Nước nặng là gì? Nói một cách đơn giản, nước nặng là loại nước mà hydro trong phân tử nước thông thường được thay thế bằng deuterium. Nguyên tử hydro có ba loại trong tự nhiên, đó là hydro-1, hydro-2 và hydro-3. Để thuận tiện cho việc ghi nhớ, chúng thường được gọi tuần tự là proti, deuterium và triti.

Bạn Đang Xem: Nước nặng trong lò phản ứng hạt nhân là gì, nó có thể uống được không?

Sự khác biệt tại chính giữa ba loại hydro này nằm ở số lượng neutron trong hạt nhân. Protium là loại hydro mặc định trong môi trường tự nhiên sống tự nhiên của tất cả chúng ta, chúng gồm có một proton và một electron, trong những khi deuterium lại sở hữu thêm một neutron khi so sánh với proti và tritium thì có thêm hai neutron khi so sánh với proti.

Hồ hết hydro trong tự nhiên tồn tại ở dạng proti, với mức độ phong phú tương đối là 99,9844%, trong những khi mức độ phong phú của deuterium tương đối thấp, khoảng tầm 0,0156%. So với triti, vì mức độ phong phú nhỏ hơn 0,001% nên nó thường được ghi nhận là một lượng vết.

Trong sự cố nước thải hạt nhân gần đây ở Fukushima, Nhật Bản, hàm lượng tritium là một vấn đề chính được thảo luận.

Triti là chất phóng xạ và trải qua quá trình phân rã beta với chu kỳ luân hồi bán rã 12,43 năm. Người ta thường nhận định rằng nó được tạo ra bởi sự tương tác của bức xạ vũ trụ và hydro trong tầng khí quyển. Kể từ thời điểm công nghệ hạt nhân ra đời, con người đã sinh sản ra nhiều hơn 5 lần kho tritium tự nhiên (trong tự nhiên chỉ có tầm khoảng 7,3 kg).

Mặc dù proti (H2O), deuterium (D2O) và tritium (T2O) khác nhau về thành phần nguyên tử, nhưng sự khác biệt về tính chất chất hóa học của chúng là rất nhỏ (D2O và T2O thường được nghe biết là nước nặng và nước siêu nặng).

Xem Thêm : Uniqlo là gì? Của nước nào? Tìm hiểu ý nghĩa thương hiệu Uniqlo

Cũng chính vì nhiều tính chất của 3 chất này giống nhau nên tritium cũng là một chất khó tách và loại bỏ nhất trong nước thải hạt nhân. Tuy nhiên, nước nặng không có phóng xạ thú vị hơn nhiều so với nước siêu nặng.

Năm 1931, nhà khoa học người Mỹ Harold Clayton Urey đã phát hiện ra đồng vị của hydro, đơteri và ông đã và đang nhận được giải Nobel Hóa học năm 1934.

Năm 1933, người cố vấn của Urey là Gilbert Newton Lewis đã sinh sản ra 0,5 ml nước nặng bằng phương pháp điện phân nước, với độ tinh khiết là 65,7%.

Tuy nhiên, deuterium trong nước tự nhiên không phải lúc nào thì cũng tồn tại ở dạng D2O, và nó có nhiều khả năng tồn tại ở dạng HDO (một nửa nước nặng). Trong quá trình sinh sản nước nặng bằng phương pháp điện phân, lúc các phân tử HDO đạt đến một tỷ lệ nhất định sẽ xẩy ra hiện tượng lạ trao đổi ion hydro giữa các phân tử nước, và tỷ lệ D2O cũng theo này mà tăng cao.

Khi phương pháp sinh sản nước nặng bằng phương pháp điện phân xuất hiện, nó nhanh chóng được ứng dụng vào thực tế. Năm tiếp theo khi Lewis sinh sản nước nặng có độ tinh khiết cao, Na Uy đã xây dựng xí nghiệp thủy điện Venmork vào năm 1934, xí nghiệp này sử dụng nguồn nước dồi dào của tự nhiên để điện phân nước, tạo ra hydro sinh sản phân nitrat.

Tuy nhiên, sinh sản phân bón hóa học cần hydro từ nước điện phân, và không sử dụng đến nước nặng còn sót lại trong tế bào điện phân. Bởi vậy sau một thời kì hoạt động, xí nghiệp đã phân tích dư lượng của quá trình điện phân và phát hiện ra rằng tỷ lệ deuterium so với hydro (protium) là 1 trong những:48, cao hơn nữa nhiều so với tỷ lệ tự nhiên 1: 6400, mặc dù hồ hết chúng tồn tại ở dạng bán HDO.

Vì vậy, Doanh nghiệp Thủy điện Na Uy đã gật đầu yêu cầu của người phụ trách xí nghiệp hydro là sinh sản nước nặng từ các sản phẩm phụ của quá trình điện phân. Bởi vậy diễn đạt theo ý riêng Thủy điện Na Uy đã trở thành nhà cung cấp nước nặng sớm nhất trong cộng đồng khoa học.

Xem Thêm : Tìm hiểu dizz là gì | Sen Tây Hồ

Tuy nhiên, mẩu chuyện về nước nặng mới chỉ khai mạc. Trong thời điểm cuối năm 1938, người Đức đã phát hiện ra rằng sự bắn phá của nơtron vào uranium có thể gây ra sự phân hạch hạt nhân. Trong thời điểm cuối năm 1939, Liên Xô Kết luận rằng nước nặng và than chì là những chất điều tiết khả thi duy nhất cho những lò phản ứng uranium, và mỗi lò phản ứng này cần khoảng tầm 15 tấn nước nặng để hoạt động.

Bởi vậy sau đó nước nặng đã trở thành một chất chiến lược vì nó có thể làm chậm các neutron sinh ra từ các phản ứng hạt nhân dây chuyền sản xuất, và tất cả những quốc gia đều coi trọng nó. Từ thời điểm năm 1940 đến Thế chiến thứ hai, xí nghiệp nước nặng Na Uy nằm dưới sự kiểm soát của Đức Quốc xã và đã mua gần như toàn bộ lượng nước nặng với số lượng lớn.

Tóm lại, nước nặng khi vừa mới xuất hiện đã gắn liền với những phản ứng hạt nhân, nên tuyệt vời trước nhất của nhiều người về nó là cực kỳ nguy hiểm, nhưng thực tế không phải vậy.

Ngay lúc mới khám phá ra nước nặng, các nhà khoa học đã cảm thấy rất tò mò với nó, bởi vậy đã có người uống thử nước nặng ngay sau thời điểm phát hiện ra deuterium.

GeorgeCharles de Hevesy và Harold Clayton Urey, người phát hiện ra deuterium, là bạn tốt của nhau. Năm 1934, Hevesy đã ngỏ lời với Urey để lấy vài lít nước nặng với độ tinh khiết không tốt, chỉ 0,6%.

Hevesy sau này đã uống nước lượng nặng này để sử dụng deuterium làm chất khắc ghi, nghiên cứu quá trình chuyển hóa nước của thân thể con người, và cuối cùng Kết luận rằng thời kì trú ngụ trung bình của nhiều phân tử nước trong thân thể người là 13 ± 1,5 ngày.

Nhưng nếu hấp thụ lượng nước nặng có độ tinh khiết cao hơn nữa thì nó sẽ sở hữu được tác động ảnh hưởng không hề nhỏ so với thân thể của động và thực vật. Thực vật sẽ chết trong môi trường tự nhiên nước nặng có nồng độ cao. Động vật hoang dã như chuột và chó sẽ trở thành vô sinh nếu D2O đạt hơn 25% trong thân thể, và cá sẽ chết nhanh chóng trong môi trường tự nhiên nước nặng hơn 90%. Động vật hoang dã có vú sẽ chết khoảng tầm một tuần sau thời điểm được cho uống lượng nước nặng đạt khoảng tầm 50%.

Còn trên thực tế, con người và động vật hoang dã hầu như không thể xúc tiếp với lượng nước nặng có độ tinh khiết cao như vậy, trừ những loài động vật hoang dã được nuôi để phục vụ mục tiêu nghiên cứu.