آب سنگین آبی است که نسبت ایزوتوپ دوتریوم در آن از حد آب معمولی بیشتر است. در آب سنگین (با فرمول D۲O) بر خلاف آب معمولی (با فرمول H۲O) به جای هیدروژن ایزوتوپ هیدروژن دوتریم با اکسیژن ترکیب شده است.

دانلود تحقیق آماده دانش آموزی درباره آب سنگین و نیمه سنگین

آب سنگین: تعریف، ویژگی‌ها، کاربردها و تفاوت‌ها

این تحقیق به بررسی جامع آب سنگین می‌پردازد. در ابتدا، آب سنگین (D2O) به عنوان آبی که نسبت ایزوتوپ دوتریوم در آن از حد آب معمولی بیشتر است، تعریف می‌شود و بیان می‌گردد که در آن به جای هیدروژن معمولی، ایزوتوپ هیدروژن دوتریوم با اکسیژن ترکیب شده است.

تاریخچه کشف دوتریوم توسط هارولد یوری در سال ۱۹۳۱ و تولید اولین نمونه آب سنگین خالص توسط گیلبرت نیوتن لوئیس در سال ۱۹۳۳ تشریح شده است. همچنین به اولین کاربرد علمی آن در سال ۱۹۳۴ برای آزمایش ردیابی بیولوژیکی اشاره شده است.

مقاله به توضیح آب نیمه سنگین (HDO) و چگونگی تشکیل آن می‌پردازد. بخشی نیز به معایب و مزایای آب سخت (که حاوی گچ و آهک و دیگر املاح معدنی محلول مانند کربنات کلسیم و منیزیم است) اختصاص یافته است؛ مواردی مانند رسوب‌گذاری در لوازم خانگی، کاهش کیفیت طعم چای و قهوه، کاهش کف‌زایی شوینده‌ها، آسیب به لباس و پوست، و افزایش کارایی سیستم‌های گرمایشی و شوینده‌ها پس از حذف سختی آب.

کاربرد آب سنگین در راکتورهای هسته‌ای به تفصیل شرح داده شده است، از جمله عدم نیاز به اورانیوم غنی‌شده در راکتورهای آب سنگین، نقش آن در کند کردن نوترون‌های پرسرعت برای آغاز واکنش‌های زنجیره‌ای، و وظیفه آن در خنک‌کردن میله‌های سوخت. به راکتور تحقیقاتی آب سنگین اراک و ظرفیت تولید آن نیز اشاره شده است.

در ادامه، تفاوت در نوترون بین ایزوتوپ‌های هیدروژن (H، D، T) توضیح داده شده و بیان می‌شود که دوتریوم (D) دارای یک پروتون و یک نوترون است. مقاله توضیح می‌دهد که چگونه جایگزینی D به جای H در آب سنگین، ویژگی‌های فیزیکی و زیست‌شناختی آب را دگرگون می‌کند.

فرآیند تولید آب سنگین از آب نیمه سنگین با روش‌هایی مانند تقطیر و الکترولیز، و نیاز به انرژی زیاد برای تولید آب سنگین خالص ذکر شده است.

کاربردهای آب سنگین در زمینه‌های مختلف علمی از جمله:

• طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته (NMR)
• کندکننده نوترون در راکتورهای هسته‌ای
• آشکارسازی نوترینو
• آزمون‌های سوخت و ساز در بدن (آزمون آب دوبار نشان‌دار)
• تولید تریتیم

همچنین ارتباط آب سنگین و بمب اتم (قابلیت تولید پلوتونیوم قابل استفاده در بمب اتمی در راکتورهای آب سنگین) و نظارت بین‌المللی بر تولید و تجارت آن توضیح داده شده است. قیمت هر کیلوگرم آب سنگین خالص نیز آورده شده است.

در نهایت، فشرده اطلاعات آب سنگین در پنج نکته کلیدی ارائه شده و جدولی از برخی خواص فیزیکی آب معمولی و آب سنگین (مانند نقطه ذوب، نقطه جوش، چگالی، ویسکوزیته، کشش سطحی و pH) مقایسه شده است.

همچنین، بخش دیگری به مفهوم و مراحل تولید آب سنگین و تفاوت‌های آن با آب با اکسیژن سنگین (H2O18) که بیشتر برای ردیابی به کار می‌رود، اختصاص یافته است.

مطالعه بیشتر