Nước nặng
Ứng dụng > Tác nhân điều tiết neutron (neutron)

Nước nặng được sử dụng trong một số kiểu lò phản ứng hạt nhân nhất định trong đó nó đóng vai trò như là tác nhân điều tiết neutron để làm chậm neutron sao cho chúng có thể phản ứng với urani trong lò phản ứng. Các lò phản ứng CANDU sử dụng kiểu thiết kế này. Nước nhẹ cũng có thể đóng vai trò như là tác nhân điều tiết nhưng do nó hấp thụ nhiều neutron hơn so với nước nặng, nên các lò phản ứng sử dụng nước nhẹ phải dùng urani giàu chứ không phải urani tự nhiên, nếu khác đi thì điểm tới hạn là không thể. Việc sử dụng nước nặng làm tăng thực chất tính hiệu quả của phản ứng hạt nhân.
Do điều này, các lò phản ứng nước nặng sẽ là hiệu quả hơn trong việc sinh ra plutoni (từ urani-238) hay urani-233 (từ thori-232) so với các lò phản ứng nước nhẹ cùng kích thước, dẫn tới việc e ngại nhiều hơn về chúng khi đề cập tới phổ biến hạt nhân. Việc sản xuất ra và tách chiết plutoni có thể là hành trình tương đối nhanh và rẻ để chế tạo vũ khí hạt nhân, do việc tách hóa học của plutoni từ nhiên liệu là dễ hơn so với tách đồng vị của U-235 từ urani tự nhiên. Nước nặng điều tiết các lò phản ứng nghiên cứu hay các lò phản ứng sinh plutoni được xây dựng chuyên biệt đã được sử dụng cho mục đích này bởi phần lớn, nếu không là tất cả, các quốc gia sở hữu vũ khí hạt nhân, mặc dù về mặt lịch sử thì các vũ khí hạt nhân đầu tiên đã được sản xuất mà không có nó (nước nặng). Cacbon tinh khiết cũng có thể dùng như là tác nhân điều tiết, thậm chí trong các lò phản ứng hạt nhân dùng urani nghèo. Vì thế, tại Hoa Kỳ, lò phản ứng nguyên tử thực nghiệm đầu tiên (năm 1942), cũng như các lò phản ứng sản xuất Hanford của dự án Manhattan, trong đó sản xuất plutoni cho thử nghiệm Trinity và bom Fat Man, tất cả đều dùng tác nhân điều tiết neutron là cacbon và hoạt động mà không cần cả urani giàu lẫn nước nặng.
Không có chứng cứ nào cho thấy các lò phản ứng nước nặng dân sự để sản xuất điện năng nào, chẳng hạn như các thiết kế của CANDU hay Atucha, đã từng được sử dụng trong sản xuất quân sự để tạo ra vật liệu phân hạch. Tại các quốc gia chưa sở hữu vũ khí hạt nhân, vật liệu hạt nhân tại các cơ sở như vậy nằm dưới sự giám sát của IAEA nhằm ngăn cản những ý định như vậy.
Do tiềm năng của nó trước việc sử dụng trong các chương trình vũ khí hạt nhân, việc chiếm hữu hay xuất/nhập khẩu lượng lớn nước nặng ở quy mô công nghiệp nằm dưới sự kiểm soát nhà nước tại một số quốc gia. Các nhà cung cấp nước nặng và công nghệ sản xuất nước nặng thông thường phải đệ đơn lên IAEA (Tổ chức Năng lượng Nguyên tử Quốc tế) để thi hành việc giám sát và các vật liệu liên quan tới nước nặng (Tại Australia theo Đạo luật không phổ biến (giám sát) hạt nhân 1987.). Tại Hoa Kỳ và Canada, các khối lượng nước nặng phi công nghiệp (nghĩa là ở mức gam tới kg) là có sẵn thông qua các nhà cung cấp hóa chất, và các công ty thương mại trực tiếp, chẳng hạn như nhà cựu sản xuất chính trên thế giới (Ontario Hydro), mà không cần phải có giấy phép đặc biệt. Vào năm 2006, giá thành của một kilôgam nước nặng độ tinh khiết tại lò phản ứng ở mức 99,98% là khoảng $600 tới $700. Các lượng nhỏ hơn với độ tinh khiết hợp lý (99,9%) có thể mua từ các nhà cung cấp hóa chất ở mức giá khoảng $1 mỗi gam.