Was ist Deuterium?
Deuterium ist ein Isotop des chemischen Elements Wasserstoff. Im Gegensatz zu normalem Wasserstoff mit einem Proton hat Deuterium ein Proton und ein Neutron. Dieses Isotop ist nicht radioaktiv und kommt überall dort in geringen Mengen vor, wo Wasserstoff vorhanden ist. Es wird hauptsächlich in der Kernfusion, als Moderator für Spaltreaktoren und in der Kernspinresonanztomographie eingesetzt.
Deuterium ist zum größten Teil chemisch identisch mit regulärem Wasserstoff. Es kann Wasserstoff in chemischen Bindungen ersetzen, und die meisten Organismen können erfolgreich auf hohen Deuteriumkonzentrationen gezüchtet werden. Deuteriumoxid, das als "schweres Wasser" bezeichnet wird, zeigt aufgrund der zusätzlichen Masse des Isotops einige seltsame Effekte. Es ist dicker als normales Wasser und ein Eiswürfel mit schwerem Wasser sinkt. Organismen, die geringe Mengen an schwerem Wasser verbrauchen, sind im Allgemeinen nicht betroffen. Die zusätzliche Masse führt jedoch zu einer geringfügigen Änderung der Bindungseigenschaften. Dies kann die Biochemie einer Zelle stören, wenn zu viel schweres Wasser verwendet wird.
Deuterium wird aus Meerwasser gewonnen und liegt dort in einer Konzentration von ca. 300 ppm vor. Da es sehr verdünnt ist, ist der Extraktionsprozess energieintensiv und teuer. Ein Pfund (0,4 kg) kann Hunderte von US-Dollar (USD) kosten. Aufgrund seiner Atommasse ist das Isotop ein besserer Neutronenmoderator als gewöhnlicher Wasserstoff, und Deuteriumoxid wird in einigen Kernspaltungsreaktoren wie dem CANDU-Design verwendet. Deuterium wird auch zur Herstellung von Atombomben verwendet. Während des Zweiten Weltkriegs bombardierten die Alliierten Deutschlands Haupt-Deuteriumanlage, um den Erwerb von Atomwaffen zu verhindern.
Die meisten der leicht zu erreichenden Fusionsreaktionen verwenden Deuterium als Zutat, einschließlich Deuterium-Tritium, dem gegenwärtigen Schwerpunkt der künstlichen Fusionsforschung. Das meiste Isotop, das in einem Stern erzeugt wird, wird schnell wieder fusioniert, und so bleibt der größte Teil des Wasserstoffs im Universum entweder Wasserstoff oder wird in schwerere Elemente wie Helium und Kohlenstoff fusioniert. Braune Zwerge, deren Kerntemperatur niemals hoch genug ist, um normalen Wasserstoff zu fusionieren, können durch Fusion ihres Deuteriums einige Millionen Jahre stabil bleiben.