الماء الثقيل

الماء الثقيل ( أكسيد الديوتيريوم ، 2ح2 O،D2O هو شكل من أشكالالماءتكون فيه جميع ذرات الهيدروجينمننظيرأوالديوتيريوم( 2الهيدروجين الثقيل (H أو D، المعروف أيضًا باسم الهيدروجين الثقيل ) بدلاً من نظير الهيدروجين-1 الشائع ( 1يُشكل الهيدروجين (H ) ، المعروف أيضًا باسم البروتون ، معظم الهيدروجين في الماء العادي. [ 4 ] يُضفي وجود النظير الأثقل خصائص نووية مختلفة على الماء، كما تُضفي الزيادة في كتلته خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة قليلاً مقارنةً بالماء العادي.

الديوتيريوم نظير ثقيل للهيدروجين . يحتوي الماء الثقيل على ذرات الديوتيريوم ويُستخدم في المفاعلات النووية . الماء شبه الثقيل (HDO) أكثر شيوعًا من الماء الثقيل النقي، بينما الماء الثقيل بالأكسجين أكثر كثافة ولكنه يفتقر إلى خصائص فريدة. الماء المُشع بالتريتيوم مشع بسبب محتواه من التريتيوم .

يختلف الماء الثقيل في خصائصه الفيزيائية عن الماء العادي، فهو أكثر كثافة بنسبة 10.6% وله درجة انصهار أعلى. كما أنه أقل تفككًا عند درجة حرارة معينة، ولا يمتلك اللون الأزرق الخفيف للماء العادي. وقد يكون مذاقه أحلى قليلًا من الماء العادي، وإن لم يكن الفرق كبيرًا. يؤثر الماء الثقيل على الأنظمة البيولوجية من خلال تغيير الإنزيمات والروابط الهيدروجينية وانقسام الخلايا في حقيقيات النوى . وقد يكون قاتلًا للكائنات متعددة الخلايا عند تركيزات تتجاوز 50%. مع ذلك، تستطيع بعض بدائيات النوى ، كالبكتيريا، البقاء على قيد الحياة في بيئة غنية بالهيدروجين الثقيل. قد يكون الماء الثقيل سامًا للإنسان، لكن يلزم وجود كمية كبيرة منه لحدوث التسمم، الذي لا يبدأ بالظهور إلا عندما يتجاوز محتوى الديوتيريوم في سوائل الجسم 20%. [ 5 ]

تُعدّ عملية جيردلر للكبريتيد الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لإنتاج الماء الثقيل . يُستخدم الماء الثقيل في العديد من الصناعات ويُباع بدرجات نقاء مختلفة. تشمل بعض تطبيقاته الرنين المغناطيسي النووي ، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء ، وتهدئة النيوترونات ، والكشف عن النيوترينوات ، واختبار معدل الأيض، والعلاج بالتقاط النيوترونات ، وإنتاج المواد المشعة مثل البلوتونيوم والتريتيوم.

تعبير

تتكون نواة ذرة الديوتيريوم من نيوترون وبروتون ، بينما تتكون نواة ذرة البروتون (الهيدروجين العادي) من بروتون واحد فقط. يجعل النيوترون الإضافي ذرة الديوتيريوم أثقل بمرتين تقريبًا من ذرة البروتون.

تحتوي جزيئات الماء الثقيل على ذرتي ديوتيريوم بدلاً من ذرتي البروتون الموجودتين في الماء العادي. ويُمكن أن يُشير مصطلح "الماء الثقيل"، كما هو مُعرّف في الكتاب الذهبي للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) [ 6 ] ، إلى الماء الذي يحتوي على نسبة أعلى من المعتاد من ذرات الهيدروجين المُشكّلة من الديوتيريوم. وللمقارنة، يحتوي ماء المحيط القياسي المتوسط ​​في فيينا (الماء "العادي" المُستخدم كمعيار للديوتيريوم) على حوالي 156 ذرة ديوتيريوم لكل مليون ذرة هيدروجين؛ أي أن 0.0156% من ذرات الهيدروجين هي ذرتي هيدروجين. وبالتالي، يشمل الماء الثقيل، كما هو مُعرّف في الكتاب الذهبي، الماء شبه الثقيل (أكسيد الهيدروجين-الديوتيريوم، HDO) ومخاليط أخرى من الديوتيريوم .2 O،H2O و HDOحيث تكون نسبة الديوتيريوم أكبر من المعتاد. على سبيل المثال، الماء الثقيل المستخدم فيمفاعلات كاندوهو خليط ماء عالي التخصيب يتكون في معظمه من أكسيد الديوتيريومD2 O، ولكن أيضًا بعض أكسيد الهيدروجين-الديوتيريوم وكمية أقل من الماء العاديH2O .يُخصب الماء الثقيل بنسبة 99.75% من ذرات الهيدروجين؛ أي أن 99.75% من ذرات الهيدروجين فيه من النوع الثقيل؛ مع ذلك، لا يشترط أن يكون الماء الثقيل، وفقًا لمفهوم الكتاب الذهبي، مُخصبًا إلى هذه الدرجة. ومع ذلك، فإن وزن جزيء الماء الثقيل لا يختلف كثيرًا عن وزن جزيء الماء العادي، لأن حوالي 89% من كتلة الجزيء تأتي من ذرةالأكسجينوليس من ذرتي الهيدروجين.

الماء الثقيل غير مشع . في صورته النقية، تبلغ كثافته حوالي 11% أكثر من كثافة الماء العادي، ولكنه مشابه له في الخصائص الفيزيائية والكيميائية. ومع ذلك، فإن الاختلافات في الماء المحتوي على الديوتيريوم (وخاصةً تلك التي تؤثر على الخصائص البيولوجية) أكبر من تلك الموجودة في أي مركب آخر شائع يحتوي على نظائر مشعة، لأن الديوتيريوم فريد من نوعه بين النظائر الثقيلة المستقرة ، إذ يبلغ ضعف وزن أخف نظير له. هذا الفرق يزيد من قوة روابط الهيدروجين والأكسجين في الماء، وهذا بدوره كافٍ لإحداث اختلافات مهمة في بعض التفاعلات الكيميائية الحيوية. يحتوي جسم الإنسان بشكل طبيعي على ديوتيريوم يعادل حوالي خمسة غرامات من الماء الثقيل، وهو غير ضار. عندما يُستبدل جزء كبير من الماء (> 50%) في الكائنات الحية العليا بالماء الثقيل، ينتج عن ذلك خلل في وظائف الخلايا وموتها. [ 7 ]

أُنتج الماء الثقيل لأول مرة عام 1932، بعد أشهر قليلة من اكتشاف الديوتيريوم. [ 8 ] ومع اكتشاف الانشطار النووي في أواخر عام 1938، والحاجة إلى مُعدِّل نيوتروني يلتقط عددًا قليلًا من النيوترونات، أصبح الماء الثقيل عنصرًا أساسيًا في أبحاث الطاقة النووية المبكرة . ومنذ ذلك الحين، أصبح الماء الثقيل عنصرًا أساسيًا في بعض أنواع المفاعلات، سواء تلك التي تولد الطاقة أو تلك المصممة لإنتاج النظائر للأسلحة النووية. تتميز مفاعلات الماء الثقيل هذه بقدرتها على العمل باليورانيوم الطبيعي دون استخدام مُعدِّلات الجرافيت التي تُشكِّل مخاطر إشعاعية [ 9 ] وانفجارات غبارية [ 10 ] في مرحلة إيقاف التشغيل. حاول تصميم مفاعل RBMK السوفيتي المُعدَّل بالجرافيت تجنب استخدام اليورانيوم المُخصَّب أو الماء الثقيل (حيث تم تبريده بالماء العادي بدلًا من ذلك)، مما أدى إلى معامل فراغ موجب كان أحد عيوب تصميم المفاعل التي أدت إلى كارثة تشيرنوبيل . تستخدم معظم المفاعلات الحديثة اليورانيوم المخصب مع الماء العادي كمهدئ.

أشكال أخرى من الماء الثقيل

مياه شبه ثقيلة

بنية الماء شبه الثقيل

يوجد الماء شبه الثقيل ، أو HDO، كلما وُجد ماء يحتوي على هيدروجين خفيف (بروتون، 1الهيدروجين ) والديوتيريوم (D أو 2(H ) في المزيج. وذلك لأن ذرات الهيدروجين ( 1H و 2 H) تتبادل بسرعة بين جزيئات الماء. ماء يحتوي على 50% 1H و 50% 2يتكون الهيدروجين في تركيبه من حوالي 50% من HDO و 25% من H2 OوD2O ، فيحالة توازن ديناميكي. في الماء العادي، حوالي جزيء واحد من كل 3200 هو HDO (ذرة هيدروجين واحدة من كل 6400هي 2H )، وجزيئات الماء الثقيل ( Dلا يوجد الماء شبه الثقيل إلابنسبة جزيء واحد من بين 41 مليون جزيء (أي جزيء واحد من بين 6400جزيء). ولذلك، فإن جزيئات الماء شبه الثقيل أكثر شيوعًا بكثير من جزيئات الماء الثقيل "النقي" (المتجانس).

ماء غني بالأكسجين

الماء الغني بنظائر الأكسجين الأثقل 17O و 18يتوفر الأكسجين أيضًا تجاريًا. وهو "ماء ثقيل" لأنه أكثر كثافة من الماء العادي ( H).2 18كثافة O تقارب كثافة D2 O،H2 17تقع النقطة O في منتصف المسافة تقريبًا بين H2 OوDالماء الثقيل (H₂¹⁸O ) - ولكنه نادرًا ما يُطلق عليه اسم الماء الثقيل، لأنه لا يحتوي على فائض الديوتيريوم الذي يُكسب الماء الثقيل (D₂O)خصائصه النووية والبيولوجية غير العادية. وهو أغلى ثمنًا من الماء الثقيل (D₂O)نظرًا لصعوبة فصل نظيريالأكسجين-17-18. [ 11 ] يُستخدم الماء الثقيل(H₂¹⁸O) أيضًا لإنتاجالفلور-18فيالمستحضرات الصيدلانية الإشعاعيةوالمتتبعاتالإشعاعية، وفيالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. كميات صغيرة من الأكسجين-17O و 18يوجد الأكسجين بشكل طبيعي في الماء، ومعظم العمليات التي تُخصب الماء الثقيل تُخصب أيضًا نظائر الأكسجين الأثقل كأثر جانبي. وهذا غير مرغوب فيه إذا كان الماء الثقيل سيُستخدم كمُهدئ للنيوترونات في المفاعلات النووية، حيث أن 17يمكن أن يخضع الأكسجين لعملية التقاط نيوترون، يتبعها انبعاث جسيم ألفا ، مما ينتج عنه نظير مشع 14ج . ومع ذلك، فإن الماء المزدوج التسمية ، الذي يحتوي على كل من الأكسجين الثقيل والهيدروجين، مفيد كمتتبع نظائري غير مشع.

بالمقارنة مع التغير النظائري لذرات الهيدروجين، فإن التغير النظائري للأكسجين له تأثير أقل على الخصائص الفيزيائية. [ 12 ]

الماء المشع بالتريتيوم

يحتوي الماء المُشعّ بالتريتيوم على التريتيوم ( 3H ) بدلاً من البروتون ( 1H ) أو الديوتيريوم ( 2H ). وبما أن التريتيوم مشعّ، فإن الماء المُشعّ بالتريتيوم يكون مشعّاً أيضاً.

الخصائص الفيزيائية

الخصائص الفيزيائية لنظائر الماء [ 13 ]
ملكيةD 2 O (الماء الثقيل)HDO (الماء شبه الثقيل)H 2 O (ماء خفيف)T 2 O (الماء المُشعّ بالتريتيوم)
نقطة الانصهار ( الضغط القياسي )3.82 درجة مئوية (38.88 درجة فهرنهايت؛ 276.97 كلفن)   2.04 درجة مئوية (35.67 درجة فهرنهايت؛ 275.19 كلفن)   0.0 درجة مئوية (32.0 درجة فهرنهايت؛ 273.1 كلفن)   4.49 درجة مئوية (40.08 درجة فهرنهايت؛ 277.64 كلفن)   
نقطة الغليان101.4 درجة مئوية (214.5 درجة فهرنهايت؛ 374.5 كلفن)   100.7 درجة مئوية (213.3 درجة فهرنهايت؛ 373.8 كلفن)   100.0 درجة مئوية (212.0 درجة فهرنهايت؛ 373.1 كلفن)   101.5 درجة مئوية (214.7 درجة فهرنهايت؛ 374.6 كلفن)   
الكثافة عند الظروف القياسية (جم/ مل )1.10561.0540.99821.2133
درجة حرارة الكثافة القصوى11.6 درجة مئوية (52.9 درجة فهرنهايت)  غير موثق3.98 درجة مئوية (39.16 درجة فهرنهايت) [ 14 ]  13.4 درجة مئوية (56.1 درجة فهرنهايت)  
اللزوجة الديناميكية (عند 20  درجة مئوية، ملي باسكال · ثانية )1.24671.12481.00161.40 (تقديري)
التوتر السطحي (عند 25  درجة مئوية، نيوتن / متر )0.071870.071930.07198غير موثق
حرارة الانصهار ( كيلوجول / مول )6.1326.2276.00678غير موثق
حرارة التبخر (كيلوجول/مول)41.521غير موثق40.657غير موثق
الرقم الهيدروجيني (عند 25  درجة مئوية) [ 15 ]7.44 ("pD")7.266 ("pHD")7.0غير موثق
p K b (عند 25  درجة مئوية) [ 15 ]7.44 ("p K b D 2 O")غير موثق7.0غير موثق
معامل الانكسار (عند 20  درجة مئوية، 0.5893 ميكرومتر ) [ 16 ]1.32844غير موثق1.33335غير موثق

تختلف الخصائص الفيزيائية للماء والماء الثقيل في عدة جوانب. فالماء الثقيل أقل تفككًا من الماء الخفيف عند درجة حرارة معينة، ويكون تركيز أيونات الديوتيريوم (D +) فيه أقل من تركيز أيونات الهيدروجين (H +) في الماء الخفيف عند نفس درجة الحرارة. وينطبق الأمر نفسه على أيونات الهيدروكسيد ( OH- ) مقابل أيونات الديوتيريوم (OD- ). بالنسبة للماء الثقيل، Kw D2O ( 25.0 °C) = 1.35 × 10⁻¹⁵ ، ويجب أن يتساوى تركيز أيونات الديوتيريوم [D + ] مع تركيز أيونات الهيدروكسيد [OD- ] في الماء المتعادل. وبالتالي، فإن pKw D2O = p[OD- ] + p[D + ] = 7.44 + 7.44 = 14.87 (عند 25.0 °C)، ويكون تركيز أيونات الديوتيريوم [D + ] في الماء الثقيل المتعادل عند 25.0 °C هو 7.44.   

يُقاس الرقم الهيدروجيني (pD) للماء الثقيل عادةً باستخدام أقطاب قياس الرقم الهيدروجيني، والتي تعطي قيمة الرقم الهيدروجيني الظاهري (pHa). عند درجات حرارة مختلفة، يمكن تقدير الرقم الهيدروجيني الحمضي الحقيقي من قيمة pHa المقاسة مباشرةً بواسطة مقياس الرقم الهيدروجيني، بحيث يكون pD+ = pHa (القراءة الظاهرية من مقياس الرقم الهيدروجيني) + 0.41. يبلغ تصحيح القطب للظروف القلوية 0.456 للماء الثقيل. وبالتالي، يكون التصحيح القلوي pD+ = pH a (القراءة الظاهرية من مقياس الرقم الهيدروجيني) + 0.456. تختلف هذه التصحيحات قليلاً عن الاختلافات السابقة في p[D+] و p[OD-] بمقدار 0.44 عن القيم المقابلة لها في الماء الثقيل. [ 17 ]

الماء الثقيل أكثر كثافة بنسبة 10.6% من الماء العادي، ويمكن ملاحظة خصائصه الفيزيائية المختلفة دون الحاجة إلى معدات، وذلك بوضع عينة مجمدة منه في الماء العادي، حيث ستغرق. وإذا كان الماء شديد البرودة، يمكن ملاحظة ارتفاع درجة انصهار الماء الثقيل: فهو ينصهر عند 3.7  درجة مئوية، وبالتالي لا ينصهر في الماء العادي شديد البرودة. [ 18 ]

أفادت تجربة أجريت عام 1935 بعدم وجود "أدنى فرق" في المذاق بين الماء العادي والماء الثقيل. [ 19 ] ومع ذلك، أكدت دراسة أحدث ملاحظة غير موثقة مفادها أن الماء الثقيل ذو مذاق حلو قليلاً بالنسبة للبشر، وأن هذا التأثير ناتج عن مستقبلات التذوق TAS1R2 / TAS1R3 . [ 20 ] تمكنت الفئران التي أُتيحت لها فرصة الاختيار بين الماء المقطر العادي والماء الثقيل من تجنب الماء الثقيل بناءً على رائحته، وقد يكون له مذاق مختلف. [ 21 ] يذكر بعض الناس أن المعادن الموجودة في الماء تؤثر على المذاق، مثل البوتاسيوم الذي يضفي مذاقًا حلوًا على الماء العسر، ولكن هناك العديد من العوامل التي تؤثر على المذاق المُدرك في الماء إلى جانب محتواه من المعادن. [ 22 ]

يفتقر الماء الثقيل إلى اللون الأزرق المميز للماء الخفيف؛ وذلك لأن التوافقيات الاهتزازية الجزيئية ، التي تسبب في الماء الخفيف امتصاصًا ضعيفًا في الجزء الأحمر من الطيف المرئي، تنزاح إلى الأشعة تحت الحمراء ، وبالتالي لا يمتص الماء الثقيل الضوء الأحمر. [ 23 ]

لا تُذكر أي خصائص فيزيائية للماء شبه الثقيل "النقي" لأنه غير مستقر في حالته السائلة. في الحالة السائلة، تكون بعض جزيئات الماء متأينة دائمًا ، مما يعني إمكانية تبادل ذرات الهيدروجين مع ذرات الأكسجين المختلفة. من الناحية النظرية، يمكن إنتاج الماء شبه الثقيل بطريقة كيميائية، لكنه سيتحول سريعًا إلى خليط ديناميكي يتكون من 25% ماء خفيف، و25% ماء ثقيل، و50% ماء شبه ثقيل. مع ذلك، إذا تم إنتاجه في الحالة الغازية ثم تحويله مباشرة إلى مادة صلبة، فسيكون الماء شبه الثقيل على شكل جليد مستقرًا. ويعود ذلك إلى أن تصادمات جزيئات بخار الماء تكاد تكون معدومة في الحالة الغازية عند درجات الحرارة القياسية، وبمجرد تبلوره، تتوقف هذه التصادمات تمامًا نظرًا لبنية الشبكة البلورية الصلبة للجليد.

يتبادل الماء الثقيل مع الماء الجوي حتى يصل إلى النسبة النظيرية المعتادة للهيدروجين.

تاريخ

اكتشف العالم الأمريكي الحائز على جائزة نوبل ، هارولد أوري، نظير الديوتيريوم عام 1931، وتمكن لاحقًا من تركيزه في الماء. [ 24 ] عزل جيلبرت نيوتن لويس ، مُرشد أوري ، أول عينة من الماء الثقيل النقي بالتحليل الكهربائي عام 1933. [ 25 ] استخدم جورج دي هيفيسي وإريك هوفر الماء الثقيل عام 1934 في إحدى أولى تجارب التتبع البيولوجي، لتقدير معدل دوران الماء في جسم الإنسان. [ 26 ] يرد أدناه وصف لتاريخ إنتاج واستخدام الماء الثقيل بكميات كبيرة في التجارب النووية المبكرة. [ 27 ]

درس إيميليان براتو وأوتو ريدليتش التفكك الذاتي للماء الثقيل في عام 1934. [ 28 ]

في ثلاثينيات القرن العشرين، اشتبهت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي في أن الكيميائي النمساوي فريتز يوهان هانسجيرج قد بنى محطة تجريبية لإمبراطورية اليابان في شمال كوريا التي كانت تحت الحكم الياباني لإنتاج الماء الثقيل باستخدام عملية جديدة اخترعها. [ 29 ]

خلال الحرب العالمية الثانية، أنتجت شركة فوسفاتبولاجيت في ليونغافيرك ، السويد، 2300 لتر من الماء الثقيل سنوياً. ثم بيع هذا الماء الثقيل إلى ألمانيا بسعر 1.40 كرونة سويدية للغرام الواحد. [ 30 ]

في أكتوبر/تشرين الأول 1939، خلص الفيزيائيان السوفيتيان ياكوف بوريسوفيتش زيلدوفيتش ويولي بوريسوفيتش خاريتون إلى أن الماء الثقيل والكربون هما المهدئان الوحيدان الممكنان لمفاعل اليورانيوم الطبيعي ، وفي أغسطس/آب 1940، قدّما، بالتعاون مع جورجي فليوروف ، خطةً إلى الأكاديمية الروسية للعلوم تُشير إلى أن المفاعل يحتاج إلى 15 طنًا من الماء الثقيل. ونظرًا لعدم وجود مناجم يورانيوم في الاتحاد السوفيتي آنذاك، أُرسل عمال الأكاديمية الشباب إلى محلات التصوير في لينينغراد لشراء نترات اليورانيوم، إلا أن مشروع الماء الثقيل بأكمله توقف عام 1941 مع غزو القوات الألمانية خلال عملية بارباروسا .

بحلول عام ١٩٤٣، اكتشف العلماء السوفييت اختفاء جميع المراجع العلمية المتعلقة بالماء الثقيل من الغرب، وهو ما حذر منه فليوروف الزعيم السوفيتي جوزيف ستالين في رسالة [ ٣١ ] ، ولم يكن  في البلاد آنذاك سوى ٢-٣ كيلوغرامات من الماء الثقيل. وفي أواخر عام ١٩٤٣، حصلت لجنة المشتريات السوفيتية في الولايات المتحدة على  كيلوغرام واحد من الماء الثقيل، ثم ١٠٠ كيلوغرام إضافية  في فبراير ١٩٤٥، وبعد انتهاء الحرب العالمية الثانية ، تولى جهاز المفوضية الشعبية للشؤون الداخلية (NKVD) المشروع.

في أكتوبر/تشرين الأول 1946، وفي إطار عملية " ألسوس" الروسية ، قامت المفوضية الشعبية للشؤون الداخلية (NKVD) بترحيل العلماء الألمان الذين عملوا على إنتاج الماء الثقيل خلال الحرب من ألمانيا إلى الاتحاد السوفيتي ، بمن فيهم كارل هيرمان غيب ، مخترع عملية غيردلر للكبريتيد. [ 32 ] عمل هؤلاء العلماء الألمان تحت إشراف الكيميائي الفيزيائي الألماني ماكس فولمر في معهد الكيمياء الفيزيائية في موسكو ، حيث أنتج المصنع الذي أنشأوه كميات كبيرة من الماء الثقيل بحلول عام 1948. [ 33 ] [ 34 ]

التأثير على الأنظمة البيولوجية

تختلف النظائر المختلفة للعناصر الكيميائية اختلافًا طفيفًا في سلوكها الكيميائي، ولكن بالنسبة لمعظم العناصر، تكون هذه الاختلافات ضئيلة جدًا بحيث لا تُحدث تأثيرًا بيولوجيًا. في حالة الهيدروجين، تظهر اختلافات أكبر في الخصائص الكيميائية بين البروتون والديوتيريوم والتريتيوم، لأن طاقة الرابطة الكيميائية تعتمد على الكتلة المختزلة لنظام النواة والإلكترونات؛ ويتغير هذا في مركبات الهيدروجين الثقيلة (أكسيد الهيدروجين-الديوتيريوم هو الأكثر شيوعًا) أكثر من تغيره عند استبدال النظائر الثقيلة التي تشمل عناصر كيميائية أخرى. وتُعد تأثيرات النظائر ذات أهمية خاصة في الأنظمة البيولوجية، التي تتأثر بشدة حتى بأصغر التغيرات، نظرًا لتأثير النظائر على خصائص الماء عند استخدامه كمذيب .

تعتمد الإنزيمات في أداء وظائفها على شبكاتها الدقيقة من الروابط الهيدروجينية ، سواء داخل المركز النشط مع ركائزها أو خارجه، لتثبيت بنيتها الثلاثية . ولأن الرابطة الهيدروجينية مع الديوتيريوم أقوى قليلاً [ 35 ] من تلك التي تشمل الهيدروجين العادي، فإن بعض التفاعلات الطبيعية في الخلايا تتعطل في بيئة غنية بالديوتيريوم.

تتأثر بشدة بالتركيبات الدقيقة للمغزل الانقسامي ، الضرورية لانقسام الخلايا في حقيقيات النوى ، عند تعرضها للماء الثقيل . تتوقف النباتات عن النمو ولا تنبت البذور عند تعريضها للماء الثقيل فقط، لأن الماء الثقيل يوقف انقسام الخلايا حقيقية النوى. [ 36 ] لا ينبت التبغ، بينما ينبت القمح. [ 37 ] تصبح الخلية المحتوية على الديوتيريوم أكبر حجمًا، ويُعد ذلك تعديلًا في اتجاه الانقسام. [ 38 ] [ 39 ] يتغير غشاء الخلية أيضًا، وهو أول ما يتأثر بتأثير الماء الثقيل. في عام 1972، ثبت أن زيادة نسبة الديوتيريوم في الماء تُقلل من نمو النبات. [ 40 ] أظهرت الأبحاث التي أُجريت على نمو الكائنات الحية الدقيقة بدائية النوى في ظروف اصطناعية لبيئة غنية بالهيدروجين أنه في هذه البيئة، يمكن استبدال جميع ذرات الهيدروجين في الماء بالديوتيريوم. [ 41 ] [ 42 ] أظهرت التجارب أن البكتيريا يمكنها العيش في ماء ثقيل بنسبة 98%. [ 43 ] تُعدّ التركيزات التي تتجاوز 50% قاتلة للكائنات متعددة الخلايا، ولكن توجد بعض الاستثناءات المعروفة: أنواع نباتية مثل نبات العشب العصوي ( Panicum virgatum ) القادر على النمو في 50% من الماء الثقيل (D2O ) ؛ [ 44 ] نبات الرشاد (Arabidopsis thaliana) (70% D2O ) ؛ [ 45 ] فطر Vesicularia dubyana (85% D2O ) ؛ [ 46 ] فطر Funaria hygrometrica (90% D2O ) ؛ [ 47 ] والنوع اللاهوائي من الديدان الخيطية Panagrolaimus superbus (ما يقارب 100% D2O ) . [ 48 ]

أظهرت دراسة شاملة لتأثير الماء الثقيل على خميرة الانشطار Schizosaccharomyces pombe أن الخلايا تعاني من خلل في استقلاب الجلوكوز وبطء في النمو عند التركيزات العالية من الماء الثقيل. [ 49 ] بالإضافة إلى ذلك، نشّطت الخلايا مسار الاستجابة للصدمة الحرارية ومسار سلامة الخلية، وأظهرت الطفرات في مسار سلامة الخلية زيادة في تحمل الماء الثقيل. [ 49 ] على الرغم من سميته عند المستويات العالية، فقد لوحظ أن الماء الثقيل يطيل عمر بعض أنواع الخميرة بنسبة تصل إلى 85%، ويُعتقد أن الآلية الكامنة وراء ذلك هي تقليل معدل دوران أنواع الأكسجين التفاعلية. [ 50 ]

يؤثر الماء الثقيل على فترة التذبذبات اليومية ، مما يزيد باستمرار من طول كل دورة. وقد ثبت هذا التأثير في الكائنات وحيدة الخلية، والنباتات الخضراء، وقشريات الأرجل، والحشرات، والطيور، والفئران، والهامستر. ولا تزال الآلية غير معروفة. [ 51 ]

على غرار الإيثانول، يُغير الماء الثقيل مؤقتًا الكثافة النسبية للقبة بالنسبة للسائل اللمفاوي الداخلي في الجهاز الدهليزي، مما يُسبب رأرأة وضعية ، وأوهامًا بدوران الجسم، ودوارًا، وغثيانًا. مع ذلك، يكون اتجاه الرأرأة معاكسًا لاتجاه الرأرأة الناتجة عن الإيثانول، لأنه أكثر كثافة من الماء، وليس أخف منه. [ 52 ]

تأثيره على الحيوانات

أظهرت التجارب التي أُجريت على الفئران والجرذان والكلاب [ 53 ] أن نسبة 25% من الديوتيريوم تمنع نمو الأمشاج أو الزيجوتات ، مما يُسبب العقم (الذي قد يكون دائمًا). وتؤدي التركيزات العالية من الماء الثقيل (90%) إلى نفوق الأسماك والضفادع الصغيرة والديدان المسطحة وذبابة الفاكهة بسرعة . الفئران التي تُربى منذ ولادتها في ماء ثقيل بنسبة 30% يكون لديها ديوتيريوم بنسبة 25% في سوائل الجسم و10% في الدماغ. وهي طبيعية باستثناء العقم. يُسبب الديوتيريوم أثناء الحمل تشوهات جنينية. كما أن ارتفاع نسبة الديوتيريوم في سوائل الجسم يُؤدي إلى الموت. [ 54 ] تموت الثدييات (مثل الجرذان) التي تُعطى الماء الثقيل للشرب بعد أسبوع، عندما تقترب نسبة الديوتيريوم في ماء أجسامها من 50%. [ 55 ] يبدو أن طريقة الوفاة مماثلة لتلك التي تحدث في التسمم بالخلايا السامة (مثل العلاج الكيميائي ) أو في متلازمة الإشعاع الحادة (على الرغم من أن الديوتيريوم غير مشع)، وتحدث نتيجة لتأثير الديوتيريوم في تثبيط انقسام الخلايا بشكل عام. وهو أكثر سمية للخلايا الخبيثة من الخلايا الطبيعية، لكن التركيزات المطلوبة عالية جدًا للاستخدام المنتظم. [ 53 ] وكما قد يحدث في العلاج الكيميائي، تموت الثدييات المتسممة بالديوتيريوم نتيجة فشل نخاع العظم (مما يؤدي إلى النزيف والالتهابات) وفشل وظائف الحاجز المعوي (مما يؤدي إلى الإسهال وفقدان السوائل ).

على الرغم من المشاكل التي تواجهها النباتات والحيوانات عند العيش في بيئة غنية بالديوتيريوم، فإن الكائنات بدائية النواة، كالبكتيريا، التي لا تعاني من مشاكل الانقسام الخلوي الناجمة عن الديوتيريوم، يمكن زراعتها وتكاثرها في ظروف غنية بالديوتيريوم، مما يؤدي إلى استبدال جميع ذرات الهيدروجين في البروتينات والحمض النووي البكتيري بنظير الديوتيريوم. [ 53 ] [ 56 ] وهذا يُفضي إلى عملية تكاثر ذاتي . فمع إنتاج بدائيات النوى للجلوكوز المُديوتيريوم بالكامل، تم إنتاج بكتيريا الإشريكية القولونية (Escherichia coli) وبكتيريا التورولا (Torula) المُديوتيريوم بالكامل ، والتي استطاعت إنتاج مواد كيميائية أكثر تعقيدًا مُديوتيريومًا بالكامل. أما الفطريات، مثل فطر الرشاشيات (Aspergillus)، فلم تستطع التكاثر في ظل ظروف غنية بالديوتيريوم. [ 54 ]

في الكائنات الحية العليا، يمكن استبدال النظائر الثقيلة بالكامل بنظائر ثقيلة أخرى غير مشعة (مثل الكربون-13، والنيتروجين-15، والأكسجين-18)، لكن هذا لا ينطبق على الديوتيريوم. ويعود ذلك إلى نسبة الكتل النووية بين نظائر الهيدروجين، وهي نسبة أكبر بكثير من أي عنصر آخر. [ 57 ]

يُستخدم أكسيد الديوتيريوم لتعزيز العلاج بالتقاط النيوترونات بالبورون ، لكن هذا التأثير لا يعتمد على التأثيرات البيولوجية أو الكيميائية للديوتيريوم، بل على قدرة الديوتيريوم على إبطاء النيوترونات دون التقاطها. [ 53 ] تشير الأدلة التجريبية لعام 2021 إلى أن الإعطاء الجهازي لأكسيد الديوتيريوم (بنسبة 30% في مياه الشرب) يثبط نمو الورم في نموذج فأر قياسي لسرطان الجلد البشري ، وهو تأثير يُعزى إلى التحفيز الانتقائي لإشارات الإجهاد الخلوي والتعبير الجيني في الخلايا السرطانية. [ 58 ] في عام 1983، أظهرت دراسة مقارنة أن نسبة 30% من الديوتيريوم في الفئران يمكن أن تقلل من معدل الوفيات في المجموعة المعالجة بالديوتيريوم مقارنةً بالمجموعة الضابطة بعد التعرض لإشعاع غاما لكامل الجسم . [ 59 ]

السمية لدى البشر

بما أن استبدال ما بين 25% إلى 50% من سوائل جسم الإنسان (والتي تشكل بدورها ما بين 50% إلى 75% من وزن الجسم [ 60 ] ) بالماء الثقيل يتطلب كمية كبيرة منه، فإن التسمم بالماء الثقيل، سواءً كان عرضيًا أو متعمدًا، أمرٌ مستبعدٌ لدرجة يمكن تجاهلها عمليًا. ويتطلب التسمم تناول الضحية كميات كبيرة من الماء الثقيل دون شرب كميات كافية من الماء لعدة أيام حتى تظهر أي آثار سامة ملحوظة.

تُستخدم جرعات فموية من الماء الثقيل، تتراوح بين عدة غرامات، بالإضافة إلى الأكسجين الثقيل 18O ، بشكل روتيني في تجارب الأيض البشري. أظهرت إحدى التجارب التي أُعطي فيها البشر 140-250 غرامًا من الماء الثقيل، أي ما يعادل 0.5% من إجمالي ماء الجسم، أعراضًا مؤقتة فقط مثل الدوار، بينما لم تُظهر تجربة أخرى أُعطي فيها البشر جرعات من الماء الثقيل بنسبة 0.4 إلى 0.8% من ماء الجسم أي آثار جانبية. [ 61 ] (انظر أيضًا اختبار الماء المزدوج التسمية ). بما أن ذرة واحدة من كل 6400 ذرة هيدروجين تقريبًا هي ديوتيريوم، فإن إنسانًا يزن 50 كيلوغرامًا (110 أرطال) ويحتوي على 32 كيلوغرامًا (71 رطلًا) من ماء الجسم، سيحتوي عادةً على كمية كافية من الديوتيريوم (حوالي 1.1 غرام أو 0.039 أونصة ) لتكوين 5.5 غرام (0.19 أونصة) من الماء الثقيل النقي، لذا فإن هذه الجرعة تقريبًا مطلوبة لمضاعفة كمية الديوتيريوم في الجسم.   

قد يُفسر انخفاض ضغط الدم جزئيًا حالات الدوار المُبلغ عنها عند تناول الماء الثقيل. مع ذلك، يُرجح أن يكون سبب هذا العرض هو خلل في وظيفة الجهاز الدهليزي . يُسبب الماء الثقيل، مثل الإيثانول، اختلافًا مؤقتًا في كثافة السائل اللمفاوي الداخلي داخل القبة، مما يُربك منعكس الدهليزي العيني ويُسبب أعراض دوار الحركة. [ 62 ]

ارتباك بشأن التلوث الإشعاعي بالماء الثقيل

على الرغم من أن الكثيرين يربطون الماء الثقيل أساسًا باستخدامه في المفاعلات النووية، إلا أن الماء الثقيل النقي غير مشع. يحتوي الماء الثقيل التجاري على نسبة ضئيلة من الإشعاع نتيجة وجود آثار ضئيلة من التريتيوم الطبيعي، وينطبق الأمر نفسه على الماء العادي. أما الماء الثقيل المستخدم كمبرد في محطات الطاقة النووية فيحتوي على كمية أكبر بكثير من التريتيوم نتيجة قصف الديوتيريوم الموجود فيه بالنيوترونات ( يشكل التريتيوم خطرًا على الصحة عند تناوله بكميات كبيرة).

في عام ١٩٩٠، أخذ أحد موظفي محطة بوينت ليبرو لتوليد الطاقة النووية في كندا عينة (تُقدّر بنحو نصف كوب) من الماء الثقيل من حلقة نقل الحرارة الرئيسية للمفاعل النووي ، ووضعها في موزع مشروبات في الكافيتريا. شرب ثمانية موظفين بعضًا من الماء الملوث. اكتُشف الحادث عندما بدأ الموظفون بترك عينات بول للفحص البيولوجي تحتوي على مستويات مرتفعة من التريتيوم. كانت كمية الماء الثقيل المتسربة أقل بكثير من المستويات التي قد تُسبب سمية الماء الثقيل، لكن العديد من الموظفين تلقوا جرعات إشعاعية مرتفعة من التريتيوم والمواد الكيميائية المنشطة بالنيوترونات الموجودة في الماء. [ ٦٣ ]

لم تُراعِ بعض وسائل الإعلام هذه النقاط بدقة، ما أدى إلى انطباع لدى بعض الجمهور بأن الماء الثقيل مشعٌّ عادةً وأكثر سميةً مما هو عليه في الواقع. وحتى لو استُخدم الماء الثقيل النقي في موزع المياه بشكل دائم، فمن غير المرجح أن يُكتشف الحادث أو أن يُسبب ضررًا، إذ لا يُتوقع من أي موظف الحصول على أكثر من 25% من مياه الشرب اليومية من هذا المصدر. [ 64 ]

أساليب الإنتاج

إن عملية جيردلر الكبريتية هي العملية الأكثر فعالية من حيث التكلفة لإنتاج الماء الثقيل ، وهي عبارة عن نظام مفاعل ثنائي درجة الحرارة تم تطويره بالتوازي بواسطة كارل هيرمان جيب وجيروم إس سبيفاك في عام 1943. [ 33 ]

كما ذُكر، يُشار إلى الماء الثقيل التجاري الحديث ويُباع بشكل شبه عالمي باسم أكسيد الديوتيريوم. ويُباع في أغلب الأحيان بدرجات نقاء مختلفة، من 98% إلى 99.75-99.98% إثراء بالديوتيريوم (درجة نقاء المفاعلات النووية)، وأحيانًا بدرجات نقاء نظائري أعلى.

طرق إنتاج الماء الثقيل [ 65 ]
نوع الطريقةأول مصنعتاريخالمواد الخامدرجات حرارة مزدوجةدرجة الحرارة (كلفن)معامل الفصلاستهلاك الطاقة (ميغاواط ساعة/كغ)
التحليل الكهربائيفيمورك ، النرويج1934H 2 O360–3705-7120–150
تصحيحمصنع مورغانتاون للذخائر ، الولايات المتحدة1943H 2 O353–3731.043–1.02640
نوريلسك ، الاتحاد السوفيتي1955NH 3283–2931.024–1.0208
؟، الاتحاد السوفياتي1958H 222-231.47–1.524-5
التبادل الكيميائي للنظائرH 2 -NH 32485.33.0
H 2 -H 2 O3333.1465-70
ألكسين ، الاتحاد السوفيتي1947H 2 S-H 2 OT 13032.342.8
T 24031.82
H 2 -H 2 OT 12237.91.0
T 23133.6
H 2 -NH 3T 12485.31.0
T 23332.9
التفكك بالليزر [ 66 ]لا أحد3 فرنك سويسري323–353

الإنتاج حسب البلد

الأرجنتين

كانت الأرجنتين المنتج الرئيسي للماء الثقيل، مستخدمةً محطةً تعتمد على تبادل الأمونيا/الهيدروجين، مُورَّدة من شركة سولزر السويسرية . كما كانت مُصدِّراً رئيسياً إلى كندا وألمانيا والولايات المتحدة ودول أخرى. وكان مرفق إنتاج الماء الثقيل في أروييتو أكبر مرفق لإنتاج الماء الثقيل في العالم. أنتجت الأرجنتين 200 طن قصير (180 طنًا متريًا) من الماء الثقيل سنويًا في عام 2015 باستخدام طريقة التبادل النظائري أحادي الحرارة للأمونيا والهيدروجين . [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] ومنذ عام 2017، توقف تشغيل محطة أروييتو. [ 72 ]

الولايات المتحدة

خلال مشروع مانهاتن، أنشأت الولايات المتحدة ثلاثة مصانع لإنتاج الماء الثقيل كجزء من مشروع P-9 في مصانع مورغانتاون للذخائر، بالقرب من مورغانتاون، فيرجينيا الغربية ؛ وفي مصانع واباش ريفر للذخائر، بالقرب من دانا ونيوبورت، إنديانا ؛ وفي مصانع ألاباما للذخائر، بالقرب من تشيلديرسبيرغ وسيلاكوغا ، ألاباما . كما تم الحصول على الماء الثقيل من مصنع كومينكو في تريل، كولومبيا البريطانية ، كندا. استخدم المفاعل التجريبي شيكاغو بايل-3 الماء الثقيل كمهدئ ووصل إلى حالة التشغيل الحرجة في عام 1944. [ 73 ] أُغلقت مصانع الإنتاج المحلية الثلاثة في عام 1945 بعد إنتاج حوالي 81,470 رطلاً (36,950 كيلوغراماً) من المنتج. [ 74 ] استأنف مصنع واباش إنتاج الماء الثقيل في عام 1952.  

في عام 1953، بدأت الولايات المتحدة استخدام الماء الثقيل في مفاعلات إنتاج البلوتونيوم في موقع سافانا ريفر . دخل أول مفاعل من المفاعلات الخمسة التي تعمل بالماء الثقيل حيز التشغيل في عام 1953، وتم إيقاف تشغيل آخرها نهائياً في عام 1996. صُممت هذه المفاعلات باستخدام الماء الثقيل لإنتاج كل من البلوتونيوم والتريتيوم لبرنامج الأسلحة النووية الأمريكي.

طورت الولايات المتحدة عملية إنتاج التبادل الكيميائي للكبريتيد جيردلر - والتي تم عرضها لأول مرة على نطاق واسع في مصنع دانا بولاية إنديانا في عام 1945 وفي موقع نهر سافانا في عام 1952.

الهند

تُعدّ الهند أكبر منتج للماء الثقيل في العالم من خلال مجلسها الخاص بالماء الثقيل . [ 75 ] وتُصدّر الماء الثقيل إلى دول من بينها جمهورية كوريا والصين والولايات المتحدة. [ 76 ] [ 77 ]

النرويج

"المياه الثقيلة" من صنع شركة نورسك هيدرو

في عام ١٩٣٤، أنشأت شركة نورسك هيدرو أول مصنع تجاري للماء الثقيل في فيمورك ، تين ، حيث بلغ إنتاجه في نهاية المطاف ٤ كيلوغرامات (٨.٨ رطل) يوميًا. [ ٧٨ ] ومنذ عام ١٩٤٠ وطوال الحرب العالمية الثانية ، كان المصنع تحت السيطرة الألمانية ، وقرر الحلفاء تدميره ومياهه الثقيلة لعرقلة تطوير ألمانيا للأسلحة النووية. وفي أواخر عام ١٩٤٢، فشلت غارة جوية بريطانية مُخطط لها، أُطلق عليها اسم عملية فريشمان ، حيث تحطمت الطائرتان الشراعيتان. وقُتل المهاجمون في الحادث أو أُعدموا لاحقًا على يد الألمان. 

في ليلة 27 فبراير 1943، تكللت عملية غانرسايد بالنجاح. تمكنت القوات الخاصة النرويجية والمقاومة المحلية من تدمير أجزاء صغيرة، ولكنها حيوية، من خلايا التحليل الكهربائي، مما أدى إلى تصريف المياه الثقيلة المتراكمة في مصارف المصنع. [ 79 ]

في 16 نوفمبر 1943، ألقت القوات الجوية للحلفاء أكثر من 400 قنبلة على الموقع. دفعت هذه الغارة الجوية الحكومة النازية إلى نقل جميع المياه الثقيلة المتاحة إلى ألمانيا لحفظها. في 20 فبراير 1944، أغرق أحد الثوار النرويجيين العبارة "إم/إف هيدرو"  التي كانت تحمل المياه الثقيلة عبر بحيرة تين ، مما أسفر عن مقتل 14 مدنياً نرويجياً، ويُفترض أن معظم المياه الثقيلة قد فُقدت. كانت بعض البراميل نصف ممتلئة فقط، وبالتالي طافية، وربما تم انتشالها ونقلها إلى ألمانيا.

كشف تحقيق حديث في سجلات الإنتاج في شركة نورسك هيدرو وتحليل برميل سليم تم انتشاله عام ٢٠٠٤، أنه على الرغم من احتواء البراميل في هذه الشحنة على ماء بدرجة حموضة  ١٤ - مما يدل على عملية التكرير الإلكتروليتي القلوي - إلا أنها لم تحتوي على تركيزات عالية من الماء الثقيل (D₂O ). [ ٨٠ ] وعلى الرغم من الحجم الظاهري للشحنة، كانت الكمية الإجمالية للماء الثقيل النقي ضئيلة للغاية، حيث احتوت معظم البراميل على ٠.٥-١٪ فقط من الماء الثقيل النقي. كان الألمان سيحتاجون إلى حوالي ٥ أطنان من الماء الثقيل لتشغيل مفاعل نووي. وأشارت قائمة الشحن بوضوح إلى أنه لم يتم نقل سوى نصف طن من الماء الثقيل إلى ألمانيا. كانت شركة هيدرو تحمل كمية قليلة جدًا من الماء الثقيل لمفاعل واحد، ناهيك عن ١٠ أطنان أو أكثر اللازمة لصنع كمية كافية من البلوتونيوم لصنع سلاح نووي. [ ٨٠ ] كان برنامج الأسلحة النووية الألماني أقل تقدمًا بكثير من مشروع مانهاتن، ولم يقترب أي مفاعل تم بناؤه في ألمانيا النازية من الوصول إلى حالة التشغيل الحرجة . لم تكن أي كمية من الماء الثقيل لتغيير ذلك.

أقرت إسرائيل بتشغيل مفاعل ديمونا باستخدام الماء الثقيل النرويجي الذي بيع لها عام 1959. ومن المحتمل أن الهند استخدمت أيضاً الماء الثقيل النرويجي من خلال إعادة التصدير عبر رومانيا وألمانيا. [ 81 ] [ 82 ]

كندا

كجزء من مساهمتها في مشروع مانهاتن، قامت كندا ببناء وتشغيل محطة مياه ثقيلة بالتحليل الكهربائي بسعة تتراوح من 1000 إلى 1200 رطل (450 إلى 540 كجم) شهريًا (سعة التصميم) في تريل، كولومبيا البريطانية ، والتي بدأت التشغيل في عام 1943. [ 83 ] 

يتطلب تصميم مفاعل الطاقة التابع لهيئة الطاقة الذرية الكندية (AECL) كميات كبيرة من الماء الثقيل كمُهدئ للنيوترونات ومُبرد. وقد طلبت الهيئة إنشاء محطتين لإنتاج الماء الثقيل، تم بناؤهما وتشغيلهما في منطقة الأطلسي الكندية ، في غلاس باي ، نوفا سكوتيا (بواسطة شركة ديوتيريوم الكندية المحدودة) وبوينت تابر، مقاطعة ريتشموند ، نوفا سكوتيا (بواسطة شركة جنرال إلكتريك الكندية). وقد تبين أن هاتين المحطتين تعانيان من مشاكل كبيرة في التصميم والإنشاء والإنتاج. وصل مصنع غلاس باي إلى طاقته الإنتاجية الكاملة عام 1984 بعد استحواذ شركة الطاقة الذرية الكندية (AECL) عليه عام 1971. [ 84 ] ووصل مصنع بوينت تابر إلى طاقته الإنتاجية الكاملة عام 1974، واشترته شركة الطاقة الذرية الكندية عام 1975. [ 85 ] وتم تطبيق التعديلات التصميمية التي أُدخلت على مصنع بوينت تابر عند بناء شركة الطاقة الذرية الكندية لمحطة بروس للماء الثقيل ( 44°11′07″ شمالاً 81°21′42″ غرباً / 44.1854° شمالاً 81.3618° غرباً / 44.1854؛ -81.3618 ( محطة بروس للماء الثقيل )[ 86 ] والتي باعتها لاحقاً لشركة أونتاريو هايدرو ، لضمان إمداد موثوق بالماء الثقيل لمحطات الطاقة المستقبلية. وأُغلق المصنعان في نوفا سكوتيا عام 1985 عندما تبيّن عدم جدوى إنتاجهما.

كان مصنع بروس للماء الثقيل (BHWP) في أونتاريو أكبر مصنع لإنتاج الماء الثقيل في العالم، حيث بلغت طاقته الإنتاجية القصوى 1600 طن سنويًا (800 طن سنويًا لكل مصنع بكامل طاقته، أي مصنعان يعملان بكامل طاقتهما في ذروة إنتاجهما). استخدم المصنع عملية جيردلر الكبريتية لإنتاج الماء الثقيل، وكان يتطلب 340,000 طن من مياه التغذية لإنتاج طن واحد من الماء الثقيل. كان المصنع جزءًا من مجمع يضم ثمانية مفاعلات كاندو ، والتي وفرت الحرارة والطاقة اللازمة لمصنع الماء الثقيل. يقع الموقع في محطة دوغلاس بوينت / بروس لتوليد الطاقة النووية بالقرب من تيفيرتون، أونتاريو، على بحيرة هورون، حيث كان يتمتع بإمكانية الوصول إلى مياه البحيرات العظمى . [ 87 ]

أصدرت شركة AECL عقد بناء أول وحدة لإنتاج الماء الثقيل في بروس (BHWP A) عام 1969. وتولت شركة أونتاريو هايدرو تشغيل الوحدة BHWP A بين عامي 1971 و1973، حيث دخلت المحطة الخدمة في 28 يونيو 1973، وبلغت طاقتها الإنتاجية التصميمية في أبريل 1974. ونظرًا لنجاح BHWP A والكمية الكبيرة من الماء الثقيل المطلوبة لمشاريع بناء محطات الطاقة النووية CANDU المخطط لها، قامت أونتاريو هايدرو بتشغيل ثلاث محطات إضافية لإنتاج الماء الثقيل في موقع بروس (BHWP B وC وD). ودخلت BHWP B الخدمة عام 1979. وكانت هاتان المحطتان الأوليان أكثر كفاءة من المخطط له، مما أدى إلى انخفاض عدد مشاريع بناء CANDU بشكل ملحوظ عن العدد الأصلي، وبالتالي إلغاء بناء BHWP C وD. وفي عام 1984، تم إغلاق BHWP A. بحلول عام ١٩٩٣، كانت شركة أونتاريو هايدرو قد أنتجت كمية كافية من الماء الثقيل لتلبية جميع احتياجاتها المحلية المتوقعة (والتي كانت أقل من المتوقع نتيجة لتحسين كفاءة استخدام وإعادة تدوير الماء الثقيل)، لذا قامت بإغلاق وهدم نصف طاقة محطة معالجة الماء الثقيل B. واستمرت الطاقة المتبقية في العمل لتلبية الطلب على تصدير الماء الثقيل حتى إغلاقها نهائيًا في عام ١٩٩٧، وبعد ذلك تم تفكيك المحطة تدريجيًا وإزالة الموقع. [ ٨٨ ] [ ٨٩ ]

شكل الماء الثقيل حوالي 15-20٪ من إجمالي التكلفة الرأسمالية لكل مفاعل كاندو في السبعينيات والثمانينيات. [ 89 ]

إيران

منذ عام 1996، يجري إنشاء مصنع لإنتاج الماء الثقيل في خونداب بالقرب من أراك . [ 90 ] وفي 26 أغسطس/آب 2006، افتتح الرئيس الإيراني أحمدي نجاد توسعة مصنع الماء الثقيل في البلاد. وأشارت إيران إلى أن منشأة إنتاج الماء الثقيل ستعمل بالتزامن مع مفاعل بحثي بقدرة 40 ميغاواط، كان من المقرر الانتهاء منه في عام 2009. [ 91 ] أنتجت إيران مذيبات مُدَوتَرة في أوائل عام 2011 لأول مرة. [ 92 ] ومن المفترض إعادة تصميم قلب مفاعل IR-40 بناءً على الاتفاق النووي المُبرم في يوليو/تموز 2015.

بموجب خطة العمل الشاملة المشتركة ، يُسمح لإيران بتخزين 130 طنًا فقط (140 طنًا قصيرًا ) من الماء الثقيل. [ 93 ] وتُصدّر إيران فائض إنتاجها، مما يجعلها ثالث أكبر مُصدّر للماء الثقيل في العالم. [ 94 ] [ 95 ] وفي عام 2023، باعت إيران الماء الثقيل؛ واقترح العملاء سعرًا يزيد عن 1000 دولار للتر الواحد. [ 96 ]

باكستان

يوجد في باكستان موقعان لإنتاج الماء الثقيل في إقليم البنجاب . يُعدّ مجمع خوشاب النووي ، الذي تم تشغيله في الفترة 1995-1996، عنصراً أساسياً في برنامج باكستان لتكوين مخزون من البلوتونيوم والديوتيريوم والتريتيوم المستخدم في صناعة الرؤوس الحربية النووية المتطورة (أي الأسلحة النووية الحرارية ). كما يوجد مرفق آخر لإنتاج الماء الثقيل في ملتان، حيث يتم بيعه إلى محطتي الطاقة النووية في كراتشي وتشاشما .

في أوائل ثمانينيات القرن العشرين، نجحت باكستان في الحصول على محطة لتنقية وتخزين التريتيوم، بالإضافة إلى مواد أولية للديوتيريوم والتريتيوم، من شركتين ألمانيتين شرقيتين . [ 97 ] وعلى عكس الهند وإيران، فإن الماء الثقيل الذي تنتجه باكستان لا يُصدّر ولا يُباع لأي دولة، ويُستخدم حصراً في مجمع أسلحتها وتوليد الطاقة في محطاتها النووية المحلية.

دول أخرى

أنتجت رومانيا الماء الثقيل في مصنع دروبيتا جيردلر للكبريتيد، الذي تم إيقاف تشغيله الآن، للأغراض المحلية والتصديرية. [ 98 ] وشغّلت فرنسا مصنعاً صغيراً خلال الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين.

التطبيقات

الرنين المغناطيسي النووي

يُستخدم أكسيد الديوتيريوم في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي عند استخدام الماء كمذيب إذا كان النظير المراد دراسته هو الهيدروجين. وذلك لأن إشارة جزيئات الماء الخفيف ( H₂O ) ستطغى على إشارة الجزيء المراد دراسته المذاب فيه. يمتلك الديوتيريوم عزمًا مغناطيسيًا مختلفًا ، وبالتالي لا يُساهم في إشارة الرنين المغناطيسي النووي للهيدروجين -1 عند تردد رنين الهيدروجين-1.

في بعض التجارب، قد يكون من المرغوب فيه تحديد ذرات الهيدروجين غير المستقرة في المركب، أي ذرات الهيدروجين التي يمكن أن تتبادل بسهولة على شكل أيونات H + في مواقع محددة من الجزيء. عند إضافة الماء الثقيل (D2O ) ، فيما يُعرف أحيانًا بـ" رجّ الماء الثقيل" ، [ 99 ] تتبادل ذرات الهيدروجين غير المستقرة بين المركب المدروس والمذيب، مما يؤدي إلى استبدال ذرات الهيدروجين المفردة (1H ) في المركب بذرتي هيدروجين ( 2H ). وبالتالي، لا تظهر هذه المواقع في طيف الرنين النووي المغناطيسي للبروتون (1H -NMR).

الكيمياء العضوية

يُستخدم أكسيد الديوتيريوم غالبًا كمصدر للديوتيريوم لتحضير نظائر مُوسومة خصيصًا للمركبات العضوية. على سبيل المثال، يمكن استبدال روابط CH المجاورة لمجموعات الكربونيل الكيتونية بروابط CD، باستخدام التحفيز الحمضي أو القاعدي. يمكن إعادة بلورة يوديد ثلاثي ميثيل سلفوكسونيوم ، المُصنّع من ثنائي ميثيل سلفوكسيد ويوديد الميثيل ، من أكسيد الديوتيريوم، ثم تفكيكه لإعادة تكوين يوديد الميثيل وثنائي ميثيل سلفوكسيد، وكلاهما مُوسوم بالديوتيريوم. في الحالات التي يُراد فيها وسم المركب بشكل مزدوج باستخدام الديوتيريوم والتريتيوم، يجب على الباحث أن يُدرك أن أكسيد الديوتيريوم، اعتمادًا على عمره ومصدره، قد يحتوي على بعض التريتيوم.

مطيافية الأشعة تحت الحمراء

يُستخدم أكسيد الديوتيريوم غالبًا بدلًا من الماء عند جمع أطياف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR) للبروتينات في المحلول. يُنتج الماء العادي (H₂O ) حزمة قوية تتداخل مع منطقة الأميد I للبروتينات، بينما تنزاح حزمة أكسيد الديوتيريوم بعيدًا عن منطقة الأميد I.

مُعدِّل النيوترونات

يُستخدم الماء الثقيل في أنواع معينة من المفاعلات النووية ، حيث يعمل كمُهدئ للنيوترونات لإبطائها، مما يزيد من احتمالية تفاعلها مع اليورانيوم-235 القابل للانشطار مقارنةً باليورانيوم-238 الذي يمتص النيوترونات دون انشطار. ويستخدم مفاعل كاندو هذا التصميم. كما يُستخدم الماء الخفيف كمُهدئ، ولكن نظرًا لقدرته على امتصاص نيوترونات أكثر من الماء الثقيل، فإن المفاعلات التي تستخدم الماء الخفيف كمُهدئ يجب أن تستخدم اليورانيوم المُخصب بدلًا من اليورانيوم الطبيعي، وإلا فإن الوصول إلى حالة التفاعل النووي الحرجة مستحيل. وقد بُني جزء كبير من مفاعلات الطاقة القديمة، مثل مفاعلات RBMK في الاتحاد السوفيتي، باستخدام الماء العادي للتبريد والجرافيت كمُهدئ . ومع ذلك، فإن خطر الجرافيت في مفاعلات الطاقة (حيث ساهمت حرائق الجرافيت جزئيًا في كارثة تشيرنوبيل ) قد أدى إلى التوقف عن استخدامه في تصاميم المفاعلات القياسية.

يُعدّ إنتاج البلوتونيوم واستخراجه وسيلةً سريعةً ورخيصةً نسبيًا لبناء سلاح نووي ، إذ إنّ الفصل الكيميائي للبلوتونيوم عن الوقود أسهل من الفصل النظائري لليورانيوم-235 عن اليورانيوم الطبيعي. ومن بين الدول التي تمتلك أسلحة نووية حاليًا وسابقًا ، كانت إسرائيل والهند وكوريا الشمالية [ 100 ] أول من استخدم البلوتونيوم من مفاعلات مُهدّأة بالماء الثقيل تحرق اليورانيوم الطبيعي ، بينما قامت الصين وجنوب إفريقيا وباكستان ببناء أسلحة باستخدام اليورانيوم عالي التخصيب .

كان البرنامج النووي النازي ، الذي يعمل بإمكانيات أقل من مشروع مانهاتن المعاصر، ويعاني من نزوح العديد من كبار العلماء (الذين انتهى بهم المطاف بالعمل في مشروع مانهاتن)، بالإضافة إلى الصراعات الداخلية المستمرة، قد استبعد الجرافيت كمُهدئ بشكل خاطئ لعدم إدراكه تأثير الشوائب. ونظرًا لأن فصل نظائر اليورانيوم اعتُبر عقبة كبيرة، فقد بقي الماء الثقيل مُهدئًا محتملاً. ومن المشاكل الأخرى النفور الأيديولوجي مما وصفته الدعاية بـ" الفيزياء اليهودية "، وانعدام الثقة بين النازيين المتحمسين حتى قبل عام 1933 وبين من كانوا من أتباع "ميتلاوفر " أو من يحاولون التواري عن الأنظار. ويرجع ذلك جزئياً إلى عمليات التخريب والغارات التي شنها الحلفاء على شركة نورسك هيدرو (التي كانت آنذاك أكبر منتج للماء الثقيل في العالم) بالإضافة إلى الاقتتال الداخلي المذكور آنفاً، لم يتمكن البرنامج النووي الألماني من تجميع ما يكفي من اليورانيوم والماء الثقيل في مكان واحد لتحقيق حالة الحرج على الرغم من امتلاكه ما يكفي من كليهما بحلول نهاية الحرب.

في الولايات المتحدة، استخدم أول مفاعل ذري تجريبي (عام ١٩٤٢)، بالإضافة إلى مفاعلات إنتاج مشروع مانهاتن هانفورد التي أنتجت البلوتونيوم لاختبار ترينيتي وقنابل الرجل البدين ، جميعها مهدئات نيوترونية من الكربون النقي (الجرافيت) مع أنابيب تبريد مائية عادية. ولم تعمل هذه المفاعلات باليورانيوم المخصب أو الماء الثقيل. كما استخدمت روسيا وبريطانيا مفاعلات مُهدئة بالجرافيت في إنتاج البلوتونيوم.

لا يوجد دليل على استخدام مفاعلات الطاقة النووية المدنية التي تعمل بالماء الثقيل، مثل مفاعلات كاندو أو أتوتشا ، لإنتاج مواد انشطارية عسكرية. وفي الدول التي لا تمتلك أسلحة نووية، تخضع المواد النووية في هذه المنشآت لضمانات الوكالة الدولية للطاقة الذرية لمنع أي تحويل غير مشروع لها.

نظراً لإمكانية استخدام الماء الثقيل في برامج الأسلحة النووية ، تخضع حيازته أو استيراده/تصديره بكميات صناعية كبيرة لرقابة حكومية في العديد من الدول. ويطبق موردو الماء الثقيل وتقنيات إنتاجه عادةً إجراءات الضمانات والمحاسبة الخاصة بالمواد التي تديرها الوكالة الدولية للطاقة الذرية. (في أستراليا، يُطبق قانون عدم انتشار الأسلحة النووية (الضمانات) لعام ١٩٨٧ ). أما في الولايات المتحدة وكندا، فتتوفر كميات غير صناعية من الماء الثقيل (أي في نطاق الغرام إلى الكيلوغرام) بشكل روتيني دون ترخيص خاص من خلال تجار المواد الكيميائية والشركات التجارية، مثل شركة أونتاريو هايدرو، التي كانت سابقاً من أكبر منتجي الماء الثقيل في العالم .

كاشف النيوترينو

يستخدم مرصد سودبري للنيوترينو (SNO) في سودبري ، أونتاريو، ألف طن من الماء الثقيل مُعارة من هيئة الطاقة الذرية الكندية المحدودة . يقع كاشف النيوترينو على عمق 2100 متر (6800 قدم) تحت الأرض في منجم، لحمايته من الميونات الناتجة عن الأشعة الكونية . بُني مرصد سودبري للنيوترينو للإجابة على سؤال ما إذا كانت نيوترينوات الإلكترون الناتجة عن الاندماج النووي في الشمس (وهي النوع الوحيد الذي يُفترض أن تُنتجه الشمس مباشرةً، وفقًا للنظرية) قادرة على التحول إلى أنواع أخرى من النيوترينوات في طريقها إلى الأرض. يكشف المرصد إشعاع تشيرينكوف في الماء الناتج عن الإلكترونات عالية الطاقة الناتجة عن نيوترينوات الإلكترون أثناء تفاعلها مع النيوترونات في الديوتيريوم عبر التيار المشحون ، مما يحولها إلى بروتونات وإلكترونات (مع ذلك، فإن الإلكترونات فقط هي السريعة بما يكفي لإنتاج إشعاع تشيرينكوف للكشف عنه). 

يكشف مرصد SNO أيضًا عن أحداث تشتت النيوترينو بالإلكترون، حيث ينقل النيوترينو الطاقة إلى الإلكترون، الذي بدوره يُولّد إشعاع تشيرينكوف الذي يختلف عن الإشعاع الناتج عن أحداث CC. ينتج التفاعل الأول من هذين التفاعلين فقط عن نيوترينوات الإلكترون، بينما يمكن أن ينتج التفاعل الثاني عن جميع أنواع النيوترينوات. يُعد استخدام الديوتيريوم أمرًا بالغ الأهمية لوظيفة مرصد SNO، لأنه يمكن الكشف عن جميع أنواع النيوترينوات الثلاثة [ 101 ] في نوع ثالث من التفاعلات أيضًا، وهو تفكك النيوترينو، حيث يتشتت نيوترينو من أي نوع (إلكترون، أو ميون ، أو تاو ) من نواة الديوتيريوم ( ديوترون )، ناقلًا طاقة كافية لتفكيك الديوترون المرتبط بشكل ضعيف إلى نيوترون وبروتون حرين عبر تفاعل التيار المحايد (NC).

يُكتشف هذا الحدث عندما يمتص النيوترون الحر بواسطة أيون الكلوريد -35 (35Cl⁻) الموجود في كلوريد الصوديوم (NaCl) المذاب عمدًا في الماء الثقيل، مما يؤدي إلى انبعاث أشعة غاما المميزة للامتصاص. وبالتالي، في هذه التجربة، لا يوفر الماء الثقيل الوسط الشفاف اللازم لإنتاج إشعاع تشيرينكوف وتصويره فحسب، بل يوفر أيضًا الديوتيريوم للكشف عن نيوترينوات الميو (μ) والتاو (τ) الغريبة، بالإضافة إلى كونه وسطًا مُعدِّلًا غير ماص للحفاظ على النيوترونات الحرة من هذا التفاعل، إلى أن يتم امتصاصها بواسطة نظير مُنشَّط بالنيوترونات يسهل الكشف عنه .

اختبار معدل الأيض ودوران الماء في علم وظائف الأعضاء وعلم الأحياء

يُستخدم الماء الثقيل كجزء من مزيج مع الماء الثقيل (H₂¹⁸O ) لإجراء اختبار شائع وآمن لقياس متوسط ​​معدل الأيض لدى البشر والحيوانات أثناء أنشطتهم الطبيعية. يُعد معدل التخلص من الديوتيريوم وحده مقياسًا لدوران الماء في الجسم. ويختلف هذا المعدل اختلافًا كبيرًا بين الأفراد، ويعتمد على الظروف البيئية، بالإضافة إلى حجم الشخص وجنسه وعمره ونشاطه البدني. [ 102 ]

إنتاج التريتيوم

التريتيوم هو المادة الفعالة في الإضاءة ذاتية التشغيل والاندماج النووي المتحكم به، ومن استخداماته الأخرى التصوير الإشعاعي الذاتي والوسم الإشعاعي . كما يُستخدم في تصميم الأسلحة النووية، لا سيما أسلحة الانشطار المعزز والمُشغِّلات . يخضع التريتيوم لتحلل بيتا إلى هيليوم-3 ، وهو نظير مستقر ونادر للهيليوم، ويحظى بطلب كبير. يتكون بعض التريتيوم في المفاعلات المُهدَّأة بالماء الثقيل عندما يلتقط الديوتيريوم نيوترونًا. يتميز هذا التفاعل بمقطع عرضي صغير (احتمالية التقاط نيوترون واحد) وينتج كميات ضئيلة من التريتيوم، إلا أنها كافية لتبرير تنظيف المُهدِّئ من التريتيوم كل بضع سنوات للحد من مخاطر تسربه إلى البيئة. ونظرًا لأن الهيليوم-3 سام للنيوترونات ، وله مقطع عرضي لالتقاط النيوترونات أعلى بكثير من أي مكون من مكونات الماء الثقيل أو الماء المُشعّ بالتريتيوم، فيجب تقليل تراكمه في مُهدِّئ النيوترونات بالماء الثقيل أو في هدف إنتاج التريتيوم إلى أدنى حد ممكن.

يتطلب إنتاج كميات كبيرة من التريتيوم بهذه الطريقة مفاعلات ذات تدفقات نيوترونية عالية جدًا، أو نسبة عالية جدًا من الماء الثقيل إلى الوقود النووي ، وامتصاصًا منخفضًا جدًا للنيوترونات من قِبل مواد المفاعل الأخرى. وبالتالي، سيتعين استخلاص التريتيوم عن طريق فصل النظائر من كمية أكبر بكثير من الديوتيريوم، على عكس إنتاجه من الليثيوم-6 (الطريقة الحالية)، حيث يكفي الفصل الكيميائي فقط.

يبلغ مقطع امتصاص الديوتيريوم للنيوترونات الحرارية 0.52 ملي بارن (5.2 × 10⁻³² م² ؛ 1 بارن = 10⁻²⁸ م² ) ، بينما يبلغ مقطع امتصاص الأكسجين-16 والأكسجين -17 0.19 و240 ملي بارن على التوالي. يشكل الأكسجين -17 نسبة 0.038% من الأكسجين الطبيعي ، مما يجعل المقطع العرضي الإجمالي 0.28 ملي بارن. لذلك، في الماء الثقيل (D₂O ) المحتوي على الأكسجين الطبيعي، تحدث 21% من عمليات امتصاص النيوترونات على الأكسجين، وترتفع هذه النسبة مع تراكم الأكسجين -17 نتيجة امتصاص النيوترونات على الأكسجين -16 . كما قد يُصدر الأكسجين -17 جسيم ألفا عند امتصاصه للنيوترونات، مُنتجًا الكربون-14 المشع .

انظر أيضاً

مراجع

  1. الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (2005). تسمية الكيمياء غير العضوية (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 2005). كامبريدج (المملكة المتحدة): الجمعية الملكية للكيمياء - الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . رقم ISBN 0-85404-438-8ص  306. نسخة إلكترونية.
  2. باربارت، آرثر ك. (ديسمبر 1935). "نفاذية كريات الدم الحمراء لدى الثدييات لأكسيد الديوتيريوم (الماء الثقيل)". مجلة علم وظائف الأعضاء الخلوية والمقارنة . 7 (2): 153-162 . doi : 10.1002/jcp.1030070202 .
  3. سفيشيف، آي إم؛ كوساليك، بي جي (يناير 1994). "ديناميكيات الماء السائل، والماء-d2، والماء-t2: دراسة محاكاة مقارنة". مجلة الكيمياء الفيزيائية . 98 (3): 728-733 . Bibcode : 1994JPhCh..98..728S . doi : 10.1021/j100054a002 .
  4. 1 2 PubChem. "أكسيد الديوتيريوم" . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2021 .
  5. "مجلس الماء الثقيل، الهند" .
  6. الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 ) " الماء الثقيل ". doi : 10.1351/goldbook.H02758
  7. دي جيه كوشنر؛ أليسون بيكر؛ تي جي دنستال (1999). "الاستخدامات الدوائية وآفاق استخدام الماء الثقيل والمركبات المُدَوتَرة". المجلة الكندية لعلم وظائف الأعضاء وعلم الأدوية . 77 (2): 79-88 . doi : 10.1139/cjpp-77-2-79 . PMID 10535697 . 
  8. "هارولد كلايتون يوري (1893-1981)" . جامعة كولومبيا .
  9. "إدارة الجرافيت المشع في محطات الطاقة النووية ماغنوكس في المملكة المتحدة" (ملف PDF) . Pub-iaea.org . تاريخ الاطلاع: 11 يناير 2017 .
  10. "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مؤرشفة من الأصل (PDF) بتاريخ 22 أبريل 2014. تم الاطلاع عليها بتاريخ 25 أغسطس 2012 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  11. موسين، أو. في، إغناتوف، آي. (2011) فصل النظائر الثقيلة الديوتيريوم (D) والتريتيوم (T) والأكسجين ( 18 O) في معالجة المياه، المياه النظيفة: المشاكل والقرارات، العدد 3-4، ص 69-78.
  12. ستيكل، ف.؛ سزابيرو، س. (1963). "الخواص الفيزيائية للماء المؤكسج الثقيل. الجزء 1 - الكثافة والتمدد الحراري". معاملات جمعية فاراداي . 59 : 331-343 . doi : 10.1039/TF9635900331 .
  13. مارتن تشابلن. "خصائص الماء (بما في ذلك النظائر)" . lsbu.ac.uk. مؤرشف من الأصل في 7 أكتوبر 2014. تم الاطلاع عليه في 4 ديسمبر 2017 .
  14. كوتز، جون؛ تايشل، بول؛ تاونسند، جون (2008). الكيمياء والتفاعلية الكيميائية، المجلد 1 ( الطبعة السابعة). سينجايج ليرنينج. ص 15. ISBN   978-0-495-38711-4.مقتطف من الصفحة 15
  15. 1 2 مناقشة pD ،
  16. "RefractiveIndex.INFO" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يناير 2010 .
  17. مناقشة pD+ ،
  18. غراي، ثيودور (2007). "كيف 2.0" . مجلة العلوم الشعبية . مؤرشف من الأصل في 16 ديسمبر 2007. تم الاطلاع عليه في 21 يناير 2008 .
  19. أوري، إتش سي؛ فايلا، جي (15 مارس 1935). "حول طعم الماء الثقيل". مجلة ساينس . 81 (2098): 273. رمز Bibcode : 1935Sci....81..273U . doi : 10.1126/science.81.2098.273-a . PMID 17811065 . 
  20. بن أبو، ناتالي؛ ماسون، فيليب إي. (6 أبريل 2021). "الطعم الحلو للماء الثقيل" . مجلة الاتصالات البيولوجية . 4 (1): 440. doi : 10.1038/s42003-021-01964-y . PMC 8024362. PMID 33824405 .  
  21. ميلر، إنجليس ج.؛ موسر، غريغوري (1979). " استجابات التذوق لأكسيد الديوتيريوم". علم وظائف الأعضاء . 23 (1): 69-74 . doi : 10.1016/0031-9384(79)90124-0 . PMID 515218. S2CID 39474797 .  
  22. ويستكوت، كاثرين (29 أبريل 2013). "هل يوجد حقًا اختلاف في مذاق المياه بين الشمال والجنوب؟" . مجلة بي بي سي الإخبارية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أكتوبر 2020 .
  23. معارض الويب. " الألوان من الاهتزاز" . أسباب اللون . معارض الويب . مؤرشف من الأصل في 23 فبراير 2017. تم الاسترجاع في 21 أكتوبر 2017. الماء الثقيل عديم اللون لأن جميع انتقالاته الاهتزازية المقابلة تنزاح إلى طاقة أقل (طول موجي أعلى) بسبب زيادة كتلة النظير.
  24. إتش سي أوري؛ فرديناند جي. بريكويدي؛ جي إم مورفي (1932). "نظير الهيدروجين ذو الكتلة 2" . مجلة Physical Review . 39 (1): 164-165 . Bibcode : 1932PhRv...39..164U . doi : 10.1103/PhysRev.39.164 .
  25. لويس، جي إن؛ ماكدونالد، آر تي (1933). "تركيز نظير الهيدروجين". مجلة الفيزياء الكيميائية . 1 (6): 341. Bibcode : 1933JChPh...1..341L . doi : 10.1063/1.1749300 .
  26. هيفيسي، جورج دي؛ هوفر، إريك (1934). "إخراج الماء من جسم الإنسان". مجلة نيتشر . 134 (3397): 879. Bibcode : 1934Natur.134..879H . doi : 10.1038/134879a0 . S2CID 4108710 . 
  27. كريس والتام. مطلوب. مطلوب.
  28. ^ م. Bratu، E. Abel، O. Redlich، Die electrolytische Dissoziation des schweren Wassers؛ vorläufige Mitttelung، Zeitschrift für physikalische Chemie ، 170، 153 (1934)
  29. سترايفر، بيل. 1945: عندما واجهت كوريا مستقبلها ما بعد الاستعمار (تقرير). Academia.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 مارس 2016 .
  30. ^ راديو السويد (10 يوليو 2015). "Tungt watten until kärnvapen untilverkades i Ljungaverk - P4 Västernorrland" . راديو السويد . تم الاسترجاع في 22 يناير 2018 .
  31. "مشروع مانهاتن: التجسس ومشروع مانهاتن، 1940-1945" .
  32. بيتش، باربرا؛ سادوفسكي، أ.س. (مايو 2015). الماء الثقيل. تاريخ إحدى الأولويات. الجزء 3 (ملف PDF) (تقرير). المجلد J11505. معهد كاربوف للكيمياء الفيزيائية. الرقم الدولي الموحد للدوريات 2227-6920 . مؤرشف من الأصل ( ملف PDF ) في 10 مايو 2017. تم الاطلاع عليه في 21 مارس 2016 - عبر مجلة علمية دورية دولية (SWorld).  
  33. 1 2 والثام، كريس (أغسطس 1998). تاريخ مبكر للماء الثقيل (تقرير). جامعة كولومبيا البريطانية . arXiv : physics/0206076 .
  34. أولينيكوف، بافيل ف. (2000). العلماء الألمان في المشروع النووي السوفيتي (ملف PDF) (تقرير). مجلة مراجعة عدم الانتشار النووي . تاريخ الاطلاع: 19 مارس 2016 .
  35. كاتز، ج. ج. (1965). "دراسات كيميائية وبيولوجية باستخدام الديوتيريوم". المحاضرة السنوية التاسعة والثلاثون لبريستلي، جامعة ولاية بنسلفانيا، يونيفرسيتي بارك، بنسلفانيا. الصفحات 1-110، أغسطس 2008.
  36. بيلد، دبليو؛ ناستاسا، في؛ هاوليكا (2004). "بحث في الجسم الحي وفي المختبر حول التأثيرات البيولوجية للماء منزوع الديوتيريوم: تأثير الماء منزوع الديوتيريوم على نمو الخلايا المستزرعة". المجلة الرومانية لعلم وظائف الأعضاء . 41 ( 1-2 ): 53-67 . PMID 15984656 . 
  37. يوري، هارولد سي. (1935). "الماء الثقيل". مجلة ساينتفك أمريكان . المجلد 152، العدد 6. الصفحات 300-302 . رمز Bibcode : 1935SciAm.152..300U . doi : 10.1038/scientificamerican0635-300 . ISSN 0036-8733 . JSTOR 24999142 .     
  38. كريسبي، هـ.، كونراد، س.، أوفهاوس، ر.، كاتز، ج. (1960). "زراعة الكائنات الدقيقة في الماء الثقيل". حوليات أكاديمية نيويورك للعلوم، نظائر الديوتيريوم في الكيمياء والبيولوجيا ، ص 648-666.
  39. موسين، أو. في.؛ إغناتوف، آي. (2013). "التخليق الميكروبيولوجي للفينيل ألانين، والألانين، والفالين، والليوسين/الإيزوليوسين الموسومة بالهيدروجين-2H بدرجات متفاوتة من إثراء الديوتيريوم بواسطة بكتيريا بريفيباكتيريوم ميثيليكوم، وهي بكتيريا موجبة الغرام اختيارية التغذية على الميثيل". المجلة الدولية للطب الحيوي . 3 (2): 132-138 .
  40. كاتز، ج.؛ كريسبي، هـ. ل. (1972). "مركبات هجينة نظائرية ذات أهمية بيولوجية في الرنين النووي المغناطيسي: تحويل فورييه للبروتون في الرنين النووي المغناطيسي بوفرة غير طبيعية" . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 32 ( 1-4 ): 221-250 . doi : 10.1351/pac197232010221 . PMID 4343107 . 
  41. ^ موسين، أوب. سكلادنيف، دا. إيجوروفا، تا؛ شفيتس، السادس (1996). “الآثار البيولوجية للمياه الثقيلة”. الكيمياء العضوية الحيوية . 22 ( 10 – 11 ) : 861 – 874.
  42. موسين، أو. في.، شفيز، في. آي.، سكلادنيف، دي. إيه.، إغناتوف، آي. (2012). "دراسة التخليق الميكروبي لـ L-فينيل ألانين الموسوم بالديوتيريوم بواسطة بكتيريا بريفيباكتيريوم ميثيليكوم المحبة للميثيل على أوساط ذات محتوى مختلف من الماء الثقيل". المجلة الروسية للمستحضرات الصيدلانية الحيوية ، العدد 1، المجلد 4، العدد 1، الصفحات 11-22.
  43. سكلادنيف د.أ، موسين أ.ف، إيغوروفا ت.أ، إريمين س.ف، شفيتس ف.إ (1996). "البكتيريا الميثيلية كمصادر للأحماض الأمينية 2H و13C". التكنولوجيا الحيوية ، ص 14-22.
  44. إيفانز، بي آر؛ وآخرون (2015) . " إنتاج عشب سويتشغراس المعالج بالديوتيريوم عن طريق الزراعة المائية". بلانتا . 242 (1): 215-222 . Bibcode : 2015Plant.242..215E . doi : 10.1007/s00425-015-2298-0 . OSTI 1185899. PMID 25896375. S2CID 18477008 .    
  45. بهاتيا، سي آر؛ وآخرون (1968). "التكيف واستجابة النمو لنبات رشاد أذن الفأر (Arabidopsis thaliana) للديوتيريوم". بلانتا . 80 (2): 176-184 . Bibcode : 1968Plant..80..176B . doi : 10.1007/BF00385593 . S2CID 19662801 .  
  46. ^ كوتيشينكو، نائب الرئيس؛ وآخرون . (2015). " " تحليل نبات Vesicularia dubyana السليم باستخدام مطيافية الرنين النووي المغناطيسي عالية الدقة" ( NMR) . مجلة Molecules ، 20 (3): 4359-4368 . doi : 10.3390/molecules20034359 . PMC 6272724. PMID 25759953. S2CID 19662801 .   
  47. فيرغارا، ف.؛ وآخرون (2018). " نبات فوناريا هيغروميتريكا هيدو. يتمتع بتحمل عالٍ للماء الثقيل (D2O ) : استخدامه في إنتاج مستقلبات عالية الديوتيريوم". بلانتا . 247 (2): 405-412 . Bibcode : 2018Plant.247..405V . doi : 10.1007/s00425-017-2794-5 . PMID 29030693. S2CID 11302702 .   
  48. ^ دي كارلي، جي جي؛ وآخرون . (2020). "حيوان قادر على تحمل D2O " . كيمبيوكيم . 22 (6): 988–991 . دوى : 10.1002/cbic.202000642 . بميد 33125805 . S2CID 226218470 .   
  49. 1 2 كامبمير، كارولين؛ يوهانسن، ينس V.؛ هولمبرج، كريستيان؛ كارلسون، ماغنوس. جيرسينج، سارة ك. بوردالو، هيلويزا ن.؛ كراجيلوند، بيرث ب. ليرش، ماتيلد ه. جوردان، إيزابيل؛ وينتر، جاكوب ر. هارتمان بيترسن، راسموس (17 أبريل 2020). "الطفرات في مسار إشارة واحد تسمح بنمو الخلايا في الماء الثقيل" . ACS البيولوجيا الاصطناعية . 9 (4): 733-748 . دوى : 10.1021/acssynbio.9b00376 . ISSN 2161-5063 . بميد 32142608 . S2CID 212621576 .   
  50. لي، شيان؛ سنايدر، مايكل ب. (18 فبراير 2016). "تعزيز طول عمر الخميرة عن طريق عكس الانخفاض المرتبط بالشيخوخة في محتوى النظائر الثقيلة" . مجلة npj للشيخوخة وآليات الأمراض . 2 (1). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ​​ذ.م.م: 16004–. doi : 10.1038/npjamd.2016.4 . ISSN 2056-3973 . PMC 5515009. PMID 28721263 .   
  51. بيتندريغ، سي إس؛ كالديرولا، بي سي؛ كوسبي، إي إس (يوليو 1973). "تأثير تفاضلي للماء الثقيل على الجوانب المعتمدة على درجة الحرارة والمعوضة عنها في النظام اليومي لذبابة الفاكهة الكاذبة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية . 70 (7): 2037-2041 . Bibcode : 1973PNAS...70.2037P . doi : 10.1073 / pnas.70.7.2037 . PMC 433660. PMID 4516204 .  
  52. موني، ك. إي.؛ مايلز، و. س. (فبراير 1974). "رأرأة الماء الثقيل وتأثيرات الكحول" . مجلة نيتشر . 247 (5440): 404-405 . Bibcode : 1974Natur.247..404M . doi : 10.1038/247404a0 . ISSN 1476-4687 . PMID 4544739 .  
  53. 1 2 3 4 كوشنر، دي جيه؛ بيكر، أليسون؛ دنستال، تي جي (1999). "الاستخدامات الدوائية وآفاق استخدام الماء الثقيل والمركبات المُدَوتَرة". المجلة الكندية لعلم وظائف الأعضاء وعلم الأدوية . 77 (2): 79-88 . doi : 10.1139/cjpp-77-2-79 . PMID 10535697. ... يُستخدم في علاج التقاط النيوترونات بالبورون ... يُعدّ الماء الثقيل (D₂O ) أكثر سمية للخلايا الحيوانية الخبيثة منه للخلايا الحيوانية الطبيعية ... تستطيع الأوليات تحمّل ما يصل إلى 70% من الماء الثقيل (D₂O ) . يمكن للطحالب والبكتيريا التكيّف للنمو في 100% من الماء الثقيل (D₂O ) .  
  54. 1 2 كاتز، جوزيف ج. (1960). "بيولوجيا الماء الثقيل". مجلة ساينتفك أمريكان . المجلد 203، العدد 1. الصفحات 106-117 . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0036-8733 . JSTOR 24940548 .     
  55. تومسون، ج. ف. (1960). "التأثيرات الفسيولوجية لـ D2O في الثدييات. تأثيرات نظائر الديوتيريوم في الكيمياء والبيولوجيا". حوليات أكاديمية نيويورك للعلوم . 84 (16): 736-744 . Bibcode : 1960NYASA..84..736T . doi : 10.1111/j.1749-6632.1960.tb39105.x . PMID 13776654. S2CID 84422613 .  
  56. تروتسينكو، يا، خميلينينا، في إن، بيشاستني، إيه بي (1995). "دورة أحادي فوسفات الريبولوز (كوايل): أخبار وآراء. نمو الميكروبات على مركبات C1". وقائع الندوة الدولية الثامنة حول نمو الميكروبات على مركبات C1 (ليندستروم إم إي، تابيتا إف آر، محرران). سان دييغو (الولايات المتحدة الأمريكية)، بوسطن: كلوير أكاديميك، ص 23-26.
  57. هوفس، ج. (1997). جيوكيمياء النظائر المستقرة ( الطبعة الرابعة). سبرينغر. ISBN  978-3-540-61126-4.
  58. جاندوفا، ج.؛ هوا، أ.ب.؛ فيمبريس، ج.؛ ووندراك، ج.ت. (فبراير 2021). "يحفز أكسيد الديوتيريوم (D2O) التعبير الجيني للاستجابة المبكرة للإجهاد ويعيق نمو وانتشار الورم الميلانيني الخبيث التجريبي" . مجلة السرطانات . 13 (4): 605. doi : 10.3390/cancers13040605 . PMC 7913703. PMID 33546433 .  
  59. "حماية الفئران من إشعاع جاما لكامل الجسم عن طريق إضافة الديوتيريوم إلى مياه الشرب" . Pubmed . 1983.
  60. واتسون، بي إي؛ وآخرون (1980). "تقدير إجمالي حجم الماء في الجسم للذكور والإناث البالغين من قياسات أنثروبومترية بسيطة" . المجلة الأمريكية للتغذية السريرية . 33 (1): 27-39 . doi : 10.1093/ajcn/33.1.27 . PMID 6986753. S2CID 4442439 .   
  61. "الماء الثقيل يؤثر على المعايير الحيوية لخلايا سرطان الجلد البشري في المختبر" .
  62. موني، ك. إي.؛ مايلز، و. س . (فبراير 1974). "رأرأة الماء الثقيل وتأثيرات الكحول". مجلة نيتشر . 247 (5440): 404-405 . Bibcode : 1974Natur.247..404M . doi : 10.1038/247404a0 . PMID 4544739. S2CID 4166559 .  
  63. "بوينت ليبرو في كندا" . NNI (مصدر معلومات لا للأسلحة النووية). مؤرشف من الأصل في 10 يوليو 2007. تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2007 .
  64. «عامل في محطة نووية يُتهم بتخدير عصير بعد تعرضه للإشعاع» . صحيفة فيلادلفيا ديلي نيوز . أسوشيتد برس. 6 مارس 1990. مؤرشف من الأصل في 24 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليه في 30 نوفمبر 2006 .
  65. "Тязелая вода – свойства, плучение и пrimeneniе в яderной отрасли" [ المياه الثقيلة - الخواص والإنتاج والتطبيق في الصناعة النووية ] . ИСТИНА – نظام المعلومات المواضيعية Исследования НАукометроческий данный (باللغة الروسية) . تم الاسترجاع في 25 يناير 2025 .
  66. "طريقة لتجديد النظائر في سائل التبادل المستخدم في الليزر" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2010 .
  67. "تريمود بيستا: مصنع أروييتو لإنتاج الماء الثقيل، الأرجنتين" (ملف PDF) . Trimodbesta.com . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 6 أكتوبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 يناير 2017 .
  68. إيكابرت، ر. (1984). "محطة إنتاج الماء الثقيل في أروييتو، الأرجنتين.. | INIS" . مجلة سولزر التقنية . 66 (3): 21-24 . تاريخ الاسترجاع: 11 يناير 2017 .
  69. غارسيا، إي إي (1982). "مشاريع إنتاج الماء الثقيل في الأرجنتين | المعهد الوطني للبحوث النووية" . الطاقة النووية (بوينس آيرس) (9): 50-64 . تاريخ الاسترجاع: 11 يناير 2017 .
  70. كوندي بيدابيهير، لويس ف. (2000). "الماء الثقيل: مشروع أصلي في الأرجنتين... | INIS" . Inis.iaea.org . تاريخ الاسترجاع: 11 يناير 2017 .
  71. "اختيار نهج الضمانات لمحطة إنتاج الماء الثقيل في أروييتو" (ملف PDF) . Iaea.org . تاريخ الاطلاع: 11 يناير 2017 .
  72. ^ "الأرجنتين تسترد لا بلانتا الصناعية في أغوا بيسادا" . تم الاسترجاع في 29 ديسمبر 2022 .
  73. والثام، كريس (أكتوبر 2011). "تاريخ مبكر للماء الثقيل". ص 8-9 . arXiv : physics/0206076 . 
  74. كتاب تاريخ منطقة مانهاتن الجزء الثالث: مشروع P-9 .
  75. "التطبيقات النووية | مجلس الماء الثقيل، حكومة الهند" . www.hwb.gov.in. تاريخ الاطلاع: 25 مارس 2022 .
  76. لاكسمان، سرينيفاس. "دائرة مكتملة: الهند تصدر الماء الثقيل إلى الولايات المتحدة" . صحيفة تايمز أوف إنديا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يوليو 2022 .
  77. وكالة أنباء PTI (18 مارس 2007). "مجلس الماء الثقيل يحقق مستوى قياسياً جديداً في سوق التصدير" . لايف مينت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 يوليو 2022 .
  78. "ليف ترونستاد" . الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا. مؤرشف من الأصل في 7 فبراير 2012. تم الاطلاع عليه في 8 مارس 2021 .
  79. غالاغر، توماس (2002). هجوم في النرويج: تخريب البرنامج النووي النازي . غيلفورد، كونيتيكت: مطبعة ليونز. ISBN 978-1-58574-750-4.
  80. ١ ٢ نوفا (٨ نوفمبر ٢٠٠٥). "سر هتلر الخفي (نص مكتوب)" . موقع نوفا الإلكتروني . تم الاطلاع عليه في ٨ أكتوبر ٢٠٠٨ .
  81. "ثلاث فضائح يجب على أوسلو طي صفحتها" مؤرشف في 23 أبريل 2012 على موقع Wayback Machine . صحيفة إنترناشونال هيرالد تريبيون ، 7 أكتوبر 1988، ص 6 (14 سبتمبر 1988). تم استرجاعه من موقع Wisconsinproject.org في 20 أبريل 2012.
  82. ميلولين، غاري (1987). "مُخادعون الماء الثقيل". السياسة الخارجية (69): 100-119 . doi : 10.2307/1148590 . ISSN 0015-7228 . JSTOR 1148590 .  
  83. تاريخ منطقة مانهاتن، الكتاب الثالث، مشروع P-9 (ملف PDF) (تقرير). وزارة الطاقة الأمريكية . 8 أبريل 1947. ص 99. تاريخ الاطلاع: 16 فبراير 2019 . كان الإنتاج الأصلي للتصميم 1000 رطل شهريًا، ثم زاد لاحقًا إلى 1200 رطل شهريًا. وبلغ الحد الأقصى للإنتاج 1330 رطل شهريًا.
  84. ^ ماكينيس ، رولاند (2018). الجحيم والماء الثقيل (1 ed.). رولاند ماكينيس. ص 38، 54. ردمك   978-1-7208-0877-0.
  85. ديفيز، ستانلي (2023). هل صنع الماء الثقيل مؤلم؟ ( الطبعة الأولى). ستانلي م. ديفيز. الصفحات 218، 232. ISBN   979-8-3775-9101-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يناير 2024 .
  86. جوجل إيرث
  87. "مشروع إيقاف تشغيل محطة بروس للماء الثقيل" (ملف PDF) . هيئة السلامة النووية الكندية. مارس 2003. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 فبراير 2018 .
  88. ديفيدسون، جي دي (1978). "أداء محطة بروس للماء الثقيل". فصل نظائر الهيدروجين . سلسلة ندوات الجمعية الكيميائية الأمريكية. المجلد 68. الجمعية الكيميائية الأمريكية. الصفحات 27-39 . doi : 10.1021/bk-1978-0068.ch002 . ISBN   978-0-8412-0420-1.
  89. 1 2 جالي، إم آر؛ بانكروفت، إيه آر (أكتوبر 1981). "إنتاج الماء الثقيل الكندي - 1970 إلى 1980" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 نوفمبر 2025 .
  90. "أراك - مصنع إنتاج الماء الثقيل" . الأمن العالمي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أبريل 2025 .
  91. «رئيس إيران يُطلق مشروعًا نوويًا جديدًا» . Telegraph.co.uk. 27 أغسطس 2006. مؤرشف من الأصل في 13 يوليو 2007. تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2007 .
  92. "آب سنگين أراک، بهانه‌جوي جديد غرب – يسنا" . إسناير . 9 أكتوبر 2013 . تم الاسترجاع 11 يناير 2017 .
  93. «إيران تقول إنها نقلت 11 طنًا من الماء الثقيل إلى عُمان» . وكالة أسوشيتد برس . 22 نوفمبر 2016. تاريخ الاطلاع: 21 أكتوبر 2018 .
  94. "موجز الأخبار العالمية: 8 مارس 2016" . صحيفة واشنطن بوست . 8 مارس 2016. تاريخ الاطلاع: 21 أكتوبر 2018 .
  95. "OEC – الماء الثقيل (أكسيد الديوتيريوم) (HS92_ 284510) تجارة المنتجات، المصدرون والمستوردون" . مرصد التعقيد الاقتصادي . مؤرشف من الأصل في 21 أكتوبر 2018. تم الاطلاع عليه في 21 أكتوبر 2018 .
  96. «متحدث باسم منظمة الطاقة الذرية الإيرانية: عملاء أجانب للماء الثقيل الإيراني ينتظرون دورهم | وكالة فارس نيوز» . www.farsnews.ir .
  97. "محطة خوشاب للماء الثقيل" . Fas.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2010 .
  98. "التاريخ أم المدينة الفاضلة: 45) الماء الثقيل، والمفاعلات النووية، و... الماء الحي" . Peopletales.blogspot.com . تاريخ الاطلاع: 11 يناير 2017 .
  99. "17.11: التحليل الطيفي للكحولات والفينولات" . 26 أغسطس 2015.
  100. "مفاعلات الماء الثقيل: الوضع الحالي والتطوير المتوقع" (PDF) .
  101. "كاشف SNO" . معهد مرصد سودبري للنيوترينو، جامعة كوينز في كينغستون. مؤرشف من الأصل في 7 مايو 2021. تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2007 .
  102. يامادا، يوسوكي؛ تشانغ، شويينغ؛ هندرسون، ماري إي تي؛ ساغاياما، هيرويوكي؛ بونتزر، هيرمان؛ سبيكمان، جون آر. (2022). "التغير في معدل دوران الماء لدى الإنسان المرتبط بالعوامل البيئية ونمط الحياة" . مجلة ساينس . 378 (6622): 909-915 . Bibcode : 2022Sci...378..909I . doi : 10.1126/science.abm8668 . PMC 9764345. PMID 36423296 .