Agua pesada
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Agua pesada. Es una clase de agua algo más pesada ( tiene mayor densidad) que la común. Un litro de agua pesada pesa 1.105 gramos, mientras que un litro de agua común pesa 1.000 gramos. Se denomina agua pesada (D2O) al óxido de deuterio.
Sumario
Fórmula química
La fórmula química del agua deuterada, óxido de deuterio o agua pesada es: D2O o 2H2O. La fórmula química del agua tritiada, óxido de tritio o agua superpesada es:T2O o 3H2O. Como ya se ha indicado, esta forma es radiactiva. Además hay otras variedades isotópicas como: agua semipesada cuya fórmula química es HDO, DHO o 1H2H O. y una forma sin nombre que correspondería a un "agua semi–superpesada", a veces llamada agua tritiada, cuya fórmula química es HTO, THO o 1H3H O. Esta forma es radiactiva. También es de suma utilidad para detectores de neutrinos como el kamiokande.
Aplicaciones
La principal aplicación tecnológica del agua pesada ha sido como moderador en los procesos de fisión nuclear, por lo que se convirtió en una sustancia estratégica durante el desarrollo de los primeros reactores nucleares. Durante la Segunda Guerra Mundial, los aliados emprendieron un conjunto de acciones directas para impedir el acceso de los nazis al agua pesada (véase la Batalla del agua pesada). Hoy en día ha perdido parte de su importancia, al utilizarse también como moderadores en las centrales nucleares otros materiales como el agua normal o el grafito.
Cuando en un reactor se emplea combustible uranio natural, sólo el agua pesada puede cumplir con la doble función de moderar neutrones y transferir el calor generado. El agua natural, que tiene igual capacidad de transmisión de calor, produce una absorción de neutrones tan elevada que impediría mantener la reacción en cadena de este tipo de reactores, usándose únicamente en los de uranio enriquecido.
Es útil como moderadora y refrigerante en reactores de uranio natural. Hacer agua pesada constituye un desafío a la tecnología. La Argentina procuró las centrales nucleares del tipo uranio natural-agua pesada, procurando así el dominio del ciclo del combustible. Considerando la necesidad de asegurar el abastecimiento del agua pesada, que es un insumo crítico producido a escala insdustrial por un número muy reducido de países, fácilmente suceptible a ser objeto de presiones internacionales, y con el fin de lograr la independencia tecnológica en este campo, la Comisión nacional de Energía Atómica resolvió oportunamente la ejecución de los Proyectos de Agua Pesada. Existe una Planta de Agua Pesada en Arroyito, ocupa un área de 20 hectáreas, por la ruta 237, 50 km al sur de la ciudad de Neuquén, allí se produce un promedio de 200 toneladas de agua pesada/año.
Materias utilizadas para la elaboración de agua pesada
Teóricamente se puede utilizar cualquier compuesto que tenga hidrógeno, pero dada la baja concentración natural de deuterio a escala industrial deben procesarse grandes volúmenes de materia prima para obtener una producción razonable, por lo cual las materias primas más usadas son el agua y el gas natural.
Propiedades en relación al agua común
Esta diferencia en los elementos del núcleo modifica algunas de sus propiedades físicas, tales como la densidad o el punto de ebullición. El agua pesada se encuentra presente, en pequeñas cantidades, mezclada con el agua normal, y puede ser separada de ésta por destilación fraccionada. También se puede separar del agua por absorción con amoníaco que contenga deuterio.
Métodos de elaboración de agua pesada
Intercambio químico: se denomina también intercambio isotópico. Se ponen en contacto dos fases, una líquida y otra gaseosa, constituida cada una de ellas por un compuesto hidrogenado diferente (la fase gaseosa puede ser directamente hidrógeno). Según las condiciones de presión y temperatura, se obtiene una acumulación preferencial del deuterio en una de las fases (generalmente la fase líquida), debido a que se produce un intercambio entre hidrógeno - deuterio entre las distintas fases. Los sistemas pueden ser hidrógeno/agua, hidrógeno/amoníaco, sulfuro de hidrógeno/agua, hidrógeno/metilamina. La PIAP utiliza el método de intercambio hidrógeno/amoníaco teniendo como fuente de deuterio el agua natural proveniente del río.
Destilación: Estos métodos se basan en las pequeñas diferencias de la presión de vapor entre las especies deuteradas e hidrogenadas (agua, amoníaco e hidrógeno). Se utilizan para concentrar agua pesada a partir de agua previamente enriquecida por otros métodos hasta valores del 10%.
Electrolisis: Se realiza por descomposición del agua por medio de una corriente eléctrica. Este método tiene altos costos de operación y requiere de la asociación de una planta que produzca hidrógeno para otros usos. La primera planta productora de agua pesada (Noruega) utilizó este método.
Vida útil del agua pesada
El agua pesada en un reactor de uranio natural es considerada un bien de capital, ya que en ocasión de la puesta en marcha de la central nuclear se realiza la carga inicial y dura toda la vida operativa del reactor. La necesidad anual de agua pesada en las centrales nucleares se estima en el orden del 1% del inventario inicial. Estas demandas obedecen a pequeñas reposiciones técnicas que se producen por las tareas de mantenimiento y operación normal.
Principales plantas productoras
- Argentina es el principal productor y exportador, produciendo en una planta con capacidad de 200 t/año; está ubicada en Arroyito (provincia de Neuquen), operada por la empresa estatal ENSI.
- Estados Unidos produjo agua pesada hasta la década de 1980.
- Canadá fue el mayor productor mundial hasta el cierre de la planta de agua pesada en 1997.
- Noruega: La compañía Norsk Hydro inauguró en 1934 la primera planta comercial de producción en el mundo.
- India es el segundo mayor productor de agua pesada a través del Heavy Water Board.
- Rumania produce agua pesada en la planta Drobeta Girdler Sulfide y exporta ocasionalmente.
- Francia operó una pequeña planta hasta 1970.
- Reino Unido: en 1958 exportó 20 t a Israel.
