آب سنگین آبی است که نسبت ایزوتوپ دوتریوم در آن از حد آب معمولی بیشتر است. در آب سنگین (با فرمول D۲O) بر خلاف آب معمولی (با فرمول H۲O) به جای هیدروژن ایزوتوپ هیدروژن دوتریم با اکسیژن ترکیب شده است.
تاریخچه
هارولد یوری شیمیدان و از پیشتازان فعالیت روی ایزوتوپها که در سال 1934 جایزه نوبل در شیمی گرفت در سال 1931 ایزوتوپ هیدروژن سنگین را که بعد ها به منظور افزایش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، کشف کرد.
همچنین در سال 1933، گیلبرت نیوتن لوئیس (Gilbert Newton Lewis شیمیدان و فیزیکدان مشهور آمریکایی) استاد هارولد یوری توانست برای اولین بار نمونه آب سنگین خالص را بوسیله عمل الکترولیز بوجود آورد.
اولین کاربرد علمی از آب سنگین در سال در سال 1934 توسط دو بیولوژیست بنامهای هوسی (Hevesy) و هافر(Hoffer) صورت گرفت. آنها از آب سنگین برای آزمایش ردیابی بیولوژیکی، به منظور تخمین میزان بازدهی آب در بدن انسان، استفاده قرار دادند.
آب نیمه سنگین
چنانچه در اکسید هیدروژن تنها یکی از اتمهای هیدروژن به ایزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه حاصله (HDO) را آب نیمه سنگین می گویند. در مواردی که ترکیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشکیل مولکوهای آب حضور داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می شود.
معایب آب سنگین
آب سخت آبی است که حاوی گچ، آهک و دیگر املاح محلول می باشد. در آب سخت سطح برخی از املاح معدنی محلول در آب بیشتر است. این املاح معدنی عمدتا شامل کربنات کلسیم و کربنات منیزیم می باشند.
اما املاحی مانند بی کربناتها، سولفاتها و سیلیکات ها و همچنین آهن و منگنز را نیز در برمیگیرد. با آنکه نوشیدن آب سخت مشکل خاصی برای سلامتی شما ایجاد نمی کند .
(جز آنکه میتواند تشکیل سنگ کلیه را افزایش دهد) چه بسا ممکن است در برخی موارد مزیتهایی نیز داشته باشد .
(مثلا شکستگی استخوانها سریعتر جوش می خورند و یا خوردگی را در لوله ها به حداقل میرساند)
اما مصرف آب سخت مضرات بسیاری نیز دارا میباشد که به قرار زیر میباشد:
1- موجب رسوب مواد آهکی بروی جداره داخلی کتریها، قوریها، لوله های آب گرم، لباس شوییها، ظرف شوییها، کولرها، شوفاژها و دیگهای بخار میگردد.
2- کیفیت طعم و مزه چای و قهوه را کاهش میدهد.
3- صابون، شامپو و سایر شوینده های خانگی با آب سخت خوب کف تولید نمیکنند بنابراین بازده شستشو کاهش یافته و مصرف شوینده ها افزایش می یابد.
4- سبب خشن و زبر شدن البسه، رنگ پریدگی لباسها و خاکستری شدن لباسهای سفید رنگ میشود. عمر مفید لباسها را کاهش میدهد.
5- کارایی و راندمان شوفاژ و سایر سیستمهای گرمایشی که در آنها آب جریان دارد راکاهش میدهد.
6- سبزیها به خوبی پخته نمیگردند.
7- شستن بدن حین استحمام با آب سخت سبب میگردد قشری از نمکهای نامحلول روی پوست و موهای بدن رسوب کند. که همین امر سبب مسدود شدن روزنه ها و خارش و سوزش پوست میگردد. همچنین موها را رنگ پریده کرده و شانه کردن و برس کشیدن موها دشوار میگردد. این رسوبات رشد باکتریها را نیز تسهیل میکند.
برای کاهش سختی آب میتوانید از فیلترهای تصفیه کننده آب خانگی استفاده کنید که دارای سختی گیر میباشند. سختی گیرها با تبادل یونهای کلسیم و منیزیم با یونهای سدیم و پتاسیم غلظت املاح سخت را کاهش میدهند.
مزایای آبی که سختی آن گرفته شده است
1- عمر مفید هیترها، ظرف شوییها و ماشین لباس شوییها و لوله های آب افزایش مییابد.
2- صابون و شامپو بهتر کف تولید کرده و میزان مصرف آنها 50 درصد کاهش می یابد.
3- کف خمیر دندان افزایش می یابد.
4- بازده سیستمهای گرمایشی افزایش می یابد.
5- مدت زمان شستشوی ظرفها کاهش می یابد.
6- جرم و رسوبات کتری، قوری، لوله های آب گرم و وان حمام حذف میگردد.
7- رگه ها و لکهای ظروف پس از شستشو به حداقل رسیده و ظروف براق تر و درخشنده تر میگردند.
8- موها را نرم و لطیف کرده و شانه و برس زدن آنها راحت تر میگردد.
9- شستشوی خودرو آسانتر میگردد.
10- اصلاح ریش صورت آسانتر میگردد.
11- خشکی و زبری پوست کاهش می یابد.
12- رخت ها پس از ششتشو نرمتر و روشنتر میشوند.
کاربرد آب سنگین در راکتورهای هسته ای
راکتورهای آب سنگین نیازی به اورانیوم غنی شده ندارد و از اکسید اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کند .
این فرایند, نیاز به اورانیوم غنی شده را مرتفع می کند اما طراحی این راکتورها پیچیده و تولید آب سنگین نیز هزینه بر است .
بر اساس این گزارش آب سنگین از جدا سازی نوعی از مولکول های آب با غلظت 1 در هر 7000 مولکول به دست می آید که هیدروژن آن یک نوترون بیشتر از هیدروژن عادی دارد .
این نوترون اضافه موجب می شود تا عمل کند کنندگی نوترون های پر سرعت به اندازه ای برسد که واکنش های زنجیره ای تولید انرژی از میله های سوخت آغاز شود در حالی که در راکتورهای قدرت آب سبک , اورانیوم غنی شده درحد سه و نیم درصد و بیش از آن برای انجام واکنش مورد نیاز است .
در راکتورهای آب سنگین , این ماده وظیفه خنک کردن میله های سوخت , همزمان با کند کردن نوترون های پر انرژی را به عهده دارد.
با نزدیک شدن راکتور تحقیقاتی تهران , که حدود چهل سال پیش و با قدرت 5 مگاوات راه اندازی شده است , به پایان عمر کاری خودو نیاز روز افزون کشور به انواع رادیو ایزوتوپ های صنعتی و همچنین رادیو داروها , راکتور تحقیقاتی آب سنگین اراک با قدرت 40 مگاوات طراحی و مکان آن در نزدیکی شهر خنداب در شمال غربی شهرستان اراک تعیین شد .
از آنجا که این راکتور در زمان راه اندازی به مقدار زیادی آب سنگین نیازدارد مجتمع آب سنگین اراک همزمان با پی گیری ساخت ساختمان و راکتور آماده شد و به بهره برداری رسید تا بتواند نیاز راکتور را در زمان راه‌اندازی فراهم کند.