L'aigua pesada (en anglès, "heavy water") és una forma d'aigua que conté una major quantitat de deuteri, un isòtop de l'hidrogen que té un neutró addicional al nucli. Mentre que l'aigua comuna (H2O) conté dos àtoms d'hidrogen i un àtom d'oxigen, l'aigua pesada (D2O) conté dos àtoms de deuteri i un àtom d'oxigen.
L'aigua feixuga és lleugerament més densa que l'aigua comuna i té algunes propietats químiques i físiques diferents.
Per què es fa servir l'aigua pesada?
L'aigua pesada té diverses aplicacions a la indústria i la ciència a causa de les seves propietats físiques i químiques úniques. Algunes de les aplicacions més comunes són:
-
Moderador de neutrons en reactors nuclears: l'aigua pesada s'utilitza com a moderador de neutrons en alguns reactors nuclears per ralentir els neutrons alliberats a la fissió nuclear i augmentar la probabilitat de reaccions nuclears addicionals.
-
Producció de triti: El triti és un isòtop radioactiu de l'hidrogen utilitzat en la producció d'armes nuclears i en alguns dispositius mèdics i d'il·luminació. Aquest tipus d'aigua s'utilitza en la producció de triti mitjançant un procés anomenat radiòlisi, en què el triti es forma a partir de l'exposició d'aigua pesada a la radiació.
-
Investigació científica: en alguns experiments científics es fa servir com a traçador per estudiar la dinàmica de l'aigua en diferents sistemes biològics i químics.
-
Producció de polímers: en aquest cas s'utilitza com a reactiu en la producció d'alguns polímers, com el niló, el polièster i el poliuretà.
-
Anàlisi química: per exemple, per determinar la composició isotòpica de certs compostos.
Com s'obté l'aigua pesada?
L'aigua pesada (D2O) es pot obtenir a través de diversos processos, però els mètodes més comuns són mitjançant la destil·lació fraccionada de l'aigua i la hidròlisi de l'aigua amoniacal
La producció d'aigua pesada requereix un procés de purificació molt curós, ja que fins i tot petites impureses poden afectar-ne significativament les propietats físiques i químiques.
Destil·lació fraccionada
El procés de destil·lació fraccionada implica escalfar l'aigua fins que s'evapori i després condensar el vapor per recol·lectar l'aigua destil·lada. Com que els isòtops d'hidrogen tenen diferents punts d'ebullició, el vapor d'aigua que es recull serà enriquit en deuteri.
Després, aquest vapor es fa passar a través de columnes dintercanvi disòtops, on se separa laigua pesada de laigua normal.
Hidròlisi de l'aigua amoniacal
Un altre mètode per obtenir aigua pesada és a través de la hidròlisi de l'aigua amoniacal, on el deuteri a l'amoníac s'intercanvia amb l'hidrogen a l'aigua per produir aigua pesada.
També és possible produir aigua pesada utilitzant reactors nuclears, encara que aquest mètode és més costós i s'utilitza principalment per a la producció a gran escala.
Quina funció compleix l?aigua pesada en un reactor nuclear?
L'aigua pesada té una funció crucial en alguns reactors nuclears com a moderador de neutrons. En els reactors nuclears de tipus CANDU (acrònim en anglès de Canada Deuterium Uranium), per exemple, l'aigua pesada s'utilitza com a moderador per alentir els neutrons que s'alliberen a la fissió nuclear.
Els neutrons ràpids generats a la fissió tenen menys probabilitats de provocar reaccions nuclears addicionals que els neutrons lents. En alentir aquests neutrons mitjançant l'aigua pesada, s'augmenta la probabilitat que col·lisionin amb els nuclis d'urani i es produeixin més reaccions nuclears.
A més de ser un moderador de neutrons, els reactors CANDU també utilitzen l'aigua pesada com a refrigerant. En aquests reactors, es fa servir per transferir la calor generada per la fissió nuclear des del nucli del reactor a un intercanviador de calor, on s'utilitza per generar vapor que impulsarà una turbina per produir electricitat.
Avantatges i desavantatges de l'aigua pesada als reactors nuclears
L'ús d'aigua pesada als reactors nuclears té tant avantatges com desavantatges, que es descriuen a continuació:
Avantatges
-
Major eficiència: l'aigua pesada té una secció transversal més gran d'absorció de neutrons que l'aigua ordinària, la qual cosa significa que pot alentir millor els neutrons alliberats en la fissió nuclear. Això augmenta la probabilitat que els neutrons produeixin més reaccions nuclears i, per tant, augmenta leficiència del reactor.
-
Major flexibilitat en la selecció de combustibles: a més d'urani natural, aquests reactors poden utilitzar urani empobrit, tori i altres combustibles, cosa que els permet adaptar-se a diferents condicions de subministrament de combustible.
-
Menor producció de residus nuclears: els reactors que utilitzen aigua pesada com a moderador tenen una menor taxa de producció de residus nuclears que els reactors que utilitzen aigua ordinària. Això és perquè la major eficiència de la moderació de neutrons a l'aigua pesada permet una major utilització del combustible nuclear i, per tant, redueix la quantitat de material nuclear no utilitzat que es converteix en residus.
-
Millor seguretat: l'aigua pesada és menys inflamable que l'aigua ordinària, cosa que pot millorar la seguretat en cas d'un accident al reactor.
Desavantatges
-
Més cost: l'aigua pesada és més costosa que l'aigua ordinària a causa del procés de producció més complicat i l'alt grau de puresa requerit per utilitzar-los en els reactors nuclears.
-
Més risc de proliferació nuclear: aquest tipus d'aigua es pot utilitzar en la producció de plutoni per a armes nuclears, cosa que augmenta el risc de proliferació nuclear.
-
Més risc d'accident: els reactors que utilitzen aigua pesada poden ser més propensos a accidents nuclears a causa de la major quantitat de material radioactiu present al sistema.
