stringtranslate.com

Тяжелая вода

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

Дейтерий – тяжелый изотоп водорода. Тяжелая вода содержит атомы дейтерия и используется в ядерных реакторах. Полутяжелая вода (HDO) встречается чаще, чем чистая тяжелая вода, а вода с тяжелым кислородом более плотная, но не обладает уникальными свойствами. Тритированная вода радиоактивна из-за содержания трития .

Тяжелая вода ( D
2O ) имеет физические свойства, отличные от обычной воды, например, она на 10,6% плотнее и имеет более высокую температуру плавления. Тяжелая вода менее диссоциирует при данной температуре и не имеет слегка синего цвета, как обычная вода. Хотя он не имеет существенной разницы во вкусе, он может быть слегка сладковатым на вкус. Тяжелая вода влияет на биологические системы, изменяя ферменты, водородные связи и деление клеток у эукариот . Он может быть смертельным для многоклеточных организмов в концентрации более 50%. Однако некоторые прокариоты, такие как бактерии, могут выживать в среде тяжелого водорода. Тяжелая вода может быть токсичной для человека, но для отравления потребуется большое ее количество.

Дейтерированная вода (HDO) естественным образом встречается в обычной воде и может быть отделена путем дистилляции, электролиза или процессов химического обмена. Наиболее экономически эффективным процессом производства тяжелой воды является сульфидный процесс Гирдлера . Тяжелая вода используется в различных отраслях промышленности и продается разной степени чистоты. Некоторые из его применений включают ядерный магнитный резонанс , инфракрасную спектроскопию , замедление нейтронов , обнаружение нейтрино , тестирование скорости метаболизма, нейтронозахватную терапию и производство радиоактивных материалов, таких как плутоний и тритий.

Состав

Дейтерий — изотоп водорода, ядро ​​которого содержит нейтрон и протон ; Ядро атома протия (нормального 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 «легкой» воды. Термин «тяжелая вода», определенный в Золотой книге ИЮПАК [5], также может относиться к воде, в которой более высокая, чем обычно, доля атомов водорода приходится на дейтерий, а не на протий. Для сравнения, обычная вода («обычная вода», используемая в качестве стандарта дейтерия) содержит всего около 156 атомов дейтерия на миллион атомов водорода, а это означает, что 0,0156% атомов водорода относятся к тяжелому типу. Таким образом, тяжелая вода по определению Золотой книги включает оксид водорода и дейтерия (HDO) и другие смеси D.
2ОЙ _ _
2O и HDO, в которых доля дейтерия больше обычного. Например, тяжелая вода, используемая в реакторах CANDU, представляет собой высокообогащенную водную смесь, содержащую в основном оксид дейтерия D.
2O , а также некоторое количество оксида водорода-дейтерия и меньшее количество обычного оксида водорода H.
2О. _ Он на 99,75% обогащен фракцией атомов водорода, что означает, что 99,75% атомов водорода относятся к тяжелому типу; однако тяжелая вода в смысле Золотой книги не обязательно должна быть настолько обогащенной. Однако вес молекулы тяжелой воды существенно не отличается от массы обычной молекулы воды, поскольку около 89% молекулярной массы воды приходится на один атом кислорода , а не на два атома водорода.

Тяжелая вода не радиоактивна . В чистом виде он имеет плотность примерно на 11% больше, чем вода, но в остальном физически и химически подобен. Тем не менее, различные различия в дейтерийсодержащей воде (особенно влияющие на биологические свойства) больше, чем в любом другом обычно встречающемся изотопзамещенном соединении, поскольку дейтерий уникален среди тяжелых стабильных изотопов , поскольку он в два раза тяжелее самого легкого изотопа. Эта разница увеличивает прочность водородно-кислородных связей воды, а этого, в свою очередь, достаточно, чтобы вызвать различия, важные для некоторых биохимических реакций. В организме человека естественным образом содержится дейтерий, эквивалентный примерно пяти граммам тяжелой воды, который безвреден. Когда большая часть воды (>50%) в высших организмах заменяется тяжелой водой, результатом является дисфункция клеток и их гибель. [6]

Тяжелая 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 небольшое количество нейтронов, тяжелая вода стала компонентом ранних исследований в области ядерной энергетики . С тех пор тяжелая вода стала важным компонентом некоторых типов реакторов, как тех, которые генерируют энергию, так и тех, которые предназначены для производства изотопов для ядерного оружия. Преимущество этих тяжеловодных реакторов заключается в том, что они могут работать на природном уране без использования графитовых замедлителей, которые представляют опасность радиологического [8] и взрыва пыли [9] на этапе вывода из эксплуатации. В конструкции советского РБМК с графитовым замедлителем пытались избежать использования обогащенного урана или тяжелой воды (вместо этого охлаждаясь обычной «легкой» водой), что приводило к положительному коэффициенту пустотности , что было одним из ряда недостатков конструкции реактора, приведших к Чернобыльской катастрофе . В большинстве современных реакторов в качестве замедлителя используется обогащенный уран с обычной водой.

Другие тяжелые формы воды

Полутяжелая вода

Структура полутяжелой воды

Полутяжелая вода HDO существует везде, где есть вода с легким водородом (протий,1
H ) и дейтерий (D или2
H ) в смеси. Это связано с тем, что атомы водорода (водород-1 и дейтерий) быстро обмениваются между молекулами воды. Вода, содержащая 50% H и 50% D в водороде, на самом деле содержит около 50% HDO и по 25% каждого из H.
2О и Д
2О , в динамическом равновесии . В обычной воде примерно 1 молекула из 3200 представляет собой HDO (один водород из 6400 находится в форме D), а молекулы тяжелой воды ( D
2O ) встречаются только в пропорции примерно 1 молекула на 41 миллион (т.е. одна на 6400 2 ) [ нужна ссылка ] . Таким образом, полутяжелые молекулы воды встречаются гораздо чаще, чем «чистые» (гомоизотопные) молекулы тяжелой воды.

Тяжелокислородная вода

Вода, обогащенная более тяжелыми изотопами кислорода.17О и18О также коммерчески доступен. Это «тяжелая вода», поскольку она плотнее обычной воды ( H
218
O примерно такая же плотность, как D
2ОЙ _ _
217
O находится примерно на полпути между H
2О и Д
2O ) — но его редко называют тяжелой водой, поскольку он не содержит дейтерия, придающего D 2 O его необычные ядерные и биологические свойства. Он 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 радиофармпрепаратах и ​​радиофармпрепаратах , а также в позитронно-эмиссионной томографии . Небольшие количества17
О и18
O естественным образом присутствует в воде, и большинство процессов, обогащающих тяжелую воду, в качестве побочного эффекта также обогащают более тяжелые изотопы кислорода. Это нежелательно, если тяжелая вода будет использоваться в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах, поскольку17
O может подвергнуться захвату нейтронов с последующим испусканием альфа-частицы , образуя радиоактивный14
С. _ Однако дважды меченная 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]

Тритированная вода

Тритированная вода содержит тритий ( ​​3 H) вместо протия ( 1 H) или дейтерия ( 2 H), а поскольку тритий сам по себе радиоактивн, то и тритированная вода тоже радиоактивна.

Физические свойства

Физические свойства воды и тяжелой воды различаются по нескольким параметрам. Тяжелая вода менее диссоциирована, чем легкая вода при данной температуре, и истинная концентрация ионов D + меньше, чем ионов H + , которая была бы для пробы легкой воды при той же температуре. То же самое относится и к ионам OD- и OH- . Для тяжелой воды Kw D 2 O (25,0 °C) = 1,35 × 10 -15 , а [D +  ] должно равняться [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 составляет 7,44.  

pD тяжелой воды обычно измеряется с помощью pH-электродов, определяющих (кажущееся) значение pH, или pHa, а при различных температурах истинное кислое значение pD может быть оценено на основе непосредственного измерения pHa с помощью pH-метра, так что pD+ = pHa (кажущееся показание от pH-метр) + 0,41. Электродная поправка для щелочных условий составляет 0,456 для тяжелой воды. Щелочная поправка тогда равна pD+ = pH a (кажущееся показание pH-метра) + 0,456. Эти поправки незначительно отличаются от различий p[D+] и p[OD-] 0,44 от соответствующих значений в тяжелой воде. [16]

Тяжелая вода на 10,6% плотнее обычной воды, а физические свойства тяжелой воды можно увидеть без оборудования, если бросить замороженный образец в обычную воду, поскольку она утонет. Если вода ледяная, то можно наблюдать и более высокую температуру плавления тяжелого льда: он тает при 3,7 °С и, следовательно, не тает в ледяной обычной воде. [17]

Эксперимент 1935 года не выявил «ни малейшей разницы» во вкусе между обычной и тяжелой водой. [18] Однако более недавнее исследование, по-видимому, подтверждает неофициальное наблюдение о том, что тяжелая вода кажется людям слегка сладкой на вкус, причем эффект опосредован вкусовыми рецепторами TAS1R2 / TAS1R3 . [19] Крысы, которым был предоставлен выбор между дистиллированной обычной водой и тяжелой водой, смогли избежать тяжелой воды на основе запаха, и у нее может быть другой вкус. [20] Некоторые люди сообщают, что минералы в воде влияют на вкус, например, калий придает сладкий вкус жесткой воде, но помимо содержания минералов существует множество факторов, влияющих на восприятие вкуса воды. [21]

Тяжелая вода не имеет характерного синего цвета легкой воды; это происходит потому, что гармоники молекулярных колебаний , которые в легкой воде вызывают слабое поглощение в красной части видимого спектра, смещаются в инфракрасную область и, таким образом, тяжелая вода не поглощает красный свет. [22]

Для «чистой» полутяжелой воды физические свойства не указаны, поскольку в объемном состоянии она нестабильна. В жидком состоянии несколько молекул воды всегда находятся в ионизированном состоянии , а это означает, что атомы водорода могут обмениваться между различными атомами кислорода. Теоретически полутяжелая вода может быть создана химическим методом, [ требуется дальнейшее объяснение ] , но она быстро превратится в динамическую смесь, состоящую из 25% легкой воды, 25% тяжелой воды и 50% полутяжелой воды. Однако, если бы она была получена в газовой фазе и непосредственно осаждена в твердом состоянии, полутяжелая вода в форме льда могла бы быть стабильной. Это связано с тем, что столкновения между молекулами водяного пара почти полностью незначительны в газовой фазе при стандартных температурах, а после кристаллизации столкновения между молекулами полностью прекращаются из-за жесткой решетчатой ​​структуры твердого льда. [ нужна цитата ]

История

Американский учёный 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 путем электролиза 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]

Влияние на биологические системы

Различные изотопы химических элементов имеют несколько разное химическое поведение, но для большинства элементов различия слишком малы, чтобы иметь биологический эффект. В случае водорода возникают большие различия в химических свойствах протия (легкого водорода), дейтерия и трития , поскольку энергия химической связи зависит от приведенной массы системы ядро-электрон; это изменяется в соединениях тяжелого водорода (наиболее распространенный вид - оксид водорода-дейтерия) больше, чем при замещении тяжелых изотопов с участием других химических элементов. Изотопные эффекты особенно актуальны в биологических системах, которые очень чувствительны даже к небольшим изменениям из-за изотопного влияния 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, чтобы стабилизировать свои третичные структуры . Поскольку водородная связь с дейтерием несколько прочнее [28] , чем с обычным водородом, в сильно дейтерированной среде нарушаются некоторые нормальные реакции в клетках.

Особенно сильно от тяжелой воды страдают хрупкие образования митотического веретена , необходимые для деления клеток у эукариот . Растения перестают расти, а семена не прорастают, если им давать только тяжелую воду, потому что тяжелая вода останавливает деление эукариотических клеток. [29] Дейтериевая ячейка крупнее и представляет собой модификацию направления деления. [30] [31] Клеточная мембрана тоже меняется, и именно она первой реагирует на воздействие тяжелой воды. В 1972 г. было показано, что увеличение процентного содержания дейтерия в воде снижает рост растений. [32] Исследования, проведенные по росту прокариотных микроорганизмов в искусственных условиях тяжеловодородной среды, показали, что в этой среде все атомы водорода воды могут быть заменены дейтерием. [33] [34] Эксперименты показали, что бактерии могут жить в 98% тяжелой воде. [35] Концентрации более 50% смертельны для многоклеточных организмов, однако известно несколько исключений, таких как просо проса ( Panicum virgatum ), которое способно расти на 50% D 2 O; [36] растение Arabidopsis thaliana (70% D 2 O); [37] растение Vescularia dubyana (85% D 2 O); [38] растение Funaria hygrometrica (90% D 2 O); [39] и ангидробиотический вид нематоды Panagrolaimus superbus (почти 100% D 2 O). [40] Комплексное исследование действия тяжелой воды на делящиеся дрожжи Schizosaccharomyces pombe показало, что клетки демонстрируют измененный метаболизм глюкозы и медленный рост при высоких концентрациях тяжелой воды. [41] Кроме того, клетки активировали путь реакции на тепловой шок и путь целостности клеток, а мутанты в пути целостности клеток демонстрировали повышенную толерантность к тяжелой воде. [41]

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. [42]

Несмотря на свою высокую токсичность, тяжелая вода также продлевает продолжительность жизни некоторых дрожжей до 85%, причем предполагаемый механизм заключается в уменьшении оборота активных форм кислорода. [43]

Влияние на животных

Эксперименты на мышах, крысах и собаках [44] показали, что степень дейтерирования 25% вызывает (иногда необратимую) стерильность, поскольку ни гаметы , ни зиготы не могут развиваться. Высокие концентрации тяжелой воды (90%) быстро убивают рыб , головастиков , плоских червей и дрозофил . Единственным известным исключением является ангидробиотическая нематода Panagrolaimus superbus , которая способна выживать и размножаться в 99,9% D 2 O. [40] Млекопитающие (например, крысы ), которым давали пить тяжелую воду, умирают через неделю, в то время как их В воде организма содержание дейтерирования приближается к 50%. [45] Способ смерти, по-видимому, такой же, как и при цитотоксическом отравлении (например, химиотерапии ) или при остром лучевом синдроме (хотя дейтерий не радиоактивен), и обусловлен действием дейтерия по общему ингибированию деления клеток. Он более токсичен для злокачественных клеток, чем нормальные клетки, но необходимые концентрации слишком высоки для регулярного использования. [44] Как это может произойти при химиотерапии, отравленные дейтерием млекопитающие умирают от недостаточности костного мозга (вызывающего кровотечение и инфекции) и барьерных функций кишечника (вызывающего диарею и потерю жидкости ).

Несмотря на проблемы растений и животных, живущих со слишком большим количеством дейтерия, прокариотические организмы, такие как бактерии, у которых нет митотических проблем, вызванных дейтерием, можно выращивать и размножать в полностью дейтерированных условиях, что приводит к замене всех атомов водорода в бактериальные белки и ДНК с изотопом дейтерия. [44] [46]

В высших организмах полная замена тяжелых изотопов может быть осуществлена ​​другими нерадиоактивными тяжелыми изотопами (такими как углерод-13, азот-15 и кислород-18), но для дейтерия этого сделать невозможно. Это следствие соотношения ядерных масс между изотопами водорода, которое значительно больше, чем у любого другого элемента. [47]

Оксид дейтерия используется для усиления бор-нейтронозахватной терапии , но этот эффект зависит не от биологических или химических эффектов дейтерия, а от способности дейтерия замедлять (замедлять) нейтроны, не захватывая их. [44]

Недавние экспериментальные данные показывают, что системное введение оксида дейтерия (30% добавок с питьевой водой) подавляет рост опухоли в стандартной мышиной модели меланомы человека . Этот эффект объясняется избирательной индукцией передачи сигналов клеточного стресса и экспрессии генов в опухолевых клетках. [48]

Токсичность для человека

Поскольку для замены от 25% до 50% воды в организме человека (вода, в свою очередь, составляет 50–75% веса тела [49] ) потребуется очень большое количество тяжелой воды, случайное или преднамеренное отравление тяжелыми вода маловероятна до такой степени, что ее можно практически не принимать во внимание. Отравление потребует от жертвы употребления большого количества 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 метаболических экспериментах на людях. (См . анализ воды с двойной маркировкой .) Поскольку примерно один из каждых 6400 атомов водорода представляет собой дейтерий, 50-килограммовый (110 фунтов) человек, содержащий 32 килограмма (71 фунт) воды в организме, обычно содержит достаточное количество дейтерия (около 1,1 грамма или 0,039 унции). ), чтобы получить 5,5 граммов (0,19 унции) чистой тяжелой воды, поэтому примерно эта доза необходима, чтобы удвоить количество дейтерия в организме.

Снижение артериального давления может частично объяснить случаи головокружения при приеме тяжелой воды. Однако более вероятно, что этот симптом можно объяснить изменением вестибулярной функции . [50]

Путаница с радиационным загрязнением тяжелой воды

Хотя у многих людей тяжелая вода ассоциируется прежде всего с ее использованием в ядерных реакторах, чистая тяжелая вода не радиоактивна. Тяжелая вода технического качества слегка радиоактивна из-за присутствия мельчайших следов природного трития , но то же самое справедливо и для обычной воды. Тяжелая вода, которая использовалась в качестве теплоносителя 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 Пойнт-Лепре в Канаде взял образец (приблизительно «полстакана») тяжелой воды из первичного контура теплопередачи ядерного реактора и загрузил его в автомат для раздачи напитков в кафетерии. . Восемь сотрудников выпили немного загрязненной воды. Инцидент был обнаружен, когда сотрудники начали оставлять образцы мочи для биоанализа с повышенным уровнем трития . Количество задействованной тяжелой воды было намного ниже уровня, который мог бы вызвать токсичность тяжелой воды, но несколько сотрудников получили повышенные дозы радиации из-за трития и нейтронно-активируемых химикатов в воде. [51] Это был не инцидент отравления тяжелой водой, а скорее радиационное отравление другими изотопами в тяжелой воде.

Некоторые новостные службы не постарались разграничить эти моменты, и у части общественности сложилось впечатление, что тяжелая вода обычно радиоактивна и более токсична, чем она есть на самом деле. Даже если бы в кулере для воды использовалась чистая тяжелая вода в течение неопределенного времени, маловероятно, что инцидент был бы обнаружен или причинил бы вред, поскольку ни один сотрудник не будет получать из такого источника более 25% своей ежедневной питьевой воды. . [52]

Производство

На Земле дейтерированная вода HDO естественным образом встречается в обычной воде в соотношении примерно 1 молекула на 3200 . Это означает, что 1 из 6400 атомов водорода в воде составляет дейтерий, что составляет 1 часть из 3200 по массе (масса водорода). HDO можно отделить от обычной воды путем дистилляции или электролиза , а также с помощью различных процессов химического обмена, каждый из которых использует кинетический изотопный эффект , при этом частичное обогащение также происходит в природных водоемах при определенных условиях испарения. [53] (Для получения дополнительной информации об изотопном распределении дейтерия в воде см. Венский стандарт средней океанской воды .) Теоретически дейтерий для тяжелой воды может быть создан 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 нулевой энергии и, следовательно, к небольшой разнице в скорости реакции. Как только HDO становится значительной частью 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 перегонных кубов или камер электролиза и потребляет большое количество энергии, поэтому обычно предпочтительны химические методы.

Наиболее экономически эффективным процессом производства тяжелой воды является сульфидный процесс с двойным температурным обменом (известный как сульфидный процесс Гирдлера ), разработанный параллельно Карлом-Германом Гейбом и Джеромом С. Спеваком в 1943 году. [54]

Альтернативный процесс, [55] запатентованный Грэмом М. Кейзером, использует лазеры для избирательной диссоциации дейтерированных гидрофторуглеродов с образованием фторида дейтерия , который затем можно разделить физическими средствами. Хотя энергозатраты на этот процесс значительно меньше, чем на сульфидный процесс Гирдлера, в настоящее время этот метод неэкономичен из-за затрат на приобретение необходимых гидрофторуглеродов.

Как уже отмечалось, современную коммерческую тяжелую воду почти повсеместно называют и продают как оксид дейтерия. Чаще всего он продается с различной степенью чистоты: от обогащения 98% до обогащения по дейтерию 99,75–99,98% (ядерный реактор), а иногда и с более высокой изотопной чистотой.

Аргентина

Аргентина была основным производителем тяжелой воды, используя установку на основе аммиачно-водородного обмена, поставленную швейцарской компанией Sulzer . Он также был крупным экспортером в Канаду, Германию, США и другие страны. Завод по производству тяжелой воды, расположенный в Арройито , был крупнейшим в мире предприятием по производству тяжелой воды. В 2015 году Аргентина производила 200 коротких тонн (180 тонн) тяжелой воды в год, используя метод монотермического изотопного обмена аммиака и водорода . [56] [57] [58] [59] [60] С 2017 года завод в Арройито не работает. [61]

Советский Союз

В октябре 1939 года советские физики Яков Борисович Зельдович и Юлий Борисович Харитон пришли к выводу, что тяжелая вода и углерод — единственные возможные замедлители для реактора на природном уране , и в августе 1940 года вместе с Георгием Флёровым представили план в Российскую академию физико-математических наук. Науки подсчитали, что для реактора необходимо 15 тонн тяжелой воды. Поскольку в то время в Советском Союзе не было урановых рудников, молодых работников Академии отправляли в фотомагазины Ленинграда для покупки нитрата урана, но весь проект по тяжелой воде был остановлен в 1941 году, когда немецкие войска вторглись во время операции «Барбаросса ».

К 1943 году советские ученые обнаружили, что с Запада исчезла вся научная литература, касающаяся тяжелой воды, о чем Флеров в письме предупреждал советского лидера Иосифа Сталина , [62] и на тот момент тяжелой воды оставалось всего 2–3 кг. во всей стране. 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 проект взял на себя НКВД .

В октябре 1946 года в составе российского «Алсоса» НКВД депортировало в Советский Союз из Германии немецких учёных, работавших во время войны над производством тяжёлой воды, в том числе Карла-Германа Гейба , изобретателя сульфидного процесса Гирдлера . [63] Эти немецкие ученые работали под руководством немецкого физико-химика Макса Фольмера в Институте физической химии в Москве на построенном ими заводе по производству большого количества тяжелой воды к 1948 году. [54] [64]

Соединенные Штаты

Во время Манхэттенского проекта Соединенные Штаты построили три завода по производству тяжелой воды в рамках проекта P-9 на артиллерийском заводе Моргантаун, недалеко от Моргантауна, Западная Вирджиния ; на артиллерийском заводе на реке Вабаш, недалеко от Даны и Ньюпорта, штат Индиана ; и на артиллерийском заводе в Алабаме, недалеко от Чилдерсбурга и Силакауги, штат Алабама . Тяжелая вода также была приобретена на заводе Cominco в Трейле, Британская Колумбия , Канада. Экспериментальный реактор Chicago Pile-3 использовал тяжелую воду в качестве замедлителя и в 1944 году стал критическим. [65] Три отечественных производственных завода были закрыты в 1945 году после производства около 81 470 фунтов продукции. [66] Завод в Вабаше 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 введен в эксплуатацию в 1953 году, а последний был переведен в холодную остановку в 1996 году. Реакторы SRS были тяжеловодными реакторами, поэтому они могли производить как плутоний, так и тритий для программы ядерного оружия США.

В США разработан процесс химического обмена сульфидов Гирдлера , который впервые был продемонстрирован в больших масштабах на заводе в Дане, штат Индиана , в 1945 году и на заводе в Саванна-Ривер, Южная Каролина, в 1952 году. Компания DuPont эксплуатировала SRP для Министерства энергетики США до 1 апреля. 1989 год, когда компанию взяла на себя компания Westinghouse .

Индия

Индия является одним из крупнейших в мире производителей тяжелой воды благодаря своему Совету по тяжелой воде . [67] Он экспортирует тяжелую воду в такие страны, как Республика Корея, Китай и США. [68] [69]

Японская империя

В 1930-х годах Соединенные Штаты и Советский Союз подозревали, что австрийский химик Фриц Иоганн Хансгирг построил пилотный завод для Японской империи в Северной Корее, управлявшей Японией, для производства тяжелой воды с использованием изобретенного им нового процесса. [70]

Норвегия

«Тяжелая вода» производства Norsk Hydro

В 1934 году Norsk Hydro построила первый коммерческий завод по производству тяжелой воды в Веморке , Тинн , который в конечном итоге производил 4 килограмма (8,8 фунта) в день. [71] С 1940 года и на протяжении всей Второй мировой войны завод находился под контролем Германии , и союзники решили уничтожить завод и его тяжелую воду, чтобы помешать Германии разработать ядерное оружие. В конце 1942 года запланированный рейд британских воздушно-десантных войск под названием «Операция «Первокурсник»» провалился: оба планера разбились. Рейдеры погибли в результате крушения или впоследствии казнены немцами.

В ночь на 27 февраля 1943 года операция «Ганнерсайд» увенчалась успехом. Норвежским коммандос и местному сопротивлению удалось разрушить небольшие, но ключевые части электролизеров, сливая скопившуюся тяжелую воду в заводские канализации. [72]

16 ноября 1943 года авиация союзников сбросила на это место более 400 бомб. Воздушный налет союзников побудил нацистское правительство перевезти всю имеющуюся тяжелую воду на хранение в Германию. 20 февраля 1944 года норвежский партизан потопил паром M/F  Hydro , перевозивший тяжелую воду через озеро Тинн , ценой гибели 14 норвежских мирных жителей, при этом большая часть тяжелой воды предположительно была потеряна. Некоторые бочки были заполнены лишь наполовину, следовательно, находились на плаву, и, возможно, их удалось спасти и перевезти в Германию.

Недавнее исследование производственных записей на Norsk Hydro и анализ неповрежденной бочки, которая была спасена в 2004 году, показала, что, хотя бочки из этой партии содержали воду с pH  14, что указывает на процесс щелочной электролитической очистки, они не содержали высоких концентраций D2 . О. [73] Несмотря на кажущийся размер партии, общее количество чистой тяжелой воды было довольно небольшим: большинство бочек содержало только 0,5–1% чистой тяжелой воды. Немцам понадобилось бы в общей сложности около 5 тонн тяжелой воды, чтобы запустить ядерный реактор. В манифесте ясно указывалось, что в Германию было перевезено всего полтонны тяжелой воды. Гидростанция 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. [73] Немецкая программа создания ядерного оружия была гораздо менее продвинутой, чем Манхэттенский проект, и ни один реактор, построенный в нацистской Германии, никогда не приближался к критичности . Никакое количество тяжелой воды не могло этого изменить.

Израиль признал, что эксплуатировал реактор в Димоне на норвежской тяжелой воде, проданной ему в 1959 году. Благодаря реэкспорту через Румынию и Германию Индия, вероятно, также использовала норвежскую тяжелую воду. [74] [75]

Швеция

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 на Манхэттенский проект в США по цене 1,40 шведских крон за грамм тяжелой воды. [76]

Канада

В рамках своего вклада в Манхэттенский проект Канада построила и эксплуатировала электролитический завод по производству тяжелой воды производительностью от 1000 фунтов (450 кг) до 1200 фунтов (540 кг) в месяц (проектная мощность) в Трейле , Британская Колумбия , который начал работу в 1943 году. [77]

Конструкция энергетического реактора Atomic Energy of Canada Limited (AECL) требует большого количества тяжелой воды, которая действует в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя. AECL заказала два завода по производству тяжелой воды, которые были построены и эксплуатировались в Атлантической Канаде в Глейс-Бэй , Новая Шотландия (от Deuterium of Canada Limited) и Пойнт-Таппер, округ Ричмонд, Новая Шотландия (от канадской General Electric). Эти заводы столкнулись с серьезными проблемами проектирования, строительства и производства. Завод в Глейс-Бэй вышел на полную мощность в 1984 году после того, как в 1971 году он был передан компании AECL. [78] Завод в Пойнт-Таппер вышел на полную мощность в 1974 году, и компания AECL приобрела завод в 1975 году. [79] Были внесены изменения в конструкцию завода в Пойнт-Таппер. до тех пор, пока AECL построила завод по производству тяжелой воды в Брюсе ( 44 ° 11'07 "N 81 ° 21'42" W  /  44,1854 ° N 81,3618 ° W  / 44,1854; -81,3618 (Завод по производству тяжелой воды в Брюсе)) , [80 ] , который позже был продан компании Ontario Hydro , чтобы обеспечить надежную поставку 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 в Брюсе (BHWP) в Онтарио был крупнейшим в мире заводом по производству тяжелой воды с максимальной производительностью 1600 тонн в год (800 тонн в год на полный завод, два полностью действующих завода на пике мощности). Для производства тяжелой воды он использовал сульфидный процесс Гирдлера , а для производства одной тонны тяжелой воды потребовалось 340 000 тонн питательной воды. Он был частью комплекса, включавшего восемь реакторов CANDU , обеспечивающих теплом и электроэнергией завод по производству тяжелой воды. Площадка располагалась на атомной электростанции Дуглас-Пойнт / Брюс недалеко от Тивертона, Онтарио, на озере Гурон , где она имела доступ к водам Великих озер . [81]

В 1969 году компания AECL заключила контракт на строительство первой установки BHWP (BHWP A). Ввод в эксплуатацию BHWP A осуществлялся компанией 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. Благодаря успеху BHWP A и большому количеству тяжелой воды, которая Это необходимо для большого количества предстоящих запланированных проектов строительства атомной электростанции CANDU, компания Ontario Hydro ввела в эксплуатацию три дополнительных завода по производству тяжелой воды для площадки Брюса (BHWP B, C и D). BHWP B был введен в эксплуатацию в 1979 году. Эти первые две станции оказались значительно более эффективными, чем планировалось, а количество строительных проектов CANDU оказалось значительно меньшим, чем первоначально планировалось, что привело к отмене строительства BHWP C и D. В 1984 году ЗДП А был остановлен. К 1993 году компания Ontario Hydro произвела достаточно тяжелой воды для удовлетворения всех своих ожидаемых бытовых потребностей (которые были ниже, чем ожидалось, из-за повышения эффективности использования и переработки тяжелой воды), поэтому они закрыли и снесли половину мощности BHWP B. Оставшиеся мощности продолжали работать для удовлетворения спроса на экспорт тяжелой воды, пока они не были окончательно остановлены в 1997 году, после чего завод был постепенно демонтирован, а площадка расчищена. [82] [83]

AECL в настоящее время исследует другие, более эффективные и экологически безопасные процессы создания тяжелой воды. Это актуально для реакторов CANDU, поскольку тяжелая вода составляла около 15–20% общих капитальных затрат каждой установки CANDU в 1970-х и 1980-х годах. [83]

Иран

С 1996 года в Хондабе близ Арака строился завод по производству тяжелой воды . [ нужна цитата ] 26 августа 2006 года президент Ирана Ахмадинежад открыл расширение завода по производству тяжелой воды в стране. Иран сообщил, что установка по производству тяжелой воды будет работать в тандеме с исследовательским реактором мощностью 40 МВт, завершение которого запланировано на 2009 год. [84]

Иран впервые произвел дейтерированные растворители в начале 2011 года. [85]

Активную часть ИР-40 предполагается перепроектировать на основе ядерного соглашения в июле 2015 года.

Ирану разрешено хранить только 130 тонн (140 коротких тонн ) тяжелой воды. [86] Иран экспортирует избыточную продукцию после превышения своих квот, что делает Иран третьим по величине экспортером тяжелой воды в мире. [87] [88]

В 2023 году Иран будет продавать тяжелую воду; покупатели предложили цену свыше 1000 долларов за литр. [89]

Пакистан

В Пакистане есть два предприятия по производству тяжелой воды, расположенные в Пенджабе в Пакистане. Введенный в эксплуатацию в 1997-98 годах Ядерный комплекс Хушаб , представляющий собой исследовательский реактор на тяжелой воде и природном уране мощностью 50 МВт на ядерном комплексе Хушаб , является центральным элементом пакистанской программы вооружений по производству оружейного плутония, дейтерия и трития для ядерных целей. усовершенствованные компактные боеголовки (т.е. термоядерное оружие ). Еще один завод по производству тяжелой воды расположен в Мултане, который продается атомным электростанциям в Карачи и Чашме .

В начале 1980-х годов Пакистану удалось приобрести завод по очистке и хранению трития, а также материалы-прекурсоры дейтерия и трития у двух бывших восточногерманских фирм. [90] В отличие от Индии и Ирана, тяжелая вода, производимая Пакистаном, не экспортируется и не доступна для покупки ни в одной стране, а используется исключительно для оружейного комплекса и производства 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. [91]

Во Франции в 1950-х и 1960-х годах работал небольшой завод. [ нужна цитата ]

Тяжелая вода в повышенной концентрации присутствует в гиполимнионе озера Танганьика в Восточной Африке . [92] Вполне вероятно, что подобные повышенные концентрации существуют и в озерах со схожей лимнологией , но это обогащение всего лишь 4% (24 против 28) [93] и поверхностные воды обычно обогащены D
2O за счет испарения в еще большей степени за счет более быстрого H
2О, испарение.

Приложения

Ядерный магнитный резонанс

Оксид дейтерия используется в спектроскопии ядерного магнитного резонанса при использовании воды в качестве растворителя, если интересующим нуклидом является водород. Это связано с тем, что сигнал от молекул легководного растворителя ( 1 H 2 O) интерферирует с сигналом от растворенной в нем интересующей молекулы. 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 атомы водорода в соединении, то есть атомы водорода, которые могут легко обмениваться на ионы H + в некоторых положениях молекулы. При добавлении D 2 O, иногда называемом встряхиванием D 2 O , [94] происходит обмен подвижных атомов водорода между интересующим соединением и растворителем, что приводит к замене этих конкретных атомов 1H в соединении на 2H. Эти положения в молекуле затем не появляются в спектре 1 Н-ЯМР.

Органическая химия

Оксид дейтерия часто используют в качестве источника дейтерия для получения специально меченых изотопологов органических соединений. Например, связи CH, соседние с кетоновыми карбонильными группами, можно заменить связями CD с использованием кислотного или основного катализа. Йодид триметилсульфоксония , полученный из диметилсульфоксида и йодистого метила , можно перекристаллизовать из оксида дейтерия, а затем диссоциировать для регенерации йодистого метила и диметилсульфоксида, оба меченных дейтерием. В тех случаях, когда предполагается специфическое двойное мечение дейтерием и тритием, исследователь должен знать, что оксид дейтерия, в зависимости от возраста и происхождения, может содержать некоторое количество трития.

ИК-спектроскопия

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

Нейтронный замедлитель

Тяжелая вода используется в некоторых типах ядерных реакторов , где она действует как замедлитель нейтронов , замедляя нейтроны, чтобы они с большей вероятностью вступали в реакцию 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 в качестве замедлителя реактора, должны использовать обогащенный уран , а не природный уран, иначе критичность невозможна. Значительная часть устаревших энергетических реакторов, таких как реакторы РБМК в СССР, была построена с использованием обычной воды для охлаждения, но графита в качестве замедлителя . Однако опасность графита в энергетических реакторах (графитовые пожары частично привели к Чернобыльской катастрофе ) привела к прекращению использования графита в стандартных конструкциях реакторов.

Выращивание и извлечение плутония может быть относительно быстрым и дешевым путем создания ядерного оружия , поскольку химическое отделение плутония от топлива проще, чем изотопное отделение U-235 от природного урана. Среди нынешних и прошлых государств, обладающих ядерным оружием , Израиль, Индия и Северная Корея [95] первыми использовали плутоний из тяжеловодных реакторов, сжигающих природный уран , в то время как Китай, Южная Африка и Пакистан первыми создали оружие, используя высокообогащенный уран .

Нацистская ядерная программа , реализуемая с более скромными средствами, чем современный Манхэттенский проект, и сдерживаемая тем, что многие ведущие ученые были изгнаны (многие из них в конечном итоге работали на Манхэттенский проект), а также постоянной внутренней борьбой, ошибочно отвергла графит как модератор из-за непризнания влияния примесей. Учитывая, что разделение изотопов урана считалось слишком большим препятствием, потенциальным замедлителем оставалась тяжелая вода. Другими проблемами были идеологическое отвращение к тому, что пропаганда отвергала как « еврейскую физику », а также недоверие между теми, кто был ярым нацистом еще до 1933 года, и теми, кто был митлауфером или пытался вести себя сдержанно. Частично из-за диверсий союзников и рейдов коммандос на Norsk Hydro (тогда крупнейшего в мире производителя тяжелой воды), а также из-за вышеупомянутых распрей, немецкой ядерной программе так и не удалось собрать достаточно урана и тяжелой воды в одном месте для достижения критичности , несмотря на наличие достаточно и того, и другого к концу войны.

Однако в США первый экспериментальный атомный реактор (1942 г.), а также производственные реакторы Манхэттенского проекта в Хэнфорде, производившие плутоний для испытаний «Тринити» и бомб «Толстяк », использовали замедлители нейтронов из чистого углерода (графита) в сочетании с обычной водой. охлаждающие трубки. Они работали без обогащенного урана и тяжелой воды. В российском и британском производстве плутония также использовались реакторы с графитовым замедлителем.

Нет никаких доказательств того, что гражданские тяжеловодные энергетические реакторы, такие как конструкции CANDU или Atucha , использовались для производства расщепляющихся материалов военного назначения. В странах, которые еще не обладают ядерным оружием, ядерный материал на этих объектах находится под гарантиями МАГАТЭ , чтобы предотвратить любое перенаправление.

Из-за возможности использования в программах создания ядерного оружия владение или импорт/экспорт больших промышленных количеств тяжелой воды подлежит государственному контролю в нескольких странах. Поставщики тяжелой воды и технологий производства тяжелой воды обычно применяют гарантии МАГАТЭ (Международного агентства по атомной энергии) и учет материалов в отношении тяжелой воды. (В Австралии действует Закон о нераспространении ядерного оружия (о гарантиях) 1987 года .) В США и Канаде непромышленные количества тяжелой воды (т.е. в диапазоне от грамма до килограмма) 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 компании Atomic Energy of Canada Limited . Детектор нейтрино находится на глубине 6800 футов (2100 м) в шахте, чтобы защитить его от мюонов , производимых космическими лучами . SNO был создан, чтобы ответить на вопрос, могут ли нейтрино электронного типа , образующиеся в результате термоядерного синтеза на Солнце (единственный тип, который, согласно теории, Солнце должно производить непосредственно), превращаться в другие типы нейтрино на пути к Земля. SNO обнаруживает черенковское излучение в воде от электронов высокой энергии, образующихся из нейтрино электронного типа , когда они подвергаются взаимодействиям 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 рассеяния электронов нейтрино (ES), когда нейтрино передает энергию электрону, который затем начинает генерировать черенковское излучение, отличное от того, которое создается событиями CC. Первая из этих двух реакций вызывается только нейтрино электронного типа, тогда как вторая может быть вызвана всеми типами нейтрино. Использование дейтерия имеет решающее значение для функции SNO, поскольку все три «аромата» (типа) нейтрино [96] могут быть обнаружены и в третьем типе реакции — распаде нейтрино, при котором нейтрино любого типа (электронное , 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 в NaCl, намеренно растворенном в тяжелой воде, вызывая излучение характерных захватных гамма-лучей. Таким образом, в этом эксперименте тяжелая вода не только обеспечивает прозрачную среду, необходимую для создания и визуализации черенковского излучения, но также обеспечивает дейтерий для обнаружения экзотических нейтрино мю-типа (μ) и тау (τ), а также непоглощающий замедлитель. среду, чтобы сохранить свободные нейтроны от этой реакции до тех пор, пока они не смогут быть поглощены легко обнаруживаемым нейтронно-активируемым изотопом.

Тестирование скорости обмена веществ и оборота воды в физиологии и биологии

Тяжелая вода используется в составе смеси с H 2 18 O для обычного и безопасного теста средней скорости метаболизма у людей и животных, занимающихся обычной деятельностью. Скорость выведения дейтерия сама по себе является мерой круговорота воды в организме. Это сильно варьируется у разных людей и зависит от условий окружающей среды, а также от размера субъекта, пола, возраста и физической активности. [97]

Производство трития

Тритий является активным веществом в автономном освещении и контролируемом ядерном синтезе, а также в других его целях, включая авторадиографию и радиоактивную маркировку . Он также используется в разработке ядерного оружия для оружия ускоренного деления и инициаторов . Тритий подвергается бета-распаду с образованием гелия-3 , который является стабильным, но редким изотопом гелия, который сам по себе пользуется большим спросом. 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 лишь небольшое количество трития, хотя этого достаточно, чтобы оправдать очистку трития из замедлителя каждые несколько лет и снизить экологический риск утечки трития. Учитывая, что гелий-3 является поглотителем нейтронов с сечением захвата на несколько порядков выше, чем у любого компонента тяжелой или тритиевой воды, его накопление в тяжеловодном замедлителе нейтронов или мишени для производства трития должно быть сведено к минимуму.

Для производства большого количества трития таким способом потребуются реакторы с очень высокими потоками нейтронов или с очень высокой долей тяжелой воды в ядерном топливе и очень низким поглощением нейтронов другим материалом реактора. Тогда тритий придется извлекать путем разделения изотопов из гораздо большего количества дейтерия, в отличие от производства из лития-6 (настоящий метод), где необходимо только химическое разделение.

Сечение поглощения дейтерия тепловыми нейтронами составляет 0,52 миллибарна ( 5,2 × 10 -32 м 2 ; 1 барн = 10 -28 м 2 ), тогда как сечения кислорода-16 и кислорода-17 составляют 0,19 и 0,24 миллибарна соответственно. 17 O составляет 0,038% природного кислорода , что делает общее сечение 0,28 миллибарна. Таким образом, в D 2 O с природным кислородом 21% захвата нейтронов приходится на кислород, и эта цифра увеличивается по мере накопления 17 O в результате захвата нейтронов на 16 O. Кроме того, 17 O может испускать альфа-частицу при захвате нейтронов, производя радиоактивный углерод. 14 .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Парпарт, Артур К. (декабрь 1935 г.). «Проницаемость эритроцитов млекопитающих для оксида дейтерия (тяжелой воды)». Журнал клеточной и сравнительной физиологии . 7 (2): 153–162. дои : 10.1002/jcp.1030070202.
  2. ^ Свищев, И.М.; Кусалик, П.Г. (январь 1994 г.). «Динамика жидкой воды, воды-d2 и воды-t2: сравнительное моделирование». Журнал физической химии . 98 (3): 728–733. дои : 10.1021/j100054a002.
  3. ^ ab PubChem. «Оксид дейтерия». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 22 апреля 2021 г.
  4. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2005). Номенклатура неорганической химии (Рекомендации ИЮПАК 2005 г.). Кембридж (Великобритания): RSC – IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . п. 306. Электронная версия. 
  5. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) «Тяжелая вода». дои : 10.1351/goldbook.H02758
  6. ^ DJ Кушнер; Элисон Бейкер; Т.Г. Данстолл (1999). «Фармакологическое использование и перспективы тяжелой воды и дейтерированных соединений». Может. Дж. Физиол. Фармакол . 77 (2): 79–88. дои : 10.1139/cjpp-77-2-79. ПМИД  10535697.
  7. ^ «Гарольд Клейтон Юри (1893–1981)» . Колумбийский университет .
  8. ^ «Обращение с радиоактивным графитом на атомных электростанциях Магнокс в Великобритании» (PDF) . Pub-iaea.org . Проверено 11 января 2017 г.
  9. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 апреля 2014 года . Проверено 25 августа 2012 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( 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 тяжелокислородной воды. Часть 1. Плотность и тепловое расширение. Труды Общества Фарадея, 59, 331–343.
  12. ^ Мартин Чаплин. «Свойства воды (включая изотопологи)». lsbu.ac.uk. _ Архивировано из оригинала 7 октября 2014 года . Проверено 4 декабря 2017 г.
  13. ^ Коц, Джон; Тейчел, Пол; Таунсенд, Джон (2008). Химия и химическая реакционная способность, Том 1 (7-е изд.). Cengage Обучение. п. 15. ISBN 978-0-495-38711-4.Выдержка со страницы 15
  14. ^ ab обсуждение PD,
  15. ^ "RefractiveIndex.INFO" . Проверено 21 января 2010 г.
  16. ^ обсуждение pD+,
  17. ^ Грей, Теодор (2007). «Как 2.0». Популярная наука . Архивировано из оригинала 16 декабря 2007 года . Проверено 21 января 2008 г.
  18. ^ Юри, ХК; Файлла, Дж. (15 марта 1935 г.). «О вкусе тяжелой воды». Наука . 81 (2098): 273. Бибкод : 1935Sci....81..273U. doi :10.1126/science.81.2098.273-a. ПМИД  17811065.
  19. ^ Бен Абу, Натали; Мейсон, Филип Э. (6 апреля 2021 г.). «Сладкий вкус тяжелой воды». Коммуникационная биология . 4 (1): 440. doi : 10.1038/s42003-021-01964-y . ПМЦ 8024362 . ПМИД  33824405. 
  20. ^ Миллер, Инглис Дж.; Мусер, Грегори (1979). «Вкусовые реакции на оксид дейтерия». Физиология . 23 (1): 69–74. дои : 10.1016/0031-9384(79)90124-0. PMID  515218. S2CID  39474797.
  21. ↑ Весткотт, Кэтрин (29 апреля 2013 г.). «Существует ли действительно разница во вкусах воды между севером и югом?». Журнал BBC News . Проверено 12 октября 2020 г.
  22. ^ Веб-экспонаты. «Цвета от вибрации». Причины цвета . Веб-выставки . Архивировано из оригинала 23 февраля 2017 года . Проверено 21 октября 2017 г. Тяжелая вода бесцветна, потому что все соответствующие ей колебательные переходы смещаются в сторону более низких энергий (более высоких длин волн) за счет увеличения массы изотопа.
  23. ^ ХК Юри; Фердинанд Г. Брикведде; ГМ Мерфи (1932). «Изотоп водорода массы 2». Физический обзор . 39 (1): 164–165. Бибкод : 1932PhRv...39..164U. дои : 10.1103/PhysRev.39.164 .
  24. ^ Льюис, Дж.Н.; Макдональд, RT (1933). «Концентрация изотопа H2». Журнал химической физики . 1 (6): 341. Бибкод : 1933ЖЧФ...1..341Л. дои : 10.1063/1.1749300.
  25. ^ Хевеши, Джордж де; Хофер, Эрих (1934). «Выведение воды из организма человека». Природа . 134 (3397): 879. Бибкод : 1934Natur.134..879H. дои : 10.1038/134879a0. S2CID  4108710.
  26. ↑ Крис Уолтэм (20 июня 2002 г.). «Ранняя история тяжелой воды». arXiv : физика/0206076 .
  27. ^ Эм. Брату, Э. Абель, О. Редлих, Die elektrolytische Dissoziation des schweren Wassers; vorläufige Mitttelung, Zeitschrift für Physikalische Chemie, 170, 153 (1934)
  28. ^ Кац, Дж. Дж. 1965. Химические и биологические исследования с дейтерием. 39-я ежегодная священническая лекция, Университет штата Пенсильвания, Юниверсити-Парк, Пенсильвания, стр. 1–110, август 2008 г.
  29. ^ Билд, В; Нэстаса, В; Хаулицэ (2004). «Исследование in vivo и in vitro биологического действия воды, обедненной дейтерием: влияние воды, обедненной дейтерием, на рост культивируемых клеток». Ром Дж. Физиол . 41 (1–2): 53–67. ПМИД  15984656.
  30. ^ Креспи, Х., Конрад, С., Упхаус, Р., Кац, Дж. (1960) Культивирование микроорганизмов в тяжелой воде, Анналы Нью-Йоркской академии наук, Изотопы дейтерия в химии и биологии, стр. 648– 666.
  31. ^ Мосин О.В., Игнатов И. (2013) Микробиологический синтез 2H-меченных фенилаланина, аланина, валина и лейцина/изолейцина с различной степенью обогащения дейтерием грамположительной факультативной метилотрофной бактерией Вrevibacterium Mmethylicum, Международный журнал Биомедицина Том. Т. 3, № 2, с. 132–138.
  32. ^ Кац, Дж.; Креспи, HL (1972). «Биологически важные изотопные гибридные соединения в ЯМР: 1H Фурье-преобразование ЯМР в неестественном количестве». Чистое приложение. Хим . 32 (1–4): 221–250. дои : 10.1351/pac197232010221 . ПМИД  4343107.
  33. ^ Мосин, О.Б.; Складнев Д.А.; Егорова, Т.А.; Швец, В.И. (1996). «Биологическое действие тяжелой воды». Биоорганическая химия . 22 (10–11): 861–874.
  34. ^ Мосин О. В., Швез В. И., Складнев Д. А., Игнатов И. (2012) Изучение микробного синтеза меченного дейтерием L-фенилаланина метилотрофной бактерией Brevibacterium Mmethylicum на средах с различным содержанием тяжелой воды, Российский биофармацевтический журнал. , № 1, Том. Т. 4, № 1, стр. 11–22.
  35. ^ Складнев Д.А., Мосин О.В., Егорова Т.А., Еремин С.В., Швец В.И. (1996) Метилотрофные бактерии как источники 2H- и 13C-аминокислот. Биотехнология , стр. 14–22.
  36. ^ Эванс, БР; и другие. (2015). «Производство дейтерированного проса просо гидропонным. Планта». Планта . 242 (1): 215–22. дои : 10.1007/s00425-015-2298-0. OSTI  1185899. PMID  25896375. S2CID  18477008.
  37. ^ Бхатия, ЧР; и другие. (1968). «Адаптация и реакция роста Arabidopsis thaliana на дейтерий. Планта». 80 . дои : 10.1007/BF00385593. S2CID  19662801. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  38. ^ Кутышенко, Вице-президент; и другие. (2015). "«Внутрирастительный» ЯМР: анализ интактного растения Vesicleria dubyana с помощью ЯМР-спектроскопии высокого разрешения. Молекулы». doi : 10.1007/BF00385593. S2CID  19662801. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  39. ^ Вергара, Ф.; и другие. (2018). « Funaria hygrometrica Hedw. Повышенная толерантность к D 2 O: его использование для производства высокодейтерированных метаболитов. Планта». Планта . 247 (2): 405–412. дои : 10.1007/s00425-017-2794-5. PMID  29030693. S2CID  11302702.
  40. ^ Аб де Карли, GJ; и другие. (2020). «Животное, способное переносить D 2 O». ХимБиоХим . 22 (6): 988–991. дои : 10.1002/cbic.202000642. PMID  33125805. S2CID  226218470.
  41. ^ аб Каммпейер, Кэролайн; Йохансен, Йенс В.; Хольмберг, Кристиан; Карлсон, Магнус; Герсинг, Сара К.; Бордалло, Элоиза Н.; Крагелунд, Бирте Б.; Лерш, Матильда Х.; Журден, Изабель; Винтер, Якоб Р.; Хартманн-Петерсен, Расмус (17 апреля 2020 г.). «Мутации в одном сигнальном пути позволяют расти клеткам в тяжелой воде». ACS Синтетическая биология . 9 (4): 733–748. doi : 10.1021/acsynbio.9b00376. ISSN  2161-5063. PMID  32142608. S2CID  212621576.
  42. ^ Питтендри, CS; Кальдарола, ПК; Косби, ЕС (июль 1973 г.). «Дифференциальное влияние тяжелой воды на температурно-зависимые и температурно-компенсированные аспекты циркадной системы Drosophila pseudoobscura». Учеб. Натл. акад. наук. США . 70 (7): 2037–2041. Бибкод : 1973PNAS...70.2037P. дои : 10.1073/pnas.70.7.2037 . ПМК 433660 . ПМИД  4516204. 
  43. ^ Ли, Сиян; Снайдер, Майкл П. (18 февраля 2016 г.). «Долголетию дрожжей способствует обращение вспять связанного со старением снижения содержания тяжелых изотопов». npj Старение и механизмы заболеваний . ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа». 2 (1): 16004–. дои : 10.1038/npjamd.2016.4. ISSN  2056-3973. ПМК 5515009 . ПМИД  28721263. 
  44. ^ abcd DJ Кушнер; Элисон Бейкер; Т.Г. Данстолл (1999). «Фармакологическое использование и перспективы тяжелой воды и дейтерированных соединений». Может. Дж. Физиол. Фармакол . 77 (2): 79–88. дои : 10.1139/cjpp-77-2-79. PMID  10535697. используется в бор-нейтронозахватной терапии... D 2 O более токсичен для злокачественных клеток, чем нормальные клетки животных... Простейшие способны выдерживать до 70% D 2 O. Водоросли и бактерии могут адаптироваться к росту на 100%. Д 2 О
  45. ^ Томсон, Дж. Ф. (1960). «Физиологические эффекты D 2 O на млекопитающих. Эффекты изотопа дейтерия в химии и биологии». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 84 (16): 736–744. Бибкод : 1960NYASA..84..736T. doi :10.1111/j.1749-6632.1960.tb39105.x. PMID  13776654. S2CID  84422613.
  46. ^ Троценко Ю.А., Хмеленина В.Н., Бесчастный А.П. (1995) Цикл рибулозомонофосфата (Куэйла): Новости и взгляды. Микробный рост на соединениях C1, в: Материалы 8-го Международного симпозиума по микробному росту на соединениях C1 (Линдстрем М.Э., Табита Ф.Р., ред.). Сан-Диего (США), Бостон: Kluwer Academic Publishers, стр. 23–26.
  47. ^ Хофс, Дж. (1997). Геохимия стабильных изотопов (4-е изд.). Спрингер. ISBN 978-3-540-61126-4.
  48. ^ Яндова, Дж.; Хуа, АБ; Фимбрес, Дж.; Вондрак, GT (февраль 2021 г.). «Оксид дейтерия (D2O) индуцирует экспрессию генов ранней реакции на стресс и ухудшает рост и метастазирование экспериментальной злокачественной меланомы». Раки . 13 (4): 605. doi : 10.3390/cancers13040605 . ПМЦ 7913703 . ПМИД  33546433. 
  49. ^ Уотсон, ЧП; и другие. (1980). «Общий объем воды в организме взрослых мужчин и женщин, рассчитанный на основе простых антропометрических измерений». Американский журнал клинического питания . 33 (1): 27–39. дои : 10.1093/ajcn/33.1.27 . PMID  6986753. S2CID  4442439.
  50. ^ Деньги, К.Э.; Майлз (февраль 1974 г.). «Сильный водный нистагм и воздействие алкоголя». Природа . 247 (5440): 404–405. Бибкод : 1974Natur.247..404M. дои : 10.1038/247404a0. PMID  4544739. S2CID  4166559.
  51. ^ «Пойнт Лепре в Канаде». NNI (Информационный ресурс о запрете ядерного оружия). Архивировано из оригинала 10 июля 2007 года . Проверено 10 сентября 2007 г.
  52. ^ "Работника завода по производству ядерного оружия, обвиненного в выбросе сока" . Филадельфия Дейли Ньюс . Ассошиэйтед Пресс. 6 марта 1990 года. Архивировано из оригинала 24 октября 2012 года . Проверено 30 ноября 2006 г.
  53. ^ Крейг, Х.; Гордон, Л.И.; Хорибе, Ю. (1963). «Эффекты изотопного обмена при испарении воды: 1. Результаты низкотемпературных экспериментов». Журнал геофизических исследований . 68 (17): 5079–5087. Бибкод : 1963JGR....68.5079C. дои : 10.1029/JZ068i017p05079.
  54. ^ аб Уолтем, Крис (август 1998 г.). Ранняя история тяжелой воды (отчет). Университет Британской Колумбии . arXiv : физика/0206076 .
  55. ^ «Метод пополнения изотопов в обменной жидкости, используемой в лазере» . Проверено 14 августа 2010 г.
  56. ^ «Тримод Беста: завод по производству тяжелой воды в Арройито, Аргентина» (PDF) . Trimodbesta.com . Архивировано из оригинала (PDF) 6 октября 2016 года . Проверено 11 января 2017 г.
  57. ^ Экаберт, Р. (1984). «Завод по производству тяжелой воды в Арройито, Ардже..|INIS». Технический обзор компании Sulzer . 66 (3): 21–24 . Проверено 11 января 2017 г.
  58. ^ Гарсия, Э.Э. (1982). «Проекты производства тяжелой воды Арг..|ИНИС». Energia Nuclear (Буэнос-Айрес) : 50–64 . Проверено 11 января 2017 г.
  59. ^ Конде Бидабехер, Луис Ф. (2000). «Тяжелая вода. Оригинальный аргентинский проект ..|INIS». Inis.iaea.org . Проверено 11 января 2017 г.
  60. ^ «Выбор подхода к обеспечению гарантий для завода по производству тяжелой воды в Арройито» (PDF) . Iaea.org . Проверено 11 января 2017 г.
  61. ^ "Аргентина рекупера ла Планта Индастриал де Агуа Песада" . Проверено 29 декабря 2022 г.
  62. ^ «Манхэттенский проект: Шпионаж и Манхэттенский проект, 1940–1945».
  63. ^ Питч, Барбара; Садовский А.С. (май 2015 г.). Тяжелая вода. История одного приоритета. Часть 3 ( PDF ) (Отчет). Том. J11505. Институт физической химии им. Карпова. ISSN  2227-6920 . Проверено 21 марта 2016 г. - из Международного периодического научного журнала (SWorld).
  64. ^ Олейников, Павел В. (2000). Немецкие ученые в советском атомном проекте (PDF) (Отчет). Обзор нераспространения . Проверено 19 марта 2016 г.
  65. ^ Уолтем, Крис (октябрь 2011 г.). «Ранняя история тяжелой воды»: 8–9. arXiv : физика/0206076 . {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  66. ^ Книга истории округа Манхэттен III. Проект P-9 .
  67. ^ «Ядерные применения | Совет по тяжелой воде, правительство Индии» . www.hwb.gov.in. _ Проверено 25 марта 2022 г.
  68. ^ Лаксман, Шринивас. «Замкнутый круг: Индия экспортирует тяжелую воду в США». Таймс оф Индия . Проверено 21 июля 2022 г.
  69. ^ PTI ​​(18 марта 2007 г.). «Совет по тяжелой воде достигает нового максимума на экспортном рынке». Живая мята . Проверено 21 июля 2022 г.
  70. ^ Стрейфер, Билл. 1945: Когда Корея столкнулась со своим постколониальным будущим (отчет). Академия.edu . Проверено 24 марта 2016 г.
  71. ^ "Лейф Тронстад". Норвежский университет науки и технологий. Архивировано из оригинала 7 февраля 2012 года . Проверено 8 марта 2021 г.
  72. ^ Галлахер, Томас (2002). Нападение на Норвегию: саботаж нацистской ядерной программы . Гилфорд, Коннектикут: Lyons Press. ISBN 978-1585747504.
  73. ^ ab NOVA (8 ноября 2005 г.). «Затонувшая тайна Гитлера (стенограмма)». Веб-сайт НОВА . Проверено 8 октября 2008 г.
  74. ^ «3 скандала, которые Осло должен положить конец». Архивировано 23 апреля 2012 года в Wayback Machine . International Herald Tribune , 7 октября 1988 г., стр. 6 (14 сентября 1988 г.). Получено с Wisconsinproject.org 20 апреля 2012 г.
  75. ^ Милхоллин, Гэри (1987). «Мошенники с тяжелой водой». Внешняя политика (69): 100–119. дои : 10.2307/1148590. ISSN  0015-7228. JSTOR  1148590.
  76. ↑ Радио, Sveriges (10 июля 2015 г.). «Tungt vatten to kärnvapentilverkades i Ljungaverk - P4 Västernorrland». Шведское радио . Проверено 22 января 2018 г.
  77. ^ История округа Манхэттен, Книга III, Проект P-9 (PDF) (Отчет). Министерство энергетики США . 8 апреля 1947 г. с. 99 . Проверено 16 февраля 2019 г.Первоначальная проектная производительность составляла 1000 фунтов в месяц, позже была увеличена до 1200 фунтов в месяц. Максимальная производительность составила 1330 фунтов в месяц.
  78. ^ Макиннис, Роланд (2018). Ад и тяжелая вода (1-е изд.). Роланд Макиннис. стр. 38, 54. ISBN. 1720808775. Проверено 30 января 2024 г.
  79. ^ Дэвис, Стэнли (2023). Больно ли принимать тяжелую воду? (1-е изд.). Стэнли М. Дэвис. стр. 218, 232. ISBN. 9798377591016. Проверено 30 января 2024 г.
  80. ^ Google Земля
  81. ^ «Проект вывода из эксплуатации завода по производству тяжелой воды в Брюссе» (PDF) . Канадская комиссия по ядерной безопасности. Март 2003 года . Проверено 21 февраля 2018 г.
  82. ^ ДЭВИДСОН, Г.Д. (1978). «Эффективность завода по производству тяжелой воды в Брюссе». Разделение изотопов водорода . Серия симпозиумов ACS. Том. 68. Американское химическое общество. стр. 27–39. дои : 10.1021/bk-1978-0068.ch002. ISBN 978-0841204201.
  83. ^ аб Галлей, MR; Бэнкрофт, Арканзас (октябрь 1981 г.). «Производство тяжелой воды в Канаде - 1970–1980 годы» (PDF) . Проверено 21 февраля 2018 г.
  84. ^ «Президент Ирана запускает новый ядерный проект» . Телеграф.co.uk. 27 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 13 июля 2007 г. Проверено 10 сентября 2007 г.
  85. Ссылки _ Исна.ир. _ 9 октября 2013 года . Проверено 11 января 2017 г.
  86. ^ «Иран заявляет, что переправил в Оман 11 тонн тяжелой воды» . АП Новости . 22 ноября 2016 года . Проверено 21 октября 2018 г.
  87. ^ «Всемирный дайджест: 8 марта 2016 г.». Вашингтон Пост . 8 марта 2016 года . Проверено 21 октября 2018 г.
  88. ^ «OEC - Тяжелая вода (оксид дейтерия) (HS92_ 284510) Торговля продукцией, экспортеры и импортеры» . Обсерватория экономической сложности . Архивировано из оригинала 21 октября 2018 года . Проверено 21 октября 2018 г.
  89. ^ «Представитель AEOI: Иностранные клиенты иранской тяжелой воды стоят в очереди | Агентство Farsnews» . www.farsnews.ir .
  90. ^ "Хушабский завод тяжелой воды". Фас.орг . Проверено 14 августа 2010 г.
  91. ^ «История или утопия: 45) Тяжелая вода, ядерные реакторы и... живая вода». Peopletales.blogspot.com . Проверено 11 января 2017 г.
  92. ^ «Лимнология и гидрология озер Танганьика и Малави; Исследования и отчеты по гидрологии; Том: 54; 1997» (PDF) . Unesdoc.unesco.org . п. 39 . Проверено 11 января 2017 г.Х. Крейг 1975 г.
  93. ^ Крейг, Хармон (1974). «Геохимическое и гидрографическое исследование озера Танганьика: экспедиция 1973 года». {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  94. ^ «17.11: Спектроскопия спиртов и фенолов».
  95. ^ «Тяжеловодные реакторы: состояние и прогнозы развития» (PDF) .
  96. ^ "Детектор СНО". Институт нейтринной обсерватории Садбери, Королевский университет в Кингстоне. Архивировано из оригинала 7 мая 2021 года . Проверено 10 сентября 2007 г.
  97. ^ Ямада, Йосуке; Чжан, Сюэин; Хендерсон, Мэри Э.Т.; Сагаяма, Хироюки; Понцер, Герман; Спикмен, Джон Р. (2022). «Изменения в обороте воды у человека, связанные с факторами окружающей среды и образа жизни». Наука . 378 (6622): 909–915. Бибкод : 2022Sci...378..909I. doi : 10.1126/science.abm8668. ПМЦ 9764345 . ПМИД  36423296. 

Внешние ссылки