Дейтерий

Изотоп водорода с одним нейтроном

Дейтерий ( водород-2 , символ ^2H или D , также известный как тяжелый водород ) — один из двух стабильных изотопов водорода ; другой — протий, или водород-1, ^{1H .} Ядро дейтерия , называемое дейтроном , содержит один протон и один нейтрон , тогда как гораздо более распространенный ^1H не имеет нейтронов. Дейтерий имеет естественное распространение в океанах Земли — около одного атома дейтерия на каждые 6420 атомов водорода. Таким образом, дейтерий составляет около 0,0156% по количеству (0,0312% по массе) всего водорода в океане:4,85 × 10 ¹³ тонн дейтерия – в основном в виде HOD (или ¹ HO ² H или ¹ H ² HO) и лишь изредка в виде D ₂ O (или ² H ₂ O) – в1,4 × 10 ¹⁸ тонн воды. Содержание ² H немного меняется от одного вида природной воды к другому (см. Венский стандарт средней океанической воды ).

Название дейтерий происходит от греческого deuteros , что означает «второй». ^{[3] [4]} Американский химик Гарольд Юри открыл дейтерий в 1931 году. Юри и другие получили образцы тяжелой воды , в которой ² H был высококонцентрированным. Открытие дейтерия принесло Юри Нобелевскую премию в 1934 году.

Дейтерий разрушается в недрах звезд быстрее, чем производится. Считается, что другие естественные процессы производят лишь незначительное количество дейтерия. Почти весь дейтерий, обнаруженный в природе, был произведен во время Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад, поскольку основное или изначальное соотношение ² H к ¹ H (≈26 атомов дейтерия на 10 ⁶ атомов водорода) берет свое начало с того времени. Это соотношение обнаружено в газовых гигантах, таких как Юпитер. Анализ соотношений дейтерия и протия ( ² H ¹ HR) в кометах показал результаты, очень похожие на среднее соотношение в океанах Земли (156 атомов дейтерия на 10 ⁶ атомов водорода). Это подкрепляет теории о том, что большая часть океанической воды Земли имеет кометное происхождение. ^{[5] [6]} 2 H ¹ HR кометы 67P/Чурюмова–Герасименко , измеренный космическим зондом Rosetta , примерно в три раза больше, чем у земной воды. Этот показатель является самым высоким из когда-либо измеренных у комет. ^{[7] Таким образом, 2} H ¹ HR продолжают оставаться активной темой исследований как в астрономии, так и в климатологии.

Отличия от обычного водорода (протия)

Водород (вверху) и дейтерий (внизу) светятся в газоразрядных трубках

Химический символ

Дейтерий часто обозначается химическим символом D. Поскольку это изотоп водорода с массовым числом 2, он также обозначается как ² H. ИЮПАК допускает как D, так и ² H, хотя ² H предпочтительнее. ^[8] Для удобства используется отдельный химический символ из-за общего использования изотопа в различных научных процессах. Кроме того, его большая разница в массе с протием ( ¹ H) обеспечивает немалые химические различия с соединениями ¹ H. Дейтерий имеет массу2,014 102  Да , что примерно вдвое больше среднего атомного веса водорода1,007 947  Да , или удвоенная масса протия1,007 825  Да . Весовые соотношения изотопов в других химических элементах в этом отношении в значительной степени незначительны.

Спектроскопия

В квантовой механике энергетические уровни электронов в атомах зависят от приведенной массы системы электрона и ядра. Для атома водорода роль приведенной массы проще всего увидеть в модели атома Бора , где приведенная масса появляется в простом расчете постоянной Ридберга и уравнении Ридберга, но приведенная масса также появляется в уравнении Шредингера и уравнении Дирака для расчета атомных энергетических уровней.

Приведенная масса системы в этих уравнениях близка к массе одного электрона, но отличается от нее на небольшую величину, примерно равную отношению массы электрона к ядру. Для обычного водорода эта величина составляет около ⁠1837/1836⁠ , или 1,000545, а для дейтерия оно еще меньше: ⁠3671/3670⁠ , или 1,0002725. Энергии линий электронных спектров для ² H и ¹ H поэтому различаются на отношение этих двух чисел, которое равно 1,000272. Длины волн всех спектроскопических линий дейтерия короче соответствующих линий легкого водорода на 0,0272%. В астрономических наблюдениях это соответствует синему доплеровскому сдвигу в 0,0272% от скорости света , или 81,6 км/с. ^[9]

Различия гораздо более выражены в колебательной спектроскопии, такой как инфракрасная спектроскопия и спектроскопия Рамана , ^[10] и во вращательных спектрах, таких как микроволновая спектроскопия, поскольку приведенная масса дейтерия заметно выше, чем у протия. В спектроскопии ядерного магнитного резонанса дейтерий имеет совершенно другую частоту ЯМР (например, 61 МГц, когда протий находится на 400 МГц) и гораздо менее чувствителен. Дейтерированные растворители обычно используются в протиевом ЯМР, чтобы предотвратить перекрытие растворителя с сигналом, хотя дейтериевый ЯМР сам по себе также возможен.

Нуклеосинтез Большого Взрыва

Считается, что дейтерий сыграл важную роль в установлении числа и соотношений элементов, которые были образованы в Большом взрыве . Объединяя термодинамику и изменения, вызванные космическим расширением, можно рассчитать долю протонов и нейтронов на основе температуры в точке, когда Вселенная достаточно остыла, чтобы позволить образование ядер . Этот расчет показывает семь протонов на каждый нейтрон в начале нуклеогенеза , соотношение, которое останется стабильным даже после того, как нуклеогенез будет закончен. Эта доля была в пользу протонов изначально, в первую очередь потому, что меньшая масса протона благоприятствовала их образованию. По мере расширения Вселенная охлаждалась. Свободные нейтроны и протоны менее стабильны, чем ядра гелия , и у протонов и нейтронов была веская энергетическая причина образовать гелий-4 . Однако образование гелия-4 требует промежуточного этапа образования дейтерия.

В течение многих минут после Большого взрыва, в течение которых мог произойти нуклеосинтез, температура была достаточно высокой, чтобы средняя энергия на частицу была больше, чем энергия связи слабосвязанного дейтерия; поэтому любой образовавшийся дейтерий немедленно разрушался. Эта ситуация известна как дейтериевое бутылочное горлышко . Узкое горлышко задерживало образование любого гелия-4 до тех пор, пока Вселенная не остыла достаточно, чтобы образовать дейтерий (примерно при температуре, эквивалентной 100  кэВ ). В этот момент произошел внезапный всплеск образования элементов (сначала дейтерий, который немедленно слился с гелием). Однако вскоре после этого, через двадцать минут после Большого взрыва, Вселенная стала слишком холодной для дальнейшего ядерного синтеза и нуклеосинтеза. В этот момент распространенность элементов была почти фиксированной, с единственным изменением, связанным с распадом некоторых радиоактивных продуктов нуклеосинтеза Большого взрыва (таких как тритий ). ^[11] Узкое место в образовании гелия, связанное с дейтерием, а также отсутствие стабильных путей соединения гелия с водородом или с самим собой (ни одно стабильное ядро ​​не имеет массового числа 5 или 8) означало, что в Большом взрыве образовалось незначительное количество углерода или любых элементов тяжелее углерода. Таким образом, эти элементы должны были образоваться в звездах. В то же время, провал значительной части нуклеогенеза во время Большого взрыва гарантировал, что в более поздней Вселенной будет достаточно водорода, доступного для формирования долгоживущих звезд, таких как Солнце.

Избыток

Упрощенная схема содержания частиц

Дейтерий встречается в следовых количествах в природе в виде газа дейтерия (2H2 или D2), но большинство атомов дейтерия во Вселенной связаны с 1H, образуя газ, называемый дейтеридом водорода (HD или 1H2H ) . ^[ 12 _] Аналогично , природная ^вода содержит дейтерированные молекулы , ^почти все ^в _виде полутяжелой воды ^HDO с одним дейтерием.

Существование дейтерия на Земле, в других местах Солнечной системы (что подтверждено планетарными зондами) и в спектрах звезд также является важным фактом в космологии . Гамма-излучение от обычного ядерного синтеза диссоциирует дейтерий на протоны и нейтроны, и нет никаких известных естественных процессов, кроме нуклеосинтеза Большого взрыва , которые могли бы производить дейтерий в концентрации, близкой к его наблюдаемой естественной распространенности. Дейтерий производится редким распадом кластеров и случайным поглощением естественных нейтронов легким водородом, но это тривиальные источники. Считается, что внутри Солнца и других звезд мало дейтерия, поскольку при этих температурах реакции ядерного синтеза , которые потребляют дейтерий, происходят намного быстрее, чем реакция протон-протон , которая создает дейтерий. Однако дейтерий сохраняется во внешней солнечной атмосфере примерно в той же концентрации, что и на Юпитере, и она, вероятно, не изменилась с момента возникновения Солнечной системы. Природное содержание ² H, по-видимому, представляет собой очень похожую долю водорода, где бы он ни находился, если только не наблюдаются очевидные процессы, которые его концентрируют.

Существование дейтерия в низкой, но постоянной первичной доле во всем водороде является еще одним из аргументов в пользу теории Большого взрыва по сравнению с теорией стационарного состояния Вселенной. Наблюдаемые соотношения водорода к гелию и дейтерию во Вселенной трудно объяснить, кроме как с помощью модели Большого взрыва. По оценкам, распространенность дейтерия не претерпела значительных изменений с момента его образования около 13,8 миллиардов лет назад. ^[13] Измерения галактического дейтерия Млечного Пути с помощью ультрафиолетового спектрального анализа показывают соотношение до 23 атомов дейтерия на миллион атомов водорода в невозмущенных газовых облаках, что всего на 15% ниже оцененного WMAP первичного соотношения около 27 атомов на миллион от Большого взрыва. Это было интерпретировано как то, что меньше дейтерия было разрушено при звездообразовании в галактике Млечный Путь, чем ожидалось, или, возможно, дейтерий был пополнен большим падением первичного водорода из-за пределов галактики. ^[14] В космосе на расстоянии нескольких сотен световых лет от Солнца содержание дейтерия составляет всего 15 атомов на миллион, но на это значение, предположительно, влияет дифференциальная адсорбция дейтерия на частицах углеродной пыли в межзвездном пространстве. ^[15]

Содержание дейтерия в атмосфере Юпитера было напрямую измерено космическим зондом Galileo и составило 26 атомов на миллион атомов водорода. Наблюдения ISO-SWS обнаружили 22 атома на миллион атомов водорода в Юпитере. ^[16] и считается, что это содержание близко к изначальному соотношению в Солнечной системе. ^[6] Это составляет около 17% от земного соотношения 156 атомов дейтерия на миллион атомов водорода.

Кометные тела, такие как комета Хейла-Боппа и комета Галлея, были измерены, чтобы содержать больше дейтерия (около 200 атомов на миллион водорода), соотношения, которые обогащены по отношению к предполагаемому соотношению протосолнечной туманности, вероятно, из-за нагрева, и которые похожи на соотношения, обнаруженные в морской воде Земли. Недавнее измерение количества дейтерия в 161 атом на миллион водорода в комете 103P/Хартли (бывший объект пояса Койпера ), соотношение почти точно такое же, как в океанах Земли (155,76 ± 0,1, но на самом деле от 153 до 156 частей на миллион), подчеркивает теорию о том, что поверхностные воды Земли могут быть в значительной степени получены из комет. ^{[5] [6]} Совсем недавно ² H ¹ HR 67P/Чурюмова–Герасименко, измеренное Rosetta , примерно в три раза больше, чем у земной воды. ^[7] Это вызвало новый интерес к предположениям о том, что вода на Земле может иметь частично астероидное происхождение.

Также было обнаружено, что дейтерий концентрируется выше среднего солнечного содержания на других планетах земной группы, в частности на Марсе и Венере. ^[17]

Производство

Дейтерий производится для промышленных, научных и военных целей, начиная с обычной воды, небольшая часть которой представляет собой тяжелую воду природного происхождения , а затем отделяя тяжелую воду с помощью сульфидного процесса Гирдлера , дистилляции или других методов. ^[18]

Теоретически дейтерий для тяжелой воды можно получить в ядерном реакторе, но самым дешевым методом массового производства является его выделение из обычной воды.

Ведущим мировым поставщиком дейтерия была компания Atomic Energy of Canada Limited до 1997 года, когда был закрыт последний завод по производству тяжелой воды. Канада использует тяжелую воду в качестве замедлителя нейтронов для работы реактора CANDU .

Другим крупным производителем тяжелой воды является Индия. Все, кроме одной, атомные электростанции Индии являются заводами по производству тяжелой воды под давлением, которые используют природный (т. е. не обогащенный) уран. В Индии имеется восемь заводов по производству тяжелой воды, из которых семь находятся в эксплуатации. Шесть заводов, из которых пять находятся в эксплуатации, основаны на обмене D–H в газообразном аммиаке. Два других завода извлекают дейтерий из природной воды в процессе, который использует газообразный сероводород под высоким давлением.

Хотя Индия полностью обеспечивает себя тяжелой водой для собственных нужд, она также экспортирует тяжелую воду реакторного качества.

Характеристики

Данные по молекулярному дейтерию

Формула: D ₂ или²
₁ЧАС
₂

• Плотность: 0,180 кг/м ³ при нормальных условиях (0 °C, 101325 Па).
• Атомный вес: 2,0141017926 Да.
• Средняя распространенность в океанской воде (по данным VSMOW ) 155,76 ± 0,1 атома дейтерия на миллион атомов всех изотопов водорода (около 1 атома на 6420); то есть около 0,015% всех атомов водорода (любого изотопа)

Данные при температуре около 18 К для ² H ₂ ( тройная точка ):

• Плотность:
  • Жидкость: 162,4 кг/м ³
  • Газ: 0,452 кг/м ³
  • Сжиженный D2O _: 1105,2 кг/м3 ^при нормальных условиях
• Вязкость: 12,6 мкПа·с при 300 К (газовая фаза)
• Удельная теплоемкость при постоянном давлении c _p :
  • Твердое тело: 2950 Дж/(кг·К)
  • Газ: 5200 Дж/(кг·К)

Физические свойства

По сравнению с водородом в его естественном составе на Земле, чистый дейтерий ( _2H2 ) ^имеет более высокую температуру плавления (18,72 К против 13,99 К), более высокую температуру кипения (23,64 против 20,27 К), более высокую критическую температуру (38,3 против 32,94 К) и более высокое критическое давление (1,6496 против 1,2858 МПа). ^[19]

Физические свойства соединений дейтерия могут демонстрировать значительные кинетические изотопные эффекты и другие отличия физических и химических свойств от аналогов протия. Например, ² H _{2 O более} вязкая , чем обычная H 2 O. ^[20] Существуют различия в энергии связи и длине для соединений тяжелых изотопов водорода по сравнению с протием, которые больше, чем изотопные различия в любом другом элементе. Связи с участием дейтерия и трития несколько прочнее соответствующих связей в протии, и этих различий достаточно, чтобы вызвать значительные изменения в биологических реакциях. Фармацевтические фирмы заинтересованы в том факте, что ² H сложнее удалить из углерода, чем ¹ H. ^[21]

Дейтерий может заменять ¹ H в молекулах воды, образуя тяжелую воду ( ² H ₂ O), которая примерно на 10,6% плотнее обычной воды (так что лед, сделанный из нее, тонет в обычной воде). Тяжелая вода немного токсична для эукариотических животных, при этом 25% замещения воды в организме вызывает проблемы с делением клеток и бесплодие, а 50% замещения вызывает смерть от цитотоксического синдрома (отказ костного мозга и отказ желудочно-кишечного тракта). Однако прокариотические организмы могут выживать и расти в чистой тяжелой воде, хотя они развиваются медленно. ^[22] Несмотря на эту токсичность, потребление тяжелой воды в обычных условиях не представляет угрозы для здоровья человека. Подсчитано, что человек весом 70 кг (154 фунта) может выпить 4,8 литра (1,3 галлона США) тяжелой воды без серьезных последствий. ^[23] Небольшие дозы тяжелой воды (несколько граммов для человека, содержащие количество дейтерия, сопоставимое с тем, которое обычно присутствует в организме) обычно используются в качестве безвредных метаболических индикаторов у людей и животных.

Квантовые свойства

Дейтрон имеет спин +1 (« триплетное состояние ») и, таким образом, является бозоном . Частота ЯМР дейтерия значительно отличается от обычного водорода. Инфракрасная спектроскопия также легко различает многие дейтерированные соединения из-за большой разницы в частоте поглощения ИК-излучения, наблюдаемой при вибрации химической связи, содержащей дейтерий, по сравнению с легким водородом. Два стабильных изотопа водорода также можно различить с помощью масс-спектрометрии .

Триплетный дейтрон-нуклон едва связан при E _B =2,23 МэВ , и ни одно из состояний с более высокой энергией не связано. Синглетный дейтрон является виртуальным состоянием с отрицательной энергией связи~60 кэВ . Такой стабильной частицы не существует, но эта виртуальная частица временно существует во время неупругого рассеяния нейтронов и протонов, что объясняет необычно большое сечение рассеяния нейтронов протоном. ^[24]

Ядерные свойства (дейтрон)

Масса и радиус дейтрона

Ядро дейтерия называется дейтроном . Его масса составляет2.013 553 212 544 (15) Да ‍ [ ^25] (чуть более1,875 ГэВ/ с2 ^{[26] )} .

Зарядовый радиус дейтрона равен2,127 78 (27) × 10 ⁻¹⁵  м . ^[27]

Как и радиус протона , измерения с использованием мюонного дейтерия дают меньший результат:2.125 62 (78)  фм . ^[28]

Вращение и энергия

Дейтерий — один из пяти стабильных нуклидов с нечетным числом протонов и нечетным числом нейтронов. ( ² H, 6 Li , 10 B , 14 N , ^180m Ta ; долгоживущие радионуклиды 40 K , 50 V , ¹³⁸ La , ¹⁷⁶ Lu также встречаются в природе.) Большинство нечетно-нечетных ядер нестабильны к бета-распаду , поскольку продукты распада являются четно-четными и, следовательно, более прочно связаны из-за эффектов ядерного спаривания . Однако дейтерий выигрывает от того, что его протон и нейтрон связаны в состоянии спина 1, что дает более сильное ядерное притяжение; соответствующее состояние спина 1 не существует в двухнейтронной или двухпротонной системе из-за принципа исключения Паули , который потребовал бы, чтобы одна или другая идентичная частица с тем же спином имела некоторое другое другое квантовое число, такое как орбитальный угловой момент . Но орбитальный угловой момент любой из частиц дает более низкую энергию связи для системы, в первую очередь из-за увеличения расстояния между частицами в крутом градиенте ядерной силы. В обоих случаях это приводит к нестабильности дипротона и динейтрона .

Протон и нейтрон в дейтерии могут быть диссоциированы посредством взаимодействия нейтрального тока с нейтрино . Поперечное сечение этого взаимодействия сравнительно велико, и дейтерий успешно использовался в качестве нейтринной мишени в эксперименте в нейтринной обсерватории Садбери .

Двухатомный дейтерий (D ₂ или ² H ₂ ) имеет орто- и параядерные спиновые изомеры , как и двухатомный водород, но с различиями в количестве и заселенности спиновых состояний и вращательных уровней , которые возникают из-за того, что дейтрон является бозоном с ядерным спином, равным единице. ^[29]

Изоспиновое синглетное состояние дейтрона

Из-за сходства массы и ядерных свойств протона и нейтрона их иногда рассматривают как два симметричных типа одного и того же объекта — нуклона . Хотя только протон имеет электрический заряд, он часто пренебрежимо мал из-за слабости электромагнитного взаимодействия по сравнению с сильным ядерным взаимодействием . Симметрия, связывающая протон и нейтрон, известна как изоспин и обозначается I (или иногда T ).

Изоспин — это симметрия SU(2) , как и обычный спин , поэтому полностью аналогичен ему. Протон и нейтрон, каждый из которых имеет изо- спин-1/2 , образуют изоспиновый дублет (аналогичный спиновому дублету ), при этом состояние «вниз» (↓) является нейтроном, а состояние «вверх» (↑) — протоном. ^{[ требуется цитирование ]} Пара нуклонов может находиться либо в антисимметричном состоянии изоспина, называемом синглетом , либо в симметричном состоянии, называемом триплетом . С точки зрения состояний «вниз» и «вверх» синглет — это

${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}{\Big (}|{\uparrow \downarrow }\rangle -|{\downarrow \uparrow }\rangle {\Big )}.}$, что также можно записать: ${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}{\Big (}|pn\rangle -|np\rangle {\Big )}.}$

Это ядро ​​с одним протоном и одним нейтроном, т.е. ядро ​​дейтерия. Триплет - это

${\displaystyle \left({\begin{array}{ll}|{\uparrow \uparrow }\rangle \\{\frac {1}{\sqrt {2}}}(|{\uparrow \downarrow }\rangle +|{\downarrow \uparrow }\rangle )\\|{\downarrow \downarrow }\rangle \end{array}}\right)}$

и таким образом состоит из трех типов ядер, которые должны быть симметричными: ядро ​​дейтерия (на самом деле его высоковозбужденное состояние ), ядро ​​с двумя протонами и ядро ​​с двумя нейтронами. Эти состояния нестабильны.

Приближенная волновая функция дейтрона

Волновая функция дейтрона должна быть антисимметричной, если используется представление изоспина (поскольку протон и нейтрон не являются идентичными частицами, волновая функция в общем случае не обязательно должна быть антисимметричной). Помимо изоспина, два нуклона также имеют спиновое и пространственное распределения своей волновой функции. Последнее симметрично, если дейтрон симметричен относительно четности (т. е. имеет «четную» или «положительную» четность), и антисимметрично, если дейтрон антисимметричен относительно четности (т. е. имеет «нечетную» или «отрицательную» четность). Четность полностью определяется полным орбитальным угловым моментом двух нуклонов: если он четный, то четность четная (положительная), а если он нечетный, то четность нечетная (отрицательная).

Дейтрон, будучи изоспиновым синглетом, антисимметричен относительно обмена нуклонами из-за изоспина, и поэтому должен быть симметричен относительно двойного обмена их спином и местоположением. Поэтому он может находиться в одном из следующих двух различных состояний:

• Симметричный спин и симметричный относительно четности. В этом случае обмен двумя нуклонами умножит волновую функцию дейтерия на (−1) от обмена изоспином, (+1) от обмена спином и (+1) от четности (обмена местоположением), в общей сложности на (−1), что необходимо для антисимметрии.
• Антисимметричный спин и антисимметричный по четности. В этом случае обмен двумя нуклонами умножит волновую функцию дейтерия на (−1) из-за обмена изоспином, (−1) из-за обмена спином и (−1) из-за четности (обмена местоположением), снова для общей суммы (−1), как это необходимо для антисимметрии.

В первом случае дейтрон представляет собой спиновый триплет, так что его полный спин s равен 1. Он также имеет четную четность и, следовательно, четный орбитальный момент импульса l . Чем ниже его орбитальный момент импульса, тем ниже его энергия. Поэтому наименьшее возможное энергетическое состояние имеет s = 1 , l = 0 .

Во втором случае дейтрон является спиновым синглетом, так что его полный спин s равен 0. Он также имеет нечетную четность и, следовательно, нечетный орбитальный угловой момент l . Следовательно, наименьшее возможное энергетическое состояние имеет s = 0 , l = 1 .

Поскольку s = 1 дает более сильное ядерное притяжение, основное состояние дейтерия находится в состоянии s = 1 , l = 0 .

Те же соображения приводят к возможным состояниям изоспинового триплета, имеющего s = 0 , l = четный или s = 1 , l = нечетный . Таким образом, состояние с самой низкой энергией имеет s = 1 , l = 1 , что выше, чем у изоспинового синглета.

Приведенный анализ на самом деле является лишь приблизительным, как потому, что изоспин не является точной симметрией, так и, что более важно, потому, что сильное ядерное взаимодействие между двумя нуклонами связано с угловым моментом во взаимодействии спин-орбита , которое смешивает различные состояния s и l . То есть s и l не являются постоянными во времени (они не коммутируют с гамильтонианом ), и со временем состояние, такое как s = 1 , l = 0, может стать состоянием s = 1 , l = 2. Четность по-прежнему постоянна во времени, поэтому они не смешиваются с нечетными состояниями l (такими как s = 0 , l = 1 ). Следовательно, квантовое состояние дейтерия является суперпозицией (линейной комбинацией) состояния s = 1 , l = 0 и состояния s = 1 , l = 2 , хотя первый компонент намного больше. Поскольку полный угловой момент j также является хорошим квантовым числом (он постоянен во времени), оба компонента должны иметь одинаковый j , и, следовательно, j = 1. Это полный спин ядра дейтерия.

Подводя итог, можно сказать, что ядро ​​дейтерия антисимметрично по изоспину, имеет спин 1 и четную (+1) четность. Относительный угловой момент его нуклонов l не определен, и дейтрон представляет собой суперпозицию в основном l = 0 с некоторыми l = 2 .

Магнитные и электрические мультиполи

Чтобы теоретически найти магнитный дипольный момент дейтерия μ , используют формулу для ядерного магнитного момента

${\displaystyle \mu ={\frac {1}{j+1}}{\bigl \langle }(l,s),j,m_{j}{=}j\,{\bigr |}\,{\vec {\mu }}\cdot {\vec {\jmath }}\,{\bigl |}\,(l,s),j,m_{j}{=}j{\bigr \rangle }}$

с

${\displaystyle {\vec {\mu }}=g^{(l)}{\vec {l}}+g^{(s)}{\vec {s}}}$

g ^{( l )} и g ^{( s )} — g -факторы нуклонов.

Поскольку протон и нейтрон имеют разные значения для g ^{( l )} и g ^{( s )} , необходимо разделить их вклады. Каждый получает половину орбитального углового момента дейтерия и спина . Получается ${\displaystyle {\vec {l}}}$ ${\displaystyle {\vec {s}}}$

${\displaystyle \mu ={\frac {1}{j+1}}{\Bigl \langle }(l,s),j,m_{j}{=}j\,{\Bigr |}\left({\frac {1}{2}}{\vec {l}}{g^{(l)}}_{p}+{\frac {1}{2}}{\vec {s}}({g^{(s)}}_{p}+{g^{(s)}}_{n})\right)\cdot {\vec {\jmath }}\,{\Bigl |}\,(l,s),j,m_{j}{=}j{\Bigr \rangle }}$

где индексы p и n обозначают протон и нейтрон, а g ^(l) _n = 0 .

Используя те же тождества, что и здесь , и используя значение g ^(l) _p = 1 , получаем следующий результат в единицах ядерного магнетона μ _N

${\displaystyle \mu ={\frac {1}{4(j+1)}}\left[({g^{(s)}}_{p}+{g^{(s)}}_{n}){\big (}j(j+1)-l(l+1)+s(s+1){\big )}+{\big (}j(j+1)+l(l+1)-s(s+1){\big )}\right]}$

Для состояния s = 1 , l = 0 ( j = 1 ) получаем

${\displaystyle \mu ={\frac {1}{2}}({g^{(s)}}_{p}+{g^{(s)}}_{n})=0.879}$

Для состояния s = 1 , l = 2 ( j = 1 ) получаем

${\displaystyle \mu =-{\frac {1}{4}}({g^{(s)}}_{p}+{g^{(s)}}_{n})+{\frac {3}{4}}=0.310}$

Измеренное значение магнитного дипольного момента дейтерия равно0,857  μ _N , что составляет 97,5% отЗначение 0,879  μ _N получено простым сложением моментов протона и нейтрона. Это говорит о том, что состояние дейтерия действительно в хорошем приближении соответствует состоянию s = 1 , l = 0 , которое возникает, когда оба нуклона вращаются в одном направлении, но их магнитные моменты вычитаются из-за отрицательного момента нейтрона.

Однако несколько меньшее экспериментальное число, чем то, которое получается при простом сложении моментов протона и (отрицательного) нейтрона, показывает, что дейтерий на самом деле представляет собой линейную комбинацию в основном состояний s = 1 , l = 0 с небольшой примесью состояний s = 1 , l = 2 .

Электрический диполь, как обычно, равен нулю .

Измеренный электрический квадруполь дейтерия равен0,2859  e · фм ² . Хотя порядок величины разумен, поскольку радиус дейтрона составляет порядка 1 фемтометра (см. ниже), а его электрический заряд равен e, приведенная выше модель недостаточна для его вычисления. Более конкретно, электрический квадруполь не получает вклада от состояния l = 0 (которое является доминирующим) и получает вклад от члена, смешивающего состояния l = 0 и l = 2 , поскольку оператор электрического квадруполя не коммутирует с угловым моментом .

Последний вклад является доминирующим при отсутствии чистого вклада l = 0 , но его невозможно вычислить, не зная точной пространственной формы волновой функции нуклонов внутри дейтерия.

Более высокие магнитные и электрические мультипольные моменты не могут быть рассчитаны с помощью вышеуказанной модели по тем же причинам.

Приложения

Ядерные реакторы

Ионизированный дейтерий в термоядерном реакторе, дающий характерное розовато-красное свечение

Дейтерий используется в реакторах деления с тяжеловодным замедлителем , обычно в виде жидкого ^2H2O , для замедления нейтронов без высокого поглощения нейтронов _, характерного для обычного водорода. ^[30] Это обычное коммерческое использование больших количеств дейтерия.

В исследовательских реакторах жидкий ² H ₂ используется в холодных источниках для замедления нейтронов до очень низких энергий и длин волн, подходящих для экспериментов по рассеянию .

Экспериментально дейтерий является наиболее распространенным нуклидом , используемым в конструкциях термоядерных реакторов, особенно в сочетании с тритием , из-за большой скорости реакции (или ядерного сечения ) и высокого энергетического выхода реакции дейтерия с тритием (DT). Существует еще более высокопроизводительная реакция синтеза ² H– 3 He , хотя точка безубыточности ² H– ³ He выше, чем у большинства других реакций синтеза; вместе с дефицитом ³ He, это делает ее маловероятной в качестве практического источника энергии, по крайней мере, до тех пор, пока синтез DT и дейтерия с дейтерием (DD) не будет реализован в коммерческих масштабах. Коммерческий ядерный синтез еще не является завершенной технологией.

ЯМР-спектроскопия

Спектр излучения ультрафиолетовой дейтериевой дуговой лампы

Дейтерий чаще всего используется в спектроскопии ядерного магнитного резонанса водорода ( протонный ЯМР ) следующим образом. ЯМР обычно требует, чтобы интересующие соединения анализировались в растворенном виде. Из-за свойств ядерного спина дейтерия, которые отличаются от свойств легкого водорода, обычно присутствующего в органических молекулах, спектры ЯМР водорода/протия сильно отличаются от спектров дейтерия, и на практике дейтерий не «виден» прибором ЯМР, настроенным на ¹ H. Поэтому дейтерированные растворители (включая тяжелую воду, а также такие соединения, как дейтерированный хлороформ , CDCl ₃ или C ² HCl ₃ ) обычно используются в спектроскопии ЯМР, чтобы можно было измерить только спектры легкого водорода интересующего соединения без помех от сигнала растворителя.

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса также может быть использована для получения информации об окружении дейтрона в образцах, меченых изотопами ( дейтериевый ЯМР ). Например, конфигурация углеводородных цепей в липидных бислоях может быть количественно определена с помощью твердотельного дейтериевого ЯМР с мечеными дейтерием липидными молекулами. ^[31]

Спектры ЯМР дейтерия особенно информативны в твердом состоянии из-за его относительно малого квадрупольного момента по сравнению с более крупными квадрупольными ядрами, такими как, например, хлор-35.

Масс-спектрометрия

Дейтерированные (т.е. где все или некоторые атомы водорода заменены дейтерием) соединения часто используются в качестве внутренних стандартов в масс-спектрометрии . Как и другие изотопно-меченые виды, такие стандарты повышают точность , при этом часто по гораздо более низкой стоимости, чем другие изотопно-меченые стандарты. Дейтерированные молекулы обычно готовятся с помощью реакций обмена изотопов водорода. ^{[32] [33]}

Трассировка

В химии , биохимии и науках об окружающей среде дейтерий используется как нерадиоактивный, стабильный изотопный индикатор , например, в тесте с дважды меченой водой . В химических реакциях и метаболических путях дейтерий ведет себя примерно так же, как обычный водород (с некоторыми химическими отличиями, как отмечено). Его легче всего отличить от обычного водорода по его массе, используя масс-спектрометрию или инфракрасную спектрометрию . Дейтерий можно обнаружить с помощью фемтосекундной инфракрасной спектроскопии, поскольку разница в массе кардинально влияет на частоту молекулярных колебаний; колебания связи ² H–углерод обнаруживаются в спектральных областях, свободных от других сигналов.

Измерения небольших вариаций естественного содержания дейтерия, а также стабильных тяжелых изотопов кислорода ¹⁷ O и ¹⁸ O, имеют важное значение в гидрологии для отслеживания географического происхождения вод Земли. Тяжелые изотопы водорода и кислорода в дождевой воде ( метеорной воде ) обогащаются в зависимости от температуры окружающей среды региона, в котором выпадают осадки (и, таким образом, обогащение связано с широтой). Относительное обогащение тяжелых изотопов в дождевой воде (по отношению к средней океанской воде), нанесенное на график в зависимости от температуры, предсказуемо падает вдоль линии, называемой глобальной линией метеорных вод (GMWL). Этот график позволяет идентифицировать образцы воды, образовавшейся из осадков, вместе с общей информацией о климате, в котором она возникла. Испарительные и другие процессы в водоемах, а также процессы в грунтовых водах также по-разному изменяют соотношения тяжелых изотопов водорода и кислорода в пресной и соленой воде характерным и часто регионально отличительным образом. ^[34] Соотношение концентраций ² H к ¹ H обычно указывается с помощью дельты как δ ² H , а географические закономерности этих значений нанесены на карты, называемые изоскейпами. Стабильные изотопы включены в растения и животных, и анализ соотношений в перелетной птице или насекомом может помочь предложить приблизительное руководство по их происхождению. ^{[35] [36]}

Контрастные свойства

Методы рассеяния нейтронов особенно выигрывают от доступности дейтерированных образцов: сечения ¹ H и ² H очень различны и отличаются по знаку, что позволяет варьировать контраст в таких экспериментах. Кроме того, неприятной проблемой обычного водорода является его большое некогерентное нейтронное сечение, которое равно нулю для ² H. Таким образом, замена обычного водорода дейтерием снижает шум рассеяния.

Водород является важным и основным компонентом во всех материалах органической химии и наук о жизни, но он едва взаимодействует с рентгеновскими лучами. Поскольку атомы водорода (включая дейтерий) сильно взаимодействуют с нейтронами, методы рассеяния нейтронов вместе с современными установками дейтерирования ^[37] заполняют нишу во многих исследованиях макромолекул в биологии и многих других областях.

Ядерное оружие

См. ниже. Большинство звезд, включая Солнце, генерируют энергию большую часть своей жизни путем синтеза водорода в более тяжелые элементы; однако такой синтез легкого водорода (протия) никогда не был успешным в условиях, достижимых на Земле. Таким образом, для всего искусственного синтеза, включая синтез водорода в водородных бомбах, требуется тяжелый водород (дейтерий, тритий или оба).

Наркотики

Дейтерированный препарат — это лекарственный препарат с небольшой молекулой , в котором один или несколько атомов водорода в молекуле препарата были заменены дейтерием. Из-за кинетического изотопного эффекта препараты, содержащие дейтерий, могут иметь значительно более низкие скорости метаболизма и, следовательно, более длительный период полураспада . ^{[38] [39] [40]} В 2017 году дейтетрабеназин стал первым дейтерированным препаратом, получившим одобрение FDA. ^[41]

Усиленные основные питательные вещества

Дейтерий может использоваться для усиления специфических уязвимых к окислению связей C–H в незаменимых или условно незаменимых питательных веществах , ^[42] таких как определенные аминокислоты или полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), делая их более устойчивыми к окислительному повреждению. Дейтерированные полиненасыщенные жирные кислоты , такие как линолевая кислота , замедляют цепную реакцию перекисного окисления липидов , которая повреждает живые клетки. ^{[43] [44]} Дейтерированный этиловый эфир линолевой кислоты ( RT001 ), разработанный Retrotope, находится в испытании по сострадательному использованию при детской нейроаксональной дистрофии и успешно завершил испытание фазы I/II при атаксии Фридрейха . ^{[45] [41]}

Термостабилизация

Живые вакцины, такие как пероральная вакцина против полиомиелита , могут быть стабилизированы дейтерием, как в отдельности, так и в сочетании с другими стабилизаторами, такими как _MgCl2 . [ ^46]

Замедление циркадных колебаний

Было показано, что дейтерий удлиняет период колебания циркадных часов при дозировании у крыс, хомяков и динофлагеллят Gonyaulax . ^{[47] [48] [49] [50]} У крыс хроническое потребление 25% ² H ₂ O нарушает циркадный ритм, удлиняя циркадный период супрахиазматических ядер -зависимых ритмов в гипоталамусе мозга. ^[49] Эксперименты на хомяках также подтверждают теорию о том, что дейтерий действует непосредственно на супрахиазматическое ядро, удлиняя свободно текущий циркадный период. ^[51]

История

Подозрение на изотопы более легких элементов

Существование нерадиоактивных изотопов более легких элементов предполагалось в исследованиях неона еще в 1913 году ^{[ требуется ссылка ]} и было доказано масс-спектрометрией легких элементов в 1920 году. ^{[ требуется ссылка ]} В то время нейтрон еще не был открыт, и преобладающей теорией было то, что изотопы элемента отличаются наличием дополнительных протонов в ядре, сопровождаемых равным числом ядерных электронов . В этой теории ядро ​​дейтерия с массой два и зарядом один будет содержать два протона и один ядерный электрон. Однако ожидалось, что элемент водород с измеренной средней атомной массой, очень близкой к1 Да , известная масса протона, всегда имеет ядро, состоящее из одного протона (известная частица), и не может содержать второй протон. Таким образом, считалось, что водород не имеет тяжелых изотопов. ^{[ необходима цитата ]}

Дейтерий обнаружен

Гарольд Юри, первооткрыватель дейтерия

Впервые он был обнаружен спектроскопически в конце 1931 года Гарольдом Юри , химиком из Колумбийского университета . Сотрудник Юри, Фердинанд Брикведде , перегнал пять литров криогенно полученного жидкого водорода , чтобы1  мл жидкости, используя лабораторию физики низких температур, которая была недавно создана в Национальном бюро стандартов (теперь Национальный институт стандартов и технологий ) в Вашингтоне, округ Колумбия. Ранее эта техника использовалась для выделения тяжелых изотопов неона. Метод криогенного испарения концентрировал фракцию изотопа водорода с массой 2 до такой степени, что ее спектроскопическая идентификация была однозначной. ^{[52] [53]}

Наименование изотопа и Нобелевская премия

Юри создал названия протий , дейтерий и тритий в статье, опубликованной в 1934 году. Название частично основано на совете Гилберта Н. Льюиса, который предложил название «дейций». Название происходит от греческого deuteros «второй», а ядро ​​должно было называться «дейтерон» или «дейтон». Изотопы и новые элементы традиционно получали название, которое решил их первооткрыватель. Некоторые британские ученые, такие как Эрнест Резерфорд , хотели назвать изотоп «диплоген», от греческого diploos «двойной», а ядро ​​— «диплон». ^{[4] [54]}

Количество, выведенное для нормального содержания дейтерия, было настолько малым (всего около 1 атома на 6400 атомов водорода в морской воде [156 частей на миллион]), что оно не оказало заметного влияния на предыдущие измерения (средней) атомной массы водорода. Это объясняло, почему об этом не подозревали раньше. Юри смог сконцентрировать воду, чтобы показать частичное обогащение дейтерием. Льюис , научный руководитель Юри в Беркли , подготовил и охарактеризовал первые образцы чистой тяжелой воды в 1933 году. Открытие дейтерия, предшествовавшее открытию нейтрона в 1932 году, стало экспериментальным шоком для теории ; но когда сообщили о нейтроне, сделав существование дейтерия более объяснимым, Юри был удостоен Нобелевской премии по химии всего через три года после выделения изотопа. Льюис был глубоко разочарован решением Нобелевского комитета в 1934 году, и несколько высокопоставленных администраторов в Беркли считали, что это разочарование сыграло центральную роль в его самоубийстве десятилетие спустя. ^{[55] [56] [57] [4]}

Эксперименты с «тяжелой водой» во время Второй мировой войны

Незадолго до войны Ганс фон Хальбан и Лев Коварски перевезли свои исследования по замедлению нейтронов из Франции в Великобританию, переправив контрабандой весь мировой запас тяжелой воды (которая была произведена в Норвегии) ​​в двадцати шести стальных бочках. ^{[58] [59]}

Во время Второй мировой войны нацистская Германия , как известно, проводила эксперименты с использованием тяжелой воды в качестве замедлителя для конструкции ядерного реактора . Такие эксперименты были источником беспокойства, поскольку они могли позволить им производить плутоний для атомной бомбы . В конечном итоге это привело к операции союзников под названием « Норвежская диверсия с тяжелой водой », целью которой было уничтожение завода по производству/обогащению дейтерия Веморк в Норвегии. В то время это считалось важным для потенциального прогресса войны.

После окончания Второй мировой войны союзники обнаружили, что Германия не вкладывает в программу столько серьезных усилий, как считалось ранее. Немцы завершили только небольшой, частично построенный экспериментальный реактор (который был спрятан) и не смогли поддерживать цепную реакцию. К концу войны у немцев не было даже пятой части количества тяжелой воды, необходимой для работы реактора, ^{[ необходимо разъяснение ]} отчасти из-за норвежской диверсионной операции с тяжелой водой. Однако даже если бы немцам удалось запустить реактор (как это сделали США с Chicago Pile-1 в конце 1942 года), они все равно были бы как минимум в нескольких годах от разработки атомной бомбы . Например, инженерный процесс, даже при максимальных усилиях и финансировании, требовал около двух с половиной лет (от первого критического реактора до бомбы) как в США, так и в СССР .

В термоядерном оружии

Корпус устройства «Колбаса» водородной бомбы Ivy Mike , прикрепленный к приборам и криогенному оборудованию. 20-футовая бомба содержала криогенный сосуд Дьюара с местом для 160 кг жидкого дейтерия.

62-тонное устройство Ivy Mike , построенное Соединенными Штатами и взорвавшееся 1 ноября 1952 года, было первой полностью успешной « водородной бомбой » (термоядерной бомбой). В этом контексте это была первая бомба, в которой большая часть высвобождаемой энергии поступала из стадий ядерной реакции , которые следовали за первичной стадией ядерного деления атомной бомбы . Бомба Ivy Mike была зданием, похожим на завод, а не доставляемым оружием. В ее центре, очень большой цилиндрический изолированный вакуумный сосуд или криостат , содержал криогенный жидкий дейтерий в объеме около 1000 литров (160 килограммов по массе, если этот объем был полностью заполнен). Затем, обычная атомная бомба («первичная») на одном конце бомбы использовалась для создания условий экстремальной температуры и давления, которые были необходимы для запуска термоядерной реакции .

В течение нескольких лет были разработаны так называемые «сухие» водородные бомбы, которым не требовался криогенный водород. Опубликованная информация предполагает, что все термоядерное оружие, созданное с тех пор, содержит химические соединения дейтерия и лития на вторичных стадиях. Материал, содержащий дейтерий, в основном представляет собой дейтерида лития , причем литий состоит из изотопа лития-6 . Когда литий-6 бомбардируется быстрыми нейтронами из атомной бомбы, образуется тритий (водород-3), а затем дейтерий и тритий быстро вступают в термоядерный синтез , высвобождая обильную энергию, гелий-4 и еще больше свободных нейтронов. «Чистое» термоядерное оружие, такое как Царь-бомба, считается устаревшим. В большинстве современных («усиленных») термоядерных оружий синтез напрямую обеспечивает лишь малую часть общей энергии. Деление тампера природного урана-238 быстрыми нейтронами, полученными в результате синтеза D–T, приводит к гораздо большему (т.е. усиленному) выделению энергии, чем сама реакция синтеза.

Современные исследования

В августе 2018 года ученые объявили о превращении газообразного дейтерия в жидкую металлическую форму . Это может помочь исследователям лучше понять газовые гигантские планеты, такие как Юпитер, Сатурн и некоторые экзопланеты , поскольку считается, что такие планеты содержат много жидкого металлического водорода, который может быть ответственен за их наблюдаемые мощные магнитные поля . ^{[60] [61]}

Антидейтерий

Антидейтрон — это антивещественный аналог ядра дейтерия, состоящий из антипротона и антинейтрона . Антидейтрон был впервые получен в 1965 году на протонном синхротроне в ЦЕРНе ^[62] и на синхротроне с переменным градиентом в Брукхейвенской национальной лаборатории . ^[63] Полный атом с позитроном , вращающимся вокруг ядра, назывался бы антидейтерием , но по состоянию на 2019 год ^{[обновлять]}антидейтерий еще не создан. Предлагаемый символ для антидейтерия —
Д
, то есть D с чертой сверху. ^[64]

Смотрите также

• Изотопы водорода
• Токамак

Ссылки

1. Хагеманн Р., Ниф Г., Рот Э. (1970). «Абсолютная изотопная шкала для анализа дейтерия природных вод. Абсолютное отношение D/H для SMOW 1». Tellus . 22 (6): 712–715. Bibcode : 1970Tell...22..712H. doi : 10.1111/j.2153-3490.1970.tb00540.x.
2. Ван, М.; Ауди, Г.; Кондев, Ф.Г.; Хуан, В.Дж.; Наими, С.; Сюй, Х. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Chinese Physics C. 41 ( 3): 030003-1–030003-442. doi :10.1088/1674-1137/41/3/030003.
3. Гарольд Юри ; GM Murphy; FG Brickwedde (1933). "Название и символ для H ² ". Журнал химической физики . 1 (7): 512–513. doi :10.1063/1.1749326.
4. O'Leary D (февраль 2012 г.). "The deeds to deuterium". Nature Chemistry . 4 (3): 236. Bibcode : 2012NatCh...4..236O. doi : 10.1038/nchem.1273 . PMID  22354440.
5. Хартог П., Лис Д.К., Бокеле-Морван Д. , де Валь-Борро М., Бивер Н., Кюпперс М. и др. (октябрь 2011 г.). «Океаническая вода в комете 103P/Хартли 2 семейства Юпитера». Природа . 478 (7368): 218–220. Бибкод : 2011Natur.478..218H. дои : 10.1038/nature10519. PMID  21976024. S2CID  3139621.
6. Hersant F, Gautier D, Hure JM (2001). "Двумерная модель первичной туманности, ограниченная измерениями D/H в Солнечной системе: последствия для образования гигантских планет". The Astrophysical Journal . 554 (1): 391–407. Bibcode :2001ApJ...554..391H. doi : 10.1086/321355 .— см. рис. 7 для обзора соотношений D/H в различных астрономических объектах
7. Altwegg K , Balsiger H, Bar-Nun A, Berthelier JJ, Bieler A, Bochsler P, et al. (январь 2015 г.). "Кометная наука. 67P/Churyumov–Gerasimenko, комета семейства Юпитера с высоким отношением D/H" (PDF) . Science . 347 (6220): 1261952. Bibcode :2015Sci...347A.387A. doi :10.1126/science.1261952. PMID  25501976. S2CID  206563296.
8. "Предварительные рекомендации". Номенклатура неорганической химии . Химическая номенклатура и раздел представления структур. ИЮПАК . § IR-3.3.2. Архивировано из оригинала 27 октября 2006 г. Получено 3 октября 2007 г.
9. Hébrard G, Péquignot D, Vidal-Madjar A, Walsh JR, Ferlet R (7 февраля 2000 г.). "Обнаружение линий дейтерия Бальмера в туманности Ориона". Астрономия и астрофизика . 354 : L79. arXiv : astro-ph/0002141 . Bibcode : 2000A&A...354L..79H.
10. "Спектр поглощения воды". London South Bank University (lsbu.ac.uk) . Лондон, Великобритания. Архивировано из оригинала 27 июля 2017 г.
11. Weiss A. "Equilibrium and change: The physics behind Big Bang nucleosynthesis". Einstein Online . Архивировано из оригинала 8 февраля 2007 года . Получено 24 февраля 2007 года .
12. Комиссия ИЮПАК по номенклатуре неорганической химии (2001). «Названия атомов мюония и водорода и их ионов» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 73 (2): 377–380. doi :10.1351/pac200173020377. S2CID  97138983. Архивировано (PDF) из оригинала 25 апреля 2003 г.
13. "Космические детективы". Европейское космическое агентство (ESA). 2 апреля 2013 г. Получено 15 апреля 2013 г.
14. "FUSE Satellite решает дело о пропавшем дейтерии" (пресс-релиз). NASA . Архивировано из оригинала 14 августа 2020 года . Получено 12 сентября 2013 года .
15. "График дейтерия с расстоянием в нашем галактическом районе". Проект спутника FUSE. Балтимор, Мэриленд: Университет Джонса Хопкинса . Архивировано из оригинала 5 декабря 2013 года.

    Смотрите также

    Linsky JL, Draine BT, Moos HW, Jenkins EB, Wood BE, Oliveira C и др. (2006). «Каково общее содержание дейтерия в локальном галактическом диске?». The Astrophysical Journal . 647 (2): 1106–1124. arXiv : astro-ph/0608308 . Bibcode : 2006ApJ...647.1106L. doi : 10.1086/505556. S2CID  14461382.
16. Лелуш Э, Безар Б, Фуше Т, Фейхтгрубер Х, Энкреназ Т , де Граау Т (2001). «Содержание дейтерия на Юпитере и Сатурне по наблюдениям ISO-SWS» (PDF) . Астрономия и астрофизика . 670 (2): 610–622. Бибкод : 2001A&A...370..610L. дои : 10.1051/0004-6361:20010259 .
17. Hunten DM (1993). «Эволюция атмосферы планет земной группы». Science . 259 (5097): 915–920. Bibcode :1993Sci...259..915H. doi :10.1126/science.259.5097.915. ISSN  0036-8075. JSTOR  2880608. S2CID  178360068.
18. "Тяжелая вода - энергетическое образование". energyeducation.ca . Получено 8 февраля 2023 г. .
19. "Дейтерий, 2H". PubChem . соединения. Национальные институты здравоохранения США .
20. Lide, DR, ред. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86-е изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
21. Halford B (4 июля 2016 г.). «The deuterium switcheroo». Chemical & Engineering News . American Chemical Society . стр. 32–36.
22. Kushner DJ, Baker A, Dunstall TG (февраль 1999). «Фармакологическое использование и перспективы тяжелой воды и дейтерированных соединений». Canadian Journal of Physiology and Pharmacology . 77 (2): 79–88. doi :10.1139/cjpp-77-2-79. PMID  10535697.
23. Vertes, Attila, ред. (2003). "Физиологический эффект тяжелой воды". Элементы и изотопы: образование, трансформация, распределение . Дордрехт: Kluwer. стр. 111–112. ISBN 978-1-4020-1314-0.
24. "Neutron–proton scattering" (PDF) . mightylib.mit.edu (конспект курса). Массачусетский технологический институт . Осень 2004 г. 22.101. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г. Получено 23 ноября 2011 г.
25. "2022 CODATA Value: deuteron mass in u". Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . Май 2024. Получено 18 мая 2024 .
26. "Эквивалент энергии массы дейтрона в МэВ". Physics.nist.gov . Национальный институт стандартов и технологий США . Получено 30 мая 2024 г. .
27. "2022 CODATA Value: deuteron rms charge radius". Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . Май 2024. Получено 18 мая 2024 .
28. Pohl R, Nez F, Fernandes LM, Amaro FD, Biraben F, Cardoso JM и др. (Сотрудничество CREMA) (август 2016 г.). «Лазерная спектроскопия мюонного дейтерия». Science . 353 (6300): 669–673. Bibcode :2016Sci...353..669P. doi :10.1126/science.aaf2468. hdl : 10316/80061 . PMID  27516595. S2CID  206647315.
29. Холлас Дж. М. (1996). Современная спектроскопия (3-е изд.). John Wiley and Sons. стр. 115. ISBN 0-471-96523-5.
30. См . сечение нейтрона#Типичные сечения
31. Seelig J (октябрь 1971 г.). «О гибкости углеводородных цепей в липидных бислоях». Журнал Американского химического общества . 93 (20): 5017–5022. doi :10.1021/ja00749a006. PMID  4332660.
32. J. Atzrodt, V. Derdau, WJ Kerr, M. Reid, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 3022. https://doi.org/10.1002/anie.201708903
33. Томас Джанк и В. Джеймс Каталло. Реакции обмена изотопов водорода с участием связей C–H (D, T). Chem. Soc. Rev., 1997, 26, 401–406. DOI: 10.1039/CS9972600401
34. "Кислород – Изотопы и Гидрология". SAHRA. Архивировано из оригинала 2 января 2007 года . Получено 10 сентября 2007 года .
35. West JB (2009). Изоскейпы: понимание движения, закономерностей и процессов на Земле посредством изотопного картирования . Springer.
36. Hobson KA, Van Wilgenburg SL, Wassenaar LI, Larson K (2012). "Связывание изотопов водорода (δ2H) в перьях и осадках: источники дисперсии и последствия для назначения изоскейпам". PLOS ONE . ​​7 (4): e35137. Bibcode :2012PLoSO...735137H. doi : 10.1371/journal.pone.0035137 . PMC 3324428 . PMID  22509393. 
37. "Дейтерирование". nmi3.eu . Инициатива по комплексной инфраструктуре для нейтронного рассеяния и мюонной спектроскопии (NMI3). Архивировано из оригинала 3 февраля 2019 года . Получено 23 января 2012 года .
38. Sanderson K (март 2009). «Большой интерес к тяжелым наркотикам». Nature . 458 (7236): 269. doi :10.1038/458269a. PMID  19295573. S2CID  4343676.
39. Katsnelson A (июнь 2013 г.). «Тяжелые лекарства вызывают большой интерес у фармацевтических спонсоров». Nature Medicine . 19 (6): 656. doi : 10.1038/nm0613-656 . PMID  23744136. S2CID  29789127.
40. Gant TG (май 2014). «Использование дейтерия в разработке лекарств: оставляя метку в лекарстве». Журнал медицинской химии . 57 (9): 3595–3611. doi :10.1021/jm4007998. PMID  24294889.
41. Schmidt C (июнь 2017 г.). «Одобрен первый дейтерированный препарат». Nature Biotechnology . 35 (6): 493–494. doi :10.1038/nbt0617-493. PMID  28591114. S2CID  205269152.
42. Демидов ВВ (сентябрь 2007). «Тяжелые изотопы для предотвращения старения?». Тенденции в биотехнологии . 25 (9): 371–375. doi :10.1016/j.tibtech.2007.07.007. PMID  17681625.
43. Холливелл, Барри; Гаттеридж, Джон М.С. (2015). Биология и медицина свободных радикалов (5-е изд.). Оксфорд: Clarendon Press. ISBN 9780198717485 . 
44. Hill S, Lamberson CR, Xu L, To R, Tsui HS, Shmanai VV и др. (август 2012 г.). «Небольшие количества изотопно-усиленных полиненасыщенных жирных кислот подавляют автоокисление липидов». Free Radical Biology & Medicine . 53 (4): 893–906. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2012.06.004. PMC 3437768 . PMID  22705367. 
45. «Рандомизированное, двойное слепое, контролируемое исследование по оценке безопасности, переносимости и фармакокинетики RT001 у пациентов с атаксией Фридрейха». 24 ноября 2020 г.
46. Wu R, Georgescu MM, Delpeyroux F, Guillot S, Balanant J, Simpson K, Crainic R (август 1995 г.). «Термостабилизация живых вирусных вакцин тяжелой водой (D2O)». Vaccine . 13 (12): 1058–1063. doi :10.1016/0264-410X(95)00068-C. PMID  7491812.
47. Lesauter J, Silver R (сентябрь 1993 г.). «Тяжелая вода удлиняет период свободно текущих ритмов у пораженных хомяков с трансплантатами SCN». Physiology & Behavior . 54 (3): 599–604. doi : 10.1016/0031-9384(93)90255-E . ISSN  0031-9384. PMID  8415956. S2CID  32466816.
48. McDaniel M, Sulzman FM, Hastings JW (ноябрь 1974 г.). «Тяжелая вода замедляет часы Гоньяулакса: проверка гипотезы о том, что D2O влияет на циркадные колебания, уменьшая кажущуюся температуру». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 71 (11): 4389–4391. Bibcode : 1974PNAS...71.4389M. doi : 10.1073/pnas.71.11.4389 . PMC 433889. PMID  4530989 . 
49. Petersen CC, Mistlberger RE (август 2017). «Интервальное время сохраняется, несмотря на циркадную десинхронизацию у крыс: исследования с постоянным светом и тяжелой водой». Журнал биологических ритмов . 32 (4): 295–308. doi : 10.1177/0748730417716231 . PMID  28651478. S2CID  4633617.
50. Richter CP (март 1977). «Тяжелая вода как инструмент для изучения сил, контролирующих длину периода 24-часового цикла хомяка». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 74 (3): 1295–1299. Bibcode :1977PNAS...74.1295R. doi : 10.1073/pnas.74.3.1295 . PMC 430671 . PMID  265574. 
51. Lesauter J, Silver R (сентябрь 1993 г.). «Тяжелая вода удлиняет период свободно текущих ритмов у пораженных хомяков с трансплантатами SCN». Physiology & Behavior . 54 (3): 599–604. doi : 10.1016/0031-9384(93)90255-E . PMID  8415956. S2CID  32466816.
52. Brickwedde FG (1982). "Гарольд Юри и открытие дейтерия". Physics Today . Т. 35, № 9. С. 34. Bibcode : 1982PhT....35i..34B. doi : 10.1063/1.2915259.
53. Юри Х., Брикведд Ф., Мерфи Г. (1932). «Изотоп водорода с массой 2». Physical Review . 39 (1): 164–165. Bibcode :1932PhRv...39..164U. doi : 10.1103/PhysRev.39.164 .
54. "Дейтерий против Диплогена". Science. Time . 19 февраля 1934. Архивировано из оригинала 15 сентября 2009.
55. Коффи (2008): 221–222.
56. Helmenstine, Todd (22 марта 2018 г.). «Сегодня в истории науки – 23 марта – Гилберт Льюис». Science Notes and Projects . Получено 6 августа 2020 г. .
57. ДельВеккио, Рик; Писатель, Chronicle Staff (5 августа 2006 г.). «ЧТО УБИЛО ИЗВЕСТНОГО КАЛИФОРНИЙСКОГО ХИМИКА? / Один из поклонников предполагает, что пионер 20 века, не получивший Нобелевскую премию, мог умереть от разбитого сердца». SFGate . Получено 9 марта 2019 г.
58. Sherriff L (1 июня 2007 г.). «Королевское общество раскрывает совершенно секретные ядерные исследования». The Register . Situation Publishing Ltd. Получено 3 июня 2007 г.
59. Битва за тяжелую воду: героические подвиги трех физиков. Бюллетень ЦЕРН (отчет). Европейская организация ядерных исследований . 25 марта 2002 г. Получено 2 ноября 2015 г.
60. Chang K (16 августа 2018 г.). «Урегулирование споров о водороде с помощью 168 гигантских лазеров». The New York Times . Архивировано из оригинала 1 января 2022 г. Получено 18 августа 2018 г.
61. «Под давлением водород дает отражение недр гигантских планет» (пресс-релиз). Carnegie Institution for Science . 15 августа 2018 г. Получено 19 августа 2018 г.
62. Массам Т, Мюллер Т, Ригини Б, Шнееганс М, Зичичи А (1965). «Экспериментальное наблюдение образования антидейтронов». Иль Нуово Чименто . 39 (1): 10–14. Бибкод : 1965NCimS..39...10M. дои : 10.1007/BF02814251. S2CID  122952224.
63. Dorfan DE, Eades J, Lederman LM, Lee W, Ting CC (июнь 1965 г.). «Наблюдение антидейтронов». Physical Review Letters . 14 (24): 1003–1006. Bibcode : 1965PhRvL..14.1003D. doi : 10.1103/PhysRevLett.14.1003.
64. Chardonnet P, Orloff J, Salati P (1997). «Производство антиматерии в нашей галактике». Physics Letters B. 409 ( 1–4): 313–320. arXiv : astro-ph/9705110 . Bibcode : 1997PhLB..409..313C. doi : 10.1016/S0370-2693(97)00870-8. S2CID  118919611.

Внешние ссылки

• «Центр ядерных данных». KAERI .
• «Аннотированная библиография по дейтерию». ALSOS: Цифровая библиотека по ядерным вопросам . Лексингтон, Вирджиния: Университет Вашингтона и Ли . Архивировано из оригинала 5 мая 2010 г. Получено 26 ноября 2019 г.
• Маллинз, Джастин (27 апреля 2005 г.). «Демонстрация настольного ядерного синтеза». New Scientist .
• Ллойд, Робин (21 августа 2006 г.). «В Млечном Пути обнаружен пропавший газ». Space.com .