راکتور آب سنگين يعنی چه؟

راه اندازی مجتمع تولید آب سنگین اراک از سوی رییس جمهور ایران بار دیگر نگرانی های غرب را درباره ماهیت و هدف واقعی برنامه اتمی جمهوری اسلامی ایران را به زیر سوال برده است. این همه هیاهو بر سر آب سنگین برای چیست؟ آیا آب سنگین در فرایند هسته ای خطرناکتر از آب سبک است؟

  آب سنگین، از طریق روندی پیچیده و پرهزینه از آب عادی بدست می آید. این ماده همراه آب سبک، گرافیت و بریلیوم، از تعدیل گرهایی است که در راکتورهای هسته ای فاقد اورانیوم غنی شده یافت می شود. وظیفه تعدیل گر، کند کردن نوترونهای پرشتابی است که از گداخت هسته ای رها می شوند تا زمان بیشتری برای ترکیب شدن با ایزوتوپ بی قرار "یو-235" اورانیوم داشته باشند. در نتیجه، واکنش زنجیره ای کنترل شده و مستمری با استفاده از اورانیوم غنی نشده پدید می آید.

 آب سنگین بدون جذب تعدادی از این نوترونها به آنها امکان عبور می دهد. این ویژگی برای واکنش نشان دادن با اورانیوم طبیعی (غنی نشده) مهم است زیرا تنها هفت دهم درصد از ایزوتوپ "یو-235" را دارد. از آب سبک نیز می توان برای واکنش زنجیره ای بهره برد ولی خاصیت آن در جذب تعداد زیادی از نوترونها، غنی بودن اورانیوم (حداقل سه درصد) را الزامی می کند.

 از آنجا که غنی سازی اورانیوم از نظر فنی دشوارتر و پرخرج تر است، استفاده از آب سنگین در تاسیسات هسته ای مقرون به صرفه به نظر می آید. اما از سوخت مصرف شده نیروگاه های دارای آب سنگین می توان پلوتونیوم بدست آورد. همه کشورهای دارای بمب اتمی، بجز چین، اولین انفجار خود را با پلوتونیوم انجام داده اند.    

آب سنگین از نظر شیمیایی مشابه همان آب شرب است. تنها تفاوت این است که آب سنگین یک ایزوتوپ هیدروژن به نام دوتریوم دارد که در هسته خود یک نوترون و یک پروتون دارد. این ایزوتوپ بطور طبیعی به میزان یک اتم دوتریوم بجای هر 6700 هیدروژن عادی یا پروتیوم موجود است. ایزوتوپ عادی هیدروژن در هسته خود یک پروتون دارد، ولی نوترون ندارد. دوتریوم رادیواکتیو نیست. 

با وجود آن که آب سنگین و سبک از نظر شیمیایی مشابه اند، ولی اولی از دومی، قدری سمی تر است، زیرا سرعت واکنشهای شیمیایی مربوط به آن بدلیل قدرت پیوندهایی که برقرار می کند، اندکی تغییر می کند. آزمایش روی موش نشان داده که نوشیدن تنها آب سنگین در نهایت به از بین رفتن بافتهایی می انجامد که باید مرتبا آب دریافت کنند.  

یک تحقیق، تاثیر نوشیدن آب سنگین را مانند اثرات برجا مانده از شیمی درمانی می داند. خاصیت سمی این نوع آب زمانی مشخص می شود که نیمی از آب بدن جای خود را به آب سنگین داده باشد. مصرف طولانی آب سنگین می تواند به مرگ منجر شود.  

تفاوتهایی فیزیکی نیز میان آب سبک و آب سنگین هست. چگالی آب سنگین (10 درصد) بیشتر بوده و در واقع یخ بدست آمده از آن در آب سبک فرومی رود. نقطه ذوب و جوش آن نیز قدری بالاتر است، بطوری که در فشار استاندارد، آب سنگین در دمای نزدیک به چهار درجه سانتیگراد منجمد شده و در صد و یک درجه به جوش می آید.  

هارولد اوری، ایزوتوپ دوتریوم را در سال 1931 کشف کرد. در سال 1934 شرکت نروژی "نورسک هایدرو" اولین  مجتمع تجاری آب سنگین را ساخت که ظرفیت تولید سالانه 12 میلیون تن را داشت. از سال 1940 و در خلال جنگ جهانی دوم این تاسیسات تحت کنترل نازیها بود و متحدین تصمیم گرفتند برای جلوگیری از دستیابی نازیها به سلاح اتمی، این کارخانه را منهدم کنند.  

به دلیل حساسیت برانگیز بودن آب سنگین، تولید و فروش آن تحت نظارت دولتها و نهادهای جهانی از جمله آژانس بین المللی انرژی اتمی است و مراکز تحقیقاتی تنها می توانند مقادیر معینی را قرض بگیرند.