问答1000网

一、什么是半重水 1、多一个中子的重氢 半重水，化学式为HDO，它只有一个氢原子是多一个中子的重氢。一般的半重水都并不纯正，通常是50%HDO，25%的H2O 及 25%的D2O。   2、重氧水 除了由重氢组成的重水分子外，还有一种由重氧原子（氧17或氧18）组成的重水分子，称为“重氧水”。由于分离出重氧水分子的难度较高，因此提炼纯正重氧水的成本会比重氢水为高。   二、半重水的提炼方法 1、半重水提炼 地球上的水约有3,200分之一是半重水（HDO）。半重水可以透过电解及蒸馏，或以化学方法从普通水中提炼出来。   2、化学方法 可以使用化学方法，是因为重氢及普通氢原子由于质量稍为不同，所以化学反应的速度有异。当水中的半重水到了相当的浓度，重水便会因为水分子之间交换氢原子而慢慢出现。   三、什么是轻水 1、普通水 为了与重水(D2O)区别，将普通水称为轻水。普通水(H2O)经过净化，用做反应堆的冷却剂和中子的慢化剂，叫做轻水。   2、运用最广的慢化剂和冷却剂 动力堆中的慢化剂，大多是轻水、重水和石墨；它们的冷却剂，则多是轻水、重水和氦等气体。唯有轻水是各种反应堆中用得最广的慢化剂和冷却剂。   3、化学定义 相对分子质量为1的H原子和相对分子质量为16的O原子构成的水。其相对分子质量为18。另外，还有相对分子质量为20，22等的水。在中学化学阶段，称为轻水。   四、轻水的主要用途 1、减速中子反应 世界上水最宝贵的。人离不开水，核反应堆也是如此。水是使核反应堆中产生的中子减速的最好材料之一。用重水即氧化氘（D2O）作为慢化剂的核反应堆被称为重水反应堆，或简称为重水堆。   2、慢化剂 现在的反应堆几乎都利用热中子，因此慢化剂是反应堆不可缺少的组成部分。慢化剂与中子碰撞减少中子的数量的话，便失去了意义。所以，重水是非常优异的慢化剂，它与石墨并列是最常用的慢化剂。   3、冷却剂 用轻水作为慢化剂和冷却剂的核反应堆被称为轻水反应堆，包括沸腾水堆和加压水堆轻水也就是一般的水，广泛地被用于反应堆的慢化剂和冷却剂。  

一、重水的主要作用 1、核反应堆减速剂 重水的主要用途是在核反应堆中做“减速剂”，减小中子速度，控制核裂变过程，也是冷却剂。   2、示踪材料 重水和氘在研究化学和生理变化中是一种宝贵的示踪材料，例如，用稀重水灌溉树木，可以测知水在这些植物中每小时可运行十几米到几十米。测定饮过大量稀重水的人尿中的氘含量，知道水分子在人体中停留时间平均为14天。   3、研究植物代谢过程 用氘代替普通氢，可以研究动植物消化和新陈代谢过程。浓的或纯重水不能维持动植物生命，重水对一般动植物的致死浓度为60%。   二、重水的生产方法 1、电解法 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。   2、水-硫化氢交换法（GS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。   3、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。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。进一步浓缩，最后通过蒸馏生产出反应堆级重水。   三、生产重水的设备项目 1、水-硫化氢交换塔 专门设计或制造用于利用GS法生产重水的、用优质碳钢（例如ASTM A516）制造的交换塔。该塔直径6米（20英尺）至9米（30英尺），能够在大于或等于2兆帕（300磅/平方英寸）压力下和6毫米或更大的腐蚀允量下运行。   2、鼓风机和压缩机 专门为利用GS法生产重水而设计或制造的用于循环硫化氢气体（即含H2S 70%以上的气体）的单级、低压头（即0.2兆帕或30磅/平方英寸）离心式鼓风机或压缩机。这些鼓风机或压缩机的气体通过能力大于或等于56立方米/秒（120000 标准立方英尺/分），能在大于或等于1.8兆帕（260磅/平方英寸）的吸入压力下运行，并有对湿H2S介质的密封设计。   3、氨-氢交换塔 专门设计或制造用于利用氨-氢交换法生产重水的氨-氢交换塔。该塔高度大于或等于35米（114.3英尺），直径1.5米（4.9英尺）至2.5米（8.2英尺），能够在大于15兆帕（2225磅/平方英寸）压力下运行。这些塔至少都有一个用法兰联结的轴向孔，其直径与交换塔筒体部分直径相等，通过此孔可装入或拆除塔内构件。   4、塔内构件和多级泵 专门为利用氨-氢交换法生产重水而设计或制造的塔内构件和多级泵。塔内构件包括专门设计的促进气/液充分接触的多级接触装置。多级泵包括专门设计的用来将一个接触级内的液氨向其他级塔循环的水下泵。   5、氨裂化器 专门设计或制造的用于利用氨—氢交换法生产重水的氨裂化器。该装置能在大于或等于3兆帕（450磅/平方英寸）的压力下运行。   6、红外吸收分析器 能在氘浓度等于或高于90%的情况下“在线”分析氢/氘比的红外吸收分析器。   7、催化燃烧器 专门设计或制造的用于利用氨-氢交换法生产重水时将浓缩氘气转化成重水的催化燃烧器。  

一、什么是重水 1、氘和氧组成的化合物 重水（Deuterium oxide）是由氘和氧组成的化合物，也称为氧化氘，分子式D2O，相对分子质量20.0275，比水（H2O）的相对分子质量18.0153高出约11%，因此叫做重水。   2、与普通水化学性质相似 由于氘与氢的性质差别极小，因此重水和普通水化学性质也很相似，重水的离子积常数为1.6*10-15。   3、与普通水的区别 在天然水中，重水的含量约占0.02%。重水电解速率比普通水要小，可以用电解法将其提取。重水与普通水沸点有一定差别，因此也可以用蒸馏法进行提纯。   二、重水的物性数据和分子结构数据 1、物性数据 （1）性状 无色、无味的液体，具有吸湿性，可与H2O任意混溶。   （2）密度 1.107（g/mL，25℃）   （3）熔点 3.813（oC）   （4）沸点 101.431（oC，常压）   （5）折射率 1.328   （6）闪点 101.4（oC）   2、分子结构数据 （1）摩尔折射率 3.67   （2）摩尔体积 18.0（cm3/mol）   （3）等张比容 52.6（90.2K）   （4）表面张力 72.2（dyne/cm）   （5）极化率 1.45（10-24cm3）   三、重水的性质与稳定性 1、正规储存不会分解 如果遵照规格使用和储存则不会分解。   2、避免与水接触 避免接触水分/潮湿。   3、与碱金属不相溶 水溶液与碱金属，碱土金属和许多有机无机的活性化学药品是不相溶的。25℃时的密度为1.1044kg/L，最大密度时的温度为11.2℃。pKa=14.955（25℃）。   四、重水的发现过程 1、1931年 美国H.C.尤里和F.G.布里克维德在液氢中发现氘。   2、1933年 美国G.N.路易斯和R.T.麦克唐南利用电解法得到0.5毫升重水，纯度为65.7%，再经电解，得0.1克接近纯的重水。   3、1934年 挪威利用廉价的水力发电，建立了世界上第一座重水生产工厂。   五、重水的特性 1、密度略大 冰点略高 重水在外观上和普通水相似，只是密度略大，为1.1079g/cm3，冰点略高，为3.82℃，沸点为101.42℃。参与化学反应的速率比普通水缓慢、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。   2、减小中子的速率 重水主要用于核反应堆中作减速剂，它可以减小中子的速率，使之符合发生裂变过程的需要。重水也是研究化学和生理变化中使用过的材料。浓而纯的重水不能维持动植物的生命，其致死浓度为60%～80%。   3、对人体有害 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（超过80%）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。   六、重水的提炼方法 1、半重水提炼 地球上的水约有3,200分之一是半重水（HDO）。半重水可以透过电解及蒸馏，或以化学方法从普通水中提炼出来。   2、化学方法 可以使用化学方法，是因为重氢及普通氢原子由于质量稍为不同，所以化学反应的速度有异。当水中的半重水到了相当的浓度，重水便会因为水分子之间交换氢原子而慢慢出现。   3、半重水提炼为重水 要从半重水再提炼纯正的重水亦可使用电解、蒸馏及化学方法。但是电解及蒸馏所需要的能量会非常巨大，因此一般这一步只会使用化学方法。   七、重水的健康问题 1、对人体有害 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(超过80%)的水中，只要数小时就会死亡。   2、轻水可以刺激植物生长 相反，含重水特别少的轻水，如雪水，却能刺激生物生长。一般相信重水并不属于有毒物质，但是人体内的某些代谢需要轻水，所以如果只喝重水会生病。   3、减缓人体代谢 因为重水中的D比H多一个中子，D重量是H的两倍，导致其化学性质发生一定的改变以及物理性质的大幅改变。D的各种键比H强，而且更重的D的转移速率会比H慢很多，导致关于D的化学反应会发生减速，干扰生物体正常代谢。   4、抑制细胞有丝分裂 以老鼠做的实验发现重水能抑制细胞的有丝分裂，引起需要迅速代谢的身体组织变坏。实验中的老鼠连续数天只喝重水后，体内约一半的体液变成重水；这时症状开始出现，需要快速细胞分裂的组织，如发根及胃膜最先出现毛病。本来快速增长的癌细胞生长速度亦出现减慢。   八、什么是重水堆 1、以重水堆为热源的核电站 重水堆是以重水作慢化剂的反应堆，可以直接利用天然铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作冷却剂，重水堆分压力壳式和压力管式两类。   2、发展较早的核电站 重水堆核电站是发展较早的核电站，有各种类别，但已实现工业规模推广的只有加拿大发展起来的坎杜型（CANDU型）压力管式重水堆核电站。    3、商用重水堆 目前已实现将回收铀燃料全堆装入商用重水堆上应用。   九、什么是CANDU型重水堆 1、特点 CANDU型堆的特点是堆心使用压力管(代替压水堆的压力容器)，用重水作为慢化剂和冷却剂,以天然铀作燃料，采用不停堆更换燃料。   2、反应堆本体 为一水平放置的筒形容器（称排管容器），里面盛低温低压的重水慢化剂。容器内贯穿有许多根水平管道（压力管），其中装有燃料棒束和作为冷却剂的高温、高压重水。   3、冷却循环 蒸汽发生器和主回路水泵安装在反应堆的两端，以便使冷却剂自反应堆的一端流入反应堆堆心的一半燃料管道，另一端则以相反的方向流入另一半燃料管道。冷却剂系统设有一个稳压器，以维持主回路的压力，使重水不致沸腾。   4、燃料棒 重水堆的燃料是天然的二氧化铀压制、烧结而成的圆柱形心块。若干个心块装入一根锆合金包壳管内，两端密封形成一根燃料元件。再将若干根燃料元件焊到两个端部支撑板上，形成柱形燃料棒束。元件棒间用定位隔块使其隔开。   5、燃料更换 在反应堆的两端各设一台遥控操作的换料机。当某根压力管内的燃料需要更换时，一台换料机处于装料位置，另一台则处于卸料位置。处于装料位置的换料机内装有新的燃料棒束,由逆冷却剂流向推入,堆内相对应压力管道内的乏燃料棒束即被推入另一端处于卸料位置的换料机内。   6、控制 CANDU型重水堆的反应性控制是由下列装置实现。它们从顶部垂直穿过反应堆容器。   （1）调节棒 由强中子吸收体构成，用于均衡反应堆中心区的功率分布，使反应堆的总功率输出最佳。   （2）增益棒 由高浓铀代替强中子吸收体，用来补偿氙中毒所引起的反应性下降。   （3）区域控制棒 由一些可充轻水的圆柱形隔套组成。   （4）停堆系统 由两组停堆系统组成。一组停堆系统是由能快速插入反应堆堆心的强中子吸收棒组成；另一组停堆系统是将吸收中子的溶液注入慢化剂或注入堆心的一些管中，也可以把慢化剂排空。