డ్యూటీరియం: Difference between revisions
ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Deuterium” వ్యాసానికి తెలుగు అనువాదం |
ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Deuterium” వ్యాసానికి తెలుగు అనువాదం |
||
| Line 1: | Line 1: | ||
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" style="float:right; clear:right; margin:0 0 1em 1.5em; width:300px; max-width:45%; font-size:90%" | ||
|- | |- | ||
| colspan="2" style="text-align:center; background:#ffffff" | | |||
|- | |- | ||
! colspan="2" | సాధారణ | ! colspan="2" style="background:#f5e9b8; text-align:center" | సాధారణ | ||
|- | |- | ||
! చిహ్నం | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | చిహ్నం | ||
| H | | H | ||
|- | |- | ||
! పేర్లు | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | పేర్లు | ||
| డ్యూటీరియం, హైడ్రోజన్-2 | | డ్యూటీరియం,<br />హైడ్రోజన్-2 | ||
|- | |- | ||
! ప్రోటాన్లు ( Z ) | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | ప్రోటాన్లు ( Z ) | ||
| 1 | | 1 | ||
|- | |- | ||
! న్యూట్రాన్లు ( N ) | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | న్యూట్రాన్లు ( N ) | ||
| 1 | | 1 | ||
|- | |- | ||
! colspan="2" | న్యూక్లైడ్ | ! colspan="2" style="background:#f5e9b8; text-align:center" | న్యూక్లైడ్ సమాచారం | ||
|- | |- | ||
! సహజ లభ్యత | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | సహజ లభ్యత | ||
| 0.0156% (భూమి) | | 0.0156% (భూమి) | ||
|- | |- | ||
! అర్ధ జీవిత కాలం ( t 1/2 ) | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | అర్ధ జీవిత కాలం ( t 1/2 ) | ||
| స్థిరమైనది | | స్థిరమైనది | ||
|- | |- | ||
! ఐసోటోప్ ద్రవ్యరాశి | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | ఐసోటోప్ ద్రవ్యరాశి | ||
| 2.0141017778 Da | | 2.0141017778 Da | ||
|- | |- | ||
! స్పిన్ | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | స్పిన్ | ||
| 1 | | 1 | ||
|- | |- | ||
! అదనపు శక్తి | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | అదనపు శక్తి | ||
| | | 13135.720±0.001 keV | ||
|- | |- | ||
! కేంద్రక బంధన శక్తి | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | కేంద్రక బంధన శక్తి | ||
| | | 2224.57±0.20 keV | ||
|- | |- | ||
! | ! style="text-align:left; font-weight:normal; width:40%" | హైడ్రోజన్ ఐసోటోపులు | ||
| న్యూక్లైడ్ల పూర్తి పట్టిక | |||
|} | |} | ||
'''డ్యూటీరియం''' ('''హైడ్రోజన్-2''', చిహ్నం '''<sup>2</sup>H''' లేదా '''D''', దీనిని '''భారీ హైడ్రోజన్''' అని కూడా పిలుస్తారు) అనేది [[హైడ్రోజన్]] యొక్క రెండు [[స్థిర | '''డ్యూటీరియం''' ('''హైడ్రోజన్-2''', చిహ్నం '''<sup>2</sup>H''' లేదా '''D''', దీనిని '''భారీ హైడ్రోజన్''' అని కూడా పిలుస్తారు) అనేది [[హైడ్రోజన్]] యొక్క రెండు [[స్థిర ఐసోటోపులు|స్థిర ఐసోటోపులలో]] ఒకటి; మరొకటి [[హైడ్రోజన్-1 (ప్రోటియం)|ప్రోటియం]], లేదా హైడ్రోజన్-1, <sup>1</sup>H. డ్యూటీరియం [[పరమాణు కేంద్రకం|కేంద్రకంలో]] ('''డ్యూటరాన్''') ఒక [[ప్రోటాన్]] మరియు ఒక [[న్యూట్రాన్]] ఉంటాయి, అయితే సాధారణంగా లభించే <sup>1</sup>H లో న్యూట్రాన్లు ఉండవు. | ||
''డ్యూటీరియం'' అనే పేరు గ్రీకు పదం ''[[Wikt:δεύτερος| | ''డ్యూటీరియం'' అనే పేరు గ్రీకు పదం ''[[Wikt:δεύτερος|డ్యూటెరోస్]]'' నుండి వచ్చింది, దీని అర్థం "రెండవది".<ref>(1933). "A Name and Symbol for H<sup>2</sup>". ''జర్నల్ ఆఫ్ కెమికల్ ఫిజిక్స్''. 1 (7) 512–513. doi:[https://doi.org/10.1063/1.1749326 10.1063/1.1749326].</ref><ref name="diplogen">(ఫిబ్రవరి 2012). "The deeds to deuterium". ''నేచర్ కెమిస్ట్రీ''. 4 (3) 236. doi:[https://doi.org/10.1038/nchem.1273 10.1038/nchem.1273].</ref> అమెరికన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త [[హెరాల్డ్ యూరే]] 1931లో డ్యూటీరియంను కనుగొన్నారు. యూరే మరియు ఇతరులు <sup>2</sup>H అధికంగా గాఢత కలిగిన [[భారీ నీరు]] నమూనాలను తయారు చేశారు. డ్యూటీరియం ఆవిష్కరణకు యూరేకు 1934లో [[రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి]] లభించింది. | ||
ప్రకృతిలో లభించే దాదాపు అన్ని | ప్రకృతిలో లభించే దాదాపు అన్ని డ్యూటీరియంలు 13.8 బిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం [[బిగ్ బ్యాంగ్]] సమయంలో [[బిగ్ బ్యాంగ్ కేంద్రక సంశ్లేషణ|సంశ్లేషణ]] చేయబడ్డాయి, ఇవి <sup>2</sup>H నుండి <sup>1</sup>H వరకు ప్రాథమిక నిష్పత్తిని (10<sup>6</sup> హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలకు ~26 డ్యూటీరియం కేంద్రకాలు) ఏర్పరిచాయి. డ్యూటీరియం తదనంతరం నెమ్మదిగా జరిగే నక్షత్ర [[ప్రోటాన్-ప్రోటాన్ గొలుసు]] చర్య ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది, కానీ ఉష్ణమోచక [[కేంద్రక సంలీనం|సంలీన చర్యల]] ద్వారా వేగంగా నాశనం చేయబడుతుంది. [[డ్యూటీరియం-డ్యూటీరియం సంలీనం|డ్యూటీరియం-డ్యూటీరియం చర్య]] రెండవ అతి తక్కువ [[లాసన్ ప్రమాణం|శక్తి పరిమితిని]] కలిగి ఉంటుంది మరియు ఇది ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రపరంగా అత్యంత అందుబాటులో ఉన్నది, ఇది [[నక్షత్రాలు]] మరియు [[గోధుమ రంగు మరుగుజ్జు నక్షత్రాలలో]] జరుగుతుంది. | ||
[[ | [[వాయు గ్రహాలు]] డ్యూటీరియం యొక్క ప్రాథమిక నిష్పత్తిని ప్రదర్శిస్తాయి. తోకచుక్కలు భూమి సముద్రాల మాదిరిగానే అధిక నిష్పత్తిని (10<sup>6</sup> హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలకు 156 డ్యూటీరియం కేంద్రకాలు) చూపుతాయి. భూమిపై ఉన్న సముద్రపు నీటిలో ఎక్కువ భాగం తోకచుక్కల నుండి వచ్చిందనే సిద్ధాంతాలను ఇది బలపరుస్తుంది.<ref name="nature2">(అక్టోబర్ 2011). "Ocean-like water in the Jupiter-family comet 103P/Hartley 2". ''నేచర్''. 478 (7368) 218–220. doi:[https://doi.org/10.1038/nature10519 10.1038/nature10519].</ref><ref name="Hersant">(2001). "A two-dimensional model for the primordial nebula constrained by D/H measurements in the Solar system: Implications for the formation of giant planets". ''ది ఆస్ట్రోఫిజికల్ జర్నల్''. 554 (1) 391–407. doi:[https://doi.org/10.1086/321355 10.1086/321355]. — సౌర వ్యవస్థలోని వివిధ ఖగోళ వస్తువులలో D/H నిష్పత్తుల సమీక్ష కోసం చిత్రం 7 చూడండి</ref> ''[[రోసెట్టా (అంతరిక్ష నౌక)|రోసెట్టా]]'' అంతరిక్ష పరిశోధన ద్వారా కొలవబడిన తోకచుక్క [[67P/చూరియుమోవ్-గెరాసిమెంకో]] యొక్క డ్యూటీరియం నిష్పత్తి, భూమి నీటి కంటే సుమారు మూడు రెట్లు ఎక్కువగా ఉంది. ఈ సంఖ్య ఒక తోకచుక్కలో ఇప్పటివరకు కొలవబడిన అత్యధిక విలువ, కాబట్టి డ్యూటీరియం నిష్పత్తులు ఖగోళ శాస్త్రం మరియు వాతావరణ శాస్త్రం రెండింటిలోనూ చురుకైన పరిశోధనా అంశంగా కొనసాగుతున్నాయి.<ref name="sciencemag.org">(జనవరి 2015). [https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01346024/file/D%3AH_CG_Science.pdf Cometary science. 67P/Churyumov–Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio]. ''[[సైన్స్ (జర్నల్)|సైన్స్]]''. 347 (6220). doi:[https://doi.org/10.1126/science.1261952 10.1126/science.1261952].</ref> | ||
డ్యూటీరియం చాలా [[అణు ఆయుధాలలో]], అనేక [[సంలీన శక్తి]] ప్రయోగాలలో మరియు ప్రాథమికంగా [[ప్రెషరైజ్డ్ హెవీ-వాటర్ రియాక్టర్|భారీ నీటి అణు రియాక్టర్లలో]] అత్యంత ప్రభావవంతమైన [[న్యూట్రాన్ మోడరేటర్]]గా ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది [[ఐసోటోపిక్ లేబుల్]]గా, [[హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ బయోజియోకెమిస్ట్రీ]], [[డ్యూటీరియం NMR|NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ]] మరియు [[డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్స్]]లో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. | |||
== సాధారణ హైడ్రోజన్ (ప్రోటియం) నుండి వ్యత్యాసాలు == | == సాధారణ హైడ్రోజన్ (ప్రోటియం) నుండి వ్యత్యాసాలు == | ||
=== రసాయన చిహ్నం === | === రసాయన చిహ్నం === | ||
డ్యూటీరియం తరచుగా [[రసాయన చిహ్నం]] D ద్వారా సూచించబడుతుంది. ఇది [[ద్రవ్యరాశి సంఖ్య]] 2 కలిగిన [[హైడ్రోజన్]] యొక్క ఐసోటోపు కాబట్టి, ఇది <sup>2</sup>H ద్వారా కూడా సూచించబడుతుంది. [[ఇంటర్నేషనల్ యూనియన్ ఆఫ్ ప్యూర్ అండ్ అప్లైడ్ కెమిస్ట్రీ|IUPAC]] D మరియు <sup>2</sup>H రెండింటినీ అనుమతిస్తుంది, అయితే <sup>2</sup>H కి ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది.<ref>[http://www.iupac.org/reports/provisional/abstract04/connelly_310804.html Provisional Recommendations]. ''Nomenclature of Inorganic Chemistry''.</ref> వివిధ శాస్త్రీయ ప్రక్రియలలో ఈ ఐసోటోప్ యొక్క సాధారణ ఉపయోగం కారణంగా సౌలభ్యం కోసం ఒక ప్రత్యేక రసాయన చిహ్నం ఉపయోగించబడుతుంది. అలాగే, [[ప్రోటియం]] (<sup>1</sup>H) తో దీని పెద్ద ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం <sup>1</sup>H 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 1.007825 Da యొక్క ప్రోటియం ద్రవ్యరాశి కంటే రెండు రెట్లు ఉంటుంది. ఇతర మూలకాలలోని ఐసోటోప్ బరువు నిష్పత్తులు ఈ విషయంలో చాలా వరకు తక్కువ ప్రాముఖ్యత కలిగి ఉంటాయి. | |||
=== స్పెక్ట్రోస్కోపీ === | === స్పెక్ట్రోస్కోపీ === | ||
[[క్వాంటం మెకానిక్స్]]లో, పరమాణువులలోని ఎలక్ట్రాన్ల శక్తి స్థాయిలు ఎలక్ట్రాన్ మరియు కేంద్రకం | [[క్వాంటం మెకానిక్స్]]లో, పరమాణువులలోని ఎలక్ట్రాన్ల శక్తి స్థాయిలు ఎలక్ట్రాన్ మరియు కేంద్రకం వ్యవస్థ యొక్క [[తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి]]పై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఒక [[హైడ్రోజన్ పరమాణువు]] కోసం, తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి పాత్ర పరమాణువు యొక్క [[బోర్ మోడల్]]లో సరళంగా కనిపిస్తుంది, ఇక్కడ తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి [[రిడ్బర్గ్ స్థిరాంకం]] మరియు రిడ్బర్గ్ సమీకరణం యొక్క సాధారణ గణనలో కనిపిస్తుంది, కానీ తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి [[ష్రోడింగర్ సమీకరణం]] మరియు పరమాణు శక్తి స్థాయిలను లెక్కించడానికి [[డిరాక్ సమీకరణం]]లో కూడా కనిపిస్తుంది. | ||
ఈ సమీకరణాలలో వ్యవస్థ యొక్క | ఈ సమీకరణాలలో వ్యవస్థ యొక్క తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి ఒకే ఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యరాశికి దగ్గరగా ఉంటుంది, కానీ ఎలక్ట్రాన్ నుండి కేంద్రకానికి ఉన్న ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తికి సమానమైన చిన్న మొత్తంతో మారుతుంది. <sup>1</sup>H కోసం, ఈ మొత్తం సుమారు 1837/1836, లేదా 1.000545, మరియు <sup>2</sup>H కోసం ఇది ఇంకా చిన్నది: 3671/3670, లేదా 1.000272. అందువల్ల <sup>2</sup>H మరియు <sup>1</sup>H 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 వేగం]]లో 0.0272%, లేదా 81.6 కిమీ/సె యొక్క నీలిరంగు డాప్లర్ షిఫ్ట్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది.<ref>(7 ఫిబ్రవరి 2000). "Detection of deuterium Balmer lines in the Orion Nebula". ''ఆస్ట్రానమీ అండ్ ఆస్ట్రోఫిజిక్స్''. 354 L79.</ref> | ||
[[ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ]] మరియు [[రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ]] వంటి వైబ్రేషనల్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో | [[ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ]] మరియు [[రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ]] వంటి వైబ్రేషనల్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో<ref>[http://www1.lsbu.ac.uk/water/vibrat.html Water absorption spectrum]. ''[[లండన్ సౌత్ బ్యాంక్ యూనివర్సిటీ]] (lsbu.ac.uk)''.</ref> మరియు [[మైక్రోవేవ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ]] వంటి రొటేషనల్ స్పెక్ట్రాలో ఈ వ్యత్యాసాలు చాలా స్పష్టంగా కనిపిస్తాయి, ఎందుకంటే డ్యూటీరియం యొక్క [[తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి]] ప్రోటియం కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది. [[న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ]]లో, డ్యూటీరియం చాలా భిన్నమైన [[న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్|NMR]] ఫ్రీక్వెన్సీని కలిగి ఉంటుంది (ఉదాహరణకు ప్రోటియం 400 MHz వద్ద ఉన్నప్పుడు 61 MHz) మరియు ఇది చాలా తక్కువ సున్నితత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది. డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావకాలు సాధారణంగా ప్రోటియం NMRలో ఉపయోగించబడతాయి, తద్వారా ద్రావకం సిగ్నల్‌తో అతివ్యాప్తి చెందకుండా నిరోధించబడుతుంది, అయితే [[డ్యూటీరియం NMR]] కూడా సాధ్యమే. | ||
=== బిగ్ బ్యాంగ్ | === బిగ్ బ్యాంగ్ కేంద్రక సంశ్లేషణ === | ||
''ప్రధాన వ్యాసం: బిగ్ బ్యాంగ్ | ''ప్రధాన వ్యాసం: బిగ్ బ్యాంగ్ కేంద్రక సంశ్లేషణ'' | ||
విశ్వం ఏర్పడే సమయంలో జరిగిన సంశ్లేషణ మాత్రమే సహజంగా లభించే డ్యూటీరియం సృష్టించబడిన ఏకైక ముఖ్యమైన మార్గం; ఇది [[నక్షత్ర | విశ్వం ఏర్పడే సమయంలో జరిగిన సంశ్లేషణ మాత్రమే సహజంగా లభించే డ్యూటీరియం సృష్టించబడిన ఏకైక ముఖ్యమైన మార్గం; ఇది [[నక్షత్ర సంలీనంలో]] నాశనం చేయబడుతుంది. [[బిగ్ బ్యాంగ్]]లో ఏర్పడిన మూలకాల సంఖ్య మరియు నిష్పత్తులను నిర్ణయించడంలో డ్యూటీరియం ముఖ్యమైన పాత్ర పోషించిందని భావిస్తున్నారు.<ref>(2022-08-08). [https://academic.oup.com/ptep/article/doi/10.1093/ptep/ptac097/6651666 Review of Particle Physics]. ''ప్రోగ్రెస్ ఆఫ్ థియరెటికల్ అండ్ ఎక్స్‌పెరిమెంటల్ ఫిజిక్స్''. 2022 (8). doi:[https://doi.org/10.1093/ptep/ptac097 10.1093/ptep/ptac097].</ref> [[థర్మోడైనమిక్స్]] మరియు విశ్వ విస్తరణ వల్ల కలిగే మార్పులను కలిపి, [[పరమాణు కేంద్రకాలు|కేంద్రకాల]] ఏర్పాటుకు అనుమతించేంతగా విశ్వం చల్లబడిన సమయంలో ఉష్ణోగ్రత ఆధారంగా [[ప్రోటాన్లు]] మరియు [[న్యూట్రాన్ల]] భిన్నాన్ని లెక్కించవచ్చు. ఈ గణన కేంద్రక సంశ్లేషణ ప్రారంభంలో ప్రతి న్యూట్రాన్‌కు ఏడు ప్రోటాన్లు ఉన్నాయని సూచిస్తుంది, ఈ నిష్పత్తి కేంద్రక సంశ్లేషణ 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-4]]ని ఏర్పరచడానికి బలమైన శక్తివంతమైన కారణాన్ని కలిగి ఉన్నాయి. అయితే, హీలియం-4ని ఏర్పరచడానికి డ్యూటీరియంను ఏర్పరచడం అనే మధ్యంతర దశ అవసరం. | ||
బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత కొన్ని నిమిషాల | బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత కేంద్రక సంశ్లేషణ జరగగలిగే కొన్ని నిమిషాల కాలంలో, ఉష్ణోగ్రత చాలా ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల 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 [[keV]]కి సమానమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద) ఈ బాటిల్‌నెక్ హీలియం-4 ఏర్పడటాన్ని ఆలస్యం చేసింది. ఈ సమయంలో, మూలకాల ఏర్పాటులో అకస్మాత్తుగా ఒక విస్ఫోటనం జరిగింది (మొదట డ్యూటీరియం, ఇది వెంటనే హీలియంగా సంలీనం చెందింది). అయితే, ఆ తర్వాత చాలా త్వరగా, బిగ్ బ్యాంగ్ జరిగిన ఇరవై నిమిషాల తర్వాత, విశ్వం మరింత [[కేంద్రక సంలీనం]] లేదా కేంద్రక సంశ్లేషణ జరగడానికి చాలా చల్లగా మారింది. ఈ సమయంలో, మూలకాల సమృద్ధి దాదాపు స్థిరంగా ఉంది, బిగ్ బ్యాంగ్ కేంద్రక సంశ్లేషణ యొక్క కొన్ని [[రేడియోధార్మిక]] ఉత్పత్తులు (ఉదాహరణకు [[ట్రిటియం]]) క్షీణించినప్పుడు మాత్రమే మారాయి.<ref>వీస్, అచిమ్. [http://www.einstein-online.info/en/spotlights/BBN_phys/index.html Equilibrium and change: The physics behind Big Bang nucleosynthesis]. ''ఐన్‌స్టీన్ ఆన్‌లైన్''.</ref> 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 ఏర్పడ్డాయి. అందువల్ల ఈ మూలకాలు నక్షత్రాలలో ఏర్పడవలసి వచ్చింది. అదే సమయంలో, బిగ్ బ్యాంగ్ సమయంలో కేంద్రక సంశ్లేషణ తక్కువగా జరగడం వల్ల, సూర్యుని వంటి దీర్ఘకాలం జీవించే నక్షత్రాలను ఏర్పరచడానికి తర్వాతి విశ్వంలో పుష్కలంగా హైడ్రోజన్ అందుబాటులో ఉండేలా చూసింది. | ||
=== సమృద్ధి === | === సమృద్ధి === | ||
డ్యూటీరియం సహజంగా డ్యూటీరియం [[ | డ్యూటీరియం సహజంగా డ్యూటీరియం [[వాయువు]] (<sup>2</sup>H<sub>2</sub> లేదా D<sub>2</sub>) రూపంలో తక్కువ మొత్తంలో లభిస్తుంది, కానీ [[విశ్వంలో]] ఉన్న చాలా డ్యూటీరియం <sup>1</sup>Hతో బంధించబడి [[హైడ్రోజన్ డ్యూటెరైడ్]] (HD లేదా <sup>1</sup>H<sup>2</sup>H) అనే వాయువును ఏర్పరుస్తుంది.<ref>IUPAC కమిషన్ ఆన్ నామెన్‌క్లేచర్ ఆఫ్ ఇనార్గానిక్ కెమిస్ట్రీ. (2001). [http://www.iupac.org/publications/pac/2001/pdf/7302x0377.pdf Names for muonium and hydrogen atoms and their ions]. ''[[ప్యూర్ అండ్ అప్లైడ్ కెమిస్ట్రీ]]''. 73 (2) 377–380. doi:[https://doi.org/10.1351/pac200173020377 10.1351/pac200173020377].</ref> అదేవిధంగా, సహజ నీటిలో డ్యూటెరేటెడ్ అణువులు ఉంటాయి, దాదాపు అన్నీ [[సెమీహెవీ వాటర్]] HDO రూపంలో కేవలం ఒక డ్యూటీరియంతో ఉంటాయి. | ||
భూమిపై, [[సౌర | భూమిపై, [[సౌర వ్యవస్థలో]] ఇతర చోట్ల (గ్రహ పరిశోధనల ద్వారా నిర్ధారించబడినట్లు) మరియు [[నక్షత్రాల]] స్పెక్ట్రాలో డ్యూటీరియం ఉనికి [[కాస్మోలజీ|కాస్మోలజీ]]లో ఒక ముఖ్యమైన డేటా. సాధారణ కేంద్రక సంలీనం నుండి వచ్చే గామా వికిరణం డ్యూటీరియంను ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లుగా విడగొడుతుంది, మరియు [[బిగ్ బ్యాంగ్ కేంద్రక సంశ్లేషణ]] తప్ప డ్యూటీరియంను దాని సహజ సమృద్ధికి దగ్గరగా ఉత్పత్తి చేయగల సహజ ప్రక్రియ ఏదీ తెలియదు. డ్యూటీరియం అరుదైన [[క్లస్టర్ క్షయం]] మరియు తేలికపాటి హైడ్రోజన్ ద్వారా సహజంగా లభించే న్యూట్రాన్ల అప్పుడప్పుడు శోషణ ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది, కానీ ఇవి చాలా తక్కువ వనరులు. సూర్యుడు మరియు ఇతర నక్షత్రాల అంతర్భాగంలో డ్యూటీరియం తక్కువగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు, ఎందుకంటే ఈ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద డ్యూటీరియంను వినియోగించే [[కేంద్రక సంలీన చర్యలు]] డ్యూటీరియంను సృష్టించే [[ప్రోటాన్-ప్రోటాన్ చర్య]] కంటే చాలా వేగంగా జరుగుతాయి. అయితే, డ్యూటీరియం బాహ్య సౌర వాతావరణంలో బృహస్పతిలో ఉన్నట్లుగానే సుమారు అదే గాఢతలో ఉంటుంది, మరియు సౌర వ్యవస్థ ఆవిర్భావం నుండి ఇది బహుశా మారలేదు. <sup>2</sup>H యొక్క సహజ సమృద్ధి హైడ్రోజన్ ఎక్కడ దొరికినా హైడ్రోజన్‌లో చాలా సారూప్యమైన భిన్నంగా కనిపిస్తుంది, దానిని గాఢత చేసే స్పష్టమైన ప్రక్రియలు లేకపోతే. | ||
అన్ని హైడ్రోజన్‌లో తక్కువ కానీ స్థిరమైన ప్రాథమిక భిన్నంలో డ్యూటీరియం ఉనికి విశ్వం యొక్క [[స్టెడీ స్టేట్ థియరీ]] కంటే [[బిగ్ బ్యాంగ్]]కు అనుకూలంగా ఉన్న వాదనలలో | అన్ని హైడ్రోజన్‌లో తక్కువ కానీ స్థిరమైన ప్రాథమిక భిన్నంలో డ్యూటీరియం ఉనికి విశ్వం యొక్క [[స్టెడీ స్టేట్ థియరీ]] కంటే [[బిగ్ బ్యాంగ్]]కు అనుకూలంగా ఉన్న వాదనలలో ఒకటి. విశ్వంలో హైడ్రోజన్ నుండి హీలియం నుండి డ్యూటీరియం వరకు గమనించిన నిష్పత్తులను బిగ్ బ్యాంగ్ మోడల్ లేకుండా వివరించడం కష్టం. సుమారు 13.8 బిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం వాటి ఉత్పత్తి నుండి డ్యూటీరియం సమృద్ధి గణనీయంగా మారలేదని అంచనా వేయబడింది.<ref>(2 ఏప్రిల్ 2013). [http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Cosmic_detectives Cosmic Detectives]. ది యూరోపియన్ స్పేస్ ఏజెన్సీ (ESA).</ref> అతినీలలోహిత స్పెక్ట్రల్ విశ్లేషణ నుండి [[పాలపుంత]] గెలాక్సీ డ్యూటీరియం కొలతలు అశాంతంగా ఉన్న వాయు 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 బహుశా గెలాక్సీ వెలుపల నుండి ప్రాథమిక హైడ్రోజన్ పెద్ద మొత్తంలో రావడం వల్ల డ్యూటీరియం తిరిగి నింపబడిందని దీనిని అర్థం చేసుకోవచ్చు.<ref>[http://www.nasa.gov/vision/universe/starsgalaxies/fuse_stars.html FUSE Satellite solves the case of the missing deuterium]. [[NASA]].</ref> సూర్యుని నుండి కొన్ని వందల కాంతి సంవత్సరాల దూరంలో ఉన్న అంతరిక్షంలో, డ్యూటీరియం సమృద్ధి మిలియన్కు 15 పరమాణువులు మాత్రమే, కానీ ఈ విలువ అంతరిక్షంలో కార్బన్ ధూళి కణాలపై డ్యూటీరియం యొక్క అవకలన శోషణ ద్వారా ప్రభావితమై ఉండవచ్చు.<ref>[http://fuse.pha.jhu.edu/wpb/sci_d2h_solved.html Graph of deuterium with distance in our galactic neighborhood]. [[జాన్స్ హాప్కిన్స్ యూనివర్సిటీ]]. | ||
: | : ఇది కూడా చూడండి | ||
(2006). "What is the Total Deuterium Abundance in the Local Galactic Disk?". ''ది ఆస్ట్రోఫిజికల్ జర్నల్''. 647 (2) 1106–1124. doi:[https://doi.org/10.1086/505556 10.1086/505556].</ref> | (2006). "What is the Total Deuterium Abundance in the Local Galactic Disk?". ''ది ఆస్ట్రోఫిజికల్ జర్నల్''. 647 (2) 1106–1124. doi:[https://doi.org/10.1086/505556 10.1086/505556].</ref> | ||
[[బృహస్పతి]] వాతావరణంలో డ్యూటీరియం సమృద్ధిని [[గెలీలియో | [[బృహస్పతి]] వాతావరణంలో డ్యూటీరియం సమృద్ధిని [[గెలీలియో అంతరిక్ష పరిశోధన|''గెలీలియో'' అంతరిక్ష పరిశోధన]] ద్వారా మిలియన్ హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు 26 డ్యూటీరియం పరమాణువులుగా నేరుగా కొలవబడింది. ISO-SWS పరిశీలనలు బృహస్పతిలో మిలియన్ హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు 22 డ్యూటీరియం పరమాణువులను కనుగొన్నాయి,<ref>(2001). [http://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2001/17/aa10609.pdf The deuterium abundance in Jupiter and Saturn from ISO-SWS observations]. ''[[ఆస్ట్రానమీ & ఆస్ట్రోఫిజిక్స్]]''. 670 (2) 610–622. doi:[https://doi.org/10.1051/0004-6361:20010259 10.1051/0004-6361:20010259].</ref> మరియు ఈ సమృద్ధి ప్రాథమిక సౌర వ్యవస్థ నిష్పత్తికి దగ్గరగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు.<ref name="Hersant" /> 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, | [[కామెట్ హేల్-బాప్]] మరియు [[హాలీ తోకచుక్క]] వంటి తోకచుక్కలు ఎక్కువ డ్యూటీరియంను (మిలియన్ హైడ్రోజన్లకు సుమారు 200 పరమాణువులు) కలిగి ఉన్నట్లు కొలవబడ్డాయి, ఈ నిష్పత్తులు వేడి కారణంగా ప్రోటోసోలార్ నెబ్యులా నిష్పత్తి కంటే ఎక్కువగా ఉన్నాయి, మరియు ఇవి భూమి సముద్రపు నీటిలో కనిపించే నిష్పత్తులను పోలి ఉంటాయి. తోకచుక్క [[103P/హార్ట్లీ]] (ఒక మాజీ [[కైపర్ బెల్ట్]] వస్తువు)లో మిలియన్ హైడ్రోజన్లకు 161 డ్యూటీరియం పరమాణువుల ఇటీవలి కొలత, భూమి సముద్రాలలో ఉన్న నిష్పత్తికి దాదాపు సమానంగా ఉంది (155.76 ± 0.1, కానీ వాస్తవానికి 153 నుండి 156 ppm), భూమి ఉపరితల నీరు ఎక్కువగా తోకచుక్కల నుండి వచ్చి ఉండవచ్చనే సిద్ధాంతాన్ని నొక్కి చెబుతుంది.<ref name="nature2"/><ref name="Hersant"/> ఇటీవల ''రోసెట్టా'' ద్వారా కొలవబడిన [[67P/చూరియుమోవ్-గెరాసిమెంకో]] యొక్క <sup>2</sup>H<sup>1</sup>HR భూమి నీటి కంటే సుమారు మూడు రెట్లు ఎక్కువగా ఉంది.<ref name="sciencemag.org"/> భూమిపై ఉన్న నీరు పాక్షికంగా గ్రహశకలాల మూలం కావచ్చు అనే సూచనలపై ఇది కొత్త ఆసక్తిని కలిగించింది. | ||
డ్యూటీరియం ఇతర భూసంబంధిత గ్రహాలలో, ముఖ్యంగా అంగారకుడు మరియు | డ్యూటీరియం ఇతర భూసంబంధిత గ్రహాలలో, ముఖ్యంగా అంగారకుడు మరియు శుక్రునిపై సగటు సౌర సమృద్ధి కంటే ఎక్కువగా కేంద్రీకృతమై ఉన్నట్లు గమనించబడింది.<ref>హంటెన్, డొనాల్డ్ M.. (1993). "Atmospheric evolution of the terrestrial planets". ''[[సైన్స్ (జర్నల్)|సైన్స్]]''. 259 (5097) 915–920. doi:[https://doi.org/10.1126/science.259.5097.915 10.1126/science.259.5097.915].</ref> | ||
=== ఉత్పత్తి === | === ఉత్పత్తి === | ||
''ప్రధాన వ్యాసం: భారీ నీరు#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 | 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 చేస్తారు.<ref>[https://energyeducation.ca/encyclopedia/Heavy_water Heavy water – Energy Education]. ''energyeducation.ca''.</ref> | ||
సిద్ధాంతపరంగా, భారీ నీటి కోసం డ్యూటీరియంను అణు రియాక్టర్‌లో సృష్టించవచ్చు, కానీ సాధారణ నీటి నుండి వేరు చేయడం అత్యంత చౌకైన | సిద్ధాంతపరంగా, భారీ నీటి కోసం డ్యూటీరియంను అణు రియాక్టర్‌లో సృష్టించవచ్చు, కానీ సాధారణ నీటి నుండి వేరు చేయడం అత్యంత చౌకైన భారీ ఉత్పత్తి ప్రక్రియ. | ||
1997లో చివరి భారీ నీటి ప్లాంట్ మూసివేయబడే వరకు [[అటామిక్ ఎనర్జీ ఆఫ్ కెనడా లిమిటెడ్]] డ్యూటీరియం యొక్క ప్రపంచంలోని ప్రముఖ సరఫరాదారుగా ఉంది. కెనడా [[CANDU రియాక్టర్]] డిజైన్ | 1997లో చివరి భారీ నీటి ప్లాంట్ మూసివేయబడే వరకు [[అటామిక్ ఎనర్జీ ఆఫ్ కెనడా లిమిటెడ్]] డ్యూటీరియం యొక్క ప్రపంచంలోని ప్రముఖ సరఫరాదారుగా ఉంది. కెనడా [[CANDU రియాక్టర్]] డిజైన్ నిర్వహణ కోసం [[న్యూట్రాన్ మోడరేటర్]]గా భారీ నీటిని ఉపయోగిస్తుంది. | ||
భారీ నీటిని ఉత్పత్తి చేసే | భారీ నీటిని ఉత్పత్తి చేసే మరో 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 | భారతదేశం తన సొంత అవసరాలకు భారీ నీటి విషయంలో స్వయం సమృద్ధిని కలిగి ఉండటమే కాకుండా, రియాక్టర్-గ్రేడ్ భారీ నీటిని ఎగుమతి కూడా చేస్తుంది. | ||
== లక్షణాలు == | == లక్షణాలు == | ||
| Line 101: | Line 102: | ||
ఫార్ములా: D2 లేదా 2 | ఫార్ములా: D2 లేదా 2 | ||
* సాంద్రత: [[ | * సాంద్రత: [[STP]] వద్ద 0.180 కిగ్రా/మీ<sup>3</sup> (0 °C, 101325 Pa). | ||
* పరమాణు భారం: 2.0141017926 Da. | * పరమాణు భారం: 2.0141017926 Da. | ||
* సముద్రపు నీటిలో సగటు సమృద్ధి ([[వియన్నా స్టాండర్డ్ మీన్ ఓషన్ వాటర్|VSMOW]] నుండి) హైడ్రోజన్ | * సముద్రపు నీటిలో సగటు సమృద్ధి ( [[వియన్నా స్టాండర్డ్ మీన్ ఓషన్ వాటర్|VSMOW]] నుండి) మిలియన్ హైడ్రోజన్ ఐసోటోపుల పరమాణువులకు 155.76 ± 0.1 డ్యూటీరియం పరమాణువులు (సుమారు 6420లో 1 పరమాణువు); అంటే, హైడ్రోజన్ (ఏ ఐసోటోపైనా) యొక్క మొత్తం పరమాణువులలో సుమారు 0.015%. | ||
<sup>2</sup>H<sub>2</sub> ([[ట్రిపుల్ పాయింట్]]) కోసం సుమారు 18 K వద్ద డేటా: | <sup>2</sup>H<sub>2</sub> ([[ట్రిపుల్ పాయింట్]]) కోసం సుమారు 18 K వద్ద డేటా: | ||
* సాంద్రత: | * సాంద్రత: | ||
** ద్రవం: 162.4 | ** ద్రవం: 162.4 కిగ్రా/మీ<sup>3</sup> | ||
** వాయువు: 0.452 | ** వాయువు: 0.452 కిగ్రా/మీ<sup>3</sup> | ||
** ద్రవీకరించబడిన <sup>2</sup>H<sub>2</sub>O: [[ | ** ద్రవీకరించబడిన <sup>2</sup>H<sub>2</sub>O: [[STP]] వద్ద 1105.2 కిగ్రా/మీ<sup>3</sup> | ||
* స్నిగ్ధత: 300 K వద్ద 12.6 [[పాస్కల్ సెకండ్|μPa·s]] (వాయు దశ) | * స్నిగ్ధత: 300 K వద్ద 12.6 [[పాస్కల్ సెకండ్|μPa·s]] (వాయు దశ) | ||
* స్థిర పీడనం వద్ద | * స్థిర పీడనం వద్ద విశిష్ట ఉష్ణ సామర్థ్యం ''c<sub>p</sub>'': | ||
** ఘనపదార్థం: 2950 J/( | ** ఘనపదార్థం: 2950 J/(కిగ్రా·K) | ||
** వాయువు: 5200 J/( | ** వాయువు: 5200 J/(కిగ్రా·K) | ||
=== భౌతిక లక్షణాలు === | === భౌతిక లక్షణాలు === | ||
భూమిపై దాని సహజ కూర్పులో హైడ్రోజన్‌తో పోలిస్తే, స్వచ్ఛమైన డ్యూటీరియం (<sup>2</sup>H<sub>2</sub>) అధిక [[ద్రవీభవన స్థానం]] (18.72 K vs. 13.99 K), అధిక [[ | భూమిపై దాని సహజ కూర్పులో హైడ్రోజన్‌తో పోలిస్తే, స్వచ్ఛమైన డ్యూటీరియం (<sup>2</sup>H<sub>2</sub>) అధిక [[ద్రవీభవన స్థానం]] (18.72 K vs. 13.99 K), అధిక [[బాష్పీభవన స్థానం]] (23.64 vs. 20.27 K), అధిక [[క్రిటికల్ పాయింట్ (థర్మోడైనమిక్స్)|క్రిటికల్ ఉష్ణోగ్రత]] (38.3 vs. 32.94 K) మరియు అధిక క్రిటికల్ పీడనం (1.6496 vs. 1.2858 MPa) కలిగి ఉంటుంది.<ref>[https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/deuterium Deuterium, <sup>2</sup>H]. ''PubChem''.</ref> | ||
డ్యూటీరియం సమ్మేళనాల భౌతిక లక్షణాలు ప్రోటియం అనలాగ్‌ల నుండి గణనీయమైన [[కైనెటిక్ ఐసోటోప్ ఎఫెక్ట్]]లను మరియు ఇతర భౌతిక మరియు రసాయన | డ్యూటీరియం సమ్మేళనాల భౌతిక లక్షణాలు ప్రోటియం అనలాగ్‌ల నుండి గణనీయమైన [[కైనెటిక్ ఐసోటోప్ ఎఫెక్ట్]]లను మరియు ఇతర భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాల వ్యత్యాసాలను ప్రదర్శించగలవు. ఉదాహరణకు, <sup>2</sup>H<sub>2</sub>O సాధారణ కంటే ఎక్కువ [[స్నిగ్ధత]] కలిగి ఉంటుంది. ప్రోటియంతో పోలిస్తే భారీ హైడ్రోజన్ ఐసోటోపుల సమ్మేళనాల కోసం బంధ శక్తి మరియు పొడవులో వ్యత్యాసాలు ఉన్నాయి, ఇవి ఏ ఇతర మూలకంలోని ఐసోటోపిక్ వ్యత్యాసాల కంటే పెద్దవి. డ్యూటీరియం మరియు [[ట్రిటియం]] కలిగి ఉన్న బంధాలు ప్రోటియంలోని సంబంధిత బంధాల కంటే కొంత బలంగా ఉంటాయి, మరియు ఈ వ్యత్యాసాలు జీవక్రియలలో గణనీయమైన మార్పులను కలిగించడానికి సరిపోతాయి. <sup>2</sup>Hని <sup>1</sup>H కంటే కార్బన్ నుండి తొలగించడం కష్టమని ఫార్మాస్యూటికల్ సంస్థలు ఆసక్తి చూపుతున్నాయి.<ref>హాల్‌ఫోర్డ్, బెథానీ. (4 జూలై 2016). "The deuterium switcheroo". ''[[కెమికల్ & ఇంజనీరింగ్ న్యూస్]]''. 94 (27) 32–36. doi:[https://doi.org/10.1021/cen-09427-cover 10.1021/cen-09427-cover].</ref> | ||
డ్యూటీరియం నీటి | డ్యూటీరియం నీటి అణువులలోని <sup>1</sup>Hని భర్తీ చేసి భారీ నీటిని (<sup>2</sup>H<sub>2</sub>O) ఏర్పరుస్తుంది, ఇది సాధారణ నీటి కంటే సుమారు 10.6% సాంద్రత కలిగి ఉంటుంది (కాబట్టి దానితో చేసిన 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.<ref>(ఫిబ్రవరి 1999). "Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds". ''కెనడియన్ జర్నల్ ఆఫ్ ఫిజియాలజీ అండ్ ఫార్మకాలజీ''. 77 (2) 79–88. doi:[https://doi.org/10.1139/cjpp-77-2-79 10.1139/cjpp-77-2-79].</ref> ఈ విషపూరితం ఉన్నప్పటికీ, సాధారణ పరిస్థితులలో భారీ నీటి వినియోగం మానవులకు [[భారీ నీరు#మానవులలో విషపూరితం|ఆరోగ్య ముప్పును]] కలిగించదు. 70 kg బరువున్న వ్యక్తి తీవ్రమైన పరిణామాలు లేకుండా 4.8 L భారీ నీటిని తాగవచ్చని అంచనా వేయబడింది.<ref>(2003). [https://books.google.com/books?id=nQh7iGX1geIC&pg=PA111 Elements and isotopes: formation, transformation, distribution]. 111–112. క్లూవర్. ISBN 978-1-4020-1314-0.</ref> భారీ నీటి చిన్న మోతాదులు (మానవులలో కొన్ని గ్రాములు, శరీరంలో సాధారణంగా ఉండే డ్యూటీరియం మొత్తానికి సమానమైన డ్యూటీరియంను కలిగి ఉంటాయి) మానవులు మరియు జంతువులలో హానిచేయని మెటబాలిక్ ట్రేసర్లుగా క్రమం తప్పకుండా ఉపయోగించబడతాయి. | ||
=== క్వాంటం లక్షణాలు === | === క్వాంటం లక్షణాలు === | ||
డ్యూటరాన్ [[క్వాంటం స్పిన్|స్పిన్]] +1 ("[[ట్రిప్లెట్ స్టేట్]]") కలిగి ఉంటుంది మరియు అందువల్ల ఇది ఒక [[బోసాన్]]. డ్యూటీరియం యొక్క [[న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్|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 స్పెక్ట్రోమెట్రీ]]ని ఉపయోగించి కూడా వేరు చేయవచ్చు. | డ్యూటరాన్ [[క్వాంటం స్పిన్|స్పిన్]] +1 ("[[ట్రిప్లెట్ స్టేట్]]") కలిగి ఉంటుంది మరియు అందువల్ల ఇది ఒక [[బోసాన్]]. డ్యూటీరియం యొక్క [[న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్|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 స్పెక్ట్రోమెట్రీ]]ని ఉపయోగించి కూడా వేరు చేయవచ్చు. | ||
ట్రిప్లెట్ డ్యూటరాన్ న్యూక్లియాన్ 1=''E''<sub>B</sub> = 2.23 MeV వద్ద | ట్రిప్లెట్ డ్యూటరాన్ న్యూక్లియాన్ 1=''E''<sub>B</sub> = 2.23 MeV వద్ద అతి తక్కువగా బంధించబడింది, మరియు అధిక శక్తి స్థాయిలు ఏవీ బంధించబడలేదు. సింగిల్ డ్యూటరాన్ అనేది 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 క్షణికంగా ఉంటుంది, ఇది ప్రోటాన్ యొక్క అసాధారణంగా పెద్ద న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్ క్రాస్-సెక్షన్‌కు కారణమవుతుంది.<ref>(శరదృతువు 2004). [http://mightylib.mit.edu/Course%20Materials/22.101/Fall%202004/Notes/Part3.pdf Neutron–proton scattering]. ''mightylib.mit.edu''.</ref> | ||
=== | === కేంద్రక లక్షణాలు (డ్యూటరాన్) === | ||
==== డ్యూటరాన్ ద్రవ్యరాశి మరియు వ్యాసార్థం ==== | ==== డ్యూటరాన్ ద్రవ్యరాశి మరియు వ్యాసార్థం ==== | ||
| Line 135: | Line 136: | ||
డ్యూటరాన్ యొక్క [[ఛార్జ్ రేడియస్]] rd | డ్యూటరాన్ యొక్క [[ఛార్జ్ రేడియస్]] rd | ||
[[ప్రోటాన్#ఛార్జ్ రేడియస్|ప్రోటాన్ వ్యాసార్థం]] వలె, [[ | [[ప్రోటాన్#ఛార్జ్ రేడియస్|ప్రోటాన్ వ్యాసార్థం]] వలె, [[మ్యూయాన్|మ్యూయోనిక్]] డ్యూటీరియంను ఉపయోగించి చేసే కొలతలు చిన్న ఫలితాన్ని ఇస్తాయి: 2.12562 ± (78) fm.<ref>(ఆగస్టు 2016). "Laser spectroscopy of muonic deuterium". ''[[సైన్స్ (జర్నల్)|సైన్స్]]''. 353 (6300) 669–673. doi:[https://doi.org/10.1126/science.aaf2468 10.1126/science.aaf2468].</ref> | ||
''ఇవి కూడా చూడండి: ప్రోటాన్ | ''ఇవి కూడా చూడండి: ప్రోటాన్ వ్యాసార్థం పజిల్'' | ||
==== స్పిన్ మరియు శక్తి ==== | ==== స్పిన్ మరియు శక్తి ==== | ||
డ్యూటీరియం | డ్యూటీరియం బేసి సంఖ్యలో ప్రోటాన్లు మరియు బేసి సంఖ్యలో న్యూట్రాన్లు కలిగిన ఐదు స్థిరమైన [[న్యూక్లైడ్లలో]] ఒకటి. (<sup>2</sup>H, [[లిథియం ఐసోటోపులు|<sup>6</sup>Li]], [[బోరాన్ ఐసోటోపులు|<sup>10</sup>B]], [[నైట్రోజన్ ఐసోటోపులు|<sup>14</sup>N]], [[టాంటాలమ్ ఐసోటోపులు|<sup>180m</sup>Ta]]; దీర్ఘకాలం జీవించే రేడియోన్యూక్లైడ్లు [[పొటాషియం-40|<sup>40</sup>K]], [[వనాడియం ఐసోటోపులు|<sup>50</sup>V]], [[లాంతనం ఐసోటోపులు|<sup>138</sup>La]], [[లుటీషియం ఐసోటోపులు|<sup>176</sup>Lu]] కూడా సహజంగా సంభవిస్తాయి.) చాలా [[బేసి-బేసి కేంద్రకాలు]] [[బీటా క్షయం]]కు అస్థిరంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే క్షయ ఉత్పత్తులు [[సరి-సరి కేంద్రకాలు|సరి-సరి]]గా ఉంటాయి, మరియు అందువల్ల [[సెమీ-ఎంపిరికల్ మాస్ ఫార్ములా#పెయిరింగ్ టర్మ్|కేంద్రక పెయిరింగ్ ప్రభావాల]] కారణంగా మరింత బలంగా బంధించబడతాయి. అయితే, డ్యూటీరియం దాని ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ స్పిన్-1 స్థితికి జత చేయబడటం వల్ల ప్రయోజనం పొందుతుంది, ఇది బలమైన కేంద్రక ఆకర్షణను ఇస్తుంది; [[పౌలీ ఎక్స్‌క్లూజన్ ప్రిన్సిపుల్]] కారణంగా రెండు-న్యూట్రాన్ లేదా రెండు-ప్రోటాన్ వ్యవస్థలో సంబంధిత స్పిన్-1 స్థితి ఉండదు, ఇది ఒకే స్పిన్ కలిగిన ఒకేలాంటి కణానికి [[కోణీయ ద్రవ్యవేగం ఆపరేటర్|ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం]] వంటి మరొక భిన్నమైన క్వాంటం సంఖ్య అవసరమవుతుంది. కానీ ఏదైనా కణం యొక్క ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం వ్యవస్థకు తక్కువ [[బంధన శక్తిని]] ఇస్తుంది, ప్రధానంగా కేంద్రక శక్తి యొక్క నిటారుగా ఉన్న ప్రవణతలో కణాల దూరం పెరగడం వల్ల. రెండు సందర్భాల్లో, ఇది [[డైప్రోటాన్]] మరియు [[డైనూట్రాన్]] అస్థిరంగా ఉండటానికి కారణమవుతుంది. | ||
డ్యూటీరియంలోని ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్లను [[న్యూట్రినో]]లతో [[ | డ్యూటీరియంలోని ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్లను [[న్యూట్రినో]]లతో జరిగే [[న్యూట్రల్ కరెంట్]] పరస్పర చర్యల ద్వారా [[విచ్ఛిన్నం (రసాయన శాస్త్రం)|విచ్ఛిన్నం]] చేయవచ్చు. ఈ పరస్పర చర్యకు సంబంధించిన [[క్రాస్ సెక్షన్ (భౌతిక శాస్త్రం)|క్రాస్ సెక్షన్]] చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, అందుకే [[సడ్‌బరీ న్యూట్రినో అబ్జర్వేటరీ]] ప్రయోగంలో డ్యూటీరియంను న్యూట్రినో లక్ష్యంగా విజయవంతంగా ఉపయోగించారు. | ||
డయాటోమిక్ డ్యూటీరియం (<sup>2</sup>H<sub>2</sub>) కూడా డయాటోమిక్ హైడ్రోజన్ లాగానే ఆర్థో మరియు పారా [[హైడ్రోజన్ యొక్క స్పిన్ ఐసోమర్లు|న్యూక్లియర్ స్పిన్ ఐసోమర్లను]] కలిగి ఉంటుంది. అయితే, డ్యూటెరాన్ అనేది ఒకటిగా ఉన్న న్యూక్లియర్ స్పిన్‌ను కలిగిన [[బోసాన్]] కావడం వల్ల, వీటి [[స్పిన్ ఐసోమర్లు మరియు భ్రమణ స్థాయిల సంఖ్య మరియు విస్తృతిలో తేడాలు]] ఉంటాయి.<ref name=Hollas>(1996). "Modern Spectroscopy". 115. John Wiley and Sons. ISBN 0-471-96523-5.</ref> | |||
==== డ్యూటెరాన్ యొక్క ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ స్థితి ==== | ==== డ్యూటెరాన్ యొక్క ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ స్థితి ==== | ||
ప్రోటాన్ మరియు | ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ల మధ్య ద్రవ్యరాశి మరియు కేంద్రక ధర్మాల సారూప్యత కారణంగా, వీటిని కొన్నిసార్లు ఒకే వస్తువు యొక్క రెండు సౌష్టవ రూపాలుగా, అంటే [[న్యూక్లియాన్]]గా పరిగణిస్తారు. ప్రోటాన్‌కు మాత్రమే విద్యుత్ ఆవేశం ఉన్నప్పటికీ, [[బలమైన కేంద్రక బలం]]తో పోలిస్తే [[విద్యుదయస్కాంత పరస్పర చర్య]] బలహీనంగా ఉండటం వల్ల దీనిని తరచుగా విస్మరించవచ్చు. ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్లను కలిపే ఈ సౌష్టవాన్ని [[ఐసోస్పిన్]] అని పిలుస్తారు మరియు దీనిని ''I'' (లేదా కొన్నిసార్లు ''T'') అని సూచిస్తారు. | ||
ఐసోస్పిన్ అనేది సాధారణ [[స్పిన్ (భౌతిక శాస్త్రం)|స్పిన్]] | ఐసోస్పిన్ అనేది సాధారణ [[స్పిన్ (భౌతిక శాస్త్రం)|స్పిన్]] లాగానే ఒక [[SU(2)]] సౌష్టవం, కాబట్టి ఇది దానికి పూర్తిగా సమానమైనది. ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్, రెండూ ఐసో[[స్పిన్-1/2]]ను కలిగి ఉండి, ఒక ఐసోస్పిన్ డబుల్లేట్‌ను (ఒక [[స్పిన్ డబుల్లేట్]]కు సమానంగా) ఏర్పరుస్తాయి. ఇందులో "డౌన్" స్థితి (↓) న్యూట్రాన్‌ను మరియు "అప్" స్థితి (↑) ప్రోటాన్‌ను సూచిస్తుంది.<ref>[https://www.physics.umd.edu/courses/Phys741/xji/chapter3.pdf Chapter 3: Flavor Symmetry and Quark Model of Hadrons]. University of Maryland Department of Physics.</ref> న్యూక్లియాన్ల జంట ఐసోస్పిన్ యొక్క యాంటీసిమెట్రిక్ స్థితిలో (సింగ్లెట్ అని పిలుస్తారు) లేదా సౌష్టవ స్థితిలో (ట్రిప్లెట్ అని పిలుస్తారు) ఉండవచ్చు. "డౌన్" మరియు "అప్" స్థితుల పరంగా, సింగ్లెట్ \textstyle \frac{1}{\sqrt{2} }\left( \vert {\uparrow\downarrow} \rangle - \vert {\downarrow\uparrow} \rangle \right) గా ఉంటుంది, దీనిని \textstyle \frac{1}{\sqrt{2} }\left( \vert\mathrm{p n} \rangle - \vert\mathrm{n p} \rangle\right) అని కూడా వ్రాయవచ్చు. | ||
ఇది ఒక ప్రోటాన్ మరియు ఒక న్యూట్రాన్ కలిగిన కేంద్రకం, అంటే డ్యూటీరియం కేంద్రకం. ట్రిప్లెట్ అనేది: | ఇది ఒక ప్రోటాన్ మరియు ఒక న్యూట్రాన్ కలిగిన కేంద్రకం, అంటే డ్యూటీరియం కేంద్రకం. ట్రిప్లెట్ అనేది: | ||
| Line 162: | Line 163: | ||
\right) | \right) | ||
</math> | </math> | ||
కాబట్టి ఇది మూడు రకాల కేంద్రకాలను కలిగి ఉంటుంది, ఇవి సౌష్టవంగా ఉండాలని భావిస్తారు: ఒక డ్యూటీరియం కేంద్రకం (వాస్తవానికి ఇది దాని యొక్క అత్యధిక [[ఉత్తేజిత స్థితి]]), రెండు ప్రోటాన్లు ఉన్న కేంద్రకం, మరియు రెండు న్యూట్రాన్లు ఉన్న కేంద్రకం. ఈ స్థితులు స్థిరంగా ఉండవు. | |||
==== డ్యూటెరాన్ యొక్క ఉజ్జాయింపు | ==== డ్యూటెరాన్ యొక్క ఉజ్జాయింపు తరంగ ప్రమేయం ==== | ||
ఐసోస్పిన్ ప్రాతినిధ్యాన్ని ఉపయోగిస్తే డ్యూటెరాన్ | ఐసోస్పిన్ ప్రాతినిధ్యాన్ని ఉపయోగిస్తే డ్యూటెరాన్ తరంగ ప్రమేయం యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉండాలి (ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ ఒకే రకమైన కణాలు కానందున, తరంగ ప్రమేయం సాధారణంగా యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉండవలసిన అవసరం లేదు). వాటి ఐసోస్పిన్‌తో పాటు, రెండు న్యూక్లియాన్లు స్పిన్ మరియు స్థల విస్తరణ తరంగ ప్రమేయాలను కూడా కలిగి ఉంటాయి. డ్యూటెరాన్ [[పారిటీ (భౌతిక శాస్త్రం)|పారిటీ]] కింద సౌష్టవంగా ఉంటే (అంటే "సరి" లేదా "ధనాత్మక" పారిటీని కలిగి ఉంటే) రెండోది సౌష్టవంగా ఉంటుంది, మరియు డ్యూటెరాన్ పారిటీ కింద యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటే (అంటే "బేసి" లేదా "ఋణాత్మక" పారిటీని కలిగి ఉంటే) అది యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటుంది. పారిటీ అనేది రెండు న్యూక్లియాన్ల మొత్తం ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం ద్వారా పూర్తిగా నిర్ణయించబడుతుంది: అది సరి సంఖ్య అయితే పారిటీ సరి (ధనాత్మక), మరియు అది బేసి సంఖ్య అయితే పారిటీ బేసి (ఋణాత్మక). | ||
డ్యూటెరాన్, ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ కావడంతో, ఐసోస్పిన్ కారణంగా | డ్యూటెరాన్, ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ కావడంతో, ఐసోస్పిన్ కారణంగా న్యూక్లియాన్ల మార్పిడి కింద యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటుంది, కాబట్టి వాటి స్పిన్ మరియు స్థానం యొక్క ద్వంద్వ మార్పిడి కింద అది సౌష్టవంగా ఉండాలి. అందువల్ల, ఇది ఈ క్రింది రెండు వేర్వేరు స్థితులలో ఉండవచ్చు: | ||
* సౌష్టవ స్పిన్ మరియు పారిటీ కింద సౌష్టవం. ఈ సందర్భంలో, రెండు | * సౌష్టవ స్పిన్ మరియు పారిటీ కింద సౌష్టవం. ఈ సందర్భంలో, రెండు న్యూక్లియాన్ల మార్పిడి డ్యూటీరియం తరంగ ప్రమేయాన్ని ఐసోస్పిన్ మార్పిడి నుండి (−1), స్పిన్ మార్పిడి నుండి (+1) మరియు పారిటీ (స్థాన మార్పిడి) నుండి (+1) గుణిస్తుంది, మొత్తం యాంటీసిమెట్రీకి అవసరమైన (−1) వస్తుంది. | ||
* యాంటీసిమెట్రిక్ స్పిన్ మరియు పారిటీ కింద | * యాంటీసిమెట్రిక్ స్పిన్ మరియు పారిటీ కింద యాంటీసిమెట్రీ. ఈ సందర్భంలో, రెండు న్యూక్లియాన్ల మార్పిడి డ్యూటీరియం తరంగ ప్రమేయాన్ని ఐసోస్పిన్ మార్పిడి నుండి (−1), స్పిన్ మార్పిడి నుండి (−1) మరియు పారిటీ (స్థాన మార్పిడి) నుండి (−1) గుణిస్తుంది, మళ్ళీ మొత్తం యాంటీసిమెట్రీకి అవసరమైన (−1) వస్తుంది. | ||
మొదటి సందర్భంలో డ్యూటెరాన్ ఒక స్పిన్ ట్రిప్లెట్, కాబట్టి దాని మొత్తం స్పిన్ ''s'' 1. ఇది సరి పారిటీని మరియు అందువల్ల సరి | మొదటి సందర్భంలో డ్యూటెరాన్ ఒక స్పిన్ ట్రిప్లెట్, కాబట్టి దాని మొత్తం స్పిన్ ''s'' విలువ 1. ఇది సరి పారిటీని మరియు అందువల్ల సరి ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం ''l''ని కలిగి ఉంటుంది. దాని ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం ఎంత తక్కువగా ఉంటే, దాని శక్తి అంత తక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, అత్యల్ప సాధ్యమయ్యే శక్తి స్థితి ''s'' = 1, ''l'' = 0. | ||
రెండవ సందర్భంలో డ్యూటెరాన్ ఒక స్పిన్ సింగ్లెట్, కాబట్టి దాని మొత్తం స్పిన్ ''s'' 0. ఇది బేసి పారిటీని మరియు అందువల్ల బేసి | రెండవ సందర్భంలో డ్యూటెరాన్ ఒక స్పిన్ సింగ్లెట్, కాబట్టి దాని మొత్తం స్పిన్ ''s'' విలువ 0. ఇది బేసి పారిటీని మరియు అందువల్ల బేసి ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం ''l''ని కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, అత్యల్ప సాధ్యమయ్యే శక్తి స్థితి ''s'' = 0, ''l'' = 1. | ||
''s'' = 1 బలమైన కేంద్రక ఆకర్షణను ఇస్తుంది కాబట్టి, డ్యూటీరియం [[ | ''s'' = 1 బలమైన కేంద్రక ఆకర్షణను ఇస్తుంది కాబట్టి, డ్యూటీరియం [[గ్రౌండ్ స్టేట్]] ''s'' = 1, ''l'' = 0 స్థితిలో ఉంటుంది. | ||
అదే పరిగణనలు ''s'' = 0, ''l'' = సరి లేదా ''s'' = 1, ''l'' = బేసి కలిగిన ఐసోస్పిన్ ట్రిప్లెట్ యొక్క | అదే పరిగణనలు ''s'' = 0, ''l'' = సరి లేదా ''s'' = 1, ''l'' = బేసి కలిగిన ఐసోస్పిన్ ట్రిప్లెట్ యొక్క సాధ్యమయ్యే స్థితులకు దారితీస్తాయి. అందువల్ల, అత్యల్ప శక్తి స్థితి ''s'' = 1, ''l'' = 1 కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ కంటే ఎక్కువ. | ||
పైన ఇచ్చిన విశ్లేషణ వాస్తవానికి కేవలం ఉజ్జాయింపు మాత్రమే, ఎందుకంటే ఐసోస్పిన్ ఖచ్చితమైన సౌష్టవం కాదు, మరియు ముఖ్యంగా రెండు న్యూక్లియాన్ల మధ్య [[బలమైన కేంద్రక పరస్పర చర్య]] [[స్పిన్-ఆర్బిట్ పరస్పర చర్య]]లో [[కోణీయ ద్రవ్యవేగం]]తో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, ఇది వేర్వేరు ''s'' మరియు ''l'' స్థితులను కలుపుతుంది. అంటే, ''s'' మరియు ''l'' కాలక్రమేణా స్థిరంగా ఉండవు (అవి [[హామిల్టోనియన్ (క్వాంటం మెకానిక్స్)]]తో [[కమ్యుటేటివిటీ|కమ్యూట్]] కావు), మరియు కాలక్రమేణా ''s'' = 1, ''l'' = 0 వంటి స్థితి ''s'' = 1, ''l'' = 2 స్థితిగా మారవచ్చు. పారిటీ కాలక్రమేణా 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 [[క్వాంటం సూపర్ పొజిషన్]] (లీనియర్ కాంబినేషన్), మొదటి భాగం చాలా పెద్దదిగా ఉన్నప్పటికీ. [[మొత్తం కోణీయ ద్రవ్యవేగం]] ''j'' కూడా ఒక మంచి [[క్వాంటం సంఖ్య]] (ఇది కాలక్రమేణా స్థిరంగా ఉంటుంది) కాబట్టి, రెండు భాగాలు ఒకే ''j''ని కలిగి ఉండాలి, అందువల్ల ''j'' = 1. ఇది డ్యూటీరియం కేంద్రకం యొక్క మొత్తం స్పిన్. | |||
క్లుప్తంగా చెప్పాలంటే, డ్యూటీరియం కేంద్రకం ఐసోస్పిన్ పరంగా | క్లుప్తంగా చెప్పాలంటే, డ్యూటీరియం కేంద్రకం ఐసోస్పిన్ పరంగా యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటుంది, మరియు స్పిన్ 1 మరియు సరి (+1) పారిటీని కలిగి ఉంటుంది. దాని న్యూక్లియాన్ల సాపేక్ష కోణీయ ద్రవ్యవేగం ''l'' ఖచ్చితంగా నిర్వచించబడలేదు, మరియు డ్యూటెరాన్ అనేది ఎక్కువగా ''l'' = 0 మరియు కొంత ''l'' = 2 యొక్క సూపర్ పొజిషన్. | ||
==== అయస్కాంత మరియు విద్యుత్ మల్టీపోల్స్ ==== | ==== అయస్కాంత మరియు విద్యుత్ మల్టీపోల్స్ ==== | ||
| Line 189: | Line 190: | ||
దీనితో | దీనితో | ||
: <math>\vec{\mu} = g^{(l)}\vec{l} + g^{(s)}\vec{s} </math> | : <math>\vec{\mu} = g^{(l)}\vec{l} + g^{(s)}\vec{s} </math> | ||
''g''<sup>(''l'')</sup> మరియు ''g''<sup>(''s'')</sup> అనేవి | ''g''<sup>(''l'')</sup> మరియు ''g''<sup>(''s'')</sup> అనేవి న్యూక్లియాన్ల [[g-ఫాక్టర్ (భౌతిక శాస్త్రం)|''g''-ఫాక్టర్లు]]. | ||
ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ ''g''<sup>(''l'')</sup> మరియు ''g''<sup>(''s'')</sup> కోసం వేర్వేరు విలువలను కలిగి ఉన్నందున, వాటి సహకారాన్ని వేరు చేయాలి. ప్రతి ఒక్కటి డ్యూటీరియం | ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ ''g''<sup>(''l'')</sup> మరియు ''g''<sup>(''s'')</sup> కోసం వేర్వేరు విలువలను కలిగి ఉన్నందున, వాటి సహకారాన్ని వేరు చేయాలి. ప్రతి ఒక్కటి డ్యూటీరియం ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం <math>\vec{l}</math> మరియు స్పిన్ <math>\vec{s}</math>లో సగభాగాన్ని పొందుతాయి. దీని ఫలితంగా: | ||
: <math>\mu = | : <math>\mu = | ||
\frac{1}{j+1} \Bigl\langle(l,s),j,m_j{=}j \,\Bigr|\left(\frac{1}{2}\vec{l} {g^{(l)}}_p + \frac{1}{2}\vec{s} ({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n)\right)\cdot \vec{\jmath} \,\Bigl|\, (l,s),j,m_j{=}j \Bigr\rangle</math> | \frac{1}{j+1} \Bigl\langle(l,s),j,m_j{=}j \,\Bigr|\left(\frac{1}{2}\vec{l} {g^{(l)}}_p + \frac{1}{2}\vec{s} ({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n)\right)\cdot \vec{\jmath} \,\Bigl|\, (l,s),j,m_j{=}j \Bigr\rangle</math> | ||
ఇక్కడ p మరియు n | ఇక్కడ p మరియు n అనేవి ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్లను సూచిస్తాయి, మరియు ''g''<sup>(l)</sup><sub>n</sub> = 0. | ||
[[న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ మొమెంట్# | [[న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ మొమెంట్#Calculating the magnetic moment|ఇక్కడ]] ఉన్న అదే గుర్తులను ఉపయోగించి మరియు g<sup>(l)</sup><sub>p</sub> = 1 విలువను ఉపయోగించి, [[న్యూక్లియర్ మాగ్నెటాన్]] ''μ''<sub>N</sub> యూనిట్లలో ఈ క్రింది ఫలితం వస్తుంది: | ||
: <math>\mu = | : <math>\mu = | ||
\frac{1}{4(j+1)}\left[({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n)\big(j(j+1) - l(l+1) + s(s+1)\big) + \big(j(j+1) + l(l+1) - s(s+1)\big)\right]</math> | \frac{1}{4(j+1)}\left[({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n)\big(j(j+1) - l(l+1) + s(s+1)\big) + \big(j(j+1) + l(l+1) - s(s+1)\big)\right]</math> | ||
| Line 206: | Line 207: | ||
: <math>\mu = -\frac{1}{4}({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n) + \frac{3}{4} = 0.310</math> | : <math>\mu = -\frac{1}{4}({g^{(s)}}_p + {g^{(s)}}_n) + \frac{3}{4} = 0.310</math> | ||
డ్యూటీరియం [[అయస్కాంత డైపోల్ మొమెంట్]] యొక్క కొలిచిన విలువ 0.857 ''μ''<sub>N</sub>, ఇది ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ | డ్యూటీరియం [[అయస్కాంత డైపోల్ మొమెంట్]] యొక్క కొలిచిన విలువ 0.857 ''μ''<sub>N</sub>, ఇది ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ మొమెంట్లను కలపడం ద్వారా పొందిన 0.879 ''μ''<sub>N</sub> విలువలో 97.5%. ఇది డ్యూటీరియం స్థితి నిజంగానే ''s'' = 1, ''l'' = 0 స్థితికి మంచి ఉజ్జాయింపు అని సూచిస్తుంది, ఇది రెండు న్యూక్లియాన్లు ఒకే దిశలో తిరుగుతున్నప్పుడు జరుగుతుంది, కానీ న్యూట్రాన్ యొక్క ఋణాత్మక మొమెంట్ కారణంగా వాటి అయస్కాంత మొమెంట్లు తీసివేయబడతాయి. | ||
కానీ ప్రోటాన్ మరియు ( | కానీ ప్రోటాన్ మరియు (ఋణాత్మక) న్యూట్రాన్ మొమెంట్లను సాధారణంగా కలపడం ద్వారా వచ్చే ఫలితం కంటే ప్రయోగాత్మక సంఖ్య కొంచెం తక్కువగా ఉండటం, డ్యూటీరియం వాస్తవానికి ఎక్కువగా ''s'' = 1, ''l'' = 0 స్థితి మరియు కొద్దిగా ''s'' = 1, ''l'' = 2 స్థితి యొక్క లీనియర్ కాంబినేషన్ అని చూపిస్తుంది. | ||
[[ఎలక్ట్రిక్ డైపోల్]] | [[ఎలక్ట్రిక్ డైపోల్]] ఎప్పటిలాగే సున్నా. | ||
డ్యూటీరియం యొక్క కొలిచిన ఎలక్ట్రిక్ [[క్వాడ్రుపోల్]] 0.2859 [[ఎలిమెంటరీ | డ్యూటీరియం యొక్క కొలిచిన ఎలక్ట్రిక్ [[క్వాడ్రుపోల్]] 0.2859 [[ఎలిమెంటరీ చార్జ్|e]]·[[ఫెమ్టోమీటర్|fm]]<sup>2</sup>. పరిమాణం సహేతుకమైనదే అయినప్పటికీ, డ్యూటెరాన్ వ్యాసార్థం 1 ఫెమ్టోమీటర్ క్రమంలో (క్రింద చూడండి) మరియు దాని [[విద్యుత్ ఆవేశం]] e కాబట్టి, పైన పేర్కొన్న నమూనా దాని గణనకు సరిపోదు. మరింత ప్రత్యేకంగా చెప్పాలంటే, 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 (క్వాంటం మెకానిక్స్)]] [[కోణీయ ద్రవ్యవేగం]]తో [[కమ్యూట్]] కాదు. | ||
పైన పేర్కొన్న | పైన పేర్కొన్న నమూనా ద్వారా ఉన్నత అయస్కాంత మరియు విద్యుత్ [[మల్టీపోల్ మొమెంట్]]లను లెక్కించలేము, ఇదే కారణాల వల్ల. | ||
== అప్లికేషన్లు == | == అప్లికేషన్లు == | ||
=== అణు రియాక్టర్లు === | === అణు రియాక్టర్లు === | ||
డ్యూటీరియంను [[హెవీ వాటర్ రియాక్టర్|హెవీ వాటర్ మోడరేటెడ్ ఫిషన్ రియాక్టర్లలో]], సాధారణంగా ద్రవ <sup>2</sup>H<sub>2</sub> | డ్యూటీరియంను [[హెవీ వాటర్ రియాక్టర్|హెవీ వాటర్ మోడరేటెడ్ ఫిషన్ రియాక్టర్లలో]], సాధారణంగా ద్రవ <sup>2</sup>H<sub>2</sub>O రూపంలో, సాధారణ హైడ్రోజన్ యొక్క అధిక న్యూట్రాన్ శోషణ లేకుండా న్యూట్రాన్లను నెమ్మదింపజేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.<ref>[[న్యూట్రాన్ క్రాస్ సెక్షన్#Typical cross sections]] చూడండి</ref> ఇది పెద్ద మొత్తంలో డ్యూటీరియం కోసం ఒక సాధారణ వాణిజ్య ఉపయోగం. | ||
[[పరిశోధన రియాక్టర్లలో]], ద్రవ <sup>2</sup>H<sub>2</sub>ను కోల్డ్ సోర్స్‌లలో న్యూట్రాన్లను [[న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్|స్కాటరింగ్ ప్రయోగాలకు]] | [[పరిశోధన రియాక్టర్లలో]], ద్రవ <sup>2</sup>H<sub>2</sub>ను కోల్డ్ సోర్స్‌లలో న్యూట్రాన్లను చాలా తక్కువ శక్తి మరియు తరంగదైర్ఘ్యాలకు మోడరేట్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు, ఇవి [[న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్|స్కాటరింగ్ ప్రయోగాలకు]] అనుకూలంగా ఉంటాయి. | ||
ప్రయోగాత్మకంగా, | ప్రయోగాత్మకంగా, [[ట్రిటియం]]తో కలిపి, [[న్యూక్లియర్ ఫ్యూజన్|ఫ్యూజన్]] రియాక్టర్ డిజైన్లలో డ్యూటీరియం అత్యంత సాధారణ [[న్యూక్లైడ్]]. దీనికి కారణం డ్యూటీరియం-ట్రిటియం (DT) ప్రతిచర్య యొక్క అధిక ప్రతిచర్య రేటు (లేదా [[న్యూక్లియర్ క్రాస్ సెక్షన్]]) మరియు అధిక [[శక్తి]] దిగుబడి. <sup>2</sup>H–[[హీలియం-3|<sup>3</sup>He]] ఫ్యూజన్ ప్రతిచర్యలో ఇంకా ఎక్కువ దిగుబడి ఉంటుంది, అయితే <sup>2</sup>H–<sup>3</sup>He యొక్క [[ఫ్యూజన్ ఎనర్జీ గెయిన్ ఫ్యాక్టర్|బ్రేక్ ఈవెన్ పాయింట్]] ఇతర ఫ్యూజన్ ప్రతిచర్యల కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది; <sup>3</sup>He కొరతతో పాటు, ఇది వాణిజ్యపరంగా DT మరియు డ్యూటీరియం-డ్యూటీరియం (DD) ఫ్యూజన్ జరిగే వరకు ఆచరణాత్మక శక్తి వనరుగా ఉండటం అసంభవం. వాణిజ్య అణు ఫ్యూజన్ ఇంకా సాధించని సాంకేతికత. | ||
=== NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ === | === NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ === | ||
''ఇవి కూడా చూడండి: ప్రోటాన్ NMR, డ్యూటీరియం NMR'' | ''ఇవి కూడా చూడండి: ప్రోటాన్ NMR, డ్యూటీరియం NMR'' | ||
డ్యూటీరియం సాధారణంగా హైడ్రోజన్ [[న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ]] ([[ప్రోటాన్ NMR]])లో ఈ క్రింది విధంగా ఉపయోగించబడుతుంది. NMR సాధారణంగా ఆసక్తి ఉన్న సమ్మేళనాలను ద్రావణంలో కరిగించి విశ్లేషించాల్సి ఉంటుంది. సేంద్రీయ అణువులలో ఉండే సాధారణ హైడ్రోజన్ కంటే భిన్నమైన డ్యూటీరియం యొక్క న్యూక్లియర్ స్పిన్ ధర్మాల కారణంగా, హైడ్రోజన్/ప్రోటియం యొక్క NMR స్పెక్ట్రాలు డ్యూటీరియం కంటే చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి, మరియు ఆచరణలో <sup>1</sup>H కోసం ట్యూన్ చేయబడిన NMR పరికరం ద్వారా డ్యూటీరియం "కనిపించదు". అందువల్ల, ద్రావణి-సిగ్నల్ జోక్యం లేకుండా ఆసక్తి ఉన్న సమ్మేళనం యొక్క లైట్-హైడ్రోజన్ స్పెక్ట్రాలను మాత్రమే కొలవడానికి, డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావణాలను (హెవీ వాటర్, అలాగే డ్యూటెరేటెడ్ [[క్లోరోఫామ్]], CDCl<sub>3</sub> లేదా C<sup>2</sup>HCl<sub>3</sub> వంటి సమ్మేళనాలు) NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీలో క్రమం తప్పకుండా ఉపయోగిస్తారు. | |||
ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన నమూనాలలో ([[డ్యూటీరియం NMR]]) డ్యూటెరాన్ యొక్క వాతావరణం గురించి సమాచారాన్ని పొందడానికి కూడా న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ | ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన నమూనాలలో ([[డ్యూటీరియం NMR]]) డ్యూటెరాన్ యొక్క వాతావరణం గురించి సమాచారాన్ని పొందడానికి కూడా న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీని ఉపయోగించవచ్చు. ఉదాహరణకు, లిపిడ్ బైలేయర్‌లలోని హైడ్రోకార్బన్ గొలుసుల కాన్ఫిగరేషన్‌ను డ్యూటీరియం-లేబుల్ చేయబడిన లిపిడ్ అణువులతో సాలిడ్ స్టేట్ డ్యూటీరియం NMR ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు.<ref>(October 1971). "On the flexibility of hydrocarbon chains in lipid bilayers". ''Journal of the American Chemical Society''. 93 (20) 5017–5022. doi:[https://doi.org/10.1021/ja00749a006 10.1021/ja00749a006].</ref> | ||
డ్యూటీరియం NMR స్పెక్ట్రాలు సాలిడ్ స్టేట్‌లో ప్రత్యేకంగా సమాచారప్రదంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే క్లోరిన్-35 వంటి పెద్ద క్వాడ్రుపోలార్ కేంద్రకాలతో పోలిస్తే దీని క్వాడ్రుపోల్ మొమెంట్ | డ్యూటీరియం NMR స్పెక్ట్రాలు సాలిడ్ స్టేట్‌లో ప్రత్యేకంగా సమాచారప్రదంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే క్లోరిన్-35 వంటి పెద్ద క్వాడ్రుపోలార్ కేంద్రకాలతో పోలిస్తే దీని క్వాడ్రుపోల్ మొమెంట్ చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. | ||
=== మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ === | === మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ === | ||
డ్యూటెరేటెడ్ (అంటే | డ్యూటెరేటెడ్ (అంటే అన్ని లేదా కొన్ని హైడ్రోజన్ పరమాణువులు డ్యూటీరియంతో భర్తీ చేయబడిన) సమ్మేళనాలను [[మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ]]లో [[ఇంటర్నల్ స్టాండర్డ్]]లుగా తరచుగా ఉపయోగిస్తారు. ఇతర [[ఐసోటోపిక్ లేబులింగ్|ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన]] జాతుల వలె, ఇటువంటి ప్రమాణాలు [[ఖచ్చితత్వాన్ని]] మెరుగుపరుస్తాయి, అయితే ఇతర ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన ప్రమాణాల కంటే తక్కువ ఖర్చుతో లభిస్తాయి. డ్యూటెరేటెడ్ అణువులను సాధారణంగా [[హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ ఎక్స్ఛేంజ్]] ప్రతిచర్యల ద్వారా తయారు చేస్తారు.<ref>(2018). "C-H Functionalisation for Hydrogen Isotope Exchange". ''Angew. Chem. Int. Ed.''. 57 (12) 3022–3047. doi:[https://doi.org/10.1002/anie.201708903 10.1002/anie.201708903].</ref><ref>(1997). "Hydrogen isotope exchange reactions involving C–H (D, T) bonds". ''Chem. Soc. Rev.''. 26 (5) 401–406. doi:[https://doi.org/10.1039/CS9972600401 10.1039/CS9972600401].</ref> | ||
=== ట్రేసింగ్ === | === ట్రేసింగ్ === | ||
''మరింత సమాచారం: డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావణి'' | ''మరింత సమాచారం: డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావణి'' | ||
[[రసాయన శాస్త్రం]], [[ | [[రసాయన శాస్త్రం]], [[జీవ రసాయన శాస్త్రం]] మరియు [[పర్యావరణ శాస్త్రాలలో]], డ్యూటీరియంను రేడియోధార్మికత లేని, [[హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ బయోజియోకెమిస్ట్రీ|స్థిరమైన ఐసోటోపిక్ ట్రేసర్]]గా ఉపయోగిస్తారు, ఉదాహరణకు, [[డబుల్లీ లేబుల్డ్ వాటర్ టెస్ట్]]లో. [[రసాయన ప్రతిచర్యలు]] మరియు [[జీవక్రియ మార్గాలలో]], డ్యూటీరియం సాధారణ హైడ్రోజన్ లాగానే ప్రవర్తిస్తుంది (కొన్ని రసాయన తేడాలతో). దీనిని సాధారణ హైడ్రోజన్ నుండి దాని ద్రవ్యరాశి ద్వారా, [[మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ]] లేదా [[ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ]] ఉపయోగించి సులభంగా వేరు చేయవచ్చు. డ్యూటీరియంను [[ఫెమ్టోసెకండ్]] [[ఇన్‌ఫ్రారెడ్]] స్పెక్ట్రోస్కోపీ ద్వారా గుర్తించవచ్చు, ఎందుకంటే ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం అణువుల కంపనాల పౌనఃపున్యాన్ని తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తుంది; <sup>2</sup>H–కార్బన్ బంధ కంపనాలు ఇతర సిగ్నల్స్ లేని స్పెక్ట్రల్ ప్రాంతాలలో కనిపిస్తాయి. | ||
డ్యూటీరియం యొక్క సహజ సమృద్ధిలో చిన్న | డ్యూటీరియం యొక్క సహజ సమృద్ధిలో చిన్న మార్పుల కొలతలు, స్థిరమైన భారీ [[ఆక్సిజన్]] ఐసోటోపులు <sup>17</sup>O మరియు <sup>18</sup>O తో పాటు, [[జలశాస్త్రంలో]] భూమి యొక్క నీటి భౌగోళిక మూలాన్ని గుర్తించడానికి ముఖ్యమైనవి. వర్షపు నీటిలో ([[మీటియోరిక్ వాటర్]]) హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ యొక్క భారీ ఐసోటోపులు అవపాతం పడే ప్రాంతం యొక్క ఉష్ణోగ్రతను బట్టి సమృద్ధిగా ఉంటాయి (కాబట్టి సమృద్ధి అక్షాంశానికి సంబంధించినది). వర్షపు నీటిలో భారీ ఐసోటోపుల సాపేక్ష సమృద్ధిని (సగటు సముద్రపు నీటికి సూచికగా), ఉష్ణోగ్రతకు వ్యతిరేకంగా ప్లాట్ చేసినప్పుడు, అది [[గ్లోబల్ మీటియోరిక్ వాటర్ లైన్]] (GMWL) అని పిలువబడే రేఖ వెంబడి ఊహించదగిన విధంగా పడిపోతుంది. ఈ ప్లాట్ వర్షపాతం నుండి ఉద్భవించిన నీటి నమూనాలను, అది ఉద్భవించిన వాతావరణం గురించి సాధారణ సమాచారంతో పాటు గుర్తించడానికి అనుమతిస్తుంది. జలాశయాలలో బాష్పీభవనం మరియు ఇతర ప్రక్రియలు, అలాగే భూగర్భ జల ప్రక్రియలు కూడా మంచినీరు మరియు ఉప్పునీటిలో భారీ హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ ఐసోటోపుల నిష్పత్తులను విలక్షణమైన మరియు తరచుగా ప్రాంతీయంగా ప్రత్యేకమైన మార్గాల్లో మారుస్తాయి.<ref>[http://www.sahra.arizona.edu/programs/isotopes/oxygen.html Oxygen – Isotopes and Hydrology]. SAHRA.</ref> <sup>2</sup>H నుండి <sup>1</sup>H సాంద్రత నిష్పత్తిని సాధారణంగా [[δ2H|δ<sup>2</sup>H]] గా డెల్టాతో 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.<ref>West, Jason B.. (2009). "Isoscapes: Understanding movement, pattern, and process on Earth through isotope mapping". Springer.</ref><ref>(2012). "Linking hydrogen (δ2H) isotopes in feathers and precipitation: Sources of variance and consequences for assignment to isoscapes". ''PLOS ONE''. 7 (4). doi:[https://doi.org/10.1371/journal.pone.0035137 10.1371/journal.pone.0035137].</ref> | ||
=== కాంట్రాస్ట్ | === కాంట్రాస్ట్ ధర్మాలు === | ||
[[న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్]] పద్ధతులు ముఖ్యంగా డ్యూటెరేటెడ్ నమూనాల లభ్యత నుండి | [[న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్]] పద్ధతులు ముఖ్యంగా డ్యూటెరేటెడ్ నమూనాల లభ్యత నుండి ప్రయోజనం పొందుతాయి: <sup>1</sup>H మరియు <sup>2</sup>H క్రాస్ సెక్షన్లు చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి మరియు గుర్తులో భిన్నంగా ఉంటాయి, ఇది అటువంటి ప్రయోగాలలో కాంట్రాస్ట్ వైవిధ్యాన్ని అనుమతిస్తుంది. ఇంకా, సాధారణ హైడ్రోజన్ యొక్క ఇబ్బందికరమైన సమస్య దాని పెద్ద అసంబద్ధ న్యూట్రాన్ క్రాస్ సెక్షన్, ఇది <sup>2</sup>H కోసం సున్నా. సాధారణ హైడ్రోజన్ స్థానంలో డ్యూటీరియంను ఉపయోగించడం వల్ల స్కాటరింగ్ నాయిస్ తగ్గుతుంది. | ||
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 | 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 కలిసి,<ref>[http://nmi3.eu/about-nmi3/joint-research-activities/deuteration.html Deuteration]. ''nmi3.eu''.</ref> జీవశాస్త్రంలోని మాక్రోమోలిక్యూల్స్ మరియు అనేక ఇతర రంగాల అధ్యయనాలలో ఒక ఖాళీని పూరిస్తాయి. | ||
=== అణు ఆయుధాలు === | === అణు ఆయుధాలు === | ||
క్రింద చూడండి. సూర్యుడితో సహా చాలా నక్షత్రాలు హైడ్రోజన్‌ను భారీ మూలకాలుగా ఫ్యూజ్ చేయడం ద్వారా తమ జీవితకాలంలో ఎక్కువ భాగం శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి; అయినప్పటికీ | క్రింద చూడండి. సూర్యుడితో సహా చాలా నక్షత్రాలు, హైడ్రోజన్‌ను భారీ మూలకాలుగా ఫ్యూజ్ చేయడం ద్వారా తమ జీవితకాలంలో ఎక్కువ భాగం శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి; అయినప్పటికీ భూమిపై సాధించగల పరిస్థితులలో సాధారణ హైడ్రోజన్ (ప్రోటియం) యొక్క ఇటువంటి ఫ్యూజన్ ఎప్పుడూ విజయవంతం కాలేదు. అందువల్ల, హైడ్రోజన్ బాంబులలో హైడ్రోజన్ ఫ్యూజన్‌తో సహా అన్ని కృత్రిమ ఫ్యూజన్‌లకు భారీ హైడ్రోజన్ (డ్యూటీరియం, ట్రిటియం లేదా రెండూ) అవసరం.<ref>(2025-03-14). [https://www.britannica.com/technology/nuclear-weapon/Gun-assembly-implosion-and-boosting#ref275629 Nuclear weapon – Gun Assembly, Implosion, Boosting | Britannica]. ''www.britannica.com''.</ref> | ||
=== మందులు === | === మందులు === | ||
''ప్రధాన వ్యాసం: డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్'' | ''ప్రధాన వ్యాసం: డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్'' | ||
డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్ అనేది ఒక [[చిన్న అణువు]] ఔషధ ఉత్పత్తి, ఇందులో డ్రగ్ అణువులోని ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ [[హైడ్రోజన్]] | డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్ అనేది ఒక [[చిన్న అణువు]] ఔషధ ఉత్పత్తి, ఇందులో డ్రగ్ అణువులోని ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ [[హైడ్రోజన్]] పరమాణువులు డ్యూటీరియంతో భర్తీ చేయబడతాయి. [[కైనెటిక్ ఐసోటోప్ ఎఫెక్ట్]] కారణంగా, డ్యూటీరియం కలిగిన మందులు [[జీవక్రియ]] రేట్లు గణనీయంగా తక్కువగా ఉండవచ్చు, అందువల్ల ఎక్కువ [[జీవసంబంధిత హాఫ్-లైఫ్|హాఫ్-లైఫ్]] ఉండవచ్చు.<ref name="pmid19295573">(March 2009). "Big interest in heavy drugs". ''Nature''. 458 (7236) 269. doi:[https://doi.org/10.1038/458269a 10.1038/458269a].</ref><ref name="pmid23744136">(June 2013). "Heavy drugs draw heavy interest from pharma backers". ''Nature Medicine''. 19 (6) 656. doi:[https://doi.org/10.1038/nm0613-656 10.1038/nm0613-656].</ref><ref name="pmid24294889">(May 2014). "Using deuterium in drug discovery: Leaving the label in the drug". ''Journal of Medicinal Chemistry''. 57 (9) 3595–3611. doi:[https://doi.org/10.1021/jm4007998 10.1021/jm4007998].</ref> 2017లో, [[డ్యూటెట్రాబెనాజైన్]] FDA ఆమోదం పొందిన మొదటి డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్‌గా నిలిచింది.<ref name="First deuterated drug approved">(June 2017). "First deuterated drug approved". ''Nature Biotechnology''. 35 (6) 493–494. doi:[https://doi.org/10.1038/nbt0617-493 10.1038/nbt0617-493].</ref> | ||
=== బలవర్ధకమైన ముఖ్యమైన పోషకాలు === | === బలవర్ధకమైన ముఖ్యమైన పోషకాలు === | ||
డ్యూటీరియంను ముఖ్యమైన లేదా షరతులతో కూడిన [[ముఖ్యమైన పోషకాలలో]],<ref>(September 2007). "Heavy isotopes to avert ageing?". ''Trends in Biotechnology''. 25 (9) 371–375. doi:[https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2007.07.007 10.1016/j.tibtech.2007.07.007].</ref> కొన్ని [[అమైనో ఆమ్లాలు]] | డ్యూటీరియంను ముఖ్యమైన లేదా షరతులతో కూడిన [[ముఖ్యమైన పోషకాలలో]],<ref>(September 2007). "Heavy isotopes to avert ageing?". ''Trends in Biotechnology''. 25 (9) 371–375. doi:[https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2007.07.007 10.1016/j.tibtech.2007.07.007].</ref> కొన్ని [[అమైనో ఆమ్లాలు]] లేదా [[పాలీఅన్‌శాచురేటెడ్ ఫ్యాటీ యాసిడ్]]లు (PUFA) వంటి ఆక్సీకరణ-ప్రమాదకరమైన C–H బంధాలను బలోపేతం చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు, తద్వారా అవి ఆక్సీకరణ నష్టానికి మరింత నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి. [[లినోలెయిక్ యాసిడ్]] వంటి [[డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్|డ్యూటెరేటెడ్]] పాలీఅన్‌శాచురేటెడ్ [[ఫ్యాటీ యాసిడ్]]లు, జీవ కణాలను దెబ్బతీసే [[లిపిడ్ పెరాక్సిడేషన్]] యొక్క గొలుసు ప్రతిచర్యను నెమ్మదింపజేస్తాయి.<ref>Halliwell, Barry; Gutteridge, John M.C. (2015). Free Radical Biology and Medicine (5th ed.). Oxford: Clarendon Press. 9780198717485.</ref><ref>(August 2012). "Small amounts of isotope-reinforced polyunsaturated fatty acids suppress lipid autoxidation". ''Free Radical Biology & Medicine''. 53 (4) 893–906. doi:[https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2012.06.004 10.1016/j.freeradbiomed.2012.06.004].</ref> రెట్రోటోప్ అభివృద్ధి చేసిన లినోలెయిక్ యాసిడ్ యొక్క డ్యూటెరేటెడ్ ఇథైల్ ఈస్టర్ ([[RT001]]), [[ఇన్ఫాంటైల్ న్యూరోయాక్సోనల్ డిస్ట్రోఫీ]]లో [[కంప్యాషనేట్ యూజ్ ట్రయల్]]లో ఉంది మరియు [[ఫ్రీడ్రీచ్ అటాక్సియా]]లో ఫేజ్ I/II ట్రయల్‌ను విజయవంతంగా పూర్తి చేసింది.<ref>(24 November 2020). [https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02445794 A Randomized, Double-blind, Controlled Study to Assess the Safety, Tolerability, and Pharmacokinetics of RT001 in Patients with Friedreich's Ataxia].</ref><ref name="First deuterated drug approved"/> | ||
=== థర్మోస్టెబిలైజేషన్ === | === థర్మోస్టెబిలైజేషన్ === | ||
ఓరల్ [[పోలియో వ్యాక్సిన్]] వంటి లైవ్ వ్యాక్సిన్‌లను డ్యూటీరియం ద్వారా, ఒంటరిగా లేదా [[మెగ్నీషియం క్లోరైడ్|MgCl<sub>2</sub>]] వంటి ఇతర | ఓరల్ [[పోలియో వ్యాక్సిన్]] వంటి లైవ్ వ్యాక్సిన్‌లను డ్యూటీరియం ద్వారా, ఒంటరిగా లేదా [[మెగ్నీషియం క్లోరైడ్|MgCl<sub>2</sub>]] వంటి ఇతర స్టెబిలైజర్లతో కలిపి స్థిరీకరించవచ్చు.<ref>(August 1995). "Thermostabilization of live virus vaccines by heavy water (D2O)". ''Vaccine''. 13 (12) 1058–1063. doi:[https://doi.org/10.1016/0264-410X(95)00068-C 10.1016/0264-410X(95)00068-C].</ref> | ||
=== సిర్కాడియన్ ఆసిలేషన్లను నెమ్మదింపజేయడం === | === సిర్కాడియన్ ఆసిలేషన్లను నెమ్మదింపజేయడం === | ||
ఎలుకలు, హామ్స్టర్లు మరియు ''[[గోన్యావులాక్స్]]'' | ఎలుకలు, హామ్స్టర్లు మరియు ''[[గోన్యావులాక్స్]]'' డైనోఫ్లాగెల్లేట్‌లలో డ్యూటీరియంను అందించినప్పుడు [[సిర్కాడియన్ క్లాక్]] యొక్క ఆసిలేషన్ కాలాన్ని పొడిగిస్తుందని చూపబడింది.<ref>(September 1993). "Heavy water lengthens the period of free-running rhythms in lesioned hamsters bearing SCN grafts". ''Physiology & Behavior''. 54 (3) 599–604. doi:[https://doi.org/10.1016/0031-9384(93)90255-E 10.1016/0031-9384(93)90255-E].</ref><ref>(November 1974). "Heavy water slows the Gonyaulax clock: a test of the hypothesis that D2O affects circadian oscillations by diminishing the apparent temperature". ''Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America''. 71 (11) 4389–4391. doi:[https://doi.org/10.1073/pnas.71.11.4389 10.1073/pnas.71.11.4389].</ref><ref name="Interval Timing Is Preserved Despit">(August 2017). "Interval timing is preserved despite circadian desynchrony in rats: Constant light and heavy water studies". ''Journal of Biological Rhythms''. 32 (4) 295–308. doi:[https://doi.org/10.1177/0748730417716231 10.1177/0748730417716231].</ref><ref>(March 1977). "Heavy water as a tool for study of the forces that control length of period of the 24-hour clock of the hamster". ''Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America''. 74 (3) 1295–1299. doi:[https://doi.org/10.1073/pnas.74.3.1295 10.1073/pnas.74.3.1295].</ref> ఎలుకలలో, 25% <sup>2</sup>H<sub>2</sub>O యొక్క దీర్ఘకాలిక తీసుకోవడం మెదడులోని హైపోథాలమస్‌లోని [[సుప్రాకియాస్మాటిక్ న్యూక్లియస్]]-ఆధారిత లయల సిర్కాడియన్ కాలాన్ని పొడిగించడం ద్వారా సిర్కాడియన్ లయను దెబ్బతీస్తుంది.<ref name="Interval Timing Is Preserved Despit"/> హామ్స్టర్లలోని ప్రయోగాలు కూడా డ్యూటీరియం ఫ్రీ-రన్నింగ్ సిర్కాడియన్ కాలాన్ని పొడిగించడానికి సుప్రాకియాస్మాటిక్ న్యూక్లియస్‌పై నేరుగా పనిచేస్తుందనే సిద్ధాంతానికి మద్దతు ఇస్తాయి.<ref>(September 1993). "Heavy water lengthens the period of free-running rhythms in lesioned hamsters bearing SCN grafts". ''Physiology & Behavior''. 54 (3) 599–604. doi:[https://doi.org/10.1016/0031-9384(93)90255-E 10.1016/0031-9384(93)90255-E].</ref> | ||
== చరిత్ర == | == చరిత్ర == | ||
=== అన్వేషణకు ముందు === | === అన్వేషణకు ముందు === | ||
డ్యూటీరియం | డ్యూటీరియం ధర్మాలను కలిగి ఉన్న ఏదైనా పదార్థం గురించి మొదటి ప్రస్తావన [[ఎర్నెస్ట్ రూథర్‌ఫోర్డ్]] యొక్క 1919 [[బేకరియన్ లెక్చర్]]లో ఉంది.<ref>Rutherford, Ernest. (January 1997). "Bakerian Lecture: Nuclear constitution of atoms". ''Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character''. 97 (686) 374–400. doi:[https://doi.org/10.1098/rspa.1920.0040 10.1098/rspa.1920.0040].</ref><ref name=Kragh-2023> | ||
Kragh, H. (2023). Anticipations and Discoveries of the Heavy Hydrogen Isotopes, 1913-1939. arXiv preprint arXiv:2311.17427.</ref> | Kragh, H. (2023). Anticipations and Discoveries of the Heavy Hydrogen Isotopes, 1913-1939. arXiv preprint arXiv:2311.17427.</ref> | ||
ఈ | ఈ సిద్ధాంతంలో, ద్రవ్యరాశి రెండు మరియు ఆవేశం ఒకటి కలిగిన డ్యూటీరియం కేంద్రకం రెండు ప్రోటాన్లు మరియు ఒక కేంద్రక ఎలక్ట్రాన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. | ||
అలాగే 1919లో, [[ఒట్టో స్టెర్న్]] మరియు [[మాక్స్ వోల్మర్]] నీటితో చేసిన డిఫ్యూజన్ ప్రయోగాల గురించి నివేదించారు, ఇది హైడ్రోజన్ ఐసోటోపుల ఉనికిని ఖండించిందని వారు పేర్కొన్నారు; వారి ముగింపులు 1920ల అంతటా సరైనవని భావించబడ్డాయి.<ref>Stern, O., & Volmer, M. (1919). Sind die Abweichungen der Atomgewichte von der Ganzzahligkeit durch Isotopie erklärbar?. Annalen der Physik, 364(11), 225-238.</ref><ref name=Kragh-2023/> | |||
=== డ్యూటీరియం గుర్తింపు === | === డ్యూటీరియం గుర్తింపు === | ||
దీనిని మొదట 1931 చివరలో [[కొలంబియా విశ్వవిద్యాలయం]] | దీనిని మొదట 1931 చివరలో [[కొలంబియా విశ్వవిద్యాలయం]]లో రసాయన శాస్త్రవేత్త అయిన [[హెరాల్డ్ యూరీ]] స్పెక్ట్రోస్కోపికల్‌గా గుర్తించారు. యూరీ సహకారి, [[ఫెర్డినాండ్ బ్రిక్‌వెడ్డే]], వాషింగ్టన్, DCలోని నేషనల్ బ్యూరో ఆఫ్ స్టాండర్డ్స్ (ప్రస్తుతం [[నేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ స్టాండర్డ్స్ అండ్ టెక్నాలజీ]]) వద్ద ఇటీవల స్థాపించబడిన తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత భౌతిక శాస్త్ర ప్రయోగశాలను ఉపయోగించి, ఐదు [[లీటర్ల]] [[క్రయోజెనిక్|క్రయోజెనిక్‌గా ఉత్పత్తి చేయబడిన]] [[ద్రవ హైడ్రోజన్‌ను]] 1 mL ద్రవానికి [[స్వేదనం (Distillation)|స్వేదనం]] చేశారు. ఈ సాంకేతికతను గతంలో నియాన్ యొక్క భారీ ఐసోటోపులను వేరు చేయడానికి ఉపయోగించారు. క్రయోజెనిక్ బాయిలాఫ్ సాంకేతికత హైడ్రోజన్ యొక్క మాస్-2 ఐసోటోప్ యొక్క భాగాన్ని దాని స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ గుర్తింపును అస్పష్టంగా మార్చే స్థాయికి కేంద్రీకరించింది.<ref>(1982). "Harold Urey and the discovery of deuterium". ''[[Physics Today]]''. 35 (9) 34. doi:[https://doi.org/10.1063/1.2915259 10.1063/1.2915259].</ref><ref>(1932). "A hydrogen isotope of mass 2". ''Physical Review''. 39 (1) 164–165. doi:[https://doi.org/10.1103/PhysRev.39.164 10.1103/PhysRev.39.164].</ref> | ||
=== | === ఐసోటోపు నామకరణం మరియు నోబెల్ బహుమతి === | ||
యూరీ 1934లో ప్రచురించిన ఒక వ్యాసంలో ''ప్రోటియం'' (protium), ''డ్యూటీరియం'' (deuterium), మరియు ''ట్రిటియం'' (tritium) అనే పేర్లను సృష్టించారు. ఈ పేరు కొంతవరకు "డ్యూటియం" (deutium) అనే పేరును ప్రతిపాదించిన [[గిల్బర్ట్ ఎన్. లూయిస్]] సలహాపై ఆధారపడి ఉంది. ఈ పేరు గ్రీకు పదం ''డ్యూటెరోస్'' (deuteros) అంటే 'రెండవది' నుండి వచ్చింది, మరియు కేంద్రకాన్ని "డ్యూటరాన్" (deuteron) లేదా "డ్యూటాన్" (deuton) అని పిలవాలని నిర్ణయించారు. ఐసోటోపులు మరియు కొత్త మూలకాలకు సంప్రదాయబద్ధంగా వాటిని కనుగొన్న వారు నిర్ణయించిన పేర్లనే పెట్టేవారు. [[ఎర్నెస్ట్ రూథర్‌ఫర్డ్]] వంటి కొంతమంది బ్రిటిష్ శాస్త్రవేత్తలు, ఈ ఐసోటోపును గ్రీకు పదం ''డిప్లూస్'' (diploos) అంటే 'రెట్టింపు' నుండి "డిప్లోజెన్" (diplogen) అని, మరియు కేంద్రకాన్ని "డిప్లాన్" (diplon) అని పిలవాలని కోరుకున్నారు.<ref name=diplogen/><ref>(19 February 1934). [http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,746988,00.html Deuterium v. Diplogen]. ''[[Time (magazine)|Time]]''.</ref> | |||
సముద్రపు నీటిలో డ్యూటీరియం | సముద్రపు నీటిలో సాధారణ హైడ్రోజన్ సమృద్ధిలో డ్యూటీరియం పరిమాణం చాలా తక్కువగా (6400 హైడ్రోజన్ పరమాణువులలో కేవలం 1 పరమాణువు మాత్రమే [మిలియన్కు 156 భాగాలు]) ఉండటం వల్ల, ఇది గతంలో జరిగిన (సగటు) హైడ్రోజన్ పరమాణు ద్రవ్యరాశి కొలతలను పెద్దగా ప్రభావితం చేయలేదు. అందుకే దీని గురించి అంతకుముందు ఎవరూ అనుమానించలేదు. డ్యూటీరియం పాక్షికంగా సమృద్ధిగా ఉందని చూపించడానికి యూరీ నీటిని గాఢత చేయగలిగారు. [[UC బర్కిలీ కాలేజ్ ఆఫ్ కెమిస్ట్రీ|బర్కిలీ]]లో యూరీ యొక్క గ్రాడ్యుయేట్ సలహాదారు అయిన [[గిల్బర్ట్ ఎన్. లూయిస్|లూయిస్]], 1933లో మొదటిసారిగా స్వచ్ఛమైన భారజల (heavy water) నమూనాలను తయారు చేసి వాటి లక్షణాలను వివరించారు. 1932లో [[న్యూట్రాన్]] ఆవిష్కరణకు ముందే డ్యూటీరియం కనుగొనబడటం [[న్యూక్లియర్ ఫిజిక్స్|సిద్ధాంతానికి]] ఒక ప్రయోగాత్మక షాక్‌గా మారింది; కానీ న్యూట్రాన్ గురించి నివేదించబడినప్పుడు, డ్యూటీరియం ఉనికి మరింత వివరణాత్మకమైంది. ఐసోటోపును వేరు చేసిన మూడు సంవత్సరాలకే యూరీకి [[కెమిస్ట్రీలో నోబెల్ బహుమతి]] లభించింది. 1934లో [[నోబెల్ కమిటీ ఫర్ కెమిస్ట్రీ|నోబెల్ కమిటీ]] తీసుకున్న నిర్ణయంతో లూయిస్ తీవ్ర నిరాశకు గురయ్యారు. బర్కిలీలోని పలువురు ఉన్నతాధికారులు, ఒక దశాబ్దం తర్వాత ఆయన [[గిల్బర్ట్ ఎన్. లూయిస్#మరణం|ఆత్మహత్య]] చేసుకోవడంలో ఈ నిరాశ కీలక పాత్ర పోషించిందని నమ్మారు.<ref>Coffey (2008): 221–222.</ref><ref>(22 March 2018). [https://sciencenotes.org/today-in-science-history-march-23-gilbert-lewis/ Today in Science History – March 23 – Gilbert Lewis]. ''Science Notes and Projects''.</ref><ref name=":5">(2006-08-05). [https://www.sfgate.com/bayarea/article/WHAT-KILLED-FAMED-CAL-CHEMIST-20th-century-2491757.php WHAT KILLED FAMED CAL CHEMIST? / 20th century pioneer who failed to win a Nobel Prize may have succumbed to a broken heart, one admirer theorizes]. ''SFGate''.</ref><ref name=diplogen/> | ||
=== రెండవ ప్రపంచ యుద్ధంలో " | === రెండవ ప్రపంచ యుద్ధంలో "భారజల" ప్రయోగాలు === | ||
''ప్రధాన వ్యాసం: Heavy water'' | ''ప్రధాన వ్యాసం: Heavy water'' | ||
యుద్ధానికి కొద్దికాలం ముందు, [[హన్స్ వాన్ హాల్బన్]] మరియు [[ | యుద్ధానికి కొద్దికాలం ముందు, [[హన్స్ వాన్ హాల్బన్]] మరియు [[లెవ్ కోవార్స్కీ]] తమ న్యూట్రాన్ మోడరేషన్ పరిశోధనలను ఫ్రాన్స్ నుండి బ్రిటన్‌కు మార్చారు. వారు నార్వేలో తయారు చేసిన ప్రపంచంలోని మొత్తం భారజల నిల్వలను ఇరవై ఆరు ఉక్కు డ్రమ్ములలో అక్రమంగా తరలించారు.<ref>Sherriff, Lucy. (1 June 2007). [https://www.theregister.co.uk/2007/06/01/royal_soc_secret_physics/ Royal Society unearths top secret nuclear research]. ''[[The Register]]''.</ref><ref>(25 March 2002). [https://cds.cern.ch/record/45637?ln=en The battle for heavy water: Three physicists' heroic exploits]. ''CERN Bulletin''.</ref> | ||
[[రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం]] సమయంలో, [[నాజీ జర్మనీ]] | [[రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం]] సమయంలో, [[నాజీ జర్మనీ]] [[అణు రియాక్టర్]] రూపకల్పన కోసం భారజలాన్ని మోడరేటర్గా ఉపయోగించి ప్రయోగాలు చేస్తోందని తెలిసింది. ఇటువంటి ప్రయోగాలు [[అణు బాంబు]] కోసం [[ప్లూటోనియం]]ను ఉత్పత్తి చేయడానికి వీలు కల్పిస్తాయనే ఆందోళన ఉండేది. చివరికి ఇది [[రెండవ ప్రపంచ యుద్ధ మిత్రరాజ్యాలు|మిత్రరాజ్యాల]] "[[నార్వేజియన్ భారజల విధ్వంసం]]" (Norwegian heavy water sabotage) అనే ఆపరేషన్‌కు దారితీసింది, దీని ఉద్దేశ్యం నార్వేలోని [[వెమోర్క్]] డ్యూటీరియం ఉత్పత్తి/సమృద్ధి కేంద్రాలను నాశనం చేయడం. ఆ సమయంలో ఇది యుద్ధ గమనాన్ని మార్చడంలో ముఖ్యమైనదిగా పరిగణించబడింది. | ||
రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం ముగిసిన తర్వాత, జర్మనీ తాము అనుకున్నంత తీవ్రంగా ఈ కార్యక్రమంలో | రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం ముగిసిన తర్వాత, జర్మనీ తాము అనుకున్నంత తీవ్రంగా ఈ కార్యక్రమంలో కృషి చేయలేదని మిత్రరాజ్యాలు కనుగొన్నాయి. జర్మన్లు ఒక చిన్న, పాక్షికంగా నిర్మించిన ప్రయోగాత్మక రియాక్టర్‌ను మాత్రమే పూర్తి చేశారు (దీనిని దాచి ఉంచారు) మరియు వారు గొలుసు చర్యను (chain reaction) కొనసాగించలేకపోయారు. యుద్ధం ముగిసే సమయానికి, రియాక్టర్‌ను నడపడానికి అవసరమైన భారజలంలో ఐదవ వంతు కూడా జర్మన్ల వద్ద లేదు, దీనికి పాక్షికంగా నార్వేజియన్ భారజల విధ్వంసక ఆపరేషన్ కారణం. అయితే, జర్మన్లు రియాక్టర్‌ను పని చేసేలా చేయడంలో విజయం సాధించినప్పటికీ (1942 చివరలో అమెరికా [[చికాగో పైల్-1]]తో చేసినట్లుగా), వారు అణు బాంబు అభివృద్ధికి కనీసం కొన్ని సంవత్సరాల దూరంలోనే ఉండేవారు. ఇంజనీరింగ్ ప్రక్రియకు, గరిష్ట ప్రయత్నం మరియు నిధులు ఉన్నప్పటికీ, అమెరికా మరియు [[సోవియట్ యూనియన్]] రెండింటిలోనూ (మొదటి క్రిటికల్ రియాక్టర్ నుండి బాంబు వరకు) సుమారు రెండున్నర సంవత్సరాల సమయం పట్టింది. | ||
=== థర్మోన్యూక్లియర్ ఆయుధాలలో === | === థర్మోన్యూక్లియర్ ఆయుధాలలో === | ||
''ప్రధాన వ్యాసం: Thermonuclear weapon'' | ''ప్రధాన వ్యాసం: Thermonuclear weapon'' | ||
అమెరికా నిర్మించి, 1 నవంబర్ 1952న పేల్చిన 62-టన్నుల [[ఐవీ మైక్]] పరికరం, మొదటి విజయవంతమైన [[హైడ్రోజన్ బాంబు]] (థర్మోన్యూక్లియర్ బాంబు). ఈ సందర్భంలో, | 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]] (nuclear fission) దశ తర్వాత వచ్చే [[అణు చర్య]] దశల నుండి విడుదలైన శక్తిలో ఎక్కువ భాగం వచ్చిన మొదటి బాంబు ఇది. ఐవీ మైక్ బాంబు ఒక కర్మాగారం వంటి భవనం, ఇది ప్రయోగించదగిన ఆయుధం కాదు. దీని మధ్యలో, చాలా పెద్ద స్థూపాకార, ఇన్సులేట్ చేయబడిన [[వాక్యూమ్ ఫ్లాస్క్]] లేదా [[క్రయోస్టాట్]] ఉంది, ఇది సుమారు 1000 [[లీటర్ల]] పరిమాణంలో (ఈ పరిమాణం పూర్తిగా నిండి ఉంటే 160 కిలోల ద్రవ్యరాశి) [[క్రయోజెనిక్]] ద్రవ డ్యూటీరియంను కలిగి ఉంది. ఆ తర్వాత, బాంబు యొక్క ఒక చివర ఉన్న సాంప్రదాయ అణు బాంబు ("ప్రైమరీ") [[థర్మోన్యూక్లియర్ చర్య]]ను ప్రారంభించడానికి అవసరమైన విపరీతమైన ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడన పరిస్థితులను సృష్టించడానికి ఉపయోగించబడింది. | ||
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. | 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. డ్యూటీరియంను కలిగి ఉన్న పదార్థం ఎక్కువగా [[లిథియం డ్యూటెరైడ్]], ఇందులో లిథియం [[లిథియం-6]] ఐసోటోప్‌ను కలిగి ఉంటుంది. లిథియం-6ను అణు బాంబు నుండి వచ్చే వేగవంతమైన [[న్యూట్రాన్ల]]తో తాడనం చేసినప్పుడు, [[ట్రిటియం]] (హైడ్రోజన్-3) ఉత్పత్తి అవుతుంది, ఆపై డ్యూటీరియం మరియు ట్రిటియం త్వరగా [[థర్మోన్యూక్లియర్ ఫ్యూజన్]]లో పాల్గొని, అధిక శక్తిని, [[హీలియం-4]]ను మరియు మరిన్ని ఉచిత న్యూట్రాన్లను విడుదల చేస్తాయి. [[త్సార్ బాంబా]] వంటి "స్వచ్ఛమైన" ఫ్యూజన్ ఆయుధాలు కాలం చెల్లినవిగా పరిగణించబడుతున్నాయి. చాలా ఆధునిక ("బూస్టెడ్") థర్మోన్యూక్లియర్ ఆయుధాలలో, ఫ్యూజన్ మొత్తం శక్తిలో కొంత భాగాన్ని మాత్రమే నేరుగా అందిస్తుంది. D–T ఫ్యూజన్ నుండి ఉత్పత్తి చేయబడిన వేగవంతమైన న్యూట్రాన్ల ద్వారా సహజ [[యురేనియం-238]] ట్యాంపర్ యొక్క విచ్ఛిత్తి, ఫ్యూజన్ చర్య కంటే చాలా ఎక్కువ (అంటే బూస్టెడ్) శక్తి విడుదలకు కారణమవుతుంది. | ||
=== ఆధునిక పరిశోధన === | === ఆధునిక పరిశోధన === | ||
ఆగస్టు 2018లో, శాస్త్రవేత్తలు వాయు | ఆగస్టు 2018లో, శాస్త్రవేత్తలు వాయు రూప డ్యూటీరియంను [[మెటాలిక్ హైడ్రోజన్|ద్రవ లోహ రూపంలోకి]] మార్చినట్లు ప్రకటించారు. ఇది బృహస్పతి, శని మరియు కొన్ని [[ఎక్సోప్లానెట్]]ల వంటి [[గ్యాస్ జెయింట్]] గ్రహాలను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి పరిశోధకులకు సహాయపడవచ్చు, ఎందుకంటే ఇటువంటి గ్రహాలు చాలా ద్రవ లోహ హైడ్రోజన్‌ను కలిగి ఉంటాయని భావిస్తారు, ఇది వాటి శక్తివంతమైన [[అయస్కాంత క్షేత్రాలకు]] కారణం కావచ్చు.<ref name=NYT-20180816>Chang, Kenneth. (16 August 2018). [https://www.nytimes.com/2018/08/16/science/metallic-hydrogen-lasers.html Settling arguments about hydrogen with 168 giant lasers]. ''[[The New York Times]]''.</ref><ref name="SCI-20180816">(15 August 2018). [https://carnegiescience.edu/news/under-pressure-hydrogen-offers-reflection-giant-planet-interiors Under pressure, hydrogen offers a reflection of giant planet interiors]. [[Carnegie Institution for Science]].</ref> | ||
== యాంటీడ్యూటీరియం మరియు యాంటీడ్యూటరాన్ == | == యాంటీడ్యూటీరియం మరియు యాంటీడ్యూటరాన్ == | ||
ఒక '''యాంటీడ్యూటరాన్''' అనేది డ్యూటరాన్ యొక్క [[యాంటీమ్యాటర్]] ప్రతిరూపం, ఇది ఒక [[యాంటీప్రోటాన్]] మరియు ఒక [[యాంటీన్యూట్రాన్]] | ఒక '''యాంటీడ్యూటరాన్''' అనేది డ్యూటరాన్ యొక్క [[యాంటీమ్యాటర్]] ప్రతిరూపం, ఇది ఒక [[యాంటీప్రోటాన్]] మరియు ఒక [[యాంటీన్యూట్రాన్]]తో కూడి ఉంటుంది. యాంటీడ్యూటరాన్ మొదటిసారిగా 1965లో [[CERN]]లోని [[ప్రోటాన్ సింక్రోట్రాన్]] వద్ద<ref>(1965). "Experimental observation of antideuteron production". ''Il Nuovo Cimento''. 39 (1) 10–14. doi:[https://doi.org/10.1007/BF02814251 10.1007/BF02814251].</ref> మరియు [[బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ]]లోని [[ఆల్టర్నేటింగ్ గ్రేడియంట్ సింక్రోట్రాన్]] వద్ద ఉత్పత్తి చేయబడింది.<ref>(June 1965). "Observation of antideuterons". ''Physical Review Letters''. 14 (24) 1003–1006. doi:[https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.14.1003 10.1103/PhysRevLett.14.1003].</ref> కేంద్రకం చుట్టూ తిరిగే [[పాజిట్రాన్]]తో కూడిన పూర్తి పరమాణువును ''యాంటీడ్యూటీరియం'' అని పిలుస్తారు, కానీ 2019 నాటికి యాంటీడ్యూటీరియం ఇంకా సృష్టించబడలేదు. యాంటీడ్యూటీరియం కోసం ఉపయోగించే చిహ్నం D, అంటే పైన గీత ఉన్న D.<ref>(1997). "The production of anti-matter in our galaxy". ''Physics Letters B''. 409 (1–4) 313–320. doi:[https://doi.org/10.1016/S0370-2693(97)00870-8 10.1016/S0370-2693(97)00870-8].</ref> | ||
== ఇవి కూడా చూడండి == | == ఇవి కూడా చూడండి == | ||
Latest revision as of 17:00, 6 October 2026
| సాధారణ | |
|---|---|
| చిహ్నం | H |
| పేర్లు | డ్యూటీరియం, హైడ్రోజన్-2 |
| ప్రోటాన్లు ( Z ) | 1 |
| న్యూట్రాన్లు ( N ) | 1 |
| న్యూక్లైడ్ సమాచారం | |
| సహజ లభ్యత | 0.0156% (భూమి) |
| అర్ధ జీవిత కాలం ( t 1/2 ) | స్థిరమైనది |
| ఐసోటోప్ ద్రవ్యరాశి | 2.0141017778 Da |
| స్పిన్ | 1 |
| అదనపు శక్తి | 13135.720±0.001 keV |
| కేంద్రక బంధన శక్తి | 2224.57±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 కేంద్రకంలో (డ్యూటరాన్) ఒక ప్రోటాన్ మరియు ఒక న్యూట్రాన్ ఉంటాయి, అయితే సాధారణంగా లభించే 1H లో న్యూట్రాన్లు ఉండవు.
డ్యూటీరియం అనే పేరు గ్రీకు పదం డ్యూటెరోస్ నుండి వచ్చింది, దీని అర్థం "రెండవది".[1][2] అమెరికన్ రసాయన శాస్త్రవేత్త హెరాల్డ్ యూరే 1931లో డ్యూటీరియంను కనుగొన్నారు. యూరే మరియు ఇతరులు 2H అధికంగా గాఢత కలిగిన భారీ నీరు నమూనాలను తయారు చేశారు. డ్యూటీరియం ఆవిష్కరణకు యూరేకు 1934లో రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి లభించింది.
ప్రకృతిలో లభించే దాదాపు అన్ని డ్యూటీరియంలు 13.8 బిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం బిగ్ బ్యాంగ్ సమయంలో సంశ్లేషణ చేయబడ్డాయి, ఇవి 2H నుండి 1H వరకు ప్రాథమిక నిష్పత్తిని (106 హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలకు ~26 డ్యూటీరియం కేంద్రకాలు) ఏర్పరిచాయి. డ్యూటీరియం తదనంతరం నెమ్మదిగా జరిగే నక్షత్ర ప్రోటాన్-ప్రోటాన్ గొలుసు చర్య ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది, కానీ ఉష్ణమోచక సంలీన చర్యల ద్వారా వేగంగా నాశనం చేయబడుతుంది. డ్యూటీరియం-డ్యూటీరియం చర్య రెండవ అతి తక్కువ శక్తి పరిమితిని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఇది ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రపరంగా అత్యంత అందుబాటులో ఉన్నది, ఇది నక్షత్రాలు మరియు గోధుమ రంగు మరుగుజ్జు నక్షత్రాలలో జరుగుతుంది.
వాయు గ్రహాలు డ్యూటీరియం యొక్క ప్రాథమిక నిష్పత్తిని ప్రదర్శిస్తాయి. తోకచుక్కలు భూమి సముద్రాల మాదిరిగానే అధిక నిష్పత్తిని (106 హైడ్రోజన్ కేంద్రకాలకు 156 డ్యూటీరియం కేంద్రకాలు) చూపుతాయి. భూమిపై ఉన్న సముద్రపు నీటిలో ఎక్కువ భాగం తోకచుక్కల నుండి వచ్చిందనే సిద్ధాంతాలను ఇది బలపరుస్తుంది.[3][4] రోసెట్టా అంతరిక్ష పరిశోధన ద్వారా కొలవబడిన తోకచుక్క 67P/చూరియుమోవ్-గెరాసిమెంకో యొక్క డ్యూటీరియం నిష్పత్తి, భూమి నీటి కంటే సుమారు మూడు రెట్లు ఎక్కువగా ఉంది. ఈ సంఖ్య ఒక తోకచుక్కలో ఇప్పటివరకు కొలవబడిన అత్యధిక విలువ, కాబట్టి డ్యూటీరియం నిష్పత్తులు ఖగోళ శాస్త్రం మరియు వాతావరణ శాస్త్రం రెండింటిలోనూ చురుకైన పరిశోధనా అంశంగా కొనసాగుతున్నాయి.[5]
డ్యూటీరియం చాలా అణు ఆయుధాలలో, అనేక సంలీన శక్తి ప్రయోగాలలో మరియు ప్రాథమికంగా భారీ నీటి అణు రియాక్టర్లలో అత్యంత ప్రభావవంతమైన న్యూట్రాన్ మోడరేటర్గా ఉపయోగించబడుతుంది. ఇది ఐసోటోపిక్ లేబుల్గా, హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ బయోజియోకెమిస్ట్రీ, NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్స్లో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది.
సాధారణ హైడ్రోజన్ (ప్రోటియం) నుండి వ్యత్యాసాలు
రసాయన చిహ్నం
డ్యూటీరియం తరచుగా రసాయన చిహ్నం D ద్వారా సూచించబడుతుంది. ఇది ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 2 కలిగిన హైడ్రోజన్ యొక్క ఐసోటోపు కాబట్టి, ఇది 2H ద్వారా కూడా సూచించబడుతుంది. IUPAC D మరియు 2H రెండింటినీ అనుమతిస్తుంది, అయితే 2H కి ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది.[6] వివిధ శాస్త్రీయ ప్రక్రియలలో ఈ ఐసోటోప్ యొక్క సాధారణ ఉపయోగం కారణంగా సౌలభ్యం కోసం ఒక ప్రత్యేక రసాయన చిహ్నం ఉపయోగించబడుతుంది. అలాగే, ప్రోటియం (1H) తో దీని 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 1.007825 Da యొక్క ప్రోటియం 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 వ్యవస్థ యొక్క తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశిపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఒక హైడ్రోజన్ పరమాణువు కోసం, తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి పాత్ర పరమాణువు యొక్క బోర్ మోడల్లో సరళంగా కనిపిస్తుంది, ఇక్కడ తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి రిడ్బర్గ్ స్థిరాంకం మరియు రిడ్బర్గ్ సమీకరణం యొక్క సాధారణ గణనలో కనిపిస్తుంది, కానీ తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి ష్రోడింగర్ సమీకరణం మరియు పరమాణు శక్తి స్థాయిలను లెక్కించడానికి డిరాక్ సమీకరణంలో కూడా కనిపిస్తుంది.
ఈ సమీకరణాలలో వ్యవస్థ యొక్క తగ్గించబడిన 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. అందువల్ల 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 నీలిరంగు డాప్లర్ షిఫ్ట్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది.[7]
ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ వంటి వైబ్రేషనల్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో[8] మరియు మైక్రోవేవ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ వంటి రొటేషనల్ స్పెక్ట్రాలో ఈ వ్యత్యాసాలు చాలా స్పష్టంగా కనిపిస్తాయి, ఎందుకంటే డ్యూటీరియం యొక్క తగ్గించబడిన ద్రవ్యరాశి ప్రోటియం కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది. న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో, డ్యూటీరియం చాలా భిన్నమైన NMR ఫ్రీక్వెన్సీని కలిగి ఉంటుంది (ఉదాహరణకు ప్రోటియం 400 MHz వద్ద ఉన్నప్పుడు 61 MHz) మరియు ఇది చాలా తక్కువ సున్నితత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది. డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావకాలు సాధారణంగా ప్రోటియం NMRలో ఉపయోగించబడతాయి, తద్వారా ద్రావకం సిగ్నల్‌తో అతివ్యాప్తి చెందకుండా నిరోధించబడుతుంది, అయితే డ్యూటీరియం NMR కూడా సాధ్యమే.
బిగ్ బ్యాంగ్ కేంద్రక సంశ్లేషణ
ప్రధాన వ్యాసం: బిగ్ బ్యాంగ్ కేంద్రక సంశ్లేషణ విశ్వం ఏర్పడే సమయంలో జరిగిన సంశ్లేషణ మాత్రమే సహజంగా లభించే డ్యూటీరియం సృష్టించబడిన ఏకైక ముఖ్యమైన మార్గం; ఇది నక్షత్ర సంలీనంలో నాశనం చేయబడుతుంది. బిగ్ బ్యాంగ్లో ఏర్పడిన మూలకాల సంఖ్య మరియు నిష్పత్తులను నిర్ణయించడంలో డ్యూటీరియం ముఖ్యమైన పాత్ర పోషించిందని భావిస్తున్నారు.[9] థర్మోడైనమిక్స్ మరియు విశ్వ విస్తరణ వల్ల కలిగే మార్పులను కలిపి, కేంద్రకాల ఏర్పాటుకు అనుమతించేంతగా విశ్వం చల్లబడిన సమయంలో ఉష్ణోగ్రత ఆధారంగా ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్ల భిన్నాన్ని లెక్కించవచ్చు. ఈ గణన కేంద్రక సంశ్లేషణ ప్రారంభంలో ప్రతి న్యూట్రాన్‌కు ఏడు ప్రోటాన్లు ఉన్నాయని సూచిస్తుంది, ఈ నిష్పత్తి కేంద్రక సంశ్లేషణ 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 కేంద్రక సంశ్లేషణ జరగగలిగే కొన్ని నిమిషాల కాలంలో, ఉష్ణోగ్రత చాలా ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల 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 హీలియం-4 ఏర్పడటాన్ని ఆలస్యం చేసింది. ఈ సమయంలో, మూలకాల ఏర్పాటులో అకస్మాత్తుగా ఒక విస్ఫోటనం జరిగింది (మొదట డ్యూటీరియం, ఇది వెంటనే హీలియంగా సంలీనం చెందింది). అయితే, ఆ తర్వాత చాలా త్వరగా, బిగ్ బ్యాంగ్ జరిగిన ఇరవై నిమిషాల తర్వాత, విశ్వం మరింత కేంద్రక సంలీనం లేదా కేంద్రక సంశ్లేషణ జరగడానికి చాలా చల్లగా మారింది. ఈ సమయంలో, మూలకాల సమృద్ధి దాదాపు స్థిరంగా ఉంది, బిగ్ బ్యాంగ్ కేంద్రక సంశ్లేషణ యొక్క కొన్ని రేడియోధార్మిక ఉత్పత్తులు (ఉదాహరణకు ట్రిటియం) క్షీణించినప్పుడు మాత్రమే మారాయి.[10] 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 ఏర్పడ్డాయి. అందువల్ల ఈ మూలకాలు నక్షత్రాలలో ఏర్పడవలసి వచ్చింది. అదే సమయంలో, బిగ్ బ్యాంగ్ సమయంలో కేంద్రక సంశ్లేషణ తక్కువగా జరగడం వల్ల, సూర్యుని వంటి దీర్ఘకాలం జీవించే నక్షత్రాలను ఏర్పరచడానికి తర్వాతి విశ్వంలో పుష్కలంగా హైడ్రోజన్ అందుబాటులో ఉండేలా చూసింది.
సమృద్ధి
డ్యూటీరియం సహజంగా డ్యూటీరియం వాయువు (2H2 లేదా D2) రూపంలో తక్కువ మొత్తంలో లభిస్తుంది, కానీ విశ్వంలో ఉన్న చాలా డ్యూటీరియం 1Hతో బంధించబడి హైడ్రోజన్ డ్యూటెరైడ్ (HD లేదా 1H2H) అనే వాయువును ఏర్పరుస్తుంది.[11] 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 ఒక ముఖ్యమైన డేటా. సాధారణ కేంద్రక సంలీనం నుండి వచ్చే గామా వికిరణం డ్యూటీరియంను ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లుగా విడగొడుతుంది, మరియు బిగ్ బ్యాంగ్ కేంద్రక సంశ్లేషణ తప్ప డ్యూటీరియంను దాని సహజ సమృద్ధికి దగ్గరగా ఉత్పత్తి చేయగల సహజ ప్రక్రియ ఏదీ తెలియదు. డ్యూటీరియం అరుదైన క్లస్టర్ క్షయం మరియు తేలికపాటి హైడ్రోజన్ ద్వారా సహజంగా లభించే న్యూట్రాన్ల అప్పుడప్పుడు శోషణ ద్వారా ఉత్పత్తి అవుతుంది, కానీ ఇవి చాలా తక్కువ వనరులు. సూర్యుడు మరియు ఇతర నక్షత్రాల అంతర్భాగంలో డ్యూటీరియం తక్కువగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు, ఎందుకంటే ఈ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద డ్యూటీరియంను వినియోగించే కేంద్రక సంలీన చర్యలు డ్యూటీరియంను సృష్టించే ప్రోటాన్-ప్రోటాన్ చర్య కంటే చాలా వేగంగా జరుగుతాయి. అయితే, డ్యూటీరియం బాహ్య సౌర వాతావరణంలో బృహస్పతిలో ఉన్నట్లుగానే సుమారు అదే గాఢతలో ఉంటుంది, మరియు సౌర వ్యవస్థ ఆవిర్భావం నుండి ఇది బహుశా మారలేదు. 2H యొక్క సహజ సమృద్ధి హైడ్రోజన్ ఎక్కడ దొరికినా హైడ్రోజన్‌లో చాలా సారూప్యమైన భిన్నంగా కనిపిస్తుంది, దానిని గాఢత చేసే స్పష్టమైన ప్రక్రియలు లేకపోతే.
అన్ని హైడ్రోజన్‌లో తక్కువ కానీ స్థిరమైన ప్రాథమిక భిన్నంలో డ్యూటీరియం ఉనికి విశ్వం యొక్క స్టెడీ స్టేట్ థియరీ కంటే బిగ్ బ్యాంగ్కు అనుకూలంగా ఉన్న వాదనలలో ఒకటి. విశ్వంలో హైడ్రోజన్ నుండి హీలియం నుండి డ్యూటీరియం వరకు గమనించిన నిష్పత్తులను బిగ్ బ్యాంగ్ మోడల్ లేకుండా వివరించడం కష్టం. సుమారు 13.8 బిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం వాటి ఉత్పత్తి నుండి డ్యూటీరియం సమృద్ధి గణనీయంగా మారలేదని అంచనా వేయబడింది.[12] అతినీలలోహిత స్పెక్ట్రల్ విశ్లేషణ నుండి పాలపుంత గెలాక్సీ డ్యూటీరియం కొలతలు అశాంతంగా ఉన్న వాయు 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 బహుశా గెలాక్సీ వెలుపల నుండి ప్రాథమిక హైడ్రోజన్ పెద్ద మొత్తంలో రావడం వల్ల డ్యూటీరియం తిరిగి నింపబడిందని దీనిని అర్థం చేసుకోవచ్చు.[13] సూర్యుని నుండి కొన్ని వందల కాంతి సంవత్సరాల దూరంలో ఉన్న అంతరిక్షంలో, డ్యూటీరియం సమృద్ధి మిలియన్కు 15 పరమాణువులు మాత్రమే, కానీ ఈ విలువ అంతరిక్షంలో కార్బన్ ధూళి కణాలపై డ్యూటీరియం యొక్క అవకలన శోషణ ద్వారా ప్రభావితమై ఉండవచ్చు.[14]
బృహస్పతి వాతావరణంలో డ్యూటీరియం సమృద్ధిని గెలీలియో అంతరిక్ష పరిశోధన ద్వారా మిలియన్ హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు 26 డ్యూటీరియం పరమాణువులుగా నేరుగా కొలవబడింది. ISO-SWS పరిశీలనలు బృహస్పతిలో మిలియన్ హైడ్రోజన్ పరమాణువులకు 22 డ్యూటీరియం పరమాణువులను కనుగొన్నాయి,[15] మరియు ఈ సమృద్ధి ప్రాథమిక సౌర వ్యవస్థ నిష్పత్తికి దగ్గరగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు.[4] 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, ఈ నిష్పత్తులు వేడి కారణంగా ప్రోటోసోలార్ నెబ్యులా నిష్పత్తి కంటే ఎక్కువగా ఉన్నాయి, మరియు ఇవి భూమి సముద్రపు నీటిలో కనిపించే నిష్పత్తులను పోలి ఉంటాయి. తోకచుక్క 103P/హార్ట్లీ (ఒక మాజీ కైపర్ బెల్ట్ వస్తువు)లో మిలియన్ హైడ్రోజన్లకు 161 డ్యూటీరియం పరమాణువుల ఇటీవలి కొలత, భూమి సముద్రాలలో ఉన్న నిష్పత్తికి దాదాపు సమానంగా ఉంది (155.76 ± 0.1, కానీ వాస్తవానికి 153 నుండి 156 ppm), భూమి ఉపరితల నీరు ఎక్కువగా తోకచుక్కల నుండి వచ్చి ఉండవచ్చనే సిద్ధాంతాన్ని నొక్కి చెబుతుంది.[3][4] ఇటీవల రోసెట్టా ద్వారా కొలవబడిన 67P/చూరియుమోవ్-గెరాసిమెంకో యొక్క 2H1HR భూమి నీటి కంటే సుమారు మూడు రెట్లు ఎక్కువగా ఉంది.[5] భూమిపై ఉన్న నీరు పాక్షికంగా గ్రహశకలాల మూలం కావచ్చు అనే సూచనలపై ఇది కొత్త ఆసక్తిని కలిగించింది.
డ్యూటీరియం ఇతర భూసంబంధిత గ్రహాలలో, ముఖ్యంగా అంగారకుడు మరియు శుక్రునిపై సగటు సౌర సమృద్ధి కంటే ఎక్కువగా కేంద్రీకృతమై ఉన్నట్లు గమనించబడింది.[16]
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 చేస్తారు.[17]
సిద్ధాంతపరంగా, భారీ నీటి కోసం డ్యూటీరియంను అణు రియాక్టర్‌లో సృష్టించవచ్చు, కానీ సాధారణ నీటి నుండి వేరు చేయడం అత్యంత చౌకైన భారీ ఉత్పత్తి ప్రక్రియ.
1997లో చివరి భారీ నీటి ప్లాంట్ మూసివేయబడే వరకు అటామిక్ ఎనర్జీ ఆఫ్ కెనడా లిమిటెడ్ డ్యూటీరియం యొక్క ప్రపంచంలోని ప్రముఖ సరఫరాదారుగా ఉంది. కెనడా CANDU రియాక్టర్ డిజైన్ నిర్వహణ కోసం న్యూట్రాన్ మోడరేటర్గా భారీ నీటిని ఉపయోగిస్తుంది.
భారీ నీటిని ఉత్పత్తి చేసే మరో 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 సొంత అవసరాలకు భారీ నీటి విషయంలో స్వయం సమృద్ధిని కలిగి ఉండటమే కాకుండా, రియాక్టర్-గ్రేడ్ భారీ నీటిని ఎగుమతి కూడా చేస్తుంది.
లక్షణాలు
మాలిక్యులర్ డ్యూటీరియం కోసం డేటా
ఫార్ములా: D2 లేదా 2
- సాంద్రత: STP వద్ద 0.180 కిగ్రా/మీ3 (0 °C, 101325 Pa).
- పరమాణు భారం: 2.0141017926 Da.
- సముద్రపు నీటిలో సగటు సమృద్ధి ( VSMOW నుండి) మిలియన్ హైడ్రోజన్ ఐసోటోపుల పరమాణువులకు 155.76 ± 0.1 డ్యూటీరియం పరమాణువులు (సుమారు 6420లో 1 పరమాణువు); అంటే, హైడ్రోజన్ (ఏ ఐసోటోపైనా) యొక్క మొత్తం పరమాణువులలో సుమారు 0.015%.
2H2 (ట్రిపుల్ పాయింట్) కోసం సుమారు 18 K వద్ద డేటా:
- సాంద్రత:
- ద్రవం: 162.4 కిగ్రా/మీ3
- వాయువు: 0.452 కిగ్రా/మీ3
- ద్రవీకరించబడిన 2H2O: STP వద్ద 1105.2 కిగ్రా/మీ3
- స్నిగ్ధత: 300 K వద్ద 12.6 μPa·s (వాయు దశ)
- స్థిర పీడనం వద్ద విశిష్ట ఉష్ణ సామర్థ్యం cp:
- ఘనపదార్థం: 2950 J/(కిగ్రా·K)
- వాయువు: 5200 J/(కిగ్రా·K)
భౌతిక లక్షణాలు
భూమిపై దాని సహజ కూర్పులో హైడ్రోజన్‌తో పోలిస్తే, స్వచ్ఛమైన డ్యూటీరియం (2H2) అధిక ద్రవీభవన స్థానం (18.72 K vs. 13.99 K), అధిక బాష్పీభవన 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.[18]
డ్యూటీరియం సమ్మేళనాల భౌతిక లక్షణాలు ప్రోటియం అనలాగ్‌ల నుండి గణనీయమైన కైనెటిక్ ఐసోటోప్ ఎఫెక్ట్లను మరియు ఇతర భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాల వ్యత్యాసాలను ప్రదర్శించగలవు. ఉదాహరణకు, 2H2O సాధారణ కంటే ఎక్కువ స్నిగ్ధత కలిగి ఉంటుంది. ప్రోటియంతో పోలిస్తే భారీ హైడ్రోజన్ ఐసోటోపుల సమ్మేళనాల కోసం బంధ శక్తి మరియు పొడవులో వ్యత్యాసాలు ఉన్నాయి, ఇవి ఏ ఇతర మూలకంలోని ఐసోటోపిక్ వ్యత్యాసాల కంటే పెద్దవి. డ్యూటీరియం మరియు ట్రిటియం కలిగి ఉన్న 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.[19]
డ్యూటీరియం నీటి అణువులలోని 1Hని భర్తీ చేసి భారీ నీటిని (2H2O) ఏర్పరుస్తుంది, ఇది సాధారణ నీటి కంటే సుమారు 10.6% సాంద్రత కలిగి ఉంటుంది (కాబట్టి దానితో చేసిన 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.[20] ఈ విషపూరితం ఉన్నప్పటికీ, సాధారణ పరిస్థితులలో భారీ నీటి వినియోగం మానవులకు ఆరోగ్య ముప్పును కలిగించదు. 70 kg బరువున్న వ్యక్తి తీవ్రమైన పరిణామాలు లేకుండా 4.8 L భారీ నీటిని తాగవచ్చని అంచనా వేయబడింది.[21] భారీ నీటి చిన్న మోతాదులు (మానవులలో కొన్ని గ్రాములు, శరీరంలో సాధారణంగా ఉండే డ్యూటీరియం మొత్తానికి సమానమైన డ్యూటీరియంను కలిగి ఉంటాయి) మానవులు మరియు జంతువులలో హానిచేయని మెటబాలిక్ ట్రేసర్లుగా క్రమం తప్పకుండా 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=EB = 2.23 MeV వద్ద అతి తక్కువగా బంధించబడింది, మరియు అధిక శక్తి స్థాయిలు ఏవీ బంధించబడలేదు. సింగిల్ డ్యూటరాన్ అనేది 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 క్షణికంగా ఉంటుంది, ఇది ప్రోటాన్ యొక్క అసాధారణంగా పెద్ద న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్ క్రాస్-సెక్షన్‌కు కారణమవుతుంది.[22]
కేంద్రక 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, మ్యూయోనిక్ డ్యూటీరియంను ఉపయోగించి చేసే కొలతలు చిన్న ఫలితాన్ని ఇస్తాయి: 2.12562 ± (78) fm.[23]
ఇవి కూడా చూడండి: ప్రోటాన్ వ్యాసార్థం పజిల్
స్పిన్ మరియు శక్తి
డ్యూటీరియం 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 సంభవిస్తాయి.) చాలా బేసి-బేసి కేంద్రకాలు బీటా క్షయంకు అస్థిరంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే క్షయ ఉత్పత్తులు సరి-సరిగా ఉంటాయి, మరియు అందువల్ల కేంద్రక పెయిరింగ్ ప్రభావాల కారణంగా మరింత బలంగా బంధించబడతాయి. అయితే, డ్యూటీరియం దాని ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ స్పిన్-1 స్థితికి జత చేయబడటం వల్ల ప్రయోజనం పొందుతుంది, ఇది బలమైన కేంద్రక ఆకర్షణను ఇస్తుంది; పౌలీ ఎక్స్‌క్లూజన్ ప్రిన్సిపుల్ కారణంగా రెండు-న్యూట్రాన్ లేదా రెండు-ప్రోటాన్ వ్యవస్థలో సంబంధిత స్పిన్-1 స్థితి ఉండదు, ఇది ఒకే స్పిన్ కలిగిన ఒకేలాంటి కణానికి ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం వంటి మరొక భిన్నమైన క్వాంటం సంఖ్య అవసరమవుతుంది. కానీ ఏదైనా కణం యొక్క ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం వ్యవస్థకు తక్కువ బంధన శక్తిని ఇస్తుంది, ప్రధానంగా కేంద్రక శక్తి యొక్క నిటారుగా ఉన్న ప్రవణతలో కణాల దూరం పెరగడం వల్ల. రెండు సందర్భాల్లో, ఇది డైప్రోటాన్ మరియు డైనూట్రాన్ అస్థిరంగా ఉండటానికి కారణమవుతుంది.
డ్యూటీరియంలోని ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్లను న్యూట్రినోలతో జరిగే న్యూట్రల్ కరెంట్ పరస్పర చర్యల ద్వారా విచ్ఛిన్నం చేయవచ్చు. ఈ పరస్పర చర్యకు సంబంధించిన క్రాస్ సెక్షన్ చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, అందుకే సడ్‌బరీ న్యూట్రినో అబ్జర్వేటరీ ప్రయోగంలో డ్యూటీరియంను న్యూట్రినో లక్ష్యంగా విజయవంతంగా ఉపయోగించారు.
డయాటోమిక్ డ్యూటీరియం (2H2) కూడా డయాటోమిక్ హైడ్రోజన్ లాగానే ఆర్థో మరియు పారా న్యూక్లియర్ స్పిన్ ఐసోమర్లను కలిగి ఉంటుంది. అయితే, డ్యూటెరాన్ అనేది ఒకటిగా ఉన్న న్యూక్లియర్ స్పిన్‌ను కలిగిన బోసాన్ కావడం వల్ల, వీటి స్పిన్ ఐసోమర్లు మరియు భ్రమణ స్థాయిల సంఖ్య మరియు విస్తృతిలో తేడాలు ఉంటాయి.[24]
డ్యూటెరాన్ యొక్క ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ స్థితి
ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ల మధ్య ద్రవ్యరాశి మరియు కేంద్రక ధర్మాల సారూప్యత కారణంగా, వీటిని కొన్నిసార్లు ఒకే వస్తువు యొక్క రెండు సౌష్టవ రూపాలుగా, అంటే న్యూక్లియాన్గా పరిగణిస్తారు. ప్రోటాన్‌కు మాత్రమే విద్యుత్ ఆవేశం ఉన్నప్పటికీ, బలమైన కేంద్రక బలంతో పోలిస్తే విద్యుదయస్కాంత పరస్పర చర్య బలహీనంగా ఉండటం వల్ల దీనిని తరచుగా విస్మరించవచ్చు. ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్లను కలిపే ఈ సౌష్టవాన్ని ఐసోస్పిన్ అని పిలుస్తారు మరియు దీనిని I (లేదా కొన్నిసార్లు T) అని సూచిస్తారు.
ఐసోస్పిన్ అనేది సాధారణ స్పిన్ లాగానే ఒక SU(2) సౌష్టవం, కాబట్టి ఇది దానికి పూర్తిగా సమానమైనది. ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్, రెండూ ఐసోస్పిన్-1/2ను కలిగి ఉండి, ఒక ఐసోస్పిన్ డబుల్లేట్‌ను (ఒక స్పిన్ డబుల్లేట్కు సమానంగా) ఏర్పరుస్తాయి. ఇందులో "డౌన్" స్థితి (↓) న్యూట్రాన్‌ను మరియు "అప్" స్థితి (↑) ప్రోటాన్‌ను సూచిస్తుంది.[25] న్యూక్లియాన్ల జంట ఐసోస్పిన్ యొక్క యాంటీసిమెట్రిక్ స్థితిలో (సింగ్లెట్ అని పిలుస్తారు) లేదా సౌష్టవ స్థితిలో (ట్రిప్లెట్ అని పిలుస్తారు) ఉండవచ్చు. "డౌన్" మరియు "అప్" స్థితుల పరంగా, సింగ్లెట్ \textstyle \frac{1}{\sqrt{2} }\left( \vert {\uparrow\downarrow} \rangle - \vert {\downarrow\uparrow} \rangle \right) గా ఉంటుంది, దీనిని \textstyle \frac{1}{\sqrt{2} }\left( \vert\mathrm{p n} \rangle - \vert\mathrm{n p} \rangle\right) అని కూడా వ్రాయవచ్చు.
ఇది ఒక ప్రోటాన్ మరియు ఒక న్యూట్రాన్ కలిగిన కేంద్రకం, అంటే డ్యూటీరియం కేంద్రకం. ట్రిప్లెట్ అనేది:
కాబట్టి ఇది మూడు రకాల కేంద్రకాలను కలిగి ఉంటుంది, ఇవి సౌష్టవంగా ఉండాలని భావిస్తారు: ఒక డ్యూటీరియం కేంద్రకం (వాస్తవానికి ఇది దాని యొక్క అత్యధిక ఉత్తేజిత స్థితి), రెండు ప్రోటాన్లు ఉన్న కేంద్రకం, మరియు రెండు న్యూట్రాన్లు ఉన్న కేంద్రకం. ఈ స్థితులు స్థిరంగా ఉండవు.
డ్యూటెరాన్ యొక్క ఉజ్జాయింపు తరంగ ప్రమేయం
ఐసోస్పిన్ ప్రాతినిధ్యాన్ని ఉపయోగిస్తే డ్యూటెరాన్ తరంగ ప్రమేయం యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉండాలి (ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ ఒకే రకమైన కణాలు కానందున, తరంగ ప్రమేయం సాధారణంగా యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉండవలసిన అవసరం లేదు). వాటి ఐసోస్పిన్‌తో పాటు, రెండు న్యూక్లియాన్లు స్పిన్ మరియు స్థల విస్తరణ తరంగ ప్రమేయాలను 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 "ఋణాత్మక" పారిటీని కలిగి ఉంటే) అది యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటుంది. పారిటీ అనేది రెండు న్యూక్లియాన్ల మొత్తం ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం ద్వారా పూర్తిగా నిర్ణయించబడుతుంది: అది సరి సంఖ్య అయితే పారిటీ సరి (ధనాత్మక), మరియు అది బేసి సంఖ్య అయితే పారిటీ బేసి (ఋణాత్మక).
డ్యూటెరాన్, ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ కావడంతో, ఐసోస్పిన్ కారణంగా న్యూక్లియాన్ల మార్పిడి కింద యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటుంది, కాబట్టి వాటి స్పిన్ మరియు స్థానం యొక్క ద్వంద్వ మార్పిడి కింద అది సౌష్టవంగా ఉండాలి. అందువల్ల, ఇది ఈ క్రింది రెండు వేర్వేరు స్థితులలో ఉండవచ్చు:
- సౌష్టవ స్పిన్ మరియు పారిటీ కింద సౌష్టవం. ఈ సందర్భంలో, రెండు న్యూక్లియాన్ల మార్పిడి డ్యూటీరియం తరంగ ప్రమేయాన్ని ఐసోస్పిన్ మార్పిడి నుండి (−1), స్పిన్ మార్పిడి నుండి (+1) మరియు పారిటీ (స్థాన మార్పిడి) నుండి (+1) గుణిస్తుంది, మొత్తం యాంటీసిమెట్రీకి అవసరమైన (−1) వస్తుంది.
- యాంటీసిమెట్రిక్ స్పిన్ మరియు పారిటీ కింద యాంటీసిమెట్రీ. ఈ సందర్భంలో, రెండు న్యూక్లియాన్ల మార్పిడి డ్యూటీరియం తరంగ ప్రమేయాన్ని ఐసోస్పిన్ మార్పిడి నుండి (−1), స్పిన్ మార్పిడి నుండి (−1) మరియు పారిటీ (స్థాన మార్పిడి) నుండి (−1) గుణిస్తుంది, మళ్ళీ మొత్తం యాంటీసిమెట్రీకి అవసరమైన (−1) వస్తుంది.
మొదటి సందర్భంలో డ్యూటెరాన్ ఒక స్పిన్ ట్రిప్లెట్, కాబట్టి దాని మొత్తం స్పిన్ s విలువ 1. ఇది సరి పారిటీని మరియు అందువల్ల సరి ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం lని కలిగి ఉంటుంది. దాని ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం ఎంత తక్కువగా ఉంటే, దాని శక్తి అంత తక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, అత్యల్ప సాధ్యమయ్యే శక్తి స్థితి s = 1, l = 0.
రెండవ సందర్భంలో డ్యూటెరాన్ ఒక స్పిన్ సింగ్లెట్, కాబట్టి దాని మొత్తం స్పిన్ s విలువ 0. ఇది బేసి పారిటీని మరియు అందువల్ల బేసి ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం lని కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, అత్యల్ప సాధ్యమయ్యే శక్తి స్థితి s = 0, l = 1.
s = 1 బలమైన కేంద్రక ఆకర్షణను ఇస్తుంది కాబట్టి, డ్యూటీరియం గ్రౌండ్ స్టేట్ s = 1, l = 0 స్థితిలో ఉంటుంది.
అదే పరిగణనలు s = 0, l = సరి లేదా s = 1, l = బేసి కలిగిన ఐసోస్పిన్ ట్రిప్లెట్ యొక్క సాధ్యమయ్యే స్థితులకు దారితీస్తాయి. అందువల్ల, అత్యల్ప శక్తి స్థితి s = 1, l = 1 కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఐసోస్పిన్ సింగ్లెట్ కంటే ఎక్కువ.
పైన 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 కాలక్రమేణా స్థిరంగా ఉండవు (అవి హామిల్టోనియన్ (క్వాంటం మెకానిక్స్)తో కమ్యూట్ కావు), మరియు కాలక్రమేణా s = 1, l = 0 వంటి స్థితి s = 1, l = 2 స్థితిగా మారవచ్చు. పారిటీ కాలక్రమేణా 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 క్వాంటం సూపర్ పొజిషన్ (లీనియర్ కాంబినేషన్), మొదటి భాగం చాలా పెద్దదిగా ఉన్నప్పటికీ. మొత్తం కోణీయ ద్రవ్యవేగం j కూడా ఒక మంచి క్వాంటం సంఖ్య (ఇది కాలక్రమేణా స్థిరంగా ఉంటుంది) కాబట్టి, రెండు భాగాలు ఒకే jని కలిగి ఉండాలి, అందువల్ల j = 1. ఇది డ్యూటీరియం కేంద్రకం యొక్క మొత్తం స్పిన్.
క్లుప్తంగా చెప్పాలంటే, డ్యూటీరియం కేంద్రకం ఐసోస్పిన్ పరంగా యాంటీసిమెట్రిక్‌గా ఉంటుంది, మరియు స్పిన్ 1 మరియు సరి (+1) పారిటీని కలిగి ఉంటుంది. దాని న్యూక్లియాన్ల సాపేక్ష కోణీయ ద్రవ్యవేగం l ఖచ్చితంగా 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:
దీనితో
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 ఆర్బిటల్ కోణీయ ద్రవ్యవేగం మరియు స్పిన్ లో సగభాగాన్ని పొందుతాయి. దీని ఫలితంగా:
ఇక్కడ p మరియు n అనేవి ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్లను సూచిస్తాయి, మరియు g(l)n = 0.
ఇక్కడ ఉన్న అదే గుర్తులను ఉపయోగించి మరియు g(l)p = 1 విలువను ఉపయోగించి, న్యూక్లియర్ మాగ్నెటాన్ μN యూనిట్లలో ఈ క్రింది ఫలితం వస్తుంది:
s = 1, l = 0 స్థితి (j = 1) కోసం, మనం పొందేది:
s = 1, l = 2 స్థితి (j = 1) కోసం, మనం పొందేది:
డ్యూటీరియం అయస్కాంత డైపోల్ మొమెంట్ యొక్క కొలిచిన విలువ 0.857 μN, ఇది ప్రోటాన్ మరియు న్యూట్రాన్ మొమెంట్లను కలపడం ద్వారా పొందిన 0.879 μN విలువలో 97.5%. ఇది డ్యూటీరియం స్థితి నిజంగానే s = 1, l = 0 స్థితికి మంచి ఉజ్జాయింపు అని సూచిస్తుంది, ఇది రెండు న్యూక్లియాన్లు ఒకే దిశలో తిరుగుతున్నప్పుడు జరుగుతుంది, కానీ న్యూట్రాన్ యొక్క ఋణాత్మక మొమెంట్ కారణంగా వాటి అయస్కాంత మొమెంట్లు తీసివేయబడతాయి.
కానీ ప్రోటాన్ మరియు (ఋణాత్మక) న్యూట్రాన్ మొమెంట్లను సాధారణంగా కలపడం ద్వారా వచ్చే ఫలితం కంటే ప్రయోగాత్మక సంఖ్య కొంచెం తక్కువగా ఉండటం, డ్యూటీరియం వాస్తవానికి ఎక్కువగా s = 1, l = 0 స్థితి మరియు కొద్దిగా s = 1, l = 2 స్థితి యొక్క లీనియర్ కాంబినేషన్ అని చూపిస్తుంది.
ఎలక్ట్రిక్ డైపోల్ ఎప్పటిలాగే సున్నా.
డ్యూటీరియం యొక్క కొలిచిన ఎలక్ట్రిక్ క్వాడ్రుపోల్ 0.2859 e·fm2. పరిమాణం సహేతుకమైనదే అయినప్పటికీ, డ్యూటెరాన్ వ్యాసార్థం 1 ఫెమ్టోమీటర్ క్రమంలో (క్రింద చూడండి) మరియు దాని విద్యుత్ ఆవేశం e కాబట్టి, పైన పేర్కొన్న నమూనా దాని గణనకు సరిపోదు. మరింత ప్రత్యేకంగా చెప్పాలంటే, 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 (క్వాంటం మెకానిక్స్) కోణీయ ద్రవ్యవేగంతో కమ్యూట్ కాదు.
పైన పేర్కొన్న నమూనా ద్వారా ఉన్నత అయస్కాంత మరియు విద్యుత్ మల్టీపోల్ మొమెంట్లను లెక్కించలేము, ఇదే కారణాల వల్ల.
అప్లికేషన్లు
అణు రియాక్టర్లు
డ్యూటీరియంను హెవీ వాటర్ మోడరేటెడ్ ఫిషన్ రియాక్టర్లలో, సాధారణంగా ద్రవ 2H2O రూపంలో, సాధారణ హైడ్రోజన్ యొక్క అధిక న్యూట్రాన్ శోషణ లేకుండా న్యూట్రాన్లను నెమ్మదింపజేయడానికి ఉపయోగిస్తారు.[26] ఇది పెద్ద మొత్తంలో డ్యూటీరియం కోసం ఒక సాధారణ వాణిజ్య ఉపయోగం.
పరిశోధన రియాక్టర్లలో, ద్రవ 2H2ను కోల్డ్ సోర్స్‌లలో న్యూట్రాన్లను చాలా తక్కువ శక్తి మరియు తరంగదైర్ఘ్యాలకు మోడరేట్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు, ఇవి స్కాటరింగ్ ప్రయోగాలకు అనుకూలంగా ఉంటాయి.
ప్రయోగాత్మకంగా, ట్రిటియంతో కలిపి, ఫ్యూజన్ రియాక్టర్ డిజైన్లలో డ్యూటీరియం అత్యంత సాధారణ న్యూక్లైడ్. దీనికి కారణం డ్యూటీరియం-ట్రిటియం (DT) ప్రతిచర్య యొక్క అధిక ప్రతిచర్య రేటు (లేదా న్యూక్లియర్ క్రాస్ సెక్షన్) మరియు అధిక శక్తి దిగుబడి. 2H–3He ఫ్యూజన్ ప్రతిచర్యలో ఇంకా ఎక్కువ దిగుబడి ఉంటుంది, అయితే 2H–3He యొక్క బ్రేక్ ఈవెన్ పాయింట్ ఇతర ఫ్యూజన్ ప్రతిచర్యల కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది; 3He కొరతతో పాటు, ఇది వాణిజ్యపరంగా DT మరియు డ్యూటీరియం-డ్యూటీరియం (DD) ఫ్యూజన్ జరిగే వరకు ఆచరణాత్మక శక్తి వనరుగా ఉండటం అసంభవం. వాణిజ్య అణు ఫ్యూజన్ ఇంకా సాధించని సాంకేతికత.
NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ
ఇవి కూడా చూడండి: ప్రోటాన్ NMR, డ్యూటీరియం NMR
డ్యూటీరియం సాధారణంగా హైడ్రోజన్ న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (ప్రోటాన్ NMR)లో ఈ క్రింది విధంగా ఉపయోగించబడుతుంది. NMR సాధారణంగా ఆసక్తి ఉన్న సమ్మేళనాలను ద్రావణంలో కరిగించి విశ్లేషించాల్సి ఉంటుంది. సేంద్రీయ అణువులలో ఉండే సాధారణ హైడ్రోజన్ కంటే భిన్నమైన డ్యూటీరియం యొక్క న్యూక్లియర్ స్పిన్ ధర్మాల కారణంగా, హైడ్రోజన్/ప్రోటియం యొక్క NMR స్పెక్ట్రాలు డ్యూటీరియం కంటే చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి, మరియు ఆచరణలో 1H కోసం ట్యూన్ చేయబడిన NMR పరికరం ద్వారా డ్యూటీరియం "కనిపించదు". అందువల్ల, ద్రావణి-సిగ్నల్ జోక్యం లేకుండా ఆసక్తి ఉన్న సమ్మేళనం యొక్క లైట్-హైడ్రోజన్ స్పెక్ట్రాలను మాత్రమే కొలవడానికి, డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావణాలను (హెవీ వాటర్, అలాగే డ్యూటెరేటెడ్ క్లోరోఫామ్, CDCl3 లేదా C2HCl3 వంటి సమ్మేళనాలు) NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీలో క్రమం తప్పకుండా ఉపయోగిస్తారు.
ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన నమూనాలలో (డ్యూటీరియం NMR) డ్యూటెరాన్ యొక్క వాతావరణం గురించి సమాచారాన్ని పొందడానికి కూడా న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీని ఉపయోగించవచ్చు. ఉదాహరణకు, లిపిడ్ బైలేయర్‌లలోని హైడ్రోకార్బన్ గొలుసుల కాన్ఫిగరేషన్‌ను డ్యూటీరియం-లేబుల్ చేయబడిన లిపిడ్ అణువులతో సాలిడ్ స్టేట్ డ్యూటీరియం NMR ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు.[27]
డ్యూటీరియం NMR స్పెక్ట్రాలు సాలిడ్ స్టేట్‌లో ప్రత్యేకంగా సమాచారప్రదంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే క్లోరిన్-35 వంటి పెద్ద క్వాడ్రుపోలార్ కేంద్రకాలతో పోలిస్తే దీని క్వాడ్రుపోల్ మొమెంట్ చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.
మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ
డ్యూటెరేటెడ్ (అంటే అన్ని లేదా కొన్ని హైడ్రోజన్ పరమాణువులు డ్యూటీరియంతో భర్తీ చేయబడిన) సమ్మేళనాలను మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీలో ఇంటర్నల్ స్టాండర్డ్లుగా తరచుగా ఉపయోగిస్తారు. ఇతర ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన జాతుల వలె, ఇటువంటి ప్రమాణాలు ఖచ్చితత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి, అయితే ఇతర ఐసోటోపిక్ లేబుల్ చేయబడిన ప్రమాణాల కంటే తక్కువ ఖర్చుతో లభిస్తాయి. డ్యూటెరేటెడ్ అణువులను సాధారణంగా హైడ్రోజన్ ఐసోటోప్ ఎక్స్ఛేంజ్ ప్రతిచర్యల ద్వారా తయారు చేస్తారు.[28][29]
ట్రేసింగ్
మరింత సమాచారం: డ్యూటెరేటెడ్ ద్రావణి రసాయన శాస్త్రం, జీవ రసాయన శాస్త్రం మరియు పర్యావరణ శాస్త్రాలలో, డ్యూటీరియంను రేడియోధార్మికత లేని, స్థిరమైన ఐసోటోపిక్ ట్రేసర్గా ఉపయోగిస్తారు, ఉదాహరణకు, డబుల్లీ లేబుల్డ్ వాటర్ టెస్ట్లో. రసాయన ప్రతిచర్యలు మరియు జీవక్రియ మార్గాలలో, డ్యూటీరియం సాధారణ హైడ్రోజన్ లాగానే ప్రవర్తిస్తుంది (కొన్ని రసాయన తేడాలతో). దీనిని సాధారణ హైడ్రోజన్ నుండి దాని ద్రవ్యరాశి ద్వారా, మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ లేదా ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ ఉపయోగించి 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 మార్పుల కొలతలు, స్థిరమైన భారీ ఆక్సిజన్ ఐసోటోపులు 17O మరియు 18O తో పాటు, జలశాస్త్రంలో భూమి యొక్క నీటి భౌగోళిక మూలాన్ని గుర్తించడానికి ముఖ్యమైనవి. వర్షపు నీటిలో (మీటియోరిక్ వాటర్) హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ యొక్క భారీ ఐసోటోపులు అవపాతం పడే ప్రాంతం యొక్క ఉష్ణోగ్రతను బట్టి సమృద్ధిగా ఉంటాయి (కాబట్టి సమృద్ధి అక్షాంశానికి సంబంధించినది). వర్షపు నీటిలో భారీ ఐసోటోపుల సాపేక్ష సమృద్ధిని (సగటు సముద్రపు నీటికి సూచికగా), ఉష్ణోగ్రతకు వ్యతిరేకంగా ప్లాట్ చేసినప్పుడు, అది గ్లోబల్ మీటియోరిక్ వాటర్ లైన్ (GMWL) అని పిలువబడే రేఖ వెంబడి ఊహించదగిన విధంగా పడిపోతుంది. ఈ ప్లాట్ వర్షపాతం నుండి ఉద్భవించిన నీటి నమూనాలను, అది ఉద్భవించిన వాతావరణం గురించి సాధారణ సమాచారంతో పాటు గుర్తించడానికి అనుమతిస్తుంది. జలాశయాలలో బాష్పీభవనం మరియు ఇతర ప్రక్రియలు, అలాగే భూగర్భ జల ప్రక్రియలు కూడా మంచినీరు మరియు ఉప్పునీటిలో భారీ హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ ఐసోటోపుల నిష్పత్తులను విలక్షణమైన మరియు తరచుగా ప్రాంతీయంగా ప్రత్యేకమైన మార్గాల్లో మారుస్తాయి.[30] 2H నుండి 1H సాంద్రత నిష్పత్తిని సాధారణంగా δ2H గా డెల్టాతో 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.[31][32]
కాంట్రాస్ట్ ధర్మాలు
న్యూట్రాన్ స్కాటరింగ్ పద్ధతులు ముఖ్యంగా డ్యూటెరేటెడ్ నమూనాల లభ్యత నుండి ప్రయోజనం పొందుతాయి: 1H మరియు 2H క్రాస్ సెక్షన్లు చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి మరియు గుర్తులో భిన్నంగా ఉంటాయి, ఇది అటువంటి ప్రయోగాలలో కాంట్రాస్ట్ వైవిధ్యాన్ని అనుమతిస్తుంది. ఇంకా, సాధారణ హైడ్రోజన్ యొక్క ఇబ్బందికరమైన సమస్య దాని పెద్ద అసంబద్ధ న్యూట్రాన్ క్రాస్ సెక్షన్, ఇది 2H కోసం సున్నా. సాధారణ హైడ్రోజన్ స్థానంలో డ్యూటీరియంను ఉపయోగించడం వల్ల స్కాటరింగ్ నాయిస్ తగ్గుతుంది.
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 కలిసి,[33] జీవశాస్త్రంలోని మాక్రోమోలిక్యూల్స్ మరియు అనేక ఇతర రంగాల అధ్యయనాలలో ఒక ఖాళీని పూరిస్తాయి.
అణు ఆయుధాలు
క్రింద చూడండి. సూర్యుడితో సహా చాలా నక్షత్రాలు, హైడ్రోజన్‌ను భారీ మూలకాలుగా ఫ్యూజ్ చేయడం ద్వారా తమ జీవితకాలంలో ఎక్కువ భాగం శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి; అయినప్పటికీ భూమిపై సాధించగల పరిస్థితులలో సాధారణ హైడ్రోజన్ (ప్రోటియం) యొక్క ఇటువంటి ఫ్యూజన్ ఎప్పుడూ విజయవంతం కాలేదు. అందువల్ల, హైడ్రోజన్ బాంబులలో హైడ్రోజన్ ఫ్యూజన్‌తో సహా అన్ని కృత్రిమ ఫ్యూజన్‌లకు భారీ హైడ్రోజన్ (డ్యూటీరియం, ట్రిటియం లేదా రెండూ) అవసరం.[34]
మందులు
ప్రధాన వ్యాసం: డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్ డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్ అనేది ఒక చిన్న అణువు ఔషధ ఉత్పత్తి, ఇందులో డ్రగ్ అణువులోని ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ హైడ్రోజన్ పరమాణువులు డ్యూటీరియంతో భర్తీ చేయబడతాయి. కైనెటిక్ ఐసోటోప్ ఎఫెక్ట్ కారణంగా, డ్యూటీరియం కలిగిన మందులు జీవక్రియ రేట్లు గణనీయంగా తక్కువగా ఉండవచ్చు, అందువల్ల ఎక్కువ హాఫ్-లైఫ్ ఉండవచ్చు.[35][36][37] 2017లో, డ్యూటెట్రాబెనాజైన్ FDA ఆమోదం పొందిన మొదటి డ్యూటెరేటెడ్ డ్రగ్‌గా నిలిచింది.[38]
బలవర్ధకమైన ముఖ్యమైన పోషకాలు
డ్యూటీరియంను ముఖ్యమైన లేదా షరతులతో కూడిన ముఖ్యమైన పోషకాలలో,[39] కొన్ని అమైనో ఆమ్లాలు లేదా పాలీఅన్‌శాచురేటెడ్ ఫ్యాటీ యాసిడ్లు (PUFA) వంటి ఆక్సీకరణ-ప్రమాదకరమైన C–H బంధాలను బలోపేతం చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు, తద్వారా అవి ఆక్సీకరణ నష్టానికి మరింత నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి. లినోలెయిక్ యాసిడ్ వంటి డ్యూటెరేటెడ్ పాలీఅన్‌శాచురేటెడ్ ఫ్యాటీ యాసిడ్లు, జీవ కణాలను దెబ్బతీసే లిపిడ్ పెరాక్సిడేషన్ యొక్క గొలుసు ప్రతిచర్యను నెమ్మదింపజేస్తాయి.[40][41] రెట్రోటోప్ అభివృద్ధి చేసిన లినోలెయిక్ యాసిడ్ యొక్క డ్యూటెరేటెడ్ ఇథైల్ ఈస్టర్ (RT001), ఇన్ఫాంటైల్ న్యూరోయాక్సోనల్ డిస్ట్రోఫీలో కంప్యాషనేట్ యూజ్ ట్రయల్లో ఉంది మరియు ఫ్రీడ్రీచ్ అటాక్సియాలో ఫేజ్ I/II ట్రయల్‌ను విజయవంతంగా పూర్తి చేసింది.[42][38]
థర్మోస్టెబిలైజేషన్
ఓరల్ పోలియో వ్యాక్సిన్ వంటి లైవ్ వ్యాక్సిన్‌లను డ్యూటీరియం ద్వారా, ఒంటరిగా లేదా MgCl2 వంటి ఇతర స్టెబిలైజర్లతో కలిపి స్థిరీకరించవచ్చు.[43]
సిర్కాడియన్ ఆసిలేషన్లను నెమ్మదింపజేయడం
ఎలుకలు, హామ్స్టర్లు మరియు గోన్యావులాక్స్ డైనోఫ్లాగెల్లేట్‌లలో డ్యూటీరియంను అందించినప్పుడు సిర్కాడియన్ క్లాక్ యొక్క ఆసిలేషన్ కాలాన్ని పొడిగిస్తుందని చూపబడింది.[44][45][46][47] ఎలుకలలో, 25% 2H2O యొక్క దీర్ఘకాలిక తీసుకోవడం మెదడులోని హైపోథాలమస్‌లోని సుప్రాకియాస్మాటిక్ న్యూక్లియస్-ఆధారిత లయల సిర్కాడియన్ కాలాన్ని పొడిగించడం ద్వారా సిర్కాడియన్ లయను దెబ్బతీస్తుంది.[46] హామ్స్టర్లలోని ప్రయోగాలు కూడా డ్యూటీరియం ఫ్రీ-రన్నింగ్ సిర్కాడియన్ కాలాన్ని పొడిగించడానికి సుప్రాకియాస్మాటిక్ న్యూక్లియస్‌పై నేరుగా పనిచేస్తుందనే సిద్ధాంతానికి మద్దతు ఇస్తాయి.[48]
చరిత్ర
అన్వేషణకు ముందు
డ్యూటీరియం ధర్మాలను కలిగి ఉన్న ఏదైనా పదార్థం గురించి మొదటి ప్రస్తావన ఎర్నెస్ట్ రూథర్‌ఫోర్డ్ యొక్క 1919 బేకరియన్ లెక్చర్లో ఉంది.[49][50] ఈ సిద్ధాంతంలో, ద్రవ్యరాశి రెండు మరియు ఆవేశం ఒకటి కలిగిన డ్యూటీరియం కేంద్రకం రెండు ప్రోటాన్లు మరియు ఒక కేంద్రక ఎలక్ట్రాన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. అలాగే 1919లో, ఒట్టో స్టెర్న్ మరియు మాక్స్ వోల్మర్ నీటితో చేసిన డిఫ్యూజన్ ప్రయోగాల గురించి నివేదించారు, ఇది హైడ్రోజన్ ఐసోటోపుల ఉనికిని ఖండించిందని వారు పేర్కొన్నారు; వారి ముగింపులు 1920ల అంతటా సరైనవని భావించబడ్డాయి.[51][50]
డ్యూటీరియం గుర్తింపు
దీనిని మొదట 1931 చివరలో కొలంబియా విశ్వవిద్యాలయంలో రసాయన శాస్త్రవేత్త అయిన హెరాల్డ్ యూరీ స్పెక్ట్రోస్కోపికల్‌గా గుర్తించారు. యూరీ సహకారి, ఫెర్డినాండ్ బ్రిక్‌వెడ్డే, వాషింగ్టన్, DCలోని నేషనల్ బ్యూరో ఆఫ్ స్టాండర్డ్స్ (ప్రస్తుతం నేషనల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ స్టాండర్డ్స్ అండ్ టెక్నాలజీ) వద్ద ఇటీవల స్థాపించబడిన తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత భౌతిక శాస్త్ర ప్రయోగశాలను ఉపయోగించి, ఐదు లీటర్ల క్రయోజెనిక్‌గా ఉత్పత్తి చేయబడిన ద్రవ హైడ్రోజన్‌ను 1 mL ద్రవానికి స్వేదనం చేశారు. ఈ సాంకేతికతను గతంలో నియాన్ యొక్క భారీ ఐసోటోపులను వేరు చేయడానికి ఉపయోగించారు. క్రయోజెనిక్ బాయిలాఫ్ సాంకేతికత హైడ్రోజన్ యొక్క మాస్-2 ఐసోటోప్ యొక్క భాగాన్ని దాని స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ గుర్తింపును అస్పష్టంగా మార్చే స్థాయికి కేంద్రీకరించింది.[52][53]
ఐసోటోపు నామకరణం మరియు నోబెల్ బహుమతి
యూరీ 1934లో ప్రచురించిన ఒక వ్యాసంలో ప్రోటియం (protium), డ్యూటీరియం (deuterium), మరియు ట్రిటియం (tritium) అనే పేర్లను సృష్టించారు. ఈ పేరు కొంతవరకు "డ్యూటియం" (deutium) అనే పేరును ప్రతిపాదించిన గిల్బర్ట్ ఎన్. లూయిస్ సలహాపై ఆధారపడి ఉంది. ఈ పేరు గ్రీకు పదం డ్యూటెరోస్ (deuteros) అంటే 'రెండవది' నుండి వచ్చింది, మరియు కేంద్రకాన్ని "డ్యూటరాన్" (deuteron) లేదా "డ్యూటాన్" (deuton) అని పిలవాలని నిర్ణయించారు. ఐసోటోపులు మరియు కొత్త మూలకాలకు సంప్రదాయబద్ధంగా వాటిని కనుగొన్న వారు నిర్ణయించిన పేర్లనే పెట్టేవారు. ఎర్నెస్ట్ రూథర్‌ఫర్డ్ వంటి కొంతమంది బ్రిటిష్ శాస్త్రవేత్తలు, ఈ ఐసోటోపును గ్రీకు పదం డిప్లూస్ (diploos) అంటే 'రెట్టింపు' నుండి "డిప్లోజెన్" (diplogen) అని, మరియు కేంద్రకాన్ని "డిప్లాన్" (diplon) అని పిలవాలని కోరుకున్నారు.[2][54]
సముద్రపు నీటిలో సాధారణ హైడ్రోజన్ సమృద్ధిలో డ్యూటీరియం పరిమాణం చాలా తక్కువగా (6400 హైడ్రోజన్ పరమాణువులలో కేవలం 1 పరమాణువు మాత్రమే [మిలియన్కు 156 భాగాలు]) ఉండటం వల్ల, ఇది గతంలో జరిగిన (సగటు) హైడ్రోజన్ పరమాణు ద్రవ్యరాశి కొలతలను పెద్దగా ప్రభావితం చేయలేదు. అందుకే దీని గురించి అంతకుముందు ఎవరూ అనుమానించలేదు. డ్యూటీరియం పాక్షికంగా సమృద్ధిగా ఉందని చూపించడానికి యూరీ నీటిని గాఢత చేయగలిగారు. బర్కిలీలో యూరీ యొక్క గ్రాడ్యుయేట్ సలహాదారు అయిన లూయిస్, 1933లో మొదటిసారిగా స్వచ్ఛమైన భారజల (heavy water) నమూనాలను తయారు చేసి వాటి లక్షణాలను వివరించారు. 1932లో న్యూట్రాన్ ఆవిష్కరణకు ముందే డ్యూటీరియం కనుగొనబడటం సిద్ధాంతానికి ఒక ప్రయోగాత్మక షాక్‌గా మారింది; కానీ న్యూట్రాన్ గురించి నివేదించబడినప్పుడు, డ్యూటీరియం ఉనికి మరింత వివరణాత్మకమైంది. ఐసోటోపును వేరు చేసిన మూడు సంవత్సరాలకే యూరీకి కెమిస్ట్రీలో నోబెల్ బహుమతి లభించింది. 1934లో నోబెల్ కమిటీ తీసుకున్న నిర్ణయంతో లూయిస్ తీవ్ర నిరాశకు గురయ్యారు. బర్కిలీలోని పలువురు ఉన్నతాధికారులు, ఒక దశాబ్దం తర్వాత ఆయన ఆత్మహత్య చేసుకోవడంలో ఈ నిరాశ కీలక పాత్ర పోషించిందని నమ్మారు.[55][56][57][2]
రెండవ ప్రపంచ యుద్ధంలో "భారజల" ప్రయోగాలు
ప్రధాన వ్యాసం: Heavy water యుద్ధానికి కొద్దికాలం ముందు, హన్స్ వాన్ హాల్బన్ మరియు లెవ్ కోవార్స్కీ తమ న్యూట్రాన్ మోడరేషన్ పరిశోధనలను ఫ్రాన్స్ నుండి బ్రిటన్‌కు మార్చారు. వారు నార్వేలో తయారు చేసిన ప్రపంచంలోని మొత్తం భారజల నిల్వలను ఇరవై ఆరు ఉక్కు డ్రమ్ములలో అక్రమంగా తరలించారు.[58][59]
రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం సమయంలో, నాజీ జర్మనీ అణు రియాక్టర్ రూపకల్పన కోసం భారజలాన్ని మోడరేటర్గా ఉపయోగించి ప్రయోగాలు చేస్తోందని తెలిసింది. ఇటువంటి ప్రయోగాలు అణు బాంబు కోసం ప్లూటోనియంను ఉత్పత్తి చేయడానికి వీలు కల్పిస్తాయనే ఆందోళన ఉండేది. చివరికి ఇది మిత్రరాజ్యాల "నార్వేజియన్ భారజల విధ్వంసం" (Norwegian heavy water sabotage) అనే ఆపరేషన్‌కు దారితీసింది, దీని ఉద్దేశ్యం నార్వేలోని వెమోర్క్ డ్యూటీరియం ఉత్పత్తి/సమృద్ధి కేంద్రాలను నాశనం చేయడం. ఆ సమయంలో ఇది యుద్ధ గమనాన్ని మార్చడంలో ముఖ్యమైనదిగా పరిగణించబడింది.
రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం ముగిసిన తర్వాత, జర్మనీ తాము అనుకున్నంత తీవ్రంగా ఈ కార్యక్రమంలో కృషి చేయలేదని మిత్రరాజ్యాలు కనుగొన్నాయి. జర్మన్లు ఒక చిన్న, పాక్షికంగా నిర్మించిన ప్రయోగాత్మక రియాక్టర్‌ను మాత్రమే పూర్తి చేశారు (దీనిని దాచి ఉంచారు) మరియు వారు గొలుసు చర్యను (chain reaction) కొనసాగించలేకపోయారు. యుద్ధం ముగిసే సమయానికి, రియాక్టర్‌ను నడపడానికి అవసరమైన భారజలంలో ఐదవ వంతు కూడా జర్మన్ల వద్ద లేదు, దీనికి పాక్షికంగా నార్వేజియన్ భారజల విధ్వంసక ఆపరేషన్ కారణం. అయితే, జర్మన్లు రియాక్టర్‌ను పని చేసేలా చేయడంలో విజయం సాధించినప్పటికీ (1942 చివరలో అమెరికా చికాగో పైల్-1తో చేసినట్లుగా), వారు అణు బాంబు అభివృద్ధికి కనీసం కొన్ని సంవత్సరాల దూరంలోనే ఉండేవారు. ఇంజనీరింగ్ ప్రక్రియకు, గరిష్ట ప్రయత్నం మరియు నిధులు ఉన్నప్పటికీ, అమెరికా మరియు సోవియట్ యూనియన్ రెండింటిలోనూ (మొదటి క్రిటికల్ రియాక్టర్ నుండి బాంబు వరకు) 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 (nuclear fission) దశ తర్వాత వచ్చే అణు చర్య దశల నుండి విడుదలైన శక్తిలో ఎక్కువ భాగం వచ్చిన మొదటి బాంబు ఇది. ఐవీ మైక్ బాంబు ఒక కర్మాగారం వంటి భవనం, ఇది ప్రయోగించదగిన ఆయుధం కాదు. దీని మధ్యలో, చాలా పెద్ద స్థూపాకార, ఇన్సులేట్ చేయబడిన వాక్యూమ్ ఫ్లాస్క్ లేదా క్రయోస్టాట్ ఉంది, ఇది సుమారు 1000 లీటర్ల పరిమాణంలో (ఈ పరిమాణం పూర్తిగా నిండి ఉంటే 160 కిలోల ద్రవ్యరాశి) క్రయోజెనిక్ ద్రవ డ్యూటీరియంను కలిగి ఉంది. ఆ తర్వాత, బాంబు యొక్క ఒక చివర ఉన్న సాంప్రదాయ అణు బాంబు ("ప్రైమరీ") థర్మోన్యూక్లియర్ చర్యను ప్రారంభించడానికి అవసరమైన విపరీతమైన ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడన పరిస్థితులను సృష్టించడానికి ఉపయోగించబడింది.
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. డ్యూటీరియంను కలిగి ఉన్న 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 త్వరగా థర్మోన్యూక్లియర్ ఫ్యూజన్లో పాల్గొని, అధిక శక్తిని, హీలియం-4ను మరియు మరిన్ని ఉచిత న్యూట్రాన్లను విడుదల చేస్తాయి. త్సార్ బాంబా వంటి "స్వచ్ఛమైన" ఫ్యూజన్ ఆయుధాలు కాలం చెల్లినవిగా పరిగణించబడుతున్నాయి. చాలా ఆధునిక ("బూస్టెడ్") థర్మోన్యూక్లియర్ ఆయుధాలలో, ఫ్యూజన్ మొత్తం శక్తిలో కొంత భాగాన్ని మాత్రమే నేరుగా అందిస్తుంది. D–T ఫ్యూజన్ నుండి ఉత్పత్తి చేయబడిన వేగవంతమైన న్యూట్రాన్ల ద్వారా సహజ యురేనియం-238 ట్యాంపర్ యొక్క విచ్ఛిత్తి, ఫ్యూజన్ చర్య కంటే చాలా ఎక్కువ (అంటే బూస్టెడ్) శక్తి విడుదలకు కారణమవుతుంది.
ఆధునిక పరిశోధన
ఆగస్టు 2018లో, శాస్త్రవేత్తలు వాయు రూప డ్యూటీరియంను ద్రవ లోహ రూపంలోకి మార్చినట్లు ప్రకటించారు. ఇది బృహస్పతి, శని మరియు కొన్ని ఎక్సోప్లానెట్ల వంటి గ్యాస్ జెయింట్ గ్రహాలను బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి పరిశోధకులకు సహాయపడవచ్చు, ఎందుకంటే ఇటువంటి గ్రహాలు చాలా ద్రవ లోహ హైడ్రోజన్‌ను కలిగి ఉంటాయని భావిస్తారు, ఇది వాటి శక్తివంతమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలకు కారణం కావచ్చు.[60][61]
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[62] మరియు బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీలోని ఆల్టర్నేటింగ్ గ్రేడియంట్ సింక్రోట్రాన్ వద్ద ఉత్పత్తి చేయబడింది.[63] 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.[64]
ఇవి కూడా చూడండి
మూలాలు
- ↑ (1933). "A Name and Symbol for H2". జర్నల్ ఆఫ్ కెమికల్ ఫిజిక్స్. 1 (7) 512–513. doi:10.1063/1.1749326.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 (ఫిబ్రవరి 2012). "The deeds to deuterium". నేచర్ కెమిస్ట్రీ. 4 (3) 236. doi:10.1038/nchem.1273.
- ↑ 3.0 3.1 (అక్టోబర్ 2011). "Ocean-like water in the Jupiter-family comet 103P/Hartley 2". నేచర్. 478 (7368) 218–220. doi:10.1038/nature10519.
- ↑ 4.0 4.1 4.2 (2001). "A two-dimensional model for the primordial nebula constrained by D/H measurements in the Solar system: Implications for the formation of giant planets". ది ఆస్ట్రోఫిజికల్ జర్నల్. 554 (1) 391–407. doi:10.1086/321355. — సౌర వ్యవస్థలోని వివిధ ఖగోళ వస్తువులలో D/H నిష్పత్తుల సమీక్ష కోసం చిత్రం 7 చూడండి
- ↑ 5.0 5.1 (జనవరి 2015). Cometary science. 67P/Churyumov–Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio. సైన్స్. 347 (6220). doi:10.1126/science.1261952.
- ↑ Provisional Recommendations. Nomenclature of Inorganic Chemistry.
- ↑ (7 ఫిబ్రవరి 2000). "Detection of deuterium Balmer lines in the Orion Nebula". ఆస్ట్రానమీ అండ్ ఆస్ట్రోఫిజిక్స్. 354 L79.
- ↑ Water absorption spectrum. లండన్ సౌత్ బ్యాంక్ యూనివర్సిటీ (lsbu.ac.uk).
- ↑ (2022-08-08). Review of Particle Physics. ప్రోగ్రెస్ ఆఫ్ థియరెటికల్ అండ్ ఎక్స్‌పెరిమెంటల్ ఫిజిక్స్. 2022 (8). doi:10.1093/ptep/ptac097.
- ↑ వీస్, అచిమ్. Equilibrium and change: The physics behind Big Bang nucleosynthesis. ఐన్‌స్టీన్ ఆన్‌లైన్.
- ↑ IUPAC కమిషన్ ఆన్ నామెన్‌క్లేచర్ ఆఫ్ ఇనార్గానిక్ కెమిస్ట్రీ. (2001). Names for muonium and hydrogen atoms and their ions. ప్యూర్ అండ్ అప్లైడ్ కెమిస్ట్రీ. 73 (2) 377–380. doi:10.1351/pac200173020377.
- ↑ (2 ఏప్రిల్ 2013). Cosmic Detectives. ది యూరోపియన్ స్పేస్ ఏజెన్సీ (ESA).
- ↑ FUSE Satellite solves the case of the missing deuterium. NASA.
- ↑ Graph of deuterium with distance in our galactic neighborhood. జాన్స్ హాప్కిన్స్ యూనివర్సిటీ.
- ఇది కూడా చూడండి
- ↑ (2001). The deuterium abundance in Jupiter and Saturn from ISO-SWS observations. ఆస్ట్రానమీ & ఆస్ట్రోఫిజిక్స్. 670 (2) 610–622. doi:10.1051/0004-6361:20010259.
- ↑ హంటెన్, డొనాల్డ్ M.. (1993). "Atmospheric evolution of the terrestrial planets". సైన్స్. 259 (5097) 915–920. doi:10.1126/science.259.5097.915.
- ↑ Heavy water – Energy Education. energyeducation.ca.
- ↑ Deuterium, 2H. PubChem.
- ↑ హాల్‌ఫోర్డ్, బెథానీ. (4 జూలై 2016). "The deuterium switcheroo". కెమికల్ & ఇంజనీరింగ్ న్యూస్. 94 (27) 32–36. doi:10.1021/cen-09427-cover.
- ↑ (ఫిబ్రవరి 1999). "Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds". కెనడియన్ జర్నల్ ఆఫ్ ఫిజియాలజీ అండ్ ఫార్మకాలజీ. 77 (2) 79–88. doi:10.1139/cjpp-77-2-79.
- ↑ (2003). Elements and isotopes: formation, transformation, distribution. 111–112. క్లూవర్. ISBN 978-1-4020-1314-0.
- ↑ (శరదృతువు 2004). Neutron–proton scattering. mightylib.mit.edu.
- ↑ (ఆగస్టు 2016). "Laser spectroscopy of muonic deuterium". సైన్స్. 353 (6300) 669–673. doi:10.1126/science.aaf2468.
- ↑ (1996). "Modern Spectroscopy". 115. John Wiley and Sons. ISBN 0-471-96523-5.
- ↑ Chapter 3: Flavor Symmetry and Quark Model of Hadrons. University of Maryland Department of Physics.
- ↑ న్యూట్రాన్ క్రాస్ సెక్షన్#Typical cross sections చూడండి
- ↑ (October 1971). "On the flexibility of hydrocarbon chains in lipid bilayers". Journal of the American Chemical Society. 93 (20) 5017–5022. doi:10.1021/ja00749a006.
- ↑ (2018). "C-H Functionalisation for Hydrogen Isotope Exchange". Angew. Chem. Int. Ed.. 57 (12) 3022–3047. doi:10.1002/anie.201708903.
- ↑ (1997). "Hydrogen isotope exchange reactions involving C–H (D, T) bonds". Chem. Soc. Rev.. 26 (5) 401–406. doi:10.1039/CS9972600401.
- ↑ Oxygen – Isotopes and Hydrology. SAHRA.
- ↑ West, Jason B.. (2009). "Isoscapes: Understanding movement, pattern, and process on Earth through isotope mapping". Springer.
- ↑ (2012). "Linking hydrogen (δ2H) isotopes in feathers and precipitation: Sources of variance and consequences for assignment to isoscapes". PLOS ONE. 7 (4). doi:10.1371/journal.pone.0035137.
- ↑ Deuteration. nmi3.eu.
- ↑ (2025-03-14). Nuclear weapon – Gun Assembly, Implosion, Boosting | Britannica. www.britannica.com.
- ↑ (March 2009). "Big interest in heavy drugs". Nature. 458 (7236) 269. doi:10.1038/458269a.
- ↑ (June 2013). "Heavy drugs draw heavy interest from pharma backers". Nature Medicine. 19 (6) 656. doi:10.1038/nm0613-656.
- ↑ (May 2014). "Using deuterium in drug discovery: Leaving the label in the drug". Journal of Medicinal Chemistry. 57 (9) 3595–3611. doi:10.1021/jm4007998.
- ↑ 38.0 38.1 (June 2017). "First deuterated drug approved". Nature Biotechnology. 35 (6) 493–494. doi:10.1038/nbt0617-493.
- ↑ (September 2007). "Heavy isotopes to avert ageing?". Trends in Biotechnology. 25 (9) 371–375. doi:10.1016/j.tibtech.2007.07.007.
- ↑ Halliwell, Barry; Gutteridge, John M.C. (2015). Free Radical Biology and Medicine (5th ed.). Oxford: Clarendon Press. 9780198717485.
- ↑ (August 2012). "Small amounts of isotope-reinforced polyunsaturated fatty acids suppress lipid autoxidation". Free Radical Biology & Medicine. 53 (4) 893–906. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2012.06.004.
- ↑ (24 November 2020). A Randomized, Double-blind, Controlled Study to Assess the Safety, Tolerability, and Pharmacokinetics of RT001 in Patients with Friedreich's Ataxia.
- ↑ (August 1995). "Thermostabilization of live virus vaccines by heavy water (D2O)". Vaccine. 13 (12) 1058–1063. doi:10.1016/0264-410X(95)00068-C.
- ↑ (September 1993). "Heavy water lengthens the period of free-running rhythms in lesioned hamsters bearing SCN grafts". Physiology & Behavior. 54 (3) 599–604. doi:10.1016/0031-9384(93)90255-E.
- ↑ (November 1974). "Heavy water slows the Gonyaulax clock: a test of the hypothesis that D2O affects circadian oscillations by diminishing the apparent temperature". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 71 (11) 4389–4391. doi:10.1073/pnas.71.11.4389.
- ↑ 46.0 46.1 (August 2017). "Interval timing is preserved despite circadian desynchrony in rats: Constant light and heavy water studies". Journal of Biological Rhythms. 32 (4) 295–308. doi:10.1177/0748730417716231.
- ↑ (March 1977). "Heavy water as a tool for study of the forces that control length of period of the 24-hour clock of the hamster". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 (3) 1295–1299. doi:10.1073/pnas.74.3.1295.
- ↑ (September 1993). "Heavy water lengthens the period of free-running rhythms in lesioned hamsters bearing SCN grafts". Physiology & Behavior. 54 (3) 599–604. doi:10.1016/0031-9384(93)90255-E.
- ↑ Rutherford, Ernest. (January 1997). "Bakerian Lecture: Nuclear constitution of atoms". Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. 97 (686) 374–400. doi:10.1098/rspa.1920.0040.
- ↑ 50.0 50.1 Kragh, H. (2023). Anticipations and Discoveries of the Heavy Hydrogen Isotopes, 1913-1939. arXiv preprint arXiv:2311.17427.
- ↑ Stern, O., & Volmer, M. (1919). Sind die Abweichungen der Atomgewichte von der Ganzzahligkeit durch Isotopie erklärbar?. Annalen der Physik, 364(11), 225-238.
- ↑ (1982). "Harold Urey and the discovery of deuterium". Physics Today. 35 (9) 34. doi:10.1063/1.2915259.
- ↑ (1932). "A hydrogen isotope of mass 2". Physical Review. 39 (1) 164–165. doi:10.1103/PhysRev.39.164.
- ↑ (19 February 1934). Deuterium v. Diplogen. Time.
- ↑ Coffey (2008): 221–222.
- ↑ (22 March 2018). Today in Science History – March 23 – Gilbert Lewis. Science Notes and Projects.
- ↑ (2006-08-05). WHAT KILLED FAMED CAL CHEMIST? / 20th century pioneer who failed to win a Nobel Prize may have succumbed to a broken heart, one admirer theorizes. SFGate.
- ↑ Sherriff, Lucy. (1 June 2007). Royal Society unearths top secret nuclear research. The Register.
- ↑ (25 March 2002). The battle for heavy water: Three physicists' heroic exploits. CERN Bulletin.
- ↑ Chang, Kenneth. (16 August 2018). Settling arguments about hydrogen with 168 giant lasers. The New York Times.
- ↑ (15 August 2018). Under pressure, hydrogen offers a reflection of giant planet interiors. Carnegie Institution for Science.
- ↑ (1965). "Experimental observation of antideuteron production". Il Nuovo Cimento. 39 (1) 10–14. doi:10.1007/BF02814251.
- ↑ (June 1965). "Observation of antideuterons". Physical Review Letters. 14 (24) 1003–1006. doi:10.1103/PhysRevLett.14.1003.
- ↑ (1997). "The production of anti-matter in our galaxy". Physics Letters B. 409 (1–4) 313–320. doi:10.1016/S0370-2693(97)00870-8.
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.
