極重水

超重水（Tritium oxide），是一種無機(jī)化合物，由兩個(gè)氚和一個(gè)氧組成，故又稱一氧化二氚，其化學(xué)式為T₂O或³H₂O。氚是氫的放射性同位素，該原子由原子核由質(zhì)子和兩個(gè)中子，半衰期約12年，水在地球上的總重大約是一百三十六京噸，超重水在天然水中極其稀少，其比例不到十億分之一。若要制取1公斤的超重水需要超過100萬噸的天然水和大量的電能，因此超重水成本比黃金高上百倍，比重水提取成本高上萬倍。

超重水不應(yīng)該和重水混淆，差別于超重水是T₂O或³H₂O；而重水是D₂O或²H₂O。

極重水半超重水

半超重水是指由氕、氚、氧或氚、氘、氧組成的水分子，化學(xué)式為HTO或TDO。

極重水極重水

極重水是指由氫的放射性同位素氫-4和氧組成的水分子，化學(xué)式為⁴H₂O，這種分子可能只在理論上存在。因?yàn)闅?4半衰期為9.93696×10^-23秒，可能還來不及反應(yīng)就衰變了。

極重水重氧水

重氧水是由比氧-16重的同位素或放射性同位素和氫組成的分子，有很多種。

超重水（Tritium oxide），是一種無機(jī)化合物，由兩個(gè)氚和一個(gè)氧組成，故又稱一氧化二氚。極重水是指由氫的放射性同位素氫-4和氧組成的水分子，這種分子可能只在理論上存在。

由于超重水會(huì)衰變，其半衰期約12年，因此，它可以用來判斷各種水基液體的年齡，如葡萄酒。此外，它也可以用來作為示蹤水上生物研究生命科學(xué)的研究。

超重水也可以用來測(cè)量水在一個(gè)人的身體的總體積。超重水分配本身到所有身體腔室相對(duì)較快。尿液中超重水濃度和體內(nèi)的濃度相近。因此，已知原來超重水的攝入和濃度，可以計(jì)算出水在人體內(nèi)的總體積。

由于重水具有滿意的慢化能力和特別高的慢化比，因而它是一種優(yōu)秀的慢化劑。在其他條件相同的情況下，用重水作慢化劑時(shí)逃脫共振吸收概率和熱中子利用因數(shù)都比用石墨時(shí)高。因此，用重水作慢化劑的非均勻天然鈾反應(yīng)堆比用石墨作慢化劑的反應(yīng)堆尺寸小，而所需燃料也少得多。事實(shí)上，天然鈾與重水的均勻系統(tǒng)能夠達(dá)到臨界，而天然鈾和石墨的均勻混合物則不可能達(dá)到臨界。隨著重水生產(chǎn)制備的改進(jìn)與發(fā)展，重水正在得到越來越多的應(yīng)用。

純氧化氘在3.82℃下熔解而在101.42℃下沸騰，在兩種情況下這些數(shù)值都比普通水的相應(yīng)溫度高了一點(diǎn)點(diǎn)。因此，在采用重水的高溫系統(tǒng)內(nèi)像采用普通水的系統(tǒng)一樣，也需要很高的壓力。重水密度在室溫下大約是1.10g/cm。

所有天然水都含有大約1/6500（約0.015%）的氧化氘，而重水就是將這種極小份量濃集到所需純度而得到的。曾經(jīng)采用過好幾種方法來濃集水中的氘，其中有三種方法得到了大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，這就是電解法、蒸餾法和化學(xué)交換法。此外，還有一種可能性，就是由液態(tài)氫低溫蒸餾分離氘。

制備方法

生產(chǎn)重水的電解法的原理是：當(dāng)水溶液電解時(shí)，即當(dāng)電流通過水溶液時(shí)，陰極上放出的氫氣所含輕同位素的份量比重同位素多些。因此留在電解槽內(nèi)的水中氘的成分就部分地濃集了。在商業(yè)上常用的電解液是鈉或鉀的氫氧化物或碳酸鹽的水溶液；陽(yáng)極用鎳或鍍鎳的鋼制成，而陰極則由鎳或鋼制成。一個(gè)鋼質(zhì)電解槽可以用來兼作容器和陰極。連續(xù)進(jìn)行電解就有可能得到高純度的重水。但為了取得高濃集程度重水需要大量的電力，因而要采用這種電解方法由普通水開始提取重水，是基本不可行的。不過下面就將看到，當(dāng)進(jìn)料水已用其他方法部分濃集以后，電解法卻是特別有價(jià)值的方法。

蒸餾法是以輕水與重水蒸汽壓的微小差異為依據(jù)的，這一點(diǎn)已經(jīng)可以由它們?cè)诜悬c(diǎn)的微小差異上看出。因此，當(dāng)水被蒸餾時(shí)，首先蒸餾出來的液體內(nèi)含有較高比例的輕同位素，而殘液則含有較多的重同位素。因此，將天然水進(jìn)行分組蒸餾，就有可能使重水濃集。由于蒸汽壓的差異很小，蒸餾塔內(nèi)必須包含很大數(shù)目的蒸餾盤或等效級(jí)。在低壓下蒸餾可以得到最高的分離效率。不管所需的設(shè)備要多大，由普通水已經(jīng)通過分餾得到高純度的重水。超過8級(jí)蒸餾以后水內(nèi)氘的含量就由正常的0.015%升高到大約90%。

化學(xué)交換法利用同位素分子化學(xué)活潑性上的微小差異進(jìn)行。雖然同位素具有完全相同的化學(xué)性質(zhì)，但同一元素各種同位素形態(tài)或其化合物卻常常具有稍稍不同的反應(yīng)速率。因此，同位素交換反應(yīng)的平衡常數(shù)，即正逆反應(yīng)的比速，就與l略有出入。這就使得同位素的局部分離成為可能。

如果所有參加反應(yīng)的物質(zhì)都處于汽相下，這一平衡常數(shù)的數(shù)值范圍約在常溫下的3.4與100℃下的2.6之間。這就意味著假如使含有一些HD的氫氣與水（H₂O）蒸氣達(dá)成平衡，則反應(yīng)結(jié)果就會(huì)生成HDO?？梢杂闷胀ㄋ畬DO由汽相中洗出，因而水內(nèi)的氘就被濃集了。

由于水與氫之間的同位素交換平衡建立得很緩慢，甚至在l00℃下也如此，因此有必要使用催化劑。催化劑可以是散布在木碳底子上的鉑粉，也可以是鎳與三氧化二鉻的混合物。將水蒸汽與氫的混合氣流通過催化劑上面，然后用液態(tài)水洗出所生成的HDO。將后者蒸發(fā)并再與氫氣同時(shí)送過催化劑上，這就會(huì)生成更多的HDO，如此繼續(xù)下去。如果在一個(gè)對(duì)流級(jí)聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)重復(fù)進(jìn)行催化交換反應(yīng)以及水蒸汽與洗滌水的平衡反應(yīng)，那么就可以得到相當(dāng)濃集了氘的水。

氫-水交換法要求有巨大容積的氫氣，因而最經(jīng)濟(jì)的辦法是使它與以氫為重要反應(yīng)物的另一過程聯(lián)系起來。氨的氮與氫合成制造法滿足這一要求。氫氣先被引入氘的濃集車間，在這里有一定比例的氘含量在交換較輕同位素時(shí)被取走；剩下的氣體于是通到氨的合成車間，對(duì)后者而言氣體成分的稍微改變影響不大。

以前也曾經(jīng)采用一種修正的化學(xué)交換原理，叫做“雙溫度法”。它所利用的是兩種溫度下交換反應(yīng)平衡常數(shù)的差異，這種方法不需要大量的氫（或其他氣體），因?yàn)闅渲挥米麟妮d體。

由左方送入的進(jìn)料水被分為兩部分：一部分在相當(dāng)?shù)蜏囟?i>T₁下蒸發(fā)然后送入第I反應(yīng)器并與氫氣發(fā)生作用。由于發(fā)生同位素交換反應(yīng)的結(jié)果，水就被氘所濃集，而氫氣內(nèi)的這種同位素則減稀。另一部分進(jìn)料水在高于T₁的溫度下蒸發(fā)，并與由第I室來的減稀氫氣溫合。當(dāng)混合氣體通過熱交換器使溫度升高到T₂以后（T₂比T₁高得多），就進(jìn)入了第II反應(yīng)室。由于在T₂溫度下的水-氫交換反應(yīng)的平衡常數(shù)比T₁溫度下要小，因而氘在這時(shí)就由水進(jìn)入減稀氫。在用冷凝法除去水分后，含氘量已經(jīng)恢復(fù)原狀的氫氣又回到第I反應(yīng)室內(nèi)，在那里它又再一次被減稀，這樣循環(huán)不已。

如果考慮將重水由0.015%濃集到99.75%（這是應(yīng)用在反應(yīng)堆內(nèi)所必須的）的問題，似乎上述方法中沒有哪一種在全部濃度范圍上比另一種更為優(yōu)越。濃集過程的成本大部分都花費(fèi)在開始幾級(jí)上，這主要是由于必須要有很大的工廠才能處理巨量的水。然而，當(dāng)重水的比例增大了以后，這一情況就改變了。其結(jié)果就使得開始各級(jí)通常不能用的電解方法，在濃集的最后幾級(jí)就可以很好地利用了。因此，最經(jīng)濟(jì)的解決辦法就是利用蒸餾或化學(xué)交換法，或者兩者合用，來由普通水內(nèi)將氘含量濃集到某種程度，然后再用電解法使產(chǎn)品提高到所需的濃度。

還有必要提一下在低溫下用液態(tài)氫分餾法分離氘的可能性，根據(jù)某些資料顯示這種方法應(yīng)該可能生產(chǎn)出比以上方法更為廉價(jià)的重水。雖然液態(tài)氫與液態(tài)氘在大氣壓下沸點(diǎn)相差僅僅3.12℃，但在一定溫度下它們的蒸汽壓之比卻特別大。這樣，在大約22K溫度下，這一溫度在兩種純粹液體沸點(diǎn)之間，蒸汽壓之比在H₂/HD為1.6，而在H₂/D₂則差不多是2.5。這樣高的相對(duì)揮發(fā)性意味著利用分餾法有可能獲得很高的分離效率。

這種方法的主要問題在于：（1）大規(guī)模的工廠需要在-250℃左右的低溫下運(yùn)行，這是進(jìn)行氫的液化和精餾所必需的；（2）在這種低溫下氫內(nèi)存在的微量雜質(zhì)會(huì)在進(jìn)料管道內(nèi)生成固態(tài)沉積物；（3）大量液態(tài)氫的操作所帶來的危險(xiǎn)。

《重水罐(GB/T 11849-2008)》由中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布。為中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版發(fā)行。

作者：中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)

本標(biāo)準(zhǔn)適用于重水堆核電廠燃料棒束密封性能的檢測(cè)，也適用于重水堆核電廠燃料元件密封性能的檢測(cè)?？蓹z測(cè)泄漏率范圍為1×10-11Pa·m3/s～1×10-7Pa·m3/s。