Tungtvann

Tungtvann eller tungtvatn, kjemisk navn: deuteriumoksid, og med formel D2O. Kjemisk sett er det nokså likt normalt vann, men begge av de vanlige hydrogenisotopene (protium) er erstattet av den dobbelt så tunge isotopen deuterium, der kjernen inneholder et nøytron i tillegg til det protonet som finnes i alle hydrogen-atomkjerner. Forskeren Gilbert Newton Lewis var den første personen som isolerte en ren tungtvannsprøve, i 1933.

Forekomsten av deuterium er 1 per 6 400 vanlige hydrogenatomer. Det gir en forekomst av tungtvann i vanlig vann på 1 molekyl per 6 4002 vanlige vannmolekyler (1 per 41 millioner).

Det ekstra nøytronet i hver av hydrogenkjernene påvirker dipolmomentet for molekylet. Derfor avviker egenskapene fra vanlig vann – tungtvann har et normalfrysepunkt på 3,81 °C og et normalkokepunkt på 101,42 °C. De to ekstra nøytronene for molekylet bringer molvekten opp fra ca. 18 g/mol for normalt vann, til ca. 20 g/mol for tungtvann, hvilket betyr at tettheten er opp rundt 11 % til ca. 1 100 kg/m³.

Halvtungt vann 
Halvtungt vann, HDO, er en type vannmolekyl hvor det ene hydrogenatomet er deuterium, mens det andre er vanlig hydrogen. Tettheten ligger derfor midt mellom vanlig vann og tungtvann. Forekomsten av halvtungt vann er 1 per 3200.

Bruk 
Tungtvann brukes i spesielle typer kjernereaktorer hvor den gjør nytten som nøytron-moderator for å bremse ned nøytronene – slik at de kan reagere med uranet i reaktoren. CANDU-reaktoren bruker denne metoden.

Mens amerikanerne satset på mineralet grafitt som moderator i sine kjernereaktorforsøk, var de tyske forsøkene basert på tungtvann som moderator. Vitenskapsmennene Heisenberg og Döbel lyktes i 1942 å oppnå en positiv nøytronproduksjon i en uranstabel med tungtvann som moderator. Han regnet med at det burde lykkes å få i gang en selvopprettholdende kjedereaksjon dersom man fikk 5 tonn tungtvann og 10 tonn uranmetall. 

Tungtvann ble oppdaget av amerikaneren Harold Urey i 1932/1933. Det var 10 % tyngre enn vanlig vann og ble brukt i tekniske og medisinske forsøk for å bremse vekstprosesser. Hydrogenfabrikken på Rjukan, som var verdens største vannelektrolyseanlegg, produserte fra 1934 tungtvann i industriell målestokk.

Effekter på helse 
Tungtvann er ikke regnet som giftig, selv om noen metaboliske reaksjoner trenger vanlig vann. Eksperimenter gjort på mus har vist at hovedeffekten av tungtvannets litt forskjellige reaksjonshastigheter er å forhindre celledeling, noe som forårsaker økende skade på vev som trenger rask fornyelse. Derfor kan det likevel kunne gjøre skade hvis konsentrasjonen blir for stor. Forsøk på pattedyr har vist at de dør etter en uke, først når 50 % av kroppsvannet er byttet ut med tungtvann (D2O).

Produksjon 

Tungtvann utvinnes fra vanlig vann ved destillasjon eller elektrolyse. Her fjernes vanlig vann og halvtungt vann.

Tungtvann er trivialnavn for deuteriumoksid, D2O. For å utvinne 1 liter tungtvann trenger man 40 960 000 (6400 opphøyd i 2) liter med vanlig vann. Tungtvann er en luktfri og smakløs klar væske. Tungtvann fremstilles enten ved elektrolyse av vann, kjemiske utbyttingsreaksjoner eller ved fraksjonert destillasjon av vann.

Tungtvannsproduksjon i Norge 
I 1934 bygget Norsk Hydro verdens første kommersielle tungtvannsanlegg i Vemork med en kapasitet på 1,2 tonn i 1940. I løpet av 1941 hadde de allerede passert 12 tonn årlig. Under andre verdenskrig, bestemte de allierte seg for å ødelegge anlegget og tungtvannet for å hindre tyskerne i å utvikle atomvåpen. Sent i 1942 feilet et angrep av britiske fallskjermjegere da glideflyene de brukte, krasjet. Alle ble drept enten i selve krasjet eller av tyskerne. I februar 1943 klarte en gruppe på 11 norske sabotører, opptrent i England og sluppet ned i fallskjerm, å stoppe produksjonen i to måneder ved å sprenge anlegget, Vemork-aksjonen. Totalt ble fire måneder produksjon destruert i aksjonen. 16. november 1943 slapp de allierte styrkene  bomber over stedet, hvorav 18 traff målet.

Etter krigen ble norsk tungtvannsproduksjon på Rjukan tatt opp igjen med økt kapasitet, ved hjelp av nye produksjonsmetoder. Etterhvert kom dessuten et tilskudd til produksjonen fra ammoniakkfabrikken i Glomfjord, fra 1953 av.

Eksport fra Norge 
Norge har eksportert tungtvann til bruk i atomvåpenproduksjon i flere land, blant annet i Israel, Frankrike, India og Storbritannia. Sverige og Romania skaffet seg norsk tungtvann til atomvåpenbruk, men avsluttet sine programmer før de kom så langt. Produksjonen begynte i 1950-årene. Sverige brukte norsk tungtvann fordi det på den tiden ikke var underlagt restriksjoner på bruk av norsk tungtvann til atomvåpenproduksjon, og fordi svensken Marcus Wallenberg satt i styret til Norsk Hydro. Israel brukte norsk tungtvann i sin Dimona reaktor, og tungtvann har blitt smuglet via den internasjonale svartebørsen til bruk i Indias atomvåpenproduserende anlegg. Det var i forbindelse med avsløringen av disse svartebørsoperasjonene at eksporten av tungtvann fra Norge ble stanset i 1988.

Tungtvannsproduksjon i andre land 
Tungtvann blir også produsert i andre land i verden, blant dem Canada og India. Alle land som har laget atomvåpen kan også produsere tungtvann.

Tungtvann under andre verdenskrig 
Sommeren 1941 varslet den norske motstandsbevegelsen den britisk etterretning om økt tysk interesse for tungtvannsproduksjonen på Vemork. Britene tolket dette som at tyskerne arbeidet med en reaktor. I den forbindelse mente de at tungtvannet var en flaskehals og derfor et gunstig sabotasjemål. Det britiske atomforskningsprosjektet, Tube Alloys, anbefalte også angrep ut fra at både plutonium og uran sammen med tungtvann kunne brukes til militære formål. War Cabinet ga klarsignal til den første sabotasjeaksjonen. 

I november 1942, (19.11.42) dro to Halifax-bombefly med hver sitt glidefly på slep med 34 soldater mot landingsstedet ved Møsvatn. Forpartiet med fire nordmenn lå klart, men værforholdene gjorde landing umulig. På turen tilbake styrtet begge glideflyene og ett av bombeflyene. Operasjon Freshman kostet 42 britiske soldater livet.

Operasjon Gunnerside: Seks norske elitesoldater i engelsk uniform landet i fallskjerm på Hardangervidda i februar 1943, slo seg sammen med forpartiet, tok seg fram til Våer, forserte juvet og tok seg fram til fabrikken langs jernbanesporet, et område som ikke var minelagt. Mens dekningspartiet holdt vakt, trengte sprengningspartiet seg inn i tungtvannsanlegget og sprengte tungtvannscellene. 900 kg tungtvann (inklusive produksjonstap) ble ødelagt. Forpartiet ble igjen på vidda, mens sprengningspartiet gikk på ski til Sverige. 

Etter fire måneder var produksjonen i gang igjen. Amerikanerne presset på for å bombe anlegget, og i november 1943 bombet 161 B-17 og B-24 bombefly Vemork og Våer med 711 stk. 500-kilos og 200 stk. 250-kilos høyeksplosive bomber. Om lag 12 bombefly slapp 118 stk. 250-kilos bomber over Rjukan. Bare to bomber traff selve Hydrogenfabrikken. Ødeleggelsene omfattet i tillegg alle rørledningene til kraftstasjonen, deler av taket og veggene til kraftstasjonen, hus og brakker på Vemork, Våer og Rjukan, Hengebroa og en rekke industri-installasjoner. 22 norske sivile ble drept, i tillegg til de 10 som ble drept da ett fly styrtet.

Bombeangrepet førte til at fabrikken ble stengt. Tungtvannsutstyret ble demontert og sendt til Tyskland. Den resterende beholdning av tungtvann, ca. 40 tønner, skulle transporteres med jernbane. I februar 1944 ble fergen «Hydro» senket på Tinnsjøen, etter at tre sabotører hadde lyktes å plassere en sprengladning i baugen. Fire tyske soldater og 14 sivile nordmenn mistet livet. 

Dermed var kampen om tungtvannet over. Den kostet 92 militære og sivile livet. Tungtvannssabotasjen blir framhevet som en av de mest langvarige og effektive hemmelige operasjoner under den andre verdenskrigen. Det at tungtvannsproduksjonen ble stoppet, bidro til å holde de tyske kjernereaktoreksperimentene på et beskjedent nivå. Vi vet nå at det ikke var tale om noe kappløp. Bedre etterretning fra alliert side, med pålitelige opplysninger om hvor langt tysk atomforskning var kommet, kunne ha gjort kampen om tungtvannet unødvendig. Planer på tysk side om et forsert program med sikte på en bombe, ble oppgitt sommeren 1942. Fra da av var det tale om å mestre atomteknologien og få i gang en kjedereaksjon med tanke på å konstruere en reaktor ("Uran Maschine"), som mulig framdriftskilde for ubåter.

Se også 
Tungtvannsaksjonen

Referanser

Litteratur 
 Ole Walberg: Tungtvannet som fordampet. 
 Arild Aspøy: Familiejuveler: Tungtvann, våpen og CIA. 
 Olav Njølstad: The Race for Norwegian heavy water, 1940-1945. 
 Norsk eksport av tungtvann, artikkel hos Norgeshistorie.no

Vann