氘是氫的同位素,又稱重氫(D2),由一個質子、一個中子和一個電子組成,由1931年美國 H.C.尤里和 F.G.布里克維德在液氫中發現氘。常溫下氘是一種無色、無味的可燃性氣體,在地球上的豐度為0.015%,它在普氫中的含量很少,且大多以重水 D2O即氧化氘形式存在于海水與普通水中。海水中氘的質量濃度大約為 30 mg/L。作為氫氣的同位素,氘氣在軍事、核能和光纖制造上均有廣泛的應用。
發現歷史
就在查德威克宣布發現中子的論文送交《自然》雜志的第二天,美國的《物理學報》收到了美國哥倫比亞大學教授尤里(H.C.Urey,1893-1981)等的一篇重要文章,報告說已經發現了質量為2的氫的同位素氘。
關于天然元素的同位素問題,從1913年開始科學家就進行了研究,當時研究的目的主要是想精確測量原子量。后來人們仔細研究了某些元素的帶光譜,在氧和氮中發現了稀有的同位素。尤里和他的同事們重新考慮了氫,他們用分餾液態氫的方法以濃縮稀有同位素,終于從光譜上顯示出了氘。氘是核物理學中一種異常重要的同位素,它在核反應堆的研發工作中得到了實際的應用。由于發現了氘,尤里獲得了1934年的諾貝爾化學獎。
應用
氘是普氫較重的、穩定同位素。常溫下,它是一種無色、無味、無毒無害的可燃性氣體。它用于核能、可控核聚變反應、氘化光導纖維、氘潤滑油、激光器、燈泡、實驗研究、半導體材料韌化處理以及核醫學、核農業等方面;另外在軍事上,它也有一些重要的用途,比如制造氫彈、中子彈和DF激光武器。根據氘的不同用途,也存在許多不同的制氘方法。隨著科學技術的發展、進步,氘的應用將會越來越廣,對氘的需求和研究也會變得更加重要。
熱核聚變實驗堆一旦研究成功,就能利用海水發電,一升海水中提取的氘經過聚變反應釋放的能量相當于300升石油。
從“進口”上說,可控核聚變所需的反應原料(氘原子和氚原子),在地球上非常豐富。氘在海水中儲量極大,1公升海水里提取出的氘,在完全的聚變反應中可釋放相當于燃燒300公升汽油的能量;而氚可通過中子與鋰反應生成,在地殼和海水中,鋰都是大量存在的。
氫燈和氘燈是紫外區的常用光源,它們在180~375nm波長范圍內產生連續輻射,在相同操作條件下,氘燈的發射強度比氫燈約大4倍。玻璃對這段波長范圍內的輻射有強烈吸收,必須采用石英光窗。紫外可見分光光度計同時配有紫外和可見兩種光源。
包裝與儲運
氘氣屬是有窒息性和易燃易爆性的氣體,包裝的氣瓶上均有使用的年限,凡到期的氣瓶必須送往有部門進行安全檢驗,方能繼續使用。氘氣瓶裝氣體產品為高壓充裝氣體,使用時應經減壓降壓后方可使用。每瓶氣體在使用到尾氣時,應保留瓶內余壓在0.5 MPa,最小不得低于0.25 MPa余壓,并將瓶閥關閉,以保證氣體質量和使用安全。
氘氣瓶裝氣體產品在運輸儲存、使用時都應分類堆放,應貯存于陰涼、通風場所,溫度不宜超過30 ℃,場所需配置相應品種和數量的消防器材。嚴禁可燃氣體與助燃氣體堆放在一起,不準靠近明火和熱源,應做到勿近火、勿沾油蠟、勿暴曬、勿重拋、勿撞擊,嚴禁在氣瓶身上進行引弧或電弧,嚴禁野蠻裝卸。搬運時輕裝輕卸,防止氣瓶及附件破損。