昂贵的重水

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昂贵的重水

2016-12-27 作者: xuzhiping 浏览: 1473 次

摘要: 1942年的一天,一支英国的反法西斯突击队进入挪威,袭击了山区小镇——微莫尔克的一个化工厂,一举炸毁了该厂生产“重水”的设备和450千克的重水。 因为当时的种种迹象表明,纳粹德国已经启动了铀的军事应用研究。例如,德军的军械部内成立了“铀学会”,并且突然宣布禁止...

1942年的一天,一支英国的反法西斯突击队进入挪威,袭击了山区小镇——微莫尔克的一个化工厂,一举炸毁了该厂生产“重水”的设备和450千克的重水。

因为当时的种种迹象表明,纳粹德国已经启动了铀的军事应用研究。例如,德军的军械部内成立了“铀学会”,并且突然宣布禁止从当时被他们占领的捷克出口铀矿石;而在上述挪威的微莫尔克化工厂里,又日以继夜地生产供原子能研究用的“重水”。

所谓重水,就是由重氢和氧结合而成的水,它与普通的水不仅外形十分相似,化学性质也没什么两样。但是它们的物理性质则颇有差异。例如,重水(密度为1.108克/厘米3)比普通水重约10%,重本的沸点(101.42°C)、冰点(3.8°C)都比普通水高。

那么重水在原子能研究中又有什么用呢?原来,它是一种有效的中子减速剂,同时也是制取重氢(氘)的重要原料。

20世纪30年代初,意大利物理学家费米在做用中子轰击金属银的实验时,曾发现在中子源与金属银之间如果放些石蜡(由于石蜡中富含氢原子,当中子穿越时容易与氢原子发生碰撞),可使中子的速度变慢。这样中子与金属银就有较长时间的接触,使中子容易击中银原子核,这就是所谓的“慢中子效应”。

后来,人们又想到了水也含有氢,它是否也可以用做中子的减速剂呢?经实验证实,水容易吸收中子,使大量中子损失,因此不宜作为中子减速剂。而由重氢(氘)与氧原子结合而成的重水则不吸收中子,所以是一种理想的中子减速剂。还有纯净的石墨,也是优良的中子减速剂。由于石墨是固体,价格便宜,又容易纯化,因此它在核反应堆中已得到广泛的应用。

虽然核反应堆中的中子减速剂逐渐由石墨取代了重水,但是重水的“身价”不仅没有跌,反而更高了。因为将重水进行电解,或用重水与金属锌、铁、钙反应均可制得重氢,所以重水又是制备重氢的重要原料。也可以这么说,重水在铀裂变反应中主要作为中子减速剂之用,仅仅是一个“配角”;现在重水成了提取重氢的重要原料,将重氢核加速后轰击重氢核则可制得氚,因此重水就成了热聚变反应中的“主角”。

自然界的氢元素大量地存在于水中,因此重水可从水中提取。目前,主要通过对天然水的电解、蒸馏,以及与硫化氢双重温度交换等方法富集与制取重水。一般每5000毫,升天然水可制得1毫升重水;而每生产1000毫升重水,大约需要消耗13万度电。因此,重水被誉为“比黄金还要昂贵的水”。

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