重水主要用途,在原子弹和氢弹的制造过程中,重水起了什么作用?( 三 )


来源:国际在线-世界新闻报
重水的一个分子是由两个重氢原子和一个氧原子组成,其分子式为D2O,相对分子质量是20,重水在自然界中分布较少,在普通水中约含重水0.015%.由于含量少,制备难,它比黄金还重.�
重水外观上和普通水相似,是无色、无嗅无味的液体.密度比普通水大,熔点、沸点比普通水高.由于重水分子量大,运动速度慢,所以在高山上的冰雪中,特别是在南极的冰雪中重水含量微乎其微,水的密度最小,是地球上最轻的水.�
重水在尖端科技中有十分重要的用途.原子能发电站的心脏是原子反应堆,为了控制原子反应堆中核裂变反应的正常进行,需要用重水做中子的减速剂.电解重水可以得到重氢,重氢是制氢弹的原料,我国已于1967年6月17日成功地爆炸了第一颗氢弹,大长了中国人民的志气.更重要的是重氢进行核聚变反应时,可放出巨大的能量,而且不会污染环境.有人计算推测,如果将海水中的重氢都用于热核反应发电,其总能量相当于全部海洋都变成了石油.�
重水虽然在尖端技术上是宝贵的资源,但对人却是有害的.人是不能饮用重水的 , 微生物、鱼类在纯重水或含重水较多的水中,只要数小时就会死亡.相反,含重水特别少的轻水,如雪水,却能刺激生物生长
重水和普通水一样,也是由氢和氧化合而成的液体化合物,不过,重水分子和普通水分子的氢原子有所不同 。我们知道,氢有3种同位素 。一种是氕,它只含有一个质子 。它和一个氧原子化合可以生成普通的水分子 。另一种是重氢 ――氘 。它含有一个质子和一个中子 。它和一个氧原子化合后可以生成重水分子 。还有一种是超重氢――氚 。它含有两个中子和一个质子 。
重水可以通过多种方法生产 。最初的方法是用电解法,因为重水无法电解,这样可以从普通水中把它分离出来 。还有一种简单方法是利用重水沸点高于普通水通过反复蒸馏得到 。后来又发展了一些其他较佳的方法 。
然而只有两种方法已证明具有商业意义:水――硫化氢交换法(GS法)和氨――氢交换法 。
GS法是基于在一系列塔内(通过顶部冷和底部热的方式操作)水和硫化氢之间氢与氘交换的一种方法 。在此过程中 , 水向塔底流动,而硫化氢气体从塔底向塔顶循环 。使用一系列多孔塔板促进硫化氢气体和水之间的混合 。在低温下氘向水中迁移,而在高温下氘向硫化氢中迁移 。氘被浓缩了的硫化氢气体或水从第一级塔的热段和冷段的接合处排出,并且在下一级塔中重复这一过程 。最后一级的产品(氘浓缩至高达30%的水)送入一个蒸镏单元以制备反应堆级的重水(即99.75%的氧化氘) 。
氨――氢交换法可以在催化剂存在下通过同液态氨的接触从合成气中提取氘 。合成气被送进交换塔,而后送至氨转换器 。在交换塔内气体从塔底向塔顶流动,而液氨从塔顶向塔底流动 。氘从合成气的氢中洗涤下来并在液氨中浓集 。液氨然后流入塔底部的氨裂化器,而气体流入塔顶部的氨转换器 。在以后的各级中得到进一步浓缩,最后通过蒸馏生产出反应堆级重水 。合成气进料可由氨厂提供,而这个氨厂也可以结合氨――氢交换法重水厂一起建造 。氨――氢交换法也可以用普通水作为氘的供料源 。
利用GS法或氨――氢交换法生产重水的工厂所用的许多关键设备项目是与化学工业和石油工业的若干生产工序所用设备相同的 。对于利用GS法的小厂来说尤其如此 。然而,这种设备项目很少有“现货”供应 。GS法和氨――氢交换法要求在高压下处理大量易燃、有腐蚀性和有毒的流体 。因此,在制定使用这些方法的工厂和设备所用的设计和运行标准时,要求认真注意材料的选择和材料的规格,以保证在长期服务中有高度的安全性和可靠性 。规模的选择主要取决于经济性和需要 。因而,大多数设备项目将按照用户的要求制造 。

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