Wat is Deuterium?

Deuterium is een isotoop van het chemische element waterstof. In tegenstelling tot normale waterstof, die één proton heeft, heeft deuterium één proton en één neutron. Deze isotoop is niet-radioactief en wordt in kleine hoeveelheden gevonden overal waar waterstof aanwezig is. Het wordt voornamelijk gebruikt in kernfusie, als moderator voor splijtingsreactoren en in nucleaire magnetische resonantiebeeldvorming.

Voor het grootste deel is deuterium chemisch identiek aan gewone waterstof. Het kan waterstof in chemische bindingen vervangen en de meeste organismen kunnen met succes worden gekweekt op hoge niveaus van deuterium. Deuteriumoxide, "zwaar water" genoemd, vertoont enkele vreemde effecten vanwege de extra massa van de isotoop; het is dikker dan gewoon water en een ijsblokje van zwaar water zal zinken. Organismen die kleine hoeveelheden zwaar water verbruiken, worden over het algemeen niet aangetast, maar de extra massa veroorzaakt een kleine verandering in de bindingseigenschappen en dit kan de biochemie van een cel verstoren als er teveel zwaar water wordt gebruikt.

Deuterium wordt gewonnen uit zeewater, waar het wordt aangetroffen in een concentratie van ongeveer 300 ppm. Het is zeer verdund en daarom is het extractieproces energie-intensief en duur; 1 pond (0,4 kilogram) kan honderden Amerikaanse dollars (USD) kosten. Vanwege zijn atoommassa is de isotoop een betere neutronenmoderator dan gewone waterstof en wordt deuteriumoxide gebruikt in sommige kernsplijtingsreactoren, zoals het CANDU-ontwerp. Deuterium wordt ook gebruikt bij het maken van nucleaire bommen en tijdens de Tweede Wereldoorlog bombardeerden de geallieerden de belangrijkste deuteriumfabriek van Duitsland om te voorkomen dat deze atoomwapens zou verwerven.

De meeste gemakkelijk te bereiken fusiereacties gebruiken deuterium als ingrediënt, waaronder deuterium-tritium, de huidige focus van kunstmatig fusieonderzoek. Het grootste deel van de isotoop die in een ster wordt gemaakt, wordt snel weer versmolten, en dus blijft het overgrote deel van de waterstof in het universum waterstof of wordt het versmolten tot zwaardere elementen zoals helium en koolstof. Bruine dwergen, die nooit een voldoende hoge kerntemperatuur hebben om gewone waterstof te laten smelten, kunnen een paar miljoen jaar stabiel blijven door hun deuterium te smelten.