Tungtvann

 

Hva er tungtvann, og hvorfor var det så verdifullt for tyskerne under den siste Verdenskrigen?

Kjemisk betegnelse for Tungtvann: Deuteriumoksid, og med formel D₂O. Kjemisk sett er det nokså likt normalt vann, men begge av de vanlige hydrogenisotopene er erstattet av den dobbelt så tunge isotopen deuterium. Formel: 2H2O

Densitet ved 20 °C 1,105 g/cm3 (hos vanlig vann 0,998 g/cm3), smeltepunkt 3,82 °C og kokepunkt 101,42 °C. Tungtvann ser ut som vann, men er ca 11 prosent tyngre. Vanlig vann (H2O) har to hydrogenatomer og ett oksygenatom. I tungtvann (D2O) er det døytron i stedet for hydrogen, og mens vanlig hydrogen har ett proton i sin atomkjerne, har døytron både ett proton og ett nøytron, dermed blir det tyngre.

Tungtvann regnes ikke som giftig, men er likevel helseskadelig i store konsentrasjoner. Det kan forhindre celledeling og forårsaker derfor skade på vev som trenger rask fornyelse.

 

Tungtvann ble oppdaget av amerikaneren Harold Urey på første halvdel av 1930-tallet, og det ble brukt i tekniske og medisinske forsøk for å bremse vekstprosesser. I 1934 bygget Norsk Hydro verdens første kommersielle tungtvannsanlegg på Vemork.

 

Fremstilling

Tungtvann fremstilles industrielt ved elektrolyse av vann, ved kjemiske utbytningsreaksjoner og ved fraksjonert destillasjon av vann eller hydrogen.

Elektrolyselovene: Disse ble oppstilt i 1833. a) Når en elektrisk strøm går gjennom en elektrolytt, er den utskilte stoffmengde proporsjonal med elektrisitetsmengden som har gått gjennom elektrolytten, dvs. med produktet av strømmen og den tid strømmen har gått. b) Samme elektrisitetsmengde vil utskille ekvivalente stoffmengder (masse dividert med kjemisk ekvivalentvekt) av forskjellige stoffer.

For å utvinne én liter tungtvann trenger man 6000 liter med vanlig vann.

 

Å bremse nøytron

I en kjernefysisk kjedereaksjon blir et atom spalta og sender ut kjernepartikler såkalt nøytron, som så kan spalte få nye atomer.

Jo saktare nøytrona går, jo mer sannsynleg er det at en får spalta flere uranatom. Nøytron som kommer ut fra urankjernen går veldig fort, ca 20.000 kilometer i sekundet. Men når en lar de kollidere med tungtvannet som omgir uranet, blir nøytronne bremset ned til en fart på ca 2,2 kilometer per sekund.

 

Den store interessen for tungtvann skyldes at det også kan utnyttes i atomreaktorer. Det kan bremse nøytronene slik at de kan reagere med uranet i reaktoren.

 

  • Mens amerikanerne brukte grafitt, baserte tyskerne seg på tungtvann som moderator i sine kjernereaktorforsøk. De ville lage plutonium fra uran.
  • De allierte fryktet at Tyskland ville bruke tungtvann fra det okkuperte Norge til å utvikle atomvåpen, og dette var bakgrunnen for sabotasjeangrepene mot anlegget på Vemork.
  • Alle land som har laget atomvåpen, kan produsere tungtvann, og i dag blir dette vannet produsert i blant annet Canada og India.
  • I kjedereaksjonen vil også noe av uranet (uran-238) ta opp et ekstra nøytron og gjennom radioaktive prosesser bli til plutonium.
  • Karbon i form av av grafitt kan også bremse nøytron, og tyskarane skal ha forsøkt å bruke dette.

Grunnen til at de ikke fikk det til, var visstnok at grafitten deres inneholdt litt av grunnstoffet bor, et stoff som sluker nøytron, forklarer Hval.

 

Slik historien utviklet seg var det amerikanarane som utviklet verdens første atomreaktor (med grafitt), og deretter historiens første atombombe.

Avlyttet samtaler mellom Werner Heisenberg og ni andre tyske vitskapsfolk i britisk fangenskap i 1945 kan tyde på (i følge informerte kilder), at Heisenberg aldri ønsket å utvikle en atombombe.

 

Illustrasjon viser en mulig kjernefysisk fisjonskjedereaksjon. 1) Et uran-235-atom tar opp et nøytron, og blir spalta til to nye atom samtidig som det blir frigjort tre nye nøytron og en stor mengde energi. 2) Et av nøytronene blir tatt opp av et uran-238-atom, som ikke reagerer videre. Et annet nøytron går vidare uten å treffe noe. Det tredje nøytronet kolliderer med et nytt uran-235-atom som blir spalta og frigir to nøytron og energi. 3) Begge nøytronene kolliderer med nye uran-235-atom som fisjonerer vidare og gir opphav til nye nøytron som kan holde frem i kjedereaksjonen.l

 

Mens vanlig vann består av to hydrogenatom og et oksygenatom, er hydrogenatomene i tungtvann byttet ut med deuterium, en variant (isotop) av hydrogen som har et nøytron i kjernen.

 

Tungtvann kunne gjøre det mulig å sette i gang en kjernefysisk kjedereaksjon i det radioaktive stoffet uran. Det viste den tyske vitskapsmannen Werner Heisenberg, som ledet tyskernes atomvåpenprogram.

 

Tungtvann produsert på Rjukan spilte en viktig rolle i kappløpet for å utvikle atomvåpen under andre verdskrig, noe som er grunnlaget for dramaet i serien «Kampen om tungtvannet».

 

Likevel kan ikke tungtvann i seg selv brukes i atombomber, fortellerl kjernefysiker Sverre Hval som arbeider ved tungtvann-atomreaktoren på Kjeller.

 

 

Det tyskerne trengte tungtvannet til, var for å bygge en atomreaktor som produserte plutonium, som kan brukes i en atombombe.

Norge var det enste landet i verden som produserte tungtvann i store mengder.

 

Kilder:

  • Min egen utdanning
  • Nasjonal og Internasjonal offentlig viten

 

 

Tilbake til: