Тритий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Тритий
Hydrogen-3.png
Общие сведения
Название, символ Тритий, 3H
Альтернативные названия сверхтяжёлый водород, T
Нейтронов 2
Протонов 1
Свойства нуклида
Атомная масса 3,0160492777(25)[1] а. е. м.
Избыток массы 14 949,8060(23)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон) 2 827,266(1)[1] кэВ
Период полураспада 12,32(2)[2] года
Продукты распада 3He
Спин и чётность ядра 1/2+[2]
Канал распада Энергия распада
β 0,018591[1] МэВ

Три́тий (др.-греч. τρίτος «третий»), сверхтяжёлый водород, обозначается символами T и 3H — радиоактивный изотоп водорода. Ядро трития состоит из протона и двух нейтронов, его называют тритоном и обозначают t.

В природе тритий образуется в верхних слоях атмосферы при соударении частиц космического излучения с ядрами атомов, например, азота[3]. В процессе распада тритий превращается в 3He с испусканием электрона и антинейтрино (бета-распад), период полураспада — 12,32 года. Доступная энергия распада очень мала (18,59 кэВ), средняя энергия электронов 5,7 кэВ.

Тритий открыт английскими учёными Эрнестом Резерфордом, Маркусом Олифантом и Паулем Хартеком в 1934 году. Используется в биологии и химии как радиоактивная метка, в экспериментах по исследованию свойств нейтрино, в термоядерном оружии как источник нейтронов и одновременно термоядерное горючее, в геологии для датирования природных вод. Промышленный тритий получают облучением лития-6 нейтронами в ядерных реакторах по следующей реакции:

{}\mathrm{{}^{6}_{3}Li} + \mathrm{n} \rightarrow \mathrm{{}^{3}_{1}H} + \mathrm{{}^{4}_{2}He}.

Радиационная опасность трития[править | править вики-текст]

Тритий имеет период полураспада (12,32 ± 0,02) года[2]. Реакция распада трития имеет следующий вид:

{}\mathrm{{}^{3}_{1}H} \rightarrow \mathrm{{}^{3}_{2}He^{1+}} + e^- + \bar{\nu}_e.

При этом выделяется 18,59 кэВ энергии, из них на электрон (бета-частицу) приходится в среднем 5,7 кэВ, а на электронное антинейтрино — оставшаяся часть. Образовавшиеся бета-частицы распространяются в воздухе всего на 6,0 мм и не могут преодолеть даже верхний слой кожи человека[4].

В силу малой энергии распада трития, испускаемые электроны хорошо задерживаются даже простейшими преградами типа одежды или резиновых хирургических перчаток. Тем не менее, этот изотоп представляет радиационную опасность при вдыхании, поглощении с пищей, впитывании через кожу. Единичный случай употребления тритиевой воды не приводит к длительному накоплению трития в организме, так как его период полувыведения — от 7 до 14 дней[5][6].

Производство и потребность[править | править вики-текст]

По данным отчета Institute for Energy and Environmental Research 1996 года, в США с 1955 года было произведено около 225 кг трития. Из-за распада и использования, от них сохранилось не более 75 кг.[7] В конце 20-начале 21 века наработка ведется на Watts Bar-1 путем облучения TPBAR (англ. tritium-producing burnable absorber rods), планируется также использование АЭС Секвойя. Переработка и выделение трития происходит на «Tritium Extraction Facility», Саванна-Ривер.[8]

В СССР и России тритий производился на реакторах АИ, АВ-3, СЖ-180, СЖ-190, Руслан, Людмила; изотоп выделяется на заводе РТ-1 (ПО «Маяк»).[9][10]

Значительные количества трития, до 2,5-3,5 кг, для гражданских применений производит Канада на 21 тяжеловодном реакторе. Выделение изотопа — компания «Онтарио Хайдро», Дарлингтон.[11]

Мировая коммерческая потребность в тритии на 1995 год составляет ежегодно около 400 г, и еще порядка 2 кг требовалось для поддержания ядерного арсенала США[12] (7 кг для всех мировых военных потребителей). Около 4 кг трития в год образуется на АЭС, но не извлекается.[13]

Большие количества трития потребуются для термоядерной энергетики, например, для запуска ITER потребуется как минимум около 3 кг трития, для запуска DEMO понадобится 4-10 кг[14]. Гипотетический тритиевый реактор потреблял бы 56 кг трития на производство 1 ГВт·года электроэнергии, тогда как всемирные запасы трития на 2003 год составляли всего 18 кг[14].

Интересные факты[править | править вики-текст]

Тритиевый брелок, свечение в темноте (снимок с длительной экспозицией).
  • Производство одного килограмма трития обходится в 30 млн долларов[15].
  • Используется в источниках подсветки для часов.
  • Проводятся эксперименты по созданию радиоизотопных генераторов электричества сверхмалой мощности на базе трития, например для питания RFID меток или автономных датчиков. Срок службы генератора составляет около 20 лет, цена - порядка 1000 долларов.[16]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.». Nuclear Physics A 729: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003.
  2. 1 2 3 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  3. http://energy.gov/sites/prod/files/2013/09/f2/hdbk1079.pdf
  4. Nuclide safety data sheet: Hydrogen-3. ehso.emory.edu.
  5. Backgrounder on Tritium, Radiation Protection Limits, and Drinking Water Standards (англ.). U.S.NRC (февраль 2011). Проверено 5 октября 2012. Архивировано из первоисточника 14 октября 2012.
  6. R. V. Osborne. Review of the Greenpeace report: «Tritium Hazard Report: Pollution and Radiation Risk from Canadian Nuclear Facilities» (англ.) (pdf). Canadian Nuclear Association (август 2007). Проверено 5 октября 2012. Архивировано из первоисточника 14 октября 2012.
  7. Zerriffi, Hisham. Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy's decision to produce tritium. Institute for Energy and Environmental Research (January 1996). Проверено 15 сентября 2010. полный текст
  8. МИХАИЛ СТОРОЖЕВОЙ. Третируемый тритий. ATOMINFO.RU (28.10.2010). Проверено 13 ноября 2013.
  9. Производство плутония и трития для ядерного оружия. Стратегическое ядерное вооружение СССР и России.. Проверено 13 ноября 2013.
  10. Бекман. 6. РЕАКТОРЫ ДЛЯ НАРАБОТКИ ТРИТИЯ. Проверено 13 ноября 2013.
  11. Martin В. Kalinowski, Lars С. Colschen International Control of Tritium to Prevent Horizontal Proliferation and to Foster Nuclear Disarmament // Science & Global Security, 1994, vol. 5, рр. 131—203  (рус.)
  12. Hisham Zerriffi. Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy’s decision to produce tritium. Institute for Energy and Environmental Research (1996). Проверено 13 ноября 2013.
  13. International Control of Tritium for Nuclear Nonproliferation and Disarmament, CRC Press, 2004, page 15
  14. 1 2 Tritium Supply Considerations, LANL, 2003. «ITER startup inventory estimated to be ~3 Kg»
  15. BBC News — Is fusion power really viable?
  16. НЕЗАМЕНИМЫЕ БАТАРЕЙКИ: СИЛА ТРИТИЯ, Популярная Механика (27.08.12). Проверено 13 ноября 2013. «Размерами с фалангу пальца, они используют радиоактивный распад для производства электричества – в небольших количествах, зато непрерывно в течение минимум лет двадцати. ... цена остается пока на уровне 1000 долларов».

Ссылки[править | править вики-текст]