更新时间：2024-09-20 17:22
（Tritium），亦称超重水，是氢的同位素之一，符号为T或3H。它的原子核由一个质子和两个中子所组成，并带有放射性，会发生β衰变，其半衰期为12.26年，原子量3.016u。氚的化学性质与氢相似，可与氧反应生成T2O，也可与多种金属反应，生成金属氚化物。氚是核裂变的次要产物，可利用反应堆中的热中子辐照锂-6来生产。
氚因其放射性被广泛应用到军事、中国核工业集团有限公司、医学、化学、石油钻探等诸多领域。在军事上氚被用于促进核弹的裂变或聚变；还被用作化学、生化、生物和水文研究中的放射性示踪剂及出口标志、机场跑道和手表表盘的发光涂料；在医学上，它被用于诊断和放射治疗。
氚如果在外部，没有进入人体，则危害不会特别严重，一般是进入人体后造成危害。氚被吸入、通过食物或水摄入，以及通过皮肤吸收时，会产生辐射危害。β粒子能够在一定程度上穿透生物体，并能改变被击中物质的结构。在大多数情况下，这种变化可以被视为损害，其后果可能会致癌或死亡。如果被撞击的物质是脱氧核糖核酸，就会引起遗传突变。超重水在人体内的生物半衰期为7至14天，如果转移至有机物中，其生物半衰期延长至30~230天或更长。
关于氚发现的历史背景可以追溯到1910年索迪（Soddy）提出的同位素假说，他认为一种化学元素有两种或两种以上的同位素存在可能是普遍现象。1919年欧内斯特·卢瑟福（Rutherford） 又预言存在具有单位电荷的、原子量分别为2和3的氢同位素。
1934年3月，卢瑟福领导的剑桥大学研究组在亨利·卡文迪许（Cavendish）实验室用加速器加速的核轰击氘靶(实验用的氘靶是经氘置换氢的氯化铵靶)的方法证实了氚的存在。1935年，科学家对氢同位素的名称提出了建议，考虑到氢同位素质量效应很大，对2H和3H采用不同的名称是合适的。于是2H被正式命名为氘，符号为D；3H被命名为氚，符号为T²。
1938年，伯纳（Bonner） 首先从理论计算上对氚的放射性进行了论证。他假定，如果核质量大于处在德米特里·门捷列夫元素周期表随后一格中的同量异位素核的质量，那么它应当是不稳定的，并能辐射电子。同年，布莱克尼（Blackney） 等人证实了伯纳的结论。
20世纪50年代中期， 研究人员不仅研究出生产和使用氚标记化合物的简单方法，而且在核辐射探测技术取得了重要进展。1952年和1953年，美国和苏联先后进行了氢弹实验。氚在核弹中主要用于点火中子源、助爆裂变和提供聚变能。军事应用的需求，促使氚的反应堆生产、提取、氢同位素净化、分离等的工程技术全面发展。
氚占天然氢的十亿分之一，它以氚气 (HT) 和超重水(T2O)的形式存在。其在温度为25K时液体摩尔密度为42.65 mol/L。由于氚与普通氢的质量差别较大，所以它们的很多物理性质也不同，氚与氢相比，在熔点、沸点、临界点温度上均更高。详细情况如下：
氚的化学特性与氢接近，具有很强的还原力，氚能在高温或催化剂存在下与氧反应，生成T2O，其与碳形成的共价键要比氢与碳形成的共价键更稳定。氚也能与与多种金属（如锂、钠、钾、钛和等）反应，生成金属氚化物。
氚气通过加热钯管（钯作为催化剂）时发生下列反应：
氚与同位素发生交换反应，且同位素间的交换反应是可逆的：
聚变反应是指两个较轻的核结合成为一个较重的核并且发生质量亏损从而释放出大量能量的过程。氘核与氚核反应生成一个氦核和一个中子，并且释放出能量：
氚是一种β发射体。它通过发射 β 粒子（电子）和来自原子核中的一个中子的反中微子而衰变成 3He。
氚因其放射性被广泛应用到军事、中国核工业集团有限公司、医学、化学、可控核聚变、石油钻探等诸多领域。
在军事上，氚可用于氢弹（如氢弹），以及在夜视军事方面，氚LED环形灯可安装在枪械瞄准具的瞄准点上。氢弹的核装料为重氢化锂，在装于弹体内的小型原子弹爆炸所产生的高温高压环境下，生成氘和氚等氢原子核并立即聚合成氦，同时释放出巨大的能量，称为“聚变”反应。
在生物与医学研究中氚得以广泛应用，例如，酶的作用机制分析、受体结合研究、放射免疫分析、药动学以及癌症的诊断和治疗等。如人体中醛固酮的含量极小，但是它又是很多疾病的诊断指标，用一般的化学方法难以测出醛固含量。但如果取几毫升的人尿，用氚—乙酸酐处理，把尿中的醛固酮变成其标记乙酰衍生物。然后将此衍生物提纯分离，并测定其放射性，就可以测出醛固酮含量。
氚与硫化锌混合，可产生辐射发光，用于发光涂料和手表表盘。氚电池耐用性强，可承受-50～150℃的温度。氚光源又称β灯，氚衰变时产生辐射，激发白磷发光。β灯不用电源、携带方便可广泛用于交通微光照明、黑暗中发光标记等方面。
在化学科研中作放射性示踪原子，制备标记化合物。由于氚不发射伽马辐射，所以氚是一种很好的示踪剂。氚可以很容易地引入到有机化合物中去。标记的方法包括化学交换、化学合成、反冲标记等。化学合成可以采用不饱和化合物或还原卤化物等通用的方法。氚同时也是回旋加速器中的轰击粒子、自发光荧光粉中的激活剂、冷阴极管中的激活剂。
可控核聚变是未来的主要能源。一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时能释放出17.6兆电子伏特的能量，平均每个核子放出的能量是裂变的好几倍，是化学燃料的几百万倍。同时，氢核聚变对环境产生的污染要比核裂变弱的多，处理也比较容易。
是唯一与水活动特征相一致的放射性同位素，因此，它是研究地下水的一个非常有效的工具。由于氚是水分子的组成部分，它可与所有的水体充分混合(涡流混合和分子扩散)。从这一点上看，氚是示踪地下水活动的最好的放射性示踪剂。氚的活动与总孔隙率有关，而水动力运动则只与有效孔隙率有关。例如，包气带研究中，出现氚滞后于Cl- 现象,这意味着CI-运移速度比真实水流速度大。在半干旱和干旱地区，只要能证明地下水中的氚不是通过包气带与空气水分进行分子交换的结果，氚常常是唯一能够指示入渗补给的手段。
氚在人体外部对人体危害较小，但是进入人体体内则可能造成相关危害。氚会通过不同途径进入人体，最主要是氚蒸汽吸入形式进入人体。小剂量氚内照射可引起疲乏无力、嗜睡、食欲减退、恶心及上腹部压痛、眼结膜充血、肝脾大及尿肌酸/肌酸酐比值升高等临床表现。职业人群长期接触氚还可能引起慢性放射病的发生。氚化水在人体内的生物半衰期为7至14天，人体内氚水的生物半衰期可随季节而变化。根据对印度卡纳塔克邦沿海地区职业辐射工作者体内氚的生物半衰期研究表明，其冬季的生物半衰期是夏季的两倍。在氚慢性内污染患者中，部分氚转移至有机化合物中，其生物半衰期延长至30~230天或更长。
核电站、核爆炸和核反应堆运行也会释放大量的氚到环境中，浓度远远大于天然氚。吸收核素氚，由于它在血液中溶解度较低，排除较快，其对机体的危害性要小于氚水。氚水的毒性是核素氚的520倍，急性致死量是7.4×1011Bq/ 次。由于氚的β衰变只会放出高速移动的电子，不会穿透人体，因此只有大量吸入氚（2.66x106Bq）才会对人体有害，主要表现为一般的急性辐射病：恶心、呕吐、疲劳、发热以及腹泻等。
实验研究发现，动物摄入氚水后第1天开始，免疫细胞逐渐减少，胞浆内出现中毒性颗粒及核右移的退行性变。 在氚水引入后第3～5天，体重即显著的出血候群症——尿血和便血，并出现萎靡现象和拒食。红细胞的变化出现较晚，血色素、红细胞和网织红细胞数量减少，红细胞大小不均，尸检可见心、肺及胃肠道多发性出血，常呈点状，也可见大出血灶，特别是在腹部和下肢。脾和睾丸等器官明显萎缩。肝细胞肿胀，出现核固缩，间质轻度出血，并有白细胞浸润。
长期与氚接触的工作人员可能引起慢性放射病的发生。由于体内氚与有机化合物结合，较长时间存留体内，因此体内氚浓度比尿氚浓度高。有关小剂量照射研究表明，电离辐射损伤能引起与氚接触的工作人员尿肌酸排泄量的增加，使血小板、24小时尿肌酸/肌酸酐比值升高，并可持续很久。
Balonov等人研究了3.7～370 kBq/g 氚水对大鼠生命周期的影响，发现大鼠的生命周期在3.7kBq/(g ·d⁻ ¹) 作用下，比对照长12%,而37kBq/(g ·d⁻ ¹) 处理与对照无区别。在192kBq/(g ·d⁻ ¹) 和370kBq/(g ·d-¹) 的处理中，生命周期分别减少了18%和33%。大鼠不断地摄入氚水，剂量从37～1850 kBq/(g ·d⁻ ¹)。 在高剂量组，发现诱导了大鼠的血液脱氧核糖核酸 的单双链的损伤。估算氚水的非影响的限制是37kBq/(g ·d⁻ ¹)。而在单次小鼠的注射实验中，11～33 MBq/g(0.3～9 mCi/g)剂量范围内，DNA 损伤的百分比都在增加。动物实验还表明，随着氚水初始注入浓度的增加，累积剂量增大，各剂量组中的骨髓脏器组织甲基化转移酶1相应增大。
氚损伤的远期效应为致癌效应。通过对德国低于5岁患肿瘤儿童的流行病学调查发现，和对照组比较，居住距离核电站越近的儿童白血病的发生率越高，核电站5km以内的产生的相对危险度具有统计学意义。氚水多代照射可导致小鼠特定癌的数量增加，且白血病发生率与接触剂量有密切关系。
氚最危险的还有与人体或实验动物躯体的脱氧核糖核酸 和遗传的DNA 结合，可能产生有害的躯体损伤和遗传突变。由于氚渗入DNA中，导致氚在体内微观分布不均匀，对细胞核和线粒体损伤较重，红骨髓几乎全部破坏。
对氚内污染患者，采取大量饮水加速排出，开始一天饮水1~2升，以后每天饮水5~10升，连续1~2周，尿氚排出量可增加10~20倍。也可服用双氢克尿塞及茶水显著增加氚从尿路排出。
氚是核裂变（如天然铀、浓缩铀等）的次要产物。氚常通过核反应堆中的浓缩锂6的中子辐照来生产，或者可以通过在真空中450度下对浓缩LiF进行中子照射来产生氚，以及通过扩散穿过钯阻挡层从气态产物中回收氚。还有少量的氚是通过在核反应堆中用作中子减速剂的重水中的氘捕获中子而产生的。
用氘轰击氘化合物制成：
在原子反应堆中用中子轰击锂-6制备氚：
在重水作为减速剂的核反应堆中，氘俘获中子而生成氚。氘的热中子俘获面相当小，所以在重水减速的反应堆中生成的氚量很少。
氚是核裂变的次要产物。天然铀、浓缩铀或超铀核素混合物的10000次裂变中，氚的产量为1-2个原子。
提取与浓缩的方法有：钯元素中分离提取、电解氚化的水、蒸馏、气象色谱法等。在反应堆中用中子照射合金钯后，在真空中加热，吸出氚在900℃下用铀吸收掉其中的杂质；电解氚化的水可以用来富集氚；实验室曾用低温蒸馏方法分离、氘和氚的混合物；气相色谱法以He和Ne作载气，用活性氧化铝球柱将H2、HT、T2分离。
宇宙线中的高能质子和中子与大气中的N、O 和Ar 相互作用生成的氚 (T,3H) 是地球上天然氚的主要来源。大气中小部分氚来自太阳和其它星球。生成的氚90%存在于水圈，10%在平流层内，仅有0.1%在对流层中。3H 为β辐射体，其β辐射的最大能量为18keV。对流层中的氚水 (HTO) 蒸气很快被雨水带到地表。天然生成的氚约99%转变为氚水而参与自然界的水循环。海洋表层水中的 3H浓度约为0.1Bq ·l-1。淡水中的3H浓度通常比海水高，陆地上露天水中的3H浓度约为0.2一0.9Bq ·l-1, 平均值为0.4Bq ·l-1。氚以氚水的形式和部分以与有机化合物结合的形式进入食用作物内，因此，食物中的氚可以是氚水和有机化合物的形式。
由核弹产生的氚大大超过了天然氚的存在量。在核武器爆炸实验中，由于核裂变、聚变、以及中子对周围物质的活化都会产生氚。现今在环境中测到的绝大部分氚仍是由核武器实验造成的。大气氢中氚的含量从1948-1949年的3800TU增加到1959年的490000TU。1986年10月至1992年9月期间，在33个核反应堆附近收集的200份食品（生蔬菜、水果、鱼和牛奶）中，有4% 检测到了氚。这些阳性检测中观察到的最大浓度为70Bq/kg。
氚的半衰期约为12.26年，其通过放射性衰变的自然过程转化为氦3（He-3），当氚暴露于热或火焰时会产生严重危害。
如果受害者暴露于发射颗粒的固体或液体中，其可能对救援人员、运输车辆和医护人员造成严重污染：需要将受害者从接触处移开，如果条件允许，可脱掉受害者所有受污染的衣服，并用肥皂和水清洗受害者；受害者的所有衣物和清洁水必须在评估其放射性后妥善处置；救援人员应穿戴防护服和呼吸装备以避免污染；在医院，除医护人员需要避免污染外，还必须采取措施防止设施受到污染；如果受害者摄入放射性物质，需要对其进行催吐或洗胃。可以使用活性炭（尽管其有效性未知），其吸附性可能有效。
如果受害者发生昏迷和癫痫发作，需进行对症治疗；如果发生肠胃炎引起液体流失可静脉注射电解质溶液；如果发生白细胞减少症须根据病情治疗并防止产生其他感染；针对免疫抑制患者需要反向隔离和适当的广谱抗生素治疗。对特定患者骨髓兴奋剂可能有帮助。如果摄入或吸入某些生物活性放射性物质，则在暴露前或暴露后不久给予合剂或药理学阻断药物可能有用。
在涉及高比活度液体的氚泄漏后，清理液体之前必须隔离该区域并开始监测空气中可能存在的氚，以确定是否需要呼吸保护或皮肤保护。清理溢出物后，其残留污染物仍可能存在。应防止污染扩散，并根据污染程度将其降低至可接受值。如果氚水蒸汽被释放，污染可能会加大，具体取决于释放蒸汽的量和活性。可根据空气监测数据确定安全控制和减少污染所需的行动方案。
含氚废水的固化处理常用方法是将水固化在黏土上，从而将其归类为固体废物。粘土将容纳大约60%的水（按体积计算）。废物处理场通常需要使用比固化水所需多100%的粘土，因此，用于废物固化目的的水通常限制为粘土体积的30%。粘土吸收的水没有腐蚀性，可以长期储存而不损坏容器壁。
从事氚工作应戴好手套，并在有通风设备的干燥箱中进行。出口空气应通过预过滤器，然后通过合适的氚捕集器，例如水起泡器以及滴水盘。滴水盘里应放置吸水纸。通风罩应以125-150英尺/分钟的速度运行。如果条件允许，干燥箱应有单独的排气鼓风机，直接进入通风柜管道。通风柜的流速应足以确保离开通风柜烟囱的氚浓度低于2X10-7uCi/ml。
高压下的气态氚占用的空间较小，但更难以储存，部分原因是容器材料可能会发生氚和氦脆化。这种脆化增加了氚泄漏或灾难性容器故障的可能性。卸载高压气体需要专门设计的系统和经验丰富、技术熟练的操作员。金属氚化物减少了储存的氚的总体积，应避免金属与用于构造金属氚化物容器的材料形成低熔点合金。
T2O形式的氚可能难以长期储存。实验表明纯T2O具有腐蚀性。这种腐蚀性可能是由于超重水在水的辐射分解中产生自由基（OH-），以及β衰变撞击周围分子产生的额外能量。纯T2O（如蒸馏水），会溶解许多材料。
当氚的释放量等于或大于其报告数量100Ci 或3.7x1012 时，船舶或设施的负责人必须立即通知国家响应中心 (NRC)。根据 RCRA 法规，废物产生者有责任确定该废物是否符合危险废物要求。
根据《原子能法》，能源部设施中氚的排放和释放由能源部监管，获得许可的核设施中的氚排放和释放由NRC或NRC协议国监管。根据《安全饮用水法》，环境保护局 (EPA) 制定了饮用水系统水中的氚标准。EPA 和各州还使用此标准来保护可用作饮用水的地下水。
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