stringtranslate.com

Тяжелая вода

Тяжелая вода ( оксид дейтерия ,2
ЧАС
2О , Д
2O ) — это форма воды , все атомы водорода которой представляют собой дейтерий (2
H или D, также известный как тяжелый водород ), а не обычный изотоп водорода-1 (1
H , также называемый протием ), который составляет большую часть водорода в обычной воде. [3] Присутствие более тяжелого изотопа придает воде другие ядерные свойства, а увеличение массы придает ей несколько иные физические и химические свойства по сравнению с обычной водой.

Дейтерий — это тяжелый изотоп водорода . Тяжелая вода содержит атомы дейтерия и используется в ядерных реакторах . Полутяжелая вода (HDO) встречается чаще, чем чистая тяжелая вода, в то время как вода с тяжелым кислородом плотнее, но не обладает уникальными свойствами. Тритиевая вода радиоактивна из-за содержания трития .

Тяжелая вода имеет другие физические свойства, чем обычная вода, например, она на 10,6% плотнее и имеет более высокую температуру плавления. Тяжелая вода менее диссоциирована при данной температуре и не имеет слегка синего цвета обычной воды. Хотя она не имеет существенной разницы во вкусе, она может быть слегка сладковатой на вкус. Тяжелая вода влияет на биологические системы, изменяя ферменты, водородные связи и деление клеток у эукариот . Она может быть смертельной для многоклеточных организмов при концентрации более 50%. Однако некоторые прокариоты , такие как бактерии, могут выживать в среде с тяжелым водородом. Тяжелая вода может быть токсичной для людей, но для отравления потребуется большое ее количество.

Дейтерированная вода (HDO) встречается в природе в обычной воде и может быть отделена с помощью дистилляции, электролиза или процессов химического обмена. Наиболее экономически эффективным процессом получения тяжелой воды является процесс сульфида Гирдлера . Тяжелая вода используется в различных отраслях промышленности и продается с различными степенями чистоты. Некоторые из ее применений включают ядерный магнитный резонанс , инфракрасную спектроскопию , замедление нейтронов , обнаружение нейтрино , тестирование скорости метаболизма, нейтронную захватную терапию и производство радиоактивных материалов, таких как плутоний и тритий.

Состав

Ядро дейтерия состоит из нейтрона и протона ; ядро ​​атома протия (обычного водорода) состоит только из протона. Дополнительный нейтрон делает атом дейтерия примерно в два раза тяжелее атома протия.

Молекула тяжелой воды имеет два атома дейтерия вместо двух атомов протия обычной воды. Термин «тяжелая вода», как определено в Золотой книге ИЮПАК [5], может также относиться к воде, в которой более высокая, чем обычно, доля атомов водорода является дейтерием. Для сравнения, Венская стандартная средняя океаническая вода («обычная вода», используемая для стандарта дейтерия) содержит около 156 атомов дейтерия на миллион атомов водорода; то есть 0,0156% атомов водорода составляют 2 H. Таким образом, тяжелая вода, как определено в Золотой книге, включает полутяжелую воду (оксид водорода-дейтерия, HDO) и другие смеси D
2ОЙ​​
2O и HDO, в которых доля дейтерия больше, чем обычно. Например, тяжелая вода, используемая в реакторах CANDU, представляет собой высокообогащенную водную смесь, которая в основном состоит из оксида дейтерия D
2O , а также некоторое количество оксида водорода-дейтерия и меньшее количество обычной воды H
2O . Она на 99,75% обогащена фракцией атомов водорода; то есть 99,75% атомов водорода относятся к тяжелому типу; однако, тяжелая вода в понимании Золотой книги не обязательно должна быть столь сильно обогащена. Однако вес молекулы тяжелой воды не сильно отличается от веса обычной молекулы воды, поскольку около 89% массы молекулы приходится на один атом кислорода , а не на два водорода.

Тяжелая вода не радиоактивна . В чистом виде она имеет плотность примерно на 11% больше, чем вода, но в остальном физически и химически подобна. Тем не менее, различные различия в воде, содержащей дейтерий (особенно влияющие на биологические свойства), больше, чем в любом другом обычно встречающемся изотопно-замещенном соединении , поскольку дейтерий уникален среди тяжелых стабильных изотопов тем, что он в два раза тяжелее самого легкого изотопа. Это различие увеличивает прочность водородно-кислородных связей воды, и этого, в свою очередь, достаточно, чтобы вызвать различия, которые важны для некоторых биохимических реакций. Человеческий организм естественным образом содержит дейтерий, эквивалентный примерно пяти граммам тяжелой воды, что безвредно. Когда большая доля воды (> 50%) в высших организмах заменяется тяжелой водой, результатом является дисфункция клетки и смерть. [6]

Тяжёлая вода была впервые получена в 1932 году, через несколько месяцев после открытия дейтерия. [7] С открытием ядерного деления в конце 1938 года и необходимостью в замедлителе нейтронов , который захватывал бы мало нейтронов, тяжёлая вода стала компонентом ранних исследований ядерной энергетики . С тех пор тяжелая вода стала важным компонентом в некоторых типах реакторов, как тех, которые генерируют электроэнергию, так и тех, которые предназначены для производства изотопов для ядерного оружия. Эти тяжёловодные реакторы имеют преимущество в том, что могут работать на природном уране без использования графитовых замедлителей, которые представляют радиологическую [8] и пылевую опасность взрыва [9] на этапе вывода из эксплуатации. Советская конструкция РБМК с графитовым замедлителем пыталась избежать использования как обогащенного урана , так и тяжёлой воды (вместо этого охлаждаясь обычной водой), что давало положительный коэффициент пустотности , который был одним из ряда недостатков в конструкции реактора, приведших к чернобыльской катастрофе . Большинство современных реакторов используют обогащенный уран с обычной водой в качестве замедлителя.

Другие тяжелые формы воды

Полутяжелая вода

Структура полутяжелой воды

Полутяжелая вода , HDO, существует везде, где есть вода с легким водородом (протием,1
H ) и дейтерий (D или2
H ) в смеси. Это происходит потому, что атомы водорода ( 1 H и 2 H) быстро обмениваются между молекулами воды. Вода, содержащая 50%1
Н и 50%2
H в своем водороде на самом деле представляет собой около 50% HDO и по 25% H
2О и Д
2O , в динамическом равновесии . В обычной воде около 1 молекулы из 3200 — это HDO (один водород из 6400 — это2
H ) и молекулы тяжелой воды ( D
2O ) встречаются только в пропорции около 1 молекулы на 41 миллион (т.е. одна на 6400 2 ) [ требуется ссылка ] . Таким образом, полутяжелые молекулы воды встречаются гораздо чаще, чем «чистые» (гомоизотопные) тяжелые молекулы воды.

Вода с высоким содержанием кислорода

Вода, обогащенная более тяжелыми изотопами кислорода17О и18O также доступен в продаже. Это «тяжелая вода», поскольку она плотнее обычной воды ( H
218
O примерно такой же плотный, как D
2ОЙ​​
217
O находится примерно посередине между H
2О и Д
2O ) — но ее редко называют тяжелой водой, поскольку она не содержит избыточного дейтерия, который придает D 2 O ее необычные ядерные и биологические свойства. Она дороже, чем D 2 O, из-за более сложного разделения 17 O и 18 O. [10] H 2 18 O также используется для производства фтора-18 в радиофармацевтических препаратах и ​​радиоизотопных индикаторах , а также в позитронно-эмиссионной томографии . Небольшие количества17
О и18
O естественным образом присутствуют в воде, и большинство процессов обогащения тяжелой воды также обогащают более тяжелые изотопы кислорода в качестве побочного эффекта. Это нежелательно, если тяжелая вода должна использоваться в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах, как17
O может подвергаться захвату нейтронов с последующим испусканием альфа-частицы , в результате чего образуется радиоактивный14
C. Однако дважды меченая вода , содержащая как тяжелый кислород, так и водород, полезна в качестве нерадиоактивного изотопного индикатора.

По сравнению с изотопным изменением атомов водорода, изотопное изменение кислорода оказывает меньшее влияние на физические свойства. [11]

Тритиевая вода

Тритиевая вода содержит тритий ( 3 H) вместо протия ( 1 H) или дейтерия ( 2 H). Поскольку тритий радиоактивен, тритиевая вода также радиоактивна.

Физические свойства

Физические свойства воды и тяжелой воды различаются в нескольких отношениях. Тяжелая вода менее диссоциирована, чем легкая вода при данной температуре, и истинная концентрация ионов D + меньше, чем была бы для ионов H + для легкой воды при той же температуре. То же самое верно для ионов OD − по сравнению с ионами OH − . Для тяжелой воды Kw D 2 O (25,0 °C) = 1,35 × 10 −15 , и [D +  ] должно быть равно [OD −  ] для нейтральной воды. Таким образом, pKw D 2 O = p[OD − ] + p[D + ] = 7,44 + 7,44 = 14,87 (25,0 °C), а p[D + ] нейтральной тяжелой воды при 25,0 °C равно 7,44.  

pD тяжелой воды обычно измеряется с помощью pH-электродов, дающих значение pH (кажущееся) или pHa, и при различных температурах истинное кислотное pD можно оценить из pHa, измеренного непосредственно pH-метром, так что pD+ = pHa (кажущееся показание pH-метра) + 0,41. Электродная поправка для щелочных условий составляет 0,456 для тяжелой воды. Щелочная поправка тогда составляет pD+ = pH a (кажущееся показание pH-метра) + 0,456. Эти поправки немного отличаются от различий в p[D+] и p[OD-], равных 0,44, от соответствующих им в тяжелой воде. [16]

Тяжелая вода на 10,6% плотнее обычной воды, и физические свойства тяжелой воды можно увидеть без оборудования, если замороженный образец бросить в обычную воду, так как он утонет. Если вода ледяная, можно также наблюдать более высокую температуру плавления тяжелого льда: он плавится при 3,7 °C и, таким образом, не плавится в ледяной обычной воде. [17]

Эксперимент 1935 года не выявил «ни малейшей разницы» во вкусе между обычной и тяжелой водой. [18] Однако более позднее исследование подтвердило анекдотическое наблюдение, что тяжелая вода на вкус слегка сладковата для людей, с эффектом, опосредованным вкусовым рецептором TAS1R2 / TAS1R3 . [19] Крысы, которым был предоставлен выбор между дистиллированной обычной водой и тяжелой водой, смогли избежать тяжелой воды на основе запаха, и она может иметь другой вкус. [20] Некоторые люди сообщают, что минералы в воде влияют на вкус, например, калий придает сладкий вкус жесткой воде, но есть много факторов воспринимаемого вкуса в воде, помимо содержания минералов. [21]

Тяжёлая вода не имеет характерного синего цвета лёгкой воды; это происходит потому, что гармоники молекулярных колебаний , которые в лёгкой воде вызывают слабое поглощение в красной части видимого спектра, смещены в инфракрасную область , и поэтому тяжёлая вода не поглощает красный свет. [22]

Для «чистой» полутяжелой воды не перечислены физические свойства, поскольку она нестабильна как объемная жидкость. В жидком состоянии несколько молекул воды всегда находятся в ионизированном состоянии , что означает, что атомы водорода могут обмениваться между различными атомами кислорода. Полутяжелая вода, теоретически, может быть создана химическим методом, [ необходимо дополнительное объяснение ], но она быстро превратится в динамическую смесь 25% легкой воды, 25% тяжелой воды и 50% полутяжелой. Однако, если бы она была создана в газовой фазе и непосредственно помещена в твердое тело, полутяжелая вода в форме льда могла бы быть стабильной. Это связано с тем, что столкновения между молекулами водяного пара почти полностью пренебрежимо малы в газовой фазе при стандартных температурах, а после кристаллизации столкновения между молекулами полностью прекращаются из-за жесткой решетчатой ​​структуры твердого льда. [ необходима цитата ]

История

Американский ученый и лауреат Нобелевской премии Гарольд Юри открыл изотоп дейтерий в 1931 году и позже смог сконцентрировать его в воде. [23] Наставник Юри Гилберт Ньютон Льюис выделил первый образец чистой тяжелой воды электролизом в 1933 году. [24] Джордж де Хевеши и Эрих Хофер использовали тяжелую воду в 1934 году в одном из первых экспериментов с биологическими индикаторами, чтобы оценить скорость оборота воды в организме человека. [25] История производства и использования тяжелой воды в больших количествах в ранних ядерных экспериментах описана ниже. [26]

Эмилиан Брату и Отто Редлих изучали автодиссоциацию тяжелой воды в 1934 году. [27]

В 1930-х годах Соединенные Штаты и Советский Союз подозревали, что австрийский химик Фриц Иоганн Хансгирг построил пилотную установку для Японской империи в находящейся под управлением Японии Северной Корее для производства тяжелой воды с использованием нового процесса, который он изобрел. [28]

Во время Второй мировой войны компания Fosfatbolaget в Юнгаверке , Швеция, производила 2300 литров тяжелой воды в год. Затем тяжелая вода продавалась как в Германию, так и в Манхэттенский проект по цене 1,40 шведских крон за грамм тяжелой воды. [29]

В октябре 1939 года советские физики Яков Борисович Зельдович и Юлий Борисович Харитон пришли к выводу, что тяжелая вода и углерод являются единственными возможными замедлителями для реактора на природном уране , и в августе 1940 года вместе с Георгием Флёровым представили в Российскую академию наук план, в котором подсчитали, что для реактора необходимо 15 тонн тяжелой воды. Поскольку в то время в Советском Союзе не было урановых рудников, молодые сотрудники Академии были отправлены в ленинградские фотомагазины для покупки нитрата урана, но весь проект по тяжелой воде был остановлен в 1941 году, когда немецкие войска вторглись в ходе операции «Барбаросса» .

К 1943 году советские ученые обнаружили, что вся научная литература, касающаяся тяжелой воды, исчезла с Запада, о чем Флеров в письме предупреждал советского лидера Иосифа Сталина [30] , и в то время во всей стране было всего 2–3 кг тяжелой воды. В конце 1943 года советская закупочная комиссия в США получила 1 кг тяжелой воды и еще 100 кг в феврале 1945 года, а после окончания Второй мировой войны НКВД взял проект под свой контроль.

В октябре 1946 года в рамках операции «Алсос» НКВД депортировал в Советский Союз из Германии немецких ученых, работавших над производством тяжелой воды во время войны, включая Карла-Германа Гейба , изобретателя сульфидного процесса Гирдлера . [31] Эти немецкие ученые работали под руководством немецкого физико-химика Макса Фольмера в Институте физической химии в Москве, на заводе, который они построили, производящем большие количества тяжелой воды к 1948 году. [32] [33]

Воздействие на биологические системы

Различные изотопы химических элементов имеют немного различное химическое поведение, но для большинства элементов различия слишком малы, чтобы иметь биологический эффект. В случае водорода более существенные различия в химических свойствах между протием, дейтерием и тритием возникают из-за того, что энергия химической связи зависит от приведенной массы системы ядро-электрон; это изменяется в соединениях тяжелого водорода (наиболее распространенным является оксид водорода-дейтерия) больше, чем при замещении тяжелого изотопа с участием других химических элементов. Изотопные эффекты особенно актуальны в биологических системах, которые очень чувствительны даже к небольшим изменениям из-за изотопно-влияющих свойств воды, когда она действует как растворитель .

Для выполнения своих задач ферменты полагаются на свои тонко настроенные сети водородных связей , как в активном центре с их субстратами, так и за пределами активного центра, для стабилизации своих третичных структур . Поскольку водородная связь с дейтерием немного сильнее [34], чем связь с участием обычного водорода, в сильно дейтерированной среде некоторые нормальные реакции в клетках нарушаются.

Особенно сильно от тяжелой воды страдают тонкие сборки митотических веретенных образований, необходимых для деления клеток у эукариот . Растения перестают расти, а семена не прорастают, если им дают только тяжелую воду, потому что тяжелая вода останавливает деление эукариотических клеток. [35] Табак не прорастает, а пшеница прорастает. [36] Дейтериевая клетка больше и представляет собой модификацию направления деления. [37] [38] Клеточная мембрана также изменяется, и она первой реагирует на воздействие тяжелой воды. В 1972 году было продемонстрировано, что увеличение процента дейтерия в воде снижает рост растений. [39] Исследования, проведенные по росту прокариотических микроорганизмов в искусственных условиях среды тяжелого водорода, показали, что в этой среде все атомы водорода воды могут быть заменены дейтерием. [40] [41] Эксперименты показали, что бактерии могут жить в 98% тяжелой воды. [42] Концентрации свыше 50% смертельны для многоклеточных организмов, однако известно несколько исключений: такие виды растений, как просо ( Panicum virgatum ), которое способно расти при 50% D2O ; [ 43] Arabidopsis thaliana (70% D2O ) ; [44] Vesicularia dubyana (85% D2O ); [45] Funaria hygrometrica (90% D2O ) ; [46] и ангидробиотический вид нематод Panagrolaimus superbus (почти 100% D2O ) . [47]

Всестороннее исследование тяжелой воды на делящихся дрожжах Schizosaccharomyces pombe показало, что клетки демонстрируют измененный метаболизм глюкозы и медленный рост при высоких концентрациях тяжелой воды. [48] Кроме того, клетки активировали путь реакции на тепловой шок и путь целостности клеток, а мутанты в пути целостности клеток показали повышенную толерантность к тяжелой воде. [48] Несмотря на свою токсичность при высоких уровнях, было замечено, что тяжелая вода продлевает продолжительность жизни некоторых дрожжей до 85%, при этом предполагаемым механизмом является снижение оборота активных форм кислорода. [49]

Тяжелая вода влияет на период циркадных колебаний , последовательно увеличивая продолжительность каждого цикла. Эффект был продемонстрирован на одноклеточных организмах, зеленых растениях, изоподах, насекомых, птицах, мышах и хомяках. Механизм неизвестен. [50]

Подобно этанолу, тяжелая вода временно изменяет относительную плотность купулы по отношению к эндолимфе в вестибулярном органе, вызывая позиционный нистагм , иллюзии вращения тела, головокружение и тошноту. Однако направление нистагма противоположно направлению этанола, так как он плотнее воды, а не легче. [51]

Воздействие на животных

Эксперименты с мышами, крысами и собаками [52] показали, что степень дейтерирования 25% вызывает (иногда необратимую) стерильность, поскольку ни гаметы , ни зиготы не могут развиваться. Высокие концентрации тяжелой воды (90%) быстро убивают рыбу, головастиков , плоских червей и дрозофилу . Мыши, выращенные с рождения с 30% тяжелой водой, имеют 25% дейтерирования в жидкости организма и 10% в мозге. Они нормальны, за исключением стерильности. Дейтерирование во время беременности вызывает аномалии плода. Более высокое содержание дейтерирования в жидкости организма приводит к смерти. [53] Млекопитающие (например, крысы), которым давали пить тяжелую воду, умирают через неделю, в то время как вода в их организме приближается к примерно 50% дейтерирования. [54] Способ смерти, по-видимому, такой же, как при цитотоксическом отравлении (например, химиотерапией ) или при остром лучевом синдроме (хотя дейтерий не радиоактивен), и вызван действием дейтерия, в целом ингибирующим деление клеток. Он более токсичен для злокачественных клеток, чем для нормальных клеток, но необходимые концентрации слишком высоки для регулярного использования. [52] Как и при химиотерапии, отравленные дейтерием млекопитающие умирают от отказа костного мозга (вызывая кровотечение и инфекции) и барьерных функций кишечника (вызывая диарею и потерю жидкости ).

Несмотря на проблемы растений и животных, живущих со слишком большим количеством дейтерия, прокариотические организмы, такие как бактерии, у которых нет проблем с митотическим процессом, вызванных дейтерием, могут выращиваться и размножаться в полностью дейтерированных условиях, что приводит к замене всех атомов водорода в бактериальных белках и ДНК изотопом дейтерия. [52] [55] Это приводит к процессу самонастройки. С прокариотами, производящими полностью дейтерированную глюкозу, были выращены полностью дейтерированные Escherichia coli и Torula , и они могли производить еще более сложные полностью дейтерированные химикаты. Плесень, такая как Aspergillus, не могла размножаться в полностью дейтерированных условиях. [53]

В высших организмах полная замена тяжелыми изотопами может быть осуществлена ​​другими нерадиоактивными тяжелыми изотопами (такими как углерод-13, азот-15 и кислород-18), но это невозможно для дейтерия. Это является следствием соотношения ядерных масс между изотопами водорода, которое намного больше, чем у любого другого элемента. [56]

Оксид дейтерия используется для усиления терапии захвата бора нейтронами , но этот эффект основан не на биологических или химических эффектах дейтерия, а на способности дейтерия сдерживать (замедлять) нейтроны без их захвата. [52] Экспериментальные данные 2021 года показывают, что системное введение оксида дейтерия (добавка 30% питьевой воды) подавляет рост опухоли в стандартной мышиной модели меланомы человека , эффект приписывается селективной индукции клеточной стрессовой сигнализации и экспрессии генов в опухолевых клетках. [57]

Токсичность для человека

Поскольку для замены 25–50% воды в организме человека (вода, в свою очередь, составляет 50–75% веса тела [58] ) на тяжелую воду потребуется очень большое количество тяжелой воды, случайное или преднамеренное отравление тяжелой водой маловероятно до такой степени, что его можно практически не принимать во внимание. Отравление потребовало бы, чтобы жертва проглотила большое количество тяжелой воды без значительного потребления обычной воды в течение многих дней, чтобы вызвать какие-либо заметные токсические эффекты.

Пероральные дозы тяжелой воды в диапазоне нескольких граммов, а также тяжелого кислорода 18 O, обычно используются в экспериментах по метаболизму человека. (См. тестирование воды с двойной маркировкой .) Поскольку примерно один из 6400 атомов водорода является дейтерием, 50-килограммовый (110 фунтов) человек, содержащий 32 килограмма (71 фунт) воды в организме, обычно будет содержать достаточно дейтерия (около 1,1 грамма или 0,039 унции) для производства 5,5 грамма (0,19 унции) чистой тяжелой воды, поэтому примерно эта доза требуется для удвоения количества дейтерия в организме.

Потеря артериального давления может частично объяснить зарегистрированные случаи головокружения при приеме тяжелой воды. Однако более вероятно, что этот симптом можно отнести к измененной вестибулярной функции . Тяжелая вода, как и этанол, вызывает временную разницу в плотности купулы и эндолимфы, что сбивает с толку вестибулоокулярный рефлекс и вызывает симптомы укачивания. [59]

Путаница в отношении радиоактивного загрязнения тяжелой воды

Хотя многие люди ассоциируют тяжелую воду в первую очередь с ее использованием в ядерных реакторах, чистая тяжелая вода не радиоактивна. Коммерческая тяжелая вода слегка радиоактивна из-за присутствия мельчайших следов природного трития, но то же самое относится и к обычной воде. Тяжелая вода, которая использовалась в качестве охладителя на атомных электростанциях, содержит значительно больше трития в результате нейтронной бомбардировки дейтерия в тяжелой воде ( тритий представляет опасность для здоровья при попадании в организм в больших количествах).

В 1990 году недовольный сотрудник атомной электростанции Point Lepreau в Канаде получил образец (по оценкам, около «полстакана») тяжелой воды из первичного контура переноса тепла ядерного реактора и загрузил его в диспенсер для напитков в кафетерии. Восемь сотрудников выпили часть загрязненной воды. Инцидент был обнаружен, когда сотрудники начали оставлять образцы мочи для биоанализа с повышенным уровнем трития . Количество вовлеченной тяжелой воды было намного ниже уровней, которые могли бы вызвать токсичность тяжелой воды, но несколько сотрудников получили повышенные дозы облучения от трития и нейтронно-активированных химикатов в воде. [60] Это был не случай отравления тяжелой водой, а скорее отравление радиацией от других изотопов в тяжелой воде.

Некоторые новостные службы не были осторожны в различении этих моментов, и у части общественности осталось впечатление, что тяжелая вода обычно радиоактивна и более токсична, чем она есть на самом деле. Даже если бы чистая тяжелая вода использовалась в охладителе воды неопределенно долго, маловероятно, что инцидент был бы обнаружен или причинил бы вред, поскольку ни один сотрудник не должен был бы получать более 25% своей ежедневной питьевой воды из такого источника. [61]

Методы производства

На Земле дейтерированная вода встречается в обычной воде в пропорции около 1 молекулы на 3200. Это означает, что 1 из 6400 атомов водорода в воде является дейтерием, что составляет 1 часть на 3200 по весу (вес водорода). HDO может быть отделен от обычной воды путем дистилляции или электролиза , а также различными процессами химического обмена, все из которых используют кинетический изотопный эффект , при этом частичное обогащение также происходит в естественных водоемах при определенных условиях испарения. [62] (Более подробную информацию об изотопном распределении дейтерия в воде см. в статье Vienna Standard Mean Ocean Water .) Теоретически дейтерий для тяжелой воды можно создать в ядерном реакторе, но отделение от обычной воды является самым дешевым процессом массового производства.

Разница в массе между двумя изотопами водорода приводит к разнице в энергии нулевой точки и, таким образом, к небольшой разнице в скорости реакции. Как только HDO становится значительной фракцией воды, тяжелая вода становится более распространенной, поскольку молекулы воды очень часто обмениваются атомами водорода. Производство чистой тяжелой воды путем дистилляции или электролиза требует большого каскада дистилляторов или электролизных камер и потребляет большое количество энергии, поэтому химические методы обычно являются предпочтительными.

Наиболее экономически эффективным процессом получения тяжелой воды является двухтемпературный сульфидный процесс обмена (известный как сульфидный процесс Гирдлера ), разработанный параллельно Карлом-Германом Гейбом и Джеромом С. Спеваком в 1943 году. [32] Альтернативный процесс, [63] запатентованный Грэмом М. Кейзером, использует лазеры для селективной диссоциации дейтерированных гидрофторуглеродов с образованием фторида дейтерия , который затем может быть разделен физическими средствами. Хотя потребление энергии для этого процесса намного меньше, чем для сульфидного процесса Гирдлера, этот метод в настоящее время неэкономичен из-за расходов на закупку необходимых гидрофторуглеродов.

Как уже отмечалось, современная коммерческая тяжелая вода почти повсеместно именуется и продается как оксид дейтерия. Чаще всего она продается в различных степенях чистоты, от 98% обогащения до 99,75–99,98% обогащения дейтерия (чистота для ядерных реакторов), а иногда и более высокой изотопной чистоты.

Производство по странам

Аргентина

Аргентина была основным производителем тяжелой воды, используя установку на основе обмена аммиака и водорода, поставленную швейцарской компанией Sulzer . Она также была крупным экспортером в Канаду, Германию, США и другие страны. Установка по производству тяжелой воды, расположенная в Арройито, была крупнейшей в мире установкой по производству тяжелой воды. Аргентина производила 200 коротких тонн (180 тонн) тяжелой воды в год в 2015 году, используя метод монотермического изотопного обмена аммиака и водорода . [64] [65] [66] [67] [68] С 2017 года установка в Арройито не работает. [69]

Соединенные Штаты

Во время Манхэттенского проекта Соединенные Штаты построили три завода по производству тяжелой воды в рамках проекта P-9 на заводе Morgantown Ordnance Works, недалеко от Моргантауна, Западная Вирджиния ; на заводе Wabash River Ordnance Works, недалеко от Даны и Ньюпорта, штат Индиана ; и на заводе Alabama Ordnance Works, недалеко от Чилдерсбурга и Силакоги, штат Алабама . Тяжелая вода также приобреталась на заводе Cominco в Трейле, Британская Колумбия , Канада. Экспериментальный реактор Chicago Pile-3 использовал тяжелую воду в качестве замедлителя и стал критическим в 1944 году. [70] Три отечественных завода по производству были закрыты в 1945 году после производства около 81 470 фунтов продукта. [71] Завод Wabash возобновил производство тяжелой воды в 1952 году.

В 1953 году Соединенные Штаты начали использовать тяжелую воду в реакторах по производству плутония на площадке Саванна-Ривер . Первый из пяти тяжеловодных реакторов был запущен в эксплуатацию в 1953 году, а последний был переведен в режим холодного останова в 1996 году. Реакторы были тяжеловодными, чтобы они могли производить как плутоний, так и тритий для американской программы ядерного оружия.

В США был разработан процесс химического обмена сульфида Гирдлера , который впервые был продемонстрирован в больших масштабах на заводе в г. Дана, штат Индиана, в 1945 г. и на объекте Саванна-Ривер в 1952 г.

Индия

Индия является одним из крупнейших в мире производителей тяжелой воды через свой Совет по тяжелой воде . [72] Она экспортирует тяжелую воду в такие страны, как Республика Корея, Китай и Соединенные Штаты. [73] [74]

Норвегия

«Тяжелая вода» производства Norsk Hydro

В 1934 году Norsk Hydro построила первую коммерческую установку по производству тяжелой воды в Веморке , Тинн , которая в конечном итоге производила 4 килограмма (8,8 фунта) в день. [75] С 1940 года и на протяжении всей Второй мировой войны установка находилась под контролем Германии , и союзники решили уничтожить установку и ее тяжелую воду, чтобы помешать немецкой разработке ядерного оружия. В конце 1942 года запланированный рейд под названием Operation Freshman британских воздушно-десантных войск провалился, оба планера разбились. Налетчики погибли в результате крушения или впоследствии были казнены немцами.

Ночью 27 февраля 1943 года операция «Ганнерсайд» увенчалась успехом. Норвежским коммандос и местному сопротивлению удалось разрушить небольшие, но важные части электролизеров, слив накопившуюся тяжелую воду в заводские стоки. [76]

16 ноября 1943 года ВВС союзников сбросили на это место более 400 бомб. Воздушный налет союзников побудил нацистское правительство перевезти всю имеющуюся тяжелую воду в Германию для хранения. 20 февраля 1944 года норвежский партизан потопил паром M/F  Hydro, перевозивший тяжелую воду через озеро Тинн , что стоило жизни 14 норвежским гражданским лицам, и большая часть тяжелой воды, предположительно, была потеряна. Несколько бочек были заполнены лишь наполовину, поэтому оставались плавучими, и, возможно, их спасли и перевезли в Германию.

Недавнее расследование производственных записей в Norsk Hydro и анализ неповрежденной бочки, которая была спасена в 2004 году, показали, что, хотя бочки в этой партии содержали воду с pH  14, что указывает на щелочной электролитический процесс очистки, они не содержали высоких концентраций D 2 O. [77] Несмотря на видимый размер партии, общее количество чистой тяжелой воды было довольно небольшим, большинство бочек содержало только 0,5–1% чистой тяжелой воды. Немцам потребовалось бы около 5 тонн тяжелой воды, чтобы запустить ядерный реактор. В манифесте четко указано, что в Германию перевозилось всего полтонны тяжелой воды. Hydro перевозила слишком мало тяжелой воды для одного реактора, не говоря уже о 10 или более тоннах, необходимых для производства достаточного количества плутония для ядерного оружия. [77] Немецкая программа по созданию ядерного оружия была гораздо менее продвинутой, чем Манхэттенский проект, и ни один реактор, построенный в нацистской Германии, не приблизился к достижению критичности . Никакое количество тяжелой воды не изменило бы этого.

Израиль признал, что реактор в Димоне работал на норвежской тяжелой воде, проданной ему в 1959 году. Индия, вероятно, также использовала норвежскую тяжелую воду посредством реэкспорта через Румынию и Германию. [78] [79]

Канада

В рамках своего вклада в Манхэттенский проект Канада построила и эксплуатировала электролитический завод по производству тяжелой воды производительностью от 1000 до 1200 фунтов (от 450 до 540 кг) в месяц (проектная мощность) в Трейле, Британская Колумбия , который был введен в эксплуатацию в 1943 году. [80]

Конструкция энергетического реактора компании Atomic Energy of Canada Limited (AECL) требует большого количества тяжелой воды для использования в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя. AECL заказала два завода по производству тяжелой воды, которые были построены и эксплуатировались в Атлантической Канаде в Глейс-Бей , Новая Шотландия (компания Deuterium of Canada Limited) и Пойнт-Таппер, округ Ричмонд, Новая Шотландия (компания Canadian General Electric). Эти заводы имели существенные проблемы с проектированием, строительством и производством. Завод Glace Bay вышел на полную мощность в 1984 году после того, как в 1971 году его приобрела AECL. [81] Завод Point Tupper вышел на полную мощность в 1974 году, и AECL выкупила завод в 1975 году. [82] Изменения в проекте завода Point Tupper были внесены, когда AECL построила завод по производству тяжелой воды в Брюсе ( 44°11′07″ с.ш. 81°21′42″ з.д. / 44.1854° с.ш. 81.3618° з.д. / 44.1854; -81.3618 (завод по производству тяжелой воды в Брюсе) ), [83] который она позже продала Ontario Hydro , чтобы обеспечить надежные поставки тяжелой воды для будущих электростанций. Два завода в Новой Шотландии были закрыты в 1985 году, когда их производство оказалось ненужным.

Завод по производству тяжелой воды Bruce Heavy Water Plant (BHWP) в Онтарио был крупнейшим в мире заводом по производству тяжелой воды с мощностью 1600 тонн в год на пике (800 тонн в год на полный завод, два полностью работающих завода на пике). Он использовал сульфидный процесс Girdler для производства тяжелой воды и требовал 340 000 тонн питательной воды для производства одной тонны тяжелой воды. Он был частью комплекса, включавшего восемь реакторов CANDU , которые обеспечивали теплом и электроэнергией завод по производству тяжелой воды. Площадка располагалась на атомной электростанции Douglas Point / Bruce Nuclear Generating Station недалеко от Тивертона, Онтарио, на озере Гурон , где он имел доступ к водам Великих озер . [84]

В 1969 году AECL заключила контракт на строительство первого блока BHWP (BHWP A). Ввод в эксплуатацию BHWP A был выполнен Ontario Hydro с 1971 по 1973 год, при этом завод был введен в эксплуатацию 28 июня 1973 года, а проектная производственная мощность была достигнута в апреле 1974 года. В связи с успехом BHWP A и большим количеством тяжелой воды, которое потребовалось бы для большого количества предстоящих запланированных проектов строительства атомной электростанции CANDU, Ontario Hydro ввела в эксплуатацию три дополнительных завода по производству тяжелой воды для площадки Брюс (BHWP B, C и D). BHWP B был введен в эксплуатацию в 1979 году. Эти первые два завода были значительно более эффективными, чем планировалось, и количество проектов строительства CANDU оказалось значительно ниже первоначально запланированного, что привело к отмене строительства BHWP C и D. В 1984 году BHWP A был закрыт. К 1993 году Ontario Hydro произвела достаточно тяжелой воды для удовлетворения всех своих предполагаемых внутренних потребностей (которые оказались ниже ожидаемых из-за повышения эффективности использования и переработки тяжелой воды), поэтому они закрыли и снесли половину мощностей BHWP B. Оставшиеся мощности продолжали работать, чтобы удовлетворить спрос на экспорт тяжелой воды, пока они не были окончательно закрыты в 1997 году, после чего завод был постепенно демонтирован, а площадка очищена. [85] [86]

В настоящее время AECL исследует другие, более эффективные и экологически безопасные процессы для создания тяжелой воды. Это актуально для реакторов CANDU, поскольку тяжелая вода составляла около 15–20% от общей капитальной стоимости каждой установки CANDU в 1970-х и 1980-х годах. [86]

Иран

С 1996 года в Хондаб близ Арака строился завод по производству тяжелой воды . [ требуется цитата ] 26 августа 2006 года президент Ирана Ахмадинежад открыл расширение завода по производству тяжелой воды в стране. Иран указал, что завод по производству тяжелой воды будет работать в тандеме с исследовательским реактором мощностью 40 МВт, который был запланирован на 2009 год. [87] Иран впервые произвел дейтерированные растворители в начале 2011 года. [88] Предполагается, что активная зона IR-40 будет перепроектирована на основе ядерного соглашения в июле 2015 года.

Ирану разрешено хранить только 130 тонн (140 коротких тонн ) тяжелой воды. [89] Иран экспортирует излишки производства, что делает Иран третьим по величине экспортером тяжелой воды в мире. [90] [91] В 2023 году Иран продает тяжелую воду; клиенты предложили цену более 1000 долларов за литр. [92]

Пакистан

В Пакистане есть два завода по производству тяжелой воды, которые находятся в Пенджабе . Введенный в эксплуатацию в 1995–96 годах, ядерный комплекс Хушаб является центральным элементом программы Пакистана по производству оружейного плутония, дейтерия и трития для усовершенствованных компактных боеголовок (т. е. термоядерного оружия ). Еще один завод по производству тяжелой воды расположен в Мултане, который продает ее атомным электростанциям в Карачи и Чашме .

В начале 1980-х годов Пакистану удалось приобрести завод по очистке и хранению трития, а также материалы-предшественники дейтерия и трития у двух бывших восточногерманских фирм. [93] В отличие от Индии и Ирана, тяжелая вода, производимая Пакистаном, не экспортируется и не доступна для покупки какой-либо стране, а используется исключительно для его оружейного комплекса и выработки энергии на местных атомных электростанциях.

Другие страны

Румыния производила тяжелую воду на ныне выведенном из эксплуатации сульфидном заводе Дробета- Гирдлер для внутренних и экспортных целей. [94] Франция эксплуатировала небольшой завод в 1950-х и 1960-х годах. [ необходима цитата ]

Приложения

Ядерный магнитный резонанс

Оксид дейтерия используется в спектроскопии ядерного магнитного резонанса при использовании воды в качестве растворителя, если интересующий нуклид — водород. Это происходит потому , что сигнал от молекул растворителя легкой воды ( 1H2O ) подавил бы сигнал от интересующей молекулы, растворенной в ней. Дейтерий имеет другой магнитный момент и поэтому не вносит вклад в сигнал 1 H -ЯМР на резонансной частоте водорода-1.

Для некоторых экспериментов может быть желательно идентифицировать лабильные водороды в соединении, то есть водороды, которые могут легко обмениваться как ионы H + в некоторых положениях в молекуле. При добавлении D 2 O, иногда называемом встряхиванием D 2 O , [95] лабильные водороды обмениваются между интересующим соединением и растворителем, что приводит к замене этих конкретных атомов 1 H в соединении на 2 H. Эти положения в молекуле затем не появляются в спектре 1 H-ЯМР.

Органическая химия

Оксид дейтерия часто используется в качестве источника дейтерия для получения специально меченых изотопологов органических соединений. Например, связи CH, смежные с кетонными карбонильными группами, могут быть заменены связями CD с использованием кислотного или основного катализа. Триметилсульфоксониййодид , полученный из диметилсульфоксида и метилйодида, может быть перекристаллизован из оксида дейтерия, а затем диссоциирован для регенерации метилйодида и диметилсульфоксида, оба меченых дейтерием. В случаях, когда предполагается специфическая двойная маркировка дейтерием и тритием, исследователь должен знать, что оксид дейтерия, в зависимости от возраста и происхождения, может содержать некоторое количество трития.

Инфракрасная спектроскопия

Оксид дейтерия часто используется вместо воды при сборе спектров FTIR белков в растворе. H 2 O создает сильную полосу, которая перекрывается с областью амида I белков. Полоса от D 2 O смещена от области амида I.

замедлитель нейтронов

Тяжелая вода используется в некоторых типах ядерных реакторов , где она действует как замедлитель нейтронов , чтобы замедлить нейтроны, так что они с большей вероятностью будут реагировать с делящимся ураном-235 , чем с ураном-238 , который захватывает нейтроны без деления. Реактор CANDU использует эту конструкцию. Легкая вода также действует как замедлитель, но поскольку легкая вода поглощает больше нейтронов , чем тяжелая вода, реакторы, использующие легкую воду для замедлителя реактора, должны использовать обогащенный уран , а не природный уран, в противном случае критичность невозможна. Значительная часть устаревших энергетических реакторов, таких как реакторы РБМК в СССР, были построены с использованием обычной воды для охлаждения, но графита в качестве замедлителя . Однако опасность графита в энергетических реакторах (пожары графита отчасти привели к катастрофе на Чернобыльской АЭС ) привела к прекращению использования графита в стандартных конструкциях реакторов.

Разведение и извлечение плутония может быть относительно быстрым и дешевым путем к созданию ядерного оружия , поскольку химическое разделение плутония из топлива проще, чем изотопное разделение U-235 из природного урана. Среди нынешних и прошлых государств, обладающих ядерным оружием , Израиль, Индия и Северная Корея [96] первыми использовали плутоний из реакторов с тяжеловодным замедлителем, сжигающих природный уран , в то время как Китай, Южная Африка и Пакистан первыми создали оружие с использованием высокообогащенного урана .

Нацистская ядерная программа , работавшая с более скромными средствами, чем современный Манхэттенский проект, и сдерживаемая многими ведущими учеными, которые были вынуждены покинуть страну (многие из них в конечном итоге работали на Манхэттенский проект), а также постоянными внутренними распрями, ошибочно отвергла графит как замедлитель из-за непризнания влияния примесей. Учитывая, что разделение изотопов урана считалось слишком большим препятствием, это оставило тяжелую воду в качестве потенциального замедлителя. Другими проблемами были идеологическое отвращение к тому, что пропаганда отвергала как « еврейскую физику », и недоверие между теми, кто был энтузиастами нацистской Германии еще до 1933 года, и теми, кто был Mitläufer или пытался оставаться в тени. Частично из-за саботажа союзников и рейдов коммандос на Norsk Hydro (тогда крупнейшего в мире производителя тяжелой воды), а также вышеупомянутых внутренних распрей, немецкой ядерной программе так и не удалось собрать достаточно урана и тяжелой воды в одном месте для достижения критичности, несмотря на то, что к концу войны у нее было достаточно и того, и другого.

Однако в США первый экспериментальный атомный реактор (1942), а также производственные реакторы Манхэттенского проекта в Хэнфорде, которые производили плутоний для испытания Trinity и бомб Fat Man , использовали замедлители нейтронов из чистого углерода (графита) в сочетании с обычными трубами водяного охлаждения. Они не работали ни с обогащенным ураном, ни с тяжелой водой. Российское и британское производство плутония также использовало реакторы с графитовым замедлителем.

Нет никаких доказательств того, что гражданские тяжеловодные энергетические реакторы, такие как проекты CANDU или Atucha , использовались для производства военных расщепляющихся материалов. В странах, которые еще не обладают ядерным оружием, ядерный материал на этих объектах находится под гарантиями МАГАТЭ , чтобы воспрепятствовать любому перенаправлению.

Из-за ее потенциального использования в программах по созданию ядерного оружия , владение или импорт/экспорт больших промышленных количеств тяжелой воды подлежат государственному контролю в нескольких странах. Поставщики тяжелой воды и технологий ее производства обычно применяют к тяжелой воде меры безопасности и учет материалов, администрируемые МАГАТЭ (Международным агентством по атомной энергии). (В Австралии — Закон о нераспространении ядерного оружия (Гарантии) 1987 года .) В США и Канаде непромышленные количества тяжелой воды (т. е. в диапазоне от граммов до килограммов) обычно доступны без специальной лицензии через дилеров по поставкам химикатов и коммерческие компании, такие как бывший крупнейший в мире производитель Ontario Hydro .

Детектор нейтрино

Нейтринная обсерватория Садбери ( SNO) в Садбери , Онтарио, использует 1000 тонн тяжелой воды, взятой взаймы у Atomic Energy of Canada Limited . Детектор нейтрино находится на глубине 6800 футов (2100 м) под землей в шахте, чтобы защитить его от мюонов, производимых космическими лучами . SNO был построен, чтобы ответить на вопрос о том, могут ли нейтрино электронного типа , производимые в результате синтеза на Солнце (единственный тип, который Солнце должно производить напрямую, согласно теории), превращаться в другие типы нейтрино по пути к Земле. SNO обнаруживает черенковское излучение в воде от высокоэнергетических электронов, производимых из нейтрино электронного типа , когда они подвергаются взаимодействию заряженного тока (CC) с нейтронами в дейтерии , превращая их в протоны и электроны (однако только электроны достаточно быстры, чтобы производить черенковское излучение для обнаружения).

SNO также обнаруживает события нейтринного электронного рассеяния (ES), где нейтрино передает энергию электрону, который затем продолжает генерировать черенковское излучение, отличающееся от того, которое производится событиями CC. Первая из этих двух реакций производится только нейтрино электронного типа, в то время как вторая может быть вызвана всеми ароматами нейтрино. Использование дейтерия имеет решающее значение для функции SNO, поскольку все три «аромата» (типа) нейтрино [97] могут быть обнаружены также в третьем типе реакции, нейтрино-распаде, в котором нейтрино любого типа (электрон, мюон или тау ) рассеивается от ядра дейтерия ( дейтрона ), передавая достаточно энергии, чтобы разбить слабосвязанный дейтрон на свободный нейтрон и протон посредством взаимодействия нейтрального тока (NC).

Это событие обнаруживается, когда свободный нейтрон поглощается 35 Cl −, присутствующим из NaCl, намеренно растворенного в тяжелой воде, вызывая испускание характерных захватных гамма-лучей. Таким образом, в этом эксперименте тяжелая вода не только обеспечивает прозрачную среду, необходимую для получения и визуализации черенковского излучения, но и обеспечивает дейтерий для обнаружения экзотических нейтрино типа мю (μ) и тау (τ), а также непоглощающую замедлительную среду для сохранения свободных нейтронов из этой реакции, пока они не будут поглощены легко обнаруживаемым нейтронно-активируемым изотопом.

Тестирование скорости метаболизма и оборота воды в физиологии и биологии

Тяжелая вода используется как часть смеси с H 2 18 O для обычного и безопасного теста средней скорости метаболизма у людей и животных, занимающихся своей обычной деятельностью. Скорость выведения одного только дейтерия является мерой оборота воды в организме. Она сильно варьируется между людьми и зависит от условий окружающей среды, а также от размера субъекта, пола, возраста и физической активности. [98]

Производство трития

Тритий является активным веществом в автономном освещении и управляемом ядерном синтезе, его другие применения включают авторадиографию и радиоактивную маркировку . Он также используется в разработке ядерного оружия для усиленного деления и инициаторов . Тритий подвергается бета-распаду в гелий-3 , который является стабильным, но редким изотопом гелия, который сам по себе очень востребован. Некоторое количество трития образуется в реакторах с тяжеловодным замедлителем, когда дейтерий захватывает нейтрон. Эта реакция имеет небольшое поперечное сечение (вероятность одного события захвата нейтрона) и производит только небольшое количество трития, хотя и достаточное, чтобы оправдать очистку трития из замедлителя каждые несколько лет для снижения экологического риска утечки трития. Учитывая, что гелий-3 является нейтронным ядом с на порядки большим поперечным сечением захвата, чем любой компонент тяжелой или тритиевой воды, его накопление в тяжеловодном замедлителе нейтронов или мишени для производства трития должно быть сведено к минимуму.

Производство большого количества трития таким способом потребовало бы реакторов с очень высокими потоками нейтронов или с очень высокой долей тяжелой воды в ядерном топливе и очень низким поглощением нейтронов другими материалами реактора. Затем тритий пришлось бы извлекать путем разделения изотопов из гораздо большего количества дейтерия, в отличие от производства из лития-6 (нынешний метод), где требуется только химическое разделение.

Сечение поглощения дейтерия для тепловых нейтронов составляет 0,52 миллибарна ( 5,2 × 10−32 м2 ; 1 барн = 10−28 м2 ) , тогда как сечения кислорода-16 и кислорода-17 составляют 0,19 и 0,24 миллибарна соответственно. 17O составляет 0,038% природного кислорода , что делает общее сечение 0,28 миллибарна. Таким образом, в D2O с природным кислородом 21% захватов нейтронов приходится на кислород, увеличиваясь по мере того, как 17O накапливается из захвата нейтронов на 16O . Кроме того, 17O может испускать альфа-частицу при захвате нейтронов, образуя радиоактивный углерод-14 .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Парпарт, Артур К. (декабрь 1935 г.). «Проницаемость эритроцитов млекопитающих для оксида дейтерия (тяжелая вода)». Журнал клеточной и сравнительной физиологии . 7 (2): 153–162. doi :10.1002/jcp.1030070202.
  2. ^ Свищев, ИМ; Кусалик, ПГ (январь 1994). «Динамика в жидкой воде, воде-d2 и воде-t2: сравнительное моделирование». Журнал физической химии . 98 (3): 728–733. doi :10.1021/j100054a002.
  3. ^ ab PubChem. "Оксид дейтерия". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Получено 22 апреля 2021 г. .
  4. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2005). Номенклатура неорганической химии (Рекомендации ИЮПАК 2005). Кембридж (Великобритания): RSC – IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . стр. 306. Электронная версия. 
  5. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «тяжелая вода». doi :10.1351/goldbook.H02758
  6. ^ DJ Kushner; Alison Baker; TG Dunstall (1999). «Фармакологическое использование и перспективы тяжелой воды и дейтерированных соединений». Can. J. Physiol. Pharmacol . 77 (2): 79–88. doi :10.1139/cjpp-77-2-79. PMID  10535697.
  7. ^ "Гарольд Клейтон Юри (1893–1981)". Колумбийский университет .
  8. ^ "Управление радиоактивным графитом на атомных электростанциях Великобритании Магнокс" (PDF) . Pub-iaea.org . Получено 11 января 2017 г. .
  9. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 апреля 2014 года . Получено 25 августа 2012 года .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  10. ^ Мосин, О. В., Игнатов, И. (2011) Разделение тяжелых изотопов дейтерия (D) и трития (T) и кислорода ( 18 O) при очистке воды, Чистая вода: проблемы и решения, № 3–4, стр. 69–78.
  11. ^ Стеккель, Ф. и Сапиро, С. (1963). Физические свойства тяжелой кислородной воды. Часть 1.—Плотность и тепловое расширение. Труды Фарадейского общества, 59, 331-343.
  12. ^ Мартин Чаплин. «Свойства воды (включая изотопологи)». lsbu.ac.uk . Архивировано из оригинала 7 октября 2014 года . Получено 4 декабря 2017 года .
  13. ^ Коц, Джон; Тейхель, Пол; Таунсенд, Джон (2008). Химия и химическая реактивность, том 1 (7-е изд.). Cengage Learning. стр. 15. ISBN 978-0-495-38711-4.Выдержка из страницы 15
  14. ^ ab обсуждение pD,
  15. ^ "RefractiveIndex.INFO" . Получено 21 января 2010 г.
  16. ^ обсуждение pD+,
  17. ^ Грей, Теодор (2007). "How 2.0". Popular Science . Архивировано из оригинала 16 декабря 2007 года . Получено 21 января 2008 года .
  18. ^ Юри, ХК; Файлла, Г (15 марта 1935 г.). «О вкусе тяжелой воды». Science . 81 (2098): 273. Bibcode :1935Sci....81..273U. doi :10.1126/science.81.2098.273-a. PMID  17811065.
  19. ^ Бен Абу, Натали; Мейсон, Филип Э. (6 апреля 2021 г.). «Сладкий вкус тяжелой воды». Communications Biology . 4 (1): 440. doi : 10.1038/s42003-021-01964-y . PMC 8024362. PMID  33824405 . 
  20. ^ Миллер, Инглис Дж.; Мусер, Грегори (1979). «Вкусовые реакции на оксид дейтерия». Физиология . 23 (1): 69–74. doi :10.1016/0031-9384(79)90124-0. PMID  515218. S2CID  39474797.
  21. ^ Уэсткотт, Кэтрин (29 апреля 2013 г.). «Действительно ли существует разница во вкусе воды между севером и югом?». BBC News Magazine . Получено 12 октября 2020 г.
  22. ^ WebExhibits. "Цвета от вибрации". Причины цвета . WebExhibits . Архивировано из оригинала 23 февраля 2017 г. Получено 21 октября 2017 г. Тяжелая вода бесцветна, поскольку все ее соответствующие колебательные переходы смещены в сторону более низкой энергии (более высокой длины волны) из-за увеличения массы изотопа.
  23. ^ HC Urey; Ferdinand G. Brickwedde; GM Murphy (1932). "Изотоп водорода с массой 2". Physical Review . 39 (1): 164–165. Bibcode : 1932PhRv...39..164U. doi : 10.1103/PhysRev.39.164 .
  24. ^ Льюис, ГН; Макдональд, Р.Т. (1933). «Концентрация изотопа H2». Журнал химической физики . 1 (6): 341. Bibcode : 1933JChPh...1..341L. doi : 10.1063/1.1749300.
  25. ^ Хевеши, Георг де; Хофер, Эрих (1934). «Устранение воды из организма человека». Nature . 134 (3397): 879. Bibcode :1934Natur.134..879H. doi :10.1038/134879a0. S2CID  4108710.
  26. ^ Крис Уолтем (20 июня 2002 г.). «Ранняя история тяжелой воды». arXiv : physics/0206076 .
  27. ^ Эм. Брату, Э. Абель, О. Редлих, Die elektrolytische Dissoziation des schweren Wassers; vorläufige Mitttelung, Zeitschrift für Physikalische Chemie, 170, 153 (1934)
  28. ^ Штрейфер, Билл. 1945: Когда Корея столкнулась со своим постколониальным будущим (отчет). Academia.edu . Получено 24 марта 2016 г.
  29. ↑ Радио, Sveriges (10 июля 2015 г.). «Tungt vatten to kärnvapentilverkades i Ljungaverk - P4 Västernorrland». Шведское радио . Проверено 22 января 2018 г.
  30. ^ «Манхэттенский проект: шпионаж и Манхэттенский проект, 1940–1945».
  31. ^ Питч, Барбара; Садовский, А.С. (май 2015 г.). Тяжелая вода. История одного приоритета. Часть 3 ( PDF ) (Отчет). Том J11505. Институт физической химии им. Л.Я. Карпова. ISSN  2227-6920 . Получено 21 марта 2016 г. – через Международный периодический научный журнал (SWorld).
  32. ^ ab Waltham, Chris (август 1998 г.). Ранняя история тяжелой воды (отчет). Университет Британской Колумбии . arXiv : physics/0206076 .
  33. ^ Олейников, Павел В. (2000). Немецкие ученые в советском атомном проекте (PDF) (Отчет). The Nonspheric Review . Получено 19 марта 2016 г.
  34. ^ Katz, JJ 1965. Химические и биологические исследования с дейтерием. 39-я ежегодная священническая лекция, Университет штата Пенсильвания, Университетский парк, Пенсильвания. С. 1–110, август 2008 г.
  35. ^ Bild, W; Năstasă, V; Haulică (2004). «Исследования in vivo и in vitro биологических эффектов воды с пониженным содержанием дейтерия: влияние воды с пониженным содержанием дейтерия на рост культивируемых клеток». Rom J. Physiol . 41 (1–2): 53–67. PMID  15984656.
  36. ^ Юри, Гарольд К. (1935). «Тяжелая вода». Scientific American . 152 (6): 300–302. ISSN  0036-8733.
  37. ^ Креспи, Х., Конрад, С., Упхаус, Р., Кац, Дж. (1960) Выращивание микроорганизмов в тяжелой воде, Анналы Нью-Йоркской академии наук, Изотопы дейтерия в химии и биологии, стр. 648–666.
  38. ^ Мосин, О.В., И. Игнатов, И. (2013) Микробиологический синтез 2H-меченых фенилаланина, аланина, валина и лейцина/изолейцина с различной степенью обогащения дейтерием грамположительной факультативной метилотрофной бактерией Вrevibacterium Methylicum, Международный журнал биомедицины, т. 3, № 2, стр. 132–138.
  39. ^ Katz, J.; Crespy, HL (1972). «Биологически важные изотопные гибридные соединения в ЯМР: 1H Фурье-преобразование ЯМР при неестественном содержании». Pure Appl. Chem . 32 (1–4): 221–250. doi : 10.1351/pac197232010221 . PMID  4343107.
  40. ^ Мосин, О.Б.; Складнев, ДА; Егорова, ТА; Швец, ВИ (1996). «Биологические эффекты тяжелой воды». Биоорганическая химия . 22 (10–11): 861–874.
  41. ^ Мосин, О.В., Швез, В.И., Складнев, Д.А., Игнатов, И. (2012) Изучение микробного синтеза дейтериймеченого L-фенилаланина метилотрофной бактерией Brevibacterium Methylicum на средах с различным содержанием тяжелой воды, Российский биофармацевтический журнал , № 1, т. 4, № 1, стр. 11–22.
  42. ^ Складнев ДА, Мосин О.В., Егорова ТА, Еремин СВ, Швец ВИ (1996) Метилотрофные бактерии как источники 2Н- и 13С-аминокислот // Биотехнология , стр. 14–22.
  43. ^ Эванс, BR; и др. (2015). «Производство дейтерированного проса путем гидропонного выращивания. Planta». Planta . 242 (1): 215–22. doi :10.1007/s00425-015-2298-0. OSTI  1185899. PMID  25896375. S2CID  18477008.
  44. ^ Bhatia, CR; et al. (1968). «Адаптация и реакция роста Arabidopsis thaliana на дейтерий. Planta». 80 . doi :10.1007/BF00385593. S2CID  19662801. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  45. ^ Кутышенко, Вице-президент; и др. (2015). "«Внутрирастительный» ЯМР: Анализ интактного растения Vesicularia dubyana методом ЯМР-спектроскопии высокого разрешения. Молекулы». doi : 10.1007/BF00385593. S2CID  19662801. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  46. ^ Вергара, Ф.; и др. (2018). " Funaria hygrometrica Hedw. повышенная толерантность к D 2 O: ее использование для производства высокодейтерированных метаболитов. Planta". Planta . 247 (2): 405–412. doi :10.1007/s00425-017-2794-5. PMID  29030693. S2CID  11302702.
  47. ^ de Carli, GJ; et al. (2020). «Животное, способное переносить D 2 O». ChemBioChem . 22 (6): 988–991. doi :10.1002/cbic.202000642. PMID  33125805. S2CID  226218470.
  48. ^ ab Kampmeyer, Caroline; Johansen, Jens V.; Holmberg, Christian; Karlson, Magnus; Gersing, Sarah K.; Bordallo, Heloisa N.; Kragelund, Birthe B.; Lerche, Mathilde H.; Jourdain, Isabelle; Winther, Jakob R.; Hartmann-Petersen, Rasmus (17 апреля 2020 г.). «Мутации в одном сигнальном пути позволяют клеткам расти в тяжелой воде». ACS Synthetic Biology . 9 (4): 733–748. doi :10.1021/acssynbio.9b00376. ISSN  2161-5063. PMID  32142608. S2CID  212621576.
  49. ^ Ли, Сиян; Снайдер, Майкл П. (18 февраля 2016 г.). «Продление жизни дрожжей путем обращения вспять снижения содержания тяжелых изотопов, связанного со старением». npj Старение и механизмы заболеваний . 2 (1). Springer Science and Business Media LLC: 16004–. doi :10.1038/npjamd.2016.4. ISSN  2056-3973. PMC 5515009. PMID 28721263  . 
  50. ^ Pittendrigh, CS; Caldarola, PC; Cosbey, ES (июль 1973 г.). «Дифференциальное воздействие тяжелой воды на зависящие от температуры и компенсируемые температурой аспекты циркадной системы Drosophila pseudoobscura». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 70 (7): 2037–2041. Bibcode :1973PNAS...70.2037P. doi : 10.1073/pnas.70.7.2037 . PMC 433660 . PMID  4516204. 
  51. ↑ Money, KE; Myles, WS (февраль 1974). «Нистагм тяжелой воды и эффекты алкоголя». Nature . 247 (5440): 404–405. doi :10.1038/247404a0. ISSN  1476-4687.
  52. ^ abcd DJ Kushner; Alison Baker; TG Dunstall (1999). "Фармакологическое использование и перспективы тяжелой воды и дейтерированных соединений". Can. J. Physiol. Pharmacol . 77 (2): 79–88. doi :10.1139/cjpp-77-2-79. PMID  10535697. используется в бор-нейтронной захватной терапии ... D 2 O более токсичен для злокачественных клеток, чем нормальные животные ... Простейшие способны выдерживать до 70% D 2 O. Водоросли и бактерии могут адаптироваться к росту в 100% D 2 O
  53. ^ ab Katz, Joseph J. (1960). «Биология тяжелой воды». Scientific American . 203 (1): 106–117. ISSN  0036-8733.
  54. ^ Томсон, Дж. Ф. (1960). «Физиологические эффекты D 2 O у млекопитающих. Эффекты изотопа дейтерия в химии и биологии». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 84 (16): 736–744. Bibcode : 1960NYASA..84..736T. doi : 10.1111/j.1749-6632.1960.tb39105.x. PMID  13776654. S2CID  84422613.
  55. ^ Троценко, Ю.А., Хмеленина, В.Н., Бесчастный, А.П. (1995) Цикл рибулозомонофосфата (Квейла): новости и взгляды. Рост микроорганизмов на соединениях C1, в: Труды 8-го Международного симпозиума по росту микроорганизмов на соединениях C1 (Линдстром М.Э., Табита Ф.Р., ред.). Сан-Диего (США), Бостон: Kluwer Academic Publishers, стр. 23–26.
  56. ^ Hoefs, J. (1997). Геохимия стабильных изотопов (4-е изд.). Springer. ISBN 978-3-540-61126-4.
  57. ^ Jandova, J.; Hua, AB; Fimbres, J.; Wondrak, GT (февраль 2021 г.). «Оксид дейтерия (D2O) индуцирует экспрессию генов раннего ответа на стресс и ухудшает рост и метастазирование экспериментальной злокачественной меланомы». Cancers . 13 (4): 605. doi : 10.3390/cancers13040605 . PMC 7913703 . PMID  33546433. 
  58. ^ Уотсон, П.Е. и др. (1980). «Общие объемы воды в организме взрослых мужчин и женщин, оцененные на основе простых антропометрических измерений». Американский журнал клинического питания . 33 (1): 27–39. doi : 10.1093/ajcn/33.1.27 . PMID  6986753. S2CID  4442439.
  59. ↑ Money, KE; Myles (февраль 1974). «Нистагм тяжелой воды и эффекты алкоголя». Nature . 247 (5440): 404–405. Bibcode :1974Natur.247..404M. doi :10.1038/247404a0. PMID  4544739. S2CID  4166559.
  60. ^ "Point Lepreau in Canada". NNI (No Nukes Inforesource). Архивировано из оригинала 10 июля 2007 года . Получено 10 сентября 2007 года .
  61. ^ "Работник атомного завода Radiation Punch обвиняется в подмешивании сок". Philadelphia Daily News . Associated Press. 6 марта 1990 г. Архивировано из оригинала 24 октября 2012 г. Получено 30 ноября 2006 г.
  62. ^ Крейг, Х.; Гордон, ЛИ; Хорибе, И. (1963). «Эффекты изотопного обмена при испарении воды: 1. Результаты экспериментов при низких температурах». Журнал геофизических исследований . 68 (17): 5079–5087. Bibcode : 1963JGR....68.5079C. doi : 10.1029/JZ068i017p05079.
  63. ^ "Метод пополнения изотопов в обменной жидкости, используемой в лазере" . Получено 14 августа 2010 г.
  64. ^ "Trimod Besta: завод по производству тяжелой воды в Арройито, Аргентина" (PDF) . Trimodbesta.com . Архивировано из оригинала (PDF) 6 октября 2016 г. . Получено 11 января 2017 г. .
  65. ^ Ecabert, R. (1984). «Завод по производству тяжелой воды в Арройито, Архе..|INIS». Sulzer Technical Review . 66 (3): 21–24 . Получено 11 января 2017 г.
  66. ^ Гарсия, Э. Э. (1982). «Проекты по производству тяжелой воды Arg..|INIS». Energia Nuclear (Буэнос-Айрес) : 50–64 . Получено 11 января 2017 г.
  67. ^ Conde Bidabehere, Luis F. (2000). "Тяжелая вода. Оригинальный проект в Аргентине ..|INIS". Inis.iaea.org . Получено 11 января 2017 г. .
  68. ^ "Выбор подхода к гарантиям для завода по производству тяжелой воды в Арройито" (PDF) . Iaea.org . Получено 11 января 2017 г. .
  69. ^ "Аргентина рекупера ла Планта Индастриал де Агуа Песада" . Проверено 29 декабря 2022 г.
  70. ^ Уолтем, Крис (октябрь 2011 г.). «Ранняя история тяжелой воды»: 8–9. arXiv : physics/0206076 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  71. ↑ История округа Манхэттен, книга III . Проект P-9 .
  72. ^ "Ядерные применения | Совет по тяжелой воде, Правительство Индии". www.hwb.gov.in . Получено 25 марта 2022 г. .
  73. ^ Лакшман, Шринивас. «Замкнутый круг: Индия экспортирует тяжелую воду в США». The Times of India . Получено 21 июля 2022 г.
  74. ^ PTI ​​(18 марта 2007 г.). «Heavy Water Board достигает нового максимума на экспортном рынке». Livemint . Получено 21 июля 2022 г.
  75. ^ "Leif Tronstad". Норвежский университет науки и технологий. Архивировано из оригинала 7 февраля 2012 года . Получено 8 марта 2021 года .
  76. ^ Галлахер, Томас (2002). Нападение в Норвегии: саботаж нацистской ядерной программы . Гилфорд, Коннектикут: The Lyons Press. ISBN 978-1585747504.
  77. ^ ab NOVA (8 ноября 2005 г.). "Затонувший секрет Гитлера (стенограмма)". Веб-сайт NOVA . Получено 8 октября 2008 г.
  78. ^ "3 Scandals Oslo Must Put to Rest" Архивировано 23 апреля 2012 г. в Wayback Machine . International Herald Tribune , 1988-10-07, стр. 6 (14 сентября 1988 г.). Получено с Wisconsinproject.org 20 апреля 2012 г.
  79. ^ Милхоллин, Гэри (1987). «Heavy Water Cheaters». Foreign Policy (69): 100–119. doi :10.2307/1148590. ISSN  0015-7228. JSTOR  1148590.
  80. ^ История округа Манхэттен, Книга III, Проект P-9 (PDF) (Отчет). Министерство энергетики США . 8 апреля 1947 г. стр. 99. Получено 16 февраля 2019 г.Первоначальный проектный объем производства составлял 1000 фунтов/месяц, позже увеличился до 1200 фунтов/месяц. Максимальный объем производства составил 1330 фунтов/месяц.
  81. ^ Макиннис, Роланд (2018). Ад и тяжелая вода (1-е изд.). Роланд Макиннис. стр. 38, 54. ISBN. 1720808775. Получено 30 января 2024 г. .
  82. ^ Дэвис, Стэнли (2023). Болезненно ли приготовление тяжелой воды? (1-е изд.). Стэнли М. Дэвис. стр. 218, 232. ISBN 9798377591016. Получено 30 января 2024 г. .
  83. ^ Google Планета Земля
  84. ^ "Проект вывода из эксплуатации завода по производству тяжелой воды в Брюсе" (PDF) . Канадская комиссия по ядерной безопасности. Март 2003 г. Получено 21 февраля 2018 г.
  85. ^ DAVIDSON, GD (1978). "Производительность завода тяжелой воды Брюса". Разделение изотопов водорода . Серия симпозиумов ACS. Том 68. Американское химическое общество. стр. 27–39. doi :10.1021/bk-1978-0068.ch002. ISBN 978-0841204201.
  86. ^ ab Galley, MR; Bancroft, AR (октябрь 1981 г.). "Канадское производство тяжелой воды - 1970-1980" (PDF) . Получено 21 февраля 2018 г.
  87. ^ "Президент Ирана запускает новый ядерный проект". Telegraph.co.uk. 27 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 13 июля 2007 г. Получено 10 сентября 2007 г.
  88. Ссылки ​ Исна.ир. ​9 октября 2013 года . Проверено 11 января 2017 г.
  89. ^ «Иран заявил, что передал Оману 11 тонн тяжелой воды». AP News . 22 ноября 2016 г. Получено 21 октября 2018 г.
  90. ^ "World Digest: 8 марта 2016 г.". The Washington Post . 8 марта 2016 г. Получено 21 октября 2018 г.
  91. ^ "OEC – Тяжелая вода (оксид дейтерия) (HS92_ 284510) Торговля товарами, экспортеры и импортеры". Обсерватория экономической сложности . Архивировано из оригинала 21 октября 2018 г. Получено 21 октября 2018 г.
  92. ^ «Представитель ОАЭИ: Иностранные покупатели тяжелой воды из Ирана стоят в очереди | Агентство Farsnews». www.farsnews.ir .
  93. ^ "Khushab Heavy Water Plant". Fas.org . Получено 14 августа 2010 г.
  94. ^ "История или утопия: 45) Тяжёлая вода, ядерные реакторы и... живая вода". Peopletales.blogspot.com . Получено 11 января 2017 г.
  95. ^ "17.11: Спектроскопия спиртов и фенолов".
  96. ^ «Тяжеловодные реакторы: состояние и прогнозируемое развитие» (PDF) .
  97. ^ "The SNO Detector". Институт нейтринной обсерватории Садбери, Университет Квинс в Кингстоне. Архивировано из оригинала 7 мая 2021 года . Получено 10 сентября 2007 года .
  98. ^ Ямада, Йосукэ; Чжан, Сюэйин; Хендерсон, Мэри ET; Сагаяма, Хироюки; Понцер, Герман; Спикман, Джон Р. (2022). «Изменение оборота воды у человека, связанное с факторами окружающей среды и образа жизни». Science . 378 (6622): 909–915. Bibcode :2022Sci...378..909I. doi :10.1126/science.abm8668. PMC 9764345 . PMID  36423296. 

Внешние ссылки