起初,因为冶炼技术不过关,炼出来的铍里含有杂质,脆性大,不好加工,加热时又容易氧化,所以少量的铍只是在特殊情况下使用,比如用X射线管的透光小窗、霓虹灯的零件等等。
后来,人们给铍的应用开辟了一个广阔而又重要的新领域——制造合金,特别是制造铍铜合金——铍青铜。
大家知道,铜比钢铁要软得多,弹性和抵抗腐蚀的能力也不强。但是,铜中加进一些铍后,铜的性能发生了惊人的变化。含铍百分之一到三点五的铍青铜,机械性能优良,硬度加强,弹性极好,抗蚀本领很高,而且还有很高的导电能力。用铍青铜制成的弹簧,可以压缩几亿次以上。
百折不挠的铍青铜,最近又被用来制造深海探测器和海底电缆,这对海洋资源的开发具有重要的意义。
含镍的铍青铜还有一个可贵的特点——受到撞击的时候不会产生火花。这个特点对炸药厂很有用。你想,易燃易爆的材料怕得就是火,比如炸药和雷管,一见火就会发生爆炸。而铁制的锤子、钻头等工具在使用时都会冒出火花,这怎么得了。
很明显,用这种含镍的铍青铜来制造这些工具,是最合适的了,另外,含镍的铍青铜也不会被磁铁所吸引,不受磁场磁化,所以又是制造防磁零件的好材料。近年来,比重小、强度高、弹性好的铍,已经作为反射镜用到高精度的电视传真上,效果果然不错,发送一张照片只需要几分钟。
铍虽然有很多用处,但在众多元素中,它仍是一个默默无名的“小人物”,受不到人们的重视。但在本世纪五十年代时,铍的“命运”却大为好转,一时成了科学家们的抢手货。
在无煤的锅炉——原子反应堆里,为了从原子核里解放出大量的能量,需要用极大的力量去轰击原子核,使原子核发生分裂,就像用炮弹去轰击坚固的炸药库,使炸药库发生爆炸一样。这个用来轰击原子核的“炮弹”叫中子,而铍正是一种效率很高的能够提供大量中子炮弹的“中子源”。原子锅炉中光有中子“点火”还不行,点火以后,还要使它真正“着火燃烧起来”。
中子轰击原子核,原子核分裂,放出原子能,同时产生新的中子。新中子的速度极快,达到每秒几万公里。必须使这类快中子减慢速度,变成慢中子,才容易继续去轰击别的原子核而引起新的分裂,一变二、二变四……持续不断地发展“链式反应”,使原子锅炉里的原子燃料真正“燃烧”起来,正因为铍对中子有很强的“制动”能力,所以它就成了原子反应堆里效能很高的减速剂。
这还不算,为了防止中子跑出反应堆,反应堆的周围需要设置“警戒线”——中子反射体,用来勒令那些企图“越境”的中子返回反应区。这样,一方面可以防止看不见的射线伤害人体健康,保护工作人员的安全;另一方面又能减少中子逃跑的数量,节省“弹药”,维持核裂变的顺利进行。
铍的氧化物比重小,硬度大,熔点高达摄氏二千四百五十度,而且能够像镜子反射光线那样把中子反射回去,正是建造原子锅炉“住房”的好材料。
现在,几乎各种各样的原子反应堆都要用铍作中子反射体,特别在建造用于各种交通工具的小型原子锅炉时更需要。建造一个大型的原子反应堆,往往需要动用二吨多金属铍。
航空工业的发展要求飞机飞得更快、更高、更远,重量轻、强度大的铍当然也可以在这方面显一下自己的本领。
有些铍合金是制造飞机的方向舵、机翼箱和喷气发动机金属构件的好材料。现代化战斗机上的许多构件改用铍制造后,由于重量减轻,装配部分减少,使飞机的行动更加迅速灵活。有一种新设计的超音速战斗机——铍飞机,飞行速度可达每小时四千公里,相当于声速的三倍多。在将来的原子飞机和短距离起落的飞机上,铍和铍的合金一定会得到更多的应用。
进入二十世纪六十年代以后,铍在火箭、导弹、宇宙飞船等方面的用量也在急剧增加。
铍是金属中最好的良导体。现在有许多超音速飞机的制动装置是用铍来制造的,因为它有极好的吸热、散热的性能,“刹车”时产生的热量很快就会散失。
当人造地球卫星和宇宙飞船高速穿越大气层的时候,机体与空气分子摩擦会产生高温。铍作为它们的“防热外套”,能够吸收大量的热量并很快地激发出去,这样就可防止温度过度升高,保障飞行安全。
铍还是高效率的火箭燃料。铍在燃烧的过程中能释放出巨大的能量。每公斤铍完全燃烧放出的热量高达15000千卡,是一种优质的火箭燃料。
在原子能研究和制造x射线管中有重要用途。
铍(原子质量单位: 9.012182(3) u )共有12个同位素,其中只有9Be是稳定的。
符号 | Z(p) | N(n) | 质量(u) | 半衰期 | 原子核自旋 | 相对丰度 | 相对丰度的变化量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
5Be | 4 | 1 | 5.04079(429)# | (1/2+)# | |||
6Be | 4 | 2 | 6.019726(6) | 5.0(3)E-21 s[0.092(6) MeV] | 0+ | ||
7Be | 4 | 3 | 7.01692983(11) | 53.22(6) d | 3/2- | ||
8Be | 4 | 4 | 8.00530510(4) | 67(17)E-18 s[6.8(17) eV] | 0+ | ||
9Be | 4 | 5 | 9.0121822(4) | 稳定 | 3/2- | 1.0000 | |
10Be | 4 | 6 | 10.0135338(4) | 1.51(6)E+6 a | 0+ | ||
11Be | 4 | 7 | 11.021658(7) | 13.81(8) s | 1/2+ | ||
12Be | 4 | 8 | 12.026921(16) | 21.49(3) ms | 0+ | ||
13Be | 4 | 9 | 13.03569(8) | ||||
14Be | 4 | 10 | 14.04289(14) | 4.84(10) ms | 0+ | ||
15Be | 4 | 11 | 15.05346(54)# | <200 ns | |||
16Be | 4 | 12 | 16.06192(54)# | <200 ns | 0+ | ||
17Be | 4 | 13 | 17.0485 # | <200 ns #(假想粒子) |
备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明,只是理论推测而已,而用括号括起来的代表数据不确定性。