중수

Heavy water
경수 또는 삼중수소수와 혼동해서는 안 된다.

중수
Spacefill model of heavy water
Heavy water.svg
이름
IUPAC 이름
(2H2[3]) 물
기타 이름
  • 산화 중수소[1]
  • 워터드2[2]
  • 일산화수소
식별자
3D 모델(JSmol)
체비
첸블
켐스파이더
ECHA 정보 카드 100.029.226 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 232-148-9
97
케그
메쉬 중수소+산화물
RTECS 번호
  • ZC0230000
유니
  • InChI=1S/H2O/h1H2/i/hD2 ☒N
    키: XLYOFNOQVPJNP-ZSJDYOACSA-N ☒N
  • [2H]O[2H]
특성.
하다
2
몰 질량 20.0276 g mol−1
외모 무색 액체
냄새 무취
밀도 1.107 g mL−1
녹는점 3.82°C, 38.88°F, 276.97K
비등점 101.4 °C (214.5 °F, 374.5 K)
혼재
로그 P −1.38
1.328
점성 1.25 mPa s (20 °C에서)
1.87 D
위험 요소
NFPA 704(파이어 다이아몬드)
1
0
0
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.
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중수(산화중수소, HO
2, DO
2)는 일반적인 [4]수소-1 1
동위원소(H 또는 H, 프로튬이라고도 함)가 아닌 중수소(2
H 또는 D, 중수소라고도 함)만을 포함하는 물의 형태이다.더 무거운 수소 동위원소의 존재는 물의 핵 성질을 다르게 하고 질량의 증가는 일반 물과 비교했을 때 물의 물리적, 화학적 성질을 약간 다르게 한다.

설명.

중수소는 중성자와 양성자를 포함하는 핵을 가진 수소 동위원소이다; 프로튬 원자의 핵은 단지 양성자로 구성되어 있다.추가된 중성자는 중수소 원자를 프로튬 원자보다 대략 두 배 더 무겁게 만든다.

중수 분자는 보통의 "경수"의 두 개의 프로튬 원자 대신 두 개의 중수소 원자를 가지고 있습니다.IUPAC Gold[5] Book에서 정의한 중수라는 용어는 수소 원자의 비율이 프로튬이 아닌 중수소인 물을 지칭할 수도 있다.비교하자면, 일반 물(중수소 기준에 사용되는 "보통 물")은 수소 원자 백만 개당 약 156개의 중수소 원자를 포함하고 있는데, 이는 수소 원자의 0.0156%가 무거운 유형임을 의미한다.따라서 Gold Book에서 정의한 중수에는 수소-중수소산화물(HDO)과 DO, HO
2, HDO의 혼합물이
2 포함되며, 중수소의 비율이 평소보다 높다.예를 들어 CANDU 원자로에 사용되는 중수는 고농축수 혼합물로, 대부분
2 산화 중수소 DO를 포함하지만 일부 수소-산화 중수소(HDO)와 소량의 일반 산화 수소
2 HO를 포함합니다.수소 원자 분쇄에 의해 99.75% 농축됩니다. 즉, 수소 원자의 99.75%가 무거운 유형입니다. 그러나 골드북(Gold Book)의 의미에서는 중수가 그렇게 고도로 농축될 필요는 없습니다.그러나 이 글에서 중수를 사용하는 경우에는 DO를
2 의미합니다.그러나 중수 분자의 무게는 일반적인 물 분자의 무게와 실질적으로 다르지 않다. 왜냐하면 물의 분자량의 약 89%가 두 개의 수소 원자가 아닌 단일 산소 원자에서 나오기 때문이다.

중수는 방사능이 아닙니다.순수한 형태에서는 물보다 약 11% 더 높은 밀도를 가지지만, 그 외에는 물리적, 화학적으로 유사합니다.그럼에도 불구하고, 중수소가 함유된 물의 다양한 차이(특히 생물학적 특성에 영향을 미치는)는 일반적으로 발생하는 다른 동위원소 대체 화합물보다 크다. 왜냐하면 중수소는 가장 가벼운 동위원소보다 두 배나 무겁기 때문이다.이 차이는 물의 수소-산소 결합의 강도를 증가시키고, 이는 다시 일부 생화학 반응에 중요한 차이를 일으키기에 충분하다.인간의 몸에는 자연적으로 약 5그램의 중수소가 함유되어 있어 무해하다.고등 유기체의 물의 많은 부분(50% 이상)이 중수로 대체되면, 그 결과는 세포 기능 장애와 [6]사망이다.

중수는 [7]중수소가 발견된 지 몇 달 후인 1932년에 처음 생산되었다.1938년 말 핵분열이 발견되고 중성자를 거의 포획하지 못한 중성자 감속제가 필요함에 따라 중수는 초기 원자력 연구의 구성요소가 되었다.그 이후로 중수는 전력을 생산하는 원자로와 핵무기용 동위원소를 생산하도록 설계된 원자로의 일부 유형에서 필수적인 구성 요소가 되었다.이러한 중수형 원자로는 폐로 단계에서 방사능[8] 및 먼지[9] 폭발 위험을 야기하는 흑연 조정기를 사용하지 않고도 천연 우라늄에서 작동할 수 있다는 장점이 있다.흑연 감속 소련의 RBMK 설계는 농축 우라늄이나 중수(일반적인 "가벼운" 물로 냉각됨)의 사용을 피하려고 노력했으며, 이는 체르노빌 재앙을 초래한 원자로 설계의 일련의 결함 중 하나였다.대부분의 현대식 원자로는 보통 물을 가진 농축 우라늄을 감속재로 사용한다.

기타 무거운 물의 형태

반중수

반중수 구조

반중수(HDO)는 가벼운 수소(프로튬, H)와 중수소(D 또는 H)가 혼합된 물이 있을 때마다 존재합니다.이는 수소 원자(수소-1과 중수소)가 물 분자 간에 빠르게 교환되기 때문이다.수소에 50%의 H와 50%의 D를 포함하는 물은 실제로 약 50%의 HDO와 25%의
2 HO와
2 DO를 동적 평형으로 포함하고 있다.일반 물에서는 3,200개 중 약 1분자가 HDO(6,400개 중 1개의 수소가 D의 형태)이며, 중수분자(DO)는
2 4,100만 개 중 약 1분자의 비율로만 발생한다(즉2, 6,400개 중 1개).따라서 반중수 분자는 "순수한" 중수 분자보다 훨씬 더 흔하다.

중산소수

더 무거운 산소 동위원소 O와 O로 농축된 물은 상업적으로도 이용 가능하다.이것은 일반 물보다 밀도가 높기 때문에 "중수"이지만
218
(HO는 DO만큼
2 밀도가 높고
217
, HO는 HO와
2 DO의
2 중간 정도) DO에 특이한 핵 및 생물학적 특성을2 주는 중수소를 포함하지 않기 때문에 중수라고 부르는 경우는 거의 없다.O와 [10]O의 분리가 어렵기 때문에 DO보다 비용이2 많이 든다. 또한218 방사선 의약품 및 방사선 트레이서용 불소-18의 생산과 양전자 방출 단층 촬영에 사용된다.소량의 O와 O는 자연적으로 물 속에 존재하며, 중수를 농축하는 대부분의 과정은 또한 부작용으로 더 무거운 산소 동위원소를 농축합니다.이는 중수가 원자로에서 중성자 감속재로 사용되는 경우 바람직하지 않다. O는 중성자 포획을 거친 후 알파 입자가 방출되어 방사능 C가 생성되기 때문이다.그러나 중산소와 중수소를 모두 포함하는 이중표지수는 비방사능 동위원소 추적자로 유용하다.

수소 원자의 동위원소 변화에 비해 산소의 동위원소 변화는 물리적 [11]특성에 미치는 영향이 작다.

삼중수소수

삼중수소수는 프로튬(1H)이나 중수소(2H) 대신 삼중수소(3H)를 포함하고, 삼중수소 자체가 방사능이기 때문에 삼중수소수도 방사능이다.

물리 속성

물의[12] 등방체의 물리적 특성
소유물 DO2(중수) HDO(반중수) HO2(경수)
녹는점
(표준 압력)		 3.82°C(38.88°F, 276.97K) 2.04 °C (35.67 °F, 275.19 K) 0.0°C(32.0°F, 273.1K)
비등점 101.4 °C (214.5 °F, 374.5 K) 100.7 °C (213.3 °F, 373.8 K) 100.0°C (212.0°F, 373.1K)
STP에서의 밀도(g/mL) 1.1056 1.054 0.9982
최대 밀도의 온도 11.6 °C 검증되지 않았다 3.98 °C[13]
동적 점도(20°C, mPa·s) 1.2467 1.1248 1.0016
표면 장력(25°C, N/m) 0.07187 0.07193 0.07198
융해열(kJ/mol) 6.132 6.227 6.00678
기화열(kJ/mol) 41.521 검증되지 않았다 40.657
pH(25°[14]C에서) 7.44("pD") 7.266 ("pHD") 7.0
pKb(25°[14]C에서) 7.44("pKb2 DO") 검증되지 않았다 7.0
굴절률(20°C, 0.5893μm)[15] 1.32844 검증되지 않았다 1.33335

물과 중수의 물리적 특성은 몇 가지 측면에서 다르다.중수는 주어진 온도에서 경수보다 덜 해리되며, D 이온의 진짜+ 농도는 같은 온도에서 경수 샘플의 H 이온보다+ 작습니다.OD 대 OD의 경우도− 마찬가지입니다. 오이온−.중수의 경우 Kw2 DO(25.0°C) = 1.35 × 10이고−15 중성수의 경우 [D]가+ [OD−]와 같아야 한다.따라서 pKw2 DO = p[OD−] + p[D+] = 7.44 + 7.44 = 14.87 (25.0 °C)이며, 25.0 °C에서 중성 중수의 p[D+]는 7.44이다.

중수의 pD는 일반적으로 pH(pH) 값인 pH 전극을 사용하여 측정되며, 다양한 온도에서 직접 측정된 pHm에서 pD+ = pHa(pHmeter에서 측정된 pHa) + 0.41이 되도록 진정한 산성 pD를 추정할 수 있다.알칼리 상태의 전극 보정은 중수의 경우 0.456입니다.알칼리성 보정은 pD+ = pHa(pH 미터에서 겉보기 판독치) + 0.456이다.이러한 보정은 [16]중수에서 대응하는 p[D+]와 p[OD-]의 차이인 0.44와는 약간 다르다.

중수는 일반 물보다 밀도가 10.6%나 높고, 냉동 시료를 일반 물에 떨어뜨리면 가라앉기 때문에 장비 없이도 중수의 물리적 성질을 확인할 수 있다.물이 얼음처럼 차가우면 무거운 얼음의 높은 녹는 온도도 관찰할 수 있습니다. 즉, 3.7°C에서 녹기 때문에 얼음처럼 차가운 일반 [17]물에서는 녹지 않습니다.

1935년 한 실험에서 [18]일반 물과 중수 사이의 맛에서 "약간 차이"가 없다고 보고되었다.한 연구는 중수가 사람에게 "매우 더 달콤하다"고 결론지었고, TAS1R2/TAS1R3 미각 [19]수용체에 의해 매개된다.증류된 일반수와 중수 중에서 선택할 수 있는 쥐는 냄새에 따라 중수를 피할 수 있었고,[20] 맛이 다를 수 있다.어떤 사람들은 물 속의 미네랄이 맛에 영향을 미친다고 보고하는데, 예를 들어 칼륨은 경수에 단맛을 부여하지만, 미네랄 [21]함량 외에도 물에서 인식되는 맛의 많은 요소들이 있다.

중수에는 경수의 특징적인 파란색이 결여되어 있는데, 이는 경수에서 가시 스펙트럼의 붉은 부분에 약하게 흡수되는 분자 진동 고조파가 적외선으로 전환되어 중수에서 붉은 [22]빛을 흡수하지 못하기 때문이다.

"순수한" 반중수에는 벌크 액체로 불안정하기 때문에 물리적 특성이 나열되지 않습니다.액체 상태에서는, 몇 개의 물 분자가 항상 이온화 상태에 있는데, 이것은 수소 원자들이 다른 산소 원자들 사이에서 교환할 수 있다는 것을 의미합니다.반중수는 이론적으로 화학적 방법을 [further explanation needed]통해 생성될 수 있지만, 그것은 빠르게 경수 25%, 중수 25%, 반중수 50%의 동적 혼합물로 변할 것이다.하지만, 만약 그것이 기체 단계에서 만들어지고 얼음의 형태로 고체, 반중수 속에 직접 퇴적된다면, 안정적일 수 있을 것이다.이는 수증기 분자 간의 충돌이 표준 온도에서 기체 단계에서 거의 무시할 수 있고 결정화되면 고체 [citation needed]얼음의 단단한 격자 구조로 인해 분자 간의 충돌이 완전히 중단되기 때문이다.

역사

미국의 과학자이자 노벨상 수상자인 해롤드 유리는 1931년 중수소를 발견했고 나중에 [23]물에 농축시킬 수 있었다.유리의 멘토 길버트 뉴턴 루이스는 1933년 [24]전기 분해를 통해 최초의 순수 중수 표본을 분리했다.George de Hevesy와 Erich Hofer는 1934년 인체 [25]내 물의 회전율을 추정하기 위해 최초의 생물학적 추적기 실험 중 하나에서 중수를 사용했습니다.초기 핵 실험에서의 대량 생산과 중수 사용의 역사는 다음과 같다.[26]

Emilian Bratu와 Otto Redlich는 1934년에 [27]중수의 자기분리를 연구했다.

생체 시스템에 미치는 영향

화학 원소의 동위원소마다 화학 작용이 조금씩 다르지만, 대부분의 원소의 경우 차이가 너무 작아서 생물학적 영향을 미칠 수 없다.수소의 경우, 화학적 결합 에너지는 핵-전자 시스템의 감소된 질량에 따라 달라지기 때문에 프로튬(경수소), 중수소, 삼중수소 간의 화학적 특성에서 더 큰 차이가 발생한다. 이는 중수소 화합물(수소-산화수소 물질이 가장 일반적인 종)에서 변화한다.다른 화학 원소와 관련된 반복.동위원소 효과는 특히 용매 역할을 할 때 물의 동위원소 영향을 받는 특성 때문에 작은 변화에도 매우 민감한 생물학적 시스템과 관련이 있다.

중수는 일주기 진동 주기에 영향을 미쳐 각 주기의 길이를 지속적으로 증가시킨다.그 효과는 단세포 생물, 녹색 식물, 등각류, 곤충, 새, 쥐, 햄스터에서 입증되었다.메커니즘을 [28]알 수 없습니다.

그들의 임무를 수행하기 위해, 효소는 그들의 3차 구조를 안정시키기 위해 활성 중심과 활성 중심 외부에 있는 수소 결합의 정교하게 조정된 네트워크에 의존합니다.중수소와의 수소 결합은 일반 수소와 관련된 수소 결합보다 약간[29] 강하기 때문에, 고도로 중수소화된 환경에서는 세포 내의 일부 정상적인 반응이 방해된다.

특히 중수에 의해 큰 타격을 받는 것은 진핵생물에서 세포 분열에 필요한 유사분열 방추형성의 섬세한 조립체이다.무거운 물이 진핵세포의 [30][31]분열을 막기 때문에 중수만 주면 식물은 성장을 멈추고 씨앗은 발아하지 않는다.중수소 전지는 더 크고 [32][33]분열 방향을 변형한 것이다.세포막도 변화하여 중수의 충격에 가장 먼저 반응합니다.1972년, 물에서 중수소의 함량이 증가하면 식물의 [34]성장이 감소한다는 것이 입증되었다.중수소 환경의 인공적인 조건에서의 원핵 미생물 성장에 대한 연구는 이 환경에서 물의 모든 수소 원자가 [35][36][37]중수소로 대체될 수 있다는 것을 보여주었다.실험은 박테리아가 98%의 [38]중수에서 살 수 있다는 것을 보여주었다.50%에 마감에 다세포의 유기체에 그러나 몇가지 예외를 제외하고 50%가 결빙에 자랄 수 있switchgrass(Panicum virgatum) 같은 알려져 있지요;Vesicularia(85%가 결빙)dubyana은 식물[40], Funaria hygrometrica(90%가 결빙)은 식물[41],[42]과 nemat의anhydrobiotic 종들은 식물 애기 장대(70%가 결빙)[39]치명적이다.ode Panagrolaimus 신규업버스(거의 100% DO2).[43]핵분열 효모인 Chrisoscaromyces pombe에 대한 중수에 대한 포괄적인 연구는 세포들이 고농도의 [44]중수에서 포도당 대사의 변화와 느린 성장을 보인다는 것을 보여주었다.또한, 세포는 열충격 반응 경로와 세포 무결성 경로를 활성화하였고, 세포 무결성 경로의 돌연변이는 [44]중수에 대한 내성을 증가시켰다.

동물에 미치는 영향

생쥐, 쥐 및 개를[45] 대상으로 한 실험에서 25%의 중수소화 정도가 배우자와 접합자 모두 발달할 수 없기 때문에 불임(때로는 돌이킬 수 없는)을 유발한다는 것이 입증되었습니다.고농도의 중수(90%)는 물고기, 올챙이, 편형동물, 드로소필라를 빠르게 죽인다.유일하게 알려진 예외는 99.9% [43]DO에서2 생존하고 번식할 수 있는 무수생생물 선충 Panagrolaimus 슈퍼버스이다. 포유동물(예를 들어 쥐)은 체내 수분이 [46]약 50%에 육박하는 시점에 중수를 마시고 죽는다.사망 모드는 세포독성 중독(화학요법 등)이나 급성 방사선 증후군(중수소는 방사능이 없지만)과 동일한 것으로 보이며, 일반적으로 세포 분열을 억제하는 중수소의 작용에 기인한다.그것은 일반 세포보다 악성 세포에 더 독성이 있지만, 정기적인 [45]사용을 하기에는 필요한 농도가 너무 높다.화학요법에서 일어날 수 있는 것처럼, 중수소에 중독된 포유류는 골수 기능 부전(출혈과 감염을 발생)과 장내 장벽 기능(설사와 체액 손실을 발생)으로 죽는다.

너무 많은 중수소와 안에 살고 있는 식물과 동물의 문제에도 불구하고, 분열 문제 중수소에 의해 유도되지 않는 박테리아와 같은 원핵 유기체와 전파되 완전히deuterated 조건, 중수소 동위 원소로 세균성 단백질과 DNA의 모든 수소 원자의 대체물로 결과 성장할 수 있다.[45][47]

고등 유기체에서는 무거운 동위원소로의 완전한 치환이 다른 비방사성 무거운 동위원소(탄소-13, 질소-15, 산소-18)로 이루어질 수 있지만, 중수소에 대해서는 이것이 불가능하다.이것은 수소 동위원소 사이의 핵질량 비율의 결과이며, 이는 다른 어떤 [48]원소보다 훨씬 크다.

산화중수소는 붕소 중성자 포획 요법을 강화하기 위해 사용되지만, 이 효과는 중수소의 생물학적 또는 화학적 영향에 의존하지 않고 중성자를 [45]포획하지 않고 중성자를 조절(느린)하는 중수소의 능력에 의존한다.

최근 실험 증거에 따르면 인간 흑색종의 표준 마우스 모델에서 산화중수소(30% 식수 보충제)의 전신 투여가 종양 성장을 억제하는 것으로 나타나며, 이는 세포 스트레스 시그널링의 선택적 [49]유도 및 종양 세포에서의 유전자 발현에 기인한다.

사람의 독성

사람의 체중의 25~50%(즉[50], 체중의 50~75%)를 중수로 대체하려면 매우 많은 양의 중수가 필요하기 때문에, 우발적이거나 고의적인 중수 중독은 실질적으로 무시할 수 없다.중독은 눈에 띄는 독성 효과를 내기 위해 피해자가 며칠 동안 정상적인 수분 섭취 없이 많은 양의 중수를 섭취해야 할 것이다.

중산소 O뿐만 아니라 수 그램 범위의 중수 경구 투여량은 인간 대사 실험에서 일상적으로 사용된다.(이중 라벨의 물 테스트를 참조).약 6,400개의 수소 원자 중 하나가 중수소이기 때문에, 32kg(71lb)의 체수를 가진 50kg의 인간은 보통 5.5g(0.19oz)의 순수한 중수소를 만들기에 충분한 중수소(약 1.1g 또는 0.039온스)를 포함하고 있기 때문에, 대략 이 선량이 체내 중수소의 양을 두 배로 증가시키기 위해 필요하다.

혈압의 감소는 중수 섭취 시 현기증의 발생을 부분적으로 설명할 수 있다.그러나 이 증상은 전정 [51]기능의 변화에 기인할 가능성이 높다.

중수 방사선 오염 혼란

많은 사람들이 중수를 주로 원자로에서의 사용과 연관시키지만, 순수한 중수는 방사능이 아니다.상업용 중수는 천연 삼중수소의 미세한 미량의 존재로 인해 약간의 방사능을 방출하지만, 일반 물의 경우도 마찬가지다.원자력 발전소에서 냉각수로 사용된 중수에는 중수에서 중수소의 중성자 충격의 결과로 삼중수소가 상당히 많이 포함되어 있다. (삼중수소는 대량 섭취 시 건강 위험이다.)

1990년 캐나다 포인트 레프리우 원자력 발전소의 한 직원이 원자로의 1차 열수송 루프에서 중수 샘플(약 반 컵)을 얻어 구내식당 음료수 디스펜서에 실었다.직원 8명이 오염된 물을 마셨다.이 사건은 직원들이 생물학적 소변 샘플을 삼중수소 수치가 높아진 상태로 남겨두기 시작했을 때 발견되었다.관련된 중수의 양은 중수 독성을 유도할 수 있는 수준보다 훨씬 낮았지만, 몇몇 직원은 물에서 [52]삼중수소와 중성자 활성 화학물질로부터 높은 방사선량을 받았다.이는 중수 중독이 아니라 중수 내 다른 동위원소로부터의 방사능 중독이었다.

일부 뉴스 서비스들은 이러한 점들을 구별하는 데 신중하지 않았고, 일부 대중들은 중수가 보통 방사능에 노출되어 있고 실제보다 더 심각한 독성이 있다는 인상을 남겼다.순수한 중수를 정수기에 무기한 사용했다고 해도, 그러한 [53]공급원으로부터 하루 식수의 25% 이상을 얻을 수 있는 직원은 없을 것으로 예상되기 때문에, 사건이 감지되거나 피해를 입힐 가능성은 높지 않습니다.

생산.

지구에서, 중수소수인 HDO는 3,200개 중 약 1분자의 비율로 일반 물에서 자연적으로 발생합니다.수소 원자 6400개 중 1개가 중수소로 무게(수소 중량)로 따지면 3200개 중 1개다.HDO는 증류나 전기 분해 및 다양한 화학 교환 과정을 통해 일반 물과 분리될 수 있으며, 이 모든 과정은 운동 동위원소 효과를 이용한다.특정 증발 [54]조건 하에서 자연 수역에서도 부분 농축이 발생합니다.(물 속 중수소의 동위원소 분포에 대한 자세한 내용은 비엔나 표준 평균 해양수를 참조하십시오.)이론적으로는 중수용 중수소가 원자로에서 생성될 수 있지만 일반 물과의 분리가 가장 저렴한 대량 생산 공정이다.

두 수소 동위원소 간의 질량 차이는 영점 에너지의 차이로 해석되며, 따라서 반응 속도의 약간의 차이로 해석됩니다.일단 HDO가 물의 중요한 부분이 되면, 물 분자가 수소 원자를 매우 자주 거래하기 때문에 중수는 더 널리 퍼진다.증류 또는 전기 분해를 통해 순수한 중수를 생산하려면 많은 양의 스틸 또는 전기 분해 챔버가 필요하며 많은 양의 전력을 소비하므로 일반적으로 화학적 방법이 선호됩니다.

중수를 생산하기 위한 가장 비용 효율적인 공정은 Karl-Hermann Geib와 Jerome S가 병렬로 개발한 이중 온도 교환 황화물 공정(Gearler sulfide 공정으로 알려져 있음)입니다. 1943년 [55]스페백입니다

그레이엄 M에 의해 특허를 받은 대체 공정.[56]Keyser는 레이저를 사용하여 중수소화된 플루오르화수소(불화수소)를 선택적으로 분리하여 물리적 방법으로 분리할 수 있습니다.이 공정의 에너지 소비량은 Gearler sulfide 공정보다 훨씬 적지만, 이 방법은 현재 필요한 하이드로플루오로카본 조달 비용으로 인해 비경제적입니다.

이미 언급한 바와 같이, 현대의 상업용 중수는 거의 보편적으로 산화중수소라고 불리며 판매된다.98% 농축에서 99.75–99까지 다양한 순도로 판매되는 경우가 많습니다.98%의 중수소 농축(원자로 등급)과 때로는 더 높은 동위원소 순도.

아르헨티나

아르헨티나는 스위스 술저사가 공급하는 암모니아/수소 교환 기반 공장을 사용하는 중수 생산국이다.또한 캐나다, 독일, 미국 및 기타 국가에 대한 주요 수출국이다.아로이토에 있는 중수 생산 시설은 세계 최대의 중수 생산 시설이다.아르헨티나는 단열 암모니아-수소 동위원소 교환 [57][58][59][60][61]방법을 사용하여 연간[timeframe?] 200톤(180톤)의 중수를 생산한다.

소비에트 연방

1939년 10월, 소련의 물리학자 야코프 보리소비치 젤도비치와 율리 보리소비치 카리톤은 천연 우라늄 원자로의 유일한 실행 가능한 조정기는 중수와 탄소라는 결론을 내렸고, 1940년 8월 게오르기 플라이오로프와 함께 러시아 과학 아카데미에 15톤의 중수가 필요하다는 계산 계획을 제출했다.원자로를 설치하다당시 소련에는 우라늄 광산이 없어 아카데미 청년들이 레닌그라드 사진점으로 보내져 질산우라늄을 구입했지만 1941년 바르바로사 작전 당시 독일군이 침공하면서 중수 프로젝트가 전면 중단됐다.

1943년까지, 소련의 과학자들은 중수에 관한 모든 과학 문헌이 서양에서 사라졌다는 것을 발견했는데, Flyorov는 편지에서 [62]소련 지도자인 Joseph Stalin에게 경고했고, 그 때 그 나라 전체에는 중수가 2~3kg밖에 없었다.1943년 말 미국의 소련 구매위원회가 중수 1kg과 1945년 2월 추가로 100kg을 조달했고, 제2차 세계대전이 끝나자 NKVD가 이 프로젝트를 인수했다.

1946년 10월 러시아 알소족의 일부로서 NKVD는 전쟁 중 중 중수 생산에 종사했던 독일 과학자들을 독일에서 소련으로 추방했다.이 중에는 황화 거들러 [63]공정의 발명가 카를 헤르만 게이브도 포함되어 있다.이 독일 과학자들은 1948년까지 [55][64]많은 양의 중수를 생산하기 위해 건설한 공장과 함께 모스크바의 물리 화학 연구소의 독일 물리 화학자 Max Volmer의 감독 하에 일했다.

미국

맨해튼 프로젝트 기간 동안 미국은 P-9 프로젝트의 일환으로 3개의 중수 생산 공장을 웨스트버지니아주 모간타운 인근의 모간타운 군수공장, 다나와 인디애나주 뉴포트 인근의 와바시 강 군수공장, 그리고 앨라배마 군수공장 및 실러스에 가까운 앨라배마 군수공장과 어린이 공장,캐나다 브리티시컬럼비아주 트레일 코밍코 공장에서도 중수가 입수됐다.시카고 파일 3호 실험용 원자로는 감속재로 중수를 사용했고 1944년에 임계 상태가 되었다.이 3개의 국내 생산 공장은 약 20,000톤의 제품을 [citation needed]생산한 후 1945년에 문을 닫았다.와바시 공장은 1952년에 중수 생산을 재개했다.

1953년 미국은 사바나 강 현장의 플루토늄 생산 원자로에 중수를 사용하기 시작했다.5기의 중수형 원자로 중 첫 번째 원자로는 1953년에 가동되었고, 마지막 원자로는 1996년에 냉간 가동이 중단되었다.SRS 원자로는 중수로였기 때문에 미국의 핵무기 프로그램을 위한 플루토늄과 삼중수소 모두를 생산할 수 있었다.

미국은 1945년 인디애나 주 다나 공장과 1952년 사우스캐롤라이나 주 사바나 리버 공장에서 대규모로 처음 시연된 황화 거들러 화학 교환 공정을 개발했다.듀퐁은 1989년 4월 1일까지 USDOE의 SRP를 운영하다가 웨스팅하우스가 인수했다.

인도

인도는 중수위원회를 [65]통해 세계에서 가장 큰 중수 생산국 중 하나이다.그것은 한국, 중국,[66][67] 미국을 포함한 여러 나라에 중수를 수출한다.

일본 제국

1930년대 오스트리아 화학자 프리츠 요한 한스기르크가 대일본제국을 위해 시범공장을 건설한 사실이 미국과 소련에 의해 의심받아 그가 발명한 [68]새로운 공정을 이용해 중수를 생산하도록 일본 북부를 지배했다.

노르웨이

주요 기사:노르웨이 중수 파괴 행위
Norsk Hydro에서 만든 "중수

1934년, Norsk Hydro는 Tinn의 Vemork에 최초의 상업용 중수 공장을 건설했고, 결국 하루에 [69]4킬로그램(8.8파운드)을 생산했습니다.1940년부터 2차 세계대전 내내, 이 발전소는 독일의 통제 하에 있었고 연합군은 독일의 핵무기 개발을 막기 위해 이 발전소와 중수를 파괴하기로 결정했다.1942년 말, 영국 공수부대에 의한 신입생 작전이라고 불리는 계획된 공습은 실패했고, 두 개의 글라이더가 충돌했다.침입자들은 추락으로 죽거나 독일군에 의해 처형되었다.

1943년 2월 27일 밤, 거너사이드 작전은 성공했다.노르웨이 특공대와 현지 저항군은 공장 [70]배수구에 축적된 중수를 흘려보냄으로써 작지만 중요한 전해조 부분을 파괴하는 데 성공했다.

1943년 11월 16일 연합군은 400개 이상의 폭탄을 그 장소에 투하했다.연합군의 공습으로 나치 정부는 안전을 위해 사용 가능한 모든 중수를 독일로 이동시켰다.1944년 2월 20일 노르웨이 빨치산 한 명이 틴 호수를 가로질러 중수를 실은 여객선 M/F 하이드로호를 침몰시켜 14명의 노르웨이 민간인의 목숨을 앗아갔으며, 대부분의 중수는 유실되었을 것으로 추정된다.일부 통은 절반밖에 채워지지 않아 떠 있을 수 있었고, 인양되어 독일로 운송되었을 수도 있다.

최근 Norsk Hydro의 생산 기록 조사와 2004년 인양된 온전한 배럴 분석 결과, 이 수송품의 배럴에는 알칼리 전해 정제 과정을 나타내는 pH 14의 물이 포함되었지만 고농도의 [71]DO는2 포함되지 않은 것으로 밝혀졌다.겉보기에는 선적 규모였지만, 순수 중수의 총량은 상당히 적었고, 대부분의 배럴에는 순수 중수가 0.5-1%밖에 들어 있지 않았습니다.독일은 원자로를 가동시키기 위해 총 5톤의 중수가 필요했을 것이다.그 명세서는 독일로 운반되는 중수가 겨우 반 톤밖에 되지 않았다는 것을 분명히 보여주었다.하이드로호는 핵무기 [71]제조에 필요한 10톤 이상의 플루토늄은 말할 것도 없고 한 원자로에 비해 중수가 너무 적었다.독일의 핵무기 프로그램은 맨하탄 프로젝트보다 훨씬 덜 발전되었고 나치 독일에 건설된 어떤 원자로도 임계치에 근접한 적이 없었다.아무리 많은 양의 중수가 있어도 그것은 변하지 않았을 것이다.

이스라엘은 1959년 디모나 원자로에 노르웨이산 중수를 판매한 것을 인정했다.루마니아와 독일을 이용한 재수출을 통해 인도도 노르웨이 [72][73]중수를 사용했을 것이다.

스웨덴

2차 세계대전 당시 스웨덴 융가베르크에 있는 포스팻볼라제트는 연간 2300리터의 중수를 생산했다.그 후 중수는 [74]독일과 미국의 맨해튼 프로젝트에 그램당 1,40 SEK의 가격에 팔렸다.

캐나다

캐나다는 맨해튼 프로젝트에 대한 기여의 일환으로 1943년 [75]가동을 시작한 브리티시컬럼비아 주 트레일(Trail)에 매달 1,000파운드(450kg)에서 1,200파운드(540kg)의 전해 중수 공장을 건설 및 운영했습니다.

전력 원자로의 원자력 유한회사(AECL) 설계에서는 중성자 감속재 및 냉각수 역할을 하기 위해 많은 양의 중수가 필요하다.AECL은 캐나다 대서양 글레이스 베이, 노바스코샤(Deuterium of Canada) 및 노바스코샤 포트 호크스베리(General Electric Canada)에 중수 플랜트 2개를 주문했다.이들 공장은 설계, 시공 및 생산상의 중대한 문제를 안고 있는 것으로 판명되었습니다.그 결과, AECL은 Bruce 중수 공장을 건설했습니다.44°11 hydro07nN 81°214242wW / 44.1854°N 81.3618°W / 44.1854; -81.3618 (브루스 중수 플랜트)[76] (나중에 온타리오 하이드로 매각), 향후 발전소에 대한 중수 공급 신뢰성 확보.두 개의 노바스코샤 공장은 1985년 생산이 불필요하다는 것이 판명되면서 문을 닫았다.

온타리오에 있는 브루스 중수 플랜트(BHWP)는 최고조에 달했을 때 연간 1600t의 생산능력을 가진 세계 최대 규모의 중수 플랜트였다(풀 플랜트당 연간 800t, 풀가동 가능한 2개의 플랜트).중수를 생산하기 위해 황화 거들러 공정을 사용했고, 중수 1톤을 생산하기 위해 34만톤의 급수가 필요했다.그것은 중수 발전소에 열과 전력을 공급하는 8개의 CANDU 원자로가 포함된 복합 시설의 일부였다.현장은 휴런 호숫가에 있는 온타리오주 티버튼 인근의 더글러스 포인트/브루스 원자력 발전소에 위치해 있으며, 그곳에서 오대호의 [77]물에 접근할 수 있었다.

AECL은 1969년에 최초의 BHWP 유닛(BHWP A)의 건설 계약을 체결했습니다.BHWP A의 커미셔닝은 1971년부터 1973년까지 온타리오 하이드로(Ontario Hydro)에 의해 이루어졌으며, 발전소는 1973년 6월 28일에 가동되기 시작했으며, 설계 생산 능력은 1974년 4월에 달성되었다.BHWP A의 성공과 앞으로 계획될 CANDU 원자력 발전소 건설 프로젝트에 많은 양의 중수가 필요하기 때문에 온타리오 하이드로는 브루스 현장에 세 개의 중수 생산 공장(BHWP B, C, D)을 추가로 가동시켰다.처음 두 공장은 계획보다 훨씬 효율이 높았고, CANDU 건설 프로젝트 수가 당초 계획보다 크게 줄어들어 BHWP C&D 건설이 취소되었다.1984년에 BHWP A는 셧다운되었다.1993년까지 온타리오 하이드로는 예상된 모든 국내 수요를 충족하기에 충분한 중수를 생산하였다(중수 사용 및 재활용 효율 개선으로 인해 예상보다 낮음). 그래서 BHWP B 용량의 절반을 폐쇄하고 철거하였다. 나머지 용량은 중수 수요를 충족시키기 위해 계속 가동되었다.er 1997년에 영구히 폐쇄될 때까지 수출은 계속 중단되었고, 그 후 공장은 점차 해체되었고 [78][79]현장은 정리되었다.

AECL은 현재 중수를 생성하기 위한 보다 효율적이고 환경 친화적인 다른 과정을 연구하고 있다.1970년대와 1980년대에 [79]중수가 각 CANDU 발전소의 총 자본 비용의 약 15-20%를 차지했기 때문에 이는 CANDU 원자로와 관련이 있다.

이란

1996년부터 아라크 [80]근처의 콘다브에 중수 생산 공장이 건설되고 있었다.2006년 8월 26일, 아마디네자드 이란 대통령은 이란의 중수 발전소 확장을 개시했다.이란은 중수 생산 시설이 2009년 [81][82]완공 예정이었던 40MW급 연구용 원자로와 함께 가동될 것이라고 시사했다.

이란은 2011년 초 처음으로 [83]중수소화 용제를 생산했다.

IR-40의 노심은 2015년 7월 원자력협정에 따라 재설계될 예정이다.

이란은 130t(140쇼트t)의 [84]중수만 저장할 수 있다.이란은 할당량을 초과해 과잉 생산을 하고 있어 세계 3위의 중수 [85][86]수출국이다.

파키스탄

펀자브주 쿠샤브에 있는 50MWth 중수 및 천연 우라늄 연구용 원자로는 파키스탄의 첨단 소형 탄두(즉, 핵 무기)용 플루토늄, 중수소 및 삼중수소 생산 프로그램의 핵심 요소이다.파키스탄은 두 독일 [87]기업으로부터 삼중수소 정제 및 저장 시설과 중수소와 삼중수소 전구 물질을 획득하는 데 성공했다.

기타 국가

루마니아는 현재 폐업한 드로베타 거들러 황화공장에서 국내외용으로 [88]중수를 생산해 왔다.

프랑스는 1950년대와 1960년대에 [citation needed]작은 공장을 운영했다.

동아프리카 [89]탕가니카 호수의 저농도에는 중수가 고농도로 존재한다.유사한 림놀로지를 가진 호수에는 유사한 높은 농도가 존재할 가능성이 높지만, 이는 4% 농축(24 대 28)[90]에 불과하며, 지표수는 일반적으로 더 빠른
2 HO 증발로 훨씬 더 많은 양의 DO를
2 농축한다.

적용들

핵자기 공명

핵자기공명분광학에서는 핵종이 수소일 경우 물을 용매로 사용할 때 산화중수소를 사용한다.이는 경수(1HO2) 용매 분자의 신호가 용해된 관심 분자의 신호를 방해하기 때문입니다.중수소는 자기 모멘트가 다르기 때문에 수소-1 공진 주파수에서 H-NMR 신호에 기여하지 않습니다.

일부 실험에서는 화합물, 즉 분자 내 일부 위치에서 쉽게 H 이온으로 교환할+ 수 있는 수소를 식별하는 것이 바람직할 수 있습니다.DO 셰이크라고도2 하는 DO를 추가하면2 유연한 수소가 교환되어 중수소(2H) 원자로 대체됩니다.분자의 이러한 위치는 H-NMR 스펙트럼에 나타나지 않는다.

유기화학

산화중수소는 유기화합물의 특이적으로 라벨이 부착된 동위원소를 제조하기 위한 중수소의 공급원으로 종종 사용된다.예를 들어 케톤성 카르보닐기에 인접한 C-H 결합은 산 또는 염기 촉매 작용을 이용하여 C-D 결합으로 치환할 수 있다.디메틸술폭시드 및 요오드화메틸로 이루어진 요오드화트리메틸을 산화중수소로부터 재결정화한 후 해리시켜 요오드화메틸 및 요오드화디메틸을 재생시킬 수 있다.중수소와 삼중수소에 의한 특정 이중 라벨링이 고려되는 경우, 연구원은 나이와 기원에 따라 산화중수소가 일부 삼중수소를 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다.

적외선 분광법

용액에서 단백질의 FTIR 스펙트럼을 수집할 때 물 대신 산화중수소를 사용하는 경우가 많다.HO는2 단백질의 아미드 I 영역과 겹치는 강한 띠를 만든다.DO로부터의2 대역은 아미드 I 영역으로부터 멀어집니다.

중성자 감속재

중수는 중성자 감속재 역할을 하는 특정 유형의 원자로에서 사용되며, 중성자는 핵분열하지 않고 중성자를 포획하는 우라늄-238보다 핵분열성 우라늄-235와 반응할 가능성이 높다.CANDU 리액터는 이 설계를 사용합니다.경수는 감속재 역할도 하지만 경수는 중수보다 중성자를 더 많이 흡수하기 때문에 경수를 원자로 감속재로 사용하는 원자로는 천연 우라늄이 아닌 농축 우라늄을 사용해야 하며 그렇지 않으면 임계값이 불가능하다.구소련의 RBMK 원자로와 같은 구식 전력 원자로의 상당 부분은 냉각에는 일반 물을 사용하고 감속재로 흑연을 사용하여 건설되었다.하지만, 발전소의 흑연 위험(부분적으로 체르노빌 참사로 이어진 흑연 화재)은 표준 원자로 설계에서 흑연의 중단을 초래했다.

중수로는 우라늄 농축이 필요 없기 때문에 핵 [citation needed]확산에 있어 더욱 우려되는 부분이다.연료에서 플루토늄을 화학적으로 분리하는 것이 천연 우라늄에서 U-235를 동위원소 분리하는 것보다 쉽기 때문에 플루토늄의 사육과 추출은 비교적 빠르고 저렴한 핵무기 제조 경로가 될 수 있다.현재와 과거의 핵무기 국가 중 이스라엘, 인도, 북한은[91] 천연우라늄을 연소하는 중수로에서 플루토늄을 처음 사용했고, 중국, 남아프리카, 파키스탄은 고농축우라늄을 사용해 무기를 처음 만들었다.

나치 핵 프로그램은 현대 맨해튼 프로젝트보다 더 겸손한 수단으로 운영되고 많은 주요 과학자들에 의해 방해를 받았다(많은 과학자들이 결국 맨해튼 프로젝트에서 일하게 됨), 계속되는 내분, 그리고 불순물의 효과를 인식하지 못했기 때문에 흑연을 감속제로 잘못 치부했다.es. 우라늄의 동위원소 분리가 너무 큰 장애물로 간주되어 중수가 잠재적 감속재로 남게 되었다.또 다른 문제는 선전이 유대 물리학으로 치부된 것에 대한 이념적 혐오와 1933년 이전부터 열성적인 나치를 지지해 온 사람들과 미틀뢰퍼이거나 저자세를 유지하려는 사람들 사이의 불신이다.앞서 언급한 내분뿐만 아니라 연합군의 파괴 공작과 특공대(당시 세계 최대의 중수 생산국)에 대한 공습으로 인해, 독일 핵 프로그램은 전쟁이 끝날 때까지 충분한 양의 우라늄과 중수를 보유하고 있음에도 불구하고 임계치를 달성하기 위해 한 곳에 충분한 양의 우라늄과 중수를 모을 수 없었다.

그러나 미국에서는 최초의 실험용 원자로(1942년)와 트리니티 실험용 플루토늄을 생산한 맨해튼 프로젝트 핸포드 생산 원자로와 팻맨 폭탄은 모두 일반 수냉 파이프와 결합된 순수 탄소(흑연) 중성자 감속기를 사용했다.그들은 농축 우라늄도 중수도 사용하지 않았다.러시아와 영국의 플루토늄 생산도 흑연 감속로를 사용했다.

CANDU 또는 Atucha 설계와 같은 민간 중수로가 군사 핵분열성 물질을 생산하기 위해 사용됐다는 증거는 없다.아직 핵무기를 보유하지 않은 국가에서는 이러한 시설의 핵물질은 IAEA의 안전조치 하에 있어 어떠한 전환도 막을 수 있다.

핵무기 프로그램에 사용할 수 있는 잠재력 때문에 여러 국가에서 대량의 공업용 중수 보유 또는 수출입은 정부의 통제를 받는다.중수 및 중수 생산 기술 공급자는 일반적으로 IAEA(국제원자력기구)가 관리하는 안전장치와 물질 회계를 중수에 적용한다(호주에서는 1987년 핵확산금지법).미국과 캐나다에서는 화학 공급 딜러와 전 세계 주요 생산업체인 온타리오 하이드로(Ontario Hydro)와 같은 상업 회사를 통해 특별한 면허 없이 비공업용 중수(g-kg 범위)를 일상적으로 구할 수 있다.

중성미자 검출기

온타리오주 서드베리에 있는 서드베리 뉴트리노 천문대(SNO)는 캐나다 원자력 유한공사(Atomic Energy of Canada Limited)로부터 1,000톤의 중수를 빌려 사용하고 있다.중성미자 검출기는 광산의 지하 6,800피트(2,100미터)에 위치하여 우주선에 의해 생성된 뮤온으로부터 광산을 보호한다.SNO는 태양에서 핵융합에 의해 생성된 전자형 중성미자가 지구로 오는 길에 다른 종류의 중성미자로 변할 수 있는지에 대한 질문에 답하기 위해 만들어졌습니다.SNO는 전자형 중성미자가 중수소의 중성자와 대전 전류(CC) 상호작용을 거치면서 물 속의 체렌코프 방사선을 검출해 양성자와 전자로 바꾼다.

SNO는 또한 중성미자가 전자에 에너지를 전달하는 중성미자 전자 산란(ES) 이벤트를 감지하여 CC 이벤트와 구별되는 체렌코프 방사선을 생성한다.이 두 가지 반응 중 첫 번째 반응은 전자형 중성미자에 의해서만 생성되고, 두 번째 반응은 모든 중성미자 맛에 의해 발생할 수 있다.왜냐하면 neutrinos[92]의 모든 3"맛"(종류)반응는 중수소 핵(중양자)에서 어떤 종류(전자, 뮤온, 또는 tau)의 뉴트 리노 산란 세번째 유형도 neutrino-disintegration이 느슨하게 묶여deut를 해산시키기 위해 충분한 에너지 양도 검출될 수 있는 중수소의 사용은 SNO 기능에 중요하다.ero중성 전류(NC) 상호작용을 통해 자유 중성자와 양성자로 변환한다.

이 현상은 NaCl에서 존재하는 자유 중성자가− Cl에 의해 중수에 의도적으로 용해되어 특징적인 포획 감마선의 방출을 야기할 때 검출된다.따라서, 이 실험에서, 중수는 체렌코프 방사선을 생성하고 시각화하는 데 필요한 투명한 매체를 제공할 뿐만 아니라, 이 반응으로부터 자유 중성자를 보존하기 위한 비흡수성 감속재 매질뿐만 아니라, 그들이 쉽게 d에 의해 흡수될 때까지 외래 mu형(μ)과 타우(θ) 중성미자를 검출할 수 있는 중수소를 제공한다.검출된 중성자 활성 동위원소.

생리학 및 생물학에서의 대사율 테스트

주요 기사:이중 라벨 물 시험

중수는 정상 활동을 하는 인간과 동물에서 평균 대사율의 공통적이고 안전한 시험을 위해 HO와의218 혼합물의 일부로 사용된다.

삼중수소 생산

다음 항목도 참조하십시오.삼중수소 δ 중수소

삼중수소는 자가 전력 조명과 제어 핵융합에서 활성 물질이며, 자동 방사선 촬영과 방사능 라벨링을 포함한 다른 용도이다.그것은 또한 핵분열 무기와 개시자를 증가시키기 위한 핵무기 설계에도 사용된다.삼중수소는 안정적이지만 희귀 헬륨 동위원소인 헬륨-3으로 베타 붕괴를 겪는다.일부 삼중수소는 중수소가 중성자를 포획할 때 중수 감속 원자로에서 생성된다.이 반응은 (단일 중성자 포획 사건의 확률) 단면이 작고 삼중수소 유출의 환경 위험을 줄이기 위해 몇 년마다 감속재로부터 삼중수소를 청소하는 것을 정당화하기에 충분하지만, 적은 양의 삼중수소만 생성한다.헬륨-3이 중수 또는 삼중수소수의 성분보다 포획 단면이 훨씬 높은 중성자 독이기 때문에 중수 중성자 감속재 또는 삼중수소 생산 대상에서의 축적은 최소한으로 유지해야 한다.

이런 방식으로 많은 삼중수소를 생산하려면 매우 높은 중성자속 또는 핵연료에 대한 중수 비율이 매우 높고 다른 원자로 물질에 의한 중성자 흡수가 매우 낮은 원자로가 필요하다.삼중수소는 화학적 분리만 필요한 리튬-6 (현재 방법)에서 생산되는 것과 달리 훨씬 더 많은 양의 중수소에서 동위원소 분리에 의해 회수되어야 한다.

중수소의 열중성자 흡수단면은 0.52밀리바른(5.2×10m−322, 1축=10m−282)이며 산소-16과 산소-17은 각각 0.19밀리바른, 0.24밀리바른이다.17O는 천연산소의 0.038%를 차지하여 전체 단면이 0.28밀리바른이 된다.따라서 자연산소와 함께 하는 DO에서는2 중성자 포획의 21%가 산소에 있으며, O에 중성자 포획을 통해 O가 축적될수록 더 높아진다.또한 O는 중성자 포획 시 알파 입자를 방출하여 방사성 탄소-14를 생성할 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

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