tungtvann

Et vanlig vannmolekyl består av hydrogen og oksygen, og hydrogenatomet består igjen av et proton og et elektron. I tungtvann er hydrogenatomet byttet ut med deuterium, som er en tyngre isotop av hydrogen.

Deuterium har et eget kjemisk symbol: D. Den kjemiske formelen til tungtvann er dermed D₂O, mot vanlig vann som har formel H₂O.

Alle grunnstoffer blir definert etter hvor mange protoner de har i atomkjernen. Antallet nøytroner i kjernen kan derimot variere for samme grunnstoff, og dette gir opphav til ulike isotoper av grunnstoffene.

Hydrogen har tre kjente naturlige isotoper:

• ¹H – protium (H), ingen nøytroner
• ²H – deuterium (D), ett nøytron
• ³H – tritium (T), to nøytroner

Protium er den klart mest utbredte isotopen, og utgjør over 99,98 prosent av alt hydrogen på Jorda. Deuterium er stabilt og finnes naturlig i små mengder, anslått til 0,015 prosent av alt hydrogen. Tritium er radioaktivt og henfaller til helium med en halveringstid på litt over tolv år. Tritium dannes når kosmisk stråling treffer gasser i atmosfæren. Derfor finnes det hele tiden litt tritium på Jorda.

Tungtvann brukes for å bremse frie nøytroner i en kjernereaksjon, slik at nøytronene enklere reagerer med uran-235 framfor uran-238. Vanlig vann absorberer flere nøytroner, og reaktorer som bruker vanlig vann er derfor avhengig av anriket uran. Når tungtvann brukes i stedet for vanlig vann, trenger man ikke anriket uran.

Tungtvann brukes også mye i forskning, både i fysikk, kjemi og biologi. I fysikk blir tungtvann blant annet brukt i forsøk på å registrere nøytrinoer. Nøytrinoer passerer normalt rett gjennom Jorda, men noen av dem kan vekselvirke med nøytroner i tungtvann, noe som fører til en kjernereaksjon som kan observeres. I kjemi er tungtvann mye brukt i ulike typer spektroskopi og i isotopmerking av kjemikalier.

Tungtvann brukes også i fysiologi, i studier av stoffskiftet. Ved å drikke noe tungtvann i kjente mengder og måle konsentrasjonen av tungtvannet i urin, kan man forstå hvor raskt vannutskiftningen i kroppen skjer.

Fremstilling av tungtvann handler om å skille den lille mengden av naturlig forekommende tungtvann fra vanlig vann. Siden deuterium utgjør en liten, men jevnt fordelt del av alt hydrogen på Jorda, vil det i en gitt mengde vanlig vann alltid forekomme en liten del tungtvann. Siden andelen tungtvann er så liten, kreves det omfattende og svært energikostbare prosesser for å fremstille rent tungtvann fra vanlig vann.

Den mest brukte metoden i dag er Girdler-sulfidmetoden, som er basert på likevekter mellom hydrogensulfid og vann. Med denne prosessen kan konsentrasjonen av tungtvann komme opp i rundt 15 prosent. Prosessen er relativt kostnadseffektiv, og er derfor den mest utbredte metoden.

Dersom det er behov for høyere konsentrasjoner av tungtvann, tar man i bruk destillasjon og elektrolyse etter Girdler-sulfidprosessen. Her utnytter man at tungtvann har litt høyere kokepunkt, eller at deuterium danner litt sterkere bindinger til oksygen. Med slike metoder kan konsentrasjonen komme opp mot 99,9 prosent. Elektrolyse av vann var prosessen som gjorde det mulig med tungtvannsutvinning på Vemork i Rjukan.

Vemork er en kraftstasjon i Tinn kommune i Telemark, som først ble satt i drift i 1911. Sammen med kraftstasjonen ble det etablert en fabrikk for å framstille hydrogengass ved elektrolyse til videre bruk i produksjon av kunstgjødsel. Denne prosessen krever svært mye energi, og det var derfor avgjørende at fabrikken lå nær et kraftverk.

• vann
• hydrogen
• deuteriumoksid
• tungtvannsaksjonene
• elektrolyse
• destillasjon

• Norgeshistorie: Norsk eksport av tungtvann