Тритий

Тритий
Тритий
Название, символ	Тритий, 3H
Альтернативные названия	сверхтяжёлый водород, T
Нейтронов	2
Свойства нуклида
Атомная масса	3,0160492777(25) а. е. м.
Дефект массы	14 949,8060(23) кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	2 827,266(1) кэВ
Период полураспада	12,32(2) года
Продукты распада	3He
Спин и чётность ядра	1/2+
β−	0,018591 МэВ
	Таблица нуклидов
	Медиафайлы на Викискладе

Три́тий (др.-греч. τρίτος «третий») — радиоактивный изотоп водорода. Обозначается T или ³H. Ядро трития состоит из протона и двух нейтронов, его называют тритоном.

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. Название для этого изотопа было предложено на случай открытия ещё до него, 15 июня 1933 года, Юри, Мерфи и Брикведде в том же письме редактору научного журнала «The Journal of Chemical Physics», где они предложили названия для двух известных изотопов водорода — протия и дейтерия^[4]^[5]. 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:

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

Радиационная опасность трития

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

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

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^[6].

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^[7]^[8].

Производство и потребность

По данным отчета Institute for Energy and Environmental Research^[англ.] 1996 года, в США с 1955 года было произведено около 225 кг трития^[9]. В конце XX — начале XXI века наработка ведется на Watts Bar-1 путём облучения TPBAR (англ. tritium-producing burnable absorber rods), планируется также использование АЭС Секвойя. Переработку и выделение трития проводят на Tritium Extraction Facility, Саванна-Ривер^[10].

В СССР и России тритий производился на реакторах АИ, АВ-3, ОК-180, ОК-190, РУСЛАН, Л-2; изотоп выделяется на заводе РТ-1 (ПО «Маяк»)^[11]^[12].

Значительные количества трития (до 2,5—3,5 кг) для гражданских применений производит Канада на 21 тяжеловодном реакторе. Выделение изотопа — компания «Онтарио Хайдро», Дарлингтон^[13].

Мировая коммерческая потребность в тритии на 1995 год составляет ежегодно около 400 г, и ещё порядка 2 кг требовалось для поддержания ядерного арсенала США^[14] (7 кг для всех мировых военных потребителей). Около 4 кг трития в год образуется на АЭС, но не извлекается^[15].

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^[16]. 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^[16].

По словам Яна Беранека, политика и активиста из организации «Гринпис» и чешской партии зелёных, в 2010 году производство одного килограмма трития обходилось в 30 млн долларов^[17].

Применение

Тритиевый брелок, свечение в темноте (снимок с длительной выдержкой)

В 2012 году канадская фирма City Labs представила радиоизотопные генераторы электричества сверхмалой мощности на базе трития, способные питать различные микроэлектронные устройства, таких как RFID-метки, автономные датчики, медицинские имплантаты. При цене порядка 1000 долларов срок службы генератора составляет около 20 лет^[18].

Тритий используется в источниках подсветки в военных и гражданских приборах.

Также используется для создания начальной ионизации в ксеноновых дуговых лампах, некоторых неоновых лампах, рассчитаных на низкое напряжение работы, разрядниках. Он добавляется в рабочую смесь газов газоразрядного прибора в небольших активностях (до 0,1 мкКи).

Применяется в нейтронных генераторах - мишень изготавливается из тритида титана, а сама трубка нейтронного генератора заполняется газообразным дейтерием.

Применяется в ядерном и термоядерном оружии, либо в виде дейтерий-тритиевой смеси (бустинг), нагнетаемой в сферическую полость плутониевого заряда, и в виде примеси к дейтериду лития (тритид лития) в термоядерной ступени. Реакция D + T является источником быстрых нейтронов, вызывающих деление урана-238.

Огромное значение тритий имеет для управляемого термоядерного синтеза.

См. также

Примечания

↑ ¹ ² ³ ⁴ Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
↑ ¹ ² ³ Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
↑ Архивированная копия (неопр.). Дата обращения: 23 ноября 2014. Архивировано из оригинала 29 ноября 2014 года.
↑ Urey H. C., Murphy G. M., Brickwedde F. G. A Name and Symbol for H^2* (англ.) // Journal of Chemical Physics : journal. — 1933. — Vol. 1. — P. 512—513. — doi:10.1063/1.1749325.
↑ Dan O'Leary. The deeds to deuterium (англ.) // Nature Chemistry : journal. — 2012. — Vol. 4. — P. 236. — doi:10.1038/nchem.1273.
↑ Nuclide safety data sheet: Hydrogen-3 (неопр.). ehso.emory.edu. Дата обращения: 12 июля 2014. Архивировано из оригинала 20 мая 2013 года.
↑ Backgrounder on Tritium, Radiation Protection Limits, and Drinking Water Standards (англ.). U.S.NRC (февраль 2011). Дата обращения: 5 октября 2012. Архивировано 14 октября 2012 года.
↑ 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). Дата обращения: 5 октября 2012. Архивировано 14 октября 2012 года.
↑ Hisham Zerriffi. Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy's decision to produce tritium (англ.). Institute for Energy and Environmental Research^[англ.] (январь 1996). Дата обращения: 15 сентября 2010. Архивировано 26 декабря 2018 года. полный текст Архивная копия от 13 ноября 2013 на Wayback Machine
↑ Михаил Сторожевой. Третируемый тритий (неопр.). ATOMINFO.RU (28 октября 2010). Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано 13 ноября 2013 года.
↑ Производство плутония и трития для ядерного оружия (неопр.). Стратегическое ядерное вооружение СССР и России. Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано из оригинала 13 ноября 2013 года.
↑ Бекман. 6. РЕАКТОРЫ ДЛЯ НАРАБОТКИ ТРИТИЯ (неопр.). Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано 13 ноября 2013 года.
↑ Martin В. Kalinowski, Lars С. Colschen International Control of Tritium to Prevent Horizontal Proliferation and to Foster Nuclear Disarmament Архивная копия от 13 ноября 2013 на Wayback Machine // Science & Global Security, 1994, vol. 5, рр. 131—203
↑ Hisham Zerriffi. Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy’s decision to produce tritium (англ.). Institute for Energy and Environmental Research (1996). Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано 19 октября 2014 года.
↑ International Control of Tritium for Nuclear Nonproliferation and Disarmament Архивная копия от 20 января 2019 на Wayback Machine, CRC Press, 2004, page 15
↑ ¹ ² Tritium Supply Considerations Архивная копия от 11 октября 2010 на Wayback Machine, LANL, 2003. «ITER startup inventory estimated to be ~3 Kg»
↑ Alasdair Cros. Is fusion power really viable? (англ.) (5 марта 2010). Дата обращения: 19 января 2019. Архивировано 26 сентября 2015 года.BBC News — Is fusion power really viable? Архивная копия от 26 сентября 2015 на Wayback Machine
↑ Незаменимые батарейки: Сила трития (неопр.). Журнал «Популярная Механика» (27 августа 2012). — «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». Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано 13 ноября 2013 года.

Ссылки

[AME2003-1] ¹ ² ³ ⁴ Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.

[Nubase2003-2] ¹ ² ³ Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.

[3] Архивированная копия (неопр.). Дата обращения: 23 ноября 2014. Архивировано из оригинала 29 ноября 2014 года.

[4] Urey H. C., Murphy G. M., Brickwedde F. G. A Name and Symbol for H^2* (англ.) // Journal of Chemical Physics : journal. — 1933. — Vol. 1. — P. 512—513. — doi:10.1063/1.1749325.

[5] Dan O'Leary. The deeds to deuterium (англ.) // Nature Chemistry : journal. — 2012. — Vol. 4. — P. 236. — doi:10.1038/nchem.1273.

[6] Nuclide safety data sheet: Hydrogen-3 (неопр.). ehso.emory.edu. Дата обращения: 12 июля 2014. Архивировано из оригинала 20 мая 2013 года.

[7] Backgrounder on Tritium, Radiation Protection Limits, and Drinking Water Standards (англ.). U.S.NRC (февраль 2011). Дата обращения: 5 октября 2012. Архивировано 14 октября 2012 года.

[8] 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). Дата обращения: 5 октября 2012. Архивировано 14 октября 2012 года.

[ieer-9] Hisham Zerriffi. Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy's decision to produce tritium (англ.). Institute for Energy and Environmental Research^[англ.] (январь 1996). Дата обращения: 15 сентября 2010. Архивировано 26 декабря 2018 года. полный текст Архивная копия от 13 ноября 2013 на Wayback Machine

[10] Михаил Сторожевой. Третируемый тритий (неопр.). ATOMINFO.RU (28 октября 2010). Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано 13 ноября 2013 года.

[11] Производство плутония и трития для ядерного оружия (неопр.). Стратегическое ядерное вооружение СССР и России. Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано из оригинала 13 ноября 2013 года.

[12] Бекман. 6. РЕАКТОРЫ ДЛЯ НАРАБОТКИ ТРИТИЯ (неопр.). Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано 13 ноября 2013 года.

[kalinowski95-13] Martin В. Kalinowski, Lars С. Colschen International Control of Tritium to Prevent Horizontal Proliferation and to Foster Nuclear Disarmament Архивная копия от 13 ноября 2013 на Wayback Machine // Science & Global Security, 1994, vol. 5, рр. 131—203

[14] Hisham Zerriffi. Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy’s decision to produce tritium (англ.). Institute for Energy and Environmental Research (1996). Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано 19 октября 2014 года.

[15] International Control of Tritium for Nuclear Nonproliferation and Disarmament Архивная копия от 20 января 2019 на Wayback Machine, CRC Press, 2004, page 15

[lanl03-16] ¹ ² Tritium Supply Considerations Архивная копия от 11 октября 2010 на Wayback Machine, LANL, 2003. «ITER startup inventory estimated to be ~3 Kg»

[17] Alasdair Cros. Is fusion power really viable? (англ.) (5 марта 2010). Дата обращения: 19 января 2019. Архивировано 26 сентября 2015 года.BBC News — Is fusion power really viable? Архивная копия от 26 сентября 2015 на Wayback Machine

[18] Незаменимые батарейки: Сила трития (неопр.). Журнал «Популярная Механика» (27 августа 2012). — «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». Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано 13 ноября 2013 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]