古怪的重水

百年百篇经典科普[电子书]

在大自然中,普通的水很多,大约有一百四十万万亿吨。然而,重水却很少,在五十吨水里大约只含有七点五公斤重水。一般来说,在雪、雨水和地表面的水中,重水比较少。但是,在一些动植物体中,特别是一些矿物(如变质绿泥石)中,重水的含量却较多。最近几年指上世纪七十年代。——编者,我国科学工作者在对珠穆朗玛峰地区进行综合科学考察时,曾在海拔七千六百米、八千二百米、八千六百米以及珠穆朗玛峰顶峰取得了重水样品,为研究珠峰特高海拔地区的重水分布提供了宝贵资料,而这一工作在世界上也是空前的——因为从来还没有人从那么高的山上获取过重水样品。

在大自然中,重水总是混杂在普通水中,均匀地混合在一起。怎样才能把重水分离出来呢?人们发现,当用电流电解水的时候,普通的水大量被电解成氧气和氢气,而在剩下的液体中,重水的含量越来越多。原来,这是因为重水不易被电解,所以就剩下来了。于是,人们便请电流帮忙,来提取重水:把水大批大批地电解,然后把剩下的液体进行蒸馏,利用重水和普通水沸点的不同把它们分开,制得很纯净的重水。

重水在天然水中的含量很少。从天然水中提取重水,要消耗大量的电能。据统计,提炼一公斤重水比熔炼一吨铝所需要的电能还大三倍!

正因为提取重水要消耗大量的电能,所以在第二次世界大战中,德国人要把制取重水的工厂,设在水电非常发达、电价很低廉的挪威山区(当然,在那荒僻的地方也容易保密)。在一九四○年,微莫克村的小工厂每天还只能生产两升重水。后来,增加到每天生产四升。后来,德国人制得了重达一千多磅的重水,就装在钢筒中秘密运走。想不到在半途被英国间谍和美国轰炸机炸毁,全部白白流进狭恩斯湖里,前功尽弃。

重要的角色

制造原子弹,究竟跟重水有什么关系呢?

重水,是制造原子弹过程中的重要角色!

原子弹的原料是铀235,而天然铀中铀235却只占极少数,绝大部分是铀238。在一九四○年前后,那时人们还不会从天然铀中提取纯净的铀235,而铀238会“吃”掉中子,使链式反应不能进行下去,原子弹不会爆炸,于是,只能用天然铀作为原子弹的原料。

人们经过仔细研究,进一步发现:铀238比较喜欢吸收速度很快的中子,而对速度较慢的中子,则不喜欢“吃”。人们把速度在每秒二千二百米左右的慢中子,称为“热中子”。于是,人们开始寻找一种能够减缓中子速度的物质,叫做“减速剂”。减速以后,中子就不易被铀238“吃”掉了。

经过反复选择,发现重水是非常理想的中子减速剂:第一,它能非常有效地减慢中子的速度,把快中子变为热中子;第二,它本身不吸收中子,不会减少中子的数目。

正因为这样,重水成了制造原子弹的重要角色,成了举足轻重的战略物资。德国人在失去重水之后,整个制造原子弹的计划不得不推迟。

未来的燃料

如今,重水越来越重要,增添了许多新用途。

在第二次世界大战之后,原子能开始被应用在工农业生产上。人们建造了原子能反应堆。在原子能反应堆中,同样要用到中子减速剂,用到重水。

在制成原子弹之后,人们又发明了氢弹。制造氢弹的主要原料是氘和氚。氘来自重水。这样一来,重水更加身价百倍。

氢弹爆炸,实际上就是氘和氚进行激烈的热核反应,在一瞬间释放出巨大的聚变能。正因为这样,氢弹被称为热核武器。

现在,人们还在摸索控制热核反应,把它应用在工农业生产,建造热核反应发电站。这种新型发电站具有许多优点:一是原料取之不尽,用之不竭——因为在江湖河海的水中,有数以万吨计的重水,可以大量提取氘;二是热核反应产生的能量很大,发电量大;三是环境污染少。

正因为这样,如今重水被人们誉为“未来的燃料”——热核反应的原料。

(选自《知识之花》,1978年)

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