الديوتيريوم

الموسوعة الحرة

الديوتيريوم ( الهيدروجين-2 ، رمزه 2H أو D ، والمعروف أيضًا باسم الهيدروجين الثقيل ) هو أحد النظائر المستقرة للهيدروجين ؛ والآخر هو البروتون، أو الهيدروجين-1، 1H . تحتوي نواة الديوتيريوم ( الديوترون ) على بروتون واحد ونيوترون واحد ، بينما لا يحتوي 1H الأكثر شيوعًا على نيوترونات.

يُشتق اسم الديوتيريوم من الكلمة اليونانية "ديوتيروس " التي تعني "ثاني". [ 3 ] [ 4 ] اكتشف الكيميائي الأمريكي هارولد يوري الديوتيريوم عام 1931. وقد أنتج يوري وزملاؤه عينات من الماء الثقيل تحتوي على تركيز عالٍ من نظير الهيدروجين (2H ). حاز يوري على جائزة نوبل لاكتشافه الديوتيريوم عام 1934.

تم تصنيع جميع الديوتيريوم الموجود في الطبيعة تقريبًا خلال الانفجار العظيم قبل 13.8  مليار سنة، بنسبة بدائية تبلغ 2H إلى 1H (حوالي 26  نواة ديوتيريوم لكل 10⁶ نواة هيدروجين). يُنتج الديوتيريوم لاحقًا من خلال سلسلة تفاعلات البروتون-بروتون البطيئة في النجوم ، ولكنه يُدمر بسرعة بفعل تفاعلات الاندماج الطاردة للحرارة . يتميز تفاعل الديوتيريوم-ديوتيريوم بثاني أدنى عتبة طاقة ، وهو الأكثر سهولة في الرصد الفلكي، إذ يحدث في كل من النجوم والأقزام البنية .

تُظهر الكواكب الغازية العملاقة النسبة البدائية للديوتيريوم. وتُظهر المذنبات نسبة مرتفعة مماثلة لتلك الموجودة في محيطات الأرض (156 نواة ديوتيريوم لكل 10⁶ نواة هيدروجين). وهذا يُعزز النظريات القائلة بأن جزءًا كبيرًا من مياه محيطات الأرض ذو أصل مذنبي. [ 5 ] [ 6 ] تبلغ نسبة الديوتيريوم في المذنب 67P/تشوريوموف-جيراسيمينكو ، كما قاسها مسبار روزيتا الفضائي، حوالي ثلاثة أضعاف نسبتها في مياه الأرض. وهذا الرقم هو الأعلى الذي تم قياسه حتى الآن في مذنب، ولذلك لا تزال نسب الديوتيريوم موضوعًا بحثيًا نشطًا في كل من علم الفلك وعلم المناخ. [ 7 ]

يُستخدم الديوتيريوم في معظم الأسلحة النووية ، والعديد من تجارب طاقة الاندماج ، وباعتباره أكثر مُعدِّلات النيوترونات فعالية ، وخاصة في مفاعلات الماء الثقيل النووية . كما يُستخدم كعلامة نظيرية في الكيمياء الحيوية الجيولوجية ، وطيف الرنين النووي المغناطيسي ، والأدوية المُدَيتَرَة .

الاختلافات عن الهيدروجين الشائع (البروتيوم)

الهيدروجين (أعلاه) والديوتيريوم (أدناه) يتوهجان في أنابيب تفريغ الغاز

الرمز الكيميائي

يُرمز للديوتيريوم غالبًا بالرمز الكيميائي D. ولأنه نظير للهيدروجين ذو عدد كتلي 2، يُرمز له أيضًا بالرمز 2H . يسمح الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) باستخدام كل من D و 2 H، مع تفضيل 2H. [ 8 ] يُستخدم رمز كيميائي مميز تسهيلًا للأمر نظرًا لشيوع استخدام هذا النظير في العديد من العمليات العلمية. كما أن فرق كتلته الكبير مع البروتون ( 1H ) يُحدث اختلافات كيميائية ملحوظة مع مركبات 1H . كتلة الديوتيريوم هي2.014 × 10² دالتون  ، أي ما يقارب ضعف متوسط ​​الوزن الذري للهيدروجين .1.007947 دالتون  ، أو ضعف كتلة البروتون1.007825 دالتون  . نسب أوزان النظائر داخل العناصر الأخرى غير مهمة إلى حد كبير في هذا الصدد.

التحليل الطيفي

في ميكانيكا الكم ، تعتمد مستويات طاقة الإلكترونات في الذرات على الكتلة المختزلة لنظام الإلكترون والنواة. بالنسبة لذرة الهيدروجين ، يظهر دور الكتلة المختزلة بوضوح في نموذج بور للذرة، حيث تظهر الكتلة المختزلة في حساب بسيط لثابت ريدبيرغ ومعادلة ريدبيرغ، ولكنها تظهر أيضًا في معادلة شرودنغر ، ومعادلة ديراك لحساب مستويات الطاقة الذرية.

الكتلة المختزلة للنظام في هذه المعادلات قريبة من كتلة الإلكترون الواحد، لكنها تختلف عنها بمقدار ضئيل يُعادل تقريبًا نسبة كتلة الإلكترون إلى كتلة النواة. بالنسبة لذرة الهيدروجين المفردة ( 1H )، تبلغ هذه النسبة حوالي 1837/1836، أو 1.000545، وبالنسبة لذرة الهيدروجين المزدوجة (2H) فهي أصغر: 3671/3670 ، أو 1.000272 . ولذلك، تختلف طاقات خطوط الطيف الإلكتروني لذرتي الهيدروجين المزدوجة والمفردة بنسبة هاتين القيمتين ، وهي أيضًا قريبة جدًا من 1.000272. أطوال موجات جميع خطوط طيف الديوتيريوم أقصر من الخطوط المقابلة لها في الهيدروجين الخفيف بنسبة 0.0272%. في الرصد الفلكي، يتوافق هذا مع انزياح دوبلر الأزرق بنسبة 0.0272% من سرعة الضوء ، أو 81.6 كم/ث. [ 9 ] 

تكون الاختلافات أكثر وضوحًا في مطيافية الاهتزازات، مثل مطيافية الأشعة تحت الحمراء ومطيافية رامان ، [ 10 ] وفي الأطياف الدورانية، مثل مطيافية الموجات الميكروية ، نظرًا لأن الكتلة المختزلة للديوتيريوم أعلى بكثير من كتلة البروتون. في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ، يمتلك الديوتيريوم تردد رنين مغناطيسي نووي مختلفًا تمامًا (على سبيل المثال، 61  ميجاهرتز بينما يبلغ تردد البروتون 400  ميجاهرتز)، وهو أقل حساسية بكثير. تُستخدم المذيبات المُدَوتَرة عادةً في رنين البروتون المغناطيسي النووي لمنع تداخل إشارة المذيب مع الإشارة، مع العلم أن رنين الديوتيريوم المغناطيسي النووي بحد ذاته ممكن أيضًا.

التخليق النووي في الانفجار العظيم

يُعدّ التخليق أثناء تكوين الكون الطريقة الوحيدة المهمة التي تم من خلالها إنتاج الديوتيريوم الموجود في الطبيعة؛ إذ يُدمّر في الاندماج النووي النجمي . يُعتقد أن الديوتيريوم قد لعب دورًا هامًا في تحديد عدد ونسب العناصر التي تشكلت في الانفجار العظيم . [ 11 ] : 24.2 بدمج الديناميكا الحرارية والتغيرات الناتجة عن التوسع الكوني، يمكن حساب نسبة البروتونات والنيوترونات بناءً على درجة الحرارة عند النقطة التي برد فيها الكون بدرجة كافية للسماح بتكوين النوى . تشير هذه الحسابات إلى وجود سبعة بروتونات لكل نيوترون في بداية عملية تكوين النوى ، وهي نسبة ظلت ثابتة حتى بعد انتهاء هذه العملية. كانت هذه النسبة تميل لصالح البروتونات في البداية، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن كتلة البروتون الأقل سهّلت إنتاجها. ومع توسع الكون، انخفضت درجة حرارته. تُعدّ النيوترونات والبروتونات الحرة أقل استقرارًا من نوى الهيليوم ، وكان للبروتونات والنيوترونات دافع قوي من الناحية الطاقية لتكوين الهيليوم-4 . ومع ذلك، يتطلب تكوين الهيليوم-4 خطوة وسيطة تتمثل في تكوين الديوتيريوم.

خلال معظم الدقائق القليلة التي أعقبت الانفجار العظيم، والتي كان من الممكن خلالها حدوث التخليق النووي، كانت درجة الحرارة مرتفعة بما يكفي لجعل متوسط ​​الطاقة لكل جسيم أكبر من طاقة ربط الديوتيريوم ضعيف الارتباط؛ ولذلك، فإن أي ديوتيريوم يتكون كان يُدمر فورًا. تُعرف هذه الحالة باسم عنق زجاجة الديوتيريوم . وقد أدى هذا العنق إلى تأخير تكوين الهيليوم-4 حتى أصبح الكون باردًا بما يكفي لتكوين الديوتيريوم (عند درجة حرارة تعادل 100 كيلو إلكترون فولت تقريبًا ). عند هذه النقطة، حدثت طفرة مفاجئة في تكوين العناصر (أولًا الديوتيريوم، الذي اندمج فورًا إلى هيليوم). ومع ذلك، بعد ذلك بوقت قصير جدًا، أي بعد عشرين دقيقة من الانفجار العظيم، أصبح الكون باردًا جدًا بحيث لا يسمح بأي اندماج نووي أو تخليق نووي إضافي. عند هذه النقطة، استقرت وفرة العناصر تقريبًا، ولم تتغير إلا مع تحلل بعض النواتج المشعة للتخليق النووي للانفجار العظيم (مثل التريتيوم ). [ 12 ] أدى نقص الديوتيريوم في تكوين الهيليوم، بالإضافة إلى عدم وجود طرق مستقرة لاتحاد الهيليوم مع الهيدروجين أو مع نفسه (لا توجد نواة مستقرة ذات عدد كتلي 5 أو 8)، إلى تكوين كمية ضئيلة من الكربون، أو أي عناصر أثقل من الكربون، في الانفجار العظيم. ولذلك، تطلبت هذه العناصر تكوينها في النجوم. في الوقت نفسه، ضمن فشل معظم عمليات تكوين النوى خلال الانفجار العظيم وجود كميات وفيرة من الهيدروجين في الكون اللاحق، مما أتاح تكوين نجوم طويلة العمر، مثل الشمس. 

وفرة

مخطط مبسط لمحتوى الجسيمات

يوجد الديوتيريوم بكميات ضئيلة في الطبيعة على شكل غاز الديوتيريوم ( 2H2 أو D2 ) ، لكن معظم الديوتيريوم في الكون يرتبط بذرة هيدروجين واحدة ( 1H ) لتكوين غاز يُسمى ديوتيريد الهيدروجين (HD أو 1H2H ). [ 13 ] وبالمثل، يحتوي الماء الطبيعي على جزيئات مُديوتيرية ، معظمها على شكل ماء شبه ثقيل (HDO ) يحتوي على ذرة ديوتيريوم واحدة فقط.

يُعدّ وجود الديوتيريوم على الأرض، وفي أماكن أخرى من النظام الشمسي (كما أكدته المجسات الكوكبية)، وفي أطياف النجوم ، معلومةً بالغة الأهمية في علم الكونيات . يُفكّك إشعاع غاما الناتج عن الاندماج النووي العادي الديوتيريوم إلى بروتونات ونيوترونات، ولا توجد عملية طبيعية معروفة أخرى غير التخليق النووي في الانفجار العظيم يُمكن أن تُنتج الديوتيريوم بنسب قريبة من وفرته الطبيعية المرصودة. يُنتج الديوتيريوم من خلال التحلل النادر للعناقيد النجمية ، والامتصاص العرضي للنيوترونات الموجودة طبيعيًا بواسطة الهيدروجين الخفيف، لكن هذه مصادر ضئيلة. يُعتقد أن كمية الديوتيريوم ضئيلة في باطن الشمس والنجوم الأخرى، حيث تحدث تفاعلات الاندماج النووي التي تستهلك الديوتيريوم عند هذه الدرجات الحرارية أسرع بكثير من تفاعل البروتون-بروتون الذي يُنتج الديوتيريوم. مع ذلك، يبقى الديوتيريوم في الغلاف الجوي الشمسي الخارجي بتركيز يُقارب تركيزه في كوكب المشتري، وربما لم يتغير هذا التركيز منذ نشأة النظام الشمسي. يبدو أن الوفرة الطبيعية لـ 2H هي جزء مشابه جدًا من الهيدروجين، أينما وجد الهيدروجين، ما لم تكن هناك عمليات واضحة تعمل على تركيزه.

يُعد وجود الديوتيريوم بنسبة منخفضة ولكن ثابتة في الهيدروجين البدائي أحد الأدلة التي تدعم نظرية الانفجار العظيم على نظرية الحالة الثابتة للكون. يصعب تفسير النسب المرصودة للهيدروجين إلى الهيليوم إلى الديوتيريوم في الكون إلا بنموذج الانفجار العظيم. تشير التقديرات إلى أن وفرة الديوتيريوم لم تتغير بشكل ملحوظ منذ إنتاجه قبل حوالي 13.8 مليار سنة. [ 14 ] تُظهر قياسات الديوتيريوم في مجرة ​​درب التبانة ، من خلال تحليل الطيف فوق البنفسجي، نسبة تصل إلى 23 ذرة ديوتيريوم لكل مليون ذرة هيدروجين في سحب الغاز غير المضطربة، وهي أقل بنسبة 15% فقط من النسبة البدائية المقدرة بواسطة مرصد WMAP والبالغة حوالي 27 ذرة لكل مليون ذرة من الانفجار العظيم. وقد فُسِّر هذا على أنه يعني أن كمية الديوتيريوم التي دُمِّرت في تكوين النجوم في مجرة ​​درب التبانة أقل مما كان متوقعًا، أو ربما تم تعويض الديوتيريوم بتدفق كبير من الهيدروجين البدائي من خارج المجرة. [ 15 ] في الفضاء على بعد بضع مئات من السنين الضوئية من الشمس، لا تتجاوز وفرة الديوتيريوم 15 ذرة لكل مليون، ولكن من المفترض أن هذه القيمة تتأثر بالامتصاص التفاضلي للديوتيريوم على حبيبات غبار الكربون في الفضاء بين النجوم. [ 16 ]

تم قياس وفرة الديوتيريوم في غلاف كوكب المشتري الجوي مباشرةً بواسطة مسبار غاليليو الفضائي ، حيث بلغت 26 ذرة لكل مليون ذرة هيدروجين. وتشير رصدات جهاز ISO-SWS إلى وجود 22 ذرة لكل مليون ذرة هيدروجين في كوكب المشتري، [ 17 ] ويُعتقد أن هذه الوفرة تُقارب النسبة الموجودة في النظام الشمسي البدائي. [ 6 ] وهذا يُعادل حوالي 17% من النسبة الأرضية البالغة 156 ذرة ديوتيريوم لكل مليون ذرة هيدروجين.

تم قياس احتوائها على كميات أكبر من الديوتيريوم (حوالي 200 ذرة لكل مليون ذرة هيدروجين) في مذنبات مثل مذنب هيل-بوب ومذنب هالي ، وهي نسب أعلى من النسبة المفترضة في السدم الشمسية الأولية، ربما بسبب التسخين، وتُشابه النسب الموجودة في مياه بحار الأرض. ويؤكد القياس الأخير لكمية الديوتيريوم البالغة 161 ذرة لكل مليون ذرة هيدروجين في المذنب 103P/هارتلي (وهو جرم سابق في حزام كايبر )، وهي نسبة تُقارب نسبتها في محيطات الأرض (155.76 ± 0.1، ولكنها في الواقع تتراوح بين 153 و156 جزءًا في المليون)، النظرية القائلة بأن مياه سطح الأرض قد تكون في معظمها من المذنبات. [ 5 ] [ 6 ] وفي الآونة الأخيرة، بلغت نسبة 2H 1HR للمذنب 67P/تشوريوموف-جيراسيمينكو ، كما قاسها مسبار روزيتا، حوالي ثلاثة أضعاف نسبتها في مياه الأرض. [ 7 ] وقد أدى ذلك إلى تجدد الاهتمام بالاقتراحات التي تفيد بأن مياه الأرض قد تكون جزئياً من أصل كويكبي.

وقد لوحظ أيضاً أن الديوتيريوم يتركز فوق متوسط ​​وفرته الشمسية في الكواكب الأرضية الأخرى، وخاصة المريخ والزهرة. [ 18 ]

إنتاج

يتم إنتاج الديوتيريوم لأغراض صناعية وعلمية وعسكرية، وذلك بالبدء بالماء العادي - الذي يحتوي على جزء صغير من الماء الثقيل الموجود بشكل طبيعي - ثم فصل الماء الثقيل عن طريق عملية جيردلر للكبريتيد أو التقطير أو طرق أخرى. [ 19 ]

من الناحية النظرية، يمكن إنتاج الديوتيريوم للماء الثقيل في مفاعل نووي، لكن فصله عن الماء العادي هو عملية الإنتاج بالجملة الأرخص.

كانت هيئة الطاقة الذرية الكندية المحدودة المورد الرئيسي للديوتيريوم في العالم حتى عام 1997، عندما أُغلق آخر مصنع لإنتاج الماء الثقيل. وتستخدم كندا الماء الثقيل كمُهدئ للنيوترونات في تشغيل مفاعل كاندو .

تُعدّ الهند منتجاً رئيسياً آخر للماء الثقيل. جميع محطات الطاقة الذرية الهندية، باستثناء واحدة، هي محطات ماء ثقيل مضغوطة تستخدم اليورانيوم الطبيعي (أي غير المخصب). تمتلك الهند ثماني محطات ماء ثقيل، سبع منها قيد التشغيل. ست محطات، خمس منها قيد التشغيل، تعتمد على تبادل الديوتيريوم والهيدروجين في غاز الأمونيا. أما المحطتان المتبقيتان فتستخلصان الديوتيريوم من الماء الطبيعي بعملية تستخدم غاز كبريتيد الهيدروجين تحت ضغط عالٍ.

بينما تتمتع الهند بالاكتفاء الذاتي من الماء الثقيل لاستخدامها الخاص، فإنها تصدر أيضًا الماء الثقيل المستخدم في المفاعلات النووية.

ملكيات

بيانات الديوتيريوم الجزيئي

الصيغة: D 2 أو 2 1 H2

  • الكثافة: 0.180 كجم/م 3 عند STP (0 درجة مئوية، 101325 باسكال).
  • الوزن الذري: 2.0141017926 دالتون.
  • متوسط ​​وفرة الديوتيريوم في مياه المحيط (من VSMOW ) 155.76 ± 0.1 ذرة من الديوتيريوم لكل مليون ذرة من جميع نظائر الهيدروجين (حوالي ذرة واحدة من الديوتيريوم في 6420)؛ أي حوالي 0.015% من جميع ذرات الهيدروجين (أي نظير).

البيانات عند حوالي 18 كلفن لـ 2H2 ( النقطة الثلاثية ) :

  • كثافة:
  • اللزوجة: 12.6 ميكروباسكال.ثانية عند 300 كلفن (الطور الغازي)
  • السعة الحرارية النوعية عند ضغط ثابت c p :
    • المادة الصلبة: 2950 جول/(كجم·كلفن)
    • الغاز: 5200 جول/(كجم·كلفن)

الخصائص الفيزيائية

بالمقارنة مع الهيدروجين في تركيبه الطبيعي على الأرض، يتميز الديوتيريوم النقي ( 2H2 ) بنقطة انصهار أعلى (18.72 كلفن  مقابل 13.99  كلفن)، ونقطة غليان أعلى (23.64 كلفن مقابل 20.27 كلفن)، ودرجة حرارة حرجة  أعلى (38.3 كلفن مقابل 32.94 كلفن)، وضغط حرج أعلى (1.6496 ميجا باسكال مقابل 1.2858 ميجا باسكال). [ 20 ]  

قد تُظهر الخصائص الفيزيائية لمركبات الديوتيريوم تأثيرات حركية نظيرية ملحوظة، بالإضافة إلى اختلافات أخرى في الخصائص الفيزيائية والكيميائية، مقارنةً بنظائر البروتون. فعلى سبيل المثال، يُعدّ جزيء 2H₂O أكثر لزوجة من الماء العادي H₂O . [ 21 ] توجد اختلافات في طاقة الرابطة وطولها في مركبات نظائر الهيدروجين الثقيلة مقارنةً بالبروتون، وهي اختلافات أكبر من الاختلافات النظيرية في أي عنصر آخر. تكون الروابط التي تشمل الديوتيريوم والتريتيوم أقوى نوعًا ما من الروابط المقابلة في البروتون، وهذه الاختلافات كافية لإحداث تغييرات كبيرة في التفاعلات البيولوجية. تهتم شركات الأدوية بحقيقة أن إزالة 2H من الكربون أصعب من إزالة 1H . [ 22 ]

يمكن للديوتيريوم أن يحل محل ذرة هيدروجين واحدة في جزيئات الماء لتكوين الماء الثقيل ( 2H₂O )، وهو أكثر كثافة بنسبة 10.6% تقريبًا من الماء العادي (لذا فإن الجليد المصنوع منه يغوص في الماء العادي). يُعد الماء الثقيل سامًا بشكل طفيف للحيوانات حقيقية النواة ، حيث يؤدي استبدال 25% من ماء الجسم به إلى مشاكل في انقسام الخلايا والعقم، بينما يؤدي استبدال 50% منه إلى الوفاة بسبب متلازمة السمية الخلوية (فشل نخاع العظم وفشل بطانة الجهاز الهضمي). مع ذلك، تستطيع الكائنات بدائية النواة البقاء والنمو في الماء الثقيل النقي، وإن كان نموها بطيئًا. [ 23 ] على الرغم من هذه السمية، فإن استهلاك الماء الثقيل في الظروف العادية لا يشكل خطرًا على صحة الإنسان. يُقدّر أن شخصًا يزن 70 كيلوغرامًا (154 رطلًا) قد يشرب 4.8 لترات (1.3 جالون أمريكي ) من الماء الثقيل دون عواقب وخيمة. [ 24 ] يتم استخدام جرعات صغيرة من الماء الثقيل (بضعة غرامات في البشر، تحتوي على كمية من الديوتيريوم قابلة للمقارنة بتلك الموجودة عادة في الجسم) بشكل روتيني كمتتبعات أيضية غير ضارة في البشر والحيوانات.    

الخصائص الكمومية

يمتلك الديوتيريوم عزمًا مغزليًا +1 ( حالة ثلاثية )، وبالتالي فهو بوزون . يختلف تردد الرنين المغناطيسي النووي للديوتيريوم اختلافًا كبيرًا عن تردد الهيدروجين العادي. كما يسهل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء التمييز بين العديد من المركبات المُديوتيرية، نظرًا للاختلاف الكبير في تردد امتصاص الأشعة تحت الحمراء الذي يُلاحظ في اهتزاز الرابطة الكيميائية التي تحتوي على الديوتيريوم، مقارنةً بالهيدروجين الخفيف. ويمكن أيضًا التمييز بين نظيري الهيدروجين المستقرين باستخدام مطياف الكتلة .

إن نيوكليون الديوتريوم الثلاثي بالكاد مرتبط عند E B =تبلغ طاقة الديوترون المفرد 2.23  ميغا إلكترون فولت ، ولا توجد أي حالة طاقة أعلى مرتبطة. الديوترون المفرد هو حالة افتراضية، بطاقة ربط سالبة تبلغتبلغ طاقة هذا الجسيم حوالي 60  كيلو إلكترون فولت . لا يوجد جسيم مستقر كهذا، ولكن هذا الجسيم الافتراضي يتواجد بشكل عابر أثناء التشتت غير المرن بين النيوترون والبروتون، مما يفسر المقطع العرضي الكبير بشكل غير عادي لتشتت النيوترون بواسطة البروتون. [ 25 ]

الخصائص النووية (الديوترون)

كتلة الديوتريوم ونصف قطره

تُسمى نواة الديوتيريوم بالديوترون . كتلتها هي2.013 553 212 544 (15)  د‍ [26 ] (1 875 .612 945 00 (58)  MeV/ c 2 ‍ [27 ] ).

نصف قطر شحنة الديوتريوم هو2.127 78 (27) × 10 −15  م . [ 28 ]

كما هو الحال مع نصف قطر البروتون ، فإن القياسات باستخدام الديوتيريوم الميوني تُنتج نتيجة أصغر:2.125 62 (78) fm  . [ 29 ]

الدوران والطاقة

الديوتيريوم هو أحد خمسة نظائر مستقرة فقط تحتوي على عدد فردي من البروتونات والنيوترونات. ( 2H ، 6Li ، 10B ، 14N ، 180mTa ؛ كما توجد النظائر المشعة طويلة العمر 40K ، 50V ، 138La ، 176Lu بشكل طبيعي ) . معظم النوى ذات العدد الفردي من البروتونات والنيوترونات غير مستقرة في تحلل بيتا ، لأن نواتج التحلل تكون ذات عدد زوجي من البروتونات والنيوترونات، وبالتالي تكون روابطها أقوى، نتيجة لتأثيرات الاقتران النووي . مع ذلك، يتميز الديوتيريوم بوجود بروتونه ونيوترونه مقترنين بحالة ذات لف مغزلي 1، مما يُعطي جاذبية نووية أقوى؛ لا توجد حالة اللف المغزلي 1 المقابلة في نظام النيوترونين أو البروتونين، وذلك بسبب مبدأ استبعاد باولي الذي يتطلب أن يكون لأحد الجسيمين المتطابقين ذوي اللف المغزلي نفسه عدد كمي مختلف، مثل الزخم الزاوي المداري . لكن الزخم الزاوي المداري لأي من الجسيمين يُعطي طاقة ربط أقل للنظام، ويعود ذلك أساسًا إلى ازدياد المسافة بين الجسيمات في التدرج الحاد للقوة النووية. في كلتا الحالتين، يتسبب هذا في عدم استقرار البروتون الثنائي والنيوترون الثنائي .

يمكن فصل البروتون والنيوترون في الديوتيريوم من خلال تفاعلات التيار المحايد مع النيوترينوات . المقطع العرضي لهذا التفاعل كبير نسبيًا، وقد استُخدم الديوتيريوم بنجاح كهدف للنيوترينوات في تجربة مرصد سادبري للنيوترينوات .

يحتوي الديوتيريوم ثنائي الذرة ( 2H2 ) على متصاوغات دوران نووي أورثو وبارا مثل الهيدروجين ثنائي الذرة، ولكن مع اختلافات في عدد ونسبة حالات الدوران ومستويات الدوران ، والتي تحدث لأن الديوتريوم بوزون ذو دوران نووي يساوي واحدًا. [ 30 ]

حالة الدوران المفرد للديوترون

نظراً لتشابه الكتلة والخواص النووية بين البروتون والنيوترون، يُعتبران أحياناً نوعين متناظرين من نفس الجسيم، وهو النيوكليون . وبينما يمتلك البروتون وحده شحنة كهربائية، إلا أن هذه الشحنة غالباً ما تكون ضئيلة نظراً لضعف التفاعل الكهرومغناطيسي مقارنةً بالتفاعل النووي القوي . يُعرف التناظر بين البروتون والنيوترون باسم التناظر النظائري ، ويُرمز له بالرمز I (أو أحياناً T ).

يُعدّ التناظر النظائري تناظرًا من نوع SU(2) ، مثل التناظر العادي ، لذا فهو مماثل له تمامًا. يشكّل البروتون والنيوترون، اللذان يمتلك كل منهما تناظرًا نظائريًا يساوي 1/2 ، ثنائيًا نظائريًا (مماثلًا للثنائي التناظري )، حيث تكون حالة "الأسفل" (↓) للنيوترون وحالة "الأعلى" (↑) للبروتون. [ 31 ] يمكن أن يكون زوج من النيوكليونات إما في حالة تناظرية مضادة للتناظر النظائري تُسمى الحالة المفردة ، أو في حالة تناظرية تُسمى الحالة الثلاثية . من حيث حالتي "الأسفل" و"الأعلى"، فإن الحالة المفردة هي12(|↑ ↓⟩-|↓ ↑⟩){\displaystyle \textstyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(\vert {\uparrow \downarrow }\rangle -\vert {\downarrow \uparrow }\rangle \right)}والتي يمكن كتابتها أيضاً12(|صن⟩-|نص⟩){\displaystyle \textstyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(\vert \mathrm {pn} \rangle -\vert \mathrm {np} \rangle \right)}⁠ .

هذه نواة تحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد، أي نواة ديوتيريوم. الثلاثية هي

(|↑ ↑⟩12(|↑ ↓⟩+|↓ ↑⟩)|↓ ↓⟩){\displaystyle \left({\begin{array}{ll}|{\uparrow \uparrow }\rangle \\{\frac {1}{\sqrt {2}}}(|{\uparrow \downarrow }\rangle +|{\downarrow \uparrow }\rangle )\\|{\downarrow \downarrow }\rangle \end{array}}\right)}

وبالتالي، يتكون من ثلاثة أنواع من النوى، والتي من المفترض أن تكون متناظرة: نواة الديوتيريوم (في الواقع حالة مثارة للغاية منها)، ونواة تحتوي على بروتونين، ونواة تحتوي على نيوترونين. هذه الحالات غير مستقرة.

دالة الموجة التقريبية للديوترون

يجب أن تكون دالة الموجة للديوترون مضادة للتناظر إذا تم استخدام تمثيل الإيزوسبين (بما أن البروتون والنيوترون ليسا جسيمين متطابقين، فلا يلزم أن تكون دالة الموجة مضادة للتناظر بشكل عام). إلى جانب الإيزوسبين، يمتلك النيوكليونان أيضًا توزيعات دورانية ومكانية لدالة الموجة الخاصة بهما. تكون دالة الموجة متناظرة إذا كان الديوترون متناظرًا تحت التكافؤ (أي له تكافؤ "زوجي" أو "موجب")، ومضادة للتناظر إذا كان الديوترون مضادًا للتناظر تحت التكافؤ (أي له تكافؤ "فردي" أو "سالب"). يُحدد التكافؤ كليًا بواسطة الزخم الزاوي المداري الكلي للنيوكليونين: إذا كان زوجيًا، فإن التكافؤ زوجي (موجب)، وإذا كان فرديًا، فإن التكافؤ فردي (سالب).

بما أن الديوتريوم ذو عزم نظائري أحادي، فهو مضاد للتناظر عند تبادل النيوكليونات بسبب العزم النظائري، وبالتالي يجب أن يكون متناظرًا عند التبادل المزدوج لعزمه النظائري وموقعه. لذلك، يمكن أن يكون في إحدى الحالتين التاليتين:

  • التناظر الدوراني والتناظر تحت التكافؤ. في هذه الحالة، سيؤدي تبادل النيوكليونين إلى ضرب دالة الموجة للديوتيريوم بـ (−1) من تبادل التناظر الدوراني، و(+1) من تبادل الدوران، و(+1) من التكافؤ (تبادل الموقع)، ليصبح المجموع (−1) كما هو مطلوب للتناظر المضاد.
  • الدوران المضاد للتناظر والتماثل المضاد للتناظر تحت التكافؤ. في هذه الحالة، سيؤدي تبادل النيوكليونين إلى ضرب دالة الموجة للديوتيريوم بـ (−1) من تبادل الدوران النظائري، و(−1) من تبادل الدوران، و(−1) من التكافؤ (تبادل الموقع)، ليصبح المجموع (−1) كما هو مطلوب للتماثل المضاد.

في الحالة الأولى، يكون الديوتريوم ثلاثي اللف المغزلي، لذا فإن لفه المغزلي الكلي s يساوي 1. كما أنه يتمتع بتكافؤ زوجي، وبالتالي زخم زاوي مداري زوجي l . كلما انخفض زخمه الزاوي المداري، انخفضت طاقته. لذلك، فإن أدنى حالة طاقة ممكنة تكون فيها s = 1 و l = 0 .

في الحالة الثانية، يكون الديوتريوم ذو عزم مغزلي مفرد، لذا فإن عزمه المغزلي الكلي s يساوي صفرًا. كما أنه ذو تكافؤ فردي، وبالتالي عزم زاوي مداري فردي l . لذلك، فإن أدنى حالة طاقة ممكنة لها s = 0 و l = 1 .

بما أن s = 1 يعطي جاذبية نووية أقوى، فإن الحالة الأرضية للديوتيريوم تكون في الحالة s = 1 ، l = 0 .

وتؤدي الاعتبارات نفسها إلى تحديد الحالات الممكنة لثلاثية الأيزوسبين، حيث يكون s = 0 و l = زوجي ، أو s = 1 و l = فردي . وبالتالي، فإن حالة الطاقة الأدنى لها s = 1 و l = 1 ، وهي أعلى من حالة أحادية الأيزوسبين.

التحليل المذكور آنفًا هو في الواقع تحليل تقريبي فقط، وذلك لأن التناظر النظائري ليس تناظرًا تامًا، والأهم من ذلك، لأن التفاعل النووي القوي بين النيوكليونين مرتبط بالزخم الزاوي في تفاعل الدوران المداري الذي يمزج بين حالات s و l المختلفة . أي أن s و l ليسا ثابتين مع الزمن (لا يتبادلان مع الهاميلتوني )، ومع مرور الوقت، قد تتحول حالة مثل s = 1 ، l = 0 إلى حالة s = 1 ، l = 2. يبقى التكافؤ ثابتًا مع الزمن، لذا لا تختلط هذه الحالات مع حالات l الفردية (مثل s = 0 ، l = 1 ). لذلك، فإن الحالة الكمومية للديوتيريوم هي تراكب (تركيبة خطية) للحالة s = 1 ، l = 0 والحالة s = 1 ، l = 2 ، على الرغم من أن المكون الأول أكبر بكثير. بما أن الزخم الزاوي الكلي j هو أيضًا عدد كمي جيد (فهو ثابت مع الزمن)، فلا بد أن يكون لكلا المكونين نفس قيمة j ، وبالتالي j = 1. هذا هو الدوران الكلي لنواة الديوتيريوم.

باختصار، نواة الديوتيريوم مضادة للتناظر من حيث الإيزوسبين، ولها عزم مغزلي يساوي 1 وتكافؤ زوجي (+1). الزخم الزاوي النسبي لنيوكليوناتها l غير محدد بدقة، والديوترون عبارة عن تراكب لنيوكليونات ذات عزم مغزلي l = 0 في الغالب مع بعض النيوكليونات ذات عزم مغزلي l = 2 .

الأقطاب المغناطيسية والكهربائية المتعددة

لإيجاد عزم ثنائي القطب المغناطيسي للديوتيريوم μ نظريًا ، يتم استخدام صيغة العزم المغناطيسي النووي

μ=1ج+1⟨(ل،s)،ج،مج=ج|μ→⋅ȷ→|(ل،s)،ج،مج=ج⟩{\displaystyle \mu ={\frac {1}{j+1}}{\bigl \langle }(l,s),j,m_{j}{=}j\,{\bigr |}\,{\vec {\mu }}\cdot {\vec {\jmath }}\,{\bigl |}\,(l,s),j,m_{j}{=}j{\bigr \rangle }}

مع

μ→=ز(ل)ل→+ز(s)s→{\displaystyle {\vec {\mu }}=g^{(l)}{\vec {l}}+g^{(s)}{\vec {s}}}

g ( l ) و g ( s ) هما عاملان g للنيوكليونات.

بما أن البروتون والنيوترون لهما قيم مختلفة لـ g ( l ) و g ( s ) ، فيجب فصل مساهماتهما. يحصل كل منهما على نصف الزخم الزاوي المداري للديوتيريوم.ل→{\displaystyle {\vec {l}}}وتدورs→{\displaystyle {\vec {s}}}يصل المرء إلى

μ=1ج+1⟨(ل،s)،ج،مج=ج|(12ل→ز(ل)ص+12s→(ز(s)ص+ز(s)ن))⋅ȷ→|(ل،s)،ج،مج=ج⟩{\displaystyle \mu ={\frac {1}{j+1}}{\Bigl \langle }(l,s),j,m_{j}{=}j\,{\Bigr |}\left({\frac {1}{2}}{\vec {l}}{g^{(l)}}_{p}+{\frac {1}{2}}{\vec {s}}({g^{(s)}}_{p}+{g^{(s)}}_{n})\right)\cdot {\vec {\jmath }}\,{\Bigl |}\,(l,s),j,m_{j}{=}j{\Bigr \rangle }}

حيث تشير الرموز السفلية p و n إلى البروتون والنيوترون، و g (l) n = 0 .

باستخدام نفس المتطابقات المذكورة هنا، وباستخدام القيمة g (l) p = 1 ، نحصل على النتيجة التالية، بوحدات المغنطون النووي μN

μ=14(ج+1)[(ز(s)ص+ز(s)ن)(ج(ج+1)-ل(ل+1)+s(s+1))+(ج(ج+1)+ل(ل+1)-s(s+1))]{\displaystyle \mu ={\frac {1}{4(j+1)}}\left[({g^{(s)}}_{p}+{g^{(s)}}_{n}){\big (}j(j+1)-l(l+1)+s(s+1){\big )}+{\big (}j(j+1)+l(l+1)-s(s+1){\big )}\right]}

بالنسبة للحالة s = 1 ، l = 0 ( j = 1 )، نحصل على

μ=12(ز(s)ص+ز(s)ن)=0.879{\displaystyle \mu ={\frac {1}{2}}({g^{(s)}}_{p}+{g^{(s)}}_{n})=0.879}

بالنسبة للحالة s = 1 ، l = 2 ( j = 1 )، نحصل على

μ=-14(ز(s)ص+ز(s)ن)+34=0.310{\displaystyle \mu =-{\frac {1}{4}}({g^{(s)}}_{p}+{g^{(s)}}_{n})+{\frac {3}{4}}=0.310}

القيمة المقاسة لعزم ثنائي القطب المغناطيسي للديوتيريوم هي0.857 ميكرو نيوتن  ، وهو ما يمثل 97.5% منتم الحصول على قيمة 0.879 ميكرون نيوتن  ببساطة عن طريق جمع عزمي البروتون والنيوترون. يشير هذا إلى أن حالة الديوتيريوم هي بالفعل، بتقريب جيد، حالة s = 1 ، l = 0 ، والتي تحدث عندما يدور كلا النيوكليونين في نفس الاتجاه، ولكن عزومهما المغناطيسية تتناقص بسبب العزم السالب للنيوترون.

لكن الرقم التجريبي الأقل قليلاً من ذلك الناتج عن الجمع البسيط لعزوم البروتون والنيوترون (السالبة) يوضح أن الديوتيريوم هو في الواقع مزيج خطي من الحالة s = 1 ، l = 0 في الغالب مع مزيج طفيف من الحالة s = 1 ، l = 2 .

العزم الكهربائي ثنائي القطب يساوي صفرًا كالمعتاد .

العزم الكهربائي الرباعي المقاس للديوتيريوم هو0.2859 e · fm 2.  على الرغم من أن رتبة المقدار معقولة، نظرًا لأن نصف قطر الديوتريوم يبلغ رتبة 1 فيمتومتر (انظر أدناه) وشحنته الكهربائية هي e، إلا أن النموذج المذكور أعلاه لا يكفي لحسابه. وبشكل أكثر تحديدًا، لا يحصل العزم الكهربائي الرباعي على مساهمة من الحالة l = 0 (وهي الحالة السائدة)، ويحصل على مساهمة من حد يمزج بين الحالتين l = 0 و l = 2 ، لأن مؤثر العزم الكهربائي الرباعي لا يتبادل مع الزخم الزاوي .

تكون المساهمة الأخيرة هي السائدة في حالة عدم وجود مساهمة نقية l = 0 ، ولكن لا يمكن حسابها دون معرفة الشكل المكاني الدقيق لدالة الموجة للنيوكليونات داخل الديوتيريوم.

لا يمكن حساب العزوم المغناطيسية والكهربائية متعددة الأقطاب الأعلى بواسطة النموذج المذكور أعلاه، لأسباب مماثلة.

التطبيقات

المفاعلات النووية

الديوتيريوم المتأين في مفاعل الاندماج النووي ينبعث منه توهجه الوردي المحمر المميز

يُستخدم الديوتيريوم في مفاعلات الانشطار المُهدَّأة بالماء الثقيل ، عادةً على شكل ماء سائل (2H₂O ) ، لإبطاء النيوترونات دون امتصاصها العالي للنيوترونات كما هو الحال في الهيدروجين العادي. [ 32 ] يُعد هذا استخدامًا تجاريًا شائعًا لكميات كبيرة من الديوتيريوم.

في مفاعلات الأبحاث ، يتم استخدام الهيدروجين السائل 2H2 في المصادر الباردة لتعديل النيوترونات إلى طاقات وأطوال موجية منخفضة للغاية مناسبة لتجارب التشتت .

تجريبياً، يُعدّ الديوتيريوم أكثر النوى استخداماً في تصميمات مفاعلات الاندماج ، لا سيما عند دمجه مع التريتيوم ، نظراً لسرعة التفاعل العالية (أو المقطع العرضي النووي ) وإنتاجية الطاقة العالية لتفاعل الديوتيريوم-التريتيوم (DT). يوجد تفاعل اندماج 2H - 3He ذو إنتاجية أعلى ، إلا أن نقطة التعادل لهذا التفاعل أعلى من معظم تفاعلات الاندماج الأخرى؛ ونظراً لندرة الهيليوم -3 ، فإن هذا يجعله غير عملي كمصدر طاقة، على الأقل حتى يتم تطبيق اندماج DT واندماج الديوتيريوم-الديوتيريوم (DD) على نطاق تجاري. ولا تزال تقنية الاندماج النووي التجاري قيد التطوير.

مطيافية الرنين النووي المغناطيسي

طيف انبعاث مصباح قوس الديوتيريوم فوق البنفسجي

يُستخدم الديوتيريوم بشكل شائع في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي للبروتون ( NMR ) على النحو التالي. تتطلب تقنية NMR عادةً تحليل المركبات المراد دراستها وهي مذابة في محلول. ونظرًا لاختلاف خصائص الدوران النووي للديوتيريوم عن الهيدروجين الخفيف الموجود عادةً في الجزيئات العضوية، فإن أطياف NMR للهيدروجين/البروتيوم تختلف اختلافًا كبيرًا عن طيف الديوتيريوم، وفي الواقع العملي، لا يرصد جهاز NMR المُعدّ لـ 1H الديوتيريوم . لذلك، تُستخدم المذيبات المُديوتيرية (بما في ذلك الماء الثقيل، وكذلك مركبات مثل الكلوروفورم المُديوتيري ، CDCl3 أو C2HCl3 ) بشكل روتيني في مطيافية NMR، وذلك للسماح بقياس أطياف الهيدروجين الخفيف للمركب المراد دراسته فقط، دون تداخل إشارة المذيب.

يمكن أيضًا استخدام مطيافية الرنين المغناطيسي النووي للحصول على معلومات حول بيئة الديوتريوم في العينات الموسومة بالنظائر ( رنين الديوتريوم المغناطيسي النووي ). على سبيل المثال، يمكن تحديد تكوين سلاسل الهيدروكربون في طبقات الدهون الثنائية كميًا باستخدام رنين الديوتريوم المغناطيسي النووي في الحالة الصلبة مع جزيئات الدهون الموسومة بالديوتيريوم. [ 33 ]

تُعد أطياف الرنين النووي المغناطيسي للديوتيريوم مفيدة بشكل خاص في الحالة الصلبة نظرًا لعزمها الرباعي الأقطاب الصغير نسبيًا مقارنة بتلك الخاصة بالنوى الرباعية الأقطاب الأكبر حجمًا مثل الكلور-35، على سبيل المثال.

مطياف الكتلة

تُستخدم المركبات المُدَيتَرَة (أي التي استُبدلت فيها جميع ذرات الهيدروجين أو بعضها بالديوتيريوم) غالبًا كمعايير داخلية في قياس الطيف الكتلي . ومثل غيرها من المركبات الموسومة بالنظائر ، تُحسِّن هذه المعايير الدقة ، وغالبًا بتكلفة أقل بكثير من المعايير الأخرى الموسومة بالنظائر. وعادةً ما تُحضَّر الجزيئات المُدَيتَرَة عبر تفاعلات تبادل نظائر الهيدروجين . [ 34 ] [ 35 ]

التتبع

في الكيمياء والكيمياء الحيوية وعلوم البيئة ، يُستخدم الديوتيريوم كمتتبع نظائري مستقر غير مشع ، كما في اختبار الماء المزدوج التسمية . في التفاعلات الكيميائية والمسارات الأيضية ، يتصرف الديوتيريوم بشكل مشابه للهيدروجين العادي (مع بعض الاختلافات الكيميائية، كما ذُكر). يُمكن تمييزه عن الهيدروجين العادي بسهولة من خلال كتلته، باستخدام مطياف الكتلة أو مطياف الأشعة تحت الحمراء . يُمكن الكشف عن الديوتيريوم باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء فائق السرعة ( فيمتوثانية) ، لأن فرق الكتلة يؤثر بشكل كبير على تردد الاهتزازات الجزيئية؛ إذ تُوجد اهتزازات رابطة الهيدروجين-الكربون في مناطق طيفية خالية من الإشارات الأخرى .

تُعدّ قياسات التغيرات الطفيفة في الوفرة الطبيعية للديوتيريوم، إلى جانب نظائر الأكسجين الثقيلة المستقرة 17O و 18 O، ذات أهمية بالغة في علم المياه ، لتحديد الأصل الجغرافي لمياه الأرض. وتزداد وفرة نظائر الهيدروجين والأكسجين الثقيلة في مياه الأمطار ( المياه النيزكية ) تبعًا لدرجة حرارة المنطقة التي تهطل فيها الأمطار (وبالتالي ترتبط هذه الوفرة بخط العرض). وعند تمثيل الوفرة النسبية للنظائر الثقيلة في مياه الأمطار (مقارنةً بمتوسط ​​مياه المحيطات) بيانيًا مقابل درجة الحرارة، فإنها تقع بشكل متوقع على طول خط يُسمى خط المياه النيزكية العالمي (GMWL). ويتيح هذا الرسم البياني تحديد عينات المياه المتكونة من الأمطار، بالإضافة إلى معلومات عامة عن المناخ الذي نشأت فيه. كما تُغيّر عمليات التبخر وغيرها من العمليات في المسطحات المائية، فضلًا عن عمليات المياه الجوفية، نسب نظائر الهيدروجين والأكسجين الثقيلة في المياه العذبة والمالحة، بطرق مميزة وغالبًا ما تكون إقليمية. [ 36 ] يُشار عادةً إلى نسبة تركيز نظير الهيدروجين -2 إلى نظير الهيدروجين -1 برمز دلتا δ2H ، وتُرسم الأنماط الجغرافية لهذه القيم على خرائط تُسمى خرائط النظائر. تُدمج النظائر المستقرة في النباتات والحيوانات ، ويمكن أن يساعد تحليل النسب في الطيور أو الحشرات المهاجرة في تقديم دليل تقريبي لأصولها. [ 37 ] [ 38 ]

خصائص التباين

تستفيد تقنيات تشتت النيوترونات بشكل خاص من توفر العينات المُدَوتَرة: إذ أن مقاطع التشتت للنيوترونات 1H و 2 H متباينة للغاية ومختلفة في الإشارة، مما يسمح بتغيير التباين في هذه التجارب. علاوة على ذلك، تتمثل إحدى المشكلات المزعجة للهيدروجين العادي في مقطعه العرضي الكبير للنيوترونات غير المتماسكة، والذي يكون معدومًا بالنسبة للهيدروجين 2H . وبالتالي، فإن استبدال الهيدروجين العادي بالديوتيريوم يقلل من ضوضاء التشتت.

يُعدّ الهيدروجين عنصرًا هامًا وأساسيًا في جميع مواد الكيمياء العضوية وعلوم الحياة، ولكنه يتفاعل بشكل طفيف مع الأشعة السينية. ونظرًا لتفاعل ذرات الهيدروجين (بما في ذلك الديوتيريوم) بقوة مع النيوترونات، فإن تقنيات تشتت النيوترونات، إلى جانب مرافق الديوتيريوم الحديثة، [ 39 ] تُسهم في سدّ فجوة في العديد من دراسات الجزيئات الكبيرة في علم الأحياء والعديد من المجالات الأخرى.

الأسلحة البيئية

انظر أدناه. تُولّد معظم النجوم، بما فيها الشمس، الطاقة طوال معظم حياتها عن طريق دمج الهيدروجين لتكوين عناصر أثقل؛ ومع ذلك، لم ينجح دمج الهيدروجين الخفيف (البروتيوم) في الظروف المتاحة على الأرض. لذا، يتطلب كل اندماج اصطناعي، بما في ذلك اندماج الهيدروجين في القنابل الهيدروجينية، هيدروجينًا ثقيلًا (الديوتيريوم، أو التريتيوم، أو كليهما). [ 40 ]

المخدرات

الدواء المُدَيتَر هو منتج دوائي جزيئي صغير استُبدلت فيه ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر في جزيء الدواء بذرة ديوتيريوم. وبسبب تأثير النظائر الحركي ، قد تتميز الأدوية المحتوية على الديوتيريوم بمعدلات استقلاب أقل بكثير ، وبالتالي عمر نصف أطول . [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] في عام 2017، أصبح دواء ديوتترابينازين أول دواء مُدَيتَر يحصل على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية. [ 44 ]

مغذيات أساسية معززة

يمكن استخدام الديوتيريوم لتقوية روابط الكربون-هيدروجين المعرضة للأكسدة في العناصر الغذائية الأساسية أو شبه الأساسية ، [ 45 ] مثل بعض الأحماض الأمينية أو الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة ، مما يجعلها أكثر مقاومة للتلف التأكسدي. تعمل الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة المُدَوتَرة ، مثل حمض اللينوليك ، على إبطاء تفاعل بيروكسدة الدهون المتسلسل الذي يُلحق الضرر بالخلايا الحية. [ 46 ] [ 47 ] يخضع إستر الإيثيل المُدَوتَر لحمض اللينوليك ( RT001 )، الذي طورته شركة ريتروتوب، حاليًا لتجربة سريرية للاستخدام الرحيم في علاج ضمور المحاور العصبية عند الرضع، وقد أكمل بنجاح المرحلة الأولى/الثانية من التجارب السريرية لعلاج ترنح فريدريك . [ 48 ] [ 44 ]

التثبيت الحراري

يمكن تثبيت اللقاحات الحية، مثل لقاح شلل الأطفال الفموي ، بواسطة الديوتيريوم، إما بمفرده أو بالاشتراك مع مثبتات أخرى مثل MgCl2 . [ 49 ]

إبطاء التذبذبات اليومية

أظهرت الدراسات أن الديوتيريوم يُطيل فترة تذبذب الساعة البيولوجية عند إعطائه للفئران والهامستر والديناصورات السوطية من نوع غونياولاكس . [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] في الفئران، يؤدي تناول 25% من الماء ثنائي الهيدرات (2H₂O) بشكل مزمن إلى اضطراب الإيقاع اليومي عن طريق إطالة الفترة اليومية للإيقاعات المعتمدة على النواة فوق التصالبية في منطقة ما تحت المهاد بالدماغ. [ 52 ] كما تدعم التجارب التي أُجريت على الهامستر نظرية أن الديوتيريوم يؤثر مباشرة على النواة فوق التصالبية لإطالة الفترة اليومية الحرة. [ 54 ]

تاريخ

أول ذكر لمادة ذات خصائص مشابهة للديوتيريوم كان إشارة عابرة في محاضرة إرنست رذرفورد عام 1919. [ 55 ] [ 56 ] وفقًا لهذه النظرية ، تحتوي نواة الديوتيريوم ذات الكتلة 2 والشحنة 1 على بروتونين وإلكترون نووي واحد. وفي عام 1919 أيضًا، نشر أوتو شتيرن وماكس فولمر تقريرًا عن تجارب انتشار الماء التي زعما أنها تنفي وجود نظائر الهيدروجين؛ وقد اعتُبرت استنتاجاتهما صحيحة طوال عشرينيات القرن العشرين. [ 57 ] [ 56 ]

تم الكشف عن الديوتيريوم

هارولد أوري، مكتشف الديوتيريوم

تم اكتشافه لأول مرة طيفيًا في أواخر عام 1931 بواسطة هارولد أوري ، وهو كيميائي في جامعة كولومبيا . قام متعاون أوري، فرديناند بريكويد ، بتقطير خمسة لترات من الهيدروجين السائل المنتج بالتبريد الشديد إلىتم استخدام 1 مل  من السائل، في مختبر الفيزياء ذي درجات الحرارة المنخفضة الذي أُنشئ حديثًا في المكتب الوطني للمعايير ( المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا حاليًا ) في واشنطن العاصمة. وقد استُخدمت هذه التقنية سابقًا لعزل النظائر الثقيلة للنيون. وقد ركزت تقنية التبخر المبرد جزءًا من نظير الهيدروجين ذي الكتلة 2 إلى درجة جعلت التعرف عليه طيفيًا أمرًا لا لبس فيه. [ 58 ] [ 59 ]

تسمية النظير وجائزة نوبل

ابتكر يوري أسماء البروتيوم والديوتيريوم والتريتيوم في مقال نُشر عام ١٩٣٤. ويستند هذا الاسم جزئيًا إلى نصيحة جيلبرت ن . لويس الذي اقترح اسم "ديوتيوم". يأتي الاسم من الكلمة اليونانية " ديوتيروس " التي تعني "ثاني"، وكان من المقرر تسمية النواة "ديوترون" أو "ديوتون". جرت العادة على تسمية النظائر والعناصر الجديدة بالاسم الذي يختاره مكتشفها. أراد بعض العلماء البريطانيين، مثل إرنست رذرفورد ، تسمية النظير "ديبلوجين"، من الكلمة اليونانية " ديبلوس " التي تعني "مزدوج"، وتسمية النواة "ديبلون". [ ٤ ] [ ٦٠ ]

كانت الكمية المُستنتجة للوفرة الطبيعية للديوتيريوم ضئيلة للغاية (ذرة واحدة فقط من بين 6400 ذرة هيدروجين في مياه البحر [156 جزءًا في المليون])، لدرجة أنها لم تؤثر بشكل ملحوظ على القياسات السابقة للكتلة الذرية (المتوسطة) للهيدروجين. وهذا ما يفسر عدم الاشتباه بوجوده سابقًا. تمكن يوري من تركيز الماء لإظهار إثراء جزئي بالديوتيريوم. وكان لويس ، المشرف على يوري في بيركلي ، قد أعدّ ودرس أولى عينات الماء الثقيل النقي عام 1933. شكل اكتشاف الديوتيريوم، الذي سبق اكتشاف النيوترون عام 1932، صدمة تجريبية للنظرية ؛ ولكن عندما تم الإعلان عن النيوترون، مما جعل وجود الديوتيريوم أكثر قابلية للتفسير، مُنح يوري جائزة نوبل في الكيمياء بعد ثلاث سنوات فقط من عزل النظير. شعر لويس بخيبة أمل كبيرة من قرار لجنة نوبل عام 1934، واعتقد العديد من كبار المسؤولين في بيركلي أن هذه الخيبة لعبت دورًا محوريًا في انتحاره بعد عقد من الزمن. [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 4 ]

تجارب "الماء الثقيل" في الحرب العالمية الثانية

قبل الحرب بفترة وجيزة، نقل هانز فون هالبان وليو كوفارسكي أبحاثهما حول تهدئة النيوترونات من فرنسا إلى بريطانيا، وقاما بتهريب كامل الإمدادات العالمية من الماء الثقيل (الذي كان يُصنع في النرويج) في ستة وعشرين برميلاً فولاذياً. [ 64 ] [ 65 ]

خلال الحرب العالمية الثانية ، عُرف عن ألمانيا النازية أنها تُجري تجارب باستخدام الماء الثقيل كمُهدئ في تصميم مفاعل نووي . أثارت هذه التجارب قلقًا بالغًا لاحتمالية إنتاج البلوتونيوم اللازم لصنع قنبلة ذرية . أدى ذلك في نهاية المطاف إلى عملية الحلفاء المعروفة باسم " التخريب النرويجي بالماء الثقيل "، والتي هدفت إلى تدمير منشأة فيمورك لإنتاج وتخصيب الديوتيريوم في النرويج. آنذاك، اعتُبر هذا الأمر بالغ الأهمية لتقدم الحرب.

بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية، اكتشف الحلفاء أن ألمانيا لم تبذل الجهد الكافي في البرنامج كما كان يُعتقد سابقًا. فقد أنجز الألمان مفاعلًا تجريبيًا صغيرًا غير مكتمل البناء (كان مخفيًا)، وعجزوا عن تحقيق تفاعل متسلسل. وبحلول نهاية الحرب، لم يكن لدى الألمان حتى خُمس كمية الماء الثقيل اللازمة لتشغيل المفاعل، ويعود ذلك جزئيًا إلى عملية التخريب النرويجية للماء الثقيل. ومع ذلك، حتى لو نجح الألمان في تشغيل مفاعل (كما فعلت الولايات المتحدة مع مفاعل شيكاغو بايل-1 في أواخر عام 1942)، لكانوا سيظلون على بُعد سنوات عديدة على الأقل من تطوير قنبلة ذرية . فعلى سبيل المثال، استغرقت العملية الهندسية، حتى مع بذل أقصى الجهود والتمويل، حوالي عامين ونصف (من أول مفاعل حرج إلى القنبلة) في كل من الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي .

في الأسلحة النووية الحرارية

غلاف جهاز "السجق" لقنبلة آيفي مايك إتش ، مُثبّتًا بأجهزة القياس ومعدات التبريد. احتوت القنبلة، التي يبلغ ارتفاعها 20 قدمًا، على قارورة ديوار للتبريد تتسع لـ 160  كيلوغرامًا من الديوتيريوم السائل.

كانت قنبلة "آيفي مايك" ، التي يبلغ وزنها 62 طنًا، والتي صنعتها الولايات المتحدة وانفجرت في الأول من نوفمبر عام 1952، أول قنبلة هيدروجينية (قنبلة نووية حرارية) ناجحة تمامًا. وفي هذا السياق، كانت أول قنبلة تنبع معظم طاقتها المنبعثة من مراحل التفاعل النووي التي تلت مرحلة الانشطار النووي الأولية للقنبلة الذرية . كانت قنبلة "آيفي مايك" أشبه بمبنى مصنع، وليست سلاحًا جاهزًا للإطلاق. في مركزها، وُضعت قارورة مفرغة من الهواء أو مُجمدة ضخمة جدًا ، تحتوي على الديوتيريوم السائل المبرد في حجم يبلغ حوالي 1000 لتر (160 كيلوغرامًا من الكتلة، لو كانت هذه القارورة ممتلئة تمامًا). بعد ذلك، استُخدمت قنبلة ذرية تقليدية ("الأولية") في أحد طرفي القنبلة لخلق ظروف درجة الحرارة والضغط القصوى اللازمة لإشعال التفاعل النووي الحراري .

في غضون سنوات قليلة، طُوِّرت ما يُسمى بالقنابل الهيدروجينية "الجافة" التي لا تحتاج إلى هيدروجين مُبرَّد. وتشير المعلومات المُتاحة إلى أن جميع الأسلحة النووية الحرارية التي بُنيت منذ ذلك الحين تحتوي على مركبات كيميائية من الديوتيريوم والليثيوم في مراحلها الثانوية. والمادة التي تحتوي على الديوتيريوم هي في الغالب ديوتيريد الليثيوم ، حيث يتكون الليثيوم من نظير الليثيوم-6 . وعندما يُقذف الليثيوم-6 بنيوترونات سريعة من القنبلة الذرية، يُنتَج التريتيوم (الهيدروجين-3)، ثم يتفاعل الديوتيريوم والتريتيوم بسرعة في اندماج نووي حراري ، مُطلقين طاقة وفيرة، والهيليوم-4 ، والمزيد من النيوترونات الحرة. ويُعتقد أن أسلحة الاندماج "الخالصة" مثل قنبلة القيصر قد عفا عليها الزمن. وفي معظم الأسلحة النووية الحرارية الحديثة ("المُعزَّزة")، لا يُوفِّر الاندماج بشكل مباشر سوى جزء صغير من إجمالي الطاقة. إن انشطار اليورانيوم-238 الطبيعي بواسطة النيوترونات السريعة الناتجة عن اندماج D-T يمثل إطلاق طاقة أكبر بكثير (أي معزز) من تفاعل الاندماج نفسه.

البحث الحديث

في أغسطس/آب 2018، أعلن العلماء عن تحوّل الديوتيريوم الغازي إلى شكله المعدني السائل . قد يُساعد هذا الاكتشاف الباحثين على فهم الكواكب الغازية العملاقة بشكل أفضل ، مثل المشتري وزحل وبعض الكواكب الخارجية ، إذ يُعتقد أن هذه الكواكب تحتوي على كميات كبيرة من الهيدروجين المعدني السائل، والذي قد يكون مسؤولاً عن مجالاتها المغناطيسية القوية المرصودة . [ 66 ] [ 67 ]

مضاد الديوتيريوم ومضاد الديوتيريوم

الديوترون المضاد هو النظير المضاد للديوترون، ويتكون من بروتون مضاد ونيوترون مضاد . أُنتج الديوترون المضاد لأول مرة عام 1965 في مسرع البروتونات في سيرن [ 68 ] ومسرع التدرج المتناوب في مختبر بروكهافن الوطني [ 69 ] . تُسمى الذرة الكاملة، التي يدور فيها بوزيترون حول النواة، بالديوتيريوم المضاد ، ولكن اعتبارًا من عام 2019لم يتم إنشاء مضاد الديوتيريوم بعد. الرمز المقترح لمضاد الديوتيريوم هو D ، أي D مع خط فوقها. [ 70 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ هاجمان آر، نيف جي، روث إي (1970). “المقياس النظائري المطلق لتحليل الديوتيريوم للمياه الطبيعية. نسبة D/H المطلقة لـ SMOW  1 “. تيلوس . 22 (6): 712– 715. بيب كود : 1970 أخبر...22..712H . دوى : 10.1111/j.2153-3490.1970.tb00540.x (غير نشط في 24 أكتوبر 2025).{{cite journal}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من أكتوبر 2025 ( رابط )
  2. ↑ وانغ، مينغ؛ هوانغ، دبليو جيه؛ كونديڤ، إف جي؛ أودي، جي؛ نعيمي، إس. (2021). "تقييم الكتلة الذرية AME 2020 (الجزء الثاني). الجداول والرسوم البيانية والمراجع". الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  3. ↑ هارولد أوري ؛ جي إم مورفي؛ إف جي بريكويد (1933). "اسم ورمز لـ H2 " . مجلة الفيزياء الكيميائية . 1 (7): 512-513 . doi : 10.1063/1.1749326 .
  4. 1 2 3 أوليري د (فبراير 2012). "أفعال الديوتيريوم" . كيمياء الطبيعة . 4 (3): 236. Bibcode : 2012NatCh...4..236O . doi : 10.1038/nchem.1273 . PMID 22354440 . 
  5. 1 2 هارتوج بي، ليز دي سي، بوكيلي-مورفان دي ، دي فال-بورو إم، بيفر إن، كوبيرز إم، وآخرون . (أكتوبر 2011). “المياه الشبيهة بالمحيط في مذنب عائلة المشتري 103P/Hartley 2”. طبيعة . 478 (7368): 218– 220. بيب كود : 2011Natur.478..218H . دوى : 10.1038 / طبيعة 10519 . بميد 21976024 . S2CID 3139621 .   
  6. 1 2 3 هيرسانت ف، غوتييه د، هور ج م (2001). "نموذج ثنائي الأبعاد للسديم البدائي مقيد بقياسات الديوتيريوم/الهيدروجين في النظام الشمسي: دلالات على تكوين الكواكب العملاقة" . المجلة الفيزيائية الفلكية . 554 (1): 391-407 . Bibcode : 2001ApJ...554..391H . doi : 10.1086/321355 .— انظر الشكل 7 للاطلاع على مراجعة لنسب الديوتيريوم إلى الهيدروجين في مختلف الأجرام السماوية
  7. 1 2 ألتويغ ك ، بالسيغر هـ، بار-نون أ، بيرتيليه ج ج، بيلر أ، بوخسلر ب، وآخرون . (يناير 2015). "علم المذنبات. 67P/تشوريوموف-جيراسيمينكو، مذنب من عائلة المشتري ذو نسبة D/H عالية" ( ملف PDF) . مجلة ساينس . 347 (6220). Bibcode : 2015Sci...347A.387A . doi : 10.1126/science.1261952 . PMID 25501976. S2CID 206563296 .   
  8. ↑ «توصيات مؤقتة» . تسمية الكيمياء غير العضوية . قسم التسمية الكيميائية وتمثيل البنية. الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . § IR-3.3.2. مؤرشف من الأصل في 27 أكتوبر 2006. تم الاطلاع عليه في 3 أكتوبر 2007 .
  9. ↑ هيبرارد ج، بيكينو د، فيدال-مادجار أ، والش جيه آر، فيرليه ر (7 فبراير 2000). "الكشف عن خطوط بالمر للديوتيريوم في سديم الجبار". علم الفلك والفيزياء الفلكية . 354 : L79. arXiv : astro-ph/0002141 . Bibcode : 2000A & A...354L..79H .
  10. ↑ "طيف امتصاص الماء" . جامعة لندن ساوث بانك (lsbu.ac.uk) . لندن، المملكة المتحدة. مؤرشف من الأصل في 27 يوليو 2017.
  11. ↑ مجموعة بيانات الجسيمات؛ وركمان، آر إل؛ بوركيرت، في دي؛ كريد، في؛ كليمبت، إي؛ ثوما، يو؛ تياتور، إل؛ أغاشي، كيه؛ أيلي، جي؛ ألاناش، بي سي؛ أمسلر، سي؛ أنتونيلي، إم؛ أشيناور، إي سي؛ أسنر، دي إم؛ باير، إتش (8 أغسطس 2022). "مراجعة فيزياء الجسيمات" . التقدم في الفيزياء النظرية والتجريبية . 2022 (8) 083C01. doi : 10.1093/ptep/ptac097 . hdl : 1854/LU-01HQG4F6CV7P2F3WWNH4RRN8HD . ISSN 2050-3911 . 
  12. ↑ فايس أ. "التوازن والتغيير: الفيزياء وراء التخليق النووي للانفجار العظيم" . أينشتاين أونلاين . مؤرشف من الأصل في 8 فبراير 2007. تم الاطلاع عليه في 24 فبراير 2007 .
  13. ↑ لجنة الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية المعنية بتسمية الكيمياء غير العضوية (2001). "أسماء ذرات الميونيوم والهيدروجين وأيوناتها" (ملف PDF) . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 73 (2): 377-380 . doi : 10.1351/pac200173020377 . S2CID 97138983. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 25 أبريل 2003. 
  14. ↑ "المحققون الكونيون" . وكالة الفضاء الأوروبية (ESA). 2 أبريل 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أبريل 2013 .
  15. ↑ «قمر FUSE الصناعي يحل لغز الديوتيريوم المفقود» (بيان صحفي). ناسا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 14 أغسطس 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 سبتمبر 2013 .
  16. ↑ "رسم بياني للديوتيريوم مع المسافة في جوارنا المجري" . مشروع قمر FUSE الصناعي. بالتيمور، ماريلاند: جامعة جونز هوبكنز . مؤرشف من الأصل في 5 ديسمبر 2013.
    انظر أيضاً
    لينسكي جيه إل، درين بي تي، موس إتش دبليو، جينكينز إي بي، وود بي إي، أوليفيرا سي، وآخرون  (2006). "ما هو إجمالي وفرة الديوتيريوم في القرص المجري المحلي؟". المجلة الفيزيائية الفلكية . 647 (2): 1106-1124 . arXiv : astro-ph/0608308 . Bibcode : 2006ApJ...647.1106L . doi : 10.1086/505556 . S2CID 14461382 . 
  17. ^ لولوش إي، بيزارد بي، فوشيه تي، فيوتشتجروبر إتش، إنكريناز تي ، دي جراو تي (2001). “وفرة الديوتيريوم في كوكب المشتري وزحل من ملاحظات ISO-SWS” (PDF) . علم الفلك والفيزياء الفلكية . 670 (2): 610–622 . بيب كود : 2001A & A...370..610L . دوى : 10.1051/0004-6361:20010259 .
  18. ↑ هانتن ، د.م. (1993). "التطور الجوي للكواكب الأرضية". مجلة ساينس . 259 (5097): 915-920 . رمز Bibcode : 1993Sci...259..915H . doi : 10.1126/science.259.5097.915 . ISSN 0036-8075 . JSTOR 2880608. S2CID 178360068 .   
  19. ↑ "الماء الثقيل - التثقيف في مجال الطاقة" . energyeducation.ca . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 فبراير 2023 .
  20. ↑ "الديوتيريوم، 2H " . PubChem . المركبات. المعاهد الوطنية للصحة في الولايات المتحدة .
  21. ↑ ليد، د. ر.، محرر. (2005). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء (الطبعة 86 ). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN  0-8493-0486-5.
  22. ↑ هالفورد ب (4 يوليو 2016). "تبديل الديوتيريوم". أخبار الكيمياء والهندسة . المجلد 94، العدد 27. الجمعية الكيميائية الأمريكية . الصفحات 32-36 . doi : 10.1021/cen-09427-cover .   
  23. ↑ كوشنر دي جيه، بيكر إيه، دنستال تي جي (فبراير 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 . 
  24. ↑ فيرتس، أتيلا، محرر. (2003). "التأثير الفسيولوجي للماء الثقيل" . العناصر والنظائر: التكوين، التحول، التوزيع . دوردريخت: كلوير. ص 111-112 . ISBN  978-1-4020-1314-0.
  25. ↑ "تشتت النيوترون-البروتون" (ملف PDF) . mightylib.mit.edu (ملاحظات المقرر). معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . خريف 2004. 22.101. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 21 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه في 23 نوفمبر 2011 .
  26. ↑ "قيمة CODATA لعام 2022: كتلة الديوتريوم بوحدة u" . مرجع المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) للثوابت والوحدات وعدم اليقين . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . مايو 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 مايو 2024 .
  27. ↑ "قيمة CODATA لعام 2022: مكافئ طاقة كتلة الديوتريوم بوحدة MeV" . مرجع المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) للثوابت والوحدات وعدم اليقين . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . مايو 2024. تاريخ الاسترجاع: 18 مايو 2024 .
  28. ↑ "قيمة CODATA لعام 2022: نصف قطر الشحنة الفعال للديوترون" . مرجع المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) للثوابت والوحدات وعدم اليقين . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . مايو 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 مايو 2024 .
  29. ↑ بول ر، نيز ف، فرنانديز ل م، أمارو ف د، بيرابين ف، كاردوسو ج م، وآخرون (مجموعة CREMA التعاونية) (أغسطس 2016). " مطيافية الليزر للديوتيريوم الميوني". مجلة ساينس . 353 (6300): 669-673 . Bibcode : 2016Sci...353..669P . doi : 10.1126/science.aaf2468 . hdl : 10316/80061 . PMID 27516595. S2CID 206647315 .   
  30. ↑ هولاس، ج. م. (1996). التحليل الطيفي الحديث ( الطبعة الثالثة). جون وايلي وأولاده. ص 115. ISBN   0-471-96523-5.
  31. ↑ "الفصل 3: تناظر النكهة ونموذج الكوارك للهادرونات" (ملف PDF) . قسم الفيزياء، جامعة ميريلاند . تاريخ الاسترجاع: 13 يونيو 2026 .
  32. ↑ انظر المقطع العرضي للنيوترون# مقاطع عرضية نموذجية
  33. ↑ سيليغ ج (أكتوبر 1971). "حول مرونة سلاسل الهيدروكربون في طبقات الدهون الثنائية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 93 (20): 5017-5022 . doi : 10.1021/ja00749a006 . PMID 4332660 . 
  34. ↑ أتزرودت، ج.؛ ديرداو، ف.؛ كير، و. ج.؛ ريد، م. (2018). "تفعيل مجموعة CH لتبادل نظائر الهيدروجين". Angew. Chem. Int. Ed . 57 (12): 3022–3047 . doi : 10.1002/anie.201708903 . PMID 29024330 . 
  35. ↑ جانك، توماس؛ كاتالو، دبليو. جيمس (1997). "تفاعلات تبادل نظائر الهيدروجين التي تتضمن روابط C–H (D, T)". مجلة الجمعية الكيميائية ، 26 (5): 401-406 . doi : 10.1039/CS9972600401 .
  36. ↑ "الأكسجين - النظائر والهيدرولوجيا" . ساهرا. مؤرشف من الأصل في 2 يناير 2007. تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2007 .
  37. ↑ ويست جيه بي (2009). المناظر النظيرية: فهم الحركة والنمط والعملية على الأرض من خلال رسم الخرائط النظيرية . سبرينغر.
  38. ↑ هوبسون، ك. أ.، فان ويلجنبرغ، س. ل.، واسينار، ل. إ.، لارسون، ك. (2012). "ربط نظائر الهيدروجين (δ2H) في الريش والهطول: مصادر التباين وعواقبها على التعيين في الخرائط النظائرية" . PLOS ONE . 7 (4) e35137. Bibcode : 2012PLoSO...735137H . doi : 10.1371/journal.pone.0035137 . PMC 3324428. PMID 22509393 .  
  39. ↑ "الديوتيريوم" . nmi3.eu. مبادرة البنية التحتية المتكاملة لتشتت النيوترونات وقياس طيف الميون (NMI3). مؤرشف من الأصل في 3 فبراير 2019. تم الاطلاع عليه في 23 يناير 2012 .
  40. ↑ "السلاح النووي - تجميع المدفع، الانفجار الداخلي، التعزيز | بريتانيكا" . www.britannica.com . 14 مارس 2025. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مارس 2025 .
  41. ↑ ساندرسون ك (مارس 2009). " اهتمام كبير بالمخدرات القوية". مجلة نيتشر . 458 (7236): 269. doi : 10.1038/458269a . PMID 19295573. S2CID 4343676 .  
  42. ↑ كاتسنيلسون أ (يونيو 2013). "الأدوية القوية تجذب اهتمامًا كبيرًا من داعمي شركات الأدوية" . مجلة نيتشر ميديسين . 19 (6): 656. doi : 10.1038/nm0613-656 . PMID 23744136. S2CID 29789127 .  
  43. ↑ غانت تي جي (مايو 2014). "استخدام الديوتيريوم في اكتشاف الأدوية: ترك العلامة في الدواء". مجلة الكيمياء الطبية . 57 (9): 3595-3611 . doi : 10.1021/jm4007998 . PMID 24294889 . 
  44. 1 2 شميدت سي (يونيو 2017). "الموافقة على أول دواء مُدَوتَر". مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية . 35 (6): 493-494 . Bibcode : 2017NatBi..35..493S . doi : 10.1038/nbt0617-493 . PMID 28591114. S2CID 205269152 .  
  45. ↑ ديميدوف، ف. ف. (سبتمبر 2007). "هل يمكن استخدام النظائر الثقيلة لدرء الشيخوخة؟". اتجاهات في التكنولوجيا الحيوية . 25 (9): 371-375 . doi : 10.1016/j.tibtech.2007.07.007 . PMID 17681625 . 
  46. ↑ هاليول، باري؛ غوتيريدج، جون إم سي (2015). بيولوجيا الطب والجذور الحرة (الطبعة الخامسة). أكسفورد: مطبعة كلارندون. ISBN 9780198717485.
  47. ↑ هيل إس، لامبرسون سي آر، شو إل، تو آر، تسوي إتش إس، شماناي في في، وآخرون . (أغسطس 2012). "كميات صغيرة من الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة المدعمة بالنظائر تثبط الأكسدة الذاتية للدهون" . بيولوجيا الطب والجذور الحرة . 53 (4): 893-906 . doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2012.06.004 . PMC 3437768. PMID 22705367 .   
  48. ↑ "دراسة عشوائية مزدوجة التعمية مضبوطة لتقييم سلامة وتحمل وحركية الدواء RT001 لدى مرضى ترنح فريدريك" . 24 نوفمبر 2020.
  49. ↑ وو ر، جورجيسكو م م، ديلبيرو ف، غييو س، بالانانت ج، سيمبسون ك، كراينيك ر (أغسطس 1995). "التثبيت الحراري للقاحات الفيروسات الحية باستخدام الماء الثقيل (D2O)". اللقاح . 13 (12): 1058-1063 . doi : 10.1016/0264-410X(95)00068-C . PMID 7491812 . 
  50. ↑ ليسوتر ج، سيلفر ر (سبتمبر 1993). "الماء الثقيل يُطيل فترة الإيقاعات الحرة في الهامستر المصاب الذي يحمل طعومًا من النواة فوق التصالبية" . علم وظائف الأعضاء والسلوك . 54 (3): 599-604 . doi : 10.1016/0031-9384(93)90255-E . ISSN 0031-9384 . PMID 8415956. S2CID 32466816 .   
  51. ↑ ماكدانيال م، سولزمان إف إم، هاستينغز جيه دبليو (نوفمبر 1974). "الماء الثقيل يُبطئ ساعة غونياولاكس: اختبار لفرضية أن الماء الثقيل يؤثر على التذبذبات اليومية عن طريق تقليل درجة الحرارة الظاهرية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 71 (11): 4389-4391 . Bibcode : 1974PNAS...71.4389M . doi : 10.1073 / pnas.71.11.4389 . PMC 433889. PMID 4530989 .  
  52. 1 2 بيترسن سي سي، ميستلبرغر آر إي (أغسطس 2017). "يُحافظ على التوقيت الفاصل الزمني على الرغم من عدم تزامن الساعة البيولوجية لدى الفئران: دراسات الضوء الثابت والماء الثقيل" . مجلة الإيقاعات البيولوجية . 32 (4): 295-308 . doi : 10.1177/0748730417716231 . PMID 28651478. S2CID 4633617 .  
  53. ↑ ريختر، سي بي (مارس 1977). "الماء الثقيل كأداة لدراسة القوى التي تتحكم في طول دورة الساعة البيولوجية للهامستر (24 ساعة)" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 74 (3): 1295-1299 . Bibcode : 1977PNAS...74.1295R . doi : 10.1073/pnas.74.3.1295 . PMC 430671. PMID 265574 .  
  54. ↑ ليسوتر ج، سيلفر ر (سبتمبر 1993). "الماء الثقيل يُطيل فترة الإيقاعات الحرة في الهامستر المصاب الذي يحمل طعومًا من النواة فوق التصالبية" . علم وظائف الأعضاء والسلوك . 54 (3): 599-604 . doi : 10.1016/0031-9384(93)90255-E . PMID 8415956. S2CID 32466816 .  
  55. ↑ روثرفورد، إرنست (يناير 1997). "محاضرة بيكريان: التركيب النووي للذرات" . وقائع الجمعية الملكية في لندن. السلسلة أ، التي تحتوي على أوراق ذات طابع رياضي وفيزيائي . 97 (686): 374-400 . doi : 10.1098/rspa.1920.0040 .
  56. 1 2 كراغ، هـ. (2023). التوقعات والاكتشافات المتعلقة بنظائر الهيدروجين الثقيلة، 1913-1939. نسخة ما قبل النشر arXiv:2311.17427.
  57. ^ ستيرن، أو، وفولمر، م. (1919). هل من الممكن أن يتم استخدام الطاقة الذرية من خلال النظائر المشعة؟. أنالين دير فيزيك, 364(11)، 225-238.
  58. ↑ بريكويد إف جي (1982). "هارولد أوري واكتشاف الديوتيريوم". فيزياء اليوم . المجلد 35، العدد 9. ص 34. Bibcode : 1982PhT....35i..34B . doi : 10.1063/1.2915259 .   
  59. ↑ أوري إتش، بريكويد إف، مورفي جي (1932). "نظير هيدروجين كتلته 2" . مجلة Physical Review . 39 (1): 164-165 . Bibcode : 1932PhRv...39..164U . doi : 10.1103/PhysRev.39.164 . 
  60. ↑ "الديوتيريوم مقابل الديبلوجين" . مجلة ساينس. مجلة تايم . 19 فبراير 1934. مؤرشف من الأصل في 15 سبتمبر 2009.
  61. ↑ كوفي (2008): 221–222.
  62. ↑ هيلمنستين، تود (22 مارس 2018). "اليوم في تاريخ العلوم - 23 مارس - جيلبرت لويس" . ملاحظات ومشاريع علمية . تم الاطلاع عليه في 6 أغسطس 2020 .
  63. ↑ ديلفيكيو، ريك؛ كاتب، فريق عمل كرونيكل (5 أغسطس 2006). "ما الذي قتل الكيميائي الشهير من جامعة كاليفورنيا؟ / رائد القرن العشرين الذي لم يفز بجائزة نوبل ربما يكون قد استسلم لقلب مكسور، كما يتكهن أحد المعجبين" . SFGate . تم الاسترجاع في 9 مارس 2019 .
  64. ↑ شريف ل (1 يونيو 2007). "الجمعية الملكية تكشف عن أبحاث نووية سرية للغاية" . السجل . دار النشر سيتويشن المحدودة . تم الاطلاع عليه في 3 يونيو 2007 .
  65. ↑ معركة الماء الثقيل: إنجازات بطولية لثلاثة فيزيائيين . نشرة سيرن (تقرير). المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية . 25 مارس 2002. تاريخ الاطلاع: 2 نوفمبر 2015 .
  66. ↑ تشانغ ك (16 أغسطس 2018). "حسم الجدل حول الهيدروجين باستخدام 168 ليزرًا عملاقًا" . صحيفة نيويورك تايمز . مؤرشف من الأصل في 1 يناير 2022. تم الاطلاع عليه في 18 أغسطس 2018 . 
  67. ↑ «يعكس الهيدروجين، تحت الضغط، بنية الكواكب العملاقة من الداخل» (بيان صحفي). مؤسسة كارنيجي للعلوم . ١٥ أغسطس ٢٠١٨. تاريخ الاطلاع: ١٩ أغسطس ٢٠١٨ .
  68. ^ ماسام تي، مولر تي، ريجيني بي، شنيغانز إم، زيتشيشي أ (1965). “الملاحظة التجريبية لإنتاج مضاد الديوترون”. إل نوفو سيمنتو . 39 (1): 10– 14. بيب كود : 1965NCimS..39...10M . دوى : 10.1007/BF02814251 . S2CID 122952224 . 
  69. ↑ دورفان دي إي، إيدز جيه، ليدرمان إل إم، لي دبليو، تينغ سي سي (يونيو 1965). "ملاحظة مضادات الديوتريون". رسائل المراجعة الفيزيائية . 14 (24): 1003-1006 . رمز Bibcode : 1965PhRvL..14.1003D . doi : 10.1103/PhysRevLett.14.1003 .
  70. ↑ شاردونيه، ب.، أورلوف، ج.، سالاتي، ب. (1997). "إنتاج المادة المضادة في مجرتنا". رسائل الفيزياء ب . 409 ( 1-4 ): 313-320 . arXiv : astro-ph/9705110 . Bibcode : 1997PhLB..409..313C . doi : 10.1016/S0370-2693(97)00870-8 . S2CID 118919611 .