ما الديوتيريوم؟

من أصل 6420 ذرة هيدروجين، هناك في المتوسط  ذرة واحدة من الديوتيريوم. وتتوزع نظائر الديوتيريوم في الجزيئات التي تحتوي على الهيدروجين، وأهمها المياه بجميع أشكالها، بما في ذلك تلك الموجودة في أجسامنا. ويحتوي كل مكعب من مياه البحر على 33 غراماً من الديوتيريوم، ما يعني أن المحيط يحتوي على أطنان من نظائر الديوتيريوم.

وتختلف وفرة الديوتيريوم من مصدر مائي إلى آخر حيث تتألف المياه من ذرات الهيدروجين والأكسيجين، لذلك فإنّ معرفة وفرة الديوتيريوم في الجسم المائي توفر دليلاً حول تاريخ هذا الجسم المائي ومصدره. وهذا عنصر رئيسي في الهيدرولوجيا النظيرية. وللديوتيريوم استخدامات عديدة أخرى منها استخدامه في إجراء التقييمات التغذوية واستخدامه أيضاً كوقود لمحطات  قوى الاندماج في المستقبل.

يمكن اقتفاء أثر الديوتيريوم طوال الدورة المائية، وهو ما يُعرف أيضاً بالدورة الهيدروليجية، وهي عملية انتقال المياه من سطح الأرض إلى الغلاف الجوي ثم عودتها في دورة متواصلة. (انظر الرسم التوضيحي)

ويجسِّد التركيب النظيري المستقر للمياه المكان الذي تنبع منه المياه وهو يقتفي حركتها في الدورة المائية. ويستطيع العلماء على سبيل المثال، تمييز المياه الجوفية التي أعيدت تغذيتها من المياه الجوفية الأحفورية وذلك بناءً على تركيزات الديوتيريوم والأكسيجين الموجودة فيها. وعن طريق الحصول على تلك البيانات، يمكن للعلماء تقييم الوقت الذي تتطلبه إعادة تغذية المياه الجوفية وإسداء المشورة لواضعي السياسات بشأن أفضل طريقة لإدارة المصدر وحمايته.

وتبتلع الكائنات الحية جزيئات المياه التي تحمل "بصمة" ديوتيريوم طبيعية وتجسِّد المصدر الذي تنبع منه المياه. وتنتقل بصمة النظير إلى شبكة الغذاء ويمكن إيجادها في المواد العضوية للكائنات المختلفة. وعلى سبيل المثال، يحمل ريش الطيور ومخالبها بصمات النظير ويمكن اقتفاء أثرها لمعرفة مصدر المياه. ومن خلال قياس نسبة الديوتيريوم الموجود في المواد العضوية وربطها بخرائط الأمطار المعتمدة، يستطيع العلماء تحديد موطن الحيوان بشكل وثيق وتتبع مسار هجرته.

ويمكن لاستخدام البصمات النظيرية للديوتيريوم وغيره من النظائر المستقرة في تتبع مسار هجرة مختلف أنواع الحيوانات أن يُستخدم لرسم خرائط هجرة هذه الحيوانات في مختلف القارات. وهذا مفيد لدعم جهود الحفاظ على تربية الحيوانات وحمايتها.

أنظر كيف حُددت مسارات هجرة الفراشات.

يمكن استخدام الديوتيريوم في الدراسات المتعلقة بالتقييمات التغذوية لتحسينها، وذلك للمساعدة في فهم ما إذا كان اكتساب الوزن أو فقدانه سببه الدهون أو العضلات، وإذا ما كانت حملات الترويج للرضاعة الطبيعية فعالة، وإذا ما كانت بعض الفئات البشرية عرضة لخطر تناول جرعات مرتفعة من الفيتامين "ألف". وتتيح هذه المعلومات للخبراء في مجال الصحة إمكانية تعديل برامج ومبادرات التغذية الموجودة أو وضع برامج جديدة وفعالة.

وتُستخدم طريقة تخفيف الديوتيوريوم لتقييم تكوين الجسم، أي تحديد نسبة الدهون ونسبة الكتلة الخالية من الدهون في الجسم. ويحتوي الماء الموجود في جسم الإنسان على كمية طبيعية من الديوتيريوم. وبعد شرب كمية صغيرة من أكسيد الديوتيريوم، وهو الماء الموسوم بالديوتيريوم، يمكن قياس تركيز الديوتيريوم في اللعاب أو البول وبذلك حساب وتحديد نسبة الدهون ونسبة الكتلة الخالية من الدهون في الجسم.

يمكنك الاطلاع على هذا الرابط لمعرفة المزيد حول كيفية عمل هذه التقنية. 

ويمكن استخدام الديوتيريوم أيضاً لتقييم الكمية التي يتناولها الأطفال من حليب الثدي وما إذا كان الأطفال يرضعون رضاعة طبيعية حصرية.

يمكنك الاطلاع على هذا المقال لمعرفة المزيد حول كيفية عمل تقنية جرعة أكسيد الديوتيريوم التي تُعطى للأم.  

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن وسم الفيتامين "ألف" بالديوتيريوم وذلك لإجراء قياس دقيق لحالة الفيتامين "ألف" لدى الفرد.

الاندماج النووي هو العملية التي تندمج على إثرها نواتان ذريتان خفيفتان لتكوِّنا نواة ذرية واحدة أثقل وزناً، ويصاحب هذه العملية انبعاث كميات هائلة من الطاقة. وتستمد النجوم طاقتها من عملية الاندماج هذه. وتمثل عملية الاندماج خياراً لطاقة طويلة الأمد ومستدامة واقتصادية وآمنة لتوليد الكهرباء.

يمكنك الاطلاع على هذا المقال لمزيد من المعلومات.

ومن المخطط أن يُستخدم خليط الديوتيريوم والتريتيوم، وهو نظير آخر للهيدروجين يحمل جزيئين إضافيين من النيوترون، كمصدر للوقود لمحطات قوى الاندماج في المستقبل لاستنساخ "شمس مصغرة" على كوكب الأرض.

والمفاعل التجريبي الحراري النووي الدولي (مفاعل إيتير)، الذي يجري تركيبه في جنوب فرنسا، وهو تجربة اندماج دولية من نوع مفاعلات توكاماك، هو مفاعل من المقرر أن يبدأ تشغيله في عام 2025. والهدف من مفاعل إيتير هو إثبات كيف يمكن إنتاج طاقة صافية من عملية تفاعل الاندماج. والخطوة القادمة المهمة ستكون إظهار قدرة الاندماج على إنتاج الكهرباء الصافية. وهنا يأتي دور محطات قوى الاندماج الإيضاحية أو ما يُعرف بـ DEMO، حيث تصبح مفاعلات الاندماج في نهاية المطاف  قادرة على توليد كمية هائلة من الطاقة بطريقة نظيفة ومستدامة وتوفير بديلٍ لمصادر الطاقة الحالية.

يمكنك الاطلاع على الطبعة المعنونة "طاقة الاندماج" من مجلة الوكالة لمعرفة المزيد.

• تدير الوكالة والمنظمة العالمية للأرصاد الجوية الشبكة العالمية لاستخدام النظائر في دراسة الأمطار، التي توفر التقلّبات الزمنية والمكانية من أجل استخدام النظائر في التحقيقات الهيدرولوجية في إطار جرد الموارد المائية والتخطيط لها وتنميتها.
• ويتيح الموقع الإلكتروني للتعاون في مجال الهيدرولوجيا النظيرية للمستخدمين في التفاعل مع الوكالة والوصول إلى المنشورات والبرامج والمشاريع والمواد وفحوص المختبر المرتبطة باستخدام الديوتيريوم إلى جانب نظائر الهيدروجين الأخرى.
• وتستطيع الوكالة عبر تتبع مسار هجرة الحيوانات باستخدام الديوتيريوم، إسداء المشورة حول استراتيجيات الحفظ التي يجب اتباعها.
• وتوفر الوكالة التدريبات والأدوات والخبرات اللازمة لبناء القدرات فيما يتعلق باستخدام أساليب التقييمات التغذوية التي تعتمد على الديوتيريوم، وتدعم البحوث لتعزيز وتطوير تقنيات جديدة ترتكز على الديوتيريوم.
• وتحتل الوكالة الصدارة فيما يتعلق ببحوث الاندماج وتطويرها، فهي تسهل التنسيق الدولي وتبادل أفضل الممارسات في المشاريع على المستوى العالمي وتستضيف مختلف المنتديات المتعلقة بالاندماج، بما في ذلك مؤتمر الطاقة الاندماجية الذي يُعقد كل سنتين، وتعمل على تعزيز المناقشات حول محطات قوى الاندماج الإيضاحية ونشر مجلة الاندماج النووي والتعاون مع منظمة المفاعل التجريبي الحراري النووي الدولي (مفاعل إيتير).
• وتتولى الوكالة إدارة نطام المعلومات عن أجهزة الاندماج الذي يوفر معلومات حول أجهزة الاندماج في جميع أنحاء العالم بالإضافة إلى قواعد البيانات الرقمية للبيانات الأساسية لبحوث طاقة الاندماج.
• وأدخلت الوكالة في الخدمة أول مولد نيوتروني، وهو نظام ينتج النيوترونات عبر دمج ذرات الديوتيريوم معاً. وتُستخدم مولدات النيوترونات المدمجة والمحمولة غالباً في عدة تطبيقات مثل تحليل العناصر لمختلف العينات والمواد، وإجراء الاختبارات غير المتلفة والتصوير الإشعاعي/المقطعي النيوتروني، بالإضافة إلى إنتاج المقتفِيات الإشعاعية وتنفيذ البحوث الأساسية وبناء القدرات.
• وتشكل منشورات الوكالة حول استخدام الديوتيريوم وكيفية إجراء التحاليل ذات الصلة جزءاً أساسياً من عمل الوكالة في بناء القدرات فيما بين البلدان.