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【天学网:】重水的一个特点及分析

时间:2022-06-06 15:22:45来源:网络整理

重水是由氢同位素氘(D)和氧原子组成的水。原子弹分为铀弹和钚弹。重水的主要作用是在核反应堆中用作中子慢化剂,而钚是核反应堆的副产品。

重水

我们知道氢有三种同位素,分别是氕(H)、氘(D)和氚(T)。

氕和氧结合形成的水叫做轻水,也就是我们平时看到的普通水,氘和氧结合形成的水叫做重水,氚对应超重水,自然界中的重水 大约0.02%重水是原子反应堆的导热剂,不到十亿分之一的过量水。

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重水和普通水外观完全一样,无色、无味、透明,化学性质相同。但由于氘核比氕核多一个中子,重水(标准条件1.105g/mL)的密度比普通水高。水很大,它的冰点(3.82℃)和沸点(101.42℃)也比普通水略高。

核反应堆

在核电站中,我们通过控制核链式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。在天然铀中,铀238占99.27%,铀235占0.714%,铀234占0.016%。

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其中,铀238又称贫铀。铀238在快中子(动能≥1MeV)撞击的条件下可以裂变,但铀238裂变后释放出慢中子,慢中子不能使铀238裂变。,所以铀238不能发生连锁反应,就像木头浸泡在水中一样。

铀 235 在受到慢中子的影响后会发生裂变。裂变将产生三个慢中子。产生的慢中子不断撞击周围的铀235,从而引发连锁反应,所以铀235就像浸在油里一样。铀235是自然界中唯一可以进行可控裂变的同位素,也是铀原子弹的主要材料。

重水的一个特点是对快中子有很好的减速作用,所以在重水反应堆中重水是原子反应堆的导热剂,重水既起慢化剂的作用,又起冷却剂的作用。

钚元素是一种人造元素。其中钚239还可以发生连锁反应,其临界质量低于铀235。用钚 239 制造原子效果更好。

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在反应堆中,虽然铀238不能发生裂变反应,但在吸收快中子后,铀238会先转变为铀239,然后立即衰变为钚239。钚 239 的半衰期为 2.41 数千年来,钚 239 已在热(慢)中子反应堆和快中子反应堆中产生。

这时,我们从核废料中提取钚239,可以用作钚原子弹的燃料。比如1945年美国在日本长崎投下的原子弹“胖子”就是钚弹,广岛原子弹就是铀弹。

氢弹

目前人类制造的氢弹是融合氘氚。氘的提取需要使用重水。由于自然界中氚含量极低,超重水的净化成本非常高。通常,制造氚不需要超重水。相反,氟化锂用于接收中子以产生氚核。

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