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为什么核反应堆要用重水?

重水就是由一个氘和一个氧原子构成的水,顾名思义,重水密度要比普通水密度大,每立方米重达1107kg,相当于比普通水重了10%还多。

1933年美国的路易斯和麦克唐南提取出了0.5克重水,我这里用了“提取”两个字,并没有用“合成”。因为地球上就存在重水,在我们日常饮用水中就存在0.02%的重水,但大量服用重水会中毒。

重水由于多了一个中子,在反应堆中比一个中子的氢原子更容易和中子相撞,因此对反应堆中的中子慢化效果会更好,我国秦山核电三期工程采用加拿大坎杜-6核电技术,反应堆中使用的慢化剂就是重水。

为什么核反应堆要用重水?

从重水应用在商用核电站慢化剂就可看出,重水虽然稀有,但是制得重水并不难,不然从经济性出发,也不会采用重水作为慢化剂。

最初制重水是采用电解法,因为普通水可以电解,而重水无法电解,这样可以从普通水中把它分离出来,还有一种方法是利用重水沸点高于普通水通过反复蒸馏得到,但这两种方法相同的特点就是较为耗能,经济性不高。目前核电站用重水广泛采用水——硫化氢交换法(GS法),原理就是在低温下氘向水中迁移,而在高温下氘向硫化氢中迁移。在一个很高的分离塔内通过顶部冷和底部热的方式,就能把重水和普通水分离,这种方法分离的重水纯度可达99.75%,足够核电站使用,但更纯的重水利用此方法是无法得到的。

实际上任何化学试剂,较高纯度的都不稀有,容易制得,但是极高纯度,如99.9999%,甚至更高纯度的试剂非常稀有,很难制得。

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