氚

氢的同位素之一

氚（Tritium）是氢的一种放射性同位素，原子核内含一个质子和两个中子。由于其放射性，氚在自然界中极为稀少，主要通过人工方式生产，如核反应堆中的锂核反应。氚具有广泛的应用价值：在军事领域，它是核武器聚变材料的重要组成部分；在科学研究中，氚常作为示踪剂用于化学、生物学和医学研究，帮助追踪物质的流动和转化；在工业和日常生活中，氚的自发光特性使其被广泛应用于氚灯、手表夜光涂层和紧急照明标志等。

研究简史

1934年，卢瑟福、奥利芬特和哈尔特克使用粒子加速器轰击氘核（氢的重同位素），观察到当氘核与氮核发生碰撞时，会产生一种新的放射性物质。这种物质被识别为氚，一种具有一个质子和两个中子的氢的同位素。这一发现是通过检测到的β射线得到证实的，标志着氚的首次发现。

1938年，邦纳在理论分析的基础上，首先提出，氚具有放射性。1939年从实验上证实了氚具有放射性，并测试了其放射性能量。

20世纪四五十年代，美国和苏联为了满足核武器的需求，分别开发了在核反应堆中通过中子辐照锂-6来大规模生产氚的技术。这一技术的成功应用，使得氚的生产效率大幅提高，为后续的应用研究提供了充足的原料。

后来，氚作为氢弹的关键原料之一，其应用价值得到了充分体现。此外，氚也开始在生物医学领域作为示踪剂使用，为科学研究提供了新的工具。

理化性质

氚的衰变特性：氚通过β衰变生成氦-3，衰变过程中释放的氦原子会直接影响材料中氚的扩散、滞留及氦泡的形成。

形态多样性：氚可以以气体（T2）、水蒸气（HTO）、气溶胶等形式存在于环境中，并通过污染液体、设备或材料传播。

氚与材料相互作用涉及金属氚化物、氢同位素扩散渗透行为等方面。

金属氚化物研究涉及的材料体系包括：Pd、U、Ti、Zr、Sc、V、Nb、Er、LaNi5、ZrCo等。金属吸氚-放氚反应过程的热力学与动力学行为是金属氚化物研究的重点。

天然分布

整个地球上天然氚的含量只有约2千克，其中10克存在在大气中，13克在地下水中，而其余的氚大都存在于海水里。因此，要获得足够军事和民用需求的氚，必须建造生产氚的特殊设备——产氚堆。

制备方法

锂的核反应：目前最常用的方法，效率高，但需要使用反应堆，成本较高。

重水中的中子活化：主要用于重水反应堆，可以同时生产氚和重水，但重水价格昂贵。

其他核反应：效率较低，应用较少。

从核燃料后处理厂废物中提取：可以利用废物资源，但需要处理放射性废物。

从天然水中提取：成本低，但效率低。

应用领域

氚在科研领域发挥着重要作用，主要作为示踪剂使用。它可以标记物质，跟踪其在环境中的流动和转化过程，例如在生态学研究中，用氚标记水分子，研究水循环过程。此外，氚还可以用于研究化学反应的机理和动力学，以及材料的物理和化学性质。

在医学领域，氚的应用主要集中在核医学和放射治疗方面。氚可以用于制造氚标记的放射性药物，用于正电子发射断层扫描 (PET) 等核医学诊断方法。此外，氚也可以用于放射治疗，例如治疗癌症。

氚在工业领域的应用也相当广泛，包括核能、照明和航空等方面。氚是核聚变反应的重要燃料，未来可能用于核聚变发电。此外，氚还可以用于制造氚灯，例如手表和仪表盘上的荧光涂料，以及用于制造航空仪表，例如高度计和空速表。此外，氚还可以用于考古学，测定文物的年代，以及用于地质学，研究地下水流动和地壳运动。

安全事项

危害

根据氚的辐射特性，其主要通过内部暴露对健康构成威胁，而非外照射损害。人体摄入氚的途径主要有三种：一是食入含氚的饮用水或食物；二是通过呼吸道吸入；三是经皮肤渗透吸收。值得注意的是，氚不仅能通过完整皮肤扩散渗入，还能通过接触污染液体或表面的皮肤吸收进入体内，这在事故中较为常见。

氚对健康的危害主要体现在致癌、致突变和致畸效应。动物实验表明，高剂量氚水暴露（如单次740 MBq注射）显著提高小鼠肝肿瘤（雄性）和卵巢肿瘤（雌性）的发生率（80%-90%），且分次注射可能增强致癌性，肿瘤发生率与剂量呈正相关。致突变效应包括染色体畸变、姊妹染色单体交换（SCE）频率增加及微核率升高，这些损伤呈剂量依赖性，甚至极低剂量（0.37 kBq/mL）即可对海洋生物胚胎造成遗传损害。在致畸效应方面，孕期大鼠暴露于氚水（≥0.044 Gy）会导致仔鼠脑功能异常（如学习记忆能力下降）和行为迟缓（如出牙延迟、听觉反应迟钝），且损伤程度随剂量增加而加剧。

当前，对氚危害的评估存在争议，主要集中在相对生物效应（RBE）值的选择上。国际放射防护委员会（ICRP）建议将氚的辐射权重因子定为1，但有研究指出有机结合氚（OBT）的RBE可能高达2.0。此外，环境水平氚（通常低于100 Bq/L）的长期累积效应尚不明确。虽然流行病学研究尚未发现明确的致癌证据，但动物实验提示低剂量长期暴露的潜在风险仍需警惕。需要注意的是，实验中使用的剂量（MBq级）远高于现实环境中的浓度（Bq级），因此直接将实验结论外推至实际环境需谨慎。

防护

防护措施包括空气中氚浓度监测、包容、净化和个人防护。首先，通过持续监测工作场所空气中的氚浓度，确保环境安全。其次，采用三级包容系统（初级包容的设备和管道、次级包容的手套箱、三级包容的建筑物）来防止氚的转移或扩散。此外，配置净化设备系统，如催化氧化法和分子筛吸收，以降低空气中的氚含量。工作人员需穿戴工作服和防护用具，控制环境温度和湿度，减少氚化水浓度，严格遵守操作规程，以保障人员安全。

污染处理

当发生氚污染时，处理方法包括清污、冲洗和促排。清污是指对受污染表面进行有序清洁，避免污染面积扩大。冲洗则是使用流动水和去污剂清洗受污染的皮肤和黏膜，必要时进行医学处理。促排措施包括大量饮水和使用利尿剂，以加速体内氚的排泄。此外，还需对污染物品进行分类处理，并对去污效果进行监测，确保环境和个人安全。

法律规范

《中华人民共和国核安全法（草案）》二次审议稿第二条第三款将氚、氘和锂-6纳入核材料的范围。有的部门、企业和专家提出，氚、氘和锂-6在日常生产生活中应用很广，有关国际公约和各国没有将这些材料纳入核材料的范围，不宜纳入本法调整。经过专家论证，认为氘和锂-6没有放射性，氚的放射性不强，氚、氘和锂-6属于聚变材料，需要在裂变的基础上才能产生核反应，在严格管制铀、钚等裂变材料的情况下，不会造成核事故，可以不将这些材料纳入核材料的范围。法律委员会经研究，建议对草案二次审议稿第二条第三款中的氚、氘和锂-6不作具体列举，由相关法律、行政法规规定。实践中若需对这些材料进行管制，仍可按相关规定执行，为实践需要预留空间。

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