氘是一種穩(wěn)定的氫的同位素，與 "正常 "的氫原子或氕不同，它還含有一個(gè)中子。

同位素氘有一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)中子和一個(gè)電子。

平均來(lái)說(shuō)，6420個(gè)氫原子中就有一個(gè)是氘的同位素。氘同位素分布在含有氫的分子中，其中重要的是，包括所有形式的水--也包括我們身體中的水。每立方米的海水中有33克的氘，因此海洋中含有成噸的同位素。

氘的自然豐度在不同的水源中是不同的。水是由氫原子和氧原子組成的，因此對(duì)一個(gè)水體中的氘豐度的了解為該水體的歷史和起源提供了一條線索。這是同位素水文學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。氘還有許多其他用途，包括在營(yíng)養(yǎng)評(píng)估和作為未來(lái)聚變能源發(fā)電廠的燃料。

用水循環(huán)和氘進(jìn)行追蹤

氘可以在整個(gè)水循環(huán)中被追蹤，也被稱(chēng)為水文循環(huán)：水從地球表面到大氣層再返回的連續(xù)循環(huán)過(guò)程(見(jiàn)信息圖)。

水的穩(wěn)定同位素構(gòu)成反映了水的發(fā)源地，并追蹤其在水循環(huán)中的運(yùn)動(dòng)。例如，科學(xué)家可以根據(jù)氘和氧同位素的濃度來(lái)描述最近補(bǔ)充的地下水和化石地下水的特征。通過(guò)掌握這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家可以評(píng)估補(bǔ)充地下水資源所需的時(shí)間，并就如何最好地管理和保護(hù)水源向決策者提出建議。

生物攝入的水分子具有反映水源的天然氘特征或 "指紋"。該同位素特征在食物網(wǎng)中一路上升，可以在不同物種的有機(jī)材料中找到。例如，鳥(niǎo)類(lèi)的羽毛和爪子都有同位素的指紋，可以追溯到水源的來(lái)源。通過(guò)測(cè)量有機(jī)材料的氘含量，并將其與預(yù)測(cè)的雨量圖聯(lián)系起來(lái)，科學(xué)家可以從本質(zhì)上標(biāo)記動(dòng)物的來(lái)源，并追蹤其遷移。

利用氘和其他穩(wěn)定同位素的同位素特征追蹤各種物種的遷移，用于創(chuàng)建跨大陸的遷移圖。這有利于支持保護(hù)工作和保護(hù)動(dòng)物的繁殖區(qū)。

全球動(dòng)物遷移地圖(圖片：CMS)

在營(yíng)養(yǎng)評(píng)估中使用氘以更好地了解營(yíng)養(yǎng)和健康結(jié)果

氘可用于改善營(yíng)養(yǎng)評(píng)估的研究中，以幫助了解體重的增加或減少是由于脂肪還是肌肉，促進(jìn)母乳喂養(yǎng)的運(yùn)動(dòng)是否有效，以及一些人口群體是否有高維生素A攝入的風(fēng)險(xiǎn)。這些信息使衛(wèi)生專(zhuān)業(yè)人員能夠調(diào)整現(xiàn)有的營(yíng)養(yǎng)方案和干預(yù)措施，或設(shè)計(jì)新的、有效的方案。

一種叫做氘稀釋的方法被用來(lái)評(píng)估身體成分--一個(gè)人的體重中有多少是脂肪，多少是非脂肪。體內(nèi)的水含有天然數(shù)量的氘。在飲用少量的氧化氘--標(biāo)記有氘的水后，可以測(cè)量唾液或尿液中的氘濃度，并確定身體的脂肪和非脂肪組織的比例。在這里可以找到關(guān)于該技術(shù)如何工作的更多細(xì)節(jié)。

氘也可用于評(píng)估嬰兒消耗多少母乳，以及嬰兒是否純母乳喂養(yǎng)。

此外，維生素A可以用氘進(jìn)行標(biāo)記，以準(zhǔn)確測(cè)量一個(gè)人的維生素A狀況。

用氘創(chuàng)造核聚變能量

核聚變是兩個(gè)輕質(zhì)原子核結(jié)合成一個(gè)原子核的反應(yīng)，同時(shí)釋放出大量的能量。這一過(guò)程為恒星提供動(dòng)力，它代表了一種長(zhǎng)期、可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)和安全的發(fā)電能源選擇。

氘和氚的混合物--另一種具有兩個(gè)額外中子的氫的同位素--計(jì)劃被用來(lái)為未來(lái)的聚變電站提供燃料，以便在地球上復(fù)制一個(gè) "迷你太陽(yáng)"。

ITER--正在法國(guó)南部組裝的國(guó)際核聚變托卡馬克實(shí)驗(yàn)，計(jì)劃于2025年投入使用。ITER的目的是證明如何從聚變反應(yīng)中創(chuàng)造凈能量。證明可以從聚變中產(chǎn)生凈電力將是下一個(gè)重要步驟。這就是示范聚變電站，或稱(chēng)DEMO，將發(fā)揮作用的地方，最終聚變反應(yīng)堆應(yīng)以清潔和可持續(xù)的方式產(chǎn)生大量的能源，提供當(dāng)前能源的替代方案。