Deuteri là đồng vị bền của hydro, không giống như các nguyên tử hydro hay protium “thông thường”, đồng vị này chứa một neutron. Đồng vị deuteri có một proton, một neutron và một electron.
Deuteri, hay còn gọi là hydro nặng, là một đồng vị bền của hydro có mặt phổ biến trong các đại dương của Trái Đất với tỉ lệ khoảng 1 nguyên tử trong 6420 nguyên tử hydro (~15625 ppm). Deuteri chiếm khoảng 0,0156% (tương đương về khối lượng: 0,0312%) trong tổng số hydro tự nhiên; mức độ phong phú thay đổi nhỏ theo từng loại hình nước tồn tại trong tự nhiên. Hạt nhân của deuteri chứa 1 proton và 1 neutron, trong khi các hạt nhân của hydro thông thường không có neutron. Đồng vị deuteri được phân phối trong các phân tử có chứa hydro, bao gồm tất cả các dạng nước – kể cả nước trong cơ thể con người. Có 33 gam deuteri trong mỗi mét khối nước biển, do đó đại dương chứa hàng tấn đồng vị này. Tên đồng vị này có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp deuteros nghĩa là “2”, ám chỉ có hai loại hạt cấu tạo nên hạt nhân.
Sự phong phú của deuteri khác nhau trong tự nhiên, từ nguồn nước này sang nguồn nước khác. Nước được tạo thành từ các nguyên tử hydro và oxy, do đó thông tin về deuteri trong một khu vực có thể cung cấp manh mối về lịch sử và nguồn gốc của khu vực đó. Đây là thành phần chủ yếu của kỹ thuật thủy văn đồng vị. Deuteri có nhiều ứng dụng khác, bao gồm cả trong đánh giá dinh dưỡng và làm nhiên liệu trong các nhà máy điện nhiệt hạch trong tương lai.
Deuteri được tìm thấy trong suốt chu trình nước, còn được gọi là chu trình thủy văn: quá trình nước di chuyển từ bề mặt Trái đất lên bầu khí quyển và quay trở lại theo một chu trình liên tục. Thành phần đồng vị ổn định của nước phản ánh vị trí nơi nước bắt nguồn và theo dõi chuyển động của nó trong vòng tuần hoàn nước. Ví dụ, các nhà khoa học có thể mô tả đặc điểm của nước ngầm được bổ sung gần đây và hóa thạch dựa trên nồng độ đồng vị deuteri và oxy của nó. Bằng các dữ liệu này, các nhà khoa học có thể đánh giá thời gian cần thiết để bổ sung nguồn nước ngầm và tư vấn cho các nhà hoạch định chính sách về cách quản lý và bảo vệ nguồn nước tốt nhất.
Các sinh vật sống ăn các phân tử nước có deuteri tự nhiên. Đồng vị này đi vào lưới thức ăn và được tìm thấy trong các vật liệu hữu cơ của các loài khác nhau. Ví dụ, lông chim và móng vuốt có đồng vị này có thể được truy trở lại nguồn gốc nguồn nước sử dụng. Bằng cách đo hàm lượng deuteri của vật liệu hữu cơ và tương quan nó với bản đồ mưa xác định, các nhà khoa học có thể đánh dấu bản chất nguồn gốc của động vật và theo dõi sự di cư của nó. Theo dõi quá trình di cư của các loài khác nhau để tạo bản đồ di cư trên khắp các châu lục. Điều này có lợi để hỗ trợ các nỗ lực bảo tồn và bảo vệ khu vực sinh sản của động vật.
Bản đồ di cư của động vật (Ảnh: CMS)
Sử dụng deuteri trong đánh giá dinh dưỡng để hiểu rõ hơn về dinh dưỡng và sức khỏe
Deuteri có thể được sử dụng trong các nghiên cứu cải thiện đánh giá dinh dưỡng, giúp hiểu rõ liệu tăng hay giảm cân là do chất béo hay cơ, liệu khuyến khích nuôi con bằng sữa mẹ có hiệu quả hay không và liệu một số nhóm dân số có nguy cơ hấp thụ nhiều vitamin A hay không. Thông tin này cho phép các chuyên gia y tế điều chỉnh các chương trình và biện pháp can thiệp dinh dưỡng hiện có hoặc thiết kế những chương trình và biện pháp can thiệp mới, hiệu quả. Một phương pháp gọi là pha loãng deuteri được sử dụng để đánh giá thành phần cơ thể –cân nặng của một người khoảng bao nhiêu thì là béo và không béo. Nước trong cơ thể chứa một lượng deuteri tự nhiên. Sau khi uống một lượng nhỏ deuteri oxide – nước được gắn deuteri, nồng độ của deuteri được đo trong nước bọt hoặc nước tiểu, xác định tỷ lệ mô mỡ và mô không mỡ của cơ thể. Deuteri cũng có thể được sử dụng để đánh giá lượng sữa mẹ tiêu thụ và liệu trẻ có bú mẹ hoàn toàn hay không. Ngoài ra, vitamin A có thể được gắn deuteri để đưa ra thước đo chính xác về tình trạng vitamin A của một người.
Tạo năng lượng nhiệt hạch với deuteri
Phản ứng tổng hợp hạt nhân là phản ứng trong đó hai hạt nhân nguyên tử nhẹ kết hợp với nhau để tạo thành một hạt nhân đồng thời giải phóng lượng lớn năng lượng. Quá trình này cung cấp năng lượng cho các ngôi sao và đại diện cho khả năng lựa chọn năng lượng lâu dài, bền vững, kinh tế và an toàn. Hỗn hợp deuteri và triti – một đồng vị khác của hydro có thêm hai neutron – được sử dụng để cung cấp nhiên liệu cho các nhà máy điện nhiệt hạch trong tương lai nhằm tái tạo một “mặt trời nhỏ” trên Trái đất. ITER – lò nghiên cứu Tokamak nhiệt hạch đang được lắp ráp ở miền nam nước Pháp, dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào năm 2025. Mục đích của ITER là chứng minh cách tạo ra năng lượng ròng từ phản ứng nhiệt hạch. Đây là lúc các nhà máy điện nhiệt hạch trình diễn, hay DEMO, sẽ phát huy tác dụng, cuối cùng các lò phản ứng nhiệt hạch sẽ tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ theo cách sạch và bền vững, cung cấp giải pháp thay thế cho các nguồn năng lượng hiện tại.
Từ khóa: Deuterium; thủy văn đồng vị; đánh giá dinh dưỡng; nhiệt hạch;
– CMD&DND –
