EKSTRAKCIJA TEŠKE VODE

1. EKSTRAKCIJA TEŠKE VODE DEUTERIJ

2. OPĆENITO O TEŠKOJ VODI • Teška voda je slobodan naziv koji se najčešće odnosi na deuterijev oksid, D2O ili 2H2O. Njene fizičke i kemijske osobine su veoma slične osobinama lake vode, H2O. Vodikovi atomi u molekulu potiču od težeg izotopa, deuterija, čija atomska jezgra pored jednog protona (koji čini atomsku jezgru lakog vodika) sadrži i jedan neutron. Dodatni neutron udvostručuje masu jezgre što dovodi do relativno velikog izotopskog efekta što se očituje u promjeni fizičkih i kemijskih osobina vode. • Uvjek kada postoji smjesa izotopa vodika nastaje poluteška voda, HDO, jer se između molekula vode tijekom protoka odvija brza izmjena vodika pa se prvobitini, H2O i D2O vrlo brzo preobrate u HDO. Voda koja sadrži 50% H i 50% D u stvari sadrži 50 % HDO i po 25 % H2O i D2O, koji su u dinamičkoj ravnoteži. • Tešku vodu ne treba mješati sa tvrdom vodom ili tricijevom vodom. (Tricijeva voda sadrži treći izotop vodikatricij.

3. SHEMA STVARANJA MOLEKULE TEŠKE VODE

4. FIZIKALNE OSOBINE TEŠKE VODE NAPREMA LAKOJ VODI

5. Teška voda se ponekad upotrebljava kao moderator u nuklearnim reaktorima. Njezin posao je da u uspori neutrone na niže energetske razine kod kojih će biti vjerojatnija fisija urana 235. Isti posao može obaviti i lagana (normalna) voda međutim teška voda je idealna jer lakše “upija” neutrone. Kod reaktora koji koriste normalnu vodu mora se upotrebljavati obogaćeni uran 235 dok se kod teške vode može upotrijebiti normalni prirodni uran (ne mora se obogaćivati). VAGANJE TEŠKE (lijevo) I LAGANE VODE

6. NUKLEARNI REAKTOR SA TEŠKOM VODOM

7. Tijekom drugog svjetskog rata nacistička Njemačka je pokušala napraviti nuklearni reaktor a potom i atomsku bombu. • Da bi to napravila trebala im je teška voda iz razloga zato jer nisu mogli napraviti postrojenja za obogaćivanje urana da bi postigli fisiju na nižim energetskim razinama jer je taj projekt bio zadnja rupa na svirali nacističkim vođama, dok je teška voda mogla omogućiti tu istu fisiju sa neobogaćenim uranom što bi isključilo samo obogaćivanje urana. Na svu sreću nisu uspjeli zahvaljujući Finskom pokretu otpora. • POSTROJENJE ZA EKSTRAKCIJU TEŠKE VODE U FINSKOJ

8. SAMA UNUTRAŠNJOST POSTROJENJA

9. EKSTRAKCIJA TEŠKE VODE • Teška voda je vrijedan nusprodukt elektrolize vode pri kojoj se dobiva vodik i kisik. • Dobro je poznato da kod elektrolize vode čime sedobiva vodik i kisik, omjer deuterija naprema vodiku u plinu koji nastaje na katodi je manji nego u elektrolitima ,stoga ima za posljedicu da se u elektrolitima deuterij nakuplja te njegove vrijednosti dosežu nekoliko puta veće količine nego u običnoj vodi. Prema tome teška voda se može dobiti običnom elektrolizom vode kroz nekoliko koraka (njih 17). • Količina deuterija koji se može ekstraktirati doseže do 70% no cijela voda koja se koristi mora proći elektrolizu dva puta što je vrlo skupo.

10. Sam proces počinje tako da se normalna voda ubacuje u katalizator cilindrične forme , dok deuterijem obogaćena voda protječe do uređaja za elektrolizu. • Elektrolitičan vodikov plin koji potječe iz sustava za elektrolizu se mješa sa ne-elektrolitičnim vodikovim plinom te se dovodi na dno katalizatora. • Cijeli pogon se sastoji od dva katalizatora cilindričnog oblika, pročišćivača i obogaćivača koji su spojeni u seriju. • Za kinetički proces deuterij u protonij izotop separacijski faktor je rigorozno određen kao omjer atoma deuterija i protonija u tekućem stanju podijeljen sa omjerom atoma deuterija i protonija u plinovitom stanju odnosno jednadžbom:

11. Kako se atomske frakcije deuterija povećavaju y postaje veći dok X postaje manji. • Temeljem približnog rješenja gore navedene formule , vodikovi produkti dobiveni iz jedne elektrolize ima inicijalnu koncentraciju deuterija od: • Ovdje djeluju 6 željeznih katoda na 70°C. Kod ovakvih stalnih uvjeta elektrolit će sadržavati koncentraciju deuterija od: Reakcija vodikovih izotopa

12. SHEMA DOBIVANJA TEŠKE VODE

13. DIJAGRAMI DOBIVANJA TEŠKE VODE U OVISNOSTI O VREMENU

14. Zanimljivo je da deuterij nije radioaktivan kao na primjer tricij koji je također izotop vode. Poluraspad tricija je oko 12,5 godina . Zanimljivo je također da se tricij koristi u bojama koje svijetle u mraku laički rečeno kao npr. satovima , monitorima, kemijskim lokatorima i naravno hidrogenskim bombama. • Da li je teška voda otrovna za ljude? Da, u nekoj mjeri.... Tešku vodu u pravilu konzumiramo svaki dan u normalnoj vodi no ne u opasnoj koncentraciji. Teška voda predstavlja problem kada bi se pila isključivo u velikim koncentracijama pa bi nakon nekog vremena unutar stanica zamijenila normalnu vodu. To bi prouzrokovalo promjene u brzini kemijskih reakcija unutar samih stanica kao kod npr. mitoze , vezanja nekih proteina , zbog toga jer sam deuterij ima različite energetske razine pa drugačije sudjeluje u reakcijama unutar stanica.

15. U pravilu kod duže konzumacije teške vode može doći do raspada tkiva tj. tkiva koje zahtjeva brzu regeneraciju jer same molekule deuterija usporavaju regeneraciju. Simptomi su vidljivi kada teška voda zamjeni cca. 50% lake vode unutar tijela dok duža vremenska konzumacija može prouzrokovati smrt. • Cijena dobivanja teške vode se kreće oko 300 dolara po kilogramu te je sama ekstrakcija nadzirana i strogo kontrolirana. Iako je tešku vodu lako ekstrahirati nije preporučljivo ekstrahirati je izvan postrojenja koja su za to opremljena i kontrolirana.