重水素じゅうすいそ

重水素じゅうすいそ（じゅうすいそ、英えい: heavy hydrogen）またはデューテリウム (英えい: deuterium) とは、水素すいその安定あんてい同位どうい体たいのうち、原子核げんしかくが陽子ようし1つと中性子ちゅうせいし1つとで構成こうせいされるものをいう。重水素じゅうすいそは ²H と表記ひょうきするが、 D（deuteriumの頭文字かしらもじ）と表記ひょうきすることもある。例たとえば重水じゅうすいの分子ぶんし式しきを D₂O と表記ひょうきすることがある。

重水素じゅうすいそ
核種かくしゅの一覧いちらんにおける重水素じゅうすいその位置いち
核種かくしゅの一覧いちらん
概要がいよう
名称めいしょう、記号きごう	デューテリウム,2H or D
中性子ちゅうせいし	1
陽子ようし	1
核種かくしゅ情報じょうほう
天然てんねん存在そんざい比ひ	0.015%
同位どうい体質たいしつ量りょう	2.01410178 u
スピン角かく運動うんどう量りょう	1+
余剰よじょうエネルギー	13135.720± 0.001 keV
結合けつごうエネルギー	2224.52± 0.20 keV

ガス封入ふうにゅう管かんに入はいったプラズマ状態じょうたいの重水素じゅうすいそ

原子核げんしかくが陽子ようし1つと中性子ちゅうせいし2つとで構成こうせいされる水素すいそ (³H) は三さん重水素じゅうすいそまたはトリチウムと呼よばれる。重水素じゅうすいそ、三重みえ水素すいそに対たいして普通ふつうの水素すいそ（原子核げんしかくが陽子ようし1つのもの）は軽けい水素すいそ (¹H) と呼よばれる。

概要がいよう

1931年ねんにアメリカの化学かがく者しゃハロルド・ユーリーが発見はっけんした（ユーリーはこの功績こうせきで1934年ねんのノーベル化学かがく賞しょうを受賞じゅしょうした）。

軽けい水素すいそ (¹H) の原子核げんしかくが陽子ようし1つであるのに対たいして、重水素じゅうすいその原子核げんしかくは陽子ようし1つと中性子ちゅうせいし1つから構成こうせいされる。なお、この重水素じゅうすいその原子核げんしかくは、重じゅう陽子ようし (英えい: deuteron) とも呼よばれる。

地球ちきゅう上じょうの水素すいそ全体ぜんたいの中なかでの存在そんざい割合わりあいは、軽けい水素すいそが99.985 %、二に重水素じゅうすいそが0.015 %である。三重みえ水素すいその割合わりあいはごく僅わずかである。

なお、²H と ³H（三さん重水素じゅうすいそ）の両方りょうほうを併あわせて、重水素じゅうすいそ (heavy hydrogen) と呼よぶこともあるので、³H（三さん重水素じゅうすいそ）と区別くべつするために、²H を二に重水素じゅうすいそと呼よぶこともある。三さん重水素じゅうすいそは、存在そんざい比ひがごく僅わずかであり、時間じかんが経たつと ³He（ヘリウム3）に変かわる放射ほうしゃ性せい同位どうい体たいであり、この ³H を含ふくめずに安定あんてい同位どうい体たいである ²H のみを指さして「重水素じゅうすいそ」(deuterium) と呼よぶ場合ばあいが多おおい。

性質せいしつ・製法せいほう

重水素じゅうすいそ原子げんしが2つ結合けつごうした分子ぶんし (D₂) も重水素じゅうすいそと呼よぶ。常温じょうおん、常つね圧あつで無色むしょく無臭むしゅうの気体きたい。融点ゆうてん 18.7 ケルビン (K)、沸点ふってん 23.8 Kで、軽けい水素すいその分子ぶんし H₂ の値ね（融点ゆうてん 14.0 K、沸点ふってん 20.6 K) に比くらべ高たかい。これは重水素じゅうすいそ原子げんしが軽けい水素すいそ原子げんしのほぼ2倍ばいの質量しつりょうがあるためで、他たの物理ぶつり的てき性質せいしつも軽けい水素すいそと異ことなり、また化学かがく反応はんのうのしやすさも異ことなることがある（重水素じゅうすいそ効果こうか）。例たとえば水みずを電気でんき分解ぶんかいすると ¹H₂ の方ほうが発生はっせいしやすいので重水じゅうすいが濃縮のうしゅくされ、この方法ほうほうで極きわめて高たかい純度じゅんどの重水じゅうすいを製造せいぞうすることができる。なお一般いっぱんに植物しょくぶつは軽水けいすいを吸収きゅうしゅうしやすい性質せいしつがあるため、種類しゅるいによっては7割わり近ちかくまで重水じゅうすいを濃縮のうしゅくすることが可能かのうである。

水素すいそ、重水素じゅうすいそ、三重みえ水素すいそのモデル

その他たにも、重水じゅうすいの方ほうが軽水けいすいよりも1°C沸点ふってんが高たかい事ことを利用りようした分別ふんべつ蒸留じょうりゅう法ほう (fractional distillation)や重水素じゅうすいそをHDの形かたちで含ふくんだ水素すいそガスを水みずにとおすと重水素じゅうすいそが水みずの分子ぶんしに置換ちかんする（ただし触媒しょくばいが必要ひつようである）ことを利用りようした交換こうかん反応はんのう法ほう (catalytic exchange)などがある。

重水素じゅうすいそ原子げんし2個こを原子核げんしかく融合ゆうごうさせると ³H や ³He が生成せいせいされると共ともに莫大ばくだいなエネルギーが放出ほうしゅつされ（D-D反はん応おう）、恒星こうせいの初期しょきの核かく融合ゆうごう反応はんのうがこれに当あたる。なお、褐色かっしょく矮星と準じゅん褐色かっしょく矮星は、D-D反はん応おうが起おこるか起おこらないかで区別くべつされている。また、核かく融合ゆうごう発電はつでんの実験じっけんや水素すいそ爆ばく弾だんでは、主おもにD-D反はん応おうより反応はんのう温度おんど条件じょうけんの低ひくい、重水素じゅうすいそと三さん重水素じゅうすいその核かく融合ゆうごう反応はんのう（D-T反はん応おう）が用もちいられる。重水素じゅうすいそは海水かいすい中ちゅうに大量たいりょうに存在そんざいするため、核かく融合ゆうごう燃料ねんりょうとして有望ゆうぼう視しされている。

用途ようと

核かく融合ゆうごう燃料ねんりょうとしての利用りようの他ほか、原子核げんしかく反応はんのうでの中性子ちゅうせいしの減速げんそく剤ざい、化学かがくや生物せいぶつ学がくでは同位どうい体たい効果こうかの研究けんきゅうに使用しようされている。また、NMR溶媒ようばいとして重水素じゅうすいそ原子げんしで置換ちかんされた溶媒ようばい（重水じゅうすいや重じゅうクロロホルムなど、重じゅう溶媒ようばいと呼よばれる）が用もちいられている。また、生物せいぶつにおける水みず (H₂O) の代謝たいしゃ研究けんきゅうやアミノ酸あみのさん代謝たいしゃ研究けんきゅうの際さいのトレーサーとして用もちいられる。

製薬せいやく業界ぎょうかいでは、既存きそんの薬くすりの軽けい水素すいそ原子げんしを重水素じゅうすいそ原子げんしに置換ちかんすることで、新薬しんやくとして特許とっきょ出願しゅつがんする手法しゅほうがある。重水素じゅうすいそ効果こうかのために反応はんのう性せいが低下ていかし、代謝たいしゃ分解ぶんかいされるまでの時間じかんが長ながくなるため、従来じゅうらい品ひんに比くらべ薬効やっこうが高たかくなることが実際じっさいに確認かくにんされた例れいもある。しかし、進歩しんぽ性せい、新規しんき性せいに欠かけるために特許とっきょ化かが困難こんなんな場合ばあいもある。2017年ねん4月がつ、ハンチントン病びょうの治療ちりょう薬やくテトラベナジン（コレアジン）の、2つのメトキシ基もとの水素すいそを重水素じゅうすいそに置換ちかんしたデューテトラベナジン（商標しょうひょう名めいAustedo）がFDAにより認可にんかされた。本ほん薬やくは、初はじめて認可にんかされた重水素じゅうすいそ化か医薬品いやくひんとなる。

日本にっぽんでは岩谷産業いわたにさんぎょうが2018年ねん、重水素じゅうすいそガスの商業しょうぎょう生産せいさんを国内こくないで初はじめて開始かいししたと発表はっぴょうした。従来じゅうらいはアメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくなどから輸入ゆにゅうしていた。通常つうじょうの水素すいそガスより半導体はんどうたい材料ざいりょうと結合けつごうしやすく、耐久たいきゅう性せいを高たかめるために使つかわれる。

脚注きゃくちゅう

関連かんれん項目こうもく

• 水素すいその同位どうい体たい
• 三さん重水素じゅうすいそ
• 重水じゅうすい
• 軽水けいすい
• 重じゅう陽子ようし線せん
• 水素すいそ爆ばく弾だん
• 核かく融合ゆうごう反応はんのう
• 重水じゅうすい炉ろ

参考さんこう文献ぶんけん

• Raymond L.Murray 著ちょ、杉本すぎもと 朝雄あさお 訳やく『原子核げんしかく工学こうがく』丸善まるぜん、1955年ねん。 NCID BN04220412。全国ぜんこく書誌しょし番号ばんごう:55004325。