Тешка вода

Тешка вода (деутериум оксид,  ) — форма на вода која содржи само деутериум ( или D, исто така познат како тежок водород), наместо обичниот изотоп на водород-1 (  или H, исто така наречени протиум) што го сочинува најголемиот дел од водородот во нормалната вода. Присуството на потешкиот водороден изотоп и дава на водата различни јадрени својства, а зголемувањето на масата и дава малку поинакви физички и хемиски својства во споредба со нормалната вода.

 Состав 
Деутериум е водороден изотоп со јадро што содржи неутрон и протон; јадрото на атом на протиум (нормален водород) се состои од само протон. Дополнителниот неутрон го прави атом на деутериум приближно двапати потежок од атом на протиум.

Молекулата на тешка вода има два атоми на деутериум на местото на двата атоми на протиум на обичната „лесна“ вода. Терминот тешка вода како што е дефинирано во Златната книга на IUPAC  може да се однесува и на вода во која поголем од вообичаениот дел од атоми на водород се деутериум наместо протиум. За споредба, обичната вода („обична вода“ што се користи за стандард на деутериум) содржи само околу 156 атоми на деутериум на милион атоми на водород, што значи дека 0,0156% од атомите на водород се од тежок тип. Така, тешката вода како што е дефинирана во Златната книга вклучува водород-деутериум оксид (HDO) и други мешавини на ,  и HDO кај кои процентот на деутериум е поголем од вообичаеното. На пример, тешката вода што се користи во реакторите CANDU е високо збогатена водена мешавина која содржи претежно деутериум оксид  но и малку водород-деутериум оксид и помала количина на обичен водороден оксид . Тој е 99,75% збогатен со фракција на атом на водород - што значи дека 99,75% од атомите на водород се од тежок тип; сепак, тешката вода во смисла на Златната книга не треба да биде толку многу збогатена. Тежината на молекулата на тешка вода, сепак, не е суштински различна од онаа на нормалната молекула на вода, бидејќи околу 89% од молекуларната тежина на водата доаѓа од единечниот атом на кислород, а не од двата водородни атоми.

Тешката вода не е радиоактивна. Во својата чиста форма, има густина околу 11% поголема од водата, но инаку е физички и хемиски слична. Како и да е, различните разлики во водата што содржи деутериум (особено влијае на биолошките својства) се поголеми отколку во кое било друго вообичаено супституирано со изотоп соединение бидејќи деутериумот е единствен меѓу тешките стабилни изотопи по тоа што е двапати потежок од најлесниот изотоп. Оваа разлика ја зголемува јачината на водородно-кислородните врски на водата, а тоа пак е доволно за да предизвика разлики кои се важни за некои биохемиски реакции. Човечкото тело природно содржи деутериум што е еквивалентно на околу пет грама тешка вода, што е безопасно. Кога голем дел од водата (> 50%) во повисоките организми се заменува со тешка вода, резултатот е клеточна дисфункција и смрт.

Тешката вода првпат била произведена во 1932 година, неколку месеци по откривањето на деутериумот. Со откривањето на јадреното цепење кон крајот на 1938 година, и потребата за модератор на неутрони кој заробува неколку неутрони, тешката вода станала компонента на раното истражување на јадрената енергија. Оттогаш, тешката вода е суштинска компонента во некои типови реактори, и оние кои генерираат енергија и оние дизајнирани да произведуваат изотопи за јадрено оружје. Овие реактори за тешка вода ја имаат предноста што можат да работат на природен ураниум без да користат графитни модератори кои претставуваат опасност од радиолошка  и експлозија на прашина  во фазата на деактивирање. Советскиот дизајн RBMK со умерен графит се обидел да избегне да користи ниту збогатен ураниум ниту тешка вода (наместо тоа да се лади со обична „лесна“ вода) што го произвел позитивниот коефициент на празнина што бил еден од низата недостатоци во дизајнот на реакторот што довело до катастрофата во Чернобил. Повеќето современи реактори користат збогатен ураниум со обична вода како модератор.

 Други тешки форми на вода 

 Полутешка вода 
десно|мини|120x120пкс| Структура на полутешка вода
Полутешка вода, HDO, постои секогаш кога има вода со лесен водород (протиум, ) и деутериум (D или ) во смесата. Тоа е затоа што атомите на водород (водород-1 и деутериум) брзо се разменуваат помеѓу молекулите на водата. Водата која содржи 50% H и 50% D во својот водород всушност содржи околу 50% HDO и 25% секој од  и  во динамичка рамнотежа. Во нормална вода, околу 1 молекула на 3.200 е HDO (еден водород на 6.400 е во форма на D), а молекули на тешка вода ( ) се јавуваат само во пропорција од околу 1 молекула на 41 милион (т.е. една од 6.400 2 ). Така, полутешките молекули на вода се многу почести од молекулите на „чистата“ (хомоизотопска) тешка вода.

 Тешка кислородна вода 
Вода збогатена со потешки изотопи на кислород  и  е исто така комерцијално достапна. Таа е „тешка вода“ бидејќи е погуста од нормалната вода ( ) е приближно густо како     е околу половина пат помеѓу  и ) - но ретко се нарекува тешка вода, бидејќи не содржи деутериум кој му дава на D 2 O неговите необични јадрени и биолошки својства. Тој е поскап од D 2 O поради потешкото одвојување на 17 O и 18 O.Mosin, O. V, Ignatov, I. (2011) Separation of Heavy Isotopes Deuterium (D) and Tritium (T) and Oxygen (18O) in Water Treatment, Clean Water: Problems and Decisions, Moscow, No. 3–4, pp. 69–78. H 2 18 O исто така се користи за производство на флуор-18 за радиофармацевтски производи и радиотрасери и за позитронска емисиона томографија. Мали количини од  и  се природно присутни во водата и повеќето процеси кои ја збогатуваат тешката вода, исто така, ги збогатуваат потешките изотопи на кислород како несакан ефект. Ова е непожелно ако тешката вода треба да се користи како модератор на неутрони во јадрените реактори, бидејќи  може да биде подложен на фаќање неутрони, проследено со емисија на алфа честичка, произведувајќи радиоактивно . Сепак, двојно означената вода, која содржи и тежок кислород и тежок водород, е корисна како нерадиоактивен изотопски трагач.

Во споредба со изотопската промена на атомите на водородот, изотопската промена на кислородот има помал ефект врз физичките својства.Steckel, F., & Szapiro, S. (1963).

 Трициумска вода 
Водата со трициум содржи трициум (3 H) наместо протиум (1 H) или деутериум (2 H), а бидејќи самиот трициум е радиоактивен, тритиираната вода е исто така радиоактивна.

 Физички својства 
+Физички својства на изотополози на водата  Својство D 2 O (Тешка вода) HDO (полутешка вода) H2O (лесна вода) Точка на топење(стандарден притисок )    Точка на вриење    Густина на STP (g/ mL ) 1.1056 1.054 0,9982 Темп. со максимална густина 11.6 °C Непроверено 3,98 °C  Динамички вискозитет (на 20 °C, mPa · s ) 1,2467 1,1248 1.0016 Површински напон (на 25 °C, N / m ) 0,07187 0,07193 0,07198 Топлина на соединување ( kJ / mol ) 6.132 6.227 6.00678 Топлина на испарување (kJ/mol) 41.521 Непроверено 40.657 pH (на 25 °C) discussion of pD, 7,44 („pD“) 7.266 („pHD“) 7.0 p K b (на 25 °C)  7,44 („p K b D 2 O“) Непроверено 7.0 Индекс на рефракција (на 20 °C, 0,5893 μm )  1,32844 Непроверено 1,33335
Физичките својства на водата и тешката вода се разликуваат во неколку аспекти. Тешката вода е помалку дисоцирана од лесната вода на дадена температура, а вистинската концентрација на јоните D + е помала од H + јоните би биле за примерок од лесна вода на иста температура. Истото важи и за OD − vs. јони. За тешка вода Kw D 2 O (25.0 °C) = 1,35 × 10 −15 и [D + ] мора да биде еднаква на [OD − ] за неутрална вода. Така pKw D 2 O = p[OD − ] + p[D + ] = 7,44 + 7,44 = 14,87 (25,0 °C), а p[D + ] на неутрална тешка вода на 25,0 °C е 7,44.

pD на тешката вода генерално се мери со користење на pH електроди кои даваат pH (очигледна) вредност, или pHa, а на различни температури може да се процени вистинска кисела pD од директно измерениот pH метар pHa, така што pD+ = pHa (очигледно читање од рН метар) + 0,41. Корекцијата на електродата за алкални услови е 0,456 за тешка вода. Тогаш алкалната корекција е pD+ = pH a (привидно отчитување од рН метар) + 0,456. Овие корекции се малку различни од разликите во p[D+] и p[OD-] од 0,44 од соодветните во тешка вода.discussion of pD+,

Тешката вода е 10,6% погуста од обичната вода, а физичките различни својства на тешката вода може да се видат без опрема ако замрзнатиот примерок се фрли во нормална вода, бидејќи ќе потоне. Ако водата е ладна, може да се забележи и повисока температура на топење на тешкиот мраз: се топи на 3,7 °C, и на тој начин не се топи во ледено ладна нормална вода.

Експериментот од 1935 година не пријавил „најмала разлика“ во вкусот помеѓу обичната и тешката вода. Една студија заклучила дека тешката вода има „извонредно посладок вкус“ за луѓето и е посредувана од рецепторот за вкус TAS1R2 / TAS1R3 . Стаорците на кои им бил даден избор помеѓу дестилирана нормална вода и тешка вода, можеле да ја избегнат тешката вода заснована на мирис, а таа можела да има поинаков вкус. Некои луѓе велат дека минералите во водата влијаат на вкусот, на пр. калиумот дава сладок вкус на тврдата вода, но има многу фактори за воочениот вкус на водата покрај содржината на минералите.

На тешката вода ѝ недостасува карактеристичната сина боја на светлата вода; тоа е затоа што хармониците на молекуларните вибрации, кои во лесната вода предизвикуваат слаба апсорпција во црвениот дел од видливиот спектар, се префрлаат во инфрацрвениот дел и на тој начин тешката вода не ја апсорбира црвената светлина.

Не се наведени физички својства за „чиста“ полутешка вода, бидејќи таа е нестабилна како рефус течност. Во течна состојба, неколку молекули на вода се секогаш во јонизирана состојба, што значи дека атомите на водород можат да се разменуваат меѓу различни атоми на кислород. Полутешката вода, теоретски, може да се создаде преку хемиски метод, но брзо ќе се трансформира во динамична мешавина од 25% лесна вода, 25% тешка вода и 50% полутешка вода. Меѓутоа, доколку би бил направен во гасовита фаза и директно депониран во цврста, полутешка вода во форма на мраз би можела да биде стабилна. Ова се должи на судирите меѓу молекулите на водена пареа кои се речиси целосно занемарливи во гасната фаза на стандардни температури, а откако ќе се кристализираат, судирите меѓу молекулите целосно престануваат поради цврстата решеткаста структура на цврстиот мраз.

 Историја 
Американскиот научник и нобеловец Харолд Ури го открил изотопот деутериум во 1931 година и подоцна можел да го концентрира во вода. Менторот на Ури, Гилберт Њутн Луис, го изолирал првиот примерок од чиста тешка вода со електролиза во 1933 година  Џорџ де Хевеси и Ерих Хофер користеле тешка вода во 1934 година во еден од првите експерименти за биолошки трагачи, за да ја проценат стапката на обрт на вода во човечкото тело. Историјата на големо количество производство и употреба на тешка вода, во раните јадрени експерименти, е опишана подолу.

Емилијан Брату и Ото Редлич ја проучувале автодисоцијацијата на тешката вода во 1934 година Em. Bratu, E. Abel, O. Redlich, Die elektrolytische Dissoziation des schweren Wassers; vorläufige Mitttelung, Zeitschrift für physikalische Chemie, 170, 153 (1934)

 Ефект врз биолошките системи 
Различни изотопи на хемиски елементи имаат малку поинакво хемиско однесување, но за повеќето елементи разликите се премногу мали за да имаат биолошки ефект. Во случај на водород, се јавуваат поголеми разлики во хемиските својства меѓу протиумот (лесниот водород), деутериумот и трициумот, бидејќи енергијата на хемиската врска зависи од намалената маса на системот јадро-електрон; ова е изменето во тешките водородни соединенија (водород-деутериум оксид е најчестиот вид) повеќе отколку за замена со тешки изотоп што вклучува други хемиски елементи. Ефектите на изотоп се особено релевантни во биолошките системи, кои се многу чувствителни на дури и помали промени, поради изотопски под влијание на својствата на водата кога таа делува како растворувач.

Тешката вода влијае на периодот на деноноќните осцилации, постојано зголемувајќи ја должината на секој циклус. Ефектот е докажан кај едноклеточни организми, зелени растенија, изоподи, инсекти, птици, глувци и хрчаци. Механизмот е непознат.

За извршување на нивните задачи, ензимите се потпираат на нивните фино подесени мрежи на водородни врски, како во активниот центар со нивните подлоги, така и надвор од активниот центар, за да ги стабилизираат нивните терциерни структури. Бидејќи водородната врска со деутериум е малку посилна Katz, J.J. 1965. од онаа што вклучува обичен водород, во високо деутерирана средина, некои нормални реакции во клетките се нарушени.

Особено тешко погодени од тешката вода се деликатните склопови на формации на митотични вретено неопходни за клеточната делба кај еукариотите. Растенијата престануваат да растат и семињата не 'ртат кога се дава само тешка вода, бидејќи тешката вода ја запира делбата на еукариотските клетки. Клетката на деутериум е поголема и е модификација на насоката на делење.Crespi, H., Conrad, S., Uphaus, R., Katz, J. (1960) Cultivation of Microorganisms in Heavy Water, Annals of the New York Academy of Sciences, Deuterium Isotopes in Chemistry and Biology, pp. 648–666.Mosin, O. V., I. Ignatov, I. (2013) Microbiological Synthesis of 2H-Labeled Phenylalanine, Alanine, Valine, and Leucine/Isoleucine with Different Degrees of Deuterium Enrichment by the Gram-Positive Facultative Methylotrophic Bacterium Вrevibacterium Methylicum, International Journal of Biomedicine Vol. 3, N 2, pp. 132–138. Се менува и клеточната мембрана и таа прво реагира на ударот на тешката вода. Во 1972 година, било докажано дека зголемувањето на процентуалната содржина на деутериум во водата го намалува растот на растенијата. Истражувањето спроведено за растот на прокариотските микроорганизми во вештачки услови на тешка водородна средина покажала дека во оваа средина, сите водородни атоми на водата може да се заменат со деутериум.Mosin, O. V., Shvez, V. I, Skladnev, D. A., Ignatov, I. (2012) Studying of Microbic Synthesis of Deuterium Labeled L-Phenylalanin by Methylotrophic Bacterium Brevibacterium Methylicum on Media with Different Content of Heavy Water, Biopharmaceutical journal, Moscow, No. 1, Vol. 4, No 1, pp. 11–22.Mosin, O. V., Ignatov, I. (2012) Isotopic Effects of Deuterium in Bacteria and Micro-Algae in Vegetation in Heavy Water, Water: Chemistry and Ecology, No. 3, Moscow, pp. 83–94. Експериментите покажале дека бактериите можат да живеат во 98% тешка вода.Skladnev D. A., Mosin O. V., Egorova T. A., Eremin S. V., Shvets V. I. (1996) Methylotrophic Bacteria as Sources of 2H-and 13C-amino Acids. Концентрациите над 50% се смртоносни за повеќеклеточните организми, но познати се неколку исклучоци како што е тревата (Panicum virgatum) која може да расте на 50% D2O; растението Arabidopsis thaliana (70% D2O); растението Vesicularia dubyana (85% D2O); растението Funaria hygrometrica (90% D2O); и анхидробиотскиот вид на нематодата Panagrolaimus superbus (скоро 100% D2O). Сеопфатна студија за тешката вода на цепниот квасец Schizosaccharomyces pombe покажала дека клетките покажуваат променет метаболизам на гликоза и бавен раст при високи концентрации на тешка вода. Дополнително, клетките ја активирале патеката за одговор на топлински шок и патеката за интегритет на клетките, а мутантите во патеката за интегритет на клетките покажале зголемена толеранција кон тешка вода.

 Ефект врз животните 
Експериментите со глувци, стаорци и кучиња  покажале дека степенот од 25% деутерација предизвикува (понекогаш неповратен) стерилитет, бидејќи ниту гамети ниту зиготи не можат да се развијат. Високите концентрации на тешка вода (90%) брзо убиваат риби, полноглавци, рамни црви и Дрософили. Единствениот познат исклучок е анхидробиотскиот нематод Panagrolaimus superbus, кој може да преживее и да се репродуцира во 99,9% D 2 O. Цицачите (на пример, стаорци) на кои им се дава тешка вода за пиење умираат по една недела, во време кога водата во нивното тело се приближува до околу 50% деутерација. Начинот на смрт се чини дека е ист како оној кај цитотоксичното труење (како хемотерапија) или кај синдромот на акутен зрачење (иако деутериумот не е радиоактивен), и се должи на дејството на деутериумот во општо инхибиција на клеточната делба. Тој е поотровен за малигните клетки од нормалните клетки, но потребните концентрации се превисоки за редовна употреба. Како што може да се случи во хемотерапијата, цицачите отруени со деутериум умираат од дефект на коскената срцевина (произведувајќи крварење и инфекции) и функциите на цревната бариера (производство на дијареа и губење на течности).

И покрај проблемите на растенијата и животните во животот со премногу деутериум, прокариотските организми како што се бактериите, кои немаат митотични проблеми предизвикани од деутериум, може да се одгледуваат и размножуваат во целосно деутерирани услови, што резултира со замена на сите атоми на водород во бактериски белковини и ДНК со изотоп на деутериум.Trotsenko, Y. A., Khmelenina, V. N., Beschastny, A. P. (1995) The Ribulose Monophosphate (Quayle) Cycle: News and Views.

Во повисоките организми, целосната замена со тешки изотопи може да се постигне со други нерадиоактивни тешки изотопи (како што се јаглерод-13, азот-15 и кислород-18), но тоа не може да се направи за деутериум. Ова е последица на односот на јадрените маси помеѓу изотопите на водородот, кој е многу поголем отколку за кој било друг елемент.

Деутериум оксид се користи за подобрување на терапијата за заробување на неутрони со бор, но овој ефект не се потпира на биолошките или хемиските ефекти на деутериумот, туку на способноста на деутериумот да ги ублажи (бавните) неутрони без да ги зароби.

Неодамнешните експериментални докази покажуваат дека системската администрација на деутериум оксид (30% дополнување со вода за пиење) го потиснува растот на туморот кај стандарден глувчешки модел на човечки меланом, ефект кој се припишува на селективна индукција на сигнализација на клеточниот стрес и генска експресија во клетките на туморот.

 Токсичност кај луѓето 
Бидејќи би било потребно многу голема количина на тешка вода за да се замени 25% до 50% од водата на телото на човечко суштество (водата пак е 50-75% од телесната тежина ) со тешка вода, случајно или намерно труење со тешки водата е малку веројатно до точка на практично непочитување. Труењето би барало жртвата да внесува големи количини тешка вода без значителен нормален внес на вода многу денови за да предизвика забележителни токсични ефекти.

Орални дози на тешка вода во опсег од неколку грама, како и тежок кислород 18O, рутински се користат во метаболичките експерименти кај луѓето. Бидејќи еден од околу 6.400 атоми на водород е деутериум, 50 кг човек кој содржи 32 кг телесна вода нормално би содржал доволно деутериум (околу 1,1 грам) за да се направат грама од чиста тешка вода, така што приближно оваа доза е потребна за да се удвои количината на деутериум во телото.

Губењето на крвниот притисок може делумно да ја објасни пријавената инциденца на вртоглавица при ингестија на тешка вода. Сепак, поверојатно е дека овој симптом може да се припише на изменета вестибуларна функција.

 Збунетост од контаминација од зрачење на тешка вода 
Иако многу луѓе ја поврзуваат тешката вода првенствено со нејзината употреба во јадрени реактори, чистата тешка вода не е радиоактивна. Тешката вода од комерцијална класа е малку радиоактивна поради присуството на ситни траги од природен трициум, но истото важи и за обичната вода. Тешката вода што се користела како течност за ладење во атомските централи содржи значително повеќе трициум како резултат на неутронско бомбардирање на деутериумот во тешката вода (трициумот е ризик за здравјето кога се внесува во големи количини).

Во 1990 година, еден незадоволен вработен во јадрената генераторска станица „Поинт Лепри“ во Канада добил примерок (проценета на околу „половина чаша“) тешка вода од примарната јамка за транспорт на топлина на јадрениот реактор и ја натоварил во дозерот за пијалаци во кафетеријата. Осум вработени испиле дел од загадената вода. Инцидентот бил откриен кога вработените почнале да оставаат примероци на урина од биоесеј со покачени нивоа на трициум. Количината на вклучена тешка вода била далеку под нивото што може да предизвика токсичност од тешка вода, но неколку вработени добиле зголемени дози на зрачење од трициум и хемикалии активирани со неутрони во водата. Ова не бил инцидент на труење со тешка вода, туку труење со радијација од други изотопи во тешката вода.

Некои новински сервиси не внимавале да ги разликуваат овие точки, а дел од јавноста останала со впечаток дека тешката вода е нормално радиоактивна и посериозно отровна отколку што всушност е. Дури и да се користела чиста тешка вода во ладилникот за вода на неодредено време, не е веројатно дека инцидентот би бил откриен или предизвикана штета, бидејќи од ниту еден вработен не се очекува да добие многу повеќе од 25% од дневната вода за пиење од таков извор.

 Производство 
На Земјата, деутерираната вода, HDO, природно се јавува во нормална вода во сооднос од околу 1 молекула на 3.200. Ова значи дека 1 од 6.400 атоми на водород е деутериум, што е 1 дел од 3.200 по тежина (тежина на водород). HDO може да се одвои од нормалната вода со дестилација или електролиза, а исто така и со различни процеси на хемиска размена, од кои сите експлоатираат кинетички изотопски ефект. При што делумното збогатување се случува и во природните водни тела под одредени услови на испарување.https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/JZ068i017p05079  Isotopic exchange effects in the evaporation of water: 1. Теоретски, деутериум за тешка вода може да се создаде во јадрен реактор, но одвојувањето од обичната вода е најевтиниот процес на производство на големо.

Разликата во масата помеѓу двата водородни изотопи се претвора во разлика во енергијата од нулта точка, а со тоа и во мала разлика во брзината на реакцијата. Откако HDO ќе стане значителен дел од водата, тешката вода станува поприсутна бидејќи молекулите на водата многу често тргуваат со атоми на водород. Производството на чиста тешка вода со дестилација или електролиза бара голема каскада од станици или комори за електролиза и троши големи количини на енергија, така што хемиските методи генерално се претпочитаат.

Најисплатливиот процес за производство на тешка вода е процесот на двојна температурна размена на сулфид (познат како Површински сулфид процес) развиен паралелно од Карл-Херман Геиб и Џером С. Спевак во 1943 година

Алтернативен процес, патентиран од Греам М. Кејзер, користи ласери за селективно дисоцирање на деутерираните флуоројаглеводороди за да формира деутериум флуорид, кој потоа може да се одвои со физички средства. Иако потрошувачката на енергија за овој процес е многу помала отколку за Површинскиot сулфид-процес, овој метод во моментов е неекономичен поради трошоците за набавка на потребните флуоројаглеводороди.

Како што е наведено, sovremenata комерцијална тешка вода речиси универзално се нарекува и се продава како деутериум оксид. Најчесто се продава во различни степени на чистота, од 98% збогатување до 99,75-99,98% збогатување деутериум (одделение на јадрен реактор) и повремено дури и поголема изотопска чистота.

 Аргентина 
Аргентина била главниот производител на тешка вода, користејќи постројка базирана на размена на амонијак/водород, обезбедена од швајцарската компанија Сулцер. Исто така, била и главен извозник во Канада, Германија, САД и други земји. Објектот за производство на тешка вода сместен во Аројито бил најголемиот капацитет за производство на тешка вода во светот. Аргентина произведувала 180 тони тешка вода годишно во 2015 година користејќи го методот на монотермална изотопска размена на амонијак-водород . Од 2017 година, фабриката во Аројито не работи.

 Советски Сојуз 
Во октомври 1939 година, советските физичари Јаков Борисович Зелдович и Јули Борисович Харитон заклучиле дека тешката вода и јаглеродот се единствените изводливи модератори за реактор на природен ураниум, а во август 1940 година, заедно со Георги Фљоров, поднеле план до Руската академија на науките, пресметувајќи дека за реактор биле потребни 15 тони тешка вода. Бидејќи Советскиот Сојуз немал рудници за ураниум во тоа време, младите работници на Академијата биле испратени во фотографските продавници во Ленинград за да купат ураниум нитрат, но целиот проект за тешка вода бил прекинат во 1941 година кога германските сили извршиле инвазија за време на операцијата Барбароса.

До 1943 година, советските научници откриле дека целата научна литература поврзана со тешката вода исчезнала од Запад, за што Фљоров во писмо го предупредил советскиот лидер Јосиф Сталин, и во тоа време имало само 2-3 кг тешка вода во целата земја. Кон крајот на 1943 година, советската комисија за купување во САД добила 1 кг тешка вода и уште 100 кг во февруари 1945 година, а по завршувањето на Втората светска војна, НКВД го презела проектот.

Во октомври 1946 година, како дел од рускиот Алсос, НКВД ги депортирал во Советскиот Сојуз од Германија германските научници кои работеле на производство на тешка вода за време на војната, вклучително и Карл-Херман Геиб, пронаоѓачот на површинскиот сулфид процес. Овие германски научници работеле под надзор на германскиот физичко хемичар Макс Волмер на Институтот за физичка хемија во Москва со фабриката што ја конструирале и произведувала големи количества тешка вода до 1948 година  

 САД 
За време на проектот Менхетен, Соединетите Американски Држави изградиле три постројки за производство на тешка вода како дел од проектот P-9 во Моргантаун Орднанс, во близина на Моргантаун, Западна Вирџинија; во реката Вабаш, во близина на Дана и Њупорт, Индијана; и во Алабама орденс. Тешка вода била набавена и од фабриката Коминкол во Трејл, Британска Колумбија, Канада. Експерименталниот реактор Чикаго Пил-3 користел тешка вода како модератор и станал критичен во 1944 година  Трите домашни производствени погони биле затворени во 1945 година, откако произвеле околу 81.470. Фабриката Вабаш го обновила производството на тешка вода во 1952 година.

Во 1953 година, Соединетите Држави почнале да користат тешка вода во реакторите за производство на плутониум на локацијата на реката Савана. Првиот од петте реактори за тешка вода излегол во 1953 година, а последниот бил ставен во ладно исклучување во 1996 година. Реакторите претставувале реактори за тешка вода за да можат да произведуваат и плутониум и трициум за американската програма за јадрено оружје.

САД го развиле процесот на производство на хемиска размена кој првпат бил демонстриран во голем обем во фабриката Дана, Индијана во 1945 година и во фабриката на реката Савана, Јужна Каролина, во 1952 година. DuPont управувал со SRP за USDOE до 1 април 1989 година, кога Вестингхаус ги презел.

 Индија 
Индија е еден од најголемите светски производители на тешка вода преку својот одбор за тешки води. Извезува тешка вода во земји како Република Кореја, Кина и САД.

 Јапонија 
Во 1930-тите, Соединетите Држави и Советскиот Сојуз се сомневале дека австрискиот хемичар Фриц Јохан Хансгирг изградил пилот-централа за Јапонската империја во јапонската управа во Северна Кореја за производство на тешка вода користејќи нов процес што тој го измислил.

 Норвешка 
мини|„Тешка вода“ направена од Norsk Hydro
Во 1934 година, Норск Хидро ја изградил првата комерцијална фабрика за тешка вода во Веморк, Тин, на крајот произведувајќи 4 кг на ден. Од 1940 година и во текот на Втората светска војна, централата била под германска контрола и сојузниците одлучиле да ја уништат централата и нејзината тешка вода за да го спречат германскиот развој на јадрено оружје. Кон крајот на 1942 година, планираниот напад наречен Операција Новак од страна на британските воздушни трупи не успеал, и двете едрилица се урнале. Напаѓачите биле убиени во несреќата или потоа погубени од Германците.

Ноќта на 27 февруари 1943 година, операцијата Гунерсид успеала. Норвешките командоси и локалниот отпор успеале да уништат мали, но клучни делови од електролитските ќелии, исфрлајќи ја акумулираната тешка вода во одводите на фабриката.

На 16 ноември 1943 година, сојузничките воздушни сили фрлиле повеќе од 400 бомби на локацијата. Сојузничкиот воздушен напад ја натерало нацистичката влада да ја премести целата достапна тешка вода во Германија на чување. На 20 февруари 1944 година, норвешки партизан го потопил траектот М/Ф<span typeof="mw:Entity" id="mwAm4">&nbsp;</span><i id="mwAm8">Хидрото</i> пренесување тешка вода преку езерото Тин, по цена на 14 норвешки цивили, а најголемиот дел од тешката вода се претпоставува дека е изгубен. Неколку од бурињата биле само до половина полни, па оттука пловни, и можеби се спасени и транспортирани во Германија.

Неодамнешната истрага на записите за производство во Норск Хидро и анализата на недопреното буре кое било спасено во 2004 година, открило дека иако бурињата во оваа пратка содржеле вода со pH вредност 14 - што укажува на процесот на алкална електролитичка рафинирање - тие не содржеле високи концентрации на D2O. И покрај очигледната големина на пратката, вкупната количина на чиста тешка вода била прилично мала, повеќето буриња содржеле само 0,5-1% чиста тешка вода. На Германците би им биле потребни вкупно околу 5 тони тешка вода за да се активира јадрениот реактор. Манифестот јасно покажувал дека има само половина тон тешка вода што се транспортира во Германија. Хидро носел многу малку тешка вода за еден реактор, а камоли 10 или повеќе тони потребни за да се направи доволно плутониум за јадрено оружје. Германската програма за јадрено оружје била многу помалку напредна од проектот на Менхетен и ниту еден реактор изграден во нацистичка Германија никогаш не бил блиску до критичност. Ниту една количина на тешка вода не би го променила тоа.

Израел признал дека работи на реакторот „Димона“ со норвешка тешка вода што му била продадена во 1959 година. Преку реекспорт користејќи Романија и Германија, Индија веројатно користела и норвешка тешка вода."3 Scandals Oslo Must Put to Rest" .

 Шведска 
За време на Втората светска војна, компанијата Фосфатболагет во Љунгаверк, Шведска, произведувала 2.300 литри годишно тешка вода. Тешката вода потоа била продадена и на Германија и на проектот Менхетен во САД за цена од 1,40 SEK за грам тешка вода.

 Канада 
Како дел од својот придонес кон проектот Менхетен, Канада изградила и управувала 450 до 540 кг месечно (дизајнерски капацитет) постројка за електролити за тешка вода во Трејл, Британска Колумбија, која започнала со работа во 1943 година 
Дизајнот на енергетскиот реактор за атомска енергија на Канада (AECL) бара големи количества тешка вода за да дејствува како неутронски модератор и течност за ладење. AECL нарачал две постројки за тешка вода, кои биле изградени и работеле во Атлантик Канада во заливот Глејс, Нова Шкотска (од страна на Deuterium of Canada Limited) и Порт Хоксбери, Нова Шкотска (од General Electric Canada). Овие погони се покажале дека имаат значителни проблеми во дизајнот, изградбата и производството. Следствено, AECL ја изградила фабриката за тешка вода Брус ( ),Google Earth која подоцна ја продала на Онтарио Хидро, за да обезбеди сигурно снабдување со тешка вода за идните електрани. Двете фабрики во Нова Шкотска биле затворени во 1985 година кога нивното производство се покажало како непотребно.

Фабриката за тешка вода Брус (BHWP) во Онтарио била најголемата фабрика за производство на тешка вода во светот со капацитет од 1600 тони годишно во својот врв (800 тони годишно по целосна фабрика, две целосно оперативни постројки на својот врв). Тој го користел површинскиот сулфид процес за производство на тешка вода и барал 340.000 тони вода за производство на еден тон тешка вода. Тоа било дел од комплексот кој вклучувал осум реактори CANDU, кои обезбедувале топлина и енергија за постројката за тешка вода. Локацијата се наоѓала на јадрената генераторска станица Даглас Поинт / Брус во близина на Тивертон, Онтарио, на езерото Хјурон каде што имало пристап до водите на Големите езера.

AECL го издал договорот за изградба во 1969 година за првата единица BHWP (BHWP A). Пуштањето во употреба на BHWP A било направено од Онтарио Хидро од 1971 до 1973 година, при што фабриката стапила во употреба на 28 јуни 1973 година, а дизајнот производствен капацитет бил постигнат во април 1974 година. Поради успехот на BHWP A и големата количина на тешка вода што би била потребна за големиот број претстојни планирани проекти за изградба на атомска централа CANDU, Ontario Hydro пуштил во употреба три дополнителни постројки за производство на тешка вода за локацијата Брус (BHWP B, C и Г). BHWP B бил пуштен во употреба во 1979 година. Овие први две постројки биле значително поефикасни од планираното, а бројот на градежни проекти на CANDU било значително помало од првично планираниот, што довело до откажување на изградбата на BHWP C & D. Во 1984 година, BHWP A била затворена. До 1993 година, Ontario Hydro имал произведено доволно тешка вода за да ги задоволи сите свои предвидени домашни потреби (кои биле пониски од очекуваното поради подобрената ефикасност во користењето и рециклирањето на тешката вода), така што тие затвориле и уништилеполовина од капацитетот на BHWP B. Преостанатиот капацитет продолжил да работи со цел да се исполни побарувачката за извоз на тешка вода сè додека не била трајно затворена во 1997 година, по што постројката била постепено демонтирана и локацијата била расчистена.

AECL во моментов истражува други поефикасни и еколошки побенигни процеси за создавање тешка вода. Ова е релевантно за реакторите CANDU бидејќи тешката вода претставуваше околу 15-20% од вкупните капитални трошоци на секоја централа CANDU во 1970-тите и 1980-тите.

 Иран 
Од 1996 година во Хондаб кај Арак се гради фабрика за производство на тешка вода.  На 26 август 2006 година, иранскиот претседател Ахмадинеџад го инаугурирал проширувањето на фабриката за тешка вода во земјата. Иран укажал дека постројката за производство на тешка вода ќе работи во тандем со истражувачки реактор од 40 MW, кој имал закажан датум за завршување во 2009 година 

Иран произвел деутерирани растворувачи на почетокот на 2011 година за прв пат.

Јадрото на IR-40 требало да биде редизајнирано врз основа на јадрениот договор во јули 2015 година.

На Иран му е дозволено да складира само 130 тони тешка вода. Иран извезува вишок производство откако ја надминал нивната распределба што го прави Иран трет најголем извозник на тешка вода во светот.

 Пакистан 
Истражувачкиот реактор за тешка вода и природен ураниум од 50 MW во Кушаб, во провинцијата Пенџаб, е централен елемент на пакистанската програма за производство на плутониум, деутериум и трициум за напредни компактни боеви глави (т.е. термојадрено оружје). Пакистан успеал да набави фабрика за прочистување и складирање на трициум и материјали прекурсори на деутериум и трициум од две германски фирми.

 Други земји 
Романија произведувала тешка вода во сега деактивираната фабрика за сулфид Дробета Гирдлер за домашни и извозни цели.

Франција управувала со мала фабрика во текот на 1950-тите и 1960-тите.

Тешка вода постои во зголемена концентрација во хиполимнионот на езерото Тангањика во Источна Африка. Веројатно е дека слични покачени концентрации постојат во езерата со слична лимнологија, но ова е само 4% збогатување (24 наспроти 28) H Craig 1974 http://escholarship.org/uc/item/4ct114wz#page-55 и површинските води обично се збогатени со  со испарување во уште поголема мера со побрзо испарување.

 Употреба 

 Јадрена магнетна резонанца 
Деутериум оксид се користи во спектроскопија на јадрена магнетна резонанца кога се користи вода како растворувач ако интересниот нуклид е водород. Ова е затоа што сигналот од молекулите на растворувачот светлина-вода (H2O) се меша со сигналот од интересната молекула растворена во него. Деутериумот има различен магнетен момент и затоа не придонесува за сигналот 1 H-NMR на фреквенцијата на водород-1 резонанца.

За некои експерименти, може да биде пожелно да се идентификуваат лабилните водогени на соединението, тоа се водородните кои лесно може да се разменуваат како H+ јони на некои позиции во молекулата. Со додавање на D2O, лабилните водороди се разменуваат и се заменуваат со атоми на деутериум (2H). Овие позиции во молекулата тогаш не се појавуваат во спектарот 1 H-NMR.

 Органска хемија 
Деутериум оксид често се користи како извор на деутериум за подготовка на специфично означени изотополози на органски соединенија. На пример, CH врските во непосредна близина на кетонските карбонилни групи може да се заменат со ЦД врски, користејќи киселинска или базна катализа. Триметилсулфоксониум јодид, направен од диметил сулфоксид и метил јодид може да се рекристализира од деутериум оксид, а потоа да се дисоцира за да се регенерираат метил јодид и диметил сулфоксид, обата означени со деутериум. Во случаи кога се размислува за специфично двојно означување со деутериум и трициум, истражувачот мора да биде свесен дека деутериум оксидот, во зависност од возраста и потеклото, може да содржи малку трициум.

 Инфрацрвена спектроскопија 
Деутериум оксид често се користи наместо вода при собирање FTIR спектри на белковини во раствор. H2O создава силна лента што се преклопува со амид I регионот на белковини. Појасот од D2O е оддалечен од регионот на амид I.

 Неутронски модератор 
Тешката вода се користи во одредени типови на јадрени реактори, каде што делува како модератор на неутрони за да ги успори неутроните, така што тие се со поголема веројатност да реагираат со фисилниот ураниум-235 отколку со ураниум-238, кој заробува неутрони без расцепување. Реакторот CANDU го користи овој дизајн. Лесната вода исто така делува како модератор, но бидејќи лесната вода апсорбира повеќе неутрони од тешката вода, реакторите што користат лесна вода за модератор на реактор мора да користат збогатен ураниум наместо природен ураниум, инаку критичноста е невозможна. Значителен дел од застарените енергетски реактори, како што се реакторите RBMK во СССР, биле изградени со користење на нормална вода за ладење, но графит како модератор. Сепак, опасноста од графит во енергетските реактори (пожарите на графит делумно довеле до катастрофата во Чернобил) довеле до прекин на графитот во стандардните дизајни на реактори.

Бидејќи тие не бараат збогатување ураниум, реакторите за тешка вода се повеќе загрижувачки во однос на ширењето на јадреното оружје.  Размножувањето и екстракцијата на плутониум може да биде релативно брз и евтин пат за изградба на јадрено оружје, бидејќи хемиското одвојување на плутониумот од горивото е полесно отколку изотопското одвојување на U-235 од природниот ураниум. Помеѓу сегашните и минатите држави со јадрено оружје, Израел, Индија и Северна Кореја  првпат користеле плутониум од реактори со умерена тешка вода кои согорувале природен ураниум, додека Кина, Јужна Африка и Пакистан први изградиле оружје користејќи високо збогатен ураниум.

Нацистичката јадрена програма, која работи со поскромни средства од современиот проект Менхетен и е попречена од многу водечки научници кои биле протерани во егзил (многу од нив завршиле со работа за проектот Менхетен), како и континуираните внатрешни борби, погрешно го отфрлиле графитот како модератор поради непрепознавање на ефектот на нечистотиите. Со оглед на тоа што изотопското раздвојување на ураниумот се сметал за преголема пречка, ова оставило тешка вода како потенцијален модератор. Други проблеми биле идеолошката аверзија во однос на она што пропагандата го отфрлила како „ еврејска физика“ и недовербата меѓу оние кои биле ентузијасти нацисти уште пред 1933 година и оние кои биле Митлауфер или се обидувале да задржат низок профил. Делумно поради сојузничките саботажи и командосите на Норск Хидро (тогаш најголемиот светски производител на тешка вода) како и гореспоменатите внатрешни борби, германската јадрена програма никогаш не успеала да собере доволно ураниум и тешка вода на едно место за да постигне критичност и покрај тоа што поседувала доволно од двете до крајот на војната.

Меѓутоа, во САД, првиот експериментален атомски реактор (1942), како и производствените реактори на проектот Менхетен Ханфорд кои го произведуваа плутониумот за Trinity и бомбите Fat Man, сите користеле модератори на неутрони од чист јаглерод (графит) во комбинација со нормална вода. цевки за ладење. Тие не функционирале ниту со збогатен ураниум ниту со тешка вода. Руското и британското производство на плутониум исто така користеле реактори модерирани со графит.

Нема докази дека цивилните реактори за електрична енергија за тешка вода - како што се дизајните CANDU или Atucha - биле користени за производство на воени фисилни материјали. Во државите кои веќе не поседуваат јадрено оружје, јадрениот материјал во овие капацитети е под заштитни мерки на МААЕ за да се обесхрабри какво било пренасочување.

Поради неговиот потенцијал за употреба во програмите за јадрено оружје, поседувањето или увозот/извозот на големи индустриски количества тешка вода се предмет на владина контрола во неколку земји. Добавувачите на технологија за производство на тешка вода вообичаено ги применуваат заштитните мерки и сметководството на материјалите администрирани од IAEA (Меѓународната агенција за атомска енергија) за тешката вода. (Во Австралија, Законот за јадрено неширење (заштитни мерки) од 1987 година) Во САД и Канада, неиндустриските количини на тешка вода (т.е. во опсег од грам до кг) се рутински достапни без посебна лиценца преку дилерите за снабдување со хемикалии и комерцијалните компании како што е поранешниот голем светски производител Ontario Hydro.

 Неутрино детектор 
Опсерваторијата Sudbury Neutrino (SNO) во Садбери, Онтарио користи 1.000 тони тешка вода на заем од Atomic Energy of Canada Limited. Детекторот за неутрино е 2,100 метри под земја во рудник, за да се заштити од мионите произведени од космичките зраци. SNO е изграден за да одговори на прашањето дали неутрините од типот на електрони произведени со соединување на Сонцето (единствениот тип што Сонцето треба директно да го произведува, според теоријата) би можеле да се претворат во други видови неутрина на патот кон Земјата. SNO го детектира черенковото зрачење во водата од електрони со висока енергија произведени од неутрина од типот на електрони додека тие се подложени на интеракции на наелектризирана струја (CC) со неутроните во деутериум, претворајќи ги во протони и електрони (сепак, само електроните се доволно брзи за да произведат Черенково зрачење за откривање).

SNO, исто така, ги детектира настаните на расејување на електрони на неутрино (ES), каде што неутриното пренесува енергија на електронот, кој потоа продолжува да генерира черенковско зрачење кое се разликува од она што го произведуваат настаните CC. Првата од овие две реакции е произведена само од неутрина од типот на електрони, додека втората може да биде предизвикана од сите вкусови на неутрино. Употребата на деутериум е клучна за функцијата SNO, бидејќи сите три „вкусови“ (типови) на неутрина  може да се детектираат и во трет тип на реакција, неутрино-дезинтеграција, во која неутрино од кој било тип (електрон, мион или тау) се расејува од јадрото на деутериум ( деутерон ), пренесувајќи доволно енергија за да го разбие лабаво врзаниот деутрон во слободен неутрон и протон преку интеракција на неутрална струја (NC).

Овој настан е откриен кога слободниот неутрон се апсорбира од 35 Cl − присутни од NaCl намерно растворен во тешката вода, предизвикувајќи емисија на карактеристични заробени гама зраци. Така, во овој експеримент, тешката вода не само што обезбедува транспарентен медиум неопходен за производство и визуелизација на радијацијата Черенков, туку обезбедува и деутериум за откривање на егзотични неутрина од типот mu (μ) и тау (τ), како и модератор што не апсорбира медиум за зачувување на слободните неутрони од оваа реакција, додека не се апсорбираат од лесно откриен изотоп активиран од неутрони.

 Тестирање на метаболичка стапка и промет на вода во физиологија и биологија 
Тешката вода се користи како дел од мешавината со H218 O за заеднички и безбеден тест за просечната метаболичка стапка кај луѓето и животните кои се подложени на нивните нормални активности. Стапката на елиминација само на деутериум е мерка за обртот на водата во телото. Ова е многу променливо помеѓу поединци и зависи од условите на околината, како и од големината на предметот, полот, возраста и физичката активност.

 Производство на трициум 
Трициумот е активната супстанција во самонапојуваното осветлување и контролираната jadreno соединување, неговите други намени, вклучително и авторадиографија и радиоактивно означување. Исто така се користи во дизајнот на јадрено оружје за засилени оружја со фисија и иницијатори. Трициумот се подложува на бета распаѓање во Хелиум-3, кој е стабилен, но редок, изотоп на Хелиум кој сам по себе е многу баран. Некои трициум се создаваат во реактори со умерена тешка вода кога деутериумот фаќа неутрон. Оваа реакција има мал пресек (веројатност за еден настан за фаќање неутрони) и произведува само мали количини на трициум, иако доволно за да се оправда чистењето на трициум од модераторот на секои неколку години за да се намали ризикот од бегство на трициум врз животната средина. Со оглед на тоа што Хелиум-3 е неутронски отров со повисок пресек на заробување од редот на големина од која било компонента на тешка или тритиирана вода, неговата акумулација во модератор на неутрони од тешка вода или цел за производство на трициум мора да се сведе на минимум.

За производство на многу трициум на овој начин ќе бидат потребни реактори со многу високи неутронски текови, или со многу висок процент на тешка вода во јадреното гориво и многу ниска апсорпција на неутрони од друг реакторски материјал. Тогаш трициумот би требало да се обнови со одвојување на изотоп од многу поголемо количество деутериум, за разлика од производството од литиум-6 (сегашниот метод), каде што е потребно само хемиско одвојување.

Апсорпциониот пресек на деутериум за топлински неутрони е 0,52 мили бари (5,2 × 10 −32 m 2 ; 1 бар = 10 −28 m 2 ), додека оние на кислород-16 и кислород-17 се 0,19 и 0,24 милибари соодветно. 17 O сочинува 0,038% од природниот кислород, со што севкупниот пресек е 0,28 милибарни. Затоа, во D2O со природен кислород, 21% од заробените неутрони се на кислород, што се зголемува повисоко бидејќи 17 O се собира од зафаќањето на неутрони на 16O. Исто така, 17O може да емитира алфа честичка при фаќање на неутрони, произведувајќи радиоактивен јаглерод-14.

 Наводи 

 Надворешни врски 
 Тешка вода и тешка вода - Втор дел на периодичниот систем на видеа (Универзитет во Нотингем)
 Производство на тешка вода, Федерација на американски научници
 Тешка вода: водич за производители за векот на водород
 Дали „тешката вода“ е опасна?    Извештај на персоналот за прав наркотик. 9 декември 2003 година
 Коментирана библиографија за тешка вода од Дигиталната библиотека Алсос за јадрени прашања
 Мразот би требало да лебди, но со малку тешка вода можете да направите коцки кои тонат
 Изотопски ефекти на тешка вода во биолошки објекти Олег Мосин, Игнат Игнатов
 J. Chem. Физ. 41, 1964 година
 MOU помеѓу HWB и M/s Clearsynth MOU помеѓу HWB и M/s Clearsynth, Мумбаи за продажба на 20 тони тешка вода за една година за нејзините нејадрени апликации.

Категорија:Соединенија на кислородот
Категорија:Облици на водата