Nehézvíz

Nehézvíz
Szemléltető kép a nehézvíz tételről
Szemléltető kép a nehézvíz tételről
Nehézvíz molekula
Azonosítás
Szinonimák

deutérium-oxid

N o CAS 7789-20-0
N o ECHA 100,029,226
N o EC 232-148-9
Mosoly O ([2H]) [2H]
PubChem , 3D nézet
InChI InChI: 3D nézet
InChI = 1 / H2O / h1H2 / i / hD2
Kémiai tulajdonságok
Képlet ²H 2 O
Moláris tömeg 20,0276 ± 0,0003  g / mol
²H 20,11%, O 79,89%,
Dipoláris pillanat 1,84  D
Fizikai tulajdonságok
T ° fúzió 3,81  ° C
T ° forráspontú 101,4  ° C
Térfogat 1,10448  g · cm -3 ( 25  ° C )
Telített gőznyomás 2740  kPa ( 25  ° C )
Kritikus pont 370,74  ° C
21,941  MPa
56,3  cm 3 · mol -1
Optikai tulajdonságok
Törésmutató 1.32841
Egység SI és STP hiányában.

A nehézvíz vagy a deutérium-oxid D 2 O (vagy 2 H 2 O) ugyanazokból a kémiai elemekből készül , mint a víz szabályos H 2 O(vagy 1 H 2 O), de a hidrogénatomok vannak nehéz izotópok a deutérium (a nucleus deutérium van egy neutron amellett, hogy a proton bármelyikében jelen hidrogénatom). Ez volt Gilbert Lewis , aki izoláljuk az első mintából tiszta nehézvizet, a 1933 .

A félnehéz vagy nehéz víz a HDO (vagy 1 H 2 HO) vegyes oxidja . Az óceánokban , a tengerekben és a felszíni vizekben sokkal nagyobb mennyiségű, mint a nehéz vizeknél . Néha helytelenül beszélnek nehézvíz helyett félig nehézvíz .

Megjegyzések:

A nehéz, félnehéz és könnyű víz összehasonlító tulajdonságai

Az alábbi jellemzőket standard légköri nyomáson mértük .

Ingatlan Nehézvíz
D 2 O 		Semi-heavy
víz HDO 		Könnyű víz
H 2 O
Fagyás hőmérséklete 3,81  ° C 2,04  ° C 0,00  ° C
Forrás hőmérséklete 101,42  ° C 100,7  ° C 99.995  ° C
Sűrűség át 20  ° C-on ( kg / l ) 1.1056 1.054 0,9982
Hőmérséklet, amelynél a sűrűség maximális 11,6  ° C 4,0  ° C
Viszkozitás át 20  ° C-on ( Pa · s ) 1,246 7 × 10 −3 1,124 8 × 10 −3 1,001 6 × 10 −3
Felületi feszültség át 25  ° C-on ( N / m ) 7,187 × 10 −2 7,193 × 10 −2 7,198 × 10 −2
A képződés entalpia gáz halmazállapotban ( kJ / mol ) −249.20 −241,83
Látens fúziós hő ( kJ / mol ) 6.132 6.227 6.00678
Látens párolgási hő ( kJ / mol ) 41.521 40,657
pH át 25  ° C-on 7.43 7.266 6,996

Észre fogjuk venni, hogy a D 2 O sűrűbb, mint a HDO, maga sűrűbb, mint a közönséges víz, ezért a „nehéz” , „félnehéz” és „könnyű” víz elnevezése .

Használ

Nukleáris mágneses rezonancia

A deutérium-oxidot használnak a spektroszkópiával által magmágneses rezonancia (NMR). Valójában, mivel a deutérium rezonancia frekvenciája eltér a közönséges protonétól, ez az oldószer nem zavarja a mérést.

Neutron moderátor

A nehézvíz használnak egyes ágazatokban az atomreaktorok mint neutronmoderátor érdekében, hogy lelassítsa a neutronok származó reakcióit maghasadás . A lelassult neutronok akkor nagyobb valószínűséggel fog okozni az új hasadások a urán atommag , és így a láncreakció .

Különböző típusú atomreaktorok természetes uránt használnak nyomás alatt álló vízzel mérsékelten nehéz vízzel:

"Klasszikus" víz (H 2 O) lassíthatja a hasadási reakció neutronjait is, de túl sok mindent elnyel belőlük ahhoz, hogy a reakció önfenntartó legyen egy természetes uránreaktorban. Ezért csak dúsított uránt használó reaktorokkal használható .

Neutrino detektor

A Sudbury Neutrino Obszervatórium , SNO (Ontario, Kanada ) ezer tonna nehéz vizet használ fel egy több mint két kilométer mélységben lévő bányában eltemetett tartályban, hogy megvédje őket a kozmikus sugaraktól . Az SNO észleli a Cherenkov-effektust , amikor egy neutrino kölcsönhatásba lép a nehéz vízzel.

Toxicitás

A nehézvíz nem tekinthető mérgezőnek . Egyes anyagcsere-reakciókhoz azonban hagyományos víz szükséges, ezért a nehézvíz kizárólagos fogyasztása egészségre veszélyesnek tekinthető.

Az egereken végzett kísérletek kimutatták, hogy ennek a fogyasztásnak a fő hatása a mitózisok számának csökkentése , fokozatosan előidézve a gyors regenerációt igénylő szövetek lebomlását. Több napos nehézvíz elfogyasztása után a testnedvek körülbelül 50% nehéz vizet tartalmaznak. Ekkor a tünetek kezdenek megjelenni, beleértve a csökkent sejtosztódást , különösen a gyorsan megújuló sejtek esetében, például a hajban vagy a gyomor falain.

Termelés

A Földön a félnehéz víz (HDO) természetesen 0,03125% -ban van jelen a vízben, vagy 3200 vízmolekula egy molekulája. Desztillációval vagy elektrolízissel , de különféle kémiai cserélési eljárásokkal is elválasztható a hagyományos víztől, amelyek felhasználják a deutérium és a hidrogén különböző affinitásait a különböző vegyületekhez. Ezek a kémiai reakciók a molekulatömeg kismértékű különbségén alapulnak , ami kis különbséget eredményez a kémiai reakciók sebességében.

A tiszta nehézvíz desztillációval vagy elektrolízissel történő előállításához az állóképek vagy az elektrolízis kamrák nagy kaszkádjára van szükség, és nagy mennyiségű áramot kell fogyasztani, ezért általában a kémiai módszereket, például a Girdler-eljárást részesítik előnyben.

Argentína

Az argentin termelő szerint nehézvíz, ezt az összetevőt tartalmazza az argentin nukleáris program reaktivációs terve, amelyet Nestor Kirchner elnök jelentett be 2006 augusztusában . Az általuk használt technológia Sulzer a növény  (ek) a Arroyito .

Kanada

Az Atomic Energy of Canada Limited (AECL) olyan atomreaktort tervezett, amelyhez nagy mennyiségű nehézvíz szükséges neutron moderátorként . Miután tapasztalt ellátási nehézségek idején üzembe a Pickering atomerőmű , Ontario Hydro építi a Bruce nehézvíz üzem biztosítva a megbízható hazai ellátás jelenlegi és jövőbeni növények. A két üzemegységet üzletek hiánya miatt állították le 1985-ben.

Az AECL két nehézvíz-termelő létesítményt rendelt meg, amelyeket Glace Bay-ben és Port Hawkesbury- ben ( Nova Scotia) építettek . Ezeknek a gyáraknak tervezési, építési és gyártási hibákat találtak. Egy másik erőmű, a La Prade erőmű építését a quebeci Gentilly atomerőmű közelében 1978 augusztusában leállították a felesleges nehézvíz miatt.

A Bruce County nehézvíz termelő létesítmény az Ontario volt a legnagyobb nehézvíz üzem a világon, amelynek kapacitása 700 tonna évente. 340 000 tonna normál vízre volt szükség egy tonna nehéz víz előállításához a Girdler-eljárással . Ez a létesítmény egy olyan komplexum része volt, amely magában foglalta a nyolc CANDU reaktort , amelyek hőt és energiát szolgáltattak a nehézvíz előállításához. A létesítményeket a Bruce megyei Point Douglas- ban építették a Huron-tó felett, ahol hozzáférést kaptak az Egyesült Államok és Kanadai Nagy Tavak vizeihez .

A bruce-i gyárat 1979- ben bízták meg nehézvízellátással, hogy megfeleljen az Ontarióban megnövekedett atomenergia-termelésnek. A gyárak a vártnál lényegesen hatékonyabbnak bizonyultak, és a négy egységből csak hármat építettek. A 1993 , Ontario Hydro atomprogramja lelassult, majd leállt a túltermelés miatt a villamos energiát.

A nehézvíz egyenletesebb fogyasztása és újrafeldolgozása, valamint a Bruce-i túltermelés miatt Kanadában nagy mennyiségű nehéz víz elegendő volt a jövőbeni igények kielégítésére. A bruce-i gyárat 1997- ben bezárták, fokozatosan szétszerelték és megtisztították a telepet.

Girdler folyamata nagy mennyiségű hidrogén-szulfidot használ fel , ami környezeti aggályokat vet fel, ha a légkörbe kerül . Az AECL jelenleg más hatékonyabb és környezetbarát folyamatokat kutat nehézvíz előállítása céljából. Ez a termelés elengedhetetlen a jövőbeli CANDU reaktorok számára, mivel a nehézvíz az egyes reaktorok pénzügyi beruházásának körülbelül 20% -át teszi ki.

Franciaország

Az első gyártóüzem az ONIA ( Nemzeti Nitrogén-ipari Iroda ) volt Toulouse-ban , az AZF-vel szemben . Évente két-három tonna nehézvizet termeltek ezen a toulouse-i telephelyen, amelyet a németek 1943- ban választottak ki azzal, hogy az ipari terület közepén egy nagy földalatti zárt teret építettek 1944 végétől számítva, amely soha nem került sor.

Franciaország 1958 és 1963 között nagyon alacsony arányban készített nehézvizet .

A gyártás Mazingarbe testvérgyárában (Pas-de-Calais) 1971- ig folytatódott . A fő ügyfele volt a CEA ( Commissariat à l'énergie Atomique ) annak kísérleti igények és a Monts d'Arrée kísérleti atomerőmű a Brennilis, melyet leállt, hogy elbontották.

India

Az India a második nehézvíz termelő a világon keresztül nehézvíz Board  (en) .

Norvégia

A 1934 , Norsk Hydro építette az első kereskedelmi nehézvízgyártó lehetőség a Vemork , Norvégia , amelynek kapacitása tizenkét tonnát. A második világháború alatt a szövetségesek úgy döntöttek, hogy megsemmisítik a gyárat, hogy megakadályozzák Németországot atomfegyverek kifejlesztésében .

A 1942 , a raid angol ejtőernyősök nem sikerült ez a küldetés, az ernyő összeomlik helyszínének közelében. Minden tagja meghal a balesetben, vagy megölik a németek.

A február 1943 , a csoport tizenkét norvég szerek Angliából ejtőernyővel Norvégia; a kommandós, köztük Joachim Ronneberg , 1943. február 27-28-án éjjel szabotálta a Vemork gyárat, és a létesítmények dinamizálásával két hónapig sikerült megzavarnia a termelést. A 1943. november 16, a szövetségesek több mint négyszáz bombát dobtak le a gyártási helyre, ami arra késztette a náci kormányt, hogy az összes termelést Németországba helyezze át.

A 1944. február 20, Knut Haukelid norvég partizán elsüllyeszti a nehéz vizet szállító kompot a Tinn-tavon ( norvégul Tinnsjå ). Ez a szabotázs tizennégy norvég civil (és négy német) életébe került. A háború után bebizonyosodott, hogy a Norvégiában előállított nehézvíz nem tette volna lehetővé dúsított urán előállítását elegendő mennyiségben az atomfegyver előállításához.

A történet közös szálként szolgált a The Heavy Water Battle című filmben, Jean Dréville 1948-ban forgatott filmjében és a Telemark hőseiben , Anthony Mann 1965-ben forgatott filmjében, amelyet többek között Kirk Douglas játszott , de egy 2015-ben is. Per-Olav Sørensen televíziós sorozata , Kampen om tungtvannet ( The Heavy Water War  : The Shadow Soldiers , "  The Heavy Water Battle  ").

Más országok

A rajta lévő Románia termelő és exportőr.

A nukleáris atomsorompó-szerződés előírja az aláíró kormányok számára, hogy a bécsi Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) útján önként ellenőrizzék a nehézvíz előállítását és felhasználását, valamint a hatékony fizikai védelmet a lopások megelőzése érdekében.

A plutónium a nehézvízreaktor működésének normális mellékterméke, amely megismételve (finomítva) megengedheti magának a nukleáris fegyverek katonai gyártási programját , akárcsak India , Izrael , Pakisztán és Észak-Korea , hogy csak azokat nevezze meg ismert vagy feltételezett, hogy a programjukat a cél érdekében hajtották végre.

Az iráni , aláírta a szerződés 1970-ben (a forradalom előtt), olyan nehéz vízinövények és jelenleg (2005) a technológiák építése és üzemeltetése nehézvíz reaktor, amellett, hogy a növények a fény a víz.

Filmográfia és videojátékok

A nehézvíz fontos szerepet játszik egyes filmekben

Valamint néhány sorozatban

Dokumentumfilm

Videójátékok

Megjegyzések és hivatkozások

Megjegyzések

  1. Ha egy kémiai képletben vagy bármely más összefüggésben a D és T szimbólumokat ( deutérium és trícium ) használjuk, akkor H a protium szimbólumává válik, és már nem a hidrogén kémiai elemé.

Hivatkozások

  1. (en) Yitzhak Marcus, Az oldószerek tulajdonságai , vol.  4, Anglia, John Wiley & Sons,1999, 239  o. ( ISBN  0-471-98369-1 ).
  2. számított molekulatömege a „  atomsúlya a Elements 2007  ” on www.chem.qmul.ac.uk .
  3. "Az  EDF zöld utat kap a brennilisi atomerőmű leszereléséhez  " , a www.maxisciences.com címen ,2011. július 28.
  4. Nicolas Pontic, "  Joachim Ronneberg, a náci atomprogram szabotázsa mögött álló norvég ellenállóképes halála".  », Második világháború, 81. sz. , 2018. december, p.  11.
  5. kapitány Knut Haukelid, The Epic nehézvíz (Det Demrer en Dag) , Paris, L'Elan,1948, 204  p. , P.  191-194
  6. (in) Samuel Goudsmit , Alsos , New York, Aip Press,1947( Alsos a Google Könyvekben )
  7. Manfred Popp „  Miért a nácik nem volt bomba  ,” A tudomány , n o  471,2017. január, P.  70-77.
  8. (in) "  Kampen om tungtvannet  " az IMDb-n .

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek

Bibliográfia