與重水
氫有兩種重要的同位素氘和氚,俗稱重氫和超重氫,它們分别與氧結合而成的水叫重水(D2O)和超重水(T2O)。
重水在自然界含量稀少,而自然界卻幾乎不含超重水,超重水不能從自然界獲得。
兩者在原子能的利用上都具用重要作用。
制備
自然界中幾乎沒有超重水的蹤迹,無法從普通水中獲取,隻能用人工方法制造。制造重水的一般方法是把锂的同位素放在反應堆中,在中子的作用下,使锂的原子核發生轉變,生成超重氫、氫化锂和氘化锂等,再用複雜的化學方法把超重氫分離出來,和氧化合生成超重水。
生産超重水的速度異常緩慢。按目前生産水平,一座巨型工廠工作兩年,僅能生産出幾公斤重水。而且生産一公斤超重氫就要耗去将近十噸的原子燃料,所以超重水的價格是重水的幾千倍。
應用
因為超重水有放射性,因而可以在生物或化學的研究過程中作為“示蹤原子”。例如,要了解病人體内水分循環情況時,可讓病人喝一點含微量重水的茶水,半小時後,就會發現尿有放射性,一直到十四天以後才消失。說明水在人體裡停圖的時間是十四天。如果要了解化學反應中水的來龍去脈,也可以加上微量的重水,就會清楚地告訴人們,水在化學反應過程中的行蹤。
由于超重水會衰變,其半衰期約12年,因此,它還可以用來判斷各種水基液體的年齡,如葡萄酒。超重水也可以用來測量水在一個人的身體的總體積。超重水分配本身到所有身體腔室相對較快。尿液中超重水濃度和體内的濃度相近。因此,已知原來超重水的攝入和濃度,可以計算出水在人體内的總體積。
重水和超重水又可以當作氫彈的“炸藥”。因為重氫和超重氫可以在幾千萬度的高溫下發生聚合反應,同時放出比原子彈還大得多的能量。氫彈比原子彈的威力大得多就是這個原因。
重水和超重水蘊藏的能量,可以說在世界上是無與倫比的。據理論上的計算,一克重氫全部發生聚合反應,可以放出相當于十萬千瓦小時的能量。如果把一噸海水中所含的重水全部提煉出來,并使其中的重氫都發生聚合反應,那麼,産生的能量就相當于一座15萬千瓦的發電廠一晝夜所發出的電力。