovedside
I fisjon reaktorer, den nøytroner må bli bremset ned for å sikre en effektiv fisjon kjede reaksjon oppstår., Denne prosessen for å bremse nøytroner ned er kjent som moderasjon, og det materialet som bremser ned disse nøytroner er kjent som et nøytron moderator. Tungt vann er en av de to moderatorer som kan brukes som tillater en kjernefysisk reaktor til å drive ved hjelp av naturlig uran. Den andre moderator er grafitt.
En heavy water reactor gjør bruk av tungt vann som moderator og kjølemiddel. Deuterium fungerer som en moderator som det absorberer færre nøytroner enn hydrogen, som er svært viktig som kjernefysisk fisjon reaksjoner krever nøytroner til å utføre sine kjedereaksjoner., Det tunge vannet holdes under press som øker sin kokepunkt slik at den kan operere ved høye temperaturer uten å koke. CANDU reaktorer benytter tungt vann som møteleder og dermed ikke krever anriket uran, heller uran i sin naturlige tilstand kan brukes.
Produksjon
kostnaden av tungt vann er en vesentlig del av bygningen kostnaden for et heavy water reactor, men gjør reaktorer billigere å operere (siden anriking av uran er unødvendige). Teknisk sett, deuterium er ikke «laget» i en bestemt prosess, snarere molekyler av tungt vann er separert fra store mengder vann som inneholder H2O eller enkeltvis deuterated vann i Girdler sulfide prosessen (som vil bli diskutert i detalj i de to neste avsnitt). Det vannet som ikke er tung er forkastet, og er kjent som «utarmet vann»., En alternativ metode som eksisterer når vannet er electrolyzed å gjøre oksygen og hydrogen som inneholder vanlig bensin, sammen med deuterium. Hydrogen er så flytende og destillert å skille de to komponentene, så deuterium er reagerte med oksygen og danner tungt vann.
Produksjon av tungt vann krever avansert infrastruktur, og tungt vann er aktivt produsert i Argentina, Canada, India og Norge. Det største anlegget var Bruce-Anlegget i Canada, men har stengt ned., Teknisk sett, det er en liten forskjell i den kokende poeng av tungt vann og vann, så denne forskjellen kan bli tatt nytte av, ved å trekke tungt vann. Imidlertid, siden deuterium finnes i så små tall en enorm mengde vann trenger å bli kokt for å oppnå betydelige mengder av deuterium. Dette vil kreve mye av brensel eller elektrisitet, så i stedet fasiliteter utnytte kjemiske forskjeller mellom de to. De viktigste kjemiske metode for å produsere tungt vann er Girdler sulfide prosessen.,
Girdler sulfide prosessen er en metode som fungerer basert på en utveksling av deuterium mellom H2S og vanlige lys vann. I denne prosessen er det to separate kolonner. En kolonne er på 30°C, og er kjent som de «kalde tower» mens den andre er på 130 °C, kjent som «hot-tårnet». Separasjon oppstår basert på en likevekt, og forskjellene i likevekt ved to forskjellige temperaturer. Likevekt ligningen er:
Den viktigste grunnen til at denne prosessen fungerer er et resultat av hydrogensulfid gass blir sirkulert mellom varme og kalde tårn., Første, friskt vann renner inn i lav temperatur scenen sammen med deuterium-beriket hydrogensulfid gass. Som et resultat av likevekt egenskaper ved denne temperaturen, deuterium vandrer fortrinnsvis fra beriket hydrogensulfid til vannet, skaper store vann. Dette beriket vannet blir deretter tatt av, og mer ferskvann går inn i den høye temperaturen scenen sammen med hydrogensulfid gass (nå litt oppbrukt i deuterium). Her er noen deuterium fra det friske vannet beveger seg fortrinnsvis til hydrogensulfid gass, berikende det., Dette beriket gass går deretter tilbake til den lave temperaturen scenen, og arbeider for å berike de tunge vannet. Vanlig vann fra høy temperatur scenen, nå oppbrukt, er trukket ut. En kaskade er deretter satt opp slik «beriket» vann—vann med mer deuterium— er matet inn i den kalde tårnet og beriket igjen.