Сферы применения тяжелой воды: реактор, химические и физические исследования

Токсичность

Тяжелая вода не считается токсичной . Однако для некоторых метаболических реакций требуется обычная вода, поэтому исключительное потребление тяжелой воды можно считать опасным для здоровья.

Эксперименты на мышах показали, что основной эффект от этого потребления заключается в уменьшении количества митозов , постепенно вызывая деградацию тканей, требующих быстрой регенерации. После нескольких дней приема одной только тяжелой воды жидкости организма содержат примерно 50% тяжелой воды. В это время начинают появляться симптомы, включая уменьшение деления клеток , особенно быстро обновляющихся клеток, таких как клетки волос или стенок желудка.

Фильмография и видеоигры

В некоторых фильмах тяжелая вода играет важную роль.

• Герои Телемарка
• Удачного путешествия , где нацисты хотят захватить его, чтобы сделать атомную бомбу. См. Статью о битве на тяжелой воде, чтобы узнатьреальные факты Второй мировой войны .
• Жан Древиль «Битва на тяжелой воде »(1948). История рассказывает о диверсионной операции в 1943 году против завода по производству тяжелой воды для немцев в Норвегии. Фильм представляет собой документальную литературу (чередование архивных изображений и реконструированных сцен).

Как и в некоторых сериалах

• Папа Шульц  : серия 1-09 Тяжелая вода , Хоган должен вывезти из Норвегии бочку с тяжелой водой, которая хранится в лагере.
• Одиннадцатый час  : эпизоды 1-11 « Чудо» , полностью посвященные исследованию синтеза тяжелой воды.
• «Диверсанты 2015» ( Kampen om tungtvannet ) делают его своей центральной темой.
• The Heavy Water War  : 2015 из шести частей.

Документальный

«Затонувшая тайна Гитлера» , археологические раскопки в озере Тинн в Норвегии (озеро Тиннсойен или Тиннсья по-норвежски), чтобы найти нацистский тяжеловодный паром, который должен был репатриировать запасы грузов в Германию после атак союзников. Документальный фильм рассказывает о саботаже норвежских партизан, потопивших паром.

Видеоигры

• Ogame  : ресурс, необходимый для развития.
• Alone in the Dark 3  : Slaughter Gulch Гора содержитзараженный уровень грунтовых вод .
• Imperion  : ресурс, необходимый для развития.
• Eve Online  : топливо для космической базы.
• Железный шторм  : в хронической вселенной, где (Первая) мировая война, начавшаяся в 1914 году, никогда бы не закончилась, лейтенант Андерсон должен саботировать завод по производству тяжелой воды в Восточной Германии в 1964 году, чтобы помешать Российско-Монгольской империи разработать атомную бомбу.
• Battlefield 1942: Secret Arsenal  : The Telemark Factory – игровое поле. Когда вы входите на фабрику, вы видите, как вращаются турбины. Видны трубы за заводом.
• Секретное оружие над Нормандией  : одна из миссий игры – прикрыть коммандос, посланный для уничтожения фабрики.
• Medal of Honor  : часть кампании проходит в Норвегии по разрушению завода по производству тяжелой воды в Рьюкане.
• Metal Gear Solid 2: Sons of Liberty  : Во время битвы с Вампом в Арсенале в комнате есть лужа с тяжелой водой.
• Фронт врага  : во время первой миссии главы в Норвегию герой должен сотрудничать с норвежскими партизанами, чтобы проникнуть на фабрику Веморк и разрушить ее.
• Battlefield V  : во время главы о Норвегии мы играем за бойца сопротивления, который уничтожает производство тяжелой воды (эта версия – выдумка, основанная на операции Gunnerside, в которой норвежские и британские войска участвуют в серии миссий под названием «  Битва тяжелой воды  ».
• Hearts of Iron 4  : после вторжения в Норвегию в составе нацистской Германии игрок может выбрать решение о запуске проекта «Тяжелая вода», чтобы получить бонус за атомные исследования.
• Minecraft  : Тяжелая вода присутствует вMekanism мод .

Что такое гидросфера

Гидросфера представляет собой водную оболочку Земли, расположенную между атмосферой (газовой оболочкой) и литосферой (твердой земной корой).

В состав гидросферы входит вода, которая представлена в 3 состояниях:

• жидком,
• твердом (ледники),
• газообразном (в виде водяного пара, входящего в состав нижних участков атмосферы).

В состав данной системы входит большое количество различных химических элементов: различных минеральных солей, газов, других соединений.

Гидросфера является динамической, постоянно меняющейся системой, образующей круговорот воды в природе, когда жидкость испаряется из источников, поднимаясь в виде газа в атмосферу, а затем конденсируется, выпадая в виде осадков.

Теории формирования

В современном научном обществе существуют 2 основных теории формирования гидросферы.

Это:

• теллурическая теория,
• космическая теория.

Приверженцы теллурической теории считают, что земная кора, атмосфера и водная оболочка планеты формировались в одно и то же время, разделяясь в результате процессов плавления и высвобождения газов, запертых в твердых веществах.

Известно, что Земля сформировалась из протопланетного облака, в составе которого уже находились различные элементы, но они входили в состав твердых частиц. Когда планета достигла довольно большого размера, в ней стали происходить определенные изменения, которые связаны с силами гравитации и распадом радиоактивных элементов в недрах Земли. Все это привело к разогреву планеты, что в свою очередь стало причиной дифференциации ее составных элементов.

Самые легкие из них, постепенно превращаясь в пар, сформировали основу атмосферы, а затем и гидросферы, более тяжелые вошли в состав земной коры и недр планеты (наиболее объемные элементы, например железо и никель, составляют земное ядро и мантию).

Водная оболочка Земли формировалась очень медленными темпами. Сначала все легкие элементы преобладали в газообразном состоянии, но благодаря тому, что температура над поверхностью планеты была сравнительно невысокой (по сравнению с ее недрами), эти газы конденсировались, образуя с течением времени гидросферу.

Космическая теория гласит, что вся вода, которая содержится на нашей планете, имеет внеземное происхождение. Она была доставлена кометами и метеорами, прилетающими из космоса. В тот период времени, когда планета только сформировалась, она подвергалась постоянным ударам космических тел, в состав которых входили мельчайшие частички воды. Конечно, их количество было весьма незначительным, но благодаря тому, что эта атака продолжалась на протяжении миллионов лет, на поверхности и в недрах планеты скопились масштабные водные запасы.

Существует мнение, что обе этих теории являются верными. Согласно этому мнению, часть гидросферы сформировалась в результате естественных планетарных процессов, характерных для планет земного типа, другая часть прибыла к нам вместе с космическими телами.

Биологическая роль и физиологическое воздействие

Тяжёлая вода токсична лишь в слабой степени, химические реакции в её среде проходят несколько медленнее по сравнению с обычной водой, водородные связи с участием дейтерия несколько сильнее обычных. Эксперименты над млекопитающими (мыши, крысы, собаки) показали, что замещение 25 % водорода в тканях дейтерием приводит к стерильности, иногда необратимой. Более высокие концентрации приводят к быстрой гибели животного; так, млекопитающие, которые пили тяжёлую воду в течение недели, погибли, когда половина воды в их теле была дейтерирована; рыбы и беспозвоночные погибают лишь при 90 % дейтерировании воды в теле. Простейшие способны адаптироваться к 70 % раствору тяжёлой воды, а водоросли и бактерии способны жить даже в чистой тяжёлой воде. Человек может без видимого вреда для здоровья выпить несколько стаканов тяжёлой воды, весь дейтерий будет выведен из организма через несколько дней. Так, в одном из экспериментов по изучению связи вестибулярного аппарата и непроизвольных движений глаз (нистагма) добровольцам предлагалось выпить от 100 до 200 граммов тяжёлой воды; в результате поглощения более плотной тяжёлой воды купулой (желатинообразной структурой в полукружных каналах) её нейтральная плавучесть в эндолимфе каналов нарушается, и возникают лёгкие нарушения пространственной ориентации, в частности нистагм. Этот эффект аналогичен возникающему при приёме алкоголя (однако в последнем случае плотность купулы уменьшается, поскольку плотность этилового спирта меньше плотности воды).

Таким образом, тяжёлая вода гораздо менее токсична, чем, например, поваренная соль. Тяжёлая вода использовалась для лечения артериальной гипертензии у людей в суточных дозах от 10 до 675 г D2O в день.

В человеческом организме содержится в качестве естественной примеси столько же дейтерия, сколько в 5 граммах тяжёлой воды; этот дейтерий в основном входит в молекулы полутяжёлой воды HDO, а также во все прочие биологические соединения, в которых есть водород.

Влияние на человека

Выше мы акцентировали внимание на главном факторе — вредна ли тяжела? Поскольку ее содержание стабильно в атмосфере уже многие тысячелетия, то ее невысокие количества в питьевой воде точно не являются опасными для человечества. Что касается экспериментов с применением концентрированной дейтериевой воды, то ее не зря называют мертвой водой

Что касается экспериментов с применением концентрированной дейтериевой воды, то ее не зря называют мертвой водой.

Из-за различия физических свойств, в частности, плотности, она сложнее проходит через клеточные мембраны, и, соответственно, она фактически угнетает жизнедеятельность. А из-за более крепких водородных связей химические реакции замедлены.

Простейшие могут адаптироваться к 70-% воде, а водоросли способны жить и размножаться даже в 99% дейтериевой воде.

Что касается млекопитающих, тут замещение 25% процентов воды приводит к невозможности давать потомство. Также большой объем тяжелой воды имел эффективность при лечении раковых опухолей, но при этом приводил к смерти животного.

Человек может спокойно выпить несколько стаканов тяжелой воды без какого либо влияния на состояние внутренних органов и самочувствия. Сегодня такая вода используется для лечения определенных случаев гипертонии, что доказывает отсутствие побочных эффектов даже при регулярном применении ее небольших количеств.

Стоит также отметить, что в организме человека находится определенное количество тяжелой воды, равное тому которое находится в пяти граммах обычной воды.

Где применяется оксид дейтерия

Интересным является тот факт, что ученые, открывшие тяжелую воду, отнеслись к ней как к научному казусу и не увидели больших возможностей в ее применении, впрочем, следует заметить, что такая ситуация, с научными открытиями, не является одиночной. И лишь спустя некоторое время, совершенно другими исследователями, был открыт ее научный и промышленный потенциал.

«Тяжелая вода» применяется:

• В ядерных технологиях;
• В ядерных реакторах, для торможения нейтронов и в качестве теплоносителя;
• В качестве изотопного индикатора в химии, физике, биологии и гидрологии;
• Как детектор некоторых элементарных частиц;
• Вполне вероятно, что в ближайшем будущем «тяжелая вода» станет новым источником Энергии — изучается возможность использования дейтерия (D или 2H) как топлива для управляемого термоядерного синтеза.

В продолжение темы, важно отметить, что существуют также и другие виды тяжелой воды — Полутяжелая вода, Сверхтяжелая и Тяжёлокислородные изотопные модификации воды, с которыми вы можете ознакомиться самостоятельно или в следующих наших публикациях

Примечания и ссылки

Заметки

1. Когда в химической формуле или любом другом контексте мы используем символы D и T ( дейтерий и тритий ), тогда H становится символом протия, а не химического элемента водорода.

Рекомендации

1. ↑ and (en) Ицхак Маркус, Свойства растворителей , т.  4, Англия, John Wiley & Sons,1999 г., 239  с. ( ISBN  0-471-98369-1 ).
2. рассчитывается молекулярная масса от .
3. .
4. Николас Понтик, «  Смерть Иоахима Роннеберга, норвежского борца сопротивления, стоявшего за саботажем нацистской ядерной программы».  », Вторая мировая война, № 81. , Декабрь 2018., стр.  11
5. Капитан Кнут Хаукелид, Эпос о тяжелой воде (Det Demrer en Dag) , Париж, Л’Элан ,1948 г., 204  с. , стр.  191–194
6. (in) Сэмюэл Гоудсмит , Алсос , Нью-Йорк, Айп Пресс,1947 г.( на Google Books )
7. Manfred Попп, «  Почему нацисты не было бомбы  ,» Для науки , п о  471,январь 2017, стр.  70-77.
8. (in) на IMDb .

Что значит термин «тяжелая вода»

Она представляет собой оксид — либо водорода 2H (вместо легкого 1H в обычных условиях), либо дейтерия D, то есть изотопа, содержащего на один нейтрон больше, чем в стандартном случае. Такая замена оборачивается повышением удельной массы на 10%.

Немного справочной информации:

• в реакциях записывается как 2H2O (2H2O) или, соответственно, D2O;
• t кипения = 101,43 .С;
• t плавления = 3,813 .С;
• плотность = 3,98 .С (1,104 г/см3).

В природных источниках соотношение D к H сегодня измеряется как 1 к 6900; ее немного и это хорошо, так как в целом она действует на организмы угнетающе (подробнее рассмотрим этот вопрос ниже).

1.1 ОСОБЕННОСТИ И РАЗНОВИДНОСТИ

Тяжеловодными называют реакторы, в
которых замедлителем является тяжелая вода (D₂O).
Они наиболее экономичны в отношении расхода ядерного топлива, что обусловлено
свойствами D₂O как замедлителя: тяжелая вода
обладает наивысшим коэффициентом замедления по сравнению как с обычной водой,
так и с графитом. В этих реакторах требуется минимальная загрузка топлива для
выработки единицы мощности. Тяжелая вода практически не поглощает тепловые
нейтроны, поэтому тяжеловодные реакторы могут работать на природном уране с
достаточной свободой выбора состава топлива и конструкции активной зоны.
Благодаря хорошему балансу нейтронов KB в этих
реакторах высок по сравнению с KB реакторов на тепловых
нейтронах других типов.

Основной недостаток тяжеловодных реакторов—высокая стоимость
тяжелой воды. Однако это практически полностью компенсируется низкой стоимостью
топливной составляющей. Тем не менее, при конструировании и эксплуатации
тяжеловодных реакторов необходимо позаботиться о сведении к минимуму потерь D2O

Это тем более важно, что утечка тяжелой воды
определяет содержание паров трития в рабочих помещениях, токсичных и вредных
для организма человека

Пробег нейтронов в тяжеловодном замедлителе значительно
больше, чем в обычной воде (Н₂О), поэтому решетка активной зоны
тяжеловодных реакторов делается редкой и габариты этих реакторов заметно
превышают размеры водо-водяных реакторов. По габаритам тяжеловодные реакторы
близки к графитовым, поэтому в них сравнительно низкое удельное энерговыделение
в активной зоне (примерно на порядок ниже, чем в водо-водяных реакторах с водой
под давлением).

В качестве теплоносителя в тяжеловодных реакторах наибольшее
применение получила тяжелая и обычная вода. При использовании в качестве теплоносителя
тяжелой воды реакторы могут быть как корпусными, так и канальными. Однако если
учесть, что основная утечка идет в контуре циркуляции теплоносителя,
целесообразно отделить замедлитель с его весьма редкой решеткой от
теплоносителя, а это в конечном итоге приводит к варианту канального типа. В
реакторах с легководным теплоносителем конструкция активной зоны определяется
однозначно—с разделением теплоносителя и замедлителя без допущения какого-либо
контакта между ними.

Тяжеловодные реакторы с водным теплоносителем (D₂O или Н₂О) могут быть как кипящие,
так и без кипения воды в активной зоне. Для этих реакторов характерно высокое
давление теплоносителя, что обусловлено его теплофизическими свойствами.

В качестве теплоносителя в тяжеловодных реакторах можно
использовать газ. В некоторых странах сооружены единичные экземпляры прототипов
энергетических тяжеловодных реакторов с газовым теплоносителем. Это реакторы
корпусного типа.

Вода спасет от лишних килограммов

Любительницы диет для похудения, скорее всего, знают: бороться с чрезмерным аппетитом помогает вода. Разыгрался голод? Обмануть организм легко. Для этого достаточно выпить стакан теплой воды – желудок растянется, в мозг пойдут сигналы о насыщении.

Кроме того, согласно исследованиям, 500 мл жидкости способны временно (на протяжении 90 минут) ускорять метаболизм на 25-30 %. А выпитые 2 л воды в день, по подсчетам ученых, увеличивают расход энергии примерно на 96 калорий. При этом лучше отдавать предпочтение холодной воде – организм потратит дополнительные калории на согревание жидкости.

Иные исследования показали: стакан воды, выпитый примерно за полчаса до еды, также способен уменьшить количество употребляемых калорий. Особенно эффективно этот прием работает в пожилом организме. Сидящим на диете достаточно выпивать перед едой 2 стакана воды, чтобы за 12 недель сбросить на 44 % больше лишнего веса.

Но на этом влияние воды на вес тела не ограничивается. Дефицит Н2О, наоборот, может послужить причиной ожирения. И все дело в том, что испытывающий жажду организм, пребывая в состоянии стресса, посылает мозгу сигналы… о голоде. Человек принимается кушать, а лишние калории откладываются в виде подкожного жира.

Когда вода не бывает жидкой

Бесцветная субстанция без вкуса и запаха в зависимости от условий может быть в жидком, парообразном или твердом состоянии. Только вода способна на такие перевоплощения – ни одна другая субстанция не может так видоизменяться. Данные особенности возможны благодаря уникальному типу связей внутри молекулы.

100 градусов – не всегда точка кипения

Общеизвестно, что когда термометр показывает 0 °C, вода замерзает, а при 100 °C – закипает, превращается в пар. Но этот закон применим только при условии определенного атмосферного давления – 760 мм рт. ст. (1 атмосфера). Пропорционально снижению давления растет точка таяния льда, а температура закипания, наоборот, снижается.

При понижении атмосферного давления до определенного показателя, вода теряет способность оставаться жидкой: при температурных колебаниях лед сразу превращается в пар и наоборот.

Если давление повышать, можно достичь другого интересного эффекта: для плавки льда понадобится температура выше комнатной. А если бы в формуле Н2О вместо кислорода были соседние по таблице Менделеева элементы (например, сера или селен), то субстанция закипала бы уже при 80 °C.

В физике существует такое понятие, как тройная точка воды. Этот термин обозначает момент, когда жидкость существует одновременно в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Ученые говорят, что для достижения такого эффекта необходимо давление в 0,006 атмосферы и температура 0,001 °C.

И еще одна удивительная способность. Если в составе воды нет растворенных газов, она не превратится в лед даже при 70 градусах мороза и не закипит даже при +150.

Физические свойства тяжелой воды

Одни из них такие же, что и у обычной, другие — кардинально отличаются, но общая их совокупность определяет условия применения и употребления D2O (2H2O), а значит заслуживает внимания. Рассмотрим каждый из важных параметров отдельно.

Запах

Отсутствует — по этому показателю отличить ее от «легкой» не представляется возможным. Какие-то оттенки неприятного аромата — допустим, серной тухлости, хлористой резкости или гниловатой сладости — говорят только о наличии вполне конкретных проблем в самом источнике, вызванных не превышением концентрации оксида дейтерия. Причина может быть в разложении водорослей, сливе промышленных отходов и других подобных факторах.

Во всех вариациях своих изотопов тяжелая вода в природе так же прозрачна, как обычная. Поэтому вполне можно спутать ее визуально и случайно выпить, если она, например, будет налита в стакан или графин (на вкус она может показаться чуть сладковатой).

Обратите внимание: помутнение, затемнение или осветление, появление буроватого или зеленоватого оттенка свидетельствует лишь о присутствии примесей в отдельно взятом заборе, но никак не о повышенном содержании D2O, его так просто не определить. Другой вопрос, чем обусловлено наличие посторонних веществ (чаще всего это соли жесткости, ржавчина, нитраты, марганец и другие опасные элементы)

Температура кипения

Это первое свойство, по которому тяжелая вода будет отличаться от легкой, пусть и незначительно. Потому что при сравнении мы увидим следующие градусы:

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

• H2O – 100 0C (всем известный показатель);
• D2O – 101,7 0C.

Нагрев является своеобразным маркером «веса», но в условиях бытовой практики он малоприменим, а наука и промышленность располагают более совершенными и точными способами определения разницы.

Отдельно отметим, что выделяют еще и такой показатель, как температура плавления (кристаллизации), и он составляет:

• 0 0С – для H2O;
• 3,82 0С – для D2O.

Проще говоря, это отметка, при которой начинает образовываться лед, и это даже более явный признак «тяжести», который может пригодиться в быту.

Вязкость

Имеется в виду динамическая, являющаяся частью системы единиц СГС и измеряемая в сантипуазах (сокращенно сП). При этом 1 П = 0,1 Н х с/м2.

У обычной она 1,0016 сП, в то время как у оксида дейтерия уже 1,2467 сП (все сравнения производятся при температуре в 20 градусов Цельсия). Разница в 24% существенным образом влияет на эксплуатационные характеристики и является одним из тех факторов, которые способствуют замедлению химических реакций (в частности, поглощения нейтронов).

Молекулярная масса

Составляет 20,034 г/моль, по сравнению с 18,01528 г/моль «легкой» H2O, и это еще одна из причин, почему воду называют тяжелой, ведь она буквально весит больше

Данная особенность также провоцирует снижение скоростей обменных процессов, что особенно важно для управления термоядерным синтезом

Растворимость

Она достаточно быстро и равномерно смешивается с этанолом, но в случае с диэтиловым эфиром такого результата уже не наблюдается. В свою очередь, растворить в ней соли уже значительно труднее, чем в обычной H2O, ориентированной на бытовые нужды, и это даже удобно. Во-первых, это явный показатель повышенного «веса», во-вторых, определенная защита от загрязнений, что просто необходимо технологической среде, актуальной на самых ответственных объектах.

Плотность

Измеряется при температуре в 25 градусов Цельсия и составляет 1,1042 г/см3, по сравнению с 0,997 г/см3 «легкой». И это еще одна характеристика, снижающая общий уровень поглощения нейтронов и способствующая замедлению реакций.

Есть и другие параметры, в числе которых:

• стандартная энтропия;
• энтальпия (кипения, плавления, образования);
• энергия Гиббса;

показатели критического давления и плотности;

1.1 ОСОБЕННОСТИ И РАЗНОВИДНОСТИ

Тяжеловодными называют реакторы, в которых замедлителем является тяжелая вода (D₂O). Они наиболее экономичны в отношении расхода ядерного топлива, что обусловлено свойствами D₂O как замедлителя: тяжелая вода обладает наивысшим коэффициентом замедления по сравнению как с обычной водой, так и с графитом. В этих реакторах требуется минимальная загрузка топлива для выработки единицы мощности. Тяжелая вода практически не поглощает тепловые нейтроны, поэтому тяжеловодные реакторы могут работать на природном уране с достаточной свободой выбора состава топлива и конструкции активной зоны. Благодаря хорошему балансу нейтронов KB в этих реакторах высок по сравнению с KB реакторов на тепловых нейтронах других типов.

Основной недостаток тяжеловодных реакторов—высокая стоимость тяжелой воды. Однако это практически полностью компенсируется низкой стоимостью топливной составляющей. Тем не менее, при конструировании и эксплуатации тяжеловодных реакторов необходимо позаботиться о сведении к минимуму потерь D2O

Это тем более важно, что утечка тяжелой воды определяет содержание паров трития в рабочих помещениях, токсичных и вредных для организма человека

Пробег нейтронов в тяжеловодном замедлителе значительно больше, чем в обычной воде (Н₂О), поэтому решетка активной зоны тяжеловодных реакторов делается редкой и габариты этих реакторов заметно превышают размеры водо-водяных реакторов. По габаритам тяжеловодные реакторы близки к графитовым, поэтому в них сравнительно низкое удельное энерговыделение в активной зоне (примерно на порядок ниже, чем в водо-водяных реакторах с водой под давлением).

В качестве теплоносителя в тяжеловодных реакторах наибольшее применение получила тяжелая и обычная вода. При использовании в качестве теплоносителя тяжелой воды реакторы могут быть как корпусными, так и канальными. Однако если учесть, что основная утечка идет в контуре циркуляции теплоносителя, целесообразно отделить замедлитель с его весьма редкой решеткой от теплоносителя, а это в конечном итоге приводит к варианту канального типа. В реакторах с легководным теплоносителем конструкция активной зоны определяется однозначно—с разделением теплоносителя и замедлителя без допущения какого-либо контакта между ними.

Тяжеловодные реакторы с водным теплоносителем (D₂O или Н₂О) могут быть как кипящие, так и без кипения воды в активной зоне. Для этих реакторов характерно высокое давление теплоносителя, что обусловлено его теплофизическими свойствами.

В качестве теплоносителя в тяжеловодных реакторах можно использовать газ. В некоторых странах сооружены единичные экземпляры прототипов энергетических тяжеловодных реакторов с газовым теплоносителем. Это реакторы корпусного типа.

Получение тяжелой воды

До 1946 года тяжелая вода получалась только электролизом, позже появились технологии ректификации жидкого водорода, а также изотопного обмена в разных системах (водород/аммиак, водород/вода, сероводород/вода).

В современном производстве используются метод, в котором исходной водой являются стоки электролитических цехов получения водорода, она содержит до 0,2% тяжелой воды. После применяется технология изотопного обмена в системах сероводород/вода, где происходит концентрирование до 5 — 10%. И на конечном этапе производится ступенчатый электролиз раствора щелочи с получением степени чистоты дейтериевой воды 99,75 — 99,995%.

Стоимость дейтериевой воды отличается в зависимости от ее чистоты. Для примера грамм воды с содержанием атомов дейтерия 70% от общего числа водорода стоит примерно 0,8$, а грамм воды содержащей уже более 99,6% стоит 2,5$.

Если рассмотреть получение тяжелой воды дома с точки зрения технологии производства, которая описана выше, вы догадаетесь, что это невозможно. Существует теория о том, что ее можно получить частичным замораживанием воды, за счет разницы температур замерзания воды. Теоретически данный метод может помочь вам повысить содержание дейтерия на 10-20%, но целесообразность этих манипуляций остается под большим вопросом. Такая вода не имеет практического применения.

Откуда взялась Н2О на планете

Вода имеет жизненно важное значение для выживания человечества. Сегодня мы знаем многое об этой субстанции, кроме самого первого вопроса: откуда она взялась на планете

Каждый помнит картинку из средней школы, на которой изображен цикл кругооборота воды в природе. Жидкость испаряется из водоемов, конденсируется, образует облака и в виде дождя возвращается снова на землю. Все это верно, но школьная картинка никоим образом не объясняет, откуда взялась самая первая вода….

Есть мнение, что история появления воды на нашей планете насчитывает около 13,8 миллиарда лет до Большого взрыва. Астрономы считают, что жидкость на Землю перенесли кометы и астероиды, которые атаковали нашу планету на протяжении миллионов лет. Но так ли это все происходило на самом деле, сегодня ответить невозможно – научные споры продолжаются.

И совсем недавно исследователи из Гавайского университета, проанализировав состав скал на острове Баффинова Земля (Канада), пришли к неожиданному выводу. Они выдвинули новую теорию – о так называемой «родной» воде на Земле. Скалы на острове образовались непосредственно из мантии, без каких-либо влияний земной коры. И вот в их составе исследователи обнаружили стеклянные кристаллы, а в них – капельки воды, чей химический состав оказался идентичен формуле остального оксида водорода.

Гавайские ученые не берутся опровергать теорию об астероидах и кометах, но призывают научный мир по-новому взглянуть на возможные источники первой воды на планете. Возможно, когда Земля была еще молодой, ее подпитывала влага из нескольких точек?..

Можно ли пить тяжелую воду

Воду с химической формулой D2O можно пить при необходимости, так как она токсична в малой степени и через несколько дней весь дейтерий будет выведен из организма. В рамках опытов было выяснено, что первые 100-200 г могут вызвать вестибулярные нарушения.

Но если пить тяжелую воду несколько месяцев, то последствия могут быть плачевными. Замещение 25% водорода дейтерием у млекопитающих может привести к стерильности воды в тканях, что впоследствии приведет к минимальному энергообмену и смерти и часто это необратимо. При восстановлении функций жидкости последствиями может стать бесплодие. При концентрации H2O и D2O в пропорциях 1:1 организм млекопитающего, в том числе человека, погибает.

Рыбы и беспозвоночные могут существовать при содержании в организме 90% дейтерийсодержащей воды, простейшие с гетеротрофным типом питания — при 70%. Некоторые бактерии и водоросли способны существовать и размножаться в D2O.