超重水的用途(生产原子弹为什么要用重水?)
超重水的化学分子式为T2O,每个重水分子由两个氚原子和一个氧原子构成。水在地球上的总重大约是140亿亿吨,其中重水还不到万分之二。为了得到一公斤重水就要消耗掉6...
在下面的时间里,我会通过一些例子和解释详细回答大家关于重水超重水分别有何用的问题。关于重水超重水分别有何用的讨论,我们正式开始。
超重水的用途
超重水的化学分子式为T2O,每个重水分子由两个氚原子和一个氧原子构成。水在地球上的总重大约是140亿亿吨,其中重水还不到万分之二。为了得到一公斤重水就要消耗掉6万度电和一百吨水,这比砂里淘金花的代价要大得多,因而重水的价格要比金子贵。大自然中的重水非常少,而超重水就更加少了,在宽广无际的大海里,连十亿分之一也找不到,只有靠人工的方法去制造。一般是把金属锂放在原子反应堆中,在中子的轰击下,使锂转变为氚,然后与氧化合生成超重水。制造一公斤超重水要消耗近十吨的原子能量,而且生产很慢,一个工厂一年也不过制造几十公斤超重水,所以超重水的价格比重水还要贵上万倍,比金子要贵几十万倍。
虽然重水和超重水生产起来要花费很大代价,但人们还是在不断地制造着他们。这是什么缘故呢?
原来它们对人类也有很多好处。超重水,它具有很强的放射性,利用它的这个特性,科学家可以研究某些生物或化学过程的进展情况。比如让病人喝一点含有极少量超重水的茶,半小时后,就可以从尿中检查出放射性,一直到14天以后,放射性才消失,这说明水分在人体中停留的时间是14天。如果要研究某种化学过程中水的来龙去脉,但又不许加入别的东西来破坏化学反应,这时就可以在普通水中加入一些超重水,超重水流到哪儿,哪儿就出现放射性。科学家很容易用探测器测量出它的藏身之处。超重水还是制造核武器和生化实验的重要原料。
生产原子弹为什么要用重水?
重水是氢的同位素氘(D)和氧原子组成的水,原子弹有铀弹和钚弹之分,重水主要的作用是在核反应堆中用作中子减速剂,而钚元素是核反应堆的副产物。
重水
我们知道,氢元素一共有三种同位素,分别是氕(H)、氘(D)、氚(T)。
其中氕与氧结合成的水称之为轻水,也就是我们平常见到的普通水,氘与氧结合成的水称之为重水,氚对应的是超重水,重水在自然界中的丰度约0.02%,超重水不到十亿分之一。
重水和普通水在外观上一模一样,无色无味且透明,化学性质也一样,但是由于氘核比氕核多一个中子,所以重水的密度(标况1.105g/mL)比普通水大,冰点(3.82℃)和沸点(101.42℃)也比普通水略高。
核反应堆
在核电厂中,我们通过控制链式核反应来实现核能的持续输出,重水反应堆使用天然铀作为燃料,天然铀中铀-238占比99.27%,铀-235占比0.714%,铀-234占比 0.016%。
其中铀-238又称作贫铀,铀-238可以发生裂变,条件是快中子(动能≧1MeV)撞击,但是铀-238裂变之后释放的是慢中子,慢中子无法使铀-238裂变,所以铀-238无法进行链式反应,犹如浸了水的木头。
铀-235在接收慢中子撞击后发生裂变,裂变会生成三个慢中子,生成的慢中子继续撞击周围的铀-235,从而引发链式反应,于是铀-235就如浸了油的木头,点燃后会越烧越旺,铀-235是自然界唯一能够发生可控裂变的同位素,也是铀原子弹的主要材料。
重水的一个特点,就是对快中子有良好的减速作用,所以在重水反应堆中,重水充当了减速剂,同时还具备冷却剂作用。
钚[b?]
钚元素属于人造元素,其中钚-239也可以进行链式反应,而且临界质量比铀-235更低,前者大约是50公斤,后者大约是10公斤,钚-239裂变的速度更快,所以用钚-239制造原子效果更佳。
在反应堆中,铀-238虽然无法进行裂变反应,但是铀-238在吸收快中子后会首先转变为铀-239,然后立刻衰变为钚-239,钚239的半衰期为2.41万年,无论在热(慢)中子反应堆还是快中子反应堆中,都有钚-239生成。
此时我们把钚-239从核废料中提取出来,就可以作为钚原子弹的燃料,比如美国1945年投放到日本长崎的原子弹?胖子?,就是一颗钚弹,而广岛原子弹是铀弹。
氢弹
人类目前制造的氢弹,是让氘和氚进行聚变,其中氘的提取就需要用到重水,由于氚在自然界中的含量极低,导致超重水的提纯成本非常高,一般制造氚不用超重水,而是使用氟化锂接收中子来产生氚核。
重水和超重水哪个更稳定
重水。重水和超重水相比重水更稳定,超重水的主要组成部分“氚”由于其具有放射性,极不稳定,所以在自然界中的含量也非常稀少。超重水的化学分子式为T2O,每个重水分子由两个氚原子和一个氧原子构成。超重水在天然水中极其稀少,其比例不到十亿分之一。
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