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第64章 开发海洋中的重水

重水从外观上看和普通水一样,也是无色无味的透明液体,不能燃烧。从化学组成上也和普通水没两样,都是由两个氢原子和一个氧原子组成。所不同的是,组成重水的氢原子不是普通氢原子,而是氢的同位素氘。这氘原子核内除了一个质子外,还比普通氢原子多了一个中子,因此氘的质量要比氢原子大一倍,故而氘又被称为重氢,由氘和氧生成的化合物就叫重水。你可别小看这一个中子之差,重水和水由它引出的差异可大着哩。在物理性质上:重水比普通水重,1升重水要比1升普通水重105.6克;沸点比普通水高,普通水在100℃沸腾,而重水的沸点为101.4℃;冰点也比普通水高,普通水结成的冰在0℃就开始融化,可重水需在3.8℃。在化学性质上,许多盐可在普通水中溶解,可在重水中就相当难溶;普通水容易电解成氢气和氧气,而重水却很难电解;鱼儿离不开水,可鱼在重水中就死亡。

氘在自然界中的数量比氢少得多,但总储量还比较大,主要存在于重水中,海洋内重水总量可达2235千亿吨,含有氘447千亿吨。氘是一种十分巨大的能源,若将海洋内氘的能量开发出来,可供人类使用2千多亿年。

目前重水主要用在原子能工业中,原子反应堆中的重水堆,就是以重水作为重要原料加以应用而得名的。重水在重水反应堆中身兼二职:既作为减速剂使激烈的核裂变能有效地进行下去;又作为传热介质,将核裂变产生的巨大能量从反应堆里传送出来,供人们应用。重水能降低生化反应速率,即使新陈代谢过程放慢,从而对生命过程起到抑制作用,尤其对中枢神经和胚胎组织等新陈代谢特别旺盛的器官组织,抑制作用更为明显。利用这一特点,就可用重水来抑制代谢率很高的恶性肿瘤。

重水之所以愈来愈受重视,主要是因为组成它的氘是一种具有很大潜力的能源,氘在聚合反应中放出的能量比铀裂变反应大得多。作为重要核原料的铀,其能量是在中子轰击下,众多铀原子核不断发生分裂时释放出来的,称为裂变链锁反应。而氘放出能量时与铀截然不同,它是在几百万度高温下,氘原子核间相互结合,生成另外一种新元素时释放出来的,称为聚合反应或热核反应。因此人们用氘的聚合反应制成的氢弹,乃是目前世界上杀伤力和破坏力最大的热核武器。遗憾的是当前人类控制这种聚合反应的能力还很差,科学家们正积极研究这种能量的开发利用。

由于重水可以任何比例与普通水混合,因此要想把混在海水中的重水分离出来是一件很不容易的事,往往要经过同一分离过程的多次重复才能实现。目前已经实现大规模工业生产的分离方法有电解法、水蒸馏法、液氢蒸馏法、氢-水蒸气蒸馏法和双温交换法等。目前各国还在不断探索新方法来获得重水,如冷冻法、生物浓缩法、光解析法等。与此同时各国也在积极开展氘的核聚变研究,我国及美国、日本的研究已初见成效,一旦付诸于实用,海洋重水就可一劳永逸地解决人类能源危机。

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