Těžká voda je klíčem k jeden typ reaktoru, ve kterém plutonium mohou být vyšlechtěna z přírodního uranu. Jako takový, výroba těžké vody byla vždy sledována, a materiál je řízen vývozem. Kromě toho je zdroj deuteria nezbytný pro výrobu tritia a 6lidu, dvou složek termonukleárních zbraní., Národ hledá velké množství těžké vody asi chce použít materiál středně reaktoru, a může být plánuje vyrábět plutonium. Reaktory CANDU (CANadian Deuterium Uran) navržené a postavené v Kanadě se však používají pro komerční výrobu elektrické energie.

Ddeuterium, 2H, atom, jehož jádro obsahuje jeden neutron byl objeven před neutron sám. V roce 1931 si většina vědců myslela, že rozdílné hmotnosti izotopů jsou způsobeny extra protony vázanými na „jaderné elektrony“.,“Ten rok, na Columbia University, Harold Urey našel spektrální linie 2h v komerčním vodíkovém plynu a díkůvzdání ho identifikoval v několika kubických centimetrech koncentrovaného kapalného vodíku. V únoru roku 1932, v Cambridge, v Anglii, James Chadwick objevil neutron-vzhledem k jeho tágo od ir? ne a Frédérica Joliot-Curie, který pozoroval účinky neutronů ale špatně vyložil.

Deuterium je fyzicky tak odlišné od obyčejného vodíku (zhruba dvakrát tak masivní, na jednu věc), že chemici na něj dychtivě obrátili svou pozornost., Divili se, jaké rozdíly deuterium místo obyčejného vodíku by se v chování chemické sloučeniny; účinky na rostliny a zvířata z vody se dvěma atomy deuteria v molekule může být, a dokonce i to, co terapeutický potenciál to doslova těžké vody by mohlo mít.

těžká voda, D2O, je voda, ve které byly oba atomy vodíku nahrazeny deuteriem, izotop vodíku obsahující jeden proton a jeden neutron. Je přítomen přirozeně ve vodě,ale pouze v malých množstvích, méně než 1 díl z 5 000., Těžká voda je jedním ze dvou hlavních moderátorů, které umožňují jadernému reaktoru pracovat s přírodním uranem jako jeho palivo. Druhým moderátorem je grafit reaktoru (grafit obsahující méně než 5 ppm boru a s hustotou vyšší než 1,50 gm/cm 3 ). První jaderný reaktor postavil v roce 1942 použit grafit jako moderátor; německé úsilí během druhé Světové Války se soustředil na použití těžké vody, aby se středně reaktoru pomocí přírodního uranu.,

význam těžkou vodu pro jaderný tiazolidindionom je, že poskytuje jednu trasu k výrobě plutonia pro použití ve zbraních, zcela obcházet obohacování uranu a všechny související technologické infrastruktury. Kromě toho mohou být k výrobě tritia použity reaktory moderované těžkou vodou.

Deuterium se přirozeně vyskytuje v koncentraci asi 0,015 procenta v prvku vodík. Tento přirozeně se vyskytující izotop byl koncentrován na výrobu čistého deuteria ve formě „těžké vody.“Těžká voda byla použita jako chladicí kapalina a moderátor ve výrobních reaktorech jaderných materiálů., Těžká voda může být vyrobena pomocí chemické výměny sirovodíku a vody, destilace vody nebo elektrolýzy.

  • sirovodík-Výměna Vody – směs sirovodíku (H2S) a vody v chemické rovnováhy, koncentrace deuteria ve vodě je větší než koncentrace H2S. Rozdíl v těchto koncentrací závisí na teplotě směsi. V praxi se voda a plyn sirovodík vyrábějí tak, aby proudily v opačných směrech při dvou různých teplotách. Deuterium se přenáší z plynu do vody v chladné části., Vyčerpaný plyn je recirkulován do horké sekce, kde se deuterium přenáší zpět do plynu z vody. Několik fází tohoto procesu umožňuje obohacení deuteria až o 20-30%.
  • Frakční Destilace – Voda molekuly obsahující atomy deuteria odpařování při vyšší teplotě, než u těch bez deuteria, takže bod varu těžké vody je mírně vyšší než u normální vody. Vodní pára nad směsí normální a těžké vody bude v důsledku toho mírně vyčerpána v deuteriu, zatímco kapalina bude mírně obohacena., Obohacení je výsledkem postupného varu a odstraňování par obsahujících normální vodík.
  • elektrolýza – voda obsahující normální vodík je snadněji disociována na vodík a kyslíkové plyny elektrickým proudem než voda obsahující deuterium. To umožňuje oddělit izotopy. Řeka Savannah heavy Water plant použila proces výměny sirovodíku a vody k částečnému obohacení těžké vody. Deuterium bylo dále koncentrováno frakční destilací a poté elektrolýzou., Moderátorská přepracovací jednotka v SRS použila frakční destilaci k opětovnému obohacení moderátoru reaktoru, který byl vyčerpán deuteriem.

i když jeden mluví o „výrobu“ těžké vody, deuteria není v procesu; spíše, molekuly těžké vody jsou odděleny od obrovské množství vody se skládá z H2O nebo HDO (jednotlivě deuterované vody), a „odpad“ je zlikvidován. Alternativně, voda může být elektrolýza, aby se kyslík a vodík obsahující normální plyn a deuteria. Vodík pak může být zkapalněn a destilován k oddělení obou druhů., Nakonec se výsledné deuterium reaguje s kyslíkem za vzniku těžké vody. Nedochází k žádným jaderným transformacím.

výroba těžké vody ve významných množstvích vyžaduje technickou infrastrukturu, ale ta, která má podobnost s výrobou amoniaku, destilací alkoholu a dalšími běžnými průmyslovými procesy. Lze oddělit těžkou vodu přímo od přírodní vody nebo nejprve „obohatit“ obsah deuteria ve vodíkovém plynu. Je možné využít různých bodů varu těžké vody (101.,4 °C) a normální vodou (100 °C), nebo rozdíl v bodu varu mezi deuteria (-249.7 °C) a vodíku (-252.5 °C). Vzhledem k nízkému množství deuteria by však muselo být vařeno obrovské množství vody, aby se získalo užitečné množství deuteria. Vzhledem k vysokému teplu odpařování vody by tento proces využíval obrovské množství paliva nebo elektřiny. Praktická zařízení využívající chemické rozdíly využívají procesy vyžadující mnohem menší množství energie., Separační metody zahrnují destilaci kapalného vodíku a různé chemické výměnné procesy, které využívají různé afinity deuteria a vodíku pro různé sloučeniny. Patří sem systém amoniaku/vodíku, který používá jako katalyzátor amid draselný, a systém sirovodíku/vody (proces sulfidu).

separační faktory na stupeň jsou významně větší pro obohacování deuteria než pro obohacování uranu kvůli většímu rozdílu relativní hmotnosti. To je však kompenzováno, protože celkové obohacení potřebné je mnohem větší., Zatímco 235U je 0,72 procenta přírodního uranu a musí být obohaceno na 90 procent produktu, deuterium je pouze .015 procent vodíku ve vodě a musí být obohaceno na více než 99 procent. Pokud má vstupní proud alespoň 5 procent těžké vody, je vakuová destilace preferovaným způsobem, jak oddělit těžkou vodu od normální vody.

tento proces je prakticky totožný s procesem používaným k destilování brandy z vína., Hlavním viditelným rozdílem je použití fosfor-bronzového obalu, který byl chemicky ošetřen, aby se zlepšila smáčivost destilační kolony spíše než měděného obalu. Většina organických kapalin je nepolární a Mokrá prakticky jakýkoli kov, zatímco voda, která je vysoce polární molekulou s vysokým povrchovým napětím, smáčí jen velmi málo kovů. Tento proces funguje nejlépe při nízkých teplotách, kdy jsou toky vody malé, takže smáčení balení ve sloupci má zvláštní význam. Fosfor-bronz je slitina mědi .02-.05 procent olovo, .05-.15 procent železa, .5-.11 procent tin, a .01-.,35 procent fosforu.

těžká voda se vyrábí v Argentině, Kanadě, Indii, Íránu a Norsku. Předpokládá se, že všech pět deklarovaných států jaderných zbraní může materiál vyrobit. První komerční těžká vodní elektrárna byla Norsk Hydro facility v Norsku (postavený 1934, kapacita 12 metrických tun ročně); to je závod, který byl napaden spojenci popřít těžkou vodu do Německa. Největší závod byl Bruce Závodu v Kanadě (1979; 700 metrických tun/rok), ale toto zařízení bylo uzavřeno v roce 1998. Zdánlivá kapacita Indie je velmi vysoká, ale její program byl znepokojen., Nehody a odstávky vedly k účinným omezením výroby.

Bruce Heavy Water Plant v kanadském Ontariu byl největším světovým výrobcem D2O.používal proces sulfidu Girdleru (GS), který v každém kroku zahrnuje dvojitou kaskádu. V horní části („studené“, 30-40 °C), deuterium ze sirovodíku přednostně migruje do vody. V dolní („horké“, 120-140 °C) sekci deuterium přednostně migruje z vody na sirovodík. Vhodné uspořádání cas-cade skutečně obohacuje. V první fázi je plyn obohacen od 0.,015% deuteria na 0,07%. Druhý sloupec obohacuje to až 0,35% , a třetí sloupec dosahuje obohacením mezi 10% a 30% deuteria. Tento produkt je odeslán do destilační jednotky pro dokončení na 99,75% „reaktor-grade“ těžké vody. Pouze asi jedna pětina deuteria vrostlinná krmná voda se stává těžkým vodním produktem. Výroba jedné libry těžké vody vyžaduje 340 000 liber krmné vody.