중수

중수 (重水, Heavy water)는 일반적인 물(H₂O) 분자에서 수소(¹H) 원자 대신 중수소(²H 또는 D) 원자로 이루어진 물을 의미한다. 화학식은 D₂O이며, 때로는 ²H₂O로 표기하기도 한다. 중수소는 일반적인 수소 원자핵에 중성자가 하나 더 포함된 수소의 동위원소이다.

성질 중수는 일반 물(경수, H₂O)과 유사한 화학적 성질을 가지지만, 물리적 성질에서 약간의 차이를 보인다.

• 끓는점 및 어는점: 일반 물보다 끓는점이 약간 높고(약 101.4 °C), 어는점도 약간 높다(약 3.8 °C).
• 밀도: 일반 물보다 밀도가 높다(약 1.1056 g/cm³ at 25 °C).
• 점성 및 표면 장력: 일반 물과 차이를 보인다.
• 반응 속도: 화학 반응에서 일반 물보다 반응 속도가 느리거나 다른 용해도 특성을 보이기도 한다.

자연적 존재 및 생산 자연계에 존재하는 일반 물 속에도 매우 소량(약 1/6400 비율, 즉 150ppm 정도)의 중수가 포함되어 있다. 산업적으로 중수를 대량 생산하기 위해서는 물의 증류, 전기분해 또는 기타 동위원소 분리 과정을 통해 농축해야 한다.

용도 중수의 가장 중요한 용도는 핵 산업 분야이다.

• 원자로 감속재 및 냉각재: 원자력 발전소에서 핵분열 과정에서 발생하는 고속 중성자의 속도를 줄이는 감속재로 사용된다. 특히 천연 우라늄을 연료로 사용하는 가압 중수로(PHWR)에서는 필수적인 감속재 및 냉각재이다. 중수는 중성자를 흡수하는 정도가 경수보다 훨씬 낮아 효율적인 감속재로 기능한다.
• 연구 및 추적자: 중수소는 동위원소 추적자로 생화학, 물리화학 연구에서 널리 사용된다. 생체 내 물질대사 경로를 추적하거나 특정 화학 반응 메커니즘을 연구하는 데 사용될 수 있다. 용매로 사용되기도 한다.
• 의학: 핵자기 공명(MRI) 등 특정 의료 영상 기술이나 대사 연구에 제한적으로 사용될 수 있다.

생물학적 영향 중수는 생명체의 정상적인 대사 과정에 영향을 미칠 수 있다. 생명체가 섭취하는 물의 대부분이 중수로 대체될 경우, 효소 작용 및 세포 분열 등 필수적인 생화학 반응의 속도를 변화시켜 독성을 나타내며 생존이 어려워진다. 그러나 자연적으로 인체에 존재하는 소량의 중수나 일반 환경에서 접하는 중수량은 건강에 유해하지 않다.