آب سنگین

آب سنگین چیست؟
آب سنگین، آبی است که هیدروژن های آن دوتریوم یا ایزوتوپ سنگین هیدروژن است. این آب در مقایسه با آب معمولی نقطه جوش و نقطه انجماد بالاتری دارد و ویسکوزیته یا چسبندگی آن بیشتر است. هیدروژن دارای 2 ایزوتوپ پایدار H و D و یک ایزوتوپ ناپایدار و رادیواکتیو T یا تریتیوم است. هسته ایزوتوپ معمولی هیدروژن دارای یک پروتون و هسته ایزوتوپ سنگین دارای یک پروتون و یک نوترون است. این نوترون اضافی، هم سبب کاهش جذب نوترون توسط دوتریوم در آب سنگین می شود و هم افزایش جرم آن را به همراه دارد. جرم ملکولی آب معمولی(H₂O   ¹   ) 18  و آب سنگین ( ²H₂O   )  20 است. در نتیجه یک لیتر آب سنگین دارای جرمی بیشتر از یک لیتر آب سبک است.

آب سنگین چگونه تولید می شود؟
محققان برای اولین بار به طریق الکترولیز (برقکافت) به آب سنگین خالص دست یافتند. چون نقطه جوش آب سنگین بالاتر از آب معمولی است، برای تولید آن، از روش تبخیر و تقطیر هم استفاده می شود. در تأسیسات تولید آب سنگین در اراک، طی مراحلی پیچیده از آب معمولی، آب سنگین به دست می آید که درجه خلوص آن 99/8 درصد است. تفاوت جرم آب سنگین و آب سبک قابل ملاحظه است و تفاوت در نقاط جوش این 2 نوع آب، امکان جداسازی آب سنگین و خالص سازی آن را تسهیل می کند. از میان هر 6400 تا 7000 ملکول آب معمولی، یک ملکول آب سنگین وجود دارد که برای دستیابی به آن از طرق فیزیکی و شیمیایی درجه خلوص آن را بالا می برند ، تأسیسات تولید آب سنگین تاکنون فقط در 8 کشور وجود داشته است که ما نهمین کشور هستیم.

مجتمع آب سنگین اراک

مجتمع آب سنگین اراک (خنداب) معروف به IR-40 یکی از تاسیسات بزرگ هسته‌ای کشور است که در ۷۵ کیلومتری شمال غرب اراک و در ۵ کیلومتری شهر خنداب قرار دارد.

نخستین تلاش برای تهیه آب سنگین در ایران در سال ۱۳۶۳ به طور آزمایشگاهی و با استفاده از روش الکترولیز انجام شد، اما تلاش‌ها در این زمینه نتیجه‌ای در برنداشت. پس از فراغت سازمان انرژی اتمی از پروژه‌های نیمه صنعتی افزایش غلظت و تبدیل اورانیوم بین سال‌های ۱۳۷۰ تا ۱۳۷۷، پیشنهاد اجرای یک پروژه صنعتی آب سنگین به سازمان ارائه و پس از مدتی با ابلاغ شورای معاونان سازمان انرژی اتمی اجرای این طرح آغاز شد؛ اما با توجه به محدودیت‌ها در کسب اطلاعات علمی و فنی از کشورهای خارجی و جذب نشدن نیروهای حرفه‌ای این پروژه تا سال ۱۳۷۷ به تعویق افتاد. در این سال‌ها علاوه بر تهیه دانش فنی، طراحی‌های پایه، مقدماتی، شروع طراحی تفصیلی، مطالعات و عملیات سایت‌یابی انجام شد و در این میان سایت خنداب انتخاب گردید.

کار ساخت مجتمع از سال ۱۳۷۷ خورشیدی آغاز و تمامی مراحل طراحی و اجرای آن توسط متخصصان ایرانی انجام شد. بهره‌برداری از این نیروگاه در سال ۱۳۸۵ و توسط محمود احمدی نژاد رئیس جمهور وقت انجام گردید.

در آبان ۱۳۹۲ آژانس بین‌المللی انرژی اتمی در گزارش فصلی خود خبر داد که ایران پس از روی کار آمدن حسن روحانی توسعه فعالیت‎های هسته‌ای را متوقف کرده‌است. این اولین گزارشی بود که آژانس بین‌المللی انرژی اتمی پس از ریاست جمهوری حسن روحانی منتشر کرد. ایران اعلام کرده بود نیروگاه آب سنگین خنداب در سه‌ماهه اول سال ۲۰۱۴ شروع به کار خواهد کرد اما بعداً آن را به تعویق انداخت.

این مجتمع شامل یک نیروگاه ۴۰ مگاواتی و رآکتور تحقیقاتی است.

تولیدات و کاربردها

تولیدات نیروگاه شامل آب سنگین و آب سبک است که از محصولات جانبی آب سنگین به شمار می‌رود.

آب سبک جهت درمان و پیشگیری از سرطان کاربرد دارد. آب سنگین تولیدی این نیروگاه در حوزه‌های مختلف از جمله زیست‌شناسی، پزشکی و فیزیک کاربرد دارد. همچنین از آن به عنوان ماده خنک‌کننده برای نیروگاه‌های هسته‌ای و تولید رادیودارو استفاده می‌شود.

فعالیت نیروگاه آب سنگین اراک (خنداب) یکی از موارد نگرانی غرب درباره برنامه هسته‌ای ایران بوده است. مخالفان برنامه هسته‌ای ایران معتقدند این نیروگاه می‌تواند در صورت آغاز و گسترش فعالیت، پلوتونیوم قابل استفاده در ساخت سلاح هسته‌ای را تولید کند

تهیه کننده : حسن محمدی  - کارشناس ارشد شیمی - پژوهش سرای دکتر حسابی