منظور از آب سبک و سنگین در انرژی اتمی چیست
آب سنگین آبی می‌باشد که مولکول‌های هیدورژن‌های آن با اتم دوتریوم (ایزوتوپ سنگین هیدروژن) دچار تبادل شده است. در واقع همین جابه‌جایی موجب تغییر در خواص فیزیکی آب معمولی و آب سنگین می‌گردد، بنابراین آب سنگین در مقایسه با آب معمولی نقطه جوش و نقطه انجماد بالاتری دارد. بهتر است بدانید که هسته اتم هیدروژن شامل یک پروتون و هسته دوتریم شامل یک پروتون و یک نوترون می‌باشد.
در واقع این نوترون، اغلب سبب افزایش جرم آن می‌شود. یک مول آب معمولی 18 گرم و آب سنگین 20 گرم می‌باشد. بنابراین قطعا یک لیتر آب سنگین حاوی جرمی بیش از یک لیتر آب سبک است و به خاطر تفاوت مشخصات هسته‌ای دوتریوم با هیدوژن از نظر (تکانه زاویه‌ای و گشتاور مغناطیسی نوترون) از آب سنگین و دوتریوم در زمینه‌های گوناگون تحقیقاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله آب سبک و سنگین در انرژی اتمی را بررسی می‌نماییم، لطفا تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.
آب سبک چیست؟
آب تهی شده از دوتریوم یا همان آب سبک؛ آبی می‌باشد که نسبت به حالت معمولی شامل غلظت پایین‌تری از دوتریوم است. دوتریوم، ایزوتوپ سنگین‌تر هیدروژن می‌باشد که در جنب یک پروتون، حاوی یک نوترون است که جرم اتم هیدروژن را دو برابر می‌کند. بعد از کشف آب سنگین، روشن شد که آب‌های طبیعی، بسته به مکان و موقعیت نه تنها از نظر ترکیب و مقدار مواد محلول در آب متفاوت است؛ بلکه امکان دارد این تفاوت نیز در ترکیبات ایزوتوپی آن‌ها وجود داشته باشد.
به طور کلی بر اساس استاندارد میانگین آب اقیانوس‌ها (VSMOW)- که یک استاندارد برای تعریف ترکیب ایزوتوپی آب شیرین می‌باشد- دوتریوم با نرخ 155/76 جز در میلیون (ppm) در آب وجود دارد. به عبارتی فراوانی دوتریوم در آب روی زمین به طور تقریب یک اتم دوتریوم به 6420 اتم هیدروژن است که درصد تغییرات غلطت دوتریوم، از یک منبع آب طبیعی به منبع دیگر خیلی کم است.
تفاوت آب سنگین و خالص چیست؟
به طور کلی آب خالص یا به عبارتی آب سبک ماده‌ای می‌باشد بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه. فرمول شیمیایی آن H2O می‌باشد. یعنی هر مولکول آب از پیوند دو اتم هیدروژن به یک اتم اکسیژن تولید شده است. به طوری که اگر در یک نمونه مولکول آب به جای اتم‌های هیدروژن آن، اتم دوتریوم جایگزین گردد آب سنگین ایجاد می‌شود.
یک نکته مهم در رابطه با این موضوع آگاه بودن به فرق میان آب سنگین و آب سخت می‌باشد به بیان دیگر بایستی دقت داشت که این دو گونه آب با یکدیگر فرق می‌کنند و حاوی خواص متفاوتی هستند؛ زیرا آب سخت، آبی می‌باشد که شامل املاح معدنی است و روش‌های نرم‌سازی منحصر به فرد خود را دارد؛ اما آب سنگین از جایگزینی اتم‌های دوتریوم با هیدروژن تولید می‌گردد. جالب است بدانید که به ازای هر 7 هزار مولکول معمولی یک مولکول آب سنگین در آب مصرفی ما وجود دارد.
به عبارت دیگر می‌توان بیان کرد آب سنگین شباهت بسیاری به آب معمولی دارد؛ در صورتی که آب سبک در طبیعت وجود ندارد و جهت تولید آن بایستی به روش‌های مصنوعی متوسل گردد که روش‌های تقطیر، الکترولیز، لیزر و به کارگیری از غشا پرکاربردترین آن‌ها محسوب می‌شوند. آب سنگین در انرژی هسته‌ای و آب سبک غالبا در روش‌های درمانی نیز کاربرد دارد.
کاربرد آب سنگین
همانطور که می‌دانید آب سنگین در بسیاری صنایع و برای کاربردهای متنوع مورد استفاده قرار می‌گیرد. در متن زیر به یکسری از مهم‌ترین این موارد اشاره خواهیم کرد:
از آب سنگین جهت مطالعه روند فتوسنتز گیاهان به کار گرفته می‌شود. از آب سنگین برای آماده‌سازی دوتریوم کمک گرفته می‌شود. در طیف سنجی مادون قرمز، به جای آب معمولی از آب سنگین استفاده می‌شود. آب سنگین در راکتورهای هسته‌ای به عنوان تعدیل‌کننده نوترون مورد استفاده قرار می‌گیرد. وظیفه آب سنگین در راکتور کند نمودن حرکت نوترون می‌باشد، به طوری که توانایی و زمان لازم برای وارد واکنش شدن با اورانیوم-235 را داشته باشد. همچنین در عدم حضور آب سنگین، نوترون با ایزوتوپ اورانیوم-238 وارد واکنش می‌گردد.
سرعت متابولیسم در بدن انسان با به کارگیری از مخلوط آب سنگین هیدروژنی و آب سنگین اکسیژنی مورد مطالعه نیز قرار می‌گیرد. هنگامی که دوتریوم موجود در آب سنگین، نوترونی را به دام می‌اندازد، تبدیل به تریتیوم می‌گردد. از این تریتیوم جهت کنترل واکنش‌های شکافت هسته‌ای استفاده می‌شود. حلال آب سنگین در طیف‌سنجی رزونانس مغناطیس هسته‌ای کاربرد دارد. ایزوتوپولوگ بسیاری ترکیبات آلی به کمک دوتریوم دی‌اکسید آماده می‌شوند.
تولید آب سبک چگونه است؟
بهتر است بدانید که آب‌های سبک‌تری که فاقد آب سنگین هستند، تنها توسط روش‌های مصنوعی قابل تولید انبوه می‌باشند که این موضوع از طریق فرآیند پیچیده فیزیکی شیمیایی انجام می‌شود. این گونه روش‌هایی که با تقلید از فرآیندهای صورت گرفته بر آب در اتمسفر زمین؛ ولی با کارایی بالاتری صورت می‌پذیرند.
برای مثال فرآیند تولید آب سنگین حاوی جداسازی دوتریوم‌های آب می‌باشد. البته محصول جانبی این فرآیند، آب تهی شده از دوتریوم است. تولید آب تهی شده از دوتریوم به روش‌های الکترولیز و همینطور تقطیر انجام می‌شود؛ همچنین تصفیه توسط غشاهای منحصر‌به‌فرد و بلوری سازی، از دیگر شیوه‌های آماده‌سازی هستند. علاوه بر این آب تهی شده از دوتریوم نیز می‌تواند به طور مستقیم با به کارگیری از فرآیند گریدلر سولفید نیز تولید شود، روش جدید دیگر استفاده از کاتالیزور پلاتین در دمای سرد و گرم برای تولید آب تهی شده از دوتریوم با غلظت 120 ppm است.
تولید آب سنگین چگونه است؟
در واقع آب سنگین در طبیعت وجود و نیازی به تولید آن نیست؛ بلکه روش‌های متفاوتی جهت جداسازی آب سنگین که حاوی تبادل شیمیایی (ایزوتوپی)، تقطیر، الکترولیز، به کارگیری از غشاء، نفوذ گرمایی، لیزر و … وجود دارد که هر روش شامل مزایا و معایب مرتبط با خود می‌باشد و با توجه به خصوصیات روش‌های مذکور تا به الان سه روش اول در مقیاس صنعتی اجرا شده‌اند.
برای بار اول استفاده از روش الکترولیز (برقکافت) باعث تولید آب سنگین شد. البته از آنجا که نقطه جوش آب سنگین بالاتر از آب معمولی است، برای تولید آن از روش تبخیر و تقطیر هم استفاده می‌نمایند. تفاوت جرم آب سنگین و آب سبک قابل ملاحظه می‌باشد و همچنین تفاوت در نقاط جوش آب معمولی و آب سنگین، امکان جداسازی آب سنگین و همینطور خالص سازی آن را آسان و راحت می‌نمایند. در حقیقت در حالت عادی در بین هر 6400 تا 700 مولکول آب معمولی، یک مولکول آب سنگین نیز وجود دارد که جهت تولید آن از طریق فیزیکی و شیمیایی درجه خلوص آن را بالا می‌برند.
مزایای نوشیدن آب سبک برای سلامتی چیست؟
توجه داشته باشید که نوشیدن آب سبک می‌تواند باعث کاهش غلظت دوتریوم در بدن گردد که منجر به افزایش سطح انرژی و همینطور بهبود عملکرد سلول‌ها می‌شود. در متن زیر به مزایای نوشیدن آب سبک اشاره خواهیم کرد:
تقویت سیستم ایمنی بدن
حفظ شادابی و سلامت پوست
کاهش سرعت فرآیند پیری بدن
جلوگیری از سنگ کلیه
تقویت عضلات بدن
تنظیم عملکرد دستگاه گوارش
بهبود سلامت کلیه‌ها
و …
سخن پایانی
بهتر است بدانید که درجه سختی مناسب آب به کاربرد آن در مصرف‌های صنعتی، کشاورزی و آشامیدنی می‌باشد. در این مقاله تمام تلاش خود را کردیم تا اطلاعاتی درمورد آب سبک و سنگین در انرژی اتمی به شما دوستان عزیز بدهیم. از شما تشکر می‌کنیم که تا انتهای این مقاله همراه ما بودید.
چنانچه نیازمند انواع نمد ژئوتکستال برای مصارف نمد عایق رطوبتی، نمد زیرسازی جاده، نمد سدسازی، نمد زیرسازی راه آهن، نمد زهکشی و نگهداری مایعات، نمد خطوط گاز، نمد کنترل فرسایش خاک، نمد صنایع خودرو، نمد چرم سازی، نمد صنعت پوشاک هستید به راحتی میتوانید با تیم مهندسی شرکت لایی ابرینه در تماس باشید.