氢的稳定形态同位素包括氕、氘、氚三种,氚是其中一种,元素符号为T或3H,原子核内有1个质子,2个中子,也称为超重氢。在自然界中,氕是氢的主要形式,氘丰度低,而氚的丰度极低,仅有0.004%。氚具有放射性,会发生β衰变产生氦-3,半衰期为12.43年。
在自然界中,氚是宇宙射线高能中子撞击氘核形成,由于自然界中氚含量极少,氚应用需要人工制备。在工业领域,氚的制备方法主要是利用中子轰击锂,即采用核反应堆的中子,以锂-6化合物做靶材,来生产氚;在科研领域,美国科学家研究利用氘-氚受控核聚变反应来制备氚,氘在自然界中储量大,在海水中以重水的形式存在,若此法可实现规模生产,未来可以直接从海水中提取氘来制备氚。
20世纪30年代,氚于英国的加速氘核轰击氘靶实验中被发现,由于具有良好的核物理性质,其应用受到关注。根据新思界产业研究中心发布的
《2021-2025年氚(超重氢)行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,氚与氘可发生核聚变反应,释放出巨大能量,与核裂变相比,其清洁性、安全性更高,且更易于实现。热核反应是氚的重要应用领域,氚与氘在1亿摄氏度高温条件下燃烧,发生核聚变反应,产量大量的热量,即形成“人造太阳”;同时,氚也是制造氢弹的重要原料。
氚β衰变只会释放高速移动的电子,不会穿透人体,毒性较低,因此除了核聚变、氢弹外,氚还可以用作氚标记化合物(氚示踪剂),以及用来制造氚发光装置(发光氚管)等。氚标记化合物可以广泛应用在军事、工业、生命科学、地理等多个领域。在生命科学研究方面,氚标记化合物可用在细胞学/分子学研究、人体代谢、免疫分析、药物开发、癌症诊断与治疗等多个领域;在地理方面,氚标记化合物可用于地下水分布、江河湖泊水跟踪、冰川运动观测等领域。
新思界
行业分析人士表示,与氘相比,氚无法从自然界中获取,需要人工制备,而人工制备难度高,需要采用专业技术,因此全球能够生产氚的国家数量少。为开发核聚变能源,以及利用氚的优良标记、示踪能力,包括中国、美国、欧洲等在内的多个国家和地区均在加大力度研究提高氚的生产能力与批量应用时的控制能力,我国在此领域已经取得了可喜进展,但仍有较大提升空间。