氚核(triton)是由一个
质子和两个
中子组成的
原子核。
氢的一种
同位素原子核。
结合能是8.481,821
兆电子伏。它是β
放射性的
核素,
半衰期为3.87×108秒。氚核与其他核素,如氘核发生
反应发射中子的
阈能低,
截面大,产生的中子
能量高。因此,可用作
中子源的
材料或
核聚变的
燃料。
自然界中存在极微,从
核反应中制得,主要用于
热核反应。
氚核简介
氚是
元素氢的一种
放射性同位素 。(音‘chuān’),英文名称:Tritium,亦称
超重氢符号简写为3H,氚还有专用符号T。其
原子核由一个
质子和二个
中子组成。氚的
拉丁文名为tritium,意为“第三”又称
超重氢。氚的
质量数为3,在天然氢中,氚的含量为10-15%。1934年,
英国E·
卢瑟福等人在
加速器上用加速的
氘核轰击氘靶,通过
核反应发现氚,美国W·洛齐尔等证实
重水中存在氚,1939年美国L·阿耳瓦雷兹等证明氚有
放射性。但是由于氚的
β衰变只会放出高速移动的
电子,不会穿透人体,因此只有大量吸入氚才会对
人体有害。
氚会发射
β射线而衰变成氦3(3He),半衰期为12.5年。
3H→3He+e
自然界的氚是
宇宙射线与上层大气间
作用,通过
核反应生成的。氚的性质与氢很相似。
氚核的产生
利用反应堆的中子,采用氟化锂、碳酸锂或锂镁合金做靶材,能大量生产氚:
Li + n→4He +3H ,然后利用热扩散法,使氚富集至99%以上。氚主要用于
热核武器、科学研究中的
标记化合物,制作发光氚管,还可能成为热核聚变反应的原料。
氚可与氧化合成氧化氚,即超重水。除氕氘氚外,氢还有两种同位素:氢四(4H)和氢五(5H),这两种同位素都不稳定,在自然界中极少。
氢的同位素
氢有三种同位素:1H(氕)、2H(氘)、3H(氚),平时见到的氢以1H为主,含少量2H;氦也有3He(氦3)和4He(氦4)两种同位素,3He不稳定,一般见到的是4He。
氚核聚变反应
氢聚变为氦的反应可以有多种形式:
4个1H聚变为一个4He;
2个2H变为一个4He;
2H +3H =4He + n
还有其它的形式,上面只是简单的说明,其实聚变过程中还有其它粒子产生。
总之要聚变成4He,至少要有4个核子(质子或中子),因为质子和中子在一定条件下可以互相转化。如果聚变中的核子超过4个了,多余的通常会以中子形式释放出来。
可以仔细研究4He的核质量,以及中子、质子的质量,会发现由两个质子加两个中子组成的4He核,比两个自由质子及两个自由中子质量之和要小,此即质量亏损的来源,核聚变的巨大能量就来源于这个质量之差。
还可以理解为聚变后,每个质子和中子的质量都减小了。正如当一人从高处跳到地面,如果释放的能量通过辐射发散到外太空,可以发现那个人的质量有微小的下降。
核聚变,即轻原子核(例如氘和氚)结合成较重原子核(例如氦)时放出巨大能量。因为化学是在分子、原子层次上研究物质性质,组成,结构与变化规律的科学,而核聚变是发生在原子核层面上的,所以核聚变不属于化学变化。
热核反应,或原子核的聚变反应,是当前很有前途的新能源。参与核反应的轻原子核,如氢(氕)、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应(参见核聚变)。热核反应是氢弹爆炸的基础,可在瞬间产生大量热能,但尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内,根据人们的意图有控制地产生与进行,即可实现
受控热核反应。这正是在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是
聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功,则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。
核聚变实验
核聚变研究进入全新阶段。据美国《科学》杂志在线版15日消息称,美能源部下属
桑迪亚国家实验室日前在其世界最强辐射源——“Z机”(Zmachine)装置内开启了氘—氚受控核聚变实验。当未来氘—氚比例达到50∶50时,它所产生的能量将是现有最大能量的500倍。
受控核聚变若能成功,几乎能使人类摆脱能源危机的困扰。其所需的原料——氢的同位素氘从海水中就可以提取,据估测,1升海水中提取出的氘若完全参与聚变反应,放出的能量相当于300升汽油燃烧释放的能量。而氢的另一种同位素氚,又名超重氢,半衰期为12年,极为珍贵和危险,但它与氘之间的聚变却最为容易,远远胜于目前常见的氘—氘聚变。
研究团队将氚—氘的混合物加注到
设备燃料中,在加入氚之后,“Z机”会激发出更大的能量,其原本已经很惊人的产生中子数上限将得到前所未有地大幅飙升,当燃料与强电磁场融合时,中子数会提高60倍至90倍,新混合燃料产生的能量也将是原来的500倍。
然而,这种方式不能一蹴而就,在实验中第一次添加的氚仅用了不到氚总量的0.1%,在接下来5年中,继续添加到燃料中的氚和氘比例才能达到50∶50。
该项目团队高管迈克·库尼奥表示,创造出如此巨大能源的设备此前从未出现过。
与位于
劳伦斯利弗莫尔国家实验室的
国家点火装置(NIF)不同的是,“Z机”的磁场可以约束出现的α粒子,并沿着场线将它们捕获,从而汇集更多的能量来维持聚变。
不过,氚分子体积太小容易渗透到设备的任何部位,使用时需在设施控制以及辐射防护方面达到相当高的要求,实验必须非常谨慎地进行,团队也将在可控制的情况下逐渐增加燃料投放比例。