重水是什么？含有多少中子？

【專家解說】：重水 重水（heavy water）是由氘和氧組成的化合物。分子式D2O，分子量20.0275，比普通水（H2O）的分子量18.0153高出約11％，因此叫做重水。在天然水中，重水的含量約占0.015％。由于氘與氫的性質(zhì)差別極小，因此重水和普通水也很相似。 重水的發(fā)現(xiàn)過程 1931年美國H.C.尤里和F.G.布里克維德在液氫中發(fā)現(xiàn)氘， 1933年美國G.N.路易斯和R.T.麥克唐南利用減容電解法得到0.5微升重水，純度為65.7％，再經(jīng)電解，得0.1克接近純的重水。 1934 年，挪威利用廉價的水力發(fā)電，建立了世界上第一座重水生產(chǎn)工廠。 重水的生產(chǎn)方法有： 電解法。電解水時，EBAE的電解分離系數(shù)可達10左右，可使重水很快濃集。但耗電能太大，已不單獨使用。 精餾法。分水、氨、氫等精餾法，以富集其中的喉，操作雖簡單，但分離系數(shù)小。 化學交換法。利用化學反應使喉和氫交換而得到富集，是最經(jīng)濟的方法。 重水的主要作用 重水主要用作核反應堆的慢化劑和冷卻劑，用量可達上百噸。重水分解產(chǎn)生的喉是熱核燃料。重水還可做示蹤物質(zhì)。 重水在外觀上和普通水相似，只是密度略大，為1.lg/cm3，冰點略高，為3.82℃，沸點為101.42℃。參與化學反應的速率比普通水緩慢。 重水主要用于核反應堆中作減速劑，它可以減小中子的速率，使之符合發(fā)生裂變過程的需要。重水也是研究化學和生理變化中使用過的材料。濃而純的重水不能維持動植物的生命，其致死濃度為60％。 國際在線報道：美國表示，伊朗境內(nèi)的一家重水生產(chǎn)工廠的修建工作已接近完成，屆時將能為附近的核反應堆提供其所需的重水。重水究竟是一種什么寶貝，值得人們處心積慮地制造它、破壞它，如此密切地關(guān)注它呢？ 重水與普通水看起來十分相像，它們的化學性質(zhì)也一樣，不過某些物理性質(zhì)卻不相同。普通水的密度為1克／?詄，而重水的密度為1.056克／?詄。人和動物若是喝了重水，會引起死亡。重水的特殊價值體現(xiàn)在原子能技術(shù)應用中，要制造威力巨大的核武器，就需要重水作為原子核裂變反應中的減速劑。 1942年2月的一天，當納粹德國滿載重水的輪渡船正準備橫渡挪威廷斯佐湖時，一聲低沉的爆炸聲自甲板下傳出來。5分鐘后，這艘船便沉入了湖底，船上裝載的重水也溶入了湖水中。同盟國的特工炸沉了這艘運送重水的渡船，使戰(zhàn)爭狂人希特勒夢想制造第一枚原子彈的計劃徹底破滅。 來源：國際在線－世界新聞報 重水的一個分子是由兩個重氫原子和一個氧原子組成，其分子式為D2O，相對分子質(zhì)量是20，重水在自然界中分布較少，在普通水中約含重水0.015%．由于含量少，制備難，它比黃金還重．? 重水外觀上和普通水相似，是無色、無嗅無味的液體．密度比普通水大，熔點、沸點比普通水高．由于重水分子量大，運動速度慢，所以在高山上的冰雪中，特別是在南極的冰雪中重水含量微乎其微，水的密度最小，是地球上最輕的水．? 重水在尖端科技中有十分重要的用途．原子能發(fā)電站的心臟是原子反應堆，為了控制原子反應堆中核裂變反應的正常進行，需要用重水做中子的減速劑．電解重水可以得到重氫，重氫是制氫彈的原料，我國已于1967年6月17日成功地爆炸了第一顆氫彈，大長了中國人民的志氣．更重要的是重氫進行核聚變反應時，可放出巨大的能量，而且不會污染環(huán)境．有人計算推測，如果將海水中的重氫都用于熱核反應發(fā)電，其總能量相當于全部海洋都變成了石油．? 重水雖然在尖端技術(shù)上是寶貴的資源，但對人卻是有害的．人是不能飲用重水的，微生物、魚類在純重水或含重水較多的水中，只要數(shù)小時就會死亡．相反，含重水特別少的輕水，如雪水，卻能刺激生物生長 重水和普通水一樣，也是由氫和氧化合而成的液體化合物，不過，重水分子和普通水分子的氫原子有所不同。我們知道，氫有3種同位素。一種是氕，它只含有一個質(zhì)子。它和一個氧原子化合可以生成普通的水分子。另一種是重氫 ——氘。它含有一個質(zhì)子和一個中子。它和一個氧原子化合后可以生成重水分子。還有一種是超重氫——氚。它含有兩個中子和一個質(zhì)子。 重水可以通過多種方法生產(chǎn)。最初的方法是用電解法，因為重水無法電解，這樣可以從普通水中把它分離出來。還有一種簡單方法是利用重水沸點高于普通水通過反復蒸餾得到。后來又發(fā)展了一些其他較佳的方法。 然而只有兩種方法已證明具有商業(yè)意義：水——硫化氫交換法(GS法)和氨——氫交換法。 GS法是基于在一系列塔內(nèi)(通過頂部冷和底部熱的方式操作)水和硫化氫之間氫與氘交換的一種方法。在此過程中，水向塔底流動，而硫化氫氣體從塔底向塔頂循環(huán)。使用一系列多孔塔板促進硫化氫氣體和水之間的混合。在低溫下氘向水中遷移，而在高溫下氘向硫化氫中遷移。氘被濃縮了的硫化氫氣體或水從第一級塔的熱段和冷段的接合處排出，并且在下一級塔中重復這一過程。最后一級的產(chǎn)品(氘濃縮至高達30%的水)送入一個蒸鎦單元以制備反應堆級的重水（即99．75％的氧化氘）。 氨——氫交換法可以在催化劑存在下通過同液態(tài)氨的接觸從合成氣中提取氘。合成氣被送進交換塔，而后送至氨轉(zhuǎn)換器。在交換塔內(nèi)氣體從塔底向塔頂流動，而液氨從塔頂向塔底流動。氘從合成氣的氫中洗滌下來并在液氨中濃集。液氨然后流入塔底部的氨裂化器，而氣體流入塔頂部的氨轉(zhuǎn)換器。在以后的各級中得到進一步濃縮，最后通過蒸餾生產(chǎn)出反應堆級重水。合成氣進料可由氨廠提供，而這個氨廠也可以結(jié)合氨——氫交換法重水廠一起建造。氨——氫交換法也可以用普通水作為氘的供料源。 利用GS法或氨——氫交換法生產(chǎn)重水的工廠所用的許多關(guān)鍵設(shè)備項目是與化學工業(yè)和石油工業(yè)的若干生產(chǎn)工序所用設(shè)備相同的。對于利用GS法的小廠來說尤其如此。然而，這種設(shè)備項目很少有“現(xiàn)貨”供應。GS法和氨——氫交換法要求在高壓下處理大量易燃、有腐蝕性和有毒的流體。因此，在制定使用這些方法的工廠和設(shè)備所用的設(shè)計和運行標準時，要求認真注意材料的選擇和材料的規(guī)格，以保證在長期服務中有高度的安全性和可靠性。規(guī)模的選擇主要取決于經(jīng)濟性和需要。因而，大多數(shù)設(shè)備項目將按照用戶的要求制造。 最后，應該指出，對GS法和氨——氫交換法而言，那些單獨地看并非專門設(shè)計或制造用于重水生產(chǎn)的設(shè)備項目可以組裝成專門設(shè)計或制造用于生產(chǎn)重水的系統(tǒng)。氨——氫交換法所用的催化劑生產(chǎn)系統(tǒng)和在上述兩方法中將重水最終加濃至反應堆級所用的水蒸餾系統(tǒng)就是此類系統(tǒng)的實例。 專門設(shè)計或制造用于利用GS法或氨——氫交換法生產(chǎn)重水的設(shè)備項目包括如下： 1． 水——硫化氫交換塔 專門設(shè)計或制造用于利用GS法生產(chǎn)重水的、用優(yōu)質(zhì)碳鋼(例如ASTM A516)制造的交換塔。該塔直徑6米(20英尺)至9米(30英尺)，能夠在大于或等于2兆帕(300磅/平方英寸)壓力下和6毫米或更大的腐蝕允量下運行。 2． 鼓風機和壓縮機 專門為利用GS法生產(chǎn)重水而設(shè)計或制造的用于循環(huán)硫化氫氣體(即含H2S 70%以上的氣體)的單級、低壓頭(即0．2兆帕或30磅/平方英寸)離心式鼓風機或壓縮機。這些鼓風機或壓縮機的氣體通過能力大于或等于56米3/秒(120 000 標準立方英尺/分)，能在大于或等于1．8兆帕(260磅/平方英寸)的吸入壓力下運行，并有對濕H2S介質(zhì)的密封設(shè)計。 3．氨——氫交換塔 專門設(shè)計或制造用于利用氨——氫交換法生產(chǎn)重水的氨——氫交換塔。該塔高度大于或等于35米（114．3英尺），直徑1．5米（4．9英尺）至2．5米（8．2英尺），能夠在大于15兆帕(2225磅/平方英寸)壓力下運行。這些塔至少都有一個用法蘭聯(lián)結(jié)的軸向孔，其直徑與交換塔筒體部分直徑相等，通過此孔可裝入或拆除塔內(nèi)構(gòu)件。 4． 塔內(nèi)構(gòu)件和多級泵 專門為利用氨——氫交換法生產(chǎn)重水而設(shè)計或制造的塔內(nèi)構(gòu)件和多級泵。塔內(nèi)構(gòu)件包括專門設(shè)計的促進氣/液充分接觸的多級接觸裝置。多級泵包括專門設(shè)計的用來將一個接觸級內(nèi)的液氨向其他級塔循環(huán)的水下泵。 5． 氨裂化器 專門設(shè)計或制造的用于利用氨——氫交換法生產(chǎn)重水的氨裂化器。該裝置能在大于或等于3兆帕(450磅/平方英寸)的壓力下運行。 6． 紅外吸收分析器 能在氘濃度等于或高于90%的情況下“在線”分析氫/氘比的紅外吸收分析器。 7． 催化燃燒器 專門設(shè)計或制造的用于利用氨——氫交換法生產(chǎn)重水時將濃縮氘氣轉(zhuǎn)化成重水的催化燃燒器。 分子式D2O,有10個中子