ديوتيريوم

**الديوتيريوم** (بالإنجليزية: Deuterium) (أو **الهيدروجين -2**، الرمز الكيميائي له D أو 2H، معروف أيضًا باسم **الهيدروجين الثقيل**) وهو الذرة التي تحتوي نواتها على بروتون واحد ونيوترون واحد وتسمى هذه الذرة بالهيدروجين الثقيل، وتسمى نواة الديوتريوم بالديوترون. وبذلك يعدّ الديوتريوم أحد النظائر الثلاثة الطبيعية للهيدروجين. حيث أن الشكل الشائع لذرة الهيدروجين هو ذرة مكونة من بروتون واحد فقط، وهذا هو النظير الأول للهيدروجين وأكثر تلك النظائر شهرة (يسمى أحياناً بالبروتيوم). وهناك نظير ثالث للهيدروجين يسمى التريشيوم (التريتيوم) وتكون نواة ذرة الهيدروجين في هذه الحالة مكونة من بروتون واحد ونيوترونين اثنين، والتريتيوم هو أثقل نظائر الهيدروجين الطبيعية وأكثرها ندرة.

يوجد الديوتريوم في الطبيعة في مياه المحيطات والبحار، حيث أن هناك ذرة ديوتريوم واحدة من بين كل 6500 ذرة هيدروجين في الطبيعة (أي 154 لكل مليون). وبعبارة أخرى فإن نسبة الهيدوجين الثقيل إلى مجمل الهيدروجين الموجود في الطبيعة هي 0.015% (أو 0.030% بالنظر إلى الكتلة).

ويعتقد أنه يمكن العثور على نسبة أكبر من الديوتريوم كلما توغلنا أكثر في عمق مياه المحيطات.

من الناحية الفيزيائية فإن الديوتريوم هو غاز في درجة الحرارة العادية، وهو نظير مستقر إشعاعياً، أي أنه ليس له عمر نصف. كتلة هذا النظير هي	2.01355321270 وحدة كتل ذرية.

يرمز للديوتريوم عادةً بالرمز D أو 2H، فمثلاً الرمز الكيميائي لجزيء الماء الثقيل هو D2O على خلاف جزيء الماء العادي والذي يرمز له بالرمز H2O. ومما يجدر ذكره أن الماء الثقيل أكثر لزوجة من الماء العادي وكثافته النسبية أعلى منه.

**الديوتيريوم** هو أحد نظيرين مستقرين للهيدروجين (الآخر هو البروتيوم، أو الهيدروجين -1). على نواة من الديوتريوم ذرة، ودعا **الديوترون،** يحتوي على واحد بروتون واحد النيوترون، في حين أن البروتيوم أكثر شيوعا الآن لا يوجد لديه النيوترونات في النواة. يحتوي الديوتيريوم على وفرة طبيعية في محيطات الأرض تبلغ ذرة واحدة تقريبًا في  من الهيدروجين. وهكذا يمثل الديوتيريوم حوالي 0.02٪ (0.03٪ بالكتلة) من كل الهيدروجين الطبيعي الموجود في المحيطات، بينما يمثل البروتيوم أكثر من 99.98٪. تتغير وفرة الديوتيريوم قليلاً من نوع واحد من المياه الطبيعية إلى نوع آخر (انظر معيار فيينا يعني مياه المحيط).

اشتق اسم *الديوتيريوم* من الكلمة اليونانية **'، والتي تعني «الثانية»، للدلالة على الجسيمين اللذين يتألف منهما النواة. تم اكتشاف الديوتيريوم وتسميته في عام 1931 من قبل [[هارولد يوري|هارولد أوري]]. عندما تم اكتشاف النيوترون في عام 1932، جعل هذا التركيب النووي للديوتيريوم واضحًا، وفاز أوري بجائزة [[قائمة الحاصلين على جائزة نوبل في الكيمياء|نوبل]] عام 1934 «لاكتشافه الهيدروجين الثقيل». بعد فترة وجيزة من اكتشاف الديوتيريوم، أنتج يوري وآخرون عينات من «[[ماء ثقيل|الماء الثقيل]]» الذي كان محتوى الديوتيريوم فيه شديد التركيز.

يتم تدمير الديوتيريوم في الأجزاء الداخلية للنجوم بشكل أسرع مما يتم إنتاجه. يعتقد أن العمليات الطبيعية الأخرى تنتج كمية ضئيلة من الديوتيريوم. تم إنتاج كل الديوتيريوم الموجود في الطبيعة تقريبًا في [[الانفجار العظيم|الانفجار]] العظيم قبل 13.8 مليار سنة، حيث يرجع أصل النسبة الأساسية أو البدائية من الهيدروجين -1 إلى الديوتيريوم (حوالي 26 ذرة من الديوتيريوم لكل مليون ذرة هيدروجين) منذ ذلك الوقت. هذه هي النسبة الموجودة في الكواكب الغازية العملاقة، مثل كوكب المشتري. وجد تحليل نسب الديوتيريوم والبروتيوم في المذنبات نتائج مشابهة جدًا لمتوسط النسبة في محيطات الأرض (156 ذرة ديوتيريوم لكل مليون ذرة هيدروجين). هذا يعزز النظريات القائلة بأن معظم مياه المحيطات على الأرض هي من أصل مذنب. نسبة الديوتيريوم إلى البروتيوم للمذنب [[67P/تشوريوموف-جيراسيمنكو|67P / Churyumov-Gerasimenko]]، كما تم قياسها بواسطة [[روزيتا|مسبار الفضاء ''Rosetta'']]، تبلغ حوالي ثلاثة أضعاف نسبة مياه الأرض. هذا الرقم هو أعلى رقم تم قياسه حتى الآن في مذنب.

وهكذا تستمر نسب الديوتيريوم والبروتيوم في أن تكون موضوعًا نشطًا للبحث في كل من علم الفلك وعلم المناخ.

== تاريخ الديوتريوم ==
تم اكتشاف نظير الهيدروجين الديوتريوم عام 1931 من قبل العالم الأمريكي [[هارولد يوري|هارولد أوري]] والذي استلم [[جائزة نوبل]] بالكيمياء عام 1934 على هذا الاكتشاف.

== الاختلافات عن الهيدروجين الشائع (البروتيوم) ==

=== الرمز الكيميائي ===
[[ملف:Deuterium_discharge_tube.jpg|يسار|تصغير|[[أنبوب تفريغ]] الديوتيريوم]]
كثيرًا ما يتم تمثيل الديوتيريوم [[رمز كيميائي|بالرمز الكيميائي]] D. نظرًا لأنه نظير [[هيدروجين|للهيدروجين]] [[عدد كتلي|برقم كتلته]] 2، يتم تمثيله أيضًا [[رمز كيميائي|بالرمز]] <sup>2</sup>H. يسمح [[الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية|IUPAC]] بكل من D و <sup>2</sup>H. يتم استخدام رمز كيميائي مميز للراحة بسبب الاستخدام الشائع للنظير في العمليات العلمية المختلفة. أيضا، الفرق كتلته كبيرة مع [[نظائر الهيدروجين|البروتيوم]] <sup>(1</sup> H) (الديوتيريوم له كتلة من ، مقارنة [[متوسط (إحصاء)|بمتوسط]] [[كتلة ذرية نسبية|الوزن الذري]] للهيدروجين البالغ  وكتلة البروتيوم ) يمنح اختلافات كيميائية غير مهملة مع المركبات المحتوية على البروتيوم، في حين أن نسب الوزن النظائري داخل العناصر الكيميائية الأخرى غير ذات أهمية إلى حد كبير في هذا الصدد.

=== التحليل الطيفي ===
في [[ميكانيكا الكم|ميكانيكا الكم،]] تعتمد مستويات طاقة الإلكترونات في الذرات على [[كتلة مخفضة|الكتلة المخفضة]] لنظام الإلكترون والنواة. بالنسبة [[ذرة الهيدروجين|لذرة الهيدروجين]]، يظهر دور الكتلة المختزلة ببساطة في [[نموذج بور|نموذج بوهر]] للذرة، حيث تظهر الكتلة المخفضة في حساب بسيط [[ثابت ريدبرغ|لثابت]] ريدبرج ومعادلة ريدبرج، ولكن تظهر الكتلة المخفضة أيضًا في [[معادلة شرودنغر|معادلة شرودنجر]]، [[معادلة ديراك|ومعادلة ديراك]] لحساب مستويات الطاقة الذرية.

الكتلة المختزلة للنظام في هذه المعادلات قريبة من كتلة إلكترون واحد، ولكنها تختلف عنها بمقدار ضئيل يساوي تقريبًا نسبة كتلة الإلكترون إلى النواة الذرية. بالنسبة للهيدروجين، تبلغ هذه الكمية حوالي 1837/1836، أو 1.000545، وهي أصغر بالنسبة للديوتيريوم: 3671/3670، أو 1.0002725. لذلك تختلف طاقات الخطوط الطيفية للديوتيريوم والهيدروجين الخفيف ([[ذرة الهيدروجين|الهيدروجين -1]]) بنسب هذين الرقمين، وهي 1.000272. الأطوال الموجية لجميع خطوط الديوتيريوم الطيفية أقصر من الخطوط المقابلة للهيدروجين الخفيف، بمعامل 1.000272. في الملاحظة الفلكية، هذا يتوافق مع انزياح دوبلر أزرق يساوي 0.000272 ضعف سرعة الضوء، أو 81.6&nbsp;كم / ثانية.

تكون الاختلافات أكثر وضوحًا في التحليل الطيفي الاهتزازي مثل مطيافية [[مطيافية الأشعة تحت الحمراء|الأشعة تحت الحمراء ومطياف]] [[مطيافية رامان|رامان]]،  وفي أطياف الدوران مثل [[مطيافية الميكرويف|مطيافية الميكروويف]] لأن [[كتلة مخفضة|الكتلة المنخفضة]] من الديوتيريوم أعلى بشكل ملحوظ من [[كتلة مخفضة|كتلة]] البروتيوم. في [[مطيافية الرنين المغناطيسي النووي|التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي]]، يحتوي الديوتيريوم على تردد [[رنين مغناطيسي نووي|NMR]] مختلف تمامًا (على سبيل المثال 61&nbsp;ميغاهيرتز عندما يكون البروتيوم عند 400&nbsp;MHz) وهو أقل حساسية بكثير. عادة ما تستخدم المذيبات المذيبة في الرنين المغناطيسي النووي البروتيوم لمنع المذيب من التداخل مع الإشارة، على الرغم من أن [[الديوتيريوم NMR]] ممكن أيضًا.

=== التركيب النووي Big Bang ===
يُعتقد أن الديوتيريوم قد لعب دورًا مهمًا في تحديد عدد ونسب العناصر التي تشكلت في [[الانفجار العظيم]]. من خلال الجمع بين [[ديناميكا حرارية|الديناميكا الحرارية]] والتغيرات التي أحدثها التوسع الكوني، يمكن للمرء حساب جزء [[بروتون|البروتونات]] [[نيوترون|والنيوترونات]] بناءً على درجة الحرارة عند النقطة التي برد فيها الكون بدرجة كافية للسماح بتكوين [[نواة الذرة|النوى]]. يشير هذا الحساب إلى سبعة بروتونات لكل نيوترون في بداية [[تخليق نووي|التكوّن النووي]]، وهي نسبة ستبقى مستقرة حتى بعد انتهاء التكوّن النووي. كان هذا الجزء لصالح البروتونات في البداية، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الكتلة المنخفضة للبروتون تفضل إنتاجها. مع توسع الكون، برد. [[نيوترون|النيوترونات]] والبروتونات [[نيوترون|الحرة]] أقل استقرارًا من نوى [[هيليوم|الهيليوم]]، وكان للبروتونات والنيوترونات سبب قوي لتكوين [[هيليوم-4|الهيليوم -4]]. ومع ذلك، فإن تكوين الهليوم -4 يتطلب خطوة وسيطة لتكوين الديوتيريوم.

خلال معظم الدقائق القليلة التي أعقبت الانفجار العظيم والتي من الممكن أن يحدث خلالها التخليق النووي، كانت درجة الحرارة مرتفعة بما يكفي لأن متوسط الطاقة لكل جسيم كان أكبر من طاقة الارتباط للديوتيريوم المرتبط بشكل ضعيف لذلك تم تدمير أي ديوتيريوم تم تكوينه على الفور. يُعرف هذا الوضع باسم **عنق الزجاجة للديوتيريوم** . أدى عنق الزجاجة إلى تأخير تكوين أي هيليوم -4 حتى أصبح الكون باردًا بدرجة كافية لتكوين الديوتيريوم (عند درجة حرارة تعادل 100 [[إلكترون فولت|كيلو فولت تقريبًا]]). في هذه المرحلة، كان هناك انفجار مفاجئ في تكوين العنصر (الديوتيريوم الأول، والذي اندمج على الفور مع الهيليوم). ومع ذلك، بعد ذلك بوقت قصير جدًا، بعد عشرين دقيقة من الانفجار العظيم، أصبح الكون باردًا جدًا بحيث لا يمكن حدوث أي [[اندماج نووي]] وتخليق [[اندماج نووي|نووي]] إضافي. في هذه المرحلة، كانت وفرة العناصر ثابتة تقريبًا، مع التغيير الوحيد حيث تتحلل بعض المنتجات [[اضمحلال نشاط إشعاعي|المشعة]] للتخليق النووي للانفجار العظيم (مثل [[تريتيوم|التريتيوم]]). إن عنق زجاجة الديوتيريوم في تكوين الهيليوم، جنبًا إلى جنب مع عدم وجود طرق مستقرة للاندماج مع الهيدروجين أو مع نفسه (لا توجد نوى مستقرة بأعداد كتلتها خمسة أو ثمانية) تعني أن كمية ضئيلة من الكربون، أو أي عناصر أثقل من الكربون، تشكلت في الانفجار العظيم. وبالتالي تتطلب هذه العناصر تكوين النجوم. في الوقت نفسه، ضمن فشل الكثير من التكوُّن النووي أثناء الانفجار العظيم أنه سيكون هناك الكثير من الهيدروجين في الكون المتأخر متاحًا لتكوين نجوم طويلة العمر، مثل شمسنا.

=== وفرة ===
يوجد الديوتيريوم بكميات ضئيلة بشكل طبيعي مثل [[غاز]] الديوتيريوم، يكتب بالصيغة <sup>2</sup>H <sub>2</sub> or D<sub>2</sub>، ولكن معظم الذرات الموجودة بشكل طبيعي في [[فضاء كوني|الكون]] مرتبطة بـ 1 نموذجي <sup>1</sup>H ذرة، غاز يسمى [[هدروجين ثقيل|ديوتريد الهيدروجين]] (HD أو <sup>2</sup>H<sup>1</sup>H).

إن وجود الديوتيريوم على الأرض، في أماكن أخرى من [[المجموعة الشمسية|النظام الشمسي]] (كما أكدته مسابر الكواكب)، وفي أطياف [[نجم|النجوم]]، هو أيضًا مرجع مهم في [[علم الكون الفيزيائي|علم الكونيات]]. يعمل إشعاع جاما الناتج عن الاندماج النووي العادي على تفكيك الديوتيريوم إلى بروتونات ونيوترونات، ولا توجد عمليات طبيعية معروفة بخلاف عملية [[تخليق الانفجار العظيم النووي|التخليق النووي للانفجار العظيم]]، والتي ربما تكون قد أنتجت الديوتيريوم في أي شيء قريب من وفرته الطبيعية المرصودة. يتم إنتاج الديوتيريوم عن طريق [[اضمحلال عنقودي|الانحلال العنقودي]] النادر، والامتصاص العرضي للنيوترونات التي تحدث بشكل طبيعي بواسطة الهيدروجين الخفيف، ولكن هذه مصادر تافهة. يُعتقد أن هناك القليل من الديوتيريوم في باطن الشمس والنجوم الأخرى، حيث إن [[اندماج نووي|تفاعلات الاندماج النووي]] التي تستهلك الديوتيريوم في درجات الحرارة هذه تحدث بشكل أسرع بكثير من [[تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل|تفاعل البروتون والبروتون]] الذي ينتج الديوتيريوم. ومع ذلك، يظل الديوتيريوم موجودًا في الغلاف الجوي الخارجي للشمس عند نفس التركيز تقريبًا كما هو الحال في كوكب المشتري، وربما لم يتغير هذا منذ نشأة النظام الشمسي. يبدو أن الوفرة الطبيعية للديوتيريوم هي جزء مشابه جدًا من الهيدروجين، أينما وجد الهيدروجين، ما لم تكن هناك عمليات واضحة في العمل تعمل على تركيزه.

إن وجود الديوتيريوم عند جزء بدائي منخفض ولكنه ثابت في كل الهيدروجين هو أحد الحجج الأخرى المؤيدة لنظرية [[الانفجار العظيم|الانفجار]] العظيم على نظرية الحالة [[نظرية الحالة الثابتة|الثابتة]] للكون. يصعب تفسير النسب المرصودة من الهيدروجين إلى الهيليوم إلى الديوتيريوم في الكون إلا باستخدام نموذج الانفجار العظيم. تشير التقديرات إلى أن وفرة الديوتيريوم لم تتطور بشكل ملحوظ منذ إنتاجها قبل حوالي 13.8 مليار سنة. تُظهر قياسات الديوتيريوم في مجرة درب التبانة من التحليل الطيفي فوق البنفسجي نسبة تصل إلى 23 ذرة من الديوتيريوم لكل مليون ذرة هيدروجين في السحب الغازية غير المضطربة، والتي تقل بنسبة 15٪ فقط عن النسبة الأولية المقدرة لـ [[مسبار ويلكينسون لقياس التباين الميكروي|WMAP]] بحوالي 27 ذرة لكل مليون من Big انفجار. تم تفسير هذا على أنه يعني أنه تم تدمير كمية أقل من الديوتيريوم في تكوين النجوم في مجرتنا مما كان متوقعًا، أو ربما تم تجديد الديوتيريوم من خلال سقوط كبير من الهيدروجين البدائي من خارج المجرة. في الفضاء على بعد بضع مئات من السنين الضوئية من الشمس، تبلغ وفرة الديوتيريوم 15 ذرة فقط لكل مليون، ولكن من المفترض أن تتأثر هذه القيمة بالامتزاز التفاضلي للديوتيريوم على حبيبات غبار الكربون في الفضاء بين النجوم.

تم قياس وفرة الديوتيريوم في الغلاف الجوي [[المشتري|لكوكب المشتري]] مباشرة بواسطة [[غاليليو (مسبار فضاء)|مسبار جاليليو الفضائي]] حيث بلغ 26 ذرة لكل مليون ذرة هيدروجين. وجدت ملاحظات ISO-SWS 22 ذرة لكل مليون ذرة هيدروجين في كوكب المشتري. ويعتقد أن هذه الوفرة تمثل نسبة قريبة من نسبة النظام الشمسي البدائية. يمثل هذا حوالي 17٪ من نسبة الديوتيريوم الأرضية إلى الهيدروجين التي تبلغ 156 ذرة ديوتيريوم لكل مليون ذرة هيدروجين.

تم قياس الأجسام المذنبة مثل [[مذنب هيل-بوب|Comet Hale-Bopp]] و[[مذنب هالي|Halley's Comet]] لاحتواء المزيد نسبيًا من الديوتيريوم (حوالي 200 ذرة D لكل مليون هيدروجين)، وهي النسب المخصبة فيما يتعلق بنسبة السديم الأولية المفترضة، ربما بسبب التسخين، والتي هي مماثلة للنسب الموجودة في مياه البحر على الأرض. يؤكد القياس الأخير لكميات الديوتيريوم البالغة 161 ذرة د لكل مليون هيدروجين في المذنب [[103بي/هارتلي|103P / هارتلي]] (وهو كائن سابق في [[حزام كايبر]])، وهي نسبة تكاد تقارب تلك الموجودة في محيطات الأرض، على النظرية القائلة بأن المياه السطحية للأرض قد تكون مشتقة إلى حد كبير من المذنب. في الآونة الأخيرة، تبلغ نسبة الديوتيريوم والبروتيوم (D-H) البالغة [[67P/تشوريوموف-جيراسيمنكو|67P / Churyumov-Gerasimenko]] كما تم قياسها بواسطة ''Rosetta'' حوالي ثلاثة أضعاف نسبة مياه الأرض، وهو رقم مرتفع. وقد تسبب هذا في اهتمام متجدد بالاقتراحات بأن مياه الأرض قد تكون جزئية من أصل كويكب.

وقد لوحظ أن الديوتيريوم أيضًا أنه يتركز على متوسط الوفرة الشمسية في الكواكب الأرضية الأخرى، ولا سيما المريخ والزهرة.

=== إنتاج ===
يتم إنتاج الديوتيريوم للأغراض الصناعية والعلمية والعسكرية، عن طريق البدء بالماء العادي - جزء صغير منه عبارة عن [[ماء ثقيل]] طبيعي - ثم فصل الماء الثقيل عن طريق [[عملية كبريتيد جيردلر]]، أو التقطير، أو طرق أخرى.

من الناحية النظرية، يمكن إنشاء الديوتيريوم للماء الثقيل في مفاعل نووي، لكن الفصل عن الماء العادي هو أرخص عملية إنتاج بكميات كبيرة.

كانت [[الطاقة الذرية الكندية المحدودة|شركة Atomic Energy of Canada Limited]] المورد الرئيسي للديوتيريوم في العالم حتى عام 1997، عندما تم إغلاق آخر محطة للمياه الثقيلة. تستخدم كندا الماء الثقيل كوسيط [[مهدئ النيوترون|نيوتروني]] لتشغيل تصميم [[مفاعل كندو|مفاعل CANDU]].

منتج رئيسي آخر للمياه الثقيلة هي الهند. جميع محطات الطاقة الذرية في الهند باستثناء محطة واحدة هي مصانع تعمل بالماء الثقيل المضغوط، والتي تستخدم اليورانيوم الطبيعي (أي غير المخصب). الهند لديها ثمانية مصانع للمياه الثقيلة، سبعة منها قيد التشغيل. ستة مصانع، خمسة منها قيد التشغيل، تعتمد على تبادل D - H في غاز الأمونيا. يستخرج النباتان الآخران الديوتيريوم من المياه الطبيعية في عملية تستخدم غاز كبريتيد الهيدروجين تحت ضغط مرتفع.

بينما تتمتع الهند بالاكتفاء الذاتي من الماء الثقيل لاستخدامها الخاص، فإن [[الهند]] تصدر الآن أيضًا الماء الثقيل من فئة المفاعلات.

== الخصائص ==

=== الخصائص الفيزيائية ===
يمكن أن تظهر الخصائص الفيزيائية لمركبات الديوتيريوم [[تأثير النظائر الحركية|تأثيرات نظيرية حركية]] كبيرة واختلافات في الخصائص الفيزيائية والكيميائية الأخرى من نظائر البروتيوم. [[ماء ثقيل|D <sub>2</sub> O]]، على سبيل المثال، أكثر [[لزوجة]] من [[ماء|H <sub>2</sub> O.]]  كيميائيًا، توجد اختلافات في طاقة الرابطة وطول مركبات نظائر الهيدروجين الثقيلة مقارنة بالبروتيوم، والتي تكون أكبر من الاختلافات النظيرية في أي عنصر آخر. الروابط التي تحتوي على الديوتيريوم [[تريتيوم|والتريتيوم]] أقوى إلى حد ما من الروابط المقابلة في البروتيوم، وهذه الاختلافات كافية لإحداث تغييرات كبيرة في التفاعلات البيولوجية. تهتم شركات الأدوية بحقيقة أن إزالة الديوتيريوم من الكربون أصعب من إزالة البروتيوم.

يمكن للديوتيريوم أن يحل محل البروتيوم في جزيئات الماء لتكوين ماء ثقيل (D <sub>2</sub> O)، والذي يكون أكثر كثافة بنسبة 10.6٪ من الماء العادي (بحيث يغرق الثلج المصنوع منه في الماء العادي). يعتبر [[ماء ثقيل|الماء الثقيل]] سامًا بشكل طفيف في الحيوانات [[حقيقيات النوى|حقيقية النواة]]، حيث يتسبب استبدال 25٪ من ماء الجسم بمشاكل انقسام الخلايا والعقم، كما يتسبب الاستبدال بنسبة 50٪ في الوفاة بسبب المتلازمة السامة للخلايا (فشل نخاع العظم وفشل البطانة المعدية المعوية). ومع ذلك، يمكن للكائنات [[بدائيات النوى|بدائية النواة]] أن تعيش وتنمو في الماء الثقيل النقي، على الرغم من أنها تتطور ببطء. على الرغم من هذه السمية، فإن استهلاك الماء الثقيل في الظروف العادية لا يشكل خطراً على [[ماء ثقيل|صحة]] الإنسان. تشير التقديرات إلى أن  قد يشرب الشخص  من الماء الثقيل دون عواقب وخيمة. جرعات صغيرة من الماء الثقيل (بضعة جرامات في البشر، تحتوي على كمية من الديوتيريوم مماثلة لتلك الموجودة عادة في الجسم) تستخدم بشكل روتيني كمتتبع أيضي غير ضار في البشر والحيوانات.

=== خصائص الكم ===
الديوترون لديه لف [[لف مغزلي|مغزلي]] +1 («[[حالة ثلاثية]]») وبالتالي فهو [[بوزون]]. يختلف تردد الديوتيريوم [[رنين مغناطيسي نووي|بالرنين المغناطيسي النووي]] اختلافًا كبيرًا عن الهيدروجين الخفيف الشائع. كما يميز [[مطيافية الأشعة تحت الحمراء|التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء]] بسهولة العديد من المركبات المفسدة، بسبب الاختلاف الكبير في تردد امتصاص الأشعة تحت الحمراء الذي يظهر في اهتزاز رابطة كيميائية تحتوي على الديوتيريوم، مقابل الهيدروجين الخفيف. يمكن أيضًا التمييز بين نظيرين مستقرين للهيدروجين باستخدام [[مطيافية الكتلة|مطياف الكتلة]].

بالكاد يرتبط نواة الديوتيرون الثلاثية عند E <sub>B</sub> = ، ولا ترتبط أي من حالات الطاقة الأعلى. الديوترون المفرد هو حالة افتراضية، مع طاقة ربط سلبية تبلغ  . لا يوجد مثل هذا الجسيم المستقر، لكن هذا الجسيم الافتراضي موجود بشكل عابر أثناء الانتثار غير المرن للنيوترون والبروتون، وهو ما يمثل المقطع العرضي الكبير غير المعتاد لتشتت النيوترونات من البروتون.

=== الخصائص النووية (الديوترون) ===

==== كتلة الديوترون ونصف قطرها ====
تسمى نواة الديوتيريوم **ديوترون*'. لديه كتلة من  (ما يزيد قليلاً عن ).

يبلغ [[نصف قطر الشحن|نصف قطر شحنة]] .

مثل [[بروتون|نصف قطر البروتون]]، تنتج القياسات باستخدام الديوتيريوم [[ميوون|الميوني]] نتيجة أصغر: .

==== الدوران والطاقة ====
الديوتيريوم هو واحد من خمسة [[نويدة|نويدات]] مستقرة تحتوي على عدد فردي من البروتونات وعدد فردي من النيوترونات. فمعظم [[الخواص المغناطيسية لل نوى الفردية والزوجية|النوى الفردية-الفردية]] غير مستقرة فيما يتعلق [[اضمحلال بيتا|بتحلل بيتا]]، لأن نواتج الاضمحلال [[الخواص المغناطيسية لل نوى الفردية والزوجية|متساوية]]، وبالتالي فهي مرتبطة بقوة أكبر، بسبب [[صيغة الكتلة شبه التجريبية|تأثيرات الاقتران النووي]]. ومع ذلك، يستفيد الديوتيريوم من اقتران البروتون والنيوترون بحالة المغزلي -1، مما يعطي جاذبية نووية أقوى؛ لا توجد حالة السبين -1 المقابلة في نظام ثنائي النيوترون أو ثنائي البروتون، بسبب [[مبدأ استبعاد باولي]] الذي قد يتطلب واحدًا أو جسيمًا متطابقًا آخر له نفس السبين للحصول على عدد كمي مختلف آخر، مثل [[مؤثر الزخم الزاوي|المداري الزخم الزاوي]]. لكن الزخم الزاوي المداري لأي جسيم يعطي [[طاقة الارتباط|طاقة ربط]] أقل للنظام، ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة مسافة الجسيمات في التدرج الحاد للقوة النووية. في كلتا الحالتين، وهذا يتسبب في [[نظائر الهيليوم|diproton]] و[[نيوترونيوم|dineutron]] نواة ليكون [[غير مستقر]].

يمكن [[تفكك|فصل]] البروتون والنيوترون المكونين [[تفكك|للديوتيريوم من]] خلال تفاعلات [[تيار محايد|التيار المحايد]] مع [[نيوترينو|النيوترينوات]]. [[مقطع تصادم (فيزياء)|المقطع العرضي]] لهذا التفاعل كبير نسبيًا، وتم استخدام الديوتيريوم بنجاح كهدف للنيوترينو في تجربة [[مرصد سودبوري للنيوترينو|مرصد Sudbury Neutrino]].

يحتوي الديوتيريوم ثنائي الذرة (D <sub>2</sub>) على [[ايزومرات الدوران للهيدروجين|أيزومرات دوران]] أورثو وبارا [[ايزومرات الدوران للهيدروجين|نووي]] مثل الهيدروجين ثنائي الذرة، ولكن مع [[ايزومرات الدوران للهيدروجين|وجود اختلافات في عدد وتعداد حالات الدوران ومستويات الدوران]]، والتي تحدث لأن الديوتيرون هو [[بوزون]] له دوران نووي يساوي واحدًا.

=== الكتلة والخصائص النووية ===
نظرًا للتشابه في الكتلة والخصائص النووية بين البروتون والنيوترون، يُنظر إليهما أحيانًا على أنهما نوعان متماثلان من نفس الكائن، وهو [[نوية (ذرة)|nucleon]]. في حين أن البروتون فقط لديه شحنة كهربائية، فإن هذا غالبًا ما يكون ضئيلًا بسبب ضعف [[كهرومغناطيسية|التفاعل الكهرومغناطيسي]] بالنسبة [[قوة نووية|للتفاعل النووي القوي]]. يُعرف التناظر المتعلق بالبروتون والنيوترون باسم [[لف نظائري|isospin]] ويُشار إليه بـ *I* (أو أحيانًا *T*).

Isospin (لف نظائري) هو تناظر [[يو (2)|(SU (2]]، مثل [[لف مغزلي|الدوران]] العادي، لذا فهو مشابه تمامًا له. البروتون والنيوترون، كل واحدة منها لديها ايزو [[لف مغزلي-½|تدور،]] تشكل صدرة isospin (مماثلة إلى [[حالة ثنائية|صدرة تدور]])، مع «القاعدة» دولة (↓) كونه النيوترون و«حتى» الدولة (↑) كونه بروتون. زوج من النيوكليونات يمكن أن يكون إما في حالة غير متناظرة من isospin تسمى [[حالة منفردة|القميص]]، أو في حالة متماثلة تسمى [[حالة ثلاثية|ثلاثي]]. فيما يتعلق بالحالة «السفلية» و «الأعلى»، فإن القميص هو

: <math>\frac{1}{\sqrt{2}}\Big( |{\uparrow\downarrow}\rangle - |{\downarrow\uparrow}\rangle\Big).</math>، والتي يمكن كتابتها أيضًا : <math>\frac{1}{\sqrt{2}}\Big( |p n \rangle - |n p \rangle\Big).</math>
: هذه نواة بها بروتون واحد ونيوترون واحد، أي نواة الديوتيريوم. الثلاثي هو
: <math>
\left(
\begin{array}{ll}
|{\uparrow\uparrow}\rangle\\
\frac{1}{\sqrt{2}}( |{\uparrow\downarrow}\rangle + |{\downarrow\uparrow}\rangle )\\
|{\downarrow\downarrow}\rangle
\end{array}
\right)
</math>
: وبالتالي تتكون من ثلاثة أنواع من النوى، والتي من المفترض أن تكون متماثلة: نواة الديوتيريوم (في الواقع حالة شديدة [[حالة مثارة|الإثارة]] منها)، ونواة بها بروتونان، ونواة بها نيوترونان. هذه الدول ليست مستقرة.

=== دالة موجية تقريبية للديوترون ===
يجب أن تكون الدالة الموجية للديوترون غير متماثلة إذا تم استخدام تمثيل الأيزوسبين (نظرًا لأن البروتون والنيوترون ليسا جسيمات متطابقة، لا يلزم أن تكون الدالة الموجية غير متماثلة بشكل عام). بصرف النظر عن isospin الخاص بهما، فإن النكليونتين لهما أيضًا توزيعات تدور ومكانية لدالتها الموجية. يكون الأخير متماثلًا إذا كان الديوترون متماثلًا في ظل [[تكافؤ (فيزياء)|التكافؤ]] (أي له [[تكافؤ (فيزياء)|تكافؤ]] «زوجي» أو «إيجابي»)، وغير متماثل إذا كان الديوترون غير متماثل تحت التكافؤ (أي له تكافؤ «فردي» أو «سلبي»). يتم تحديد التكافؤ بالكامل من خلال الزخم الزاوي المداري الكلي للنكليونين: إذا كان متساويًا، يكون التكافؤ زوجيًا (موجبًا)، وإذا كان فرديًا، يكون التكافؤ فرديًا (سلبيًا).

يعتبر الديوترون، كونه قميصًا متماثلًا، غير متماثل تحت تبادل النيوكليونات بسبب الإيزوسبين، وبالتالي يجب أن يكون متماثلًا في ظل التبادل المزدوج لللف والموقع. لذلك، يمكن أن يكون في أي من الحالتين المختلفتين التاليتين:

* الدوران المتماثل والمتماثل تحت التكافؤ. في هذه الحالة، سيضاعف تبادل النيوكليونات الدالة الموجية للديوتيريوم بمقدار (−1) من التبادل المتشابك، (+1) من التبادل الدوراني و (+1) من التكافؤ (تبادل الموقع)، بإجمالي (−1)) حسب الحاجة من أجل عدم التناسق.
* دوران غير متماثل وغير متماثل تحت التكافؤ. في هذه الحالة، سيضاعف تبادل النيوكليونات دالة موجة الديوتيريوم بمقدار (−1) من التبادل المتشابك، (1) من التبادل الدوراني و (1) من التكافؤ (تبادل الموقع)، مرة أخرى بإجمالي (- 1) حسب الحاجة للتناظر.

في الحالة الأولى الديوترون هو الثلاثي الدوران، وذلك أن لها مجموعه تدور *الصورة* هو 1. كما أن لها تكافؤًا متساويًا وبالتالي حتى الزخم الزاوي المداري *l* ؛ كلما انخفض الزخم الزاوي المداري، انخفضت طاقته. لذلك، فإن أقل حالة طاقة ممكنة لها ،  .

في الحالة الثانية الديوترون هو القميص الدوران، وذلك أن لها مجموعه تدور *الصورة* هي 0. كما أن لها تماثلًا فرديًا وبالتالي زخمًا زاويًا مداريًا فرديًا *l*. لذلك، فإن أقل حالة طاقة ممكنة لها ،  .

نظرًا لأن  يعطي جاذبية نووية أقوى، فإن [[حالة قاعية|الحالة الأرضية]] للديوتيريوم تكون في الحالة ،  .

تؤدي نفس الاعتبارات إلى الحالات المحتملة لثلاثي متساوي الدوران يكون ،  أو ،  . وبالتالي فإن حالة أدنى طاقة لها ، ، أعلى من حالة القميص المتساوي.

التحليل المقدم للتو هو في الواقع تقريبي فقط، لأن isospin ليس تناظرًا دقيقًا، والأهم من ذلك أن [[قوة نووية|التفاعل النووي القوي]] بين النيوكليونات مرتبط [[زخم زاوي|بالزخم الزاوي]] في [[تآثر مغزلي مداري|تفاعل الدوران-المدار]] الذي يمزج حالات مختلفة *s* و *l* . أي أن *s* و *l* ليسا ثابتين في الزمن (لا [[عملية تبديلية|يتنقلان]] مع [[هاملتوني (ميكانيكا الكم)|هاميلتونيان]])، ومع مرور الوقت، قد تصبح حالة مثل ،  حالة ،  . التكافؤ لا يزال مستمرا في الوقت المناسب حتى هذه لا تخلط مع الدول *ل* غريبة (مثل   لذلك، فإن [[حالة كمومية|الحالة الكمومية]] للديوتيريوم هي [[تراكب كمي|تراكب]] (تركيبة خطية) للحالة ،  والحالة ، ، على الرغم من أن المكون الأول أكبر بكثير. نظرًا لأن [[إجمالي الزخم الزاوي]] *j* هو أيضًا [[عدد كمي|رقم كمي]] جيد (وهو ثابت في الوقت المناسب)، يجب أن يكون لكلا المكونين نفس *j*، وبالتالي . هذا هو الدوران الكلي لنواة الديوتيريوم.

للتلخيص، نواة الديوتيريوم غير متماثلة من حيث الأيزوسبين، ولها دوران 1 وحتى (+1) تكافؤ. الزخم الزاوي النسبي للنويات *لتر* ليست واضحة المعالم، والديوترون هو تراكب في الغالب  مع بعض 

=== تعدد القطبية المغناطيسية والكهربائية ===
من أجل إيجاد [[عزم مغناطيسي|العزم المغناطيسي]] للديوتيريوم [[عزم مغناطيسي|ثنائي القطب]] μ نظريًا، يستخدم المرء معادلة [[عزم مغناطيسي نووي|العزم المغناطيسي النووي]]

<math>\mu = 
\frac{1}{j+1}\bigl\langle(l,s),j,m_j{=}j \,\bigr|\, \vec{\mu}\cdot \vec{\jmath} \,\bigl|\,(l,s),j,m_j{=}j\bigr\rangle</math>

مع

<math>\vec{\mu} = g^{(l)}\vec{l} + g^{(s)}\vec{s} </math>

g <sup>(l)</sup> و g <sup>(s)</sup> هي [[عامل جي (فيزياء)|عوامل g]] من النيوكليونات.

نظرًا لأن البروتون والنيوترون لهما قيم مختلفة لـ g <sup>(l)</sup> و g <sup>(s)</sup>، يجب على المرء فصل مساهماتهما. يحصل كل منها على نصف الزخم الزاوي المداري للديوتيريوم <math>\vec{l}</math> وتدور <math>\vec{s}</math>. واحد يصل في

<math>\mu = 
\frac{1}{j+1} \Bigl\langle(l,s),j,m_j{=}j \,\Bigr|\left(\frac{1}{2}\vec{l} {g^{(l)}}_p + \frac{1}{2}\vec{s} ({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n)\right)\cdot \vec{\jmath} \,\Bigl|\, (l,s),j,m_j{=}j \Bigr\rangle</math>

حيث يشير الرمزان p و n إلى البروتون والنيوترون، و  .

باستخدام نفس الهويات [[عزم مغناطيسي نووي|هنا]] وباستخدام القيمة ، نصل إلى النتيجة التالية، بوحدات [[مغنطون نووي|المغناطيس النووي]] μ <sub>N</sub>

<math>\mu = 
\frac{1}{4(j+1)}\left[({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n)\big(j(j+1) - l(l+1) + s(s+1)\big) + \big(j(j+1) + l(l+1) - s(s+1)\big)\right]</math>

بالنسبة للحالة ،  state ()، نحصل عليها<math>\mu = \frac{1}{2}({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n) = 0.879</math>بالنسبة إلى ،  state ()، نحصل عليها

<math>\mu = -\frac{1}{4}({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n) + \frac{3}{4} = 0.310</math>

القيمة المقاسة لعزم [[عزم مغناطيسي|ثنائي القطب المغناطيسي]]  هي ، والتي تمثل 97.5٪ من تم الحصول على قيمة  ببساطة عن طريق إضافة لحظات من البروتون والنيوترون. يشير هذا إلى أن حالة الديوتيريوم هي في الواقع حالة تقريبية جيدة ، ، والتي تحدث مع دوران كل من النيوكليونات في نفس الاتجاه، لكن لحظاتهما المغناطيسية تنخفض بسبب اللحظة السلبية للنيوترون.

لكن الرقم التجريبي الأقل قليلاً من ذلك الناتج عن الإضافة البسيطة للبروتون ولحظات النيوترون (السالبة) يُظهر أن الديوتيريوم هو في الواقع مزيج خطي من الحالة ،  مع اختلاط طفيف من ،  دولة.

[[عزم ثنائي قطب|ثنائي القطب الكهربائي]] هو صفر [[نموذج غلافي للنواة|كالمعتاد]].

[[رباعي أقطاب|الرباعي]] الكهربائي المقاس  هو . في حين أن ترتيب الحجم معقول، نظرًا لأن نصف قطر الديوتيريوم بترتيب 1 فيمتومتر (انظر أدناه) وشحنته [[شحنة كهربائية|الكهربائية]] هي e، فإن النموذج أعلاه لا يكفي لحسابه. بشكل أكثر تحديدًا، لا يحصل [[رباعي أقطاب|الرباعي الكهربائي]] على مساهمة من الحالة *l* = 0 (وهي الحالة السائدة) ويحصل على مساهمة من مصطلح يخلط بين *l* = 0 و *l* = 2، لأن [[مؤثر (فيزياء)|المشغل]] الكهربائي الرباعي يفعل لا [[عملية تبديلية|يسافر]] مع [[زخم زاوي|الزخم الزاوي]].

تكون المساهمة الأخيرة هي السائدة في حالة عدم وجود مساهمة نقية ، ولكن لا يمكن حسابها دون معرفة الشكل المكاني الدقيق [[دالة موجية|لوظيفة الموجات]] النوكليونية داخل الديوتيريوم.

لا يمكن حساب العزوم المغناطيسية والكهربائية العالية [[مفكوك متعدد الأقطاب|المتعددة]] بواسطة النموذج أعلاه، لأسباب مماثلة.

== نبذة عن التطبيقات ==

الاستخدام الأهم للديوتريوم هو في إنتاج الماء الثقيل والذي يستخدم بدوره في بعض [[مفاعل نووي|المفاعلات النووية]].

كما أن القدرة العالية له على إنتاج الطاقة عند إدخاله في [[اندماج نووي|تفاعلات نووية اندماجية]] تجعله أحد أفضل الخيارات التي يعول عليها العلماء لتوليد طاقة نووية نظيفة في المستقبل.

ويستفاد من الديوتريوم اليوم في إجراء الكثير من التجارب والأبحاث العلمية في مجالي ال[[كيمياء]] و[[كيمياء حيوية|الكيمياء الحيوية]]، حيث يستخدم كنظير غير مشع في تتبع الجزيئات في التفاعلات الكيميائية. وذلك لأن الديوتريوم يتصرف في التفاعلات الكيميائية تماماً كالهيدروجين العادي، ويمكن تتبع الديوتريوم وتمييزه عن الهيدروجين العادي في نهاية التجربة بسبب فارق الكتلة بينهما.

من التفاعلات النووية الإندامجية الشائعة على النجوم (بما فيها الشمس) هو اندماج أنوية ذرات الهيدروجين العادي لتكوين الديوتريوم والتريتيوم و[[هيليوم|الهليوم]] الثلاثي والرباعي.

== التطبيقات ==
للديوتيريوم عدد من الاستخدامات التجارية والعلمية. وتشمل هذه:

=== المفاعلات النووية ===
[[ملف:Deuterium_Ionized.JPG|يسار|تصغير|الديوتيريوم المؤين في مفاعل [[قدرة اندماجية (فلك)|الصهر]] يعطي [[قدرة اندماجية (فلك)|توهجه]] المميز باللون الأحمر الوردي]]
يستخدم الديوتيريوم في [[مفاعل ماء ثقيل مضغوط|مفاعلات الانشطار المعتدل بالماء الثقيل]]، عادةً في صورة سائل D <sub>2</sub> O، لإبطاء النيوترونات دون امتصاص النيوترون العالي للهيدروجين العادي. هذا استخدام تجاري شائع لكميات أكبر من الديوتيريوم.

في [[مفاعل نووي للأبحاث|مفاعلات البحث]]، [[مفاعل نووي للأبحاث|يستخدم]] السائل D <sub>2</sub> في المصادر الباردة لتعديل النيوترونات إلى طاقات منخفضة جدًا وأطوال موجية مناسبة [[تشتت النيوترون|لتجارب التشتت]].

من الناحية التجريبية، يعتبر الديوتيريوم هو النيوكليدات الأكثر شيوعًا المستخدمة في تصميمات مفاعل [[اندماج نووي|الاندماج]] النووي، خاصةً مع [[تريتيوم|التريتيوم]]، بسبب معدل التفاعل الكبير (أو [[مقطع نووي|المقطع العرضي النووي]]) وعائد [[طاقة|الطاقة]] العالي لتفاعل D-T. هناك عائد أعلى تفاعل الاندماج D-<sup>3</sup>He، على الرغم من أن [[عامل زيادة الطاقة الانصهار|نقطة التعادل]] من D-<sup>3</sup>He أعلى من معظم تفاعلات الاندماج الأخرى؛ مع ندرة <sup>3</sup>He، هذا يجعله غير قابل للتصديق كمصدر عملي للطاقة حتى يتم إجراء تفاعلات اندماج D-T و D-D على الأقل على نطاق تجاري. الاندماج النووي التجاري ليس بعد تقنية بارعة.

مطيافية الرنين المغناطيسي النووي
[[ملف:Deuterium_lamp_1.png|يسار|تصغير|[[طيف الانبعاث]] [[مصباح قوس الديوتيريوم|لمصباح قوس الديوتيريوم]] فوق البنفسجي]]
يستخدم الديوتيريوم بشكل شائع في [[مطيافية الرنين المغناطيسي النووي|التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي]] للهيدروجين ([[مطيافية الرنين المغناطيسي النووي|البروتون NMR]]) بالطريقة التالية. تتطلب الرنين المغناطيسي النووي عادة أن يتم تحليل المركبات ذات الأهمية على أنها مذابة في المحلول. نظرًا لخصائص الدوران النووية للديوتيريوم والتي تختلف عن الهيدروجين الخفيف الموجود عادةً في الجزيئات العضوية، فإن أطياف الرنين المغناطيسي النووي للهيدروجين / البروتيوم قابلة للتمييز بدرجة كبيرة عن أطياف الديوتيريوم، ومن الناحية العملية، لا يمكن «رؤية» الديوتيريوم بواسطة جهاز الرنين المغناطيسي النووي المضبوط من أجل الهيدروجين الخفيف . يتم استخدام المذيبات المزالة (بما في ذلك الماء الثقيل، ولكن أيضًا المركبات مثل الكلوروفورم المذاب، CDCl <sub>3</sub>) بشكل روتيني في التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي، من أجل السماح فقط بقياس أطياف الهيدروجين الخفيف للمركب محل الاهتمام، دون تدخل إشارة المذيبات.

يمكن أيضًا استخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي للحصول على معلومات حول بيئة الديوترون في عينات ذات علامات [[الديوتيريوم NMR|نظيرية]] ([[الديوتيريوم NMR|Deuterium NMR]]). على سبيل المثال، يمكن قياس المرونة في الذيل، وهي سلسلة هيدروكربونية طويلة، في جزيئات الدهون التي تحمل علامة الديوتيريوم باستخدام الحالة الصلبة للديوتيريوم NMR.

تعتبر أطياف الديوتيريوم NMR مفيدة بشكل خاص في الحالة الصلبة بسبب عزمها الرباعي الصغير نسبيًا مقارنةً بنواة رباعية الأقطاب الأكبر مثل الكلور -35، على سبيل المثال.

=== اقتفاء أثر ===
في [[كيمياء|الكيمياء والكيمياء]] [[كيمياء حيوية|الحيوية]] [[علوم بيئية|والعلوم البيئية]]، يتم استخدام الديوتيريوم [[الكيمياء الحيوية لنظائر الهيدروجين|كمتتبع نظائر]] غير مشع [[الكيمياء الحيوية لنظائر الهيدروجين|ومستقر]]، على سبيل المثال، في [[مياه مضاعفة الوسم|اختبار الماء المسمى بشكل مزدوج]]. في [[تفاعل كيميائي|التفاعلات الكيميائية]] [[مسار أيضي|ومسارات التمثيل الغذائي]]، يتصرف الديوتيريوم بشكل مشابه إلى حد ما للهيدروجين العادي (مع بعض الاختلافات الكيميائية، كما لوحظ). يمكن تمييزه بسهولة عن الهيدروجين العادي من خلال كتلته، باستخدام [[مطيافية الكتلة|مطياف الكتلة]] أو [[مطيافية الأشعة تحت الحمراء|مطياف الأشعة تحت الحمراء]]. يمكن عن الديوتيريوم التي كتبها [[فمتوثانية|الفيمتو ثانية]] [[الأشعة تحت الحمراء]] الطيفي، لأن الفرق كتلة يؤثر بشكل كبير وتيرة الاهتزازات الجزيئية. توجد اهتزازات رابطة الديوتيريوم والكربون في مناطق طيفية خالية من الإشارات الأخرى.

تعتبر قياسات الاختلافات الصغيرة في الوفرة الطبيعية للديوتيريوم، جنبًا إلى جنب مع [[نظائر الأكسجين]] الثقيل المستقرة <sup>17</sup> O و <sup>18</sup> O، ذات أهمية في [[علم المياه|الهيدرولوجيا]]، لتتبع الأصل الجغرافي لمياه الأرض. يتم إثراء النظائر الثقيلة للهيدروجين والأكسجين في مياه الأمطار (ما يسمى [[مياه نيزكية|بالمياه النيزكية]]) كدالة لدرجة الحرارة البيئية للمنطقة التي يسقط فيها هطول الأمطار (وبالتالي يرتبط التخصيب بمتوسط خط العرض). الإثراء النسبي للنظائر الثقيلة في مياه الأمطار (على النحو المشار إليه يعني مياه المحيط)، عند رسمها مقابل انخفاض درجات الحرارة بشكل متوقع على طول خط يسمى [[خط مياه نيزكي عالمي|خط المياه النيزكية العالمي]] (GMWL). تسمح هذه المؤامرة بتحديد عينات من المياه الناتجة عن هطول الأمطار جنبًا إلى جنب مع المعلومات العامة حول المناخ الذي نشأت فيه. كما أن العمليات التبخرية والعمليات الأخرى في المسطحات المائية، وكذلك عمليات المياه الجوفية، تغير بشكل تفاضلي نسب الهيدروجين الثقيل و[[نظائر الأكسجين]] في المياه العذبة والمالحة، بطرق مميزة وغالبًا ما تكون مميزة إقليمياً. عادة ما يشار إلى نسبة التركيز من <sup>2</sup> H إلى <sup>1</sup> H بالدلتا مثل δ <sup>2</sup> H ويتم رسم الأنماط الجغرافية لهذه القيم في خرائط يطلق عليها اسم isoscapes. يتم دمج النظائر المستقرة في النباتات والحيوانات ويمكن أن يساعد تحليل النسب في الطيور أو الحشرات المهاجرة في اقتراح دليل تقريبي لأصولها.

=== خصائص التباين ===
تستفيد تقنيات [[تشتت النيوترون|نثر النيوترونات]] بشكل خاص من توافر العينات المتحللة: المقاطع العرضية H و D مميزة جدًا ومختلفة في الإشارة، مما يسمح باختلاف التباين في مثل هذه التجارب. علاوة على ذلك، فإن مشكلة الإزعاج للهيدروجين العادي هي المقطع العرضي النيوتروني الكبير غير المترابط، وهو لا شيء بالنسبة لـ D. وبالتالي يقلل استبدال ذرات الديوتيريوم بذرات الهيدروجين من ضوضاء التشتت.

يعتبر الهيدروجين مكونًا مهمًا ورئيسيًا في جميع مواد الكيمياء العضوية وعلوم الحياة، لكنه بالكاد يتفاعل مع الأشعة السينية. نظرًا لأن الهيدروجين (والديوتيريوم) يتفاعلان بقوة مع النيوترونات، فإن تقنيات تشتت النيوترونات، جنبًا إلى جنب مع مرفق التكسير الحديث،  تملأ مكانًا متميزًا في العديد من دراسات الجزيئات الكبيرة في علم الأحياء والعديد من المجالات الأخرى.

=== أسلحة نووية ===
تمت مناقشة هذا أدناه. من الجدير بالذكر أنه على الرغم من أن معظم النجوم، بما في ذلك الشمس، تولد الطاقة على مدار معظم حياتها عن طريق دمج الهيدروجين في عناصر أثقل، فإن هذا الاندماج للهيدروجين الخفيف (البروتيوم) لم ينجح أبدًا في الظروف التي يمكن تحقيقها على الأرض. وبالتالي، فإن كل الاندماج الاصطناعي، بما في ذلك اندماج الهيدروجين الذي يحدث فيما يسمى بالقنابل الهيدروجينية، يتطلب الهيدروجين الثقيل (إما التريتيوم أو الديوتيريوم، أو كليهما) حتى تعمل العملية.

=== الأدوية (العقار) ===
الدواء المزيل للعقار هو منتج طبي [[جزيء صغير]] يتم فيه استبدال ذرة أو أكثر من ذرات [[هيدروجين|الهيدروجين]] الموجودة في جزيء الدواء بالديوتيريوم. بسبب [[تأثير النظائر الحركية]]، قد يكون للأدوية المحتوية على الديوتيريوم معدلات أقل من [[أيض|التمثيل الغذائي]]، وبالتالي عمر [[عمر النصف الحيوي|نصف]] أطول. في عام 2017، أصبح [[ديوتيترابينازين|deutetrabenazine]] أول دواء [[ديوتيترابينازين|منزوع الداء]] يحصل على موافقة إدارة الغذاء والدواء.

=== المغذيات الأساسية المقواة ===
يمكن استخدام الديوتيريوم لتعزيز روابط CH المعرضة للأكسدة ضمن [[مغذي|العناصر الغذائية]] الأساسية أو الأساسية المشروطة،  مثل بعض [[حمض أميني|الأحماض الأمينية]]، أو [[أحماض دهنية متعددة غير مشبعة|الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة]] (PUFA)، مما يجعلها أكثر مقاومة للأضرار التأكسدية. الأحماض [[حمض دهني|الدهنية]] المتعددة غير المشبعة [[عقار مذيب|المزالة]]، مثل [[حمض اللينولييك|حمض اللينوليك]]، تبطئ التفاعل المتسلسل [[عقار مذيب|لبيروكسيد]] [[فوق أكسدة الليبيد|الدهون]] الذي يتلف الخلايا الحية. إيثيل الإيثيل المذاب لحمض اللينوليك ([[RT001]])، الذي طورته شركة Retrotope، يخضع [[تجربة الاستخدام الرحيم|لتجربة استخدام رحيمة]] في [[حثل المحوار العصبي الطفلي|ضمور المحور العصبي الطفلي]] وقد أكمل بنجاح تجربة المرحلة الأولى / الثانية في [[رنح فريدريخ|رنح فريدريك]].

=== ثبات حراري ===
يمكن تثبيت اللقاحات الحية، مثل [[لقاح شلل الأطفال|لقاح فيروس شلل الأطفال الفموي]]، عن طريق الديوتيريوم، إما بمفرده أو بالاشتراك مع مثبتات أخرى مثل [[كلوريد المغنيسيوم|MgCl <sub>2</sub>]].

=== تباطؤ التذبذبات اليومية ===
لقد ثبت أن الديوتيريوم يطيل فترة تذبذب الساعة اليومية عند تناول الجرذان [[جونياولاكس|والهامستر]] و[[جونياولاكس|Gonyaulax]] dinoflagellates. في الجرذان، يعطل تناول 25٪ D <sub>2</sub> O المزمن إيقاع الساعة البيولوجية عن طريق إطالة الفترة اليومية [[نواة فوق التصالبة|للنظم فوق]] التصالبية التي تعتمد على الإيقاعات في منطقة ما تحت المهاد في الدماغ. تدعم التجارب التي أُجريت على الهامستر أيضًا النظرية القائلة بأن الديوتيريوم يعمل مباشرةً على [[نواة فوق التصالبة|النواة فوق التصالبية]] لإطالة فترة الجري الحر.

== قديماً ==

=== الاشتباه في نظائر العنصر الأخف ===
تم الاشتباه في وجود نظائر غير مشعة لعناصر أخف في دراسات النيون في وقت مبكر من عام 1913، وثبت ذلك من خلال مطياف الكتلة لعناصر الضوء في عام 1920. كانت النظرية السائدة في ذلك الوقت هي أن نظائر العنصر تختلف عن طريق وجود *بروتونات* إضافية في النواة مصحوبة بعدد متساوٍ من *الإلكترونات النووية* . في هذه النظرية، تحتوي نواة الديوتيريوم بكتلة اثنين وشحنة واحدة على بروتونين وإلكترون نووي واحد. ومع ذلك، كان من المتوقع أن يكون عنصر الهيدروجين بمتوسط كتلة ذرية مقيسة قريبًا جدًا من ، الكتلة المعروفة للبروتون، دائمًا على نواة مكونة من بروتون واحد (جسيم معروف)، ولا يمكن أن تحتوي على بروتون ثانٍ. وهكذا، كان يُعتقد أن الهيدروجين لا يحتوي على نظائر ثقيلة.

=== تم الكشف عن الديوتيريوم ===
[[ملف:Urey.jpg|تصغير|[[هارولد يوري|هارولد أوري]]، مكتشف الديوتيريوم]]
تم اكتشافه لأول مرة عن طريق التحليل الطيفي في أواخر عام 1931 من قبل [[هارولد يوري|هارولد أوري]]، الكيميائي في [[جامعة كولومبيا]]. قام المتعاون مع أوري، [[فرديناند بريكويد]]، [[تقطير|بتقطير]] خمسة [[لتر]]ات من [[هيدروجين سائل|الهيدروجين السائل]] [[تبريد عميق|المنتج بالتبريد]] إلى  من السائل، باستخدام مختبر الفيزياء ذات درجة الحرارة المنخفضة الذي تم إنشاؤه مؤخرًا في المكتب الوطني للمعايير في واشنطن العاصمة (الآن [[المعهد الوطني للمعايير والتقنية|المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا]]). تم استخدام هذه التقنية سابقًا لعزل [[نظائر النيون]] الثقيلة. ركزت تقنية الغليان المبردة جزء من نظير الكتلة 2 للهيدروجين لدرجة جعلت تحديدها الطيفي واضحًا.

=== تسمية النظير وجائزة نوبل ===
ابتكر أوري أسماء *البروتيوم* *والديوتيريوم* *والتريتيوم* في مقال نُشر عام 1934. يعتمد الاسم جزئيًا على نصيحة من [[جيلبرت نيوتن لويس|GN Lewis]] الذي اقترح اسم "deutium". الاسم مشتق من الكلمة اليونانية  («الثانية»)، وتسمى النواة "deuteron" أو "deuton". تم إعطاء النظائر والعناصر الجديدة تقليديًا الاسم الذي قرره مكتشفها. أراد بعض العلماء البريطانيين، مثل [[إرنست رذرفورد]]، أن يُطلق على النظير «دبلوجين»، من  اليونانية («مزدوج»)، وأن تسمى النواة «دبلون».

كانت الكمية المستنتج من الوفرة الطبيعية لهذا النظير الثقيل للهيدروجين صغيرة جدًا (حوالي ذرة واحدة فقط في 6400 ذرة هيدروجين في مياه المحيط (156 ديوتيريوم لكل مليون هيدروجين)) بحيث لم تؤثر بشكل ملحوظ على القياسات السابقة للكتلة الذرية للهيدروجين (المتوسط). هذا يفسر سبب عدم الاشتباه به تجريبياً من قبل. تمكن أوري من تركيز الماء لإظهار التخصيب الجزئي للديوتيريوم. أعد لويس العينات الأولى من الماء الثقيل النقي في عام 1933. كان اكتشاف الديوتيريوم، قبل اكتشاف [[نيوترون|النيوترون]] في عام 1932، بمثابة صدمة تجريبية للنظرية، ولكن عندما تم الإبلاغ عن النيوترون، مما جعل وجود الديوتيريوم أكثر قابلية للتفسير، حصل الديوتيريوم على أوري [[جائزة نوبل في الكيمياء]] عام 1934. شعر لويس بالمرارة بسبب تجاوزه لهذا الاعتراف الذي منحه لطالبه السابق.

=== تجارب «الماء الثقيل» في الحرب العالمية الثانية ===
قبل الحرب بفترة وجيزة، نقل [[هانز فون حلبان|هانز فون]] [[لو كويرسكي|هالبان ولو كوارسكي]] أبحاثهما حول الاعتدال النيوتروني من فرنسا إلى بريطانيا، حيث قاما بتهريب الإمداد العالمي الكامل من الماء الثقيل (الذي تم تصنيعه في النرويج) عبر ستة وعشرين براميل فولاذية.

خلال [[الحرب العالمية الثانية]]، عُرف عن [[ألمانيا النازية]] أنها تجري تجارب باستخدام الماء الثقيل كوسيط لتصميم [[مفاعل نووي]]. كانت مثل هذه التجارب مصدر قلق لأنها قد تسمح لها بإنتاج [[بلوتونيوم|البلوتونيوم]] [[سلاح نووي|لصنع قنبلة ذرية]]. في النهاية أدى ذلك إلى عملية [[حلفاء الحرب العالمية الثانية|الحلفاء]] المسماة «[[التخريب النرويجي بالماء الثقيل]]»، والتي كان الغرض منها تدمير [[فيموك|منشأة]] إنتاج / تخصيب [[فيموك|فيمورك للديوتيريوم]] في النرويج. في ذلك الوقت، كان هذا يعتبر مهمًا للتقدم المحتمل للحرب.

بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية، اكتشف الحلفاء أن ألمانيا لم تبذل الكثير من الجهد الجاد في البرنامج كما كان يُعتقد سابقًا. لم يتمكنوا من الحفاظ على سلسلة من ردود الفعل. كان الألمان قد أكملوا فقط مفاعلًا تجريبيًا صغيرًا تم بناؤه جزئيًا (كان مخفيًا). بحلول نهاية الحرب، لم يكن لدى الألمان حتى خمس كمية الماء الثقيل اللازمة لتشغيل المفاعل،  جزئيًا بسبب عملية تخريب المياه الثقيلة النرويجية. ومع ذلك، حتى لو نجح الألمان في تشغيل مفاعل (كما فعلت الولايات المتحدة مع مفاعل الجرافيت في أواخر عام 1942)، فإنهم كانوا لا يزالون على بعد عدة سنوات على الأقل من تطوير [[سلاح نووي|القنبلة الذرية]] بأقصى جهد. تطلبت العملية الهندسية، حتى مع بذل أقصى جهد وتمويل، حوالي عامين ونصف (من أول مفاعل حرج إلى القنبلة) في كل من الولايات المتحدة [[الاتحاد السوفيتي|والاتحاد السوفيتي]]، على سبيل المثال.

=== في الأسلحة النووية الحرارية ===
[[ملف:Ivy_Mike_Sausage_device.jpg|يسار|تصغير|غلاف الجهاز "السجق" [[قنبلة هيدروجينية|لقنبلة]] [[أيفي مايك|Ivy Mike]] [[قنبلة هيدروجينية|H]]، متصل بالأجهزة والمعدات المبردة. القنبلة التي يبلغ طولها 20 قدمًا تحتوي على [[كظيمة|قارورة ديوار]] مبردة تتسع لـ 160 كجم من الديوتيريوم السائل.]]
كانت قنبلة [[أيفي مايك|Ivy Mike التي]] يبلغ وزنها 62 طنًا والتي صنعتها الولايات المتحدة وانفجرت في 1 نوفمبر 1952، أول «[[قنبلة هيدروجينية]]» ناجحة تمامًا (قنبلة نووية حرارية). في هذا السياق، كانت القنبلة الأولى التي أتت معظم الطاقة المنبعثة فيها من مراحل [[تفاعل نووي|التفاعل النووي]] التي أعقبت مرحلة [[انشطار نووي|الانشطار النووي]] الأولي [[سلاح نووي|للقنبلة الذرية]]. كانت قنبلة Ivy Mike عبارة عن مبنى يشبه المصنع، وليس سلاحًا قابلاً للتوصيل في وسطها، يوجد [[كظيمة|دورق مفرغ]] أسطواني كبير الحجم أو [[كريوستات|منظم]] [[تبريد عميق|تبريد يحتوي على]] سائل ديتريوم [[تبريد عميق|مبرد]] بحجم حوالي 1000 [[لتر]] (كتلته 160 كجم، إذا كان هذا الحجم ممتلئًا تمامًا). بعد ذلك، تم استخدام [[سلاح نووي|قنبلة ذرية]] تقليدية («أولية») في أحد طرفي القنبلة لتهيئة ظروف درجة الحرارة والضغط الشديدين اللازمين [[اندماج نووي|لإطلاق التفاعل النووي الحراري]].

في غضون سنوات قليلة، تم تطوير ما يسمى بالقنابل الهيدروجينية «الجافة» التي لا تحتاج إلى الهيدروجين المبرد. تشير المعلومات الصادرة إلى أن جميع [[قنبلة هيدروجينية|الأسلحة النووية الحرارية التي تم]] بناؤها منذ ذلك الحين تحتوي على [[مركب كيميائي|مركبات كيميائية]] من الديوتيريوم والليثيوم في مراحلها الثانوية. المادة التي تحتوي على الديوتيريوم هي في الغالب [[هيدريد الليثيوم|ديوتريد الليثيوم]]، حيث يتكون الليثيوم من نظير [[نظائر الليثيوم|الليثيوم -6]]. عندما يتم قصف الليثيوم -6 [[نيوترون|بالنيوترونات]] السريعة من القنبلة الذرية، يتم إنتاج [[تريتيوم|التريتيوم]] (هيدروجين -3)، ثم ينخرط الديوتيريوم والتريتيوم بسرعة في [[الاندماج النووي الحراري|اندماج نووي حراري]]، ويطلقان طاقة وفيرة، [[هيليوم-4|وهليوم -4]]، وحتى المزيد من النيوترونات الحرة.

=== البحث الحديث ===
في أغسطس 2018، أعلن العلماء عن تحويل الديوتيريوم الغازي إلى [[هيدروجين فلزي|شكل معدني سائل]]. قد يساعد هذا الباحثين على فهم [[عملاق غازي|الكواكب الغازية العملاقة]] بشكل أفضل، مثل كوكب المشتري وزحل والكواكب [[كوكب غير شمسي|الخارجية]] ذات الصلة، حيث يُعتقد أن هذه الكواكب تحتوي على من الهيدروجين المعدني السائل، والذي قد يكون مسؤولاً عن [[حقل مغناطيسي|الحقول المغناطيسية]] القوية المرصودة.

== بيانات الديوتيريوم العنصري ==
الصيغة: D<sub>2</sub> أو <sub>2</sub>H<sub>1</sub><sup>2</sup>

* الكثافة:  عند [[ظروف قياسية من الضغط ودرجة الحرارة|STP]] (، ).
* الوزن الذري:  .
* متوسط الوفرة في مياه المحيط (من [[معيار فيينا لمياه المحيط|VSMOW]]) 155.76 ± 0.1 جزء في المليون (نسبة جزء واحد لكل 6420 جزءًا تقريبًا)، أي حوالي  من الذرات في العينة (بالعدد وليس الوزن)

البيانات في حوالي  لـ D <sub>2</sub> ([[نقطة ثلاثية]]):

* كثافة:
** سائل: 
** الغاز: 
* اللزوجة:  عند  (المرحلة الغازية)
* السعة الحرارية النوعية عند ضغط ثابت *ج ع* :
** صلب: 
** الغاز:
** 

== أنتيديوتيريوم ==
أنتيديوتيريوم هو [[مادة مضادة|المادة المضادة]] نظيره نواة الديوتيريوم، تتكون من [[مضاد البروتون|البروتون المضاد]] و[[مضاد نيوترون|مضاد النترون]]. تم إنتاج مضاد اللوتيرون لأول مرة في عام 1965 في [[بروتون السنكروترون|البروتون السنكروترون]] في [[سيرن]]  و[[بالتناوب التدرج السنكروترون|السنكروترون بالتناوب]] في [[مختبر بروكهافن الوطني]]. *سيطلق على* الذرة الكاملة، مع [[بوزيترون|البوزيترون الذي]] يدور حول النواة، *أنتيديوتيريوم''، ولكن  لم يتم إنشاء أنتيديوتيريوم. الرمز المقترح ل أنتيديوتيريوم هو D_ 

## انظر أيضًا

* نظائر الهيدروجين.
* الاندماج النووي.
* توكاماك.
* التريتيوم.
* الماء الثقيل.

## المراجع

## روابط خارجية

* مركز البيانات النووية في KAERI
* 
* 
* 

تصنيف:اكتشافات هارولد يوري
تصنيف:اندماج نووي
تصنيف:مواد نووية
تصنيف:نظائر العناصر الكيميائية
تصنيف:نظائر الهيدروجين
تصنيف:وقود نووي