Wat is zwaar water?
Zwaar water is de algemene term voor water dat de deuteriumisotoop van waterstof, 2H2O of D2O omvat. De term kan betrekking hebben op water dat elke hoeveelheid deuterium bevat, maar verwijst vaak naar water dat verrijkt is om ongeveer of bijna 100% te bevatten.
Het deuterium in zwaar water is vrijwel hetzelfde als normale waterstof, ook bekend als protium, behalve dat het een extra neutron bevat. Dus een deuteriumatoom bevat één neutron, één proton en één elektron. Het extra neutron voegt een kleine hoeveelheid gewicht, ongeveer 10% van het totale gewicht, aan het atoom toe, wat het zwaar maakt.
Dit type water staat vooral bekend om zijn rol in het reguleren van de processen van kernreactoren die geen verrijkt uranium gebruiken. Terwijl kernreactoren splijten, laten ze neutronen vrij. Deze neutronen bewegen ongelooflijk snel. Voor een meer gecontroleerde kettingreactie met niet-verrijkt uranium moeten de neutronen worden vertraagd. Dus om dat te doen, wordt een soort regulator gebruikt. Beryllium, grafiet en normaal water worden allemaal gebruikt als regulatoren en hebben allemaal hun eigen voordelen en beperkingen. Zwaar water is een andere regulator, met het toegevoegde neutron waardoor het stabieler wordt om neutronen te reguleren die er doorheen gaan.
In de natuur komt deuterium eenmaal voor ongeveer elke 4000 - 7000 normale waterstofatomen voor. Dit betekent dat ongeveer een op de twintig miljoen watermoleculen zware watermoleculen zijn. Dit materiaal is als zodanig niet echt gemaakt, maar het is verfijnd. Normaal water wordt onttrokken uit grote reservoirs en de kleine hoeveelheid zwaar water wordt onttrokken aan het lichtere water. Zwaar water wordt opgeslagen door verschillende landen en bedrijven, en omdat het niet echt wordt gebruikt als nucleaire regulator, groeien deze voorraden in de loop van de tijd.
Er is een nog zwaardere isotoop van waterstof, tritium genoemd, maar deze wordt niet gebruikt voor zwaar water in kernreactoren. Tritium is radioactief en komt zeer zelden in de natuur voor, maar komt meestal voor als bijproduct van nucleaire gebeurtenissen. Het water zelf is gelukkig niet radioactief, maar het is licht giftig voor mensen. Hoewel het grotendeels hetzelfde is als normaal water, heeft het toegenomen gewicht invloed op de snelheid van bepaalde belangrijke chemische reacties, waaronder celdeling. Het niveau waarop zwaar water giftig wordt, kan variëren van ongeveer 10% tot 50% van het totale water in het lichaam, afhankelijk van een aantal factoren. In de natuur zullen deze niveaus echter nooit worden bereikt, dus vergiftiging is geen echte zorg.
Vanwege zijn centrale rol in het reguleren van het splijtingsproces van fokreactoren, die kunnen worden gebruikt om plutonium van wapenkwaliteit te produceren, is deze stof strak gereguleerd. De internationale gemeenschap houdt nauwlettend toezicht op landen die er grote hoeveelheden van produceren of verkrijgen, omdat dit een teken kan zijn dat het land op weg is om nucleaire wapens te genereren.