究竟什么是重水？重水及其对核技术的重要性都与化学元素的同位素有关。
元素是化学的基本组成部分，如氢、氧和铀——由单个原子组成。反过来，原子由包含质子和中子的原子核和松散地围绕该原子核运行的电子云组成。每个元素都以其原子序数为特征（原子核中包含多少质子）。所有的氢原子都含有一个质子，所有的氧原子都含有八个质子，所有的铀原子都含有 92 个质子。
虽然特定元素的所有原子的质子数量相同，但不同的原子可以具有不同数量的中子。元素的不同同位素具有不同数量的中子。最常见的氢同位素称为氕或氢-1。1 表示特定同位素中质子和中子的总数。氢1原子仅由一个质子组成，没有中子。氢的一种更稀有的同位素是氢2或氘。氢2原子由一个质子和一个中子组成。水是由两个氢原子和一个氧原子结合而成的。在轻水中，两个氢原子都是氢1同位素。在重水中，氢原子都是氢2同位素。
重水在某些类型的核反应堆中很重要的原因也与不同的同位素有关。铀有两种主要的天然同位素——铀 235，有 92 个质子和 143 个中子，铀 238，有 92 个质子和 146 个中子。这三个中子有很大的不同。铀 238 不能维持核链式反应，但铀 235 可以。在天然存在的铀中，铀 238 同位素的含量远远多于铀 235 同位素。后者仅占矿石总质量的一小部分。
大多数核反应堆需要更高比例的铀 235 才能维持核反应。这就是铀浓缩很重要的地方——巨大的离心机排缓慢地增加了铀样品中铀 235 的含量，使其能够用于发电厂或武器。然而，一些使用重水的反应堆可以使用未精炼的铀作为燃料，从而消除了昂贵且耗时的浓缩过程。这些反应堆也倾向于产生更多的钚作为可用于武器的废品。
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