آب سنگین آبی است که هیدروژن های آن، دوتریوم (ایزوتوپ سنگین هیدروژن) است. این آب در مقایسه با آب معمولی دیرتر می جوشد و زودتر یخ می زند و گیلبرت لوییس نخستین بار نمونه آن را از آب سنگین خالص در سال 1933 به دست آورد.

هیدروژن طبیعی دارای دو ایزوتوپ است. ایزوتوپ هیدروژن سبک که تقریبا 98/99 درصد هیدروژن موجود را تشکیل می دهد و ایزوتوپ هیدروژن سنگین یا دوتریوم که مقدار آن 15درصد است. ایزوتوپ دوتریوم برخلاف هیدروژن معمولی دارای یک نوترون است.آب معمولی از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است.

در حالی که آب سنگین، از یک اتم اکسیژن و دو اتم دوتریوم(D) تشکیل شده است. برای تولید آب سنگین باید مولکول های آب حاوی هیدروژن سنگین (دوتریوم) را از مولکول های آب معمولی جدا کنند یا از داخل هیدروژن، اتم های هیدروژن سنگین یا دوتریوم را جدا و خالص کنند.

جرم مولکولی آب معمولی 18 و جرم مولکولی آب سنگین 20 است. از لحاظ خواص شیمیایی تفاوت چندانی با خواص آب معمولی نداشته و اختلافات جزئی وجود دارد اما از لحاظ هسته ای هیدروژن معمولی می تواند نوترون را جذب کند اما احتمال جذب نوترون توسط هیدروژن سنگین بسیار کم است.چنانچه بخواهیم یک راکتور هسته ای بسازیم که با آب خنک شود چون هیدروژن آب جاذب نوترون است، مجبوریم که اورانیوم غنی شده به کار ببریم، اما اگر از آب سنگین استفاده کنیم می توانیم برای نیروگاه هسته ای از اورانیوم طبیعی استفاده کنیم.

به دلیل تفاوت مشخصات هسته ای دوتریوم با هیدروژن از لحاظ تکانه زاویه ای و گشتاور مغناطیسی از آب سنگین و دوتریوم در زمینه های مختلف تحقیقاتی نیز استفاده می شود. به عنوان مثال رفتار آب سنگین در دستگاه های MRI با رفتار هیدروژن معمولی متفاوت است. در فعالیت های تحقیقاتی به منظور بررسی برخی خواص از موادی استفاده می کنند که هیدروژن طبیعی را در آن با هیدروژن سنگین (دوتریوم) جایگزین کرده اند. یکی از کاربردهای دوتریوم استفاده در تولید نوترون در شتاب دهنده ها و تولید انرژی در «راکتورهای گداخت» است.

فشرده اطلاعات آب سنگین

1ـ دوتریوم برای تولید تریتیم و کلاهک بمب هسته ای از اجزای اساسی به شمار می رود.
2ـ آب سنگین برای تعدیل نوترونی راکتورهای هسته ای با هدف آهسته کردن حرکت نوترون ها برای واکنش با اورانیوم طبیعی و تولید پلوتونیم به کار می رود.

3ـ آب سنگین به طور طبیعی به میزان ناچیزی با نسبت 1 به 5000 در آب معمولی وجود دارد.
4ـ از مزایای استفاده از آب سنگین حذف مراحل غنی سازی اورانیوم برای تولید پلوتونیم برای استفاده در سلاح های هسته ای است. راکتورهای آب سنگین برای تولید تریتیم می توانند به کار روند.

5ـ آب سنگین برای تعدیل سازی نوترونی راکتورهای آب سنگین به کار می رود.