什么是氢的同位素呢？我们不妨先来看一下同位素的定义。
那些质子数相同而中子数不同的原子核所构成的不同原子总称即为同位素。自然界中许多元素都有同位素。同位素有的是天然存在的，有的是人工制造的，有的有放射性，有的没有放射性。同一元素的同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质基本相同，物理性质有差异，主要表现在质量上。氢在自然界中的同位素有氕、氘和氚3种。其中氕相对丰度（指某一同位素在其所属的天然元素中占的原子数百分比）为99.985％；氘(重氢)相对丰度为0.016％，这两种氢是自然界中非常稳定的同位素。从核反应中还找到质量数为3的同位素氚(超重氢)，它在自然界中含量极少。英国物理学家索第(F.Soddy，1877—1956年)与卢瑟福(E.Rutherford，1871—1937年)于1913年首先提出同位素问题。索第认为，同位素的原子量和放射性是不同的，但其他的物理和化学性质相同。此后的几年内，人们虽然相继发现了200多种同位素，但是氢的同位素却一直没有被发现。1919年，德国物理学家斯特恩(O.Stern，1888—1956年)认为，氢的原子量为1.0079，估计它应具有一种同位素。即一种是原子量为1的氢，即1H，一种是原子量为2的氢同位素。根据1与1.0079之间的差值来估计它们的相对丰度值，氢的同位素应占1％左右。但他和同事试图从实验上加以证实却未获成功。1927年，阿斯顿以氧的原子量等于16.0000为标准(就像过去以水的密度为标准一样)，用质谱仪对氢元素进行了质谱分析，测得的氢与氧的比值是1.0077：16.0000，这个比值与化学方法测得的比值非常一致，以至于阿期顿认为，氢元素是没有同位素的，它是一个“纯粹的”元素。氢的同位素氘(D)被哈罗德·尤里发现。1931年年底，美国哥伦比亚大学的尤里教授和他的助手们，把5～6升液态氢在53约定毫米汞柱(7千帕)、14K(三相点)下缓慢蒸发，最后只剩下2毫升液氢，然后作光谱分析。结果在氢原子光谱的谱线中，得到一些新谱线，它们的位置正好与预期的质量为2的氢谱线一致，从而发现了重氢。尤里将这个新发现的同位素命名为Deuterium，简写为D，它在希腊文中的意思是“第二”，中文译作“氘”。但是，尤里等人未发现他们曾预言的原子量为3的氢的同位素。尤里因发现氘在1934年荣获了诺贝尔化学奖。1934年，澳大利亚物理学家奥利芬特(Oliphant，MarcusLaurenceEl?win1901.10.8—2000.7.14)用氘轰击氘，生成一种具有放射性的新同位素氚，质量为3，命名为tritium，中文译为氚，符号T，是具有放射性的另一重要的氢同位素。T(3H)显示弱辐射性，其半衰期为12.26年。科学家发现的4H的半衰期只有4×1011秒。日本理化研究所2001年宣布说，该所科学家谷烟勇夫和俄罗斯科学家在设立于莫斯科郊外的原子核研究机构，使用大型加速器，以碳原子为目标进行轰击，制造出了由2个质子和4个中子构成的氦6，然后使用液态氢与之撞击，去掉氦6原子核中的1个质子，结果获得了由1个质子和4个中子构成的5H。不过；5H极其不稳定，在极短时间就衰变为氚和2个中子。因此；4H和5H并没有被公认，人们通常还是认为氢只有3个同位素。由于氢几乎全部是由1H组成的，所以，氢的最轻的同位素1H的性质就决定了氢的性质。1H和D的分离可用电解法，电解水时，1H的迁移速度比D的迁移速度快6倍，这样，在剩余物中的D的浓度提高。重复电解，则得到D2O，即重水。重水和普通水有很大的不同。氢同位素主要有以下3种用途：
①作为热核反应的原料。这是氢同位素最重要的用途。氢的同位素氘和氚是轻热核聚变的材料，在一定的条件下，氘和氚发生核聚合反应即核聚变，生成氦和中子，并发出大量的热。
②利用氢同位素测定地质的历史。随着稳定同位素研究的进展，利用氧、氢同位素测定古温度已成为沉积环境地球化学研究的前沿课题。从20世纪60年代开始，美国及西欧国家的冰川学家就在南极大陆和格陵兰岛的内陆冰盖上钻取冰芯，通过分析不同年龄冰芯里的氢同位素、氧同位素、痕量气体、二氧化碳、大气尘以及宇宙尘等，来确定当时(百年尺度)全球平均气温、大气成分、大气同位素组成、降水量等诸项气候环境要素。
③用同位素作为示踪剂。氘和氚可以作为“示踪剂”研究化学过程和生物化学过程的微观机理。因为氘原子和氚原子都保留普通氢的全部化学性质，而氘、氚与氢的质量不同；氚与氢的放射性不同。这样就可以深入研究示踪的分子的来龙去脉。例如利用氢同位素记录污水的历史，可以控制污水排放。利用最新的“氢稳定同位素质谱技术”，开发出对环境中有机污染物的“分子水平氢稳定同位素指纹分析法”，可以追踪污染源。
