Цяжкая вада

Ця́жкая вада́ (хімічны сымбаль D₂O або ²H₂O) — аксыд дэўтэрыя, вада H₂O, у якой звычайный атам вадароду (протый) замешчаны цяжкім ізатопам вадароду — дэўтэрыем, у якім у дадатак да пратону ёсьць яшчэ адзін нэўтрон.

Існуе таксама паўцяжкая вада HDO, з адным атамам дэўтэрыя.

Гісторыя

Амэрыканскі хімік Гаральд Клэйтан Урэй у 1931 годзе апублікаваў апісаньне тэхналёгіі аддзяленьня дэўтэрыя ад звычайнага вадароду, а ў 1934 годзе Гільбэрт Ньютан Льюіс першым здабыў чыстыя ўзоры цяжкай вады.

Першы завод для камэрцыйнай вытворчасьці цяжкай вады быў пабудаваны ў Нарвэгіі ў 1934 годзе канцэрнам Norsk Hydro. Завод быў разьлічаны на выраб 12 тонаў цяжкай вады ў год. Падчас Другой сусьветнай вайны ў 1942—1943 гадах брытанцы некалькі разоў спрабавалі зьнішчыць завод, каб спыніць праграму распрацоўкі ядзернай зброі фашысцкай Нямеччыны. Нарэшце 20 лютага 1944 году яны зьнішчылі завод, скінуўшы каля 400 бомбаў (на падставе гэтай гісторыі быў зроблены фільм «Героі Тэлемарку» з удзелам Керка Дуґляса).

Хімічныя ўласьцівасьці

• Пункт кіпеньня: 101,42° C (214,56 °F) пры нармальным атмасфэрным ціску
• Пункт замярзаньня: 3,81° C (38,86° F)
• Шчыльнасьць: 1,1079 пры нармальным атмасфэрным ціску і тэмпэратуры

Цяжкая вада мае трохі меншую распушчальнасьць за звычайную ваду. Экспэрымэнты з мышамі паказалі, што спажываньне толькі цяжкай вады запавольвае працэс мітозу, дзяленьня клетак. Цяжкая вада ня лічыцца таксінам або атрутай, але некаторыя мэтабалічныя рэакцыі патрабуюць толькі звычайную лёгкую ваду, і таму спажываньне цяжкай вады чалавекам можа выклікаць пэўныя праблемы.

Выкарыстаньне

Адна з самых важных уласьцівасьцяў цяжкай вады гэта тое, што яна ў адрозьненьні ад звычайнай вады не паглынае нэўтроны, а таму яна выкарыстоўваецца ў некаторых тыпах атамных рэактараў для запавольваньня нэўтронаў (звычайная вада таксама добра запавольвае нэўтроны, але яна ў дадатак іх паглынае). Запавольваньне нэўтронаў патрэбнае для таго, каб яны маглі ўступаць у рэакцыю з уранам у рэактары. Такая тэхналёгія ўжываецца, напрыклад, у канадзкім рэактары CANDU.

У некаторых іншых мадэлях рэактараў ужываецца звычайная вада, але тады рэактару патрэбны ўзбагачаны ўран для дасягненьня ланцуговай рэакцыі. У мадэлях зь цяжкай вадой можна выкарыстоўваць неўзбагачаны ўран (напрыклад, 0,7% ²³⁵U у рэактары CANDU).

Яшчэ адзін прыклад выкарыстаньня — пошук нэўтрына. Садбурская абсэрваторыя нэўтрына ў Антарыё ўзяла на пракат 1000 тон цяжкай вады, якую памясьцілі ў спэцыяльны дэтэктар нэўтрына на глыбіні 3 кілямэтры пад зямлёю. Садбурская абсэрваторыя нэўтрына рэгіструе радыяцыю Чаранкова, калі нэўтрына пралятаюць праз рэзэрвуар зь цяжкай вадой.

Цяжкая вада таксама ўжываецца як ізатопны індыкатар у хіміі й біялёгіі.

Выраб

На зямлі паўцяжкая вада HDO сустракаецца ў звычайнай вадзе ў прапорцыі 1 на 3200. Яна можа быць выдзеленая шляхам дыстыляцыі, шматступеннага электралізу, рэктыфікацыі вады, іённага абмену, рэктыфікацыі аміяку, а таксама з дапамогай іншых хімічных рэакцыяў, якія па-рознаму рэагуюць на протый і дэўтэрый. Як толькі HDO пачынае мець істотную прапорцыю ў вадзе, то пачынаюць зьяўляцца і малекулы цяжкай вады D₂O, паколькі малекулы вады часта абменьваецца між сабой атамамі вадароду.

У сьвеце штогод вырабляюцца дзясяткі тысяч тон цяжкай вады. У асноўным яна патрэбныя для атамных электрастанцыяў, якія ўжываюць яе для запавольваньня нэўтронаў і як цепланосьбіт.

Найбуйнейшым вытворцам цяжкай вады ў сьвеце зьяўляецца Канада, на другім месцы — Індыя.