氘核

氫的同位素原子核

氘核(deuteron)是由一個質子和一個中子組成的原子核。氫的一種同位素原子核。結合能是2.20兆電子伏。氘核與其他核素,如氚核發生反應發射中子的閾能低,截面大,產生的中子能量高。因此,可用作中子源的材料或核聚變的燃料。大自然的含量約為一般氫的7000分之一,從核反應中製得,主要用於熱核反應。

組成


氘
氘核為氘(deuterium)的原子核,由1個質子與1個中子組成。

氘的性質


氘(deuterium),氫(H)的同位素,也被稱為重氫元素符號一般為D或2H。氘原子核中有一個質子和一個中子,其相對原子量為普通氫的二倍。氫中有0.02%的氘,在大自然的含量約為一般氫的七千分之一。氘用於熱核反應,聚變時放出β射線后形成質量數為3的氦,並在化學和生物學的研究工作中作示蹤原子。氘被稱為“未來天然燃料”。
常用製法:(1)由重水電解;(2)由液氫低溫精鎦。

氘核的性質


聚變反應原理
聚變反應原理
氘核中有兩個核子,平均結合能為1.11MeV(1eV≈1.602 189 2×10-19J ),每個氘核的自旋狀態函數有3個,即+1,0,-1。氘核所帶電荷少,彼此間庫侖斥力較小,不大的能量就能克服斥力的作用。超高溫度時,氘核或與氫原子核互相碰撞,可以發生聚變反應,放出能量,生成平均結合能比氘核大的核,如: D+D→H+T+4MeV,D+D→n+3He+3.3MeVD+T→n+4He+17.6MeV

氘的用途


聚變反應堆裝置示意圖
聚變反應堆裝置示意圖
常溫下,氘是一種無色、無味、無毒無害的可燃性氣體。它用於核能、可控核聚變反應、氘化光導纖維、氘潤滑油、激光器、燈泡、實驗研究、半導體材料韌化處理以及核醫學,核農業等方面;另外在軍事上,它也有一些重要的用途,比如製造氫彈,中子彈和DF激光武器。

氫的同位素


氫有三種同位素:H(氕)、H(氘)、H(氚),平時見到的氫以H為主,含少量H;氦也有He(氦3)和He(氦4)兩種同位素,He不穩定,一般見到的是He。
氫聚變為氦的反應可以有多種形式:
4個H聚變為一個He;
2個H變為一個He;
H +H =He + n
還有其它的形式,上面只是簡單的說明,其實聚變過程中還有其它粒子產生。
總之要聚變成He,至少要有4個核子(質子或中子),因為質子和中子在一定條件下可以互相轉化。如果聚變中的核子超過4個了,多餘的通常會以中子形式釋放出來。
可以仔細研究He的核質量,以及中子、質子的質量,會發現由兩個質子加兩個中子組成的He核,比兩個自由質子及兩個自由中子質量之和要小,此即質量虧損的來源,核聚變的巨大能量就來源於這個質量之差。
還可以理解為聚變后,每個質子和中子的質量都減小了。正如當一人從高處跳到地面,如果釋放的能量通過輻射發散到外太空,可以發現那個人的質量有微小的下降。