Трицијум

Трицијум (Шаблон:Јез-грч »трећи«) је поред протијума и деутеријума природни изотоп водоника. Његово атомско језгро се понекад назива и тритон.

Хемијски симбол трицијума је ³-{H}-, 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.

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 Шаблон:Nowrap (Шаблон:Nowrap). Трицијум се распада у хелијум-3 путем бета распада према следећој нуклеарној реакцији:

${\phantom{A}}_1^3\mathrm{H}\to {}^{\mathrm{3}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}{\mathrm{e}}^{\mathrm{+}}+\text{e}{\phantom{A}}^{-}+\overline{\nu }{\phantom{A}}_e$

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. 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.

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

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 ⁶-{Li}--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.

${}^{\mathrm{6}}{}_{\mathrm{3}}\mathrm{L}\mathrm{i}+\mathrm{n}\to {}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}+{}^{\mathrm{3}}{}_{\mathrm{1}}\mathrm{T}$

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.

${}^{\mathrm{7}}{}_{\mathrm{3}}\mathrm{L}\mathrm{i}+\mathrm{n}\to {}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}+{}^{\mathrm{3}}{}_{\mathrm{1}}\mathrm{T}{\phantom{A}}^{+}\mathrm{n}$

Бор

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

${}^{\mathrm{1}}{}^{\mathrm{0}}{}_{\mathrm{5}}\mathrm{B}+\mathrm{n}\to \mathrm{2}{}^{\mathrm{4}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}{\phantom{A}}^{+}{}^{\mathrm{3}}{}_{\mathrm{1}}\mathrm{T}$

Чешћи исход хватања неутрона у бору-10 је Шаблон:SimpleNuclide и једна алфа честица.

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 Шаблон:Convert трицијума, који је доступан корисницима.

Попречни пресек деутеријумске апсорпције термалних неутрона је око 0,52 милибарна, док је за кисеоник-16 (Шаблон:Nuclide) око 0,19 милибарна, а за кисеоник-17 (Шаблон:Nuclide) 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. 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.

Фукушима Даичи

У јуну 2016. године Оперативна група за триционирану воду је објавила извештај 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 -{m}-³ 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.”

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.

${}^{\mathrm{3}}{}_{\mathrm{2}}\mathrm{H}\mathrm{e}+\mathrm{n}\to {}^{\mathrm{1}}{}_{\mathrm{1}}\mathrm{H}+{}^{\mathrm{3}}{}_{\mathrm{1}}\mathrm{T}$

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. 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. Вилард Либи је утврдио да трицијум може да се користи за радиометричко датирање воде и вина.

Види још

• Протијум
• Деутеријум
• Водоник

Литература

• Шаблон:Cite book

• Шаблон:Cite book

Спољашње везе

• -{Annotated bibliography for tritium from the Alsos Digital Library}-
• -{NLM Hazardous Substances Databank – Tritium, Radioactive}-
• -{Nuclear Data Evaluation Lab}-
• -{Tritium on Ice: The Dangerous New Alliance of Nuclear Weapons and Nuclear Power by Kenneth D. Bergeron}-
• -{Tritium production and recovery in the United States in FY2011}-
• -{Tritium removal mass transfer coefficient}-