氘

氢的同位素

氘是氢的同位素，又称重氢，化学符号为D或2H，常温下氘气是一种无色、无味的可燃性气体，在地球上的丰度为0.015%，它在普氢中的含量很少，且大多以重水D2O即氧化氘形式存在于海水与普通水中。

理化性质

如下表：

发现历史

就在查德威克宣布发现中子的论文送交《自然》杂志的第二天，美国的《物理学报》收到了美国哥伦比亚大学教授尤里（H.C.Urey，1893-1981）等的一篇重要文章，报告说已经发现了质量数为2的氢的同位素氘。

关于天然元素的同位素问题，从1913年开始科学家就进行了研究，当时研究的目的主要是想精确测量原子量。后来人们仔细研究了某些元素的带光谱，在氧和氮中发现了稀有的同位素。尤里和他的同事们重新考虑了氢，他们用分馏液态氢的方法以浓缩稀有同位素，终于从光谱上显示出了氘。氘是核物理学中一种非常重要的同位素，它在核反应堆的研发工作中得到了实际的应用。由于发现了氘，尤里获得了1934年的诺贝尔化学奖。

制备方法

氘气的分离原理可分为两类：一种是直接利用质量同位素效应，不同质量的单个同位素分子、离子在重力场、电场中的运动差异；另一种是利用同位素的统计特性差异，氘的主要制备方法有液氢精馏法、电解重水法、钯/合金薄膜或金属氢化物法等。

电解重水法

氘主要的化合物为重水（D2O），气态氘可用钠或赤热的铁分解重水，或在碳酸钠存在时电解重水获得，重水电解是制取氘的主要方法。重水电解制氘原理与电解水制氢原理完全相同，在阴极上产生氘气，在阳极上产生氧气，但其使用固体电解质-磺酸基团结合在聚四氟乙烯上，导电介质是水合氘离子（D+・D2O），而磺酸基是不移动的。

采用普通电解水装置，以氘氧化物为电解质（如：KOD、NaOD），或者采用SPE（ SolidPolymer Elec-trolyte）膜电解槽电解重水，在阴极上可得到丰度为99%的氘气，再经过分离、净化可得到高纯氘产品。此法技术含量高，规模可大可小，易于控制，安全可靠。

钯膜或金属氢化物法

由于氘化物的分解压高于氢化物的分解压，同一金属对氢、氘吸收平衡压与分解平衡压不同，利用这种压差特性以及它们的活化能差别就可以进行氢、氘的分离，其适合于对含氘气体进行分离净化使用及核电站托卡马克废气的回收利用。

液氢精馏法

氘在天然氢中的含量为0.0139%~0.0156%，D2的沸点为23.5K，H2为20.38K，HD（氘化氢）的沸点为22.13K。由精馏液氢来制取氘气，理论上是完全可能的。在低温精馏时首先浓缩的是HD，HD必须经催化剂转化为D2，HD、H2的平衡混合后才能继续精馏浓缩。低温精馏分离氢同位素的流程主要有4种，即四塔流程、三塔流程、二塔流程及带有侧线返回进料平衡装置的二塔流程。

纯化技术

电解重水制备的氘气中主要杂质有 N2、O2、HD和少量H2等。

杂质氮气的脱除，杂质氮气主要来源是空气在重水中有一定的溶解度以及系统的污染渗透，降低氮气含量需要做好系统的密封性，同时也可利用活性炭、硅胶或分子筛等吸附剂在低温情况下吸附使氮气降低。

杂质氧气的脱除，杂质氧气主要来源于电解水分解的氧，同时也有管路系统的渗透而引入的氧，利用脱氧催化剂进行杂质氧的脱除。

杂质HD的脱除，电解重水制取的氘气中含量最大的杂质是HD，HD的去除可采用热循环吸附工艺（TCAP），该方法使用的工作介质是Pd-Al2O3，HD含量也可利用活性氧化铝、分子筛等在催化剂作用下通过低温吸附分离来降低。

杂质H2的脱除，氘中杂质H2的去除可采用钯膜或金属氢化物法，特别是对于重水电解所得氘气的净化非常合适。氢和氘在金属中都以原子状态存在，氢在金属中的吸附力大于氘，氢杂质优先牢固吸附在金属中形成氢化物，由此氘中氢就被除去，高纯氘流出。经过一定的时间再将氢化物进行加温、真空脱附等措施，从而获得高纯氘。

应用

从“进口”上说，可控核聚变所需的反应原料（氘原子和氚原子），在地球上非常丰富。氘在海水中储量极大，热核聚变实验堆一旦研究成功，就能利用海水发电，一升海水中提取的氘经过聚变反应释放的能量相当于300升石油。而氚可通过中子与锂反应生成，在地壳和海水中，锂都是大量存在的。

氢灯和氘灯是紫外区的常用光源，它们在180~375nm波长范围内产生连续辐射，在相同操作条件下，氘灯的发射强度比氢灯约大4倍。玻璃对这段波长范围内的辐射有强烈吸收，必须采用石英光窗。紫外可见分光光度计同时配有紫外和可见两种光源。

2022年12月，研究发现，在低温环境下形成含氮分子的过程中，紫外线发挥着重要作用，并获得了氘隐藏于星际空间有机物中的观测证据。

包装与储运

氘气属是有窒息性和易燃易爆性的气体，一般采用带有CGA350 阀门的40L专用钢瓶包装。包装的气瓶上均有使用的年限，凡到期的气瓶必须送往有部门进行安全检验，方能继续使用。氘气瓶装气体产品为高压充装气体，使用时应经减压降压后方可使用。每瓶气体在使用到尾气时，应保留瓶内余压在0.5 MPa，最小不得低于0.25 MPa余压，并将瓶阀关闭，以保证气体质量和使用安全。

氘气瓶装气体产品在运输储存、使用时都应分类堆放，应贮存于阴凉、通风场所，温度不宜超过30 ℃，场所需配置相应品种和数量的消防器材。严禁可燃气体与助燃气体堆放在一起，不准靠近明火和热源，应做到勿近火、勿沾油蜡、勿暴晒、勿重抛、勿撞击，严禁在气瓶身上进行引弧或电弧，严禁野蛮装卸。搬运时轻装轻卸，防止气瓶及附件破损。

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