El agua pesada (en inglés, "heavy water") es una forma de agua que contiene una mayor cantidad de deuterio, un isótopo del hidrógeno que tiene un neutrón adicional en su núcleo. Mientras que el agua común (H2O) contiene dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, el agua pesada (D2O) contiene dos átomos de deuterio y un átomo de oxígeno.
El agua pesada es ligeramente más densa que el agua común y tiene algunas propiedades químicas y físicas diferentes.
¿Para qué se utiliza el agua pesada?
El agua pesada tiene varias aplicaciones en la industria y la ciencia debido a sus propiedades físicas y químicas únicas. Algunas de las aplicaciones más comunes son:
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Moderador de neutrones en reactores nucleares: el agua pesada se utiliza como moderador de neutrones en algunos reactores nucleares para ralentizar los neutrones liberados en la fisión nuclear y aumentar la probabilidad de reacciones nucleares adicionales.
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Producción de tritio: El tritio es un isótopo radiactivo del hidrógeno utilizado en la producción de armas nucleares y en algunos dispositivos médicos y de iluminación. Este tipo de agua se utiliza en la producción de tritio mediante un proceso llamado radiólisis, en el que el tritio se forma a partir de la exposición de agua pesada a la radiación.
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Investigación científica: en algunos experimentos científicos se utiliza como trazador para estudiar la dinámica del agua en diferentes sistemas biológicos y químicos.
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Producción de polímeros: en este caso se utiliza como reactivo en la producción de algunos polímeros, como el nailon, el poliéster y el poliuretano.
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Análisis químico: por ejemplo, para determinar la composición isotópica de ciertos compuestos.
¿Cómo se obtiene el agua pesada?
El agua pesada (D2O) se puede obtener a través de varios procesos, pero los métodos más comunes son mediante la destilación fraccionada del agua y la hidrólisis del agua amoniacal
La producción de agua pesada requiere un proceso de purificación muy cuidadoso, ya que incluso pequeñas impurezas pueden afectar significativamente sus propiedades físicas y químicas.
Destilación fraccionada
El proceso de destilación fraccionada implica calentar el agua hasta que se evapore y luego condensar el vapor para recolectar el agua destilada. Debido a que los isótopos de hidrógeno tienen diferentes puntos de ebullición, el vapor de agua que se recoge será enriquecido en deuterio.
Luego, este vapor se hace pasar a través de columnas de intercambio de isótopos, donde se separa el agua pesada del agua normal.
Hidrólisis del agua amoniacal
Otro método para obtener agua pesada es a través de la hidrólisis del agua amoniacal, donde el deuterio en el amoníaco se intercambia con el hidrógeno en el agua para producir agua pesada.
También es posible producir agua pesada utilizando reactores nucleares, aunque este método es más costoso y se utiliza principalmente para la producción a gran escala.
¿Qué función cumple el agua pesada en un reactor nuclear?
El agua pesada tiene una función crucial en algunos reactores nucleares como moderador de neutrones. En los reactores nucleares de tipo CANDU (acrónimo en inglés de "Canada Deuterium Uranium"), por ejemplo, el agua pesada se utiliza como moderador para ralentizar los neutrones que se liberan en la fisión nuclear.
Los neutrones rápidos generados en la fisión tienen menos probabilidades de provocar reacciones nucleares adicionales que los neutrones lentos. Al ralentizar estos neutrones mediante el agua pesada, se aumenta la probabilidad de que colisionen con los núcleos de uranio y se produzcan más reacciones nucleares.
Además de ser un moderador de neutrones, los reactores CANDU también utilizan el agua pesada como refrigerante. En estos reactores, se utiliza para transferir el calor generado por la fisión nuclear desde el núcleo del reactor a un intercambiador de calor, donde se utiliza para generar vapor que impulsará una turbina para producir electricidad.
Ventajas y desventajas del agua pesada en los reactores nucleares
El uso de agua pesada en los reactores nucleares tiene tanto ventajas como desventajas, que se describen a continuación:
Ventajas
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Mayor eficiencia: el agua pesada tiene una mayor sección transversal de absorción de neutrones que el agua ordinaria, lo que significa que puede ralentizar mejor los neutrones liberados en la fisión nuclear. Esto aumenta la probabilidad de que los neutrones produzcan más reacciones nucleares y, por lo tanto, aumenta la eficiencia del reactor.
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Mayor flexibilidad en la selección de combustibles: además de uranio natural, estos reactores pueden utilizar uranio empobrecido, torio y otros combustibles, lo que les permite adaptarse a diferentes condiciones de suministro de combustible.
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Menor producción de residuos nucleares: los reactores que utilizan agua pesada como moderador tienen una menor tasa de producción de residuos nucleares que los reactores que utilizan agua ordinaria. Esto se debe a que la mayor eficiencia de la moderación de neutrones en el agua pesada permite una mayor utilización del combustible nuclear y, por lo tanto, reduce la cantidad de material nuclear no utilizado que se convierte en residuos.
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Mejor seguridad: el agua pesada es menos inflamable que el agua ordinaria, lo que puede mejorar la seguridad en caso de un accidente en el reactor.
Desventajas
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Mayor costo: el agua pesada es más costosa que el agua ordinaria debido al proceso de producción más complicado y al alto grado de pureza requerido para su uso en los reactores nucleares.
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Mayor riesgo de proliferación nuclear: este tipo de agua se puede utilizar en la producción de plutonio para armas nucleares, lo que aumenta el riesgo de proliferación nuclear.
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Mayor riesgo de accidente: los reactores que utilizan agua pesada pueden ser más propensos a accidentes nucleares debido a la mayor cantidad de material radiactivo presente en el sistema.
