آب سنگین چیست؟

حتما تا به حال  نام  این ماده را شنیده اید: آب سنگین، اما تعریف دقیقی از آن ندارید. ایزوتوپ به شکل دیگری از یک عنصر گفته می شود که فقط تعداد نوترون هایش متفاوت است. مثلا اتم کربن سه ایزوتوپ دارد: کربن 12 (6 نوترون)، کربن 13 (7 نوترون) و کربن 14 (8 نوترون) که 12، 13 و 14 عدد جرمی آنها (نوترون + پروتون) هستند.

می دانیم که هر مولکول آب از دو عنصر اکسیژن و هیدروژن ساخته شده است.

اکسیژن سه (اکسیژن 16،17 و 18) و هیدروژن دو  ایزوتوپ (هیدروژن 1 و 2) پایدار (غیر رادیواکتیویته) دارند، بنابراین آب به 6 حالت می تواند وجود داشته باشد:6=3*2

1- H1 و O16 (آب سبک)

2- H1 و O17 (آب نیمه سبک)

3- H1 و O18 (در طبیعت دیده نشده است)

4- H2 و O16 (آب سنگین)

5- H2 و O17 (آب فوق سنگین)

6- H2 و O18 (در طبیعت دیده نشده است)

پس، مورد چهارم که از اکسیژن 16 و دوتریم (هیدروژن 2) تشکیل شده، آب سنگین است. آب سنگین به خاطر داشتن یک نوترون بیشتر در مولکول هایش مقداری از آب معمولی سنگین تر است.

در رآکتورهای آب سنگین، اورانیوم را در آب سنگین قرار می دهند تا دو پروتون به آن اضافه شده و به پلوتونیوم تبدیل شود. به این صورت که نوترون دوتریم به یک پروتون و یک الکترون تبدیل شده و به اورانیوم اضافه می شوند و  پروتون و الکترون آن هم به اتم اورانیوم می پیوندند. به این صورت دو پروتون و دو الکترون به اورانیوم اضافه شده و به عنصر پلوتونیوم تبدیل می شود.

نیمه ی عمر برخی مواد رادیواکتیو

 اگر در هسته ی اتم یک عنصر تعداد نوترون ها 1.5 برابر یا بیشتر از 1.5 برابر تعداد پروتون ها باشد، آن اتم خاصیت پرتوزایی و رادیواکتیوی دارد. همچنین اگر تعداد پروتون ها از نوترون ها بیشتر باشد، این اتفاق خواهد افتاد. گرچه وظیفه ی اصلی نوترون ها پایداری هسته اتم است اما زیاد بودن آن ها موجب تلاشی و ناپایداری هسته می شود. 

در واقع نیمه عمر مدت زمانی است که طول می کشد تا هسته ی اتم یک عنصر متلاشی شود و به اتم های پایدارتر تبدیل گردد. پس از هر بار تلاشی، نصف اتم های عنصر به اتم های دیگر تبدیل می شوند. 

حال می خواهیم مدت نیمه ی عمر برخی عناصر رادیواکتیوی را معرفی کنیم:

نام عنصر	نماد شیمیایی	ایزوتوپ (عدد جرمی)	نیمه عمر
اورانیوم	U	238	4/5 میلیارد سال
کربن	C	14	5600 سال
رادیوم	Ra	226	1620 سال
پولونیوم	Po	214	0/0001 ثانیه
اورانیوم	U	235	700 میلیون سال
پلوتونیم	Pu	239	24000 سال
ید	I	131	8 روز
طلا	Au	198	3 روز
سدیم	Na	24	15 ساعت
فلوئور	F	17	1 دقیقه