漫话核聚变燃料（4）

漫话核聚变燃料（4）



胡经国





（续前）

八、氚及其资源与应用

1、氚概述

氚（Tritium），别名为超重氢，是氢的一种放射性同位素，其原子核内含有一个质子和两个中子。由于其具有放射性，因而氚在自然界中极为稀少；主要通过人工方式生产，如核聚变反应堆中的锂核反应。

氚具有广泛的应用价值。在军事领域，它是核武器聚变材料的重要组成部分。在科学研究领域，氚常作为示踪剂用于化学、生物学和医学研究，帮助追踪物质的流动和转化。在工业和日常生活领域，氚的自发光特性使其被广泛应用于氚灯、手表夜光涂层和紧急照明标志等。

然而，氚的放射性也带来了安全挑战。虽然其β射线能量较低，但是氚可通过多种途径进入生物体内，造成内照射危害，若长期接触则可能引发慢性放射病。因此，在氚的处理和储存过程中，必须严格遵守安全规定，防止对环境和人体造成危害。在中国，氚的研究、生产和应用均受到严格的法律、法规监管，确保其安全、可控地服务于国家发展需求。

氚的基本信息如下：

中文名：氚

外文名：Tritium

别名：超重氢

拼音：chuān

分子式：T，3H（或H-3）

本质：氢的同位素之一

下图为氚的概述图（图源：网络）。

2、氚研究简史

1934年，卢瑟福、奥利芬特和哈尔特克，使用粒子加速器轰击氘核（氢的重同位素），观察到当氘核与氮核发生碰撞时，会产生一种新的放射性物质。这种物质被识别为氚，一种具有一个质子和两个中子的氢的同位素。这一发现是通过检测到的β射线得到证实的，标志着氚的首次发现。







1938年，邦纳在理论分析的基础上首先提出，氚具有放射性。1939年，实验证实了氚具有放射性，并且测试了其放射性能量。

20世纪四五十年代，美国和前苏联为了满足核武器的需求，分别开发了在核反应堆中通过中子辐照锂-6来大规模生产氚的技术。这一技术的成功应用，使得氚的生产效率大幅提高，为后续的应用研究提供了充足的原料。

后来，氚作为氢弹的关键原料之一，其应用价值得到了充分体现。此外，氚也开始在生物医学领域作为示踪剂使用，为科学研究提供了新的工具。

3、氚的物理化学性质

氚的物理参数

半衰期：12.43年

衰变方式：电子衰变

最大能量：18.6 keV

平均能量：5.7 keV

氚的衰变特性

氚通过β衰变生成氦-3；在衰变过程中释放的氦原子会直接影响材料中氚的扩散、滞留及氦泡的形成。

形态多样性

氚可以以气体（T?）、水蒸气（HTO）、气溶胶等形式存在于环境中，并且通过污染液体、设备或材料传播。

氚与材料相互作用

氚与材料相互作用涉及金属氚化物、氢同位素扩散渗透行为等方面。

金属氚化物研究

金属氚化物研究涉及的材料体系包括：

Pd、U、Ti、Zr、Sc、V、Nb、Er、LaNi5、ZrCo等。金属吸氚—放氚反应过程的热力学与动力学行为，是金属氚化物研究的重点。

4、氚的天然分布

整个地球上天然氚的含量只有大约2千克；其中，10克存在在大气中，13克在地下水中，而其余的氚则大都存在于海水里。因此，要获得足够军事和民用需求的氚，必须建造生产氚的特殊设备——产氚核反应堆。



（未完待续）







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