A água pesada é uma forma de água que contém uma quantidade maior de deutério, um isótopo de hidrogênio que possui um nêutron extra em seu núcleo. Enquanto a água comum (H 2 O) contém dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, a água pesada (D 2 O) contém dois átomos de deutério e um átomo de oxigênio.
A água pesada é ligeiramente mais densa do que a água normal e tem algumas propriedades químicas e físicas diferentes.
Para que serve a água pesada?
A água pesada tem várias aplicações na indústria e na ciência devido às suas propriedades físicas e químicas únicas. Algumas das aplicações mais comuns são:
Moderador de nêutrons do reator nuclear: Água pesada é usada como moderador de nêutrons em alguns reatores nucleares para desacelerar os nêutrons liberados na fissão nuclear e aumentar a probabilidade de novas reações nucleares.
Produção de trítio: o trítio é um isótopo radioativo de hidrogênio usado na produção de armas nucleares e em alguns dispositivos médicos e de iluminação. Esse tipo de água é utilizado na produção de trítio por meio de um processo chamado radiólise, no qual o trítio é formado a partir da exposição de água pesada à radiação.
Pesquisa científica: Em alguns experimentos científicos é usado como traçador para estudar a dinâmica da água em diferentes sistemas biológicos e químicos.
Produção de polímeros: neste caso é utilizado como reagente na produção de alguns polímeros, como nylon, poliéster e poliuretano.
Análise química: por exemplo, para determinar a composição isotópica de certos compostos.
Como você obtém água pesada?
A água pesada (D 2 O) pode ser obtida através de vários processos, mas os métodos mais comuns são através da destilação fracionada da água e da hidrólise da água com amônia.
A produção de água pesada requer um processo de purificação muito cuidadoso, pois mesmo pequenas impurezas podem afetar significativamente suas propriedades físicas e químicas.
Destilação fraccionada
O processo de destilação fracionada envolve aquecer a água até que ela evapore e, em seguida, condensar o vapor para coletar a água destilada. Como os isótopos de hidrogênio têm diferentes pontos de ebulição, o vapor de água coletado será enriquecido com deutério.
Este vapor é então passado por colunas de troca de isótopos, onde a água pesada é separada da água normal.
Hidrólise de água amoniacal
Outro método de obtenção de água pesada é através da hidrólise da água de amônia, onde o deutério na amônia é trocado por hidrogênio na água para produzir água pesada.
Também é possível produzir água pesada usando reatores nucleares, embora esse método seja mais caro e seja usado principalmente para produção em larga escala.
Qual é o papel da água pesada em um reator nuclear?
A água pesada tem um papel crucial em alguns reatores nucleares como moderador de nêutrons. Nos reatores nucleares CANDU (Canadá deutério urânio), por exemplo, a água pesada é usada como moderador para desacelerar os nêutrons liberados na fissão nuclear.
Os nêutrons rápidos gerados na fissão são menos propensos a causar reações nucleares adicionais do que os nêutrons lentos. Ao desacelerar esses nêutrons usando água pesada, a probabilidade de eles colidirem com núcleos de urânio aumenta e outras reações nucleares ocorrem.
Além de ser um moderador de nêutrons, os reatores CANDU também usam água pesada como refrigerante. Nesses reatores, ele é usado para transferir o calor gerado pela fissão nuclear do núcleo do reator para um trocador de calor, onde é usado para gerar vapor que acionará uma turbina para produzir eletricidade.
Vantagens e desvantagens da água pesada em reatores nucleares
O uso de água pesada em reatores nucleares apresenta vantagens e desvantagens, descritas a seguir:
Vantagens
Maior eficiência: a água pesada tem uma seção transversal de absorção de nêutrons maior do que a água comum, o que significa que ela pode desacelerar melhor os nêutrons liberados na fissão nuclear. Isso aumenta a probabilidade de que os nêutrons causem mais reações nucleares e, assim, aumenta a eficiência do reator.
Maior flexibilidade na seleção de combustível: Além do urânio natural, esses reatores podem usar urânio empobrecido, tório e outros combustíveis, permitindo que se adaptem a diferentes condições de fornecimento de combustível.
Menos produção de lixo nuclear: reatores que usam água pesada como moderador têm uma taxa menor de produção de lixo nuclear do que reatores que usam água comum. Isso ocorre porque o aumento da eficiência da moderação de nêutrons em água pesada permite uma maior utilização do combustível nuclear e, portanto, reduz a quantidade de material nuclear não utilizado que se torna lixo.
Melhor segurança: A água pesada é menos inflamável do que a água comum, o que pode melhorar a segurança em caso de acidente no reator.
Desvantagens
Custo mais alto: A água pesada é mais cara que a água comum devido ao processo de produção mais complicado e ao alto grau de pureza necessário para seu uso em reatores nucleares.
Aumento do Risco de Proliferação Nuclear: Este tipo de água pode ser usado na produção de plutônio para armas nucleares, aumentando o risco de proliferação nuclear.
Aumento do risco de acidente: Reatores que utilizam água pesada podem estar mais propensos a acidentes nucleares devido à maior quantidade de material radioativo presente no sistema.
