آب سنگین یا دوتریوم اکسید یا D2O نوعی از آب است که بجای اتم هیدروژن معمولی، که بیشتر هیدروژن را در آب عادی تشکیل می‌دهد ، دوتریوم یا هیدروژن سنگین دارد.
جرم دوتریوم دو برابر جرم هیدروژن معمولی است.
بنابراین وزن مولکولی آب سنگین ۲۰ است در حالی که وزن مولکولی آب عادی ۱۸ است.
وجود ایزوتوپ سنگین‌تر هیدروژن باعث می‌شود دوتریوم اکسید خواص اتمی متفاوتی داشته باشد. و افزایش جرم هم باعث می‌شود خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی از آب عادی داشته باشد.
دوتریوم اکسید رادیواکتیو نیست و در حالت خالص چگالی آن ۱۱٪ بیشتر از آب عادی است.
این فرم آب اولین بار در سال ۱۹۳۲ چند ماه بعد از کشف دوتریوم تولید شد.
با کشف شکافت هسته‌ای در اواخر سال ۱۹۳۸ و نیاز به آرام کننده نوترونی که تعداد اندکی نوترون جذب می‌کرد، D2O یکی از پایه‌های اساسی تحقیقات انرژی اتمی شد.
از آن زمان آب سنگین جز ضروری برخی انواع راکتورها شد.
هم راکتورهایی که نیرو تولید می‌کنند هم آن‌هایی که برای سلاح‌های هسته‌ای ایزوتوپ تولید می‌کنند.
آب سخت، آبی است که میزان زیادی نمک‌های معدنی کلسیم و منیزیم دارد. آب سخت را با آب سنگین اشتباه نگیرید.
آب سنگین چه کاربردهایی دارد؟
رزونانس مغناطیسی هسته‌ای:
دوتریوم اکسید یا D2O در طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای به کار می‌رود. هنگامی که از آب به عنوان حلال استفاده می‌شود و نوکلید مورد نظر هیدروژن است.
شیمی آلی:
دوتریوم اکسید به عنوان منبعی از دوتریوم برای اماده سازی ایزوتوپولوگ‌های مشخص مواد آلی به کار می‌رود.
آرام سازی نوترون:
دوتریوم اکسید در برخی انواع راکتورها استفاده می‌شود.و در آن‌ها به عنوان آرام کننده نوترون عمل می‌کند تا نوترون‌ها را کُندتر کند. و به این ترتیب امکان واکنش دادن آن‌ها با ماده شکاف پذیر اورانیوم-۲۳۵ بیشتر از امکان واکنش آن با اورانیوم-۲۳۸ می‌شود که نوترون کم‌تری هنگام واکنش زنجیره‌ای شکافت هسته‌ای جذب می‌کند.
آب سبک هم به عنوان ارام کننده استفاده می‌شود.اما به دلیل اینکه نوترون بیشتری جذب می‌کند، راکتورهایی که از آب سبک استفاده می‌کنند باید بجای اورانیوم طبیعی از اورانیم غنی شده به کار ببرند. در غیر این صورت رسیدن به جرم بحرانی غیر ممکن است.
آشکارگر نوترینو:
رصدخانه نوترینوی سادبری در انتاریو از ۱۰۰۰ تن دوتریوم اکسید استفاده می‌کند.
این رصدخانه برای پاسخ به این پرسش که آیا نوترینوهای الکترون که از هم‌جوشی در خورشید تولید می‌شوند، ممکن است هنگام رسیدن به زمین تبدیل به انواع دیگری از نوترینو شوند.
استفاده از دوتریوم برای فعالیت این رصدخانه ضروری است.
آب سنگین چگونه تولید می‌شود؟
بر روی کره زمین، از هر ۳۲۰۰ مولکول آب نیمه عادی یکی آب نیمه سنگین است.
به این معنی که از هر ۶۴۰۰ اتم هیدروژن یکی هیدروژن سنگین یا دوتریوم است.
آب نیمه سنگین ممکن از با روش‌هایی مانند تقطیر یا الکترولیز یا واکنش‌هاش شیمیایی از آب عادی جداسازی شود.
از لحاظ تئوری دوتریوم مورد نیاز برای تولید D2O می‌تواند در رآکتورها تولید شود. اما جداسازی ان از اب عادی کم هزینه‌تر است.تولید دوتریوم اکسید در ایران:
تاسیسات تولید آب سنگین اراک در ایران در سال ۱۳۷۷ به دست تاسیس درآمد و در سال ۱۳۸۵ به بهره‌برداری رسید.
ایران تنها اجازه اجاره ۱۳۰ تن آب سنگین را دارد. از این رو اضافات تولید اب سنگین خود را صادر می‌کند.
ایران سومین صادرکننده بزرگ آب سنگین در جهان است.
آب سنگین چه تاثیراتی بر سیستم‌های بیولوژیکی دارد؟
ایزوتوپ‌های مختلف عناصر، رفتارهای شیمیایی مختلفی دارند. اما این اختلاف اکثرا بسیار ناچیز است.
هرچند این اختلاف‌ها در سیستم‌های بیولوژیکی بسیار مشهود هستند.
باکتری‌ها می‌توانند در اب سنگین ۹۸٪ زندگی کنند. اما تراکم بالای ۵۰٪ تمام گیاهان را از بین می‌برد.
آزمایش‌ها بر روی موش و سگ نشان داده است که دوتریشن ۲۵٪ می‌تواند باعث عقیم سازی این حیوانات شود.
تراکم‌های بالای آب سنگین همچنین ماهی‌ها، نوزاد قورباغه و کرم‌های پهن را را جا می‌کشند.
پستانداران بعد از نوشیدن دوتریوم اکسید برای یک هفته هنگامی که دوتریشن بدنشان به ۲۵٪ رسیده می‌میرند.
اما اگر آب سنگین بنوشیم چه اتفاقی برای ما می‌افتد؟
D2O به تنهایی رادیواکتیو نیست. و از آن جایی که به میزان خیلی زیادی دوتریوم اکسید نیاز است تا ۲۵٪ تا ۵۰٪ آب طبیعی بدن، با دوتریوم اکسید جایگزین شود.
مسمومیت عمدی یا غیر عمدی با آن بسیار بعید و تقریبا غیر ممکن است.
با این حال اگر به مقدار کافی از ان بنوشید، واکنش‌های بیوشیمیایی سلول‌های شما تحت تاثیر تفاوت جرم اتم‌های هیدروژن آن قرار می‌گیرند.
خوردن یک لیوان آب سنگین خطری ندارد. اما اگر میزان بیشتری از آن بنوشید ممکن است دچار حالت سرگیجه شوید.
این سرگیجه به این دلیل به وجود می‌آید که تفاوت چگالی بین اب عادی و آب سنگین، چگالی مایع گوش درونی شما را تغییر می‌دهد.
