Прејди на содржината

Тритиум

Од Википедија — слободната енциклопедија
Тритиум, водород-3, T, 3H
Општо
Симбол3H
ИмеТритиум, водород-3, T, H-3,
водород-3, T, 3T
Протони (Z)1
Неутрони (N)2
Нуклидни податоци
Природна застапеност10−18 во водород[1]
Период на полураспад (t1/2)12.32 години
Изотопна маса3.01604928 Da
Спин12
Вишок енергија14,949,794 ± 0,001 keV
Енергија на сврзување8.481,7963 ± 0,0009 keV
Распадни производи3He
Начини на распад
Начин на распадРаспадна енергија (MeV)
Бета-распад0.018590
Изотопи на водородот
Целосна табела
Тритиум, водород-3, T, 3H
Општо
Симбол3H
ИмеТритиум, водород-3, T, H-3,
водород-3, T, 3T
Протони (Z)1
Неутрони (N)2
Нуклидни податоци
Природна застапеност10−18 во водород[2]
Период на полураспад (t1/2)12.32 години
Изотопна маса3.01604928 Da
Спин12
Вишок енергија14,949,794 ± 0,001 keV
Енергија на сврзување8.481,7963 ± 0,0009 keV
Распадни производи3He
Начини на распад
Начин на распадРаспадна енергија (MeV)
Бета-распад0.018590
Изотопи на водородот
Целосна табела

Тритиум (од старогрчки τρίτος (trítos) „трет“ ) или водород-3 (симбол T или 3H) — редок и радиоактивен изотоп на водород со полураспад од ~ 12,3 години. Јадрото на тритиум (t, понекогаш наречено тритон) содржи еден протон и два неутрони, додека јадрото на заедничкиот изотоп водород-1 (протиум) содржи еден протон и нема неутрони, а она на нерадиоактивен водород-2 (деутериум) содржи еден протон и еден неутрон. Тритиумот е најтешкиот изотоп на водород врзан за честички. Тој е еден од ретките нуклиди со посебно име. Употребата на името водород-3, иако посистематска, е многу поретка.

Природниот тритиум е исклучително редок на Земјата. Атмосферата има само траги, формирани од заемното дејство на нејзините гасови со космичките зраци. Може да се произведува вештачки со зрачење на литиум или керамички камчиња со литиум во јадрен реактор и е нуспроизвод со мало изобилство во нормалните операции на јадрените реактори.

Тритиумот се користи како извор на енергија во радиолуминисцентни светла за часовници, подобрувања на контрасти за огнено оружје, бројни инструменти и алати и новини како што се самоосветачките приврзоци за клучеви. Се користи во медицински и научни услови како радиотрасер. Тритиумот исто така се користи како гориво за јадреното соединување, заедно со повеќе изобилство деутериум, во реакторите токамак и во водородните бомби. Тритиумот комерцијално се користел и во бетаволтаични уреди како што се батериите нанотрициум.

Историја

[уреди | уреди извор]

Тритиумот првпат бил откриен во 1934 година од страна на Ернест Радерфорд, Марк Олифант и Пол Хартек по бомбардирањето на деутериум со деутрони (јадра на деутериум). Деутериумот е уште еден изотоп на водород, кој природно се јавува со изобилство од 0,015%. [3] [4] Нивниот експеримент не можел да го изолира тритиумот, кој првпат бил постигнат во 1939 година од Луис Алварес и Роберт Корног, кои исто така ја разбрале радиоактивноста на тритиумот. [5] [6] Вилард Либи во 1954 година препознал дека тритиумот може да се користи за радиометриско датирање на вода и вино. [7]

Распаѓање

[уреди | уреди извор]

Полураспадот на тритиумот е наведен од Националниот институт за стандарди и технологија како 4,500 ± 8 денови (12.32 ± 0.02 години) [8] - годишна стапка од приближно 5,5% годишно. Тритиумот се распаѓа во хелиум-3 со бета-минус распаѓање како што е прикажано во оваа јадрена равенка:

3
1H
 		 →  3
2He
 		 + 
e−
 		 + 
ν
e

ослободување 18.6 keV енергија во процесот. Кинетичката енергија на електронот варира, со просек од 5,7 keV, додека преостанатата енергија ја носи речиси незабележливото електронско антинеутрино. Бета-честичките од тритиум можат да навлезат само околу 6 милиметри од воздух, и тие не се способни да минуваат низ мртвиот најнадворешен слој на човечката кожа. Поради нивната ниска енергија во споредба со другите бета честички, количината на генерираното закочено зрачење е исто така помала. Невообичаено ниската енергија ослободена во распаѓањето на тритиум бета го прави распаѓањето (заедно со она на рениум-187) корисно за мерење на апсолутна маса на неутрино во лабораторија.

Ниската енергија на зрачењето на тритиум го отежнува откривањето на соединенијата означени со тритиум, освен со користење на броење на течна сцинтилација.

Производство

[уреди | уреди извор]

Литиум

[уреди | уреди извор]

Тритиумот најчесто се произведува во јадрено реактори со неутронско активирање на литиум-6. Ослободувањето и расејувањето на тритиум и хелиум произведени со цепење на литиум може да се случи во керамиката позната како одгледувачка керамика. Производството на тритиум од литиум-6 во таквата одгледувачка керамика е можно со неутрони од која било енергија, иако пресекот е поголем кога инцидентните неутрони имаат помала енергија, достигнувајќи повеќе од 900 барнови за топлински неутрони. Ова е егзотермна реакција, која дава 4,8 MeV. [9] За споредба, спојувањето на деутериум со тритиум ослободува околу 17,6 MeV. За примена во предложените енергетски реактори за спојувањето, како што е ITER, се развиваат камчиња кои се состојат од литиумска керамика, вклучително Li2TiO3 и Li4SiO4

6
3Li
 + n → 4
2He
 (2.05 MeV) + 3
1H
 (2.75 MeV)

Високо-енергетските неутрони, исто така, можат да произведат тритиум од литиум-7 во ендотоплинска реакција, трошејќи 2,466 MeV. Ова било откриено кога јадрената проба во замокот Браво во 1954 година дала неочекувано висок принос. [10] Пред овој тест, погрешно се претпоставувало дека 7
3Li
 би апсорбирал неутрон за да стане 8
3Li
, што би се намалило на бета до 8
4Be
, кој пак би се распаднал на две 4
2He
 јадра на вкупна временска рамка многу подолга од времетраењето на експлозијата.

7
3Li
 + n → 4
2He
 + 3
1H
 + n

Бор

[уреди | уреди извор]

Високо-енергетските неутрони кои зрачат со бор-10, исто така повремено произведуваат тритиум: [11]

10
5B
 + n → 2 4
2He
 + 3
1H

Почест резултат на зафаќање на неутрони на бор-10 е7Li и една алфа-честичка. [12]

Особено во реакторите со вода под притисок кои само делумно ги термализираат неутроните, заемното дејство помеѓу релативно брзите неутрони и борната киселина додадена како хемиска обвивка произведува мали, но незанемарливи количини на тритиум.

Деутериум

[уреди | уреди извор]

Тритиумот се произведува и во реактори со умерена тешка вода секогаш кога јадрото на деутериум фаќа неутрон. Оваа реакција има мал пресек на апсорпција, што ја прави тешката вода добар модератор на неутрони, а се произведува релативно малку тритиум. И покрај тоа, чистењето на тритиумот од модераторот може да биде пожелно по неколку години за да се намали ризикот од негово бегство во околината. „Објектот за отстранување на тритиум“ на Ontario Power Generation е способен да преработи до 2,500 тони тешка вода годишно, и одвојува околу 2,5 килограми од тритиум, што го прави достапен за други намени. [13] Реакторите CANDU обично произведуваат 130 грама од тритиум годишно, кој се обновува во капацитетот за обновување на тритиум во Дарлингтон (DTRF) прикачен на MW electric нуклеарна станица за производство од Дарлингтон во Онтарио од 3.512 MW. Вкупното производство во ДТРФ помеѓу 1989 и 2011 година 42,5 килограми – со активност од 409 megacuries (15,100 PBq) : во просек околу 2 килограми годишно. [14]

Апсорпциониот пресек на деутериум за топлинските неутрони е околу 0,52 милибарни, додека оној на кислород-16 (16O) е околу 0,19 милибарни и оној на кислород-17 (17O) е околу 240 милибарни. Додека 16O е далеку најчестиот изотоп на кислородот и во природниот кислород и во тешката вода; во зависност од методот на одвојување на изотопи, тешката вода може да биде малку побогата со 17O и C, непожелен долговечен бета емитер, од 17O) тие се нето „потрошувачи на неутрони“ и затоа се непожелни во модератор на реактор на природен ураниум кој треба да ја одржува ниската апсорпција на неутроните надвор од ниската апсорпција на неутроните. Некои капацитети кои отстрануваат тритиум, исто така, ја отстрануваат (или барем ја намалуваат содржината на) 17O и 18O, кои можат - барем во принцип - да се користат за означување на изотоп.

Индија, која исто така има голема флота на реактори за тешка вода под притисок (првично технологија CANDU, но откако била интигенизирана и дополнително развиена технологија IPHWR ), исто така отстранува барем дел од тритиумот произведен во модераторот/течноста за ладење на своите реактори, но поради природата на двојна употреба на тритиумот и индиската програма за јадрена бомба, помалку информации за ова се јавно достапни отколку во Канада.

Јадрено цепење

[уреди | уреди извор]

Тритиумот е невообичаен производ од јадрено цепење на ураниум-235, плутониум-239 и ураниум-233, со производство од околу еден атом на 104 јадрено цепење. [15] Главните патишта за производство на тритиум вклучуваат тројно цепење. Ослободувањето или обновувањето на тритиумот треба да се земе предвид при работата на јадрените реактори, особено при преработката на јадреното гориво и складирањето на потрошеното јадрено гориво . Производството на тритиум не е цел, туку несакан ефект. Се испушта во атмосферата во мали количини од некои јадрени централи. [16] Волоксидацијата е опционален дополнителен чекор во јадрена повторна обработка што ги отстранува испарливите производи на фисија (како што се сите изотопи на водород) пред да започне воден процес. Ова во принцип би овозможило економско обновување на произведениот тритиум, но дури и ако тритиумот се отстранува само и не се користи, тој има потенцијал да ја намали контаминацијата со тритиум во користената вода, намалувајќи ја радиоактивноста што се ослободува кога водата се испушта бидејќи тритиираната вода не може да се отстрани од „обична“ вода освен со одвојување на изотоп.

Годишно испуштање на тритиум од јадрени постројки[17]
 п • у 
Место Јадрен објект Најблиска

вода

Течност

(TBq)

Steam

(TBq)

Вкупно

(TBq)

Вкупно

(mg)

year
 Обединето Кралство Јадрена централа Хајшам B Ирско Море 396 2.1 398 1,115 2019
 Обединето Кралство Селафилд Ирско Море 423 56 479 1,342 2019
 Романија Јадрена централа Черна Вода Unit 1 Црно Море 140 152 292 872 2018
 Франција Ла Аг Англиски канал 11,400 60 11,460 32,100 2018
 Јужна Кореја Јадрена централа Волсонг Јапонско Море 107 80.9 188 671 2020[18]
 Тајван Јадрена централа Маншан Лусонски Проток 35 9.4 44 123 2015
 Кина Јадрена централа Фучинг Тајвански Проток 52 0.8 52 146 2020
 Кина Sanmen Nuclear Power Station East China Sea 20 0.4 20 56 2020
 Канада Јадрена централа Брус A, B Големи Езера 756 994 1,750 4,901 2018
 Канада Јадрена централа Дарлингтон Големи Езера   220 210 430 1,204 2018
 Канада Јадрена централа Пикеринг Units 1-4 Големи Езера 140 300 440 1,232 2015
 САД Јадрена централа Кањон Units1, 2 Pacific Ocean 82 2.7 84 235 2019

Фукушима Даичи

[уреди | уреди извор]

Во јуни 2016 година, работната група за тритиумска вода објавила извештај за статусот на тритиум во тритиумската вода во јадрената централа Фукушима Даичи, како дел од разгледувањето на опциите за конечно отстранување на складираната контаминирана вода за ладење. Извештајот изнел дека одржувањето на тритиум на лице место во март 2016 година изнесува 760 TBq (еквивалентно на 2,1 g тритиум или 14 mL чиста тритиирана вода) во вкупно 860.000 m3 складирана вода. Овој извештај, исто така, ја идентификувал намалената концентрација на тритиум во водата извлечена од зградите итн. за складирање, со фактор од десет пад во текот на разгледаните пет години (2011-2016), 3.3 MBq/L до 0,3 MBq/L (по корекција за 5% годишно распаѓање на тритиум).

Според извештајот на експертската комисија која го разгледувала најдобриот пристап за справување со ова прашање, „Тритиумот може да се одвои теоретски, но не постои практична технологија за сепарација на индустриско ниво“. Според комисијата, се вели дека „контролираното ослободување од околината е најдобриот начин за третирање на водата со ниска концентрација на тритиум“. [19] По кампањата за информирање на јавноста спонзорирана од јапонската влада, постепеното ослободување во морето на тритираната вода започнало на 24 август 2023 година и е прво од четирите изданија до март 2024 година. [20] Целиот процес ќе трае „децениски“ додека не заврши. [21] Кина реагирала со протест. [22] [23] Меѓународната агенција за атомска енергија го одобрила планот. Ослободената вода се разредува за да се намали концентрацијата на тритиум на помалку од 1500 Bq/L, далеку под границата препорачана во водата за пиење од СЗО. [24]

Хелиум-3

[уреди | уреди извор]

Распанатиот производ на тритиум, хелиум-3, има многу голем пресек (5330 barns) за реакција со топлински неутрони, исфрлајќи протон; оттука, тој брзо се претвора назад во тритиум во јадрени реактори. [25]

3
2He
 + n → 1
1H
 + 3
1H

Космички зраци

[уреди | уреди извор]

Тритиумот природно се јавува поради космичките зраци кои се во заемно дејство со атмосферските гасови. Во најважната реакција за природно производство, брз неутрон (кој мора да има енергија поголема од 4,0 MeV [26] ) комуницира со атмосферскиот азот:

14
7N
 + n → 12
6C
 + 3
1H

Во светот, производството на тритиум од природни извори е 148 петабекерели годишно. Глобалниот рамнотежен инвентар на тритиум создаден од природни извори останува приближно константен на 2.590 петабекерели. Ова се должи на фиксната стапка на производство и загубите сразмерни на залихите. [27]

Историја на производство

[уреди | уреди извор]

САД

[уреди | уреди извор]

Тритиум за американско јадрено оружје се произведувало во специјални реактори за тешка вода на место на реката Савана до нивното затворање во 1988 година. Со Договорот за намалување на стратешкото оружје (СТАРТ) по завршувањето на Студената војна, постојните резерви биле доволни за новиот, помал број јадрени оружја некое време.

Во САД од 1955 до 1996 година биле произведени 225 килограми тритиум.[б 1] Бидејќи постојано се распаѓа во хелиум-3, вкупната преостаната количина била околу 75 килограми (165 lb) во времето на извештајот и околу 16 килограми (35 lb) од 2023 година.

Производството на тритиум било обновено со зрачење на шипки што содржат литиум (заменувајќи ги вообичаените контролни шипки што содржат бор, кадмиум или хафниум), во реакторите на комерцијалната јадрена централа „Ватс Бар“ од 2003 до 2005 година, проследено со екстракција на тритиум од „Ноемвриската екстракција“ на почетокот на тритиумот во 2006. [29] [30] Истекувањето на тритиум за време на работата на реакторот го ограничува бројот што може да се користи во кој било реактор без да се надминат максимално дозволените нивоа на тритиум во течноста за ладење. [31]

Својства

[уреди | уреди извор]

Тритиумот има атомска маса од 3,01604928 Da. Дијатомски тритиум (T
2 или3
H
2) е гас на стандардна температура и притисок. Во комбинација со кислород, формира тритиирана вода (3
H
2O).

Во споредба со водородот во неговиот природен состав на Земјата, тритиумот има повисока точка на топење (20,62 К наспроти 13,99 К), повисока точка на вриење (25.04 К наспроти 20.27 К), повисока критична температура (40,59 К наспроти 32,94 К) и повисок критичен притисок (1,8317 MPa наспроти 1,2858 MPa). [32]

Специфичната активност на тритиум е 3.57×1014 Bq/g. [33]

Тритиумот е истакнат во студиите за јадрено соединување поради неговиот поволен пресек на реакција и големата количина на енергија (17,6 MeV) произведен преку неговата реакција со деутериум:

3
1H
 + 2
1H
 → 4
2He
 + n

Сите атомски јадра содржат протони како нивни единствени наелектризирани честички. Затоа тие се одбиваат еден со друг затоа што како се одбиваат (Кулонов закон ). Меѓутоа, ако атомите имаат доволно висока температура и притисок (на пример, во јадрото на Сонцето), тогаш нивните случајни движења можат да ја надминат таквата одбивност и тие можат да се приближат доволно за да стапи на сила силното заемодејство, спојувајќи ги во потешки атоми.

Јадрото на тритиум (тритон), кое содржи еден протон и два неутрони, има ист набој како и секое водородно јадро и го доживува истото електростатско одбивање кога е блиску до друго јадро. Меѓутоа, неутроните во тритонот го зголемуваат привлечното силно заемдејство кога е доволно блиску до друго јадро. Како резултат на тоа, тритиумот може полесно да се спои со други светлосни атоми, отколку обичниот водород.

Истото важи, иако во помала мера, за деутериумот. Ова е причината зошто кафеавите џуџиња („неуспешни“ ѕвезди) не можат да спојат нормален водород, но тие спојуваат мало малцинство јадра на деутериум.

Радиолуминисцентни 1.8 curies (67 GBq) 6 by 0.2 инчи (152.4 mм × 5.1 mм) вијалите со тритиум се тенки стаклени вијали исполнети со тритиум гас чии внатрешни површини се обложени со фосфор . Вијалата прикажана овде е сосема нова.

Како и другите изотопи на водород, тритиумот е тешко да се ограничи. Гумата, пластиката и некои видови челик се донекаде пропустливи. Ова предизвикува загриженост дека доколку тритиумот се користи во големи количини, особено за реактори за јадрено соединување, тој може да придонесе за радиоактивна контаминација, иако неговиот краток полураспад треба да спречи значително долгорочно акумулирање во атмосферата.

Високите нивоа на тестирање на атмосферско јадрено оружје што се случиле пред донесувањето на Договорот за делумна забрана за јадрени тестови се покажале како неочекувано корисни за океанографите. Високите нивоа на тритиум оксид внесен во горните слоеви на океаните се користат во годините оттогаш за да се измери стапката на мешање на горните слоеви на океаните со нивните пониски нивоа.

Здравствени ризици

[уреди | уреди извор]

Бидејќи тритиумот е нискоенергетски бета (β) емитер, тој не е опасен однадвор (неговите β честички не можат да навлезат во кожата), но може да претставува опасност од зрачење ако се вдишува, се проголта преку храна или вода или се прими преку кожата. [34] [35] [36]

Организмите можат да заземат H3HO, како што би H2O. [37] Растенијата го претвораат H3 HO во органски врзан тритиум (OBT) и ги консумираат животните. H3HO се задржува кај луѓето околу 12 дена, при што мал дел од него останува во телото. [38] Тритиумот може да се пренесе по синџирот на исхрана додека еден организам се храни со друг, иако метаболизмот на OBT е помалку разбран од оној на H3HO. Тритиумот може да се вклучи во молекулите на РНК и ДНК во организмите што може да доведе до соматски и генетски влијанија. Овие можат да се појават во подоцнежните генерации. [39]

H3HO има краток биолошки полуживот во човечкото тело од 7 до 14 денови, што истовремено ги намалува вкупните ефекти од ингестијата со еден инцидент и исклучува долгорочна биоакумулација на H3HO од околината. [40] Биолошкиот полураспад на тритиираната вода во човечкото тело, што е мерка за обртот на водата во телото, варира во зависност од сезоната. Проучувањата за биолошкиот полураспад на професионалните работници со зрачење за бесплатен воден тритиум во крајбрежниот регион на Карнатака, Индија, покажуваат дека биолошкиот полуживот во зима е двојно поголем од оној на летото. Доколку постои сомневање или познато за изложеност на тритиум, пиењето незагадена вода ќе помогне да се замени тритиумот од телото. Зголеменото потење, мокрење или дишење може да му помогне на телото да ја исфрли водата, а со тоа и тритиумот содржан во неа. Сепак, треба да се внимава да не резултира ниту дехидрација ниту трошење на електролитите во телото, бидејќи здравствените последици од тие работи (особено на краток рок) може да бидат потешки од оние на изложеноста на тритиум.

Загадување на животната средина

[уреди | уреди извор]

Тритиум протекувал од 48 до 65 јадрени местоположби во САД. Во еден случај, водата што протекувала содржела 7,5 микрокири тритиум на литар, што е 375 пати повеќе од денешната граница на EPA за вода за пиење и 28 пати од препорачаната граница на Светската здравствена организација. Ова е еквивалентно на 0.777 нанограми по литар (5.45×10−8 gr/imp gal) или приближно 0,8 делови на трилион.

Tritium drinking water limits by country[41]
Земја Дозволен лимит
(Bq/L) 		Еквивалентна доза
(μSv/year)[б 2]
Австралија 76,103[б 3] 1,000
Јапонија 60,000 788.4
Финска 30,000 394.2
Светска здаствена организација 10,000 131.4
Швајцарија 10,000 131.4
Русија 7,700 101.18
Канада 7,000 91.98
САД 740 9.72
Норвешка 100[44] 1.31

Американската јадрена регулаторна комисија наведува дека во нормална работа во 2003 година, 56 водопритисочни реактори спуштиле 40,600 кири од тритиум (максимум: 2,080 кири; минимум: 0,1 кири; просек: 725 кири) и 24 реактори за врела вода ослободени 666 кири (максимум: 174; минимум: 0 Ci; просек: 27,7), во течни ефлуенти. 40,600 кири тритиум тежат околу 4,207 грама .

Регулаторни граници

[уреди | уреди извор]

Законските граници за тритиум во питката вода варираат во голема мера од земја до земја. Некои бројки се дадени подолу:

Американската граница резултира со доза од 4,0 милиреми (или 40 микро сиверти во единици SI) годишно по EPA регулатива 40CFR141, и се заснова на застарени стандарди за пресметување на дози од Прирачникот за Национално биро за стандарди 69 околу 1963 година. Четири милиреми годишно се околу 1,3% од природното позадинско зрачење (~ 3 mSv). За споредба, еквивалентната доза на банана (BED) е поставена на 0,1 μSv, така што законската граница во САД е поставена на 400 BED. Уредените стандарди за пресметување на дозата врз основа на Извештајот на Меѓународната комисија за радиолошка заштита 30 и користени во Регулативата НРЦ 10CFR20 резултираат со доза од 0,9 милирем (9 μSv) годишно на 740 Bq/L (20 nCi/L).

Употреба

[уреди | уреди извор]

Радиометриски анализи во биологијата и медицината

[уреди | уреди извор]
Делумна трицијација на пиридин (C
5H
5N . Катализаторот не е прикажан.

Тритицијата на кандидатите за лекови овозможува детална анализа на нивната апсорпција и метаболизам. [45] Тритиумот се користел и за биолошки радиометриски анализи, во процес сличен на радиојаглеродното датирање. На пример, [3H] ретинил ацетат бил проследен низ телата на стаорци. [46]

Самонапојувачко осветлување

[уреди | уреди извор]
Швајцарски воен часовник осветлено со тритиум

Бета честичките од мали количини тритиум предизвикуваат хемикалии наречени фосфор да светат. Оваа радиолуминисценција се користи во самонапојувачки уреди за осветлување наречени беталајт, кои се користат за ноќно осветлување на нишани за огнено оружје, часовници, знаци за излез, светла на карти, навигациски компаси (како што се воени компаси за тековна употреба на САД M-1950), ножеви и разни други уреди. [б 4] Од 2000 година, комерцијалната побарувачка за тритиум е 400 грама годишно, а цената е 30.000 долари по грам [47] или повеќе. [48]

Нуклеарно оружје

[уреди | уреди извор]

Тритиумот е важна компонента во јадреното оружје; се користи за подобрување на ефикасноста и родноста на јадреното оружје и фазите на јадрено цепење на водородните бомби во процес познат како „засилување“, како и во надворешните неутронски иницијатори за такво оружје.

Неутронски иницијатор

[уреди | уреди извор]

Станува збор за уреди присоединети во јадрено оружје кои произведуваат пулс на неутрони кога бомбата се детонира за да се иницира јадрено цепење во расцепливото јадро (јама) на бомбата, откако ќе биде компресирана до критична маса со експлозив. Активиран од ултрабрз прекинувач како критрон, мал забрзувач на честички ги придвижува јоните на тритиум и деутериум до енергии над 15 keV или така потребни за соединување на деутериум-тритиум и ги насочува во метална цел каде што тритиумот и деутериумот се атсорбираат како хидриди. Високо-енергетските соединети неутрони од добиената фузија зрачат во сите правци. Некои од нив напаѓаат јадра на плутониум или ураниум во јамата на основното, иницирајќи јадрена верижна реакција. Количеството на произведени неутрони е големо во апсолутни бројки, што ѝ овозможува на јамата брзо да постигне нивоа на неутрони за кои инаку би биле потребни уште многу генерации на верижна реакција, иако сè уште е мал во споредба со вкупниот број на јадра во јамата.

Засилување

[уреди | уреди извор]

Пред детонацијата, неколку грама тритиум-деутериум гас се инјектираат во шупливата „ јама“ на фисилен материјал. Раните фази на верижната реакција на фисија обезбедуваат доволно топлина и компресија за да започне јадрено соединување на деутериум-тритиум; тогаш и цепењето и соединувањето се одвиваат паралелно, соединувањето го помага цепењето со продолжување на загревањето и компресија, а цепењето помага на соединувањето со високо енергетски (14,1- MeV) неутрони. Како што горивото за фисија се осиромашува и експлодира нанадвор, паѓа под густината потребна за да остане критично само по себе, но фузиските неутрони прават процесот на фисија да напредува побрзо и да продолжи подолго отколку што би продолжило без засилување. Зголемениот принос доаѓа главно од зголемената фисија. Енергијата од самата фузија е многу помала бидејќи количината на гориво за фузија е многу помала. Ефектите од зајакнувањето вклучуваат:

  • зголемен принос (за иста количина на гориво за фисија, во споредба со незасилено)
  • можноста за променлив принос со менување на количината на гориво за фузија
  • дозволувајќи им на бомбата да бара помала количина од многу скапиот фисилен материјал
  • елиминирање на ризикот од предетонација од блиски нуклеарни експлозии
  • не толку строги барања за поставување на имплозија, што овозможува да се користи помала и полесна количина на високо експлозиви

Тритиумот во боевата глава постојано се подложува на радиоактивно распаѓање, станувајќи недостапен за соединување. Исто така, неговиот распаден производ, хелиум-3, апсорбира неутрони. Ова може да го компензира или да го смени планираниот ефект на тритиумот, кој треба да генерира многу слободни неутрони, доколку се акумулира премногу хелиум-3. Затоа, на засилените бомби периодично им треба свеж тритиум. Проценетата потребна количина е 4 грама по боева глава. За одржување на константни нивоа на тритиум, околу 0,20 грама по боева глава годишно мора да се доставува до бомбата.

Еден мол гас деутериум-тритиум содржи околу 3 грама тритиум и 2 грама од деутериум. За споредба, 20 молови плутониум во нуклеарна бомба се состои од околу 4,5 кг плутониум-239.

Тритиум во секундарните хидрогени бомби

[уреди | уреди извор]

Бидејќи тритиумот се подложува на радиоактивно распаѓање, а исто така е тешко физички да се ограничи, многу поголемото секундарно полнење на тешките водородни изотопи потребни во вистинска водородна бомба користи цврст литиум деутерид како извор на деутериум и тритиум, произведувајќи го тритиумот на самото место за време на секундарното палење.

За време на детонацијата на примарната фаза на јадрена физија во топлинскојадрено оружје, свеќичката, цилиндар од 235 U/ 239 Pu во центарот на фазата(ите) на фузија, почнува да се расцепува во верижна реакција, од вишокот неутрони канализирани од примарната. Неутроните ослободени од фисијата на свеќичката го делат литиум-6 на тритиум и хелиум-4, додека литиум-7 се дели на хелиум-4, тритиум и еден неутрон. Како што се случуваат овие реакции, фазата на соединување е компресирана со фотони од примарната и фисија на обвивката 238 U или 238 U/ 235 U што ја опкружува фазата на соединување. Затоа, фазата на соединување создава свој тритиум додека уредот детонира. Во екстремната топлина и притисокот на експлозијата, дел од тритиумот потоа се принудува да се спои со деутериум, а таа реакција ослободува уште повеќе неутрони.

Бидејќи овој процес на соединување бара екстремно висока температура за палење, и тој произведува помалку и помалку енергични неутрони (само фисија, фузија деутериум-тритиум и 7
3Li
 разделувањето се нето-производители на неутрони), литиум деутерид не се користи во засилени бомби, туку за повеќестепени водородни бомби.

Контролирано јадрено соединување

[уреди | уреди извор]

Тритиумот е важно гориво за контролираното јадрено соединување и во дизајните на јадрено соединување на реактори со магнетно затворање и во инерцијално затворање. Националната постројка за палење (NIF) користи гориво деутериум-тритиум, а тоа ќе го прави и експерименталниот реактор за фузија ITER. Реакцијата деутериум-тритиум е поволна бидејќи има најголем пресек на јадрено соединување (околу 5,0 барни) и го достигнува овој максимален пресек со најниска енергија (околу 65 keV центар на маса) на кое било потенцијално гориво за јадрено соединување. Бидејќи тритиумот е многу редок на земјата, концептите за реактори за јадрено соединување често вклучуваат размножување на тритиум. За време на работата на замислените реактори за фузија за одгледување, соединувачките јадрени ќебињата, кои често содржат литиум како дел од керамичките камчиња, се подложени на неутронски флукс за да се генерира тритиум и да се заврши циклусот на гориво. [49]

Тест собранието на тритиумски системи (TSTA) претставувал објект во Националната лабораторија во Лос Аламос посветен на развој и демонстрација на технологии потребни за обработка на деутериум-тритиум релевантна за фузија.

Белешки

[уреди | уреди извор]
  1. ↑ Вкупното американско производство на тритиум од 1955 година изнесува околу 225 килограми, од кои околу 150 килограми се распаднале во хелиум-3, оставајќи тековен залихи од околу 75 кг тритиум. - Зерифи и Сковил (1996)[28]
  2. ↑ Based on ICRP Report 30 calculation: 0 Sv/Bq, 730 L/year, 1.000.000 μSv/Sv; quoted in [42]
  3. ↑ This figure is derived from the guideline dose of 1 mSv per year from all sources of radiation in drinking water in The Australian Drinking Water Guidelines 6, assuming that tritium is the only radionuclide present in the water.[43]
  4. ↑ Тритиумот ја замени радиолуминисцентна боја што содржи радиум во оваа употреба. Изложеноста на радиум предизвикува рак на коските, а неговата случајна употреба е забранета во повеќето земји со децении.

Наводи

[уреди | уреди извор]
  1. ↑ Tritium. Encyclopædia Britannica. 21 July 2023.
  2. ↑ Tritium. Encyclopædia Britannica. 21 July 2023.
  3. ↑ Oliphant, M.L.; Harteck, P.; Rutherford, L. (1934). „Transmutation effects observed with heavy hydrogen“. Nature. 133 (3359): 413. Bibcode:1934Natur.133..413O. doi:10.1038/133413a0.
  4. ↑ Oliphant, M.L.E.; Harteck, P.; Rutherford, L. (1934). „Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen“. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 144 (853): 692. Bibcode:1934RSPSA.144..692O. doi:10.1098/rspa.1934.0077.
  5. ↑ Alvarez, Luis; Cornog, Robert (1939). „Helium and Hydrogen of Mass 3“. Physical Review. 56 (6): 613. Bibcode:1939PhRv...56..613A. doi:10.1103/PhysRev.56.613.
  6. ↑ Alvarez, Luis W.; Trower, W. Peter (1987). Discovering Alvarez: Selected works of Luis W. Alvarez, with commentary by his students and colleagues. University of Chicago Press. стр. 26–30. ISBN 978-0-226-81304-2.
  7. ↑ Kaufman, Sheldon; Libby, W. (1954). „The natural distribution of tritium“. Physical Review. 93 (6): 1337. Bibcode:1954PhRv...93.1337K. doi:10.1103/PhysRev.93.1337.
  8. ↑ Lucas, L.L.; Unterweger, M. P. (2000). „Comprehensive review and critical evaluation of the half-life of tritium“. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 105 (4): 541–549. doi:10.6028/jres.105.043. PMC 4877155. PMID 27551621.
  9. ↑ Rubel, M. (2019). „Fusion neutrons: tritium breeding and impact on wall materials and components of diagnostic systems“. Journal of Fusion Energy. 38 (3–4): 315–329. doi:10.1007/s10894-018-0182-1.
  10. ↑ (Report). Отсутно или празно |title= (help); |access-date= бара |url= (help)
  11. ↑ Jones, Greg (2008). „Tritium Issues in Commercial Pressurized Water Reactors“. Fusion Science and Technology. 54 (2): 329–332. Bibcode:2008FuST...54..329J. doi:10.13182/FST08-A1824.
  12. ↑ Sublette, Carey (17 May 2006). „Nuclear Weapons FAQ Section 12.0 Useful Tables“. Nuclear Weapons Archive. Посетено на 19 September 2010.
  13. ↑ Whitlock, Jeremy. „Section D: Safety and Liability – How does Ontario Power Generation manage tritium production in its CANDU moderators?“. Canadian Nuclear FAQ. Посетено на 19 September 2010.
  14. ↑ Pearson, Richard J.; Antoniazzi, Armando B.; Nuttall, William J. (November 2018). „Tritium supply and use: a key issue for the development of nuclear fusion energy“. Fusion Engineering and Design. Elsevier. 136: 1140–1148. Bibcode:2018FusED.136.1140P. doi:10.1016/j.fusengdes.2018.04.090.
  15. ↑ „Tritium (Hydrogen-3) – Human Health Fact sheet“ (PDF). Argonne National Laboratory. August 2005. Архивирано од изворникот (PDF) на 8 February 2010. Посетено на 19 September 2010.
  16. ↑ Effluent Releases from Nuclear Power Plants and Fuel-Cycle Facilities (англиски). National Academies Press (US). 29 March 2012.
  17. ↑ „Basic policy on handling of the ALPS treated water“ (PDF). Ministry of Economy, Trade and Industry. 13 April 2021.
  18. ↑ „2020년도 원전주변 환경방사능 조사 및 평가보고서“ [2020 Environmental Radiation Survey and Evaluation Report Around Nuclear Power Plant]. Korea Hydro & Nuclear Power. 26 April 2021. стр. 25. Архивирано од изворникот на 2021-11-08. Посетено на 2025-02-16. (table 8)
  19. ↑ „JP Gov "No drastic technology to remove Tritium was found in internationally collected knowledge"“. Fukushima Diary. December 2013.
  20. ↑ „The science behind the Fukushima waste water release“ (англиски). 2023-08-26. Посетено на 2023-12-19.
  21. ↑ McCurry, Justin (16 April 2021). „Rosy-cheeked face of tritium dropped from Fukushima's publicity drive“. the Guardian. стр. 29.
  22. ↑ „China to Japanese official: If treated radioactive water from Fukushima is safe, 'please drink it' - The Washington Post“. The Washington Post.
  23. ↑ „Japan Faces Growing Pressure to Rethink Releasing Fukushima's Wastewater into Ocean“.
  24. ↑ „Why is Japan dumping radioactive water at sea?“. 13 April 2021.
  25. ↑ „Helium-3 neutron proportional counters“ (PDF). mit.edu. Massachusetts Institute of Technology. Архивирано од изворникот (PDF) на 21 November 2004.
  26. ↑ Young, P.G.; Foster, D.G. Jr. (September 1972). „An evaluation of the neutron and gamma-ray production cross-sections for nitrogen“ (PDF). Los Alamos Scientific Laboratory. Посетено на 19 September 2010.
  27. ↑ „Tritium information section“. Radiation Information Network. Idaho State University. Архивирано од изворникот на 3 March 2016.
  28. ↑ Zerriffi, Hisham; Scoville, Herbert Jr. (January 1996). „Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy's decision to produce tritium“ (PDF) (англиски). Institute for Energy and Environmental Research. стр. 5. Архивирано од изворникот (PDF) на 16 October 2014. Посетено на 6 September 2018.
  29. ↑ „Defense Programs“. U.S. Department of Energy. Посетено на 20 March 2013.
  30. ↑ „Tritium Extraction Facility“ (PDF). Factsheets. U.S. Department of Energy. December 2007. Посетено на 19 September 2010.
  31. ↑ "GAO finds problems in tritium production". Соопштение за печат.
  32. ↑ PubChem. „Hazardous Substances Data Bank (HSDB): 6467“. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov (англиски). Посетено на 2023-02-27.
  33. ↑ (Report). Отсутно или празно |title= (help); |access-date= бара |url= (help)
  34. ↑ (Report). Отсутно или празно |title= (help); |access-date= бара |url= (help)
  35. ↑ (Report). Отсутно или празно |title= (help); |access-date= бара |url= (help)
  36. ↑ Travis, C.C. (1984). „Metabolism of organically-bound tritium“ (PDF). Oak Ridge National Laboratory – преку IAEA.
  37. ↑ Bhatia, A.L. (2005). „Impact of low-level radiation with special reference to tritium in environment“ (PDF). ISRE04. Proceedings of the Third International Symposium on Radiation Education – преку IAEA.
  38. ↑ Van Den Hoek, J.; Gerber, G.B.; Kirchmann, R. (1986). „Similarities and differences in the transfer of Tritium and Carbon-14 along the food chain“ (PDF). Emergency Planning and Preparedness for Nuclear Facilities – преку IAEA.
  39. ↑ Šimek, Dalibor; Dubšek, Frantisek (1997). „Tritium in liquid releases on nuclear power plants with VVER and PWR reactors and some ways to solutions of its reduction“ (PDF). Proceedings of the 2nd International Symposium on Safety and Reliability Systems of PWRS and VVERs – преку IAEA.
  40. ↑ Singh, V. P.; Pai, R. K.; Veerender, D. D.; Vishnu, M. S.; Vijayan, P.; Managanvi, S. S.; Badiger, N. M.; Bhat, H. R. (2010). „Estimation of biological half-life of tritium in coastal region of India“. Radiation Protection Dosimetry. 142 (2–4): 153–159. doi:10.1093/rpd/ncq219. PMID 20870665.
  41. ↑ „Tritium in drinking water“. Canadian Nuclear Safety Commission. 3 February 2014. Посетено на 23 February 2017.
  42. ↑ „Standards and Guidelines for Tritium in Drinking Water (INFO-0766)“. Canadian Nuclear Safety Commission (англиски). 3 February 2014.
  43. ↑ „Australian Drinking Water Guidelines 6“ (англиски). National Health and Medical Research Council, National Resource Management Ministerial Council, Commonwealth of Australia, Canberra. March 2015. стр. 98.
  44. ↑ „Forskrift om visse forurensende stoffer i næringsmidler“ (норвешки). Lovdata. 10 July 2015. Посетено на 7 January 2023.
  45. ↑ Kopf, Sara; Bourriquen, Florian; Li, Wu; Neumann, Helfried; Junge, Kathrin; Beller, Matthias (2022). „Recent Developments for the Deuterium and Tritium Labeling of Organic Molecules“. Chemical Reviews. 122 (6): 6634–6718. doi:10.1021/acs.chemrev.1c00795. PMID 35179363 Проверете ја вредноста |pmid= (help).
  46. ↑ Green, Joanne Balmer; Green, Michael H. (2020). „Vitamin A Absorption Determined in Rats Using a Plasma Isotope Ratio Method“. The Journal of Nutrition. 150 (7): 1977–1981. doi:10.1093/jn/nxaa092. PMC 7330459. PMID 32271921.
  47. ↑ (Report). Отсутно или празно |title= (help); |access-date= бара |url= (help)
  48. ↑ Jassby, Daniel (2022-05-25). „The Quest for Fusion Energy“. Inference (англиски). 7 (1).
  49. ↑ Gan, Y; Hernandez, F; et, al (2017). „Thermal Discrete Element Analysis of EU Solid Breeder Blanket Subjected to Neutron Irradiation“ (PDF). Fusion Science and Technology. 66 (1): 83–90. arXiv:1406.4199. doi:10.13182/FST13-727.

Надворешни врски

[уреди | уреди извор]
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Тритиум&oldid=5338835“