Deuterium kent vele toepassingen
Gemiddeld is één op de 6420 waterstofatomen een deuteriumisotoop. Deuteriumisotopen komen voor in moleculen die waterstof bevatten, waaronder, en dat is belangrijk, in alle vormen van water – ook het water in ons lichaam. Er zit 33 gram deuterium in elke kubieke meter zeewater, zodat de oceaan tonnen van deze isotoop bevat. De natuurlijke hoeveelheid deuterium verschilt per waterbron. Water bestaat uit waterstof- en zuurstofatomen en daarom is kennis van de overvloed aan deuterium in een waterlichaam een aanwijzing voor de geschiedenis en de oorsprong ervan. Dit is een belangrijk onderdeel van de isotopenhydrologie. Deuterium heeft vele andere toepassingen, onder andere bij voedingsbeoordelingen en als brandstof in toekomstige kernfusiecentrales. Lees verder voor meer informatie.
Traceren van de watercyclus
Deuterium kan worden getraceerd in de watercyclus, ook bekend als de hydrologische cyclus: het proces waarbij water zich in een continue cyclus verplaatst van het aardoppervlak naar de atmosfeer en weer terug. De stabiele isotopensamenstelling van water geeft aan waar het water vandaan komt en traceert zijn beweging binnen de watercyclus. Wetenschappers kunnen bijvoorbeeld zowel recent aangevuld als fossiel grondwater karakteriseren aan de hand van de deuterium- en zuurstofisotopenconcentraties. Met deze gegevens kunnen wetenschappers de tijd evalueren die nodig is om het grondwater aan te vullen en beleidsmakers adviseren over hoe de bron het best kan worden beheerd en beschermd.
Levende wezens nemen watermoleculen in die een natuurlijke deuteriumhandtekening of ‘vingerafdruk’ hebben die de waterbron weerspiegelt. De isotopensignatuur vindt zijn weg omhoog in het ‘voedselweb’ en kan worden gevonden in het organische materiaal van verschillende soorten. Zo hebben vogelveren en -klauwen isotopenafdrukken die terug te voeren zijn op de herkomst van het water. Door het deuteriumgehalte van organisch materiaal te meten en dit te correleren met vooropgestelde regenkaarten, kunnen wetenschappers de herkomst van een dier intrinsiek markeren en zijn migratie traceren.
Het traceren van de migratie van verschillende soorten met behulp van isotopische signaturen van deuterium en andere stabiele isotopen wordt gebruikt om migratiekaarten over continenten te maken. Dit is nuttig voor de ondersteuning van beschermingsinspanningen en de bescherming van het broedgebied van dieren. Deuterium gebruiken bij voedingsbeoordelingen om de resultaten van voeding en gezondheid beter te begrijpen. Deuterium kan worden gebruikt in studies om voedingsbeoordelingen te verbeteren, om te helpen begrijpen of gewichtstoename of -afname te wijten is aan vet of spieren, of borstvoedingsbevorderingscampagnes effectief zijn, en of bepaalde bevolkingsgroepen een risico lopen op een hoge vitamine A-inname. Met deze informatie kunnen gezondheidswerkers bestaande voedingsprogramma’s en interventies aanpassen of nieuwe, doeltreffende programma’s ontwerpen. Een methode die deuteriumverdunning wordt genoemd, wordt gebruikt om de lichaamssamenstelling te beoordelen – hoeveel van iemands gewicht bestaat uit vet en hoeveel uit niet-vet. Water in het lichaam bevat een natuurlijke hoeveelheid deuterium. Na het drinken van een kleine hoeveelheid deuteriumoxide – water gelabeld met deuterium – kan de concentratie deuterium in speeksel of urine worden gemeten en de verhouding vet en vetvrij weefsel in het lichaam worden bepaald. Meer details over de werking van de techniek vindt u hier. Deuterium kan ook worden gebruikt om na te gaan hoeveel moedermelk baby’s consumeren en of baby’s uitsluitend borstvoeding krijgen. Bovendien kan vitamine A worden gelabeld met deuterium om de vitamine A-status van een persoon nauwkeurig te meten.
Het creëren van fusie-energie met deuterium
Kernfusie is de reactie waarbij twee lichte atoomkernen samen één atoomkern vormen, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen. Dit proces drijft de sterren aan en vormt een duurzame, economische en veilige energieoptie voor elektriciteitsopwekking op lange termijn. Men wil een mengsel van deuterium en tritium – een andere isotoop van waterstof met twee extra neutronen – gebruiken als brandstof voor toekomstige fusiecentrales om een ‘mini-zon’ op aarde na te bootsen. ITER – het internationale fusie-tokamak-experiment dat in Zuid-Frankrijk wordt geassembleerd – moet in 2025 operationeel worden. Het doel van ITER is aan te tonen hoe uit een fusiereactie netto energie kan worden opgewekt. Demonstreren dat uit fusie netto elektriciteit kan worden geproduceerd is dan de volgende belangrijke stap. Dit is waar demonstratiefusiecentrales, of DEMO’s, om de hoek komen kijken. Uiteindelijk moeten fusiereactoren een enorme hoeveelheid energie opwekken op een schone en duurzame manier, als alternatief voor de huidige energiebronnen.