Трицијум

Трицијум, ³H
Опште
Симбол	3H
Име	трицијум, H-3, тритијум, тритон
Број протона	1
Број неутрона	2
Подаци о нуклидима
Распрострањеност у природи	trace
Полураспад	12.32 године
Продукти распада	3He
Маса изотопа	3.0160492 u
Спин	1⁄2
Вишак енергије	14,949.794± 0.001 keV
Eнергија везања	8,481.821± 0.004 keV
Мод распада
Мод распада	Енергија распада (MeV)
Бета распад	0.018590
	Изотопи водоник ; Потпуна таблеа нуклида

Трицијум (грч. tritós »трећи«) је поред протијума и деутеријума природни изотоп водоника. Његово атомско језгро се понекад назива и тритон.^[1]^[2]

Хемијски симбол трицијума је ³H, а поједностављено се може обележити са T. У поређењу са деутеријумом, поред тога што има протон у атомском језгру, не поседује један, већ два неутрона. Међутим ово атомско језгро је нестабилно и распада се са једним временом полураспада од 12,32 година по емисији једног електрона у ³He (бета распад). Такође трицијум је радиоактиван.^[3]

Иако изотопи истог хемијског елемента имају једнаке физичке и хемијске особине, код водоника се због значајне разлике у тежини атомског језгра појављују различите физичке особине између обичне, тешке и претешке воде. Трицијум оксид (претешка вода) T₂O има тачку кључања од 101,51 °C, а температуру топљења износи 4,48 °C.

Распад

Док трицијум има неколико различитих експериментално одређених вредности свог времена полураспада, Национални институт за стандарде и технологију наводи 4.500 ± 8 дана (12,32 ± 0,02 година).^[4] Трицијум се распада у хелијум-3 путем бета распада према следећој нуклеарној реакцији:

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

и при томе се ослобађа 18,6 keV енергије. Електронска кинетичка енергија варира, са просеком од 5,7 keV, док преосталу енергију односи електронски антинеутрино који је скоро немогуће детектовати. Бета честице из трицијума могу да пенетрирају само око 6,0 mm дебео слој ваздуха, и оне немају способност пролаза кроз мртви спољашњи слој људске коже.^[5] Необично ниска енергија ослобођена при бета распаду трицијума чини тај распад (заједно са ренијумом-187) подесним за мерења апсолутне масе неутрина у лабораторији (један од недавних експеримената је KATRIN).

Ниско енергетска трицијумска радијација отежава детектовање трицијумом обележених једињења изузев при примени ликвидног сцинтилационог бројања.

Производња

Природним путем трицијум настаје неутронским бомбардовањем језгара атома азота из космичког зрачења у горњим слојевима атмосфере.

{\ce {\mathrm {^{1}^{4}_{7}N} +n\rightarrow \mathrm {^{1}^{2}_{6}C} +{^{3}_{1}T}}}

Конвекционалним струјањима трицијум доспева до земљине површине као трицијумводоник. У читавој природи постоји можда око 2 – 3,5 kg трицијума. Вештачки трицијум се добија у језгро-реактору. Ово се одвија: бомбардовањем ⁶Li-мете са неутронима из реакторског језгра и екстракцијом из хладне воде из реактора тешке воде, гдје настаје као нус продукт.

Литијум

Трицијум се производи у нуклеарним реакторима путем неутронске активације литијума-6. То се може остварити са неутронима било које енергије, и одвија се као егзотермна реакција којом се ослобађа 4,8 MeV. У поређењу с тим фузија деутеријума и трицијума ослобађа око 17,6 MeV енергије. За примену у предложеним реакторима на фузијску енергију, као што је ITER, грумени који се састоје од литијумске керамике укључујући Li₂TiO₃ и Li₄SiO₄, се развијају за трицијумско формирање у хелијумом хлађеним слојевима.

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

Неутрони високе енергије исто тако могу да произведу трицијум из литијума-7 у ендотермним реакцијама (уз нето конзумацију топлоте), при чему се троши 2,466 MeV. То је откривено кад је Касл Браво нуклеарни тест из 1954. године произвео неочекивано велики принос.^[6]

{\ce {\mathrm {^{7}_{3}Li} +n\rightarrow \mathrm {^{4}_{2}He} +{^{3}_{1}T}+n}}

Бор

Озрачивање бора-10 високо енергетским неутронима исто тако може да доведе до формирања трицијума:^[7]

{\ce {\mathrm {^{1}^{0}_{5}B} +n\rightarrow \mathrm {2} {^{4}_{2}He}+{^{3}_{1}T}}}

Чешћи исход хватања неутрона у бору-10 је 7Li и једна алфа честица.^[8]

Деутеријум

Трицијум се исто тако производи у реакторима који су модулисани тешком водом у којима деутеријумска језгра хватају неутроне. При овој реакцији долази у веома малој мери до апсорпције, те је тешка вода добар модератор неутрона, и релативно мало трицијума се формира. Независно од тога, чишћење трицијума из модератора је пожељно након неколико година да би се смањио ризик од његовог испуштања у околину. Постројење за уклањање трицијума предузећа Ontario Power Generation обрађује око 2500 t тешке воде годишње, и при томе се издваја око 2,5 kg (5,5 lb) трицијума, који је доступан корисницима.^[9]

Попречни пресек деутеријумске апсорпције термалних неутрона је око 0,52 милибарна, док је за кисеоник-16 (168O) око 0,19 милибарна, а за кисеоник-17 (178O) је око 240 милибарна.

Фисија

Трицијум није уобичајени продукат нуклеарне фисије уранијума-235, плутонијума-239, и уранијума-233, при којима се формира око један атом на сваких 10.000 фисија.^[1]^[10] Ослобађање или опоравак трицијума мора се разматрити при раду нуклеарних реактора, посебно при поновној обради нуклеарних горива и складиштењу потрошеног нуклеарног горива. Продукција трицијума није наменска, већ је нуспродукат. Неке нуклеарне електране испуштају трицијум у атмосферу у малим количинама.^[11]

Фукушима Даичи

У јуну 2016. године Оперативна група за триционирану воду је објавила извештај^[12] о статусу трицијума у триционираној води у нуклеарном реактору Фукушима Даичи, у оквиру разматрања за финално одлагање ове воде. Тим извештајем је идентификовано да је марта 2016. количина садржаног трицијума била 760 TBq (што је еквивалентно са 2,1 g трицијума или 14 mL трициониране воде) укупно 860000 m³ ускладиштене воде. Овај извештај је исто тако идентификовао редукујући концентрацију трицијума у води екстрахованој из објеката итд. за чување, што одговара десетоструком смањењу током разматраног петогодишњег периода (2011—2016), 3,3 MBq/L до 0,3 MBq/L (након корекције за годишње распадање трицијума).

Према извештају стручног панела који је разматрао најбољи приступ решавања овог проблема, „Трицијум би се теоријски могао раздвојити, али не постоји практична технологија одвајања у индустријским размерима. Сходно томе, сматра се да је контролисано испуштање у околину најбољи начин за третирање воде са ниском концентрацијом трицијума.”^[13]

Хелијум-3

Трицијумски производ распадања хелијум-3 има веома велики попречни пресек у реакцији са термалним неутронима, при чему долази до избацивања протона, стога се он брзо конвертује назад у трицијум у нуклеарним реакторима.^[14]

{\ce {\mathrm {^{3}_{2}He} +n\rightarrow \mathrm {^{1}_{1}H} +{^{3}_{1}T}}}

Употреба

Између осталог користи се у биологији, хемији и медицини. Користи се као маркер (трејсер) за маркирање појединих супстанци.

Као средство за осветљавање користи се мешавина гасовитог Трицијума и флуоресцентног средства у запечаћеним боросиликат-ампулама. Трицијумово бета зрачење активира унутрашњи слој којим је премазана унутрашња страна ампуле и на тај начин производи слабо, флуоресцентно светло. Ово „хладно осветљење“ има теоретски животни век од више деценија, а на тржишту га је могуће наћи у више боја, под називом Трејсер (Tracer).

Трицијум се такође користи као средство за осветљавање, на пример на казаљкама сатова, на бројевима сатова. Код производње и складиштења већих количина трицијума, не смеју се искључити ризици по здравље.

Трицијум је такође саставни део појединог атомског оружја У будућим атомским електранама требало би да се користи мешавина деутеријума и трицијума као погонско гориво.

Доказивање

Доказивање постојања трицијума се врши помоћу течних цинтилатора и отворених јонизаторских комора.

Историја

Трицијум је први пут био произведен 1934. године из деутеријума, још једног изотопа водоника заслугом Ернеста Радерфорда, Марка Олифанта, и Пола Хартека.^[15]^[16] Међутим, у њихоховом експерименту није било могуће да се изолује трицијум. То су касније остварили Луис Алварез и Роберт Корног, који су исто тако утврдили његову радиоактивност.^[17]^[18] Вилард Либи је утврдио да трицијум може да се користи за радиометричко датирање воде и вина.^[19]

Види још

Извори

^ ^а ^б „Tritium (Hydrogen-3) – Human Health Fact sheet” (PDF). Argonne National Laboratory. 2005. Архивирано из оригинала (PDF) 8. 2. 2010. г. Приступљено 19. 9. 2010.
^ Serot, O.; Wagemans, C.; Heyse, J. (2005). „New Results on Helium and Tritium Gas Production From Ternary Fission”. International conference on nuclear data for science and technology. AIP Conference Proceedings. 769: 857—860. doi:10.1063/1.1945141.
^ L. L. Lucas; M. P. Unterweger (2000). „Comprehensive Review and Critical Evaluation of the Half-Life of Tritium” (PDF). Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 105 (4): 541. Архивирано из оригинала (PDF) 17. 10. 2011. г. Приступљено 21. 12. 2011.
^ 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. PMC 4877155  . doi:10.6028/jres.105.043.
^ Nuclide safety data sheet: Hydrogen-3. ehso.emory.edu
^ Zerriffi, Hisham (јануар 1996). „Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy's decision to produce tritium”. Institute for Energy and Environmental Research. Приступљено 15. 9. 2010.
^ Jones, Greg (2008). „Tritium Issues in Commercial Pressurized Water Reactors”. Fusion Science and Technology. 54 (2): 329—332. doi:10.13182/FST08-A1824.
^ Sublette, Carey (17. 5. 2006). „Nuclear Weapons FAQ Section 12.0 Useful Tables”. Nuclear Weapons Archive. Приступљено 19. 9. 2010.
^ Whitlock, Jeremy. „Section D: Safety and Liability – How does Ontario Power Generation manage tritium production in its CANDU moderators?”. Canadian Nuclear FAQ. Приступљено 19. 9. 2010.
^ Serot, O.; Wagemans, C.; Heyse, J. (2005). „New Results on Helium and Tritium Gas Production From Ternary Fission”. International conference on nuclear data for science and technology. AIP Conference Proceedings. 769: 857—860. doi:10.1063/1.1945141.
^ Effluent Releases from Nuclear Power Plants and Fuel-Cycle Facilities (на језику: енглески). National Academies Press (US). 2012.
^ Tritiated Water Task Force Report - Ministry of Economy, Trade and Industry
^ JP Gov “No drastic technology to remove Tritium was found in internationally collected knowledge” Архивирано на сајту Wayback Machine (1. октобар 2018) Fukushima Diary
^ „Helium-3 Neutron Proportional Counters” (PDF). mit.edu. Архивирано из оригинала (PDF) 21. 11. 2004. г.
^ Oliphant, M. L.; Harteck, P.; Rutherford (1934). „Transmutation Effects observed with Heavy Hydrogen”. Nature. 133 (3359): 413. Bibcode:1934Natur.133..413O. doi:10.1038/133413a0. Архивирано из оригинала 12. 02. 2020. г. Приступљено 24. 05. 2019.
^ 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.
^ 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.
^ Alvarez, Luis W.; Peter Trower, W (1987). Discovering Alvarez: selected works of Luis W. Alvarez, with commentary by his students and colleagues. стр. 26—30. ISBN 978-0-226-81304-2.
^ 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.

Литература

Alvarez, Luis W.; Peter Trower, W (1987). Discovering Alvarez: selected works of Luis W. Alvarez, with commentary by his students and colleagues. стр. 26—30. ISBN 978-0-226-81304-2.

Review of risks from tritium. Report of the independent Advisory Group on Ionising Radiation. Health Protection Agency. новембар 2007. RCE-4. Архивирано из оригинала 17. 05. 2013. г. Приступљено 24. 05. 2019.

Спољашње везе

[anl-1] а ^б „Tritium (Hydrogen-3) – Human Health Fact sheet” (PDF). Argonne National Laboratory. 2005. Архивирано из оригинала (PDF) 8. 2. 2010. г. Приступљено 19. 9. 2010.

[2] Serot, O.; Wagemans, C.; Heyse, J. (2005). „New Results on Helium and Tritium Gas Production From Ternary Fission”. International conference on nuclear data for science and technology. AIP Conference Proceedings. 769: 857—860. doi:10.1063/1.1945141.

[3] L. L. Lucas; M. P. Unterweger (2000). „Comprehensive Review and Critical Evaluation of the Half-Life of Tritium” (PDF). Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 105 (4): 541. Архивирано из оригинала (PDF) 17. 10. 2011. г. Приступљено 21. 12. 2011.

[4] 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. PMC 4877155  . doi:10.6028/jres.105.043.

[5] Nuclide safety data sheet: Hydrogen-3. ehso.emory.edu

[ieer-6] Zerriffi, Hisham (јануар 1996). „Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy's decision to produce tritium”. Institute for Energy and Environmental Research. Приступљено 15. 9. 2010.

[7] Jones, Greg (2008). „Tritium Issues in Commercial Pressurized Water Reactors”. Fusion Science and Technology. 54 (2): 329—332. doi:10.13182/FST08-A1824.

[8] Sublette, Carey (17. 5. 2006). „Nuclear Weapons FAQ Section 12.0 Useful Tables”. Nuclear Weapons Archive. Приступљено 19. 9. 2010.

[9] Whitlock, Jeremy. „Section D: Safety and Liability – How does Ontario Power Generation manage tritium production in its CANDU moderators?”. Canadian Nuclear FAQ. Приступљено 19. 9. 2010.

[10] Serot, O.; Wagemans, C.; Heyse, J. (2005). „New Results on Helium and Tritium Gas Production From Ternary Fission”. International conference on nuclear data for science and technology. AIP Conference Proceedings. 769: 857—860. doi:10.1063/1.1945141.

[:0-11] Effluent Releases from Nuclear Power Plants and Fuel-Cycle Facilities (на језику: енглески). National Academies Press (US). 2012.

[TWTFR-12] Tritiated Water Task Force Report - Ministry of Economy, Trade and Industry

[13] JP Gov “No drastic technology to remove Tritium was found in internationally collected knowledge” Архивирано на сајту Wayback Machine (1. октобар 2018) Fukushima Diary

[14] „Helium-3 Neutron Proportional Counters” (PDF). mit.edu. Архивирано из оригинала (PDF) 21. 11. 2004. г.

[15] Oliphant, M. L.; Harteck, P.; Rutherford (1934). „Transmutation Effects observed with Heavy Hydrogen”. Nature. 133 (3359): 413. Bibcode:1934Natur.133..413O. doi:10.1038/133413a0. Архивирано из оригинала 12. 02. 2020. г. Приступљено 24. 05. 2019.

[16] 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.

[17] 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.

[18] Alvarez, Luis W.; Peter Trower, W (1987). Discovering Alvarez: selected works of Luis W. Alvarez, with commentary by his students and colleagues. стр. 26—30. ISBN 978-0-226-81304-2.

[19] 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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]