– Raskas vesi on avain yksi tyyppinen reaktori, jossa plutonium voidaan kasvatetaan luonnon uraania. Sinänsä raskaan veden tuotantoa on aina valvottu, ja materiaali on vientivalvontaa. Lisäksi deuteriumin lähde on välttämätön tritiumin ja 6lidin, kahden lämpöydinaseen ainesosan, tuotannossa., Kansakunnan etsivät suuria määriä raskasta vettä luultavasti haluaa käyttää materiaalia kohtalainen reaktori, ja voi olla suunnittelu tuottaa plutoniumia. Kanadassa suunniteltuja ja rakennettuja CANDU-reaktoreita (CANadian Deuterium Uranium) käytetään kuitenkin kaupalliseen sähköntuotantoon.

Ddeuterium, 2H, atomi, jonka ydin sisältää yhden neutronin, löydettiin ennen neutroni itse. Vuonna 1931 useimmat tiedemiehet ajattelivat isotooppien eri painojen johtuvan ylimääräisistä protoneista, jotka oli sidottu ”ydinelektroneihin.,”Tämä vuosi, Columbian Yliopisto, Harold Urey havaitsi spektrisiä riviä 2H kaupallisessa vetykaasua ja Kiitospäivä, tunnistaa sen muutaman kuutiosenttimetriä nestemäinen vety. Helmikuussa 1932, Cambridge, England, James Chadwick löysi neutronin — kun hänen mallia. Irene ja Frédéric Joliot-Curie, joka oli havaittu vaikutuksia neutroneja, mutta väärin niitä.

Deuterium on fyysisesti niin erilainen kuin tavallinen vety (noin kaksi kertaa niin massiivinen, yksi asia), että kemistit innokkaasti käänsivät huomiota., He ihmettelivät, mitä eroja deuterium sijaan tavallinen vety saattaa tehdä käyttäytymistä kemialliset yhdisteet; mitä vaikutuksia kasvien ja eläinten vettä, jossa on kaksi deuterium-atomeja per molekyyli voisi olla, ja vaikka mitä terapeuttista potentiaalia kirjaimellisesti raskas vesi saattaa olla.

Raskasta vettä, D2O, on vedessä, jossa molemmat vetyatomit on korvattu deuteriumilla, isotooppi vedystä, jossa on yksi protoni ja yksi neutroni. Sitä esiintyy luonnossa vedessä, mutta vain pieninä määrinä, alle 1 Osa 5 000: sta., Raskas vesi on toinen kahdesta keskeisestä moderaattorista, jotka sallivat ydinreaktorin toimia polttoaineenaan luonnonuraani. Toinen moderaattori on reaktorilaatuinen Grafiitti (Grafiitti, joka sisältää alle 5 ppm booria ja jonka tiheys on yli 1,50 gm/cm 3 ). Ensimmäinen vuonna 1942 rakennettu ydinreaktori käytti moderaattorina grafiittia; Saksan toisen maailmansodan aikaiset ponnistelut keskittyivät käyttämään raskasta vettä luonnonuraania käyttävän reaktorin kohtuullistamiseen.,

merkitystä raskaan veden ydin-proliferator on, että se tarjoaa yksi reitti tuottaa plutoniumia käytettäväksi aseita, täysin ohittaen uraanin rikastamiseen ja kaikki niihin liittyvät teknisen infrastruktuurin. Lisäksi tritiumin valmistukseen voidaan käyttää raskasvesimoderoituja reaktoreita.

Deuterium esiintyy luonnostaan noin 0,015 prosentin pitoisuutena alkuainevedyssä. Tämä luonnossa esiintyvä isotooppi keskitettiin tuottamaan puhdasta deuteriumia ” raskaan veden muodossa.”Raskasta vettä käytettiin jäähdytysaineena ja moderaattorina ydinmateriaalien tuotantoreaktoreissa., Raskasta vettä voidaan tehdä rikkivety-vesi-kemiallisella vaihdolla, veden tislauksella tai elektrolyysillä.

  • Rikkivetyä-Veden Vaihto – sekoitus rikkivetyä (H2S) ja veden kemiallinen tasapaino, keskittyminen deuterium veteen on suurempi kuin pitoisuus H2S. Ero näiden pitoisuudet riippuu seoksen lämpötila. Käytännössä vesi ja rikkivetykaasu saadaan virtaamaan vastakkaisiin suuntiin kahdessa eri lämpötilassa. Deuterium siirtyy kaasusta veteen kylmässä osassa., Ehtynyt kaasu kierretään takaisin kuumaan osaan, jossa deuterium siirretään takaisin kaasuun vedestä. Useat tämän prosessin vaiheet mahdollistavat deuterium rikastukset jopa 20-30%.
  • Fractional Tislaus – Veden molekyylit, joissa deuterium-atomeja höyrystyy korkeammassa lämpötilassa kuin ilman deuterium, joten kiehumispiste raskas vesi on hieman korkeampi kuin tavallista vettä. Vesihöyryn edellä sekoitus normaali ja raskas vesi on hieman tyhjentynyt deuterium seurauksena, kun neste on hieman rikastettu., Väkevöinti johtuu siitä, että normaali vety on kiehunut ja irronnut höyryä.
  • elektrolyysi-normaalia vetyä sisältävä vesi irtoaa sähkövirralla helpommin vetyyn ja happikaasuihin kuin deuteriumia sisältävä vesi. Tällöin isotoopit voidaan erottaa toisistaan. Savannah River Site heavy water plant käytti rikkivetyjen ja veden vaihtoprosessia osittain rikastuttamaan raskasta vettä. Deuterium väkevöitiin edelleen jakotislauksella ja sen jälkeen elektrolyysillä., Moderaattori muokata yksikön SRS käyttää fractional tislaus uudelleen rikastuttaa reaktorin moderaattori, joka oli tullut köyhdytettyä deuteriumia.

Vaikka yksi puhuu ”tekee” raskaan veden, deuteriumin ei ole tehty prosessi, vaan molekyylit raskas vesi on erotettu suuri määrä vesi koostuu H2O-tai HDO (yksittäin deuterated vettä), ja ”kuonat” on hävitettävä. Vaihtoehtoisesti vesi voidaan elektrolysoida niin, että saadaan happea ja vetyä, jotka sisältävät normaalia kaasua ja deuteriumia. Tämän jälkeen vety voidaan nesteyttää ja tislata näiden kahden lajin erottamiseksi toisistaan., Lopuksi syntyvä deuterium reagoi hapen kanssa muodostaen raskasta vettä. Ydinmuutoksia ei tapahdu.

raskaan veden tuottamiseksi merkittäviä määriä vaatii teknistä infrastruktuuria, mutta yksi, joka on yhtäläisyyksiä ammoniakin tuotanto, alkoholin tislaus, ja muita yleisiä teollisissa prosesseissa. Raskaan veden voi erottaa suoraan luonnonvedestä tai ensin ”rikastuttaa” deuteriumpitoisuutta vetykaasussa. Raskaan veden eri kiehumispisteitä on mahdollista hyödyntää (101.,4 °C) ja normaali vesi (100 °C) tai ero kiehumispisteiden välillä deuterium (-249.7 °C) ja vedyn (-252.5 °C). Kuitenkin, koska alhainen runsaasti deuterium, valtava määrä vettä olisi keitetty saada hyödyllisiä määriä deuteriumia. Veden höyrystymisen suuren kuumuuden vuoksi prosessissa käytettäisiin valtavia määriä polttoainetta tai sähköä. Käytännön laitokset, jotka hyödyntävät kemiallisia eroja, käyttävät paljon pienempiä energiamääriä vaativia prosesseja., Erotusmenetelmiin kuuluvat nestemäisen vedyn tislaus sekä erilaiset kemialliset vaihtoprosessit, joissa hyödynnetään deuteriumin ja vedyn erilaisia affiniteetteja eri yhdisteille. Näitä ovat ammoniakki / vetyjärjestelmä, joka käyttää katalyyttinä kaliumamidia, sekä rikkivety/vesijärjestelmä (Girdlersulfidiprosessi).

Erottaminen tekijöitä per vaihe ovat huomattavasti suuremmat deuterium rikastamiseen kuin uraanin rikastamiseen, koska suurempi suhteellinen massa ero. Tämä kuitenkin kompensoidaan, koska kokonaisrikastustarve on paljon suurempi., Vaikka 235U on 0,72 prosenttia luonnonuraanista, ja se on rikastettava 90 prosenttiin tuotteesta, deuteriumia on vain .015 prosenttia vedystä vedessä ja on rikastettava yli 99 prosenttiin. Jos tulovirrassa on vähintään 5 prosenttia raskasta vettä, tyhjötislaus on suositeltava tapa erottaa raskas normaalista vedestä.

Tämä prosessi on käytännössä samanlainen kuin viinistä tislatun brandyn tislaus., Pääasiallinen näkyvä ero on käyttää fosfori-pronssi-pakkaus, joka on käsitelty kemiallisesti vettyvyyden parantamiseksi tislaus-sarakkeen sijaan kupari pakkaus. Useimmat orgaaniset nesteet ovat ei-polaarisia ja märkä lähes mitä tahansa metallia, kun taas vettä, on erittäin poolinen molekyyli, jossa on korkea pintajännitys, kastelee hyvin vähän metalleja. Prosessi toimii parhaiten alhaisissa lämpötiloissa, jossa vesi virtaa pieniä, joten kostutus pakkaus sarakkeessa on erityisen tärkeää. Fosforipronssi on kupariseos, jonka kanssa .02-.05 prosenttia johtaa,.05-.15 prosenttia rautaa,.5-.11 prosenttia tinaa, ja .01-.,35 prosenttia fosforia.

raskasta vettä tuotetaan Argentiinassa, Kanadassa, Intiassa, Iranissa ja Norjassa. Oletettavasti kaikki viisi julistettua ydinasevaltiota voivat tuottaa materiaalin. Ensimmäinen kaupallinen raskaan veden tehdas oli Norsk Hydro laitos Norjassa (rakennettu 1934, kapasiteetti 12 metristä tonnia vuodessa); tämä on kasvi, joka hyökkäsi Liittolaisten kieltää raskaan veden Saksaan. Suurin tehdas oli Bruce Plant Kanadassa (1979; 700 tonnia/vuosi), mutta laitos suljettiin vuonna 1998. Intian näennäinen kapasiteetti on erittäin korkea, mutta sen ohjelma on ollut levoton., Onnettomuudet ja seisokit ovat johtaneet tehokkaisiin tuotantorajoituksiin.

Bruce Raskaan Veden Tehtaan Ontario, Kanadassa, oli maailman suurin tuottaja D2O. Sitä käytetään Girdler Rikkivetyä (GS) prosessi, joka sisältää double cascade jokaisessa vaiheessa. Ylemmässä (”kylmä”, 30-40 °C) jaksossa deuterium rikkivedystä siirtyy mieluiten veteen. Alemmassa (”kuuma”, 120-140 °C) osassa deuterium siirtyy mieluiten vedestä vetysulfidiksi. Sopiva cas-cade-järjestely todella tuottaa rikastusta. Ensimmäisessä vaiheessa kaasu rikastetaan 0.,015% deuteriumista 0,07%: iin. Toinen sarake rikastuttaa tätä 0,35 prosenttiin , ja kolmannella kolonnilla saadaan rikastettua 10-30 prosenttia deuteriumia. Tämä tuote lähetetään tislausyksikköön viimeistelyä varten 99,75% ”reaktorilaatuista” raskasta vettä. Vain noin viidennes deuteriumista rehuvedessä muuttuu raskasvesituotteeksi. Yhden kilon painavan veden tuotanto vaatii 340 000 kiloa rehuvettä.