డ్యూటీరియం

గ్యాస్ డిశ్చార్జ్ ట్యూబ్‌లో మెరుస్తున్న డ్యూటీరియం
సాధారణ సమాచారం
చిహ్నం	H
పేర్లు	డ్యూటీరియం, హైడ్రోజన్-2
ప్రోటాన్లు ( Z )	1
న్యూట్రాన్లు ( N )	1
న్యూక్లైడ్ డేటా
సహజ లభ్యత	0.0156% (భూమి)
అర్ధ జీవిత కాలం ( t 1/2 )	స్థిరమైనది
ఐసోటోప్ ద్రవ్యరాశి	2.0141017778 Da
స్పిన్	1
అదనపు శక్తి	13 135 .720 ± 0.001 keV
కేంద్రక బంధన శక్తి	2 224 .57 ± 0.20 keV
హైడ్రోజన్ ఐసోటోపులు న్యూక్లైడ్ల పూర్తి పట్టిక

డ్యూటీరియం (హైడ్రోజన్-2, చిహ్నం ²H లేదా D, దీనిని భారీ హైడ్రోజన్ అని కూడా పిలుస్తారు) అనేది హైడ్రోజన్ యొక్క రెండు స్థిర ఐసోటోపులలో ఒకటి; మరొకటి ప్రోటియం, లేదా హైడ్రోజన్-1, ¹H. డ్యూటీరియం కేంద్రకం (డ్యూటరాన్) ఒక ప్రోటాన్ మరియు ఒక న్యూట్రాన్ను కలిగి ఉంటుంది, అయితే సాధారణంగా ఉండే ¹H లో న్యూట్రాన్లు ఉండవు.

డ్యూటీరియం అనే పేరు గ్రీకు పదం deuteros నుండి వచ్చింది, దీని అర్థం "రెండవది". అమెరికన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త హెరాల్డ్ యూరీ 1931లో డ్యూటీరియంను కనుగొన్నారు. యూరీ మరియు ఇతరులు ²H అధికంగా గాఢత కలిగిన భారీ నీటి నమూనాలను తయారు చేశారు. డ్యూటీరియం ఆవిష్కరణకు యూరీకి 1934లో రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి లభించింది.

ప్రకృతిలో లభించే దాదాపు అన్ని డ్యూటీరియం 13.8 బిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం బిగ్ బ్యాంగ్ సమయంలో సంశ్లేషణ చేయబడింది, ఇది ²H నుండి ¹H యొక్క ప్రాథమిక నిష్పత్తిని (~10⁶ హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలకు 26 డ్యూటీరియం కేంద్రకాలు) ఏర్పరిచింది. డ్యూటీరియం తదనంతరం నెమ్మదిగా జరిగే నక్షత్ర ప్రోటాన్-ప్రోటాన్ చైన్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది, కానీ ఎక్సోథర్మిక్ ఫ్యూజన్ చర్యల ద్వారా వేగంగా నాశనం చేయబడుతుంది. డ్యూటీరియం-డ్యూటీరియం చర్య రెండవ అతి తక్కువ శక్తి పరిమితిని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఇది ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రపరంగా అత్యంత అందుబాటులో ఉంటుంది, ఇది నక్షత్రాలు మరియు బ్రౌన్ డ్వార్ఫ్స్ రెండింటిలోనూ జరుగుతుంది.

గ్యాస్ జెయింట్ గ్రహాలు డ్యూటీరియం యొక్క ప్రాథమిక నిష్పత్తిని ప్రదర్శిస్తాయి. తోకచుక్కలు భూమి సముద్రాల మాదిరిగానే పెరిగిన నిష్పత్తిని (10⁶ హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలకు 156 డ్యూటీరియం కేంద్రకాలు) చూపుతాయి. ఇది భూమి యొక్క సముద్రపు నీటిలో ఎక్కువ భాగం తోకచుక్కల మూలాల నుండి వచ్చిందనే సిద్ధాంతాలను బలపరుస్తుంది. రోసెట్టా అంతరిక్ష పరిశోధన ద్వారా కొలవబడిన తోకచుక్క 67P/చురియుమోవ్-గెరాసిమెన్కో యొక్క డ్యూటీరియం నిష్పత్తి, భూమి నీటి కంటే సుమారు మూడు రెట్లు ఎక్కువగా ఉంది. ఈ సంఖ్య ఒక తోకచుక్కలో ఇప్పటివరకు కొలవబడిన అత్యధిక సంఖ్య, కాబట్టి డ్యూటీరియం నిష్పత్తులు ఖగోళ శాస్త్రం మరియు వాతావరణ శాస్త్రం రెండింటిలోనూ పరిశోధన యొక్క క్రియాశీల అంశంగా కొనసాగుతున్నాయి.

డ్యూటీరియంను చాలా అణు ఆయుధాలలో, అనేక ఫ్యూజన్ పవర్ ప్రయోగాలలో మరియు అత్యంత ప్రభావవంతమైన న్యూట్రాన్ మోడరేటర్గా, ప్రధానంగా భారీ నీటి అణు రియాక్టర్లలో ఉపయోగిస్తారు. దీనిని ఐసోటోపిక్ లేబుల్గా, హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ బయోజియోకెమిస్ట్రీ, NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్స్లో కూడా ఉపయోగిస్తారు.

సాధారణ హైడ్రోజన్ (ప్రోటియం) నుండి వ్యత్యాసాలు

రసాయన చిహ్నం

డ్యూటీరియంను తరచుగా రసాయన చిహ్నం D ద్వారా సూచిస్తారు. ఇది ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 2 కలిగిన హైడ్రోజన్ యొక్క ఐసోటోప్ కాబట్టి, దీనిని ²H ద్వారా కూడా సూచిస్తారు. IUPAC D మరియు ²H రెండింటినీ అనుమతిస్తుంది, అయితే ²H కి ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది. వివిధ శాస్త్రీయ ప్రక్రియలలో ఈ ఐసోటోప్ యొక్క సాధారణ ఉపయోగం కారణంగా సౌలభ్యం కోసం ఒక ప్రత్యేక రసాయన చిహ్నం ఉపయోగించబడుతుంది. అలాగే, ప్రోటియం (¹H) తో దాని పెద్ద ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం ¹H సమ్మేళనాలతో గుర్తించదగ్గ రసాయన వ్యత్యాసాలను కలిగిస్తుంది. డ్యూటీరియం 2.014102 Da ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటుంది, ఇది 1.007947 Da యొక్క సగటు హైడ్రోజన్ పరమాణు భారం కంటే సుమారు రెండు రెట్లు, లేదా ప్రోటియం యొక్క 1.007825 Da ద్రవ్యరాశి కంటే రెండు రెట్లు ఉంటుంది. ఇతర మూలకాలలోని ఐసోటోప్ బరువు నిష్పత్తులు ఈ విషయంలో చాలా వరకు తక్కువ ప్రాముఖ్యత కలిగి ఉంటాయి.

స్పెక్ట్రోస్కోపీ

క్వాంటం మెకానిక్స్లో, పరమాణువులలోని ఎలక్ట్రాన్ల శక్తి స్థాయిలు ఎలక్ట్రాన్ మరియు కేంద్రకం యొక్క వ్యవస్థ యొక్క తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి (reduced mass)పై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఒక హైడ్రోజన్ పరమాణువు కోసం, తగ్గిన ద్రవ్యరాశి పాత్ర పరమాణువు యొక్క బోర్ మోడల్లో సులభంగా కనిపిస్తుంది, ఇక్కడ తగ్గిన ద్రవ్యరాశి రిడ్బర్గ్ స్థిరాంకం మరియు రిడ్బర్గ్ సమీకరణం యొక్క సాధారణ గణనలో కనిపిస్తుంది, కానీ తగ్గిన ద్రవ్యరాశి ష్రోడింగర్ సమీకరణం మరియు పరమాణు శక్తి స్థాయిలను లెక్కించడానికి డిరాక్ సమీకరణంలో కూడా కనిపిస్తుంది.

ఈ సమీకరణాలలో వ్యవస్థ యొక్క తగ్గిన ద్రవ్యరాశి ఒకే ఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యరాశికి దగ్గరగా ఉంటుంది, కానీ ఎలక్ట్రాన్ నుండి కేంద్రకానికి ఉన్న ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తికి సమానమైన చిన్న మొత్తంతో మారుతుంది. ¹H కోసం, ఈ మొత్తం సుమారు 1837/1836, లేదా 1.000545, మరియు ²H కోసం ఇది ఇంకా చిన్నది: 3671/3670, లేదా 1.000272. కాబట్టి ²H మరియు ¹H కోసం ఎలక్ట్రానిక్ స్పెక్ట్రా లైన్ల శక్తులు ఈ రెండు సంఖ్యల నిష్పత్తి ద్వారా మారుతాయి, ఇది కూడా 1.000272కి చాలా దగ్గరగా ఉంటుంది. అన్ని డ్యూటీరియం స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ లైన్ల తరంగదైర్ఘ్యాలు కాంతి హైడ్రోజన్ యొక్క సంబంధిత లైన్ల కంటే 0.0272% తక్కువగా ఉంటాయి. ఖగోళ పరిశీలనలో, ఇది కాంతి వేగంలో 0.0272% లేదా 81.6 కిమీ/సె యొక్క బ్లూ డాప్లర్ షిఫ్ట్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది.

ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ వంటి వైబ్రేషనల్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో, మరియు మైక్రోవేవ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ వంటి రొటేషనల్ స్పెక్ట్రాలో ఈ వ్యత్యాసాలు చాలా ఎక్కువగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే డ్యూటీరియం యొక్క తగ్గిన ద్రవ్యరాశి ప్రోటియం కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది. న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో, డ్యూటీరియం చాలా భిన్నమైన NMR ఫ్రీక్వెన్సీని (ఉదాహరణకు ప్రోటియం 400 MHz వద్ద ఉన్నప్పుడు 61 MHz) కలిగి ఉంటుంది మరియు చాలా తక్కువ సున్నితత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ప్రోటియం NMRలో ద్రావణి సిగ్నల్‌తో అతివ్యాప్తి చెందకుండా నిరోధించడానికి సాధారణంగా డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావణాలను ఉపయోగిస్తారు, అయితే డ్యూటీరియం NMR కూడా సాధ్యమే.

బిగ్ బ్యాంగ్ న్యూక్లియోసింథసిస్

ప్రధాన వ్యాసం: బిగ్ బ్యాంగ్ న్యూక్లియోసింథసిస్ విశ్వం ఏర్పడే సమయంలో జరిగిన సంశ్లేషణ మాత్రమే సహజంగా లభించే డ్యూటీరియం సృష్టించబడిన ఏకైక ముఖ్యమైన మార్గం; ఇది నక్షత్ర ఫ్యూజన్లో నాశనం చేయబడుతుంది. బిగ్ బ్యాంగ్లో ఏర్పడిన మూలకాల సంఖ్య మరియు నిష్పత్తులను నిర్ణయించడంలో డ్యూటీరియం ముఖ్యమైన పాత్ర పోషించిందని భావిస్తారు. థర్మోడైనమిక్స్ మరియు విశ్వ విస్తరణ వల్ల కలిగే మార్పులను కలపడం ద్వారా, కేంద్రకాల ఏర్పాటుకు అనుమతించేంతగా విశ్వం చల్లబడినప్పుడు ఉన్న ఉష్ణోగ్రత ఆధారంగా ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్ల భిన్నాన్ని లెక్కించవచ్చు. ఈ గణన న్యూక్లియోజెనిసిస్ ప్రారంభంలో ప్రతి న్యూట్రాన్‌కు ఏడు ప్రోటాన్లు ఉన్నాయని సూచిస్తుంది, ఈ నిష్పత్తి న్యూక్లియోజెనిసిస్ ముగిసిన తర్వాత కూడా స్థిరంగా ఉంటుంది. ఈ భిన్నం ప్రారంభంలో ప్రోటాన్లకు అనుకూలంగా ఉంది, ప్రధానంగా ప్రోటాన్ యొక్క తక్కువ ద్రవ్యరాశి వాటి ఉత్పత్తికి అనుకూలంగా ఉండటం వల్ల. విశ్వం విస్తరిస్తున్న కొద్దీ, అది చల్లబడింది. స్వేచ్ఛా న్యూట్రాన్లు మరియు ప్రోటాన్లు హీలియం కేంద్రకాల కంటే తక్కువ స్థిరంగా ఉంటాయి, మరియు ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లు హీలియం-4ని ఏర్పరచడానికి బలమైన శక్తివంతమైన కారణాన్ని కలిగి ఉన్నాయి. అయితే, హీలియం-4ని ఏర్పరచడానికి డ్యూటీరియంను ఏర్పరచడం అనే మధ్యంతర దశ అవసరం.

బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత కొన్ని నిమిషాల పాటు న్యూక్లియోసింథసిస్ జరగగలిగే సమయం వరకు, ఉష్ణోగ్రత చాలా ఎక్కువగా ఉంది, దీనివల్ల ప్రతి కణానికి సగటు శక్తి బలహీనంగా బంధించబడిన డ్యూటీరియం యొక్క బంధన శక్తి కంటే ఎక్కువగా ఉంది; అందువల్ల, ఏర్పడిన ఏదైనా డ్యూటీరియం వెంటనే నాశనం చేయబడింది. ఈ పరిస్థితిని డ్యూటీరియం బాటిల్‌నెక్ అని పిలుస్తారు. విశ్వం డ్యూటీరియంను ఏర్పరచడానికి తగినంత చల్లబడే వరకు (సుమారు 100 keVకి సమానమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద) ఈ బాటిల్‌నెక్ ఏదైనా హీలియం-4 ఏర్పడటాన్ని ఆలస్యం చేసింది. ఈ సమయంలో, మూలకాల ఏర్పాటులో అకస్మాత్తుగా ఒక విస్ఫోటనం జరిగింది (మొదట డ్యూటీరియం, ఇది వెంటనే హీలియంగా కలిసిపోయింది). అయితే, ఆ తర్వాత చాలా త్వరగా, బిగ్ బ్యాంగ్ జరిగిన ఇరవై నిమిషాల తర్వాత, విశ్వం మరింత న్యూక్లియర్ ఫ్యూజన్ లేదా న్యూక్లియోసింథసిస్ జరగడానికి చాలా చల్లగా మారింది. ఈ సమయంలో, మూలకాల సమృద్ధి దాదాపు స్థిరంగా ఉంది, బిగ్ బ్యాంగ్ న్యూక్లియోసింథసిస్ యొక్క కొన్ని రేడియోధార్మిక ఉత్పత్తులు (ఉదాహరణకు ట్రిటియం) క్షీణించినప్పుడు మాత్రమే మారుతూ వచ్చింది. హీలియం ఏర్పాటులో డ్యూటీరియం బాటిల్‌నెక్, మరియు హీలియం హైడ్రోజన్‌తో లేదా దానితో తాను కలవడానికి స్థిరమైన మార్గాలు లేకపోవడం (5 లేదా 8 ద్రవ్యరాశి సంఖ్య కలిగిన స్థిరమైన కేంద్రకం లేదు) అంటే బిగ్ బ్యాంగ్‌లో కార్బన్ లేదా కార్బన్ కంటే భారీ మూలకాలు చాలా తక్కువ మొత్తంలో ఏర్పడ్డాయని అర్థం. అందువల్ల ఈ మూలకాలు నక్షత్రాలలో ఏర్పడవలసి వచ్చింది. అదే సమయంలో, బిగ్ బ్యాంగ్ సమయంలో చాలా న్యూక్లియోజెనిసిస్ విఫలం కావడం వల్ల, సూర్యుని వంటి దీర్ఘకాలం జీవించే నక్షత్రాలను ఏర్పరచడానికి తర్వాతి విశ్వంలో పుష్కలంగా హైడ్రోజన్ అందుబాటులో ఉండేలా చూసింది.

సమృద్ధి

డ్యూటీరియం సహజంగా డ్యూటీరియం గ్యాస్ (²H₂ లేదా D₂) రూపంలో తక్కువ మొత్తంలో లభిస్తుంది, కానీ విశ్వంలోని చాలా డ్యూటీరియం ¹Hతో కలిసి హైడ్రోజన్ డ్యూటెరైడ్ (HD లేదా ¹H²H) అనే వాయువును ఏర్పరుస్తుంది. అదేవిధంగా, సహజ నీటిలో డ్యూటెరేటెడ్ అణువులు ఉంటాయి, దాదాపు అన్నీ సెమీహెవీ వాటర్ HDO రూపంలో కేవలం ఒక డ్యూటీరియంతో ఉంటాయి.

భూమిపై, సౌర వ్యవస్థలో ఇతర చోట్ల (గ్రహ పరిశోధనల ద్వారా నిర్ధారించబడినట్లు) మరియు నక్షత్రాల స్పెక్ట్రాలో డ్యూటీరియం ఉనికి కాస్మోలజీలో కూడా ఒక ముఖ్యమైన డేటా. సాధారణ అణు ఫ్యూజన్ నుండి వచ్చే గామా రేడియేషన్ డ్యూటీరియంను ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లుగా విడగొడుతుంది, మరియు బిగ్ బ్యాంగ్ న్యూక్లియోసింథసిస్ తప్ప డ్యూటీరియంను దాని గమనించిన సహజ సమృద్ధికి దగ్గరగా ఉత్పత్తి చేసే ఇతర సహజ ప్రక్రియ ఏదీ తెలియదు. డ్యూటీరియం అరుదైన క్లస్టర్ డికే ద్వారా మరియు తేలికపాటి హైడ్రోజన్ ద్వారా సహజంగా సంభవించే న్యూట్రాన్ల అప్పుడప్పుడు శోషణ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది, కానీ ఇవి చాలా తక్కువ వనరులు. సూర్యుడు మరియు ఇతర నక్షత్రాల అంతర్భాగంలో డ్యూటీరియం తక్కువగా ఉంటుందని భావిస్తారు, ఎందుకంటే ఈ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద డ్యూటీరియంను వినియోగించే న్యూక్లియర్ ఫ్యూజన్ చర్యలు డ్యూటీరియంను సృష్టించే ప్రోటాన్-ప్రోటాన్ చర్య కంటే చాలా వేగంగా జరుగుతాయి. అయితే, డ్యూటీరియం బాహ్య సౌర వాతావరణంలో బృహస్పతిలో ఉన్నట్లుగానే సుమారు అదే గాఢతలో ఉంటుంది, మరియు ఇది సౌర వ్యవస్థ ఆవిర్భావం నుండి మారకుండా ఉండవచ్చు. ²H యొక్క సహజ సమృద్ధి హైడ్రోజన్ ఎక్కడ కనిపించినా హైడ్రోజన్ యొక్క చాలా సారూప్య భిన్నంగా కనిపిస్తుంది, దానిని కేంద్రీకరించే స్పష్టమైన ప్రక్రియలు పనిలో లేకపోతే.

అన్ని హైడ్రోజన్‌లో తక్కువ కానీ స్థిరమైన ప్రాథమిక భిన్నంలో డ్యూటీరియం ఉనికి విశ్వం యొక్క స్టెడీ స్టేట్ థియరీ కంటే బిగ్ బ్యాంగ్కు అనుకూలంగా ఉన్న వాదనలలో మరొకటి. విశ్వంలో హైడ్రోజన్ నుండి హీలియం నుండి డ్యూటీరియం యొక్క గమనించిన నిష్పత్తులను బిగ్ బ్యాంగ్ మోడల్ లేకుండా వివరించడం కష్టం. సుమారు 13.8 బిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం ఉత్పత్తి అయినప్పటి నుండి డ్యూటీరియం సమృద్ధి గణనీయంగా పరిణామం చెందలేదని అంచనా వేయబడింది. అతినీలలోహిత స్పెక్ట్రల్ విశ్లేషణ నుండి పాలపుంత గెలాక్సీ డ్యూటీరియం కొలతలు అశాంతంగా ఉన్న గ్యాస్ మేఘాలలో మిలియన్ హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు 23 డ్యూటీరియం పరమాణువుల నిష్పత్తిని చూపుతాయి, ఇది బిగ్ బ్యాంగ్ నుండి సుమారు 27 పరమాణువుల WMAP అంచనా వేసిన ప్రాథమిక నిష్పత్తి కంటే కేవలం 15% తక్కువ. పాలపుంత గెలాక్సీలో నక్షత్రాల ఏర్పాటులో ఆశించిన దానికంటే తక్కువ డ్యూటీరియం నాశనం చేయబడిందని, లేదా గెలాక్సీ వెలుపల నుండి ప్రాథమిక హైడ్రోజన్ పెద్ద మొత్తంలో రావడం వల్ల డ్యూటీరియం తిరిగి నింపబడి ఉండవచ్చని దీనిని అర్థం చేసుకోవచ్చు. సూర్యుడి నుండి కొన్ని వందల కాంతి సంవత్సరాల దూరంలో ఉన్న అంతరిక్షంలో, డ్యూటీరియం సమృద్ధి మిలియన్కు 15 పరమాణువులు మాత్రమే, కానీ ఈ విలువ అంతరిక్షంలో కార్బన్ ధూళి ధాన్యాలపై డ్యూటీరియం యొక్క భేదాత్మక శోషణ ద్వారా ప్రభావితమై ఉండవచ్చు.

బృహస్పతి వాతావరణంలో డ్యూటీరియం సమృద్ధిని గెలీలియో స్పేస్ ప్రోబ్ ద్వారా మిలియన్ హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు 26 డ్యూటీరియం పరమాణువులుగా నేరుగా కొలవబడింది. ISO-SWS పరిశీలనలు బృహస్పతిలో మిలియన్ హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు 22 పరమాణువులను కనుగొన్నాయి, మరియు ఈ సమృద్ధి ప్రాథమిక సౌర వ్యవస్థ నిష్పత్తికి దగ్గరగా ఉంటుందని భావిస్తారు. ఇది మిలియన్ హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు 156 డ్యూటీరియం పరమాణువుల భూసంబంధిత నిష్పత్తిలో సుమారు 17%.

కామెట్ హేల్-బాప్ మరియు హాలీ తోకచుక్క వంటి తోకచుక్కలు ఎక్కువ డ్యూటీరియంను (మిలియన్ హైడ్రోజన్లకు సుమారు 200 పరమాణువులు) కలిగి ఉన్నట్లు కొలవబడ్డాయి, ఇవి వేడి కారణంగా ఊహించిన ప్రోటోసోలార్ నెబ్యులా నిష్పత్తికి సంబంధించి మెరుగుపరచబడ్డాయి మరియు భూమి సముద్రపు నీటిలో కనిపించే నిష్పత్తులను పోలి ఉంటాయి. తోకచుక్క 103P/హార్ట్లీ (గతంలో కైపర్ బెల్ట్ వస్తువు)లో మిలియన్ హైడ్రోజన్లకు 161 డ్యూటీరియం పరమాణువుల ఇటీవలి కొలత, భూమి సముద్రాలలో ఉన్న నిష్పత్తికి దాదాపు సమానంగా (155.76 ± 0.1, కానీ వాస్తవానికి 153 నుండి 156 ppm), భూమి ఉపరితల నీరు ఎక్కువగా తోకచుక్కల నుండి వచ్చి ఉండవచ్చనే సిద్ధాంతాన్ని నొక్కి చెబుతుంది. ఇటీవల 67P/చురియుమోవ్-గెరాసిమెన్కో యొక్క ²H¹HR 'రోసెట్టా' ద్వారా కొలవబడినట్లుగా భూమి నీటి కంటే సుమారు మూడు రెట్లు ఉంది. ఇది భూమి యొక్క నీరు పాక్షికంగా గ్రహశకల మూలానికి చెందినది కావచ్చు అనే సూచనలపై కొత్త ఆసక్తిని కలిగించింది.

డ్యూటీరియం ఇతర భూసంబంధిత గ్రహాలలో, ముఖ్యంగా అంగారకుడు మరియు శుక్రుడిపై సగటు సౌర సమృద్ధి కంటే ఎక్కువగా కేంద్రీకృతమై ఉన్నట్లు గమనించబడింది.

ఉత్పత్తి

ప్రధాన వ్యాసం: భారీ నీరు#ఉత్పత్తి

డ్యూటీరియం పారిశ్రామిక, శాస్త్రీయ మరియు సైనిక ప్రయోజనాల కోసం ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది, సాధారణ నీటితో ప్రారంభించి—ఇందులో స్వల్ప భాగం సహజంగా లభించే భారీ నీరు—ఆపై గిర్డ్లర్ సల్ఫైడ్ ప్రక్రియ, స్వేదనం లేదా ఇతర పద్ధతుల ద్వారా భారీ నీటిని వేరు చేయడం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది.

సిద్ధాంతపరంగా, భారీ నీటి కోసం డ్యూటీరియంను అణు రియాక్టర్‌లో సృష్టించవచ్చు, కానీ సాధారణ నీటి నుండి వేరు చేయడం అత్యంత చౌకైన బల్క్ ఉత్పత్తి ప్రక్రియ.

1997లో చివరి భారీ నీటి ప్లాంట్ మూసివేయబడే వరకు అటామిక్ ఎనర్జీ ఆఫ్ కెనడా లిమిటెడ్ డ్యూటీరియం యొక్క ప్రపంచంలోని ప్రముఖ సరఫరాదారుగా ఉంది. కెనడా CANDU రియాక్టర్ డిజైన్ యొక్క ఆపరేషన్ కోసం న్యూట్రాన్ మోడరేటర్గా భారీ నీటిని ఉపయోగిస్తుంది.

భారీ నీటిని ఉత్పత్తి చేసే మరొక ప్రధాన దేశం భారతదేశం. భారతదేశంలోని అణుశక్తి ప్లాంట్లలో ఒకటి తప్ప మిగిలినవన్నీ ప్రెషరైజ్డ్ హెవీ వాటర్ ప్లాంట్లు, ఇవి సహజ (అంటే, సుసంపన్నం చేయని) యురేనియంను ఉపయోగిస్తాయి. భారతదేశంలో ఎనిమిది భారీ నీటి ప్లాంట్లు ఉన్నాయి, వాటిలో ఏడు పనిచేస్తున్నాయి. ఆరు ప్లాంట్లు, వాటిలో ఐదు పనిచేస్తున్నాయి, అమ్మోనియా వాయువులో D-H మార్పిడిపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఇతర రెండు ప్లాంట్లు అధిక పీడనం వద్ద హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ వాయువును ఉపయోగించే ప్రక్రియలో సహజ నీటి నుండి డ్యూటీరియంను సంగ్రహిస్తాయి.

భారతదేశం తన స్వంత అవసరాలకు భారీ నీటిలో స్వయం సమృద్ధిని కలిగి ఉండగా, భారతదేశం రియాక్టర్-గ్రేడ్ భారీ నీటిని కూడా ఎగుమతి చేస్తుంది.

లక్షణాలు

మాలిక్యులర్ డ్యూటీరియం కోసం డేటా

ఫార్ములా: D2 లేదా 2

• సాంద్రత: STP (0 °C, 101325 Pa) వద్ద 0.180 kg/m³.
• పరమాణు భారం: 2.0141017926 Da.
• సముద్రపు నీటిలో సగటు సమృద్ధి (VSMOW నుండి) హైడ్రోజన్ యొక్క అన్ని ఐసోటోపుల మిలియన్ పరమాణువులకు 155.76 ± 0.1 డ్యూటీరియం పరమాణువులు (సుమారు 6420లో 1 పరమాణువు); అంటే, హైడ్రోజన్ (ఏ ఐసోటోప్ అయినా) యొక్క అన్ని పరమాణువులలో సుమారు 0.015%.

²H₂ (ట్రిపుల్ పాయింట్) కోసం సుమారు 18 K వద్ద డేటా:

• సాంద్రత:
  • ద్రవం: 162.4 kg/m³
  • వాయువు: 0.452 kg/m³
  • ద్రవీకరించబడిన ²H₂O: STP వద్ద 1105.2 kg/m³
• స్నిగ్ధత: 300 K వద్ద 12.6 μPa·s (వాయు దశ)
• స్థిర పీడనం వద్ద నిర్దిష్ట ఉష్ణ సామర్థ్యం c_p:
  • ఘనపదార్థం: 2950 J/(kg·K)
  • వాయువు: 5200 J/(kg·K)

భౌతిక లక్షణాలు

భూమిపై దాని సహజ కూర్పులో హైడ్రోజన్‌తో పోలిస్తే, స్వచ్ఛమైన డ్యూటీరియం (²H₂) అధిక ద్రవీభవన స్థానం (18.72 K vs. 13.99 K), అధిక మరుగు స్థానం (23.64 vs. 20.27 K), అధిక క్రిటికల్ ఉష్ణోగ్రత (38.3 vs. 32.94 K) మరియు అధిక క్రిటికల్ పీడనం (1.6496 vs. 1.2858 MPa) కలిగి ఉంటుంది.

డ్యూటీరియం సమ్మేళనాల భౌతిక లక్షణాలు ప్రోటియం అనలాగ్‌ల నుండి గణనీయమైన కైనెటిక్ ఐసోటోప్ ఎఫెక్ట్లను మరియు ఇతర భౌతిక మరియు రసాయన ఆస్తి వ్యత్యాసాలను ప్రదర్శించగలవు. ఉదాహరణకు, ²H₂O సాధారణ కంటే ఎక్కువ స్నిగ్ధత కలిగి ఉంటుంది. ప్రోటియంతో పోలిస్తే భారీ హైడ్రోజన్ ఐసోటోపుల సమ్మేళనాల కోసం బంధన శక్తి మరియు పొడవులో వ్యత్యాసాలు ఉన్నాయి, ఇవి ఇతర మూలకాలలోని ఐసోటోపిక్ వ్యత్యాసాల కంటే పెద్దవి. డ్యూటీరియం మరియు ట్రిటియంతో కూడిన బంధాలు ప్రోటియంలోని సంబంధిత బంధాల కంటే కొంత బలంగా ఉంటాయి, మరియు ఈ వ్యత్యాసాలు జీవక్రియలలో గణనీయమైన మార్పులను కలిగించడానికి సరిపోతాయి. ²Hని ¹H కంటే కార్బన్ నుండి తొలగించడం కష్టమని ఫార్మాస్యూటికల్ సంస్థలు ఆసక్తి చూపుతున్నాయి.

డ్యూటీరియం నీటి అణువులలో ¹Hని భర్తీ చేసి భారీ నీటిని (²H₂O) ఏర్పరుస్తుంది, ఇది సాధారణ నీటి కంటే సుమారు 10.6% సాంద్రత కలిగి ఉంటుంది (కాబట్టి దాని నుండి తయారైన మంచు సాధారణ నీటిలో మునిగిపోతుంది). భారీ నీరు యూకారియోటిక్ జంతువులలో స్వల్పంగా విషపూరితమైనది, శరీర నీటిలో 25% ప్రతిక్షేపణ కణ విభజన సమస్యలు మరియు వంధ్యత్వానికి కారణమవుతుంది, మరియు 50% ప్రతిక్షేపణ సైటోటాక్సిక్ సిండ్రోమ్ (ఎముక మజ్జ వైఫల్యం మరియు జీర్ణశయాంతర లైనింగ్ వైఫల్యం) ద్వారా మరణానికి కారణమవుతుంది. అయితే, ప్రోకారియోటిక్ జీవులు స్వచ్ఛమైన భారీ నీటిలో జీవించగలవు మరియు పెరగగలవు, అయినప్పటికీ అవి నెమ్మదిగా అభివృద్ధి చెందుతాయి. ఈ విషపూరితం ఉన్నప్పటికీ, సాధారణ పరిస్థితుల్లో భారీ నీటి వినియోగం మానవులకు ఆరోగ్య ముప్పును కలిగించదు. 70 kg బరువున్న వ్యక్తి తీవ్రమైన పరిణామాలు లేకుండా 4.8 L భారీ నీటిని తాగవచ్చని అంచనా వేయబడింది. భారీ నీటి చిన్న మోతాదులు (మానవులలో కొన్ని గ్రాములు, శరీరంలో సాధారణంగా ఉండే డ్యూటీరియం మొత్తానికి సమానమైన డ్యూటీరియంను కలిగి ఉంటాయి) మానవులు మరియు జంతువులలో హానిచేయని జీవక్రియ ట్రేసర్లుగా సాధారణంగా ఉపయోగించబడతాయి.

క్వాంటం లక్షణాలు

డ్యూటరాన్ స్పిన్ +1 ("ట్రిప్లెట్ స్టేట్") కలిగి ఉంటుంది మరియు అందువల్ల ఇది ఒక బోసాన్. డ్యూటీరియం యొక్క NMR ఫ్రీక్వెన్సీ సాధారణ హైడ్రోజన్ కంటే గణనీయంగా భిన్నంగా ఉంటుంది. ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ కూడా అనేక డ్యూటెరేటెడ్ సమ్మేళనాలను సులభంగా వేరు చేస్తుంది, ఎందుకంటే డ్యూటీరియం కలిగిన రసాయన బంధం యొక్క వైబ్రేషన్‌లో కనిపించే IR శోషణ ఫ్రీక్వెన్సీలో పెద్ద వ్యత్యాసం ఉంటుంది, ఇది కాంతి హైడ్రోజన్‌తో పోలిస్తే. హైడ్రోజన్ యొక్క రెండు స్థిర ఐసోటోపులను మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీని ఉపయోగించి కూడా వేరు చేయవచ్చు.

ట్రిప్లెట్ డ్యూటరాన్ న్యూక్లియాన్ 1=E_B = 2.23 MeV వద్ద అతికష్టం మీద బంధించబడింది, మరియు అధిక శక్తి స్థాయిలు ఏవీ బంధించబడలేదు. సింగిలెట్ డ్యూటరాన్ ఒక వర్చువల్ స్టేట్, ఇది 60 keV యొక్క ప్రతికూల బంధన శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. అటువంటి స్థిరమైన కణం లేదు, కానీ ఈ వర్చువల్ కణం న్యూట్రాన్-ప్రోటాన్ అస్థిర స్కాటరింగ్ సమయంలో తాత్కాలికంగా ఉనికిలో ఉంటుంది, ఇది ప్రోటాన్ యొక్క అసాధారణంగా పెద్ద న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్ క్రాస్-సెక్షన్‌కు కారణమవుతుంది.

అణు లక్షణాలు (డ్యూటరాన్)

డ్యూటరాన్ ద్రవ్యరాశి మరియు వ్యాసార్థం

డ్యూటీరియం కేంద్రకాన్ని డ్యూటరాన్ అని పిలుస్తారు. ఇది md_Da (mdc2_MeV) ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటుంది.

డ్యూటరాన్ యొక్క ఛార్జ్ రేడియస్ rd

ప్రోటాన్ వ్యాసార్థం వలె, మ్యూవాన్ డ్యూటీరియంను ఉపయోగించి చేసే కొలతలు చిన్న ఫలితాన్ని ఇస్తాయి: 2.12562 ± (78) fm.

ఇవి కూడా చూడండి: ప్రోటాన్ రేడియస్ పజిల్

స్పిన్ మరియు శక్తి

డ్యూటీరియం అనేది బేసి సంఖ్యలో ప్రోటాన్లు మరియు బేసి సంఖ్యలో న్యూట్రాన్లు కలిగిన ఐదు స్థిరమైన న్యూక్లైడ్లలో ఒకటి. (²H, ⁶Li, ¹⁰B, ¹⁴N, ^180mTa; దీర్ఘకాలం జీవించే రేడియోన్యూక్లైడ్లు ⁴⁰K, ⁵⁰V, ¹³⁸La, ¹⁷⁶Lu కూడా సహజంగా లభిస్తాయి.) చాలా బేసి-బేసి కేంద్రకాలు బీటా క్షయం చెందడానికి అస్థిరంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే వాటి క్షయ ఉత్పత్తులు సరి-సరి కేంద్రకాలుగా ఉంటాయి, మరియు న్యూక్లియర్ పెయిరింగ్ ప్రభావాల కారణంగా ఇవి మరింత బలంగా బంధించబడి ఉంటాయి. అయితే, డ్యూటీరియం తన ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్‌లను స్పిన్-1 స్థితికి జత చేయడం ద్వారా ప్రయోజనం పొందుతుంది, ఇది బలమైన కేంద్రక ఆకర్షణను ఇస్తుంది; పౌలీ మినహాయింపు సూత్రం కారణంగా రెండు-న్యూట్రాన్ లేదా రెండు-ప్రోటాన్ వ్యవస్థలో ఇటువంటి స్పిన్-1 స్థితి ఉండదు, ఎందుకంటే ఒకే స్పిన్ కలిగిన ఒకే రకమైన కణాలకు కక్ష్య కోణీయ ద్రవ్యవేగం వంటి వేరే క్వాంటం సంఖ్య అవసరమవుతుంది. కానీ ఏ కణం యొక్క కక్ష్య కోణీయ ద్రవ్యవేగం అయినా వ్యవస్థకు తక్కువ బంధన శక్తిని ఇస్తుంది, దీనికి ప్రధాన కారణం కేంద్రక బలాల యొక్క తీవ్రమైన ప్రవణతలో కణాల మధ్య దూరం పెరగడం. ఈ రెండు సందర్భాల్లో, ఇది డైప్రోటాన్ మరియు డైన్యూట్రాన్ అస్థిరంగా ఉండటానికి కారణమవుతుంది.

డ్యూటీరియంలోని ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్‌లను న్యూట్రినోలతో తటస్థ కరెంట్ పరస్పర చర్యల ద్వారా విఘటనం చేయవచ్చు. ఈ పరస్పర చర్య కోసం క్రాస్ సెక్షన్ సాపేక్షంగా పెద్దది, మరియు సడ్‌బరీ న్యూట్రినో అబ్జర్వేటరీ ప్రయోగంలో డ్యూటీరియంను న్యూట్రినో లక్ష్యంగా విజయవంతంగా ఉపయోగించారు.

ద్విపరమాణు డ్యూటీరియం (²H₂) ద్విపరమాణు హైడ్రోజన్ వలె ఆర్థో మరియు పారా న్యూక్లియర్ స్పిన్ ఐసోమర్లను కలిగి ఉంటుంది, కానీ స్పిన్ స్థితుల సంఖ్య మరియు జనాభా మరియు భ్రమణ స్థాయిలలో తేడాలు ఉంటాయి, డ్యూటెరాన్ అనేది ఒకటిగా సమానమైన న్యూక్లియర్ స్పిన్ కలిగిన బోసాన్ కావడం వల్ల ఇవి సంభవిస్తాయి.

డ్యూటెరాన్ యొక్క ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ స్థితి

ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ మధ్య ద్రవ్యరాశి మరియు కేంద్రక లక్షణాల సారూప్యత కారణంగా, వీటిని కొన్నిసార్లు ఒకే వస్తువు యొక్క రెండు సౌష్టవ రకాలుగా, అంటే న్యూక్లియాన్గా పరిగణిస్తారు. ప్రోటాన్‌కు మాత్రమే విద్యుత్ ఆవేశం ఉన్నప్పటికీ, బలమైన కేంద్రక పరస్పర చర్యతో పోలిస్తే విద్యుదయస్కాంత పరస్పర చర్య బలహీనంగా ఉండటం వల్ల ఇది తరచుగా విస్మరించదగినది. ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్‌లను కలిపే సౌష్టవాన్ని ఐసోస్పిన్ అని పిలుస్తారు మరియు దీనిని I (లేదా కొన్నిసార్లు T) అని సూచిస్తారు.

ఐసోస్పిన్ అనేది సాధారణ స్పిన్ వలె ఒక SU(2) సౌష్టవం, కాబట్టి ఇది పూర్తిగా దానికి సమానమైనది. ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్, రెండూ ఐసోస్పిన్-1/2 కలిగి ఉంటాయి, ఇవి ఐసోస్పిన్ డబుల్లేట్‌ను (ఒక స్పిన్ డబుల్లేట్ వలె) ఏర్పరుస్తాయి, ఇందులో "డౌన్" స్థితి (↓) న్యూట్రాన్ మరియు "అప్" స్థితి (↑) ప్రోటాన్. న్యూక్లియాన్‌ల జంట ఐసోస్పిన్ యొక్క యాంటీసిమెట్రిక్ స్థితిలో ఉండవచ్చు, దీనిని సింగ్లెట్ అని పిలుస్తారు, లేదా ట్రిప్లెట్ అని పిలువబడే సౌష్టవ స్థితిలో ఉండవచ్చు. "డౌన్" స్థితి మరియు "అప్" స్థితి పరంగా, సింగ్లెట్ \textstyle \frac{1}{\sqrt{2} }\left( \vert {\uparrow\downarrow} \rangle - \vert {\downarrow\uparrow} \rangle \right), దీనిని \textstyle \frac{1}{\sqrt{2} }\left( \vert\mathrm{p n} \rangle - \vert\mathrm{n p} \rangle\right) అని కూడా రాయవచ్చు.

ఇది ఒక ప్రోటాన్ మరియు ఒక న్యూట్రాన్ కలిగిన కేంద్రకం, అంటే డ్యూటీరియం కేంద్రకం. ట్రిప్లెట్ అనేది:

$\left(\begin{array}{l}|\uparrow \uparrow ⟩\\ \frac{1}{\sqrt{2}}(|\uparrow \downarrow ⟩+|\downarrow \uparrow ⟩)\\ |\downarrow \downarrow ⟩\end{array}\right)$

మరియు అందువల్ల మూడు రకాల కేంద్రకాలను కలిగి ఉంటుంది, ఇవి సౌష్టవంగా ఉండాలని భావించబడతాయి: ఒక డ్యూటీరియం కేంద్రకం (వాస్తవానికి దీని యొక్క అత్యధిక ఉత్తేజిత స్థితి), రెండు ప్రోటాన్లు కలిగిన కేంద్రకం, మరియు రెండు న్యూట్రాన్లు కలిగిన కేంద్రకం. ఈ స్థితులు స్థిరంగా ఉండవు.

డ్యూటెరాన్ యొక్క ఉజ్జాయింపు వేవ్ ఫంక్షన్

ఐసోస్పిన్ ప్రాతినిధ్యాన్ని ఉపయోగిస్తే డ్యూటెరాన్ వేవ్ ఫంక్షన్ యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉండాలి (ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ ఒకే విధమైన కణాలు కానందున, వేవ్ ఫంక్షన్ సాధారణంగా యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉండవలసిన అవసరం లేదు). వాటి ఐసోస్పిన్ కాకుండా, రెండు న్యూక్లియాన్‌లు వాటి వేవ్ ఫంక్షన్ యొక్క స్పిన్ మరియు ప్రాదేశిక పంపిణీలను కూడా కలిగి ఉంటాయి. డ్యూటెరాన్ పారిటీ కింద సౌష్టవంగా ఉంటే (అంటే "సరి" లేదా "ధనాత్మక" పారిటీని కలిగి ఉంటే) రెండోది సౌష్టవంగా ఉంటుంది, మరియు డ్యూటెరాన్ పారిటీ కింద యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటే (అంటే "బేసి" లేదా "రుణాత్మక" పారిటీని కలిగి ఉంటే) అది యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటుంది. పారిటీ అనేది రెండు న్యూక్లియాన్‌ల మొత్తం కక్ష్య కోణీయ ద్రవ్యవేగం ద్వారా పూర్తిగా నిర్ణయించబడుతుంది: అది సరి అయితే పారిటీ సరి (ధనాత్మక), మరియు అది బేసి అయితే పారిటీ బేసి (రుణాత్మక).

డ్యూటెరాన్, ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ కావడంతో, ఐసోస్పిన్ కారణంగా న్యూక్లియాన్‌ల మార్పిడి కింద యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటుంది, కాబట్టి వాటి స్పిన్ మరియు స్థానం యొక్క ద్వంద్వ మార్పిడి కింద సౌష్టవంగా ఉండాలి. అందువల్ల, ఇది కింది రెండు వేర్వేరు స్థితులలో దేనిలోనైనా ఉండవచ్చు:

• సౌష్టవ స్పిన్ మరియు పారిటీ కింద సౌష్టవం. ఈ సందర్భంలో, రెండు న్యూక్లియాన్‌ల మార్పిడి డ్యూటీరియం వేవ్ ఫంక్షన్‌ను ఐసోస్పిన్ మార్పిడి నుండి (−1), స్పిన్ మార్పిడి నుండి (+1) మరియు పారిటీ (స్థాన మార్పిడి) నుండి (+1) గుణిస్తుంది, మొత్తం (−1) యాంటీసిమెట్రీకి అవసరమైనట్లుగా ఉంటుంది.
• యాంటీసిమెట్రిక్ స్పిన్ మరియు పారిటీ కింద యాంటీసిమెట్రిక్. ఈ సందర్భంలో, రెండు న్యూక్లియాన్‌ల మార్పిడి డ్యూటీరియం వేవ్ ఫంక్షన్‌ను ఐసోస్పిన్ మార్పిడి నుండి (−1), స్పిన్ మార్పిడి నుండి (−1) మరియు పారిటీ (స్థాన మార్పిడి) నుండి (−1) గుణిస్తుంది, మళ్ళీ మొత్తం (−1) యాంటీసిమెట్రీకి అవసరమైనట్లుగా ఉంటుంది.

మొదటి సందర్భంలో డ్యూటెరాన్ ఒక స్పిన్ ట్రిప్లెట్, కాబట్టి దాని మొత్తం స్పిన్ s 1. ఇది సరి పారిటీని మరియు అందువల్ల సరి కక్ష్య కోణీయ ద్రవ్యవేగం lని కలిగి ఉంటుంది. దాని కక్ష్య కోణీయ ద్రవ్యవేగం ఎంత తక్కువగా ఉంటే, దాని శక్తి అంత తక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, అత్యల్ప సాధ్యమైన శక్తి స్థితి s = 1, l = 0ని కలిగి ఉంటుంది.

రెండవ సందర్భంలో డ్యూటెరాన్ ఒక స్పిన్ సింగ్లెట్, కాబట్టి దాని మొత్తం స్పిన్ s 0. ఇది బేసి పారిటీని మరియు అందువల్ల బేసి కక్ష్య కోణీయ ద్రవ్యవేగం lని కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, అత్యల్ప సాధ్యమైన శక్తి స్థితి s = 0, l = 1ని కలిగి ఉంటుంది.

s = 1 బలమైన కేంద్రక ఆకర్షణను ఇస్తుంది కాబట్టి, డ్యూటీరియం భూస్థాయి s = 1, l = 0 స్థితిలో ఉంటుంది.

అదే పరిగణనలు s = 0, l = సరి లేదా s = 1, l = బేసి కలిగిన ఐసోస్పిన్ ట్రిప్లెట్ యొక్క సాధ్యమైన స్థితులకు దారితీస్తాయి. అందువల్ల, అత్యల్ప శక్తి స్థితి s = 1, l = 1ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ కంటే ఎక్కువ.

ఇప్పుడే ఇచ్చిన విశ్లేషణ వాస్తవానికి కేవలం ఉజ్జాయింపు మాత్రమే, ఎందుకంటే ఐసోస్పిన్ ఖచ్చితమైన సౌష్టవం కాదు, మరియు ముఖ్యంగా రెండు న్యూక్లియాన్‌ల మధ్య బలమైన కేంద్రక పరస్పర చర్య స్పిన్-ఆర్బిట్ పరస్పర చర్యలో కోణీయ ద్రవ్యవేగంతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, ఇది వేర్వేరు s మరియు l స్థితులను కలుపుతుంది. అంటే, s మరియు l కాలంతో స్థిరంగా ఉండవు (అవి హామిల్టోనియన్తో క్రమవినిమయం చెందవు), మరియు కాలక్రమేణా s = 1, l = 0 వంటి స్థితి s = 1, l = 2 స్థితిగా మారవచ్చు. పారిటీ ఇప్పటికీ కాలంతో స్థిరంగా ఉంటుంది, కాబట్టి ఇవి బేసి l స్థితులతో (ఉదాహరణకు s = 0, l = 1) కలవవు. అందువల్ల, డ్యూటీరియం యొక్క క్వాంటం స్థితి అనేది s = 1, l = 0 స్థితి మరియు s = 1, l = 2 స్థితి యొక్క సూపర్ పొజిషన్ (లీనియర్ కాంబినేషన్), మొదటి భాగం చాలా పెద్దది అయినప్పటికీ. మొత్తం కోణీయ ద్రవ్యవేగం j కూడా ఒక మంచి క్వాంటం సంఖ్య (ఇది కాలంతో స్థిరంగా ఉంటుంది) కాబట్టి, రెండు భాగాలు ఒకే jని కలిగి ఉండాలి, మరియు అందువల్ల j = 1. ఇది డ్యూటీరియం కేంద్రకం యొక్క మొత్తం స్పిన్.

క్లుప్తంగా చెప్పాలంటే, డ్యూటీరియం కేంద్రకం ఐసోస్పిన్ పరంగా యాంటీసిమెట్రిక్, మరియు స్పిన్ 1 మరియు సరి (+1) పారిటీని కలిగి ఉంటుంది. దాని న్యూక్లియాన్‌ల సాపేక్ష కోణీయ ద్రవ్యవేగం l స్పష్టంగా నిర్వచించబడలేదు, మరియు డ్యూటెరాన్ అనేది ఎక్కువగా l = 0 మరియు కొంత l = 2 యొక్క సూపర్ పొజిషన్.

అయస్కాంత మరియు విద్యుత్ మల్టీపోల్స్

డ్యూటీరియం అయస్కాంత డైపోల్ మొమెంట్ μని సిద్ధాంతపరంగా కనుగొనడానికి, న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ మొమెంట్ కోసం సూత్రాన్ని ఉపయోగిస్తారు:

$\mu =\frac{1}{j+1}⟨(l,s),j,m_j=j|\overrightarrow{\mu }\cdot \overrightarrow{ȷ}|(l,s),j,m_j=j⟩$

దీనితో

$\overrightarrow{\mu }=g^{(l)}\overrightarrow{l}+g^{(s)}\overrightarrow{s}$

g^(l) మరియు g^(s) అనేవి న్యూక్లియాన్‌ల g-ఫాక్టర్లు.

ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ g^(l) మరియు g^(s) కోసం వేర్వేరు విలువలను కలిగి ఉన్నందున, వాటి సహకారాన్ని వేరు చేయాలి. ప్రతి ఒక్కటి డ్యూటీరియం కక్ష్య కోణీయ ద్రవ్యవేగం $\overrightarrow{l}$ మరియు స్పిన్ $\overrightarrow{s}$లో సగం పొందుతుంది. దీని నుండి:

$\mu =\frac{1}{j+1}⟨(l,s),j,m_j=j|(\frac{1}{2}\overrightarrow{l}{g^{(l)}}_p+\frac{1}{2}\overrightarrow{s}({g^{(s)}}_p+{g^{(s)}}_n))\cdot \overrightarrow{ȷ}|(l,s),j,m_j=j⟩$

ఇక్కడ p మరియు n సబ్‌స్క్రిప్ట్‌లు ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్‌లను సూచిస్తాయి, మరియు g^(l)_n = 0.

ఇక్కడ ఉన్న అదే గుర్తింపులను ఉపయోగించి మరియు g^(l)_p = 1 విలువను ఉపయోగించి, న్యూక్లియర్ మాగ్నెటాన్ μ_N యూనిట్లలో కింది ఫలితం వస్తుంది:

$\mu =\frac{1}{4(j+1)}[({g^{(s)}}_p+{g^{(s)}}_n)(j(j+1)-l(l+1)+s(s+1))+(j(j+1)+l(l+1)-s(s+1)\left)\right]$

s = 1, l = 0 స్థితి (j = 1) కోసం, మనం పొందేది:

$\mu =\frac{1}{2}({g^{(s)}}_p+{g^{(s)}}_n)=0.879$

s = 1, l = 2 స్థితి (j = 1) కోసం, మనం పొందేది:

$\mu =-\frac{1}{4}({g^{(s)}}_p+{g^{(s)}}_n)+\frac{3}{4}=0.310$

డ్యూటీరియం అయస్కాంత డైపోల్ మొమెంట్ యొక్క కొలిచిన విలువ 0.857 μ_N, ఇది ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ మొమెంట్‌లను కేవలం కలపడం ద్వారా పొందిన 0.879 μ_N విలువలో 97.5%. ఇది డ్యూటీరియం స్థితి నిజంగా మంచి ఉజ్జాయింపుగా s = 1, l = 0 స్థితి అని సూచిస్తుంది, ఇది రెండు న్యూక్లియాన్‌లు ఒకే దిశలో స్పిన్ అవుతున్నప్పుడు సంభవిస్తుంది, కానీ న్యూట్రాన్ యొక్క రుణ మొమెంట్ కారణంగా వాటి అయస్కాంత మొమెంట్‌లు తీసివేయబడతాయి.

కానీ ప్రోటాన్ మరియు (రుణ) న్యూట్రాన్ మొమెంట్‌ల సాధారణ కూడిక నుండి వచ్చే ఫలితం కంటే కొంచెం తక్కువగా ఉన్న ప్రయోగాత్మక సంఖ్య, డ్యూటీరియం వాస్తవానికి ఎక్కువగా s = 1, l = 0 స్థితి మరియు స్వల్పంగా s = 1, l = 2 స్థితి యొక్క లీనియర్ కాంబినేషన్ అని చూపిస్తుంది.

ఎలక్ట్రిక్ డైపోల్ సాధారణంగా సున్నా.

డ్యూటీరియం యొక్క కొలిచిన ఎలక్ట్రిక్ క్వాడ్రుపోల్ 0.2859 e·fm². పరిమాణం యొక్క క్రమం సహేతుకమైనదే అయినప్పటికీ, డ్యూటెరాన్ వ్యాసార్థం 1 ఫెమ్టోమీటర్ క్రమంలో (క్రింద చూడండి) మరియు దాని విద్యుత్ ఆవేశం e కాబట్టి, పైన పేర్కొన్న మోడల్ దాని గణనకు సరిపోదు. మరింత ప్రత్యేకంగా, ఎలక్ట్రిక్ క్వాడ్రుపోల్ 1=l = 0 స్థితి (ఇది ప్రధానమైనది) నుండి సహకారాన్ని పొందదు మరియు 1=l = 0 మరియు 1=l = 2 స్థితులను కలిపే పదం నుండి సహకారాన్ని పొందుతుంది, ఎందుకంటే ఎలక్ట్రిక్ క్వాడ్రుపోల్ ఆపరేటర్ కోణీయ ద్రవ్యవేగంతో క్రమవినిమయం చెందదు.

పైన పేర్కొన్న మోడల్ ద్వారా ఉన్నత అయస్కాంత మరియు విద్యుత్ మల్టీపోల్ మొమెంట్లను లెక్కించలేము, ఇలాంటి కారణాల వల్ల.

అప్లికేషన్లు

అణు రియాక్టర్లు

డ్యూటీరియంను హెవీ వాటర్ మోడరేటెడ్ ఫిషన్ రియాక్టర్లలో, సాధారణంగా ద్రవ ²H₂Oగా, సాధారణ హైడ్రోజన్ యొక్క అధిక న్యూట్రాన్ శోషణ లేకుండా న్యూట్రాన్‌లను నెమ్మదింపజేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఇది పెద్ద మొత్తంలో డ్యూటీరియం కోసం ఒక సాధారణ వాణిజ్య ఉపయోగం.

పరిశోధన రియాక్టర్లలో, ద్రవ ²H₂ను కోల్డ్ సోర్స్‌లలో న్యూట్రాన్‌లను స్కాటరింగ్ ప్రయోగాలకు తగిన చాలా తక్కువ శక్తులు మరియు తరంగదైర్ఘ్యాలకు మోడరేట్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.

ప్రయోగాత్మకంగా, డ్యూటీరియం ఫ్యూజన్ రియాక్టర్ డిజైన్లలో, ముఖ్యంగా ట్రిటియంతో కలిపి, అత్యంత సాధారణ న్యూక్లైడ్. దీనికి కారణం డ్యూటీరియం-ట్రిటియం (DT) చర్య యొక్క పెద్ద ప్రతిచర్య రేటు (లేదా న్యూక్లియర్ క్రాస్ సెక్షన్) మరియు అధిక శక్తి దిగుబడి. ఇంకా అధిక దిగుబడినిచ్చే ²H–³He ఫ్యూజన్ చర్య ఉంది, అయితే ²H–³He యొక్క బ్రేక్ ఈవెన్ పాయింట్ ఇతర ఫ్యూజన్ చర్యల కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది; ³He కొరతతో పాటు, ఇది ఆచరణాత్మక శక్తి వనరుగా ఉండటం అసంభవం, కనీసం DT మరియు డ్యూటీరియం-డ్యూటీరియం (DD) ఫ్యూజన్ వాణిజ్య స్థాయిలో నిర్వహించబడే వరకు. వాణిజ్య అణు ఫ్యూజన్ ఇంకా సాధించబడని సాంకేతికత.

NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ

ఇవి కూడా చూడండి: ప్రోటాన్ NMR, డ్యూటీరియం NMR

డ్యూటీరియంను హైడ్రోజన్ న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రిజోనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (ప్రోటాన్ NMR)లో కింది విధంగా ఉపయోగిస్తారు. NMR సాధారణంగా ఆసక్తి ఉన్న సమ్మేళనాలను ద్రావణంలో కరిగించి విశ్లేషించవలసి ఉంటుంది. సేంద్రీయ అణువులలో సాధారణంగా ఉండే తేలికపాటి హైడ్రోజన్ నుండి భిన్నమైన డ్యూటీరియం యొక్క న్యూక్లియర్ స్పిన్ లక్షణాల కారణంగా, హైడ్రోజన్/ప్రోటియం యొక్క NMR స్పెక్ట్రాలు డ్యూటీరియం నుండి చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి, మరియు ఆచరణలో ¹H కోసం ట్యూన్ చేయబడిన NMR పరికరం ద్వారా డ్యూటీరియం "కనిపించదు". అందువల్ల, ద్రావణి-సిగ్నల్ జోక్యం లేకుండా ఆసక్తి ఉన్న సమ్మేళనం యొక్క తేలికపాటి-హైడ్రోజన్ స్పెక్ట్రాలను మాత్రమే కొలవడానికి, NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీలో డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావణాలను (హెవీ వాటర్, కానీ డ్యూటెరేటెడ్ క్లోరోఫామ్, CDCl₃ లేదా C²HCl₃ వంటి సమ్మేళనాలు కూడా) క్రమం తప్పకుండా ఉపయోగిస్తారు.

ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన నమూనాలలో (డ్యూటీరియం NMR) డ్యూటెరాన్ యొక్క వాతావరణం గురించి సమాచారాన్ని పొందడానికి కూడా న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రిజోనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీని ఉపయోగించవచ్చు. ఉదాహరణకు, లిపిడ్ బైలేయర్‌లలోని హైడ్రోకార్బన్ గొలుసుల కాన్ఫిగరేషన్‌ను డ్యూటీరియం-లేబుల్ చేయబడిన లిపిడ్ అణువులతో సాలిడ్ స్టేట్ డ్యూటీరియం NMRని ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు.

డ్యూటీరియం NMR స్పెక్ట్రాలు సాలిడ్ స్టేట్‌లో ప్రత్యేకంగా సమాచారప్రదంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే క్లోరిన్-35 వంటి పెద్ద క్వాడ్రుపోలార్ కేంద్రకాలతో పోలిస్తే దీని క్వాడ్రుపోల్ మొమెంట్ సాపేక్షంగా చిన్నది.

మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ

డ్యూటెరేటెడ్ (అంటే హైడ్రోజన్ పరమాణువులన్నీ లేదా కొన్ని డ్యూటీరియంతో భర్తీ చేయబడిన) సమ్మేళనాలను తరచుగా మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీలో ఇంటర్నల్ స్టాండర్డ్లుగా ఉపయోగిస్తారు. ఇతర ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన జాతుల వలె, ఇటువంటి ప్రమాణాలు ఖచ్చితత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి, అయితే తరచుగా ఇతర ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన ప్రమాణాల కంటే చాలా తక్కువ ఖర్చుతో ఉంటాయి. డ్యూటెరేటెడ్ అణువులను సాధారణంగా హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ మార్పిడి చర్యల ద్వారా తయారు చేస్తారు.

ట్రేసింగ్

మరింత సమాచారం: డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావణి రసాయన శాస్త్రం, జీవరసాయన శాస్త్రం మరియు పర్యావరణ శాస్త్రాలలో, డ్యూటీరియంను రేడియోధార్మికత లేని, స్థిరమైన ఐసోటోపిక్ ట్రేసర్గా ఉపయోగిస్తారు, ఉదాహరణకు, డబుల్లీ లేబుల్డ్ వాటర్ టెస్ట్లో. రసాయన చర్యలు మరియు జీవక్రియ మార్గాలలో, డ్యూటీరియం సాధారణ హైడ్రోజన్ వలె కొంతవరకు ప్రవర్తిస్తుంది (కొన్ని రసాయన తేడాలతో, పేర్కొన్నట్లుగా). దీనిని మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ లేదా ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోమెట్రీని ఉపయోగించి దాని ద్రవ్యరాశి ద్వారా సాధారణ హైడ్రోజన్ నుండి సులభంగా వేరు చేయవచ్చు. డ్యూటీరియంను ఫెమ్టోసెకండ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ ద్వారా గుర్తించవచ్చు, ఎందుకంటే ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం అణువుల కంపనాల పౌనఃపున్యాన్ని తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తుంది; ²H–కార్బన్ బంధ కంపనాలు ఇతర సిగ్నల్స్ లేని స్పెక్ట్రల్ ప్రాంతాలలో కనిపిస్తాయి.

డ్యూటీరియం యొక్క సహజ సమృద్ధిలో చిన్న వైవిధ్యాల కొలతలు, స్థిరమైన భారీ ఆక్సిజన్ ఐసోటోపులు ¹⁷O మరియు ¹⁸Oతో పాటు, జలశాస్త్రంలో భూమి యొక్క నీటి భౌగోళిక మూలాన్ని గుర్తించడానికి ముఖ్యమైనవి. వర్షపు నీటిలో (మీటియోరిక్ వాటర్) హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ యొక్క భారీ ఐసోటోపులు అవపాతం పడే ప్రాంతం యొక్క ఉష్ణోగ్రతకు అనుగుణంగా సమృద్ధిగా ఉంటాయి (మరియు అందువల్ల సమృద్ధి అక్షాంశానికి సంబంధించినది). వర్షపు నీటిలో భారీ ఐసోటోపుల సాపేక్ష సమృద్ధి (సగటు సముద్రపు నీటిని సూచికగా తీసుకుంటే), ఉష్ణోగ్రతకు వ్యతిరేకంగా ప్లాట్ చేసినప్పుడు గ్లోబల్ మీటియోరిక్ వాటర్ లైన్ (GMWL) అని పిలువబడే రేఖ వెంబడి ఊహించదగిన విధంగా పడిపోతుంది. ఈ ప్లాట్ వర్షపాతం నుండి ఉద్భవించిన నీటి నమూనాలను గుర్తించడానికి మరియు అది ఉద్భవించిన వాతావరణం గురించి సాధారణ సమాచారాన్ని పొందడానికి అనుమతిస్తుంది. జలవనరులలో బాష్పీభవన మరియు ఇతర ప్రక్రియలు, మరియు భూగర్భ జల ప్రక్రియలు కూడా మంచినీరు మరియు ఉప్పునీటిలో భారీ హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ ఐసోటోపుల నిష్పత్తులను విలక్షణమైన మరియు తరచుగా ప్రాంతీయంగా ప్రత్యేకమైన మార్గాల్లో మారుస్తాయి. ²H నుండి ¹H యొక్క గాఢత నిష్పత్తిని సాధారణంగా డెల్టాగా δ²H అని సూచిస్తారు మరియు ఈ విలువల భౌగోళిక నమూనాలను ఐసోస్కేప్స్ అని పిలువబడే మ్యాప్‌లలో ప్లాట్ చేస్తారు. స్థిరమైన ఐసోటోపులు మొక్కలు మరియు జంతువులలో కలిసిపోతాయి మరియు వలస పక్షులు లేదా కీటకాలలోని నిష్పత్తుల విశ్లేషణ వాటి మూలాల గురించి ఒక స్థూల మార్గదర్శినిని సూచించడంలో సహాయపడుతుంది.

కాంట్రాస్ట్ లక్షణాలు

న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్ పద్ధతులు ముఖ్యంగా డ్యూటెరేటెడ్ నమూనాల లభ్యత నుండి లాభపడతాయి: ¹H మరియు ²H క్రాస్ సెక్షన్లు చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి మరియు గుర్తులో భిన్నంగా ఉంటాయి, ఇది అటువంటి ప్రయోగాలలో కాంట్రాస్ట్ వైవిధ్యాన్ని అనుమతిస్తుంది. ఇంకా, సాధారణ హైడ్రోజన్ యొక్క ఒక ఇబ్బందికరమైన సమస్య దాని పెద్ద అసంబద్ధ న్యూట్రాన్ క్రాస్ సెక్షన్, ఇది ²H కోసం సున్నా. అందువల్ల సాధారణ హైడ్రోజన్ స్థానంలో డ్యూటీరియంను ప్రతిక్షేపించడం స్కాటరింగ్ నాయిస్‌ను తగ్గిస్తుంది.

హైడ్రోజన్ అనేది సేంద్రీయ రసాయన శాస్త్రం మరియు జీవశాస్త్రంలోని అన్ని పదార్థాలలో ఒక ముఖ్యమైన మరియు ప్రధాన భాగం, కానీ ఇది ఎక్స్-రేలతో చాలా తక్కువగా పరస్పర చర్య చేస్తుంది. హైడ్రోజన్ పరమాణువులు (డ్యూటీరియంతో సహా) న్యూట్రాన్‌లతో బలంగా పరస్పర చర్య చేస్తాయి; న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్ పద్ధతులు, ఆధునిక డ్యూటెరేషన్ ఫెసిలిటీతో పాటు, జీవశాస్త్రంలోని మాక్రోమోలిక్యూల్స్ మరియు అనేక ఇతర రంగాల అధ్యయనాలలో ఒక సముచిత స్థానాన్ని భర్తీ చేస్తాయి.

అణు ఆయుధాలు

క్రింద చూడండి. సూర్యుడితో సహా చాలా నక్షత్రాలు హైడ్రోజన్‌ను భారీ మూలకాలుగా ఫ్యూజ్ చేయడం ద్వారా తమ జీవితకాలంలో ఎక్కువ భాగం శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి; అయినప్పటికీ అటువంటి తేలికపాటి హైడ్రోజన్ (ప్రోటియం) ఫ్యూజన్ భూమిపై సాధించగల పరిస్థితులలో ఎప్పుడూ విజయవంతం కాలేదు. అందువల్ల, హైడ్రోజన్ బాంబులలోని హైడ్రోజన్ ఫ్యూజన్‌తో సహా అన్ని కృత్రిమ ఫ్యూజన్‌లకు భారీ హైడ్రోజన్ (డ్యూటీరియం, ట్రిటియం, లేదా రెండూ) అవసరం.

మందులు

ప్రధాన వ్యాసం: డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్ డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్ అనేది ఒక చిన్న అణువు ఔషధ ఉత్పత్తి, ఇందులో డ్రగ్ అణువులోని ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ హైడ్రోజన్ పరమాణువులను డ్యూటీరియంతో భర్తీ చేస్తారు. కైనెటిక్ ఐసోటోప్ ఎఫెక్ట్ కారణంగా, డ్యూటీరియం కలిగిన మందులు జీవక్రియ రేట్లు గణనీయంగా తక్కువగా ఉండవచ్చు, అందువల్ల ఎక్కువ హాఫ్-లైఫ్ ఉండవచ్చు. 2017లో, డ్యూటెట్రాబెనాజైన్ FDA ఆమోదం పొందిన మొదటి డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్‌గా నిలిచింది.

బలవర్ధకమైన ముఖ్యమైన పోషకాలు

డ్యూటీరియంను ముఖ్యమైన లేదా షరతులతో కూడిన ముఖ్యమైన పోషకాలలో, కొన్ని అమైనో ఆమ్లాలు, లేదా పాలీఅన్‌శాచురేటెడ్ ఫ్యాటీ యాసిడ్లు (PUFA) వంటి ఆక్సీకరణ-దుర్బలమైన C–H బంధాలను బలపరచడానికి ఉపయోగించవచ్చు, తద్వారా అవి ఆక్సీకరణ నష్టానికి మరింత నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి. లినోలెయిక్ ఆమ్లం వంటి డ్యూటెరేటెడ్ పాలీఅన్‌శాచురేటెడ్ ఫ్యాటీ యాసిడ్లు, జీవ కణాలను దెబ్బతీసే లిపిడ్ పెరాక్సిడేషన్ యొక్క గొలుసు చర్యను నెమ్మదింపజేస్తాయి. రెట్రోటోప్ అభివృద్ధి చేసిన లినోలెయిక్ ఆమ్లం యొక్క డ్యూటెరేటెడ్ ఇథైల్ ఈస్టర్ (RT001), ఇన్ఫాంటైల్ న్యూరోయాక్సోనల్ డిస్ట్రోఫీలో కంప్యాషనేట్ యూజ్ ట్రయల్లో ఉంది మరియు ఫ్రీడ్రిచ్ అటాక్సియాలో ఫేజ్ I/II ట్రయల్‌ను విజయవంతంగా పూర్తి చేసింది.

థర్మోస్టెబిలైజేషన్

ఓరల్ పోలియో వ్యాక్సిన్ వంటి లైవ్ వ్యాక్సిన్‌లను డ్యూటీరియం ద్వారా, ఒంటరిగా లేదా MgCl₂ వంటి ఇతర స్టెబిలైజర్లతో కలిపి స్థిరీకరించవచ్చు.

సిర్కాడియన్ ఆసిలేషన్లను నెమ్మదింపజేయడం

ఎలుకలు, హామ్స్టర్లు మరియు గోన్యావులాక్స్ డైనోఫ్లాగెలేట్‌లలో డ్యూటీరియంను డోస్ చేసినప్పుడు సిర్కాడియన్ క్లాక్ యొక్క ఆసిలేషన్ కాలాన్ని పొడిగిస్తుందని చూపబడింది. ఎలుకలలో, 25% ²H₂O యొక్క దీర్ఘకాలిక తీసుకోవడం మెదడులోని హైపోథాలమస్‌లోని సుప్రాకియాస్మాటిక్ న్యూక్లియస్-ఆధారిత లయల యొక్క సిర్కాడియన్ కాలాన్ని పొడిగించడం ద్వారా సిర్కాడియన్ లయను దెబ్బతీస్తుంది. హామ్స్టర్లలోని ప్రయోగాలు కూడా డ్యూటీరియం ఫ్రీ-రన్నింగ్ సిర్కాడియన్ కాలాన్ని పొడిగించడానికి సుప్రాకియాస్మాటిక్ న్యూక్లియస్‌పై నేరుగా పనిచేస్తుందనే సిద్ధాంతానికి మద్దతు ఇస్తాయి.

చరిత్ర

అన్వేషణకు ముందు

డ్యూటీరియం లక్షణాలు కలిగిన పదార్థం గురించి మొట్టమొదటి ప్రస్తావన ఎర్నెస్ట్ రూథర్‌ఫర్డ్ 1919 నాటి బేకేరియన్ లెక్చర్‌లో ఒక చిన్న ప్రస్తావనగా కనిపిస్తుంది. ఈ సిద్ధాంతం ప్రకారం, రెండు ద్రవ్యరాశి మరియు ఒకటి ఆవేశం కలిగిన డ్యూటీరియం కేంద్రకంలో రెండు ప్రోటాన్లు మరియు ఒక కేంద్రక ఎలక్ట్రాన్ ఉంటాయని భావించారు. అలాగే 1919లో, ఒట్టో స్టెర్న్ మరియు మాక్స్ వోల్మర్ నీటితో చేసిన వ్యాపన ప్రయోగాల గురించి నివేదించారు; హైడ్రోజన్ ఐసోటోపుల ఉనికిని అవి తోసిపుచ్చాయని వారు పేర్కొన్నారు. 1920వ దశకం అంతటా వారి ముగింపులే సరైనవని భావించారు.

డ్యూటీరియం గుర్తింపు

దీనిని మొదట 1931 చివరలో కొలంబియా విశ్వవిద్యాలయంకు చెందిన రసాయన శాస్త్రవేత్త హెరాల్డ్ యూరే స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ పద్ధతిలో గుర్తించారు. యూరే సహకారి అయిన ఫెర్డినాండ్ బ్రిక్‌వెడ్డే, వాషింగ్టన్ డి.సి.లోని నేషనల్ బ్యూరో ఆఫ్ స్టాండర్డ్స్ (ప్రస్తుతం నేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ స్టాండర్డ్స్ అండ్ టెక్నాలజీ) వద్ద అప్పుడే ఏర్పాటు చేసిన తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత భౌతిక శాస్త్ర ప్రయోగశాలను ఉపయోగించి, ఐదు లీటర్ల క్రయోజెనిక్ పద్ధతిలో ఉత్పత్తి చేసిన ద్రవ హైడ్రోజన్‌ను 1 mL ద్రవం వరకు స్వేదనం చేశారు. ఈ పద్ధతిని గతంలో నియాన్ యొక్క భార ఐసోటోపులను వేరు చేయడానికి ఉపయోగించారు. ఈ క్రయోజెనిక్ బాయిల్-ఆఫ్ పద్ధతి హైడ్రోజన్ యొక్క ద్రవ్యరాశి-2 ఐసోటోప్ శాతాన్ని ఎంతగా పెంచిందంటే, దాని స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ గుర్తింపు స్పష్టంగా సాధ్యమైంది.

ఐసోటోప్ నామకరణం మరియు నోబెల్ బహుమతి

యూరే 1934లో ప్రచురించిన ఒక వ్యాసంలో ప్రోటియం, డ్యూటీరియం, మరియు ట్రిటియం అనే పేర్లను సృష్టించారు. ఈ పేరు "డ్యూటియం" అని ప్రతిపాదించిన గిల్బర్ట్ ఎన్. లూయిస్ సలహాపై కొంతవరకు ఆధారపడి ఉంది. ఈ పేరు గ్రీకు పదం డ్యూటెరోస్ (రెండవది) నుండి వచ్చింది, మరియు కేంద్రకాన్ని "డ్యూటరాన్" లేదా "డ్యూటాన్" అని పిలవాలని నిర్ణయించారు. ఐసోటోపులు మరియు కొత్త మూలకాలకు సంప్రదాయబద్ధంగా వాటిని కనుగొన్న వారు నిర్ణయించిన పేర్లే పెట్టేవారు. ఎర్నెస్ట్ రూథర్‌ఫర్డ్ వంటి కొంతమంది బ్రిటిష్ శాస్త్రవేత్తలు, ఈ ఐసోటోప్‌ను గ్రీకు పదం డిప్లూస్ (రెట్టింపు) నుండి "డిప్లోజెన్" అని, కేంద్రకాన్ని "డిప్లాన్" అని పిలవాలని కోరుకున్నారు.

సముద్రపు నీటిలో డ్యూటీరియం యొక్క సాధారణ లభ్యత చాలా తక్కువగా (6400 హైడ్రోజన్ పరమాణువులలో కేవలం 1 పరమాణువు [మిలియన్‌కు 156 భాగాలు]) ఉండటం వల్ల, ఇది హైడ్రోజన్ పరమాణు ద్రవ్యరాశి యొక్క మునుపటి కొలతలను పెద్దగా ప్రభావితం చేయలేదు. అందుకే దీని ఉనికిని అంతకుముందు ఎవరూ ఊహించలేదు. యూరే నీటిని గాఢత చేయడం ద్వారా డ్యూటీరియం యొక్క పాక్షిక సమృద్ధిని చూపగలిగారు. యూరే యొక్క గ్రాడ్యుయేట్ సలహాదారు అయిన గిల్బర్ట్ ఎన్. లూయిస్, 1933లో మొదటిసారిగా స్వచ్ఛమైన భార జల (heavy water) నమూనాలను తయారు చేసి వాటి లక్షణాలను వివరించారు. 1932లో న్యూట్రాన్ ఆవిష్కరణకు ముందే డ్యూటీరియం కనుగొనబడటం సిద్ధాంతానికి ఒక ప్రయోగాత్మక షాక్‌గా మారింది; అయితే న్యూట్రాన్ ఆవిష్కరణతో డ్యూటీరియం ఉనికి మరింత స్పష్టమైంది. ఐసోటోప్‌ను వేరు చేసిన మూడు సంవత్సరాలకే యూరేకు రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి లభించింది. 1934లో నోబెల్ కమిటీ నిర్ణయం పట్ల లూయిస్ తీవ్ర నిరాశకు గురయ్యారు. బెర్క్లీలోని పలువురు ఉన్నతాధికారులు, ఈ నిరాశే ఒక దశాబ్దం తర్వాత ఆయన ఆత్మహత్యకు ప్రధాన కారణమని నమ్మారు.

రెండవ ప్రపంచ యుద్ధంలో "భార జల" ప్రయోగాలు

ప్రధాన వ్యాసం: Heavy water యుద్ధానికి కొద్దికాలం ముందు, హన్స్ వాన్ హాల్బన్ మరియు లూ కోవార్స్కీ తమ న్యూట్రాన్ మోడరేషన్ పరిశోధనలను ఫ్రాన్స్ నుండి బ్రిటన్‌కు తరలించారు. ఆ సమయంలో ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఉన్న భార జల నిల్వలను (నార్వేలో ఉత్పత్తి చేయబడినవి) ఇరవై ఆరు స్టీల్ డ్రమ్ములలో రహస్యంగా తరలించారు.

రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం సమయంలో, నాజీ జర్మనీ ఒక అణు రియాక్టర్ నమూనా కోసం మోడరేటర్‌గా భార జలాన్ని ఉపయోగించి ప్రయోగాలు చేస్తోందని తెలిసింది. ఇటువంటి ప్రయోగాలు అణు బాంబు కోసం ప్లూటోనియంను ఉత్పత్తి చేయడానికి దారితీయవచ్చని ఆందోళన కలిగించాయి. చివరికి ఇది "నార్వేజియన్ హెవీ వాటర్ సబోటేజ్" అనే మిత్రరాజ్యాల ఆపరేషన్‌కు దారితీసింది, దీని ఉద్దేశ్యం నార్వేలోని వెమోర్క్ డ్యూటీరియం ఉత్పత్తి/సమృద్ధి కేంద్రాలను ధ్వంసం చేయడం. ఆ సమయంలో యుద్ధ గమనాన్ని మార్చడానికి ఇది చాలా ముఖ్యమైనదిగా పరిగణించబడింది.

రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం ముగిసిన తర్వాత, జర్మనీ తాము అనుకున్నంత తీవ్రంగా ఈ కార్యక్రమంలో పాల్గొనలేదని మిత్రరాజ్యాలు కనుగొన్నాయి. జర్మన్లు కేవలం ఒక చిన్న, పాక్షికంగా నిర్మించిన ప్రయోగాత్మక రియాక్టర్‌ను మాత్రమే పూర్తి చేయగలిగారు (దీనిని రహస్యంగా దాచారు) మరియు వారు గొలుసు చర్యను (chain reaction) కొనసాగించలేకపోయారు. యుద్ధం ముగిసే సమయానికి, జర్మన్ల వద్ద రియాక్టర్‌ను నడపడానికి అవసరమైన భార జలంలో ఐదవ వంతు కూడా లేదు, దీనికి నార్వేజియన్ హెవీ వాటర్ సబోటేజ్ ఆపరేషన్ కూడా ఒక కారణం. అయితే, ఒకవేళ జర్మన్లు రియాక్టర్‌ను పని చేసేలా చేయగలిగినా (అమెరికా 1942 చివరలో చికాగో పైల్-1తో చేసినట్లుగా), వారు అణు బాంబు అభివృద్ధికి కనీసం కొన్ని సంవత్సరాల దూరంలోనే ఉండేవారు. ఇంజనీరింగ్ ప్రక్రియకు, గరిష్ట ప్రయత్నం మరియు నిధులు ఉన్నప్పటికీ, అమెరికా మరియు యు.ఎస్.ఎస్.ఆర్.లలో మొదటి క్రిటికల్ రియాక్టర్ నుండి బాంబు తయారీకి సుమారు రెండున్నర సంవత్సరాల సమయం పట్టింది.

థర్మోన్యూక్లియర్ ఆయుధాలలో

ప్రధాన వ్యాసం: Thermonuclear weapon

అమెరికా నిర్మించి, 1 నవంబర్ 1952న పేల్చిన 62-టన్నుల ఐవీ మైక్ పరికరం, మొదటి విజయవంతమైన హైడ్రోజన్ బాంబు (థర్మోన్యూక్లియర్ బాంబు). ఈ సందర్భంలో, అణు బాంబు యొక్క ప్రాథమిక అణు విచ్ఛిత్తి దశ తర్వాత వచ్చే అణు చర్య దశల నుండి విడుదలైన శక్తి ద్వారా పనిచేసిన మొదటి బాంబు ఇది. ఐవీ మైక్ బాంబు ఒక కర్మాగారం వంటి భవనంలా ఉండేది, ఇది యుద్ధంలో ఉపయోగించదగిన ఆయుధం కాదు. దీని మధ్యలో, ఒక పెద్ద స్థూపాకార, ఇన్సులేట్ చేయబడిన వాక్యూమ్ ఫ్లాస్క్ లేదా క్రయోస్టాట్ ఉంది, ఇది సుమారు 1000 లీటర్ల పరిమాణంలో (పూర్తిగా నింపితే 160 కిలోల ద్రవ్యరాశి) క్రయోజెనిక్ ద్రవ డ్యూటీరియంను కలిగి ఉంది. ఆ తర్వాత, బాంబు ఒక చివర ఉన్న సాంప్రదాయ అణు బాంబు ("ప్రైమరీ") ద్వారా థర్మోన్యూక్లియర్ చర్యను ప్రారంభించడానికి అవసరమైన విపరీతమైన ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడన పరిస్థితులను సృష్టించారు.

కొన్ని సంవత్సరాలలోనే, క్రయోజెనిక్ హైడ్రోజన్ అవసరం లేని "డ్రై" హైడ్రోజన్ బాంబులు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. విడుదలైన సమాచారం ప్రకారం, అప్పటి నుండి నిర్మించిన అన్ని థర్మోన్యూక్లియర్ ఆయుధాలు వాటి ద్వితీయ దశలలో డ్యూటీరియం మరియు లిథియం యొక్క రసాయన సమ్మేళనాలను కలిగి ఉన్నాయి. డ్యూటీరియం కలిగిన పదార్థం ఎక్కువగా లిథియం డ్యూటెరైడ్, ఇందులో లిథియం లిథియం-6 ఐసోటోప్‌ను కలిగి ఉంటుంది. లిథియం-6ను అణు బాంబు నుండి వచ్చే వేగవంతమైన న్యూట్రాన్లతో తాడనం చేసినప్పుడు, ట్రిటియం (హైడ్రోజన్-3) ఉత్పత్తి అవుతుంది, ఆపై డ్యూటీరియం మరియు ట్రిటియం వేగంగా థర్మోన్యూక్లియర్ ఫ్యూజన్లో పాల్గొని, అధిక శక్తిని, హీలియం-4ను మరియు మరిన్ని స్వేచ్ఛా న్యూట్రాన్లను విడుదల చేస్తాయి. త్సార్ బాంబా వంటి "స్వచ్ఛమైన" ఫ్యూజన్ ఆయుధాలు ఇప్పుడు కాలం చెల్లినవిగా పరిగణించబడుతున్నాయి. చాలా ఆధునిక ("బూస్టెడ్") థర్మోన్యూక్లియర్ ఆయుధాలలో, ఫ్యూజన్ నేరుగా మొత్తం శక్తిలో కొంత భాగాన్ని మాత్రమే అందిస్తుంది. D–T ఫ్యూజన్ నుండి ఉత్పత్తి చేయబడిన వేగవంతమైన న్యూట్రాన్ల ద్వారా సహజ యురేనియం-238 ట్యాంపర్ విచ్ఛిత్తి చెందడం వల్ల, ఫ్యూజన్ చర్య కంటే చాలా ఎక్కువ శక్తి విడుదల అవుతుంది.

ఆధునిక పరిశోధన

ఆగస్టు 2018లో, శాస్త్రవేత్తలు వాయు రూపంలో ఉన్న డ్యూటీరియంను ద్రవ లోహ రూపంలోకి మార్చినట్లు ప్రకటించారు. ఇది బృహస్పతి, శని మరియు కొన్ని ఎక్సోప్లానెట్ల వంటి గ్యాస్ జెయింట్ గ్రహాలను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి పరిశోధకులకు సహాయపడుతుంది, ఎందుకంటే ఇటువంటి గ్రహాలలో ద్రవ లోహ హైడ్రోజన్ ఎక్కువగా ఉంటుందని, ఇది వాటి శక్తివంతమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలకు కారణం కావచ్చని భావిస్తున్నారు.

యాంటీడ్యూటీరియం మరియు యాంటీడ్యూటరాన్

ఒక యాంటీడ్యూటరాన్ అనేది డ్యూటరాన్ యొక్క యాంటీమ్యాటర్ ప్రతిరూపం, ఇది ఒక యాంటీప్రోటాన్ మరియు ఒక యాంటీన్యూట్రాన్‌తో కూడి ఉంటుంది. యాంటీడ్యూటరాన్ మొదటిసారిగా 1965లో CERNలోని ప్రోటాన్ సింక్రోట్రాన్ వద్ద మరియు బ్రూక్‌హేవన్ నేషనల్ లాబొరేటరీలోని ఆల్టర్నేటింగ్ గ్రేడియంట్ సింక్రోట్రాన్ వద్ద ఉత్పత్తి చేయబడింది. కేంద్రకం చుట్టూ తిరిగే పాజిట్రాన్‌తో కూడిన పూర్తి పరమాణువును యాంటీడ్యూటీరియం అని పిలుస్తారు, కానీ 2019 నాటికి యాంటీడ్యూటీరియం ఇంకా సృష్టించబడలేదు. యాంటీడ్యూటీరియం కోసం ఉపయోగించే చిహ్నం D, అంటే పైన గీత ఉన్న D.

ఇవి కూడా చూడండి

• హైడ్రోజన్ ఐసోటోపులు
• టోకామాక్

బాహ్య లింకులు

• Nuclear Data Center. KAERI.
• Annotated bibliography for deuterium. ALSOS: The Digital Library for Nuclear Issues.
• Mullins, Justin. (27 April 2005). Desktop nuclear fusion demonstrated. New Scientist.
• Lloyd, Robin. (21 August 2006). Missing gas found in Milky Way. Space.com.

---

మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Deuterium” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Deuterium ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.