原子彈和裂變反應(yīng)堆，使用重核燃料的裂變反應(yīng)所釋放的能量。氫彈和聚變反應(yīng)堆，使用輕核燃料的聚變反應(yīng)所釋放的能量。

前面介紹了重核燃料的生產(chǎn)和制備，這一章要談?wù)勢(shì)p核燃料的生產(chǎn)和制備。輕核燃料這里主要介紹氚、氘化鋰-6和氦-3。

1．氫家三兄弟 品性有差異

氫有三兄弟，人們稱(chēng)之謂氕（即氫）、氘和氚。氫在自然界中很豐富，氘的量不多，氚的量非常少。氫與氧化合生成普通水；而氘和氧化合生成重水，氘化水；氚與氧化合生成氚水、氚化水、氘氚水。

 

氫家三兄弟

 

2．反應(yīng)堆產(chǎn)氚和重水提氚

氚在自然界中儲(chǔ)量很少，實(shí)用的氚靠人工制造，目前主要采用反應(yīng)堆產(chǎn)氚和重水提氚。反應(yīng)堆生產(chǎn)氚是通過(guò)鋰-6或氘的中子核反應(yīng)。

鋰的中子核反應(yīng)，是用高富集鋰-6的合金或陶瓷體做成的靶件，放到反應(yīng)堆中去輻照。兩者相比，以陶瓷靶生產(chǎn)氚效果更好。陶瓷靶是用含鋰的陶瓷做芯體，不銹鋼或鋁合金做包殼，制成靶件。靶件受中子輻照之后，除產(chǎn)生氚之外，還會(huì)產(chǎn)生許多其他同位素，所以必須進(jìn)行純化。

重水在反應(yīng)堆中受中子照射，通過(guò)D(n,γ)T反應(yīng)而生成氚。從重水反應(yīng)堆的重水中提氚的方法有多種，例如：利用化學(xué)性質(zhì)差異的化學(xué)交換法（如催化交換法）；利用遷移率不同的電解法；利用揮發(fā)度不同的蒸餾法；此外，還有色譜法、熱擴(kuò)散法、激光法等�，F(xiàn)在，用得比較多的是催化交換法和聯(lián)合電解的催化交換法。在法國(guó)、加拿大、印度、韓國(guó)等國(guó)家中，有的已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，有的尚在開(kāi)發(fā)研究。

利用加速器生產(chǎn)氚是通過(guò)核反應(yīng)獲得，如：

氘 + 鈹-9 → 氚 + 鈹-8

氘 + 氘 → 氚 + 質(zhì)子

中子 + 鋰-6 → 氚 + 氦-4

這些方法生產(chǎn)氚，還沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)或者使用者尚不多。

3．怎樣制備氘化鋰-6

談氘化鋰-6，首先要說(shuō)一說(shuō)氘。氘是穩(wěn)定同位素，不帶放射性，用“D”來(lái)表示。氘所形成的水稱(chēng)為重水（D2O）。在天然水中，它以氘化水（HDO）形式出現(xiàn)，豐度約為0.015%。氘的制備比氚要簡(jiǎn)單，可以從天然水中提取，其提取方法有雙溫交換法、水電解法和液氫精餾法等。氘的用途可以重水形式做反應(yīng)堆的慢化劑，以氘或氘-氚形式做聚變堆的燃料，還可以做成氘化鋰-6，做氫彈的裝料。

氘和重水的制備相對(duì)于氚來(lái)說(shuō)容易得多，但重水的價(jià)格相當(dāng)于黃金的價(jià)格。

再談一談鋰-6，鋰在自然界中分布很廣。在天然鋰中，有鋰-6和鋰-7兩種同位素，鋰-6占7.5%，鋰-7占92.5%。

鋰-6和鋰-7的分離方法很多，有物理法和化學(xué)法。物理法如電磁法、電解法、電遷移法、蒸餾法和激光法等。化學(xué)法如萃取法、沉淀法、離子交換法、鋰汞齊法等。目前工業(yè)上用得最多的分離法是鋰汞齊-鋰溶液化學(xué)交換法。鋰汞齊法有汞污染缺點(diǎn)。冠醚化學(xué)分離法等新分離技術(shù)正在開(kāi)發(fā)研究中。得到鋰-6之后，將氘氣和金屬鋰-6在坩堝中加熱達(dá)到700~750℃，就可合成氘化鋰-6，用做氫彈的裝料。

4．向月球索取核燃料氦-3

氦-3有多種多樣的用途，它是核聚變的重要燃料。

氦-3是氦氣的一種穩(wěn)定同位素，沒(méi)有放射性。在大氣和礦物質(zhì)中，氦-3的含量很少。但是，人們探月發(fā)現(xiàn)，月球上蘊(yùn)藏著豐富的氦-3。它儲(chǔ)藏在鈦礦層里，分布在月球表面的淺土層中。據(jù)估算，月球上的氦-3的貯量為100~500萬(wàn)噸，可供全球數(shù)十萬(wàn)年之用。將這種富鈦土加熱到700℃，氦-3就會(huì)釋放出來(lái)。

氦-3和氘進(jìn)行聚變反應(yīng)，釋放出高能質(zhì)子，不是放出中子。這可大大減輕材料的輻射損傷和降低感生放射性的水平，少產(chǎn)生放射性廢物。所以，向月球索取核燃料氦-3，已成為核科學(xué)家和工程技術(shù)人員奮斗的重要目標(biāo)之一。