apa Grea este cheia pentru un singur tip de reactor în care plutoniul pot fi crescute din uraniu natural. Ca atare, producția de apă grea a fost întotdeauna monitorizată, iar materialul este controlat la export. În plus, o sursă de deuteriu este esențială pentru producerea de tritiu și 6LiD, două ingrediente ale armelor termonucleare., O națiune care caută cantități mari de apă grea, probabil, dorește să folosească materialul pentru a modera un reactor, și poate fi de planificare pentru a produce plutoniu. Cu toate acestea, reactoarele CANDU (Canadian Deuteriu uraniu) proiectate și construite în Canada sunt utilizate pentru producția comercială de energie electrică.Ddeuterium, 2h, un atom al cărui nucleu include un neutron, a fost descoperit înainte de neutronul însuși. În 1931, majoritatea oamenilor de știință au crezut că greutățile diferite ale izotopilor se datorează protonilor suplimentari legați de „electronii nucleari.,”În acel an, la Universitatea Columbia, Harold Urey a găsit liniile spectrale de 2h în gazul de hidrogen comercial și, de Ziua Recunoștinței, l-a identificat în câțiva centimetri cubi de hidrogen lichid concentrat. În februarie 1932, la Cambridge, Anglia, James Chadwick a descoperit neutronul — luându-și replica de la Irène și Frédéric Joliot-Curie, care observaseră efectele neutronilor, dar i-au interpretat greșit.
deuteriul este fizic atât de diferit de hidrogenul obișnuit (aproximativ de două ori mai masiv, pentru un singur lucru) încât chimiștii și-au îndreptat cu nerăbdare atenția asupra acestuia., Ei s-au întrebat ce diferențe ar putea face deuteriul în locul hidrogenului obișnuit în comportamentul compușilor chimici; care ar putea fi efectele asupra plantelor și animalelor ale apei cu doi atomi de deuteriu pe moleculă; și chiar ce potențial terapeutic ar putea avea această apă literalmente grea. apa grea, D2O, este apa în care ambii atomi de hidrogen au fost înlocuiți cu deuteriu, izotopul hidrogenului care conține un proton și un neutron. Este prezent în mod natural în apă, dar în cantități mici, mai puțin de 1 parte din 5.000., Apa grea este unul dintre cei doi moderatori principali care permit unui reactor nuclear să funcționeze cu uraniu natural ca combustibil. Celălalt moderator este grafitul de tip reactor (grafit care conține mai puțin de 5 ppm bor și cu o densitate mai mare de 1,50 gm/cm3 ). Primul reactor nuclear construit în 1942 a folosit grafitul ca moderator; eforturile germane din timpul celui de-al doilea război mondial s-au concentrat pe utilizarea apei grele pentru a modera un reactor folosind uraniu natural.,importanța apei grele pentru un proliferator nuclear este că oferă încă o cale de a produce plutoniu pentru a fi utilizat în arme, ocolind în întregime îmbogățirea uraniului și toată infrastructura tehnologică aferentă. În plus, reactoarele moderate cu apă grea pot fi utilizate pentru a face tritiu.deuteriul apare în mod natural la o concentrație de aproximativ 0,015% în elementul hidrogen. Acest izotop natural a fost concentrat pentru a produce deuteriu pur sub formă de „apă grea.”Apa grea a fost folosită ca agent de răcire și moderator în reactoarele de producție a materialelor nucleare., Apa grea poate fi făcută folosind schimbul chimic de hidrogen sulfurat-apă, distilarea apei sau electroliza. hidrogen sulfurat-schimb de apă-într-un amestec de hidrogen sulfurat (H2S) și apă la echilibru chimic, concentrația de deuteriu în apă este mai mare decât concentrația în H2S. diferența dintre aceste concentrații depinde de temperatura amestecului. În practică, apa și hidrogenul sulfurat sunt făcute să curgă în direcții opuse la două temperaturi diferite. Deuteriul este transferat din gaz în apă în secțiunea rece., Gazul epuizat este recirculat în secțiunea fierbinte, unde deuteriul este transferat înapoi în gaz din apă. Mai multe etape ale acestui proces permit îmbogățiri de deuteriu de până la 20-30%.
factorii de separare pe etapă sunt semnificativ mai mari pentru îmbogățirea cu deuteriu decât pentru îmbogățirea cu uraniu datorită diferenței de masă relativă mai mare. Cu toate acestea, acest lucru este compensat deoarece îmbogățirea totală necesară este mult mai mare., În timp ce 235U este 0.72 la sută din uraniu natural, și trebuie să fie îmbogățit la 90 la sută din produs, deuteriu este numai .015 la sută din hidrogen în apă și trebuie să fie îmbogățit la mai mare de 99 la sută. Dacă fluxul de intrare are cel puțin 5% apă grea, distilarea în vid este o modalitate preferată de a separa apa grea de cea normală. acest proces este practic identic cu cel folosit pentru distilarea brandy-ului din vin., Principala diferență vizibilă este utilizarea unui ambalaj de fosfor-bronz care a fost tratat chimic pentru a îmbunătăți umectabilitatea coloanei de distilare, mai degrabă decât a unui ambalaj de cupru. Majoritatea lichidelor organice sunt nepolare și umezesc practic orice metal, în timp ce apa, fiind o moleculă foarte polară cu o tensiune superficială ridicată, umezește foarte puține metale. Procesul funcționează cel mai bine la temperaturi scăzute, unde fluxurile de apă sunt mici, astfel încât umezirea ambalajului în coloană are o importanță deosebită. Fosforul-bronz este un aliaj de cupru cu .02-.05 plumb la sută,.05-.15 la sută de fier, .5-.11 staniu la sută, și .01-.,35% fosfor.apa grea este produsă în Argentina, Canada, India, Iran și Norvegia. Probabil, toate cele cinci state de arme nucleare declarate pot produce materialul. Prima uzină comercială de apă grea a fost instalația Norsk Hydro din Norvegia (construită în 1934, cu o capacitate de 12 tone metrice pe an); aceasta este uzina care a fost atacată de aliați pentru a refuza apa grea în Germania. Cea mai mare fabrică a fost fabrica Bruce din Canada (1979; 700 tone metrice/an), dar această instalație a fost închisă în 1998. Capacitatea aparentă a Indiei este foarte mare, dar programul său a fost tulburat., Accidentele și opririle au condus la limitări efective ale producției.Uzina Bruce Heavy Water din Ontario, Canada, a fost cel mai mare producător mondial de D2O. a folosit procesul Girdler Sulfide (GS) care încorporează o cascadă dublă în fiecare etapă. În secțiunea superioară („rece”, 30-40 °C), deuteriul din hidrogen sulfurat migrează preferențial în apă. În secțiunea inferioară („fierbinte”, 120-140 °c), deuteriul migrează preferențial din apă în hidrogen sulfurat. Un aranjament adecvat cas-cade realizează de fapt îmbogățirea. În prima etapă, gazul este îmbogățit de la 0.,015% deuteriu la 0,07%. A doua coloană îmbogățește acest lucru la 0,35% , iar a treia coloană realizează o îmbogățire între 10% și 30% deuteriu. Acest produs este trimis la o unitate de distilare pentru finisare la 99,75%” reactor-grad ” apă grea. Doar aproximativ o cincime din deuteriu dinapa de alimentare a plantelor devine produs de apă grea. Producerea unui singur kilogram de apă grea necesită 340.000 de kilograme de apă pentru furaje.