Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Для использования в других целях, см Тритий (значения) .
«3H» перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см 3H (значения) .
Тритий,  3 H
Водород-3.png
Общий
Символ3 ч
Именатритий, H-3, водород-3, T, 3 T
Протоны1
Нейтронов2
Данные о нуклидах
Природное изобилие10 −18 в водороде [1]
Период полураспада12.32 года
Продукты распада3 Он
Изотопная масса3,0160492 ед.
Вращение1 / 2
Избыточная энергия14 949,794 ± 0,001 кэВ
Связующая энергия8 481,821 ± 0,004 кэВ
Режимы распада
Режим распадаЭнергия распада ( МэВ )
Бета-эмиссия0,018590
Изотопы водорода
Полная таблица нуклидов

Тритий ( / т г ɪ т я ə м / или / т г ɪ ʃ я ə м / ) или водород-3 (символ Т или 3 Н ) является редким и радиоактивным изотопом водорода . Ядро трития (иногда называемый тритона ) содержит один протон и два нейтрона , в то время как ядро общего изотопа водорода-1 ( протия) содержит только один протон, а водород-2 ( дейтерий ) содержит один протон и один нейтрон.

Встречающийся в природе тритий крайне редко встречается на Земле. В атмосфере есть только следовые количества, образованные при взаимодействии ее газов с космическими лучами . Его можно получить, облучая металлический литий или литийсодержащие керамические гальки в ядерном реакторе .

Тритий используется в качестве источника энергии в радиолюминесцентных лампах для часов, многочисленных инструментов и инструментов и даже в таких новинках, как самосветящиеся брелки для ключей. Он используется в медицинских и научных целях как радиоактивный индикатор . Тритий также используется в качестве ядерного топлива для термоядерного синтеза, наряду с большим количеством дейтерия , в реакторах токамаков и в водородных бомбах .

Название этого изотопа происходит от греческого τρίτος ( тритос ), что означает «третий».

История [ править ]

Тритий был впервые обнаружен в 1934 году Эрнестом Резерфордом , Марком Олифантом и Полом Хартеком после бомбардировки дейтерия дейтронами (протоном и нейтроном, составляющими ядро ​​дейтерия). Дейтерий - еще один изотоп водорода. [2] [3] Однако в их эксперименте не удалось выделить тритий, что позже было выполнено Луисом Альваресом и Робертом Корногом , которые также осознали радиоактивность трития. [4] [5] Уиллард Ф. Либби признал, что тритий можно использовать для радиометрического датирования воды и вина . [6]

Распад [ править ]

Хотя тритий имеет несколько различных экспериментально определенных значений периода полураспада , Национальный институт стандартов и технологий перечисляет 4500 ± 8 дней ( 12,32 ± 0,02 года ). [7] Он распадается на гелий-3 в результате бета-распада, как в этом ядерном уравнении:

3
1ЧАС
 		→ 3 2Он1+ + е- + νе

при этом выделяется 18,6  кэВ энергии. Электроны «S кинетическая энергия изменяется, при среднем 5,7 к, в то время как остальная энергия уносятся почти незаметное электронное антинейтрино . Бета-частицы из трития могут проникать только около 6,0 мм воздуха, и они неспособны пройти через самый верхний мертвый слой кожи человека. [8] Необычно низкая энергия, выделяемая при бета-распаде трития, делает этот распад (наряду с распадом рения-187 ) подходящим для измерения абсолютной массы нейтрино в лаборатории (последний эксперимент - KATRIN ).

Низкая энергия излучения трития затрудняет обнаружение меченых тритием соединений, за исключением использования жидкостного сцинтилляционного счета .

Производство [ править ]

Литий [ править ]

Тритий чаще всего производится в ядерных реакторах путем нейтронной активации из лития-6 . Высвобождение и диффузия трития и гелия, образующихся при делении лития, может происходить внутри керамики, называемой керамикой-размножителем . Производство трития из лития-6 в такой керамике-размножителе возможно с нейтронами любой энергии и представляет собой экзотермическую реакцию, дающую 4,8 МэВ. Для сравнения, синтез дейтерия с тритием выделяет около 17,6 МэВ энергии. Для применения в предлагаемых термоядерных реакторах, таких как ИТЭР , используются гальки, состоящие из литийсодержащей керамики, включая Li 2 TiO.3 и Li 4 SiO 4 разрабатываются для воспроизводства трития в гелиевом слое, охлаждаемом гелием, также известном как бланкет размножителя. [9]

6 3Ли + п → 4 2Он ( 2,05  МэВ ) + 3
1Т
 		( 2,75  МэВ )

Нейтроны высоких энергий могут также производить тритий из лития-7 в эндотермической (чистое потребление тепла) реакции, потребляя 2,466 МэВ. Это было обнаружено, когда ядерное испытание Castle Bravo в 1954 году дало неожиданно высокий результат. [10]

7 3Ли + п → 4 2Он + 3
1Т
 		+ п

Бор [ править ]

Нейтроны высоких энергий, облучающие бор-10 , также иногда производят тритий: [11]

10 5B + п → 2 4 2Он + 3
1Т

Более частым результатом захвата нейтронов бором-10 является 7
Ли
и одна альфа-частица . [12]

Дейтерий [ править ]

Смотрите также: тяжелая вода § Производство трития

Тритий также производится в реакторах с тяжелым водным замедлителем, когда ядро дейтерия захватывает нейтрон. Эта реакция имеет довольно малое сечение поглощения , что делает тяжелую воду хорошим замедлителем нейтронов , а трития образуется относительно мало. Даже в этом случае очистка трития от замедлителя может быть желательной через несколько лет, чтобы снизить риск его утечки в окружающую среду. «Установка по удалению трития» компании Ontario Power Generation перерабатывает до 2500 тонн (2500 длинных тонн; 2800 коротких тонн) тяжелой воды в год и выделяет около 2,5 кг (5,5 фунтов) трития, делая его доступным для других целей. . [13]

Сечение поглощения дейтерия тепловых нейтронов составляет около 0,52 миллибарн , тогда как у кислорода-16 (16
8О
) составляет около 0,19 миллибарна, а кислорода-17 (17
8О
) составляет около 240 миллибарн.

Деление [ править ]

Тритий является редким продуктом деления ядер из урана-235 , плутоний-239 и уран-233 , с производством около одного атома на 10000 делений. [14] [15] Выброс или извлечение трития необходимо учитывать при эксплуатации ядерных реакторов , особенно при переработке ядерного топлива и хранении отработавшего ядерного топлива . Производство трития - это не цель, а побочный эффект. Некоторые атомные электростанции сбрасывают его в небольших количествах в атмосферу. [16]

Фукусима-дайити [ править ]

Основная статья: ликвидация последствий катастрофы на Фукусиме

В июне 2016 года Целевая группа по тритиевой воде выпустила отчет [17] о состоянии трития в тритиевой воде на АЭС «Фукусима-дайити» в рамках рассмотрения вариантов окончательной утилизации хранящейся загрязненной охлаждающей воды. Это показало, что запасы трития на объекте в марте 2016 г. составили 760  ТБк (что эквивалентно 2,1 г трития или 14 мл тритиевой воды) в общей сложности 860 000 м 3 хранимой воды. В этом отчете также указывается на снижение концентрации трития в воде, извлекаемой из зданий и т. Д. Для хранения, что в десять раз снизилось за рассматриваемые пять лет (2011–2016 гг.), С 3,3 МБк / л до 0,3 МБк / л (после корректировки). для 5% годового распада трития).

Согласно отчету группы экспертов, рассматривающей наилучший подход к решению этой проблемы, « тритий можно выделить теоретически, но нет практической технологии разделения в промышленных масштабах. Соответственно, контролируемый выброс в окружающую среду считается лучшим способом. для обработки воды с низким содержанием трития » [18].

Гелий-3 [ править ]

Продукт распада трития, гелий-3, имеет очень большое поперечное сечение (5330 барн) для реакции с тепловыми нейтронами , вытесняя протон, поэтому он быстро превращается обратно в тритий в ядерных реакторах . [19]

3 2Он + п → 1 1ЧАС + 3
1Т

Космические лучи [ править ]

Тритий возникает естественным образом из-за взаимодействия космических лучей с атмосферными газами. В наиболее важной для естественного образования реакции быстрый нейтрон (который должен иметь энергию более 4,0  МэВ [20] ) взаимодействует с атмосферным азотом :

14 7N + п → 12 6C + 3
1Т

Во всем мире производство трития из природных источников составляет 148  петабеккерелей в год. Глобальный равновесный запас трития, созданный из природных источников, остается примерно постоянным и составляет 2 590 петабеккерелей. Это связано с фиксированной производительностью и потерями, пропорциональными запасам. [21]

История производства [ править ]

Согласно отчету 1996 года из Института энергетических и экологических исследований на Департамент энергетики США , всего 225 кг (496 фунтов) трития были произведены в Соединенных Штатах с 1955 по 1996 год [а] Поскольку постоянно распадается на гелием 3, на момент составления отчета общее оставшееся количество составляло около 75 кг (165 фунтов). [22] [10]

Тритий для американского ядерного оружия производился в специальных тяжеловодных реакторах на Саванна-Ривер до их закрытия в 1988 году. С Договором о сокращении стратегических наступательных вооружений (СНВ) после окончания холодной войны существующих запасов было достаточно для новых, меньших размеров. количество ядерного оружия в течение некоторого времени.

Производство трития было возобновлено облучением стержней, содержащих литий (заменой обычных регулирующих стержней, содержащих бор , кадмий или гафний ), на реакторах промышленной АЭС Уоттс Бар с 2003 по 2005 год с последующим извлечением трития из стержней. на новой установке по извлечению трития на участке Саванна-Ривер, начиная с ноября 2006 года. [23] [24] Утечка трития из стержней во время работы реактора ограничивает количество, которое может быть использовано в любом реакторе без превышения максимально допустимых уровней трития в теплоносителе. . [25]

Свойства [ править ]

Тритий имеет атомную массу 3,0160492  ед . Двухатомный тритий (
Т
2 или3
ЧАС
2 ) представляет собой газ при стандартной температуре и давлении . В сочетании с кислородом образует жидкость, называемую тритиевой водой (
Т
2О).

Тритий в удельная активность составляет 9,650 кюри на грамм (3,57 × 10 14  Бк / г). [26]

Тритий занимает видное место в исследованиях ядерного синтеза из-за его благоприятного поперечного сечения реакции и большого количества энергии (17,6 МэВ), вырабатываемой при его реакции с дейтерием:

3
1Т
 		+ 2 1D → 4 2Он + п

Все атомные ядра содержат протоны как свои единственные электрически заряженные частицы. Поэтому они отталкивают друг друга, потому что отталкиваются одинаковые заряды. Однако, если атомы имеют достаточно высокую температуру и давление (например, в ядре Солнца), то их случайные движения могут преодолеть такое электрическое отталкивание (называемое кулоновской силой ), и они могут подойти достаточно близко для сильного ядерного отталкивания. сила вступила в силу, превратив их в более тяжелые атомы.

Ядро трития, содержащее один протон и два нейтрона [14], имеет тот же заряд, что и ядро ​​обычного водорода, и испытывает такую ​​же силу электростатического отталкивания, когда приближается к другому ядру атома. Однако нейтроны в ядре трития увеличивают сильную ядерную силу притяжения, когда подносятся достаточно близко к другому ядру атома. В результате тритий легче соединяется с другими легкими атомами, чем обычный водород.

То же самое, хотя и в меньшей степени, касается дейтерия. Вот почему коричневые карлики (так называемые «неудавшиеся» звезды ) не могут использовать обычный водород, но они объединяют небольшую часть ядер дейтерия.

Радиолюминесцентные тритиевые пузырьки 1,8 кюри (67  ГБк ) 6 на 0,2 дюйма (152,4 мм × 5,1 мм) представляют собой тонкие стеклянные пузырьки, заполненные газом тритием, внутренние поверхности которых покрыты люминофором . Показанный здесь флакон совершенно новый.

Как и другие изотопы водорода , тритий трудно удержать. Резина, пластик и некоторые виды стали в некоторой степени проницаемы. Это вызвало опасения по поводу того, что, если тритий использовался в больших количествах, в частности для термоядерных реакторов , он может способствовать радиоактивному загрязнению , хотя его короткий период полураспада должен предотвратить значительное долгосрочное накопление в атмосфере.

Высокие уровни испытаний ядерного оружия в атмосфере, которые имели место до вступления в силу Договора о частичном запрещении испытаний, оказались неожиданно полезными для океанографов. Высокие уровни оксида трития, внесенного в верхние слои океанов, с тех пор использовались для измерения скорости смешения верхних слоев океанов с их нижними уровнями.

Риски для здоровья [ править ]

Тритий - изотоп водорода, который позволяет ему легко связываться с гидроксильными радикалами , образуя меченную тритием воду ( H T O ), и с атомами углерода. Поскольку тритий является бета-излучателем с низкой энергией , он не опасен снаружи (его бета-частицы не могут проникнуть через кожу) [21], но он может представлять радиационную опасность при вдыхании, попадании в организм с пищей или водой или при всасывании через кожу. . [27] [28] [29] [30] HTO имеет короткий биологический период полураспада в организме человека от 7 до 14 дней, что снижает общие эффекты однократного приема внутрь и предотвращает длительную биоаккумуляцию.HTO из окружающей среды. [29] [31] Биологический период полураспада тритиевой воды в организме человека, который является мерой оборота воды в организме, меняется в зависимости от сезона. Исследования биологического периода полураспада свободного трития в воде у рабочих, занимающихся профессиональной радиацией, в прибрежном районе Карнатаки, Индия, показывают, что биологический период полураспада в зимний период вдвое больше, чем в летний. [31]

Загрязнение окружающей среды [ править ]

Тритий просочился с 48 из 65 ядерных объектов США. В одном случае протекающая вода содержала 7,5 микрокюри (280 кБк) трития на литр, что в 375 раз превышает предел EPA для питьевой воды. [32]

Комиссия по ядерному регулированию США заявляет, что при нормальной работе в 2003 г. 56 реакторов с водой под давлением высвободили 40 600 кюри (1,50 ПБк) трития (максимум: 2080 Ки; минимум: 0,1 Ки; средний: 725 Ки), а 24 реактора с кипящей водой высвободили 665 кюри. (24,6 ТБк) (максимум: 174 Ки; минимум: 0 Ки; в среднем: 27,7 Ки) в жидких сточных водах. [33]

По данным Агентства по охране окружающей среды США , недавно было обнаружено, что самосветящиеся знаки выхода, неправильно размещенные на муниципальных свалках, загрязняют водные пути. [34]

Нормативные ограничения [ править ]

Законодательные пределы содержания трития в питьевой воде варьируются от страны к стране. Некоторые цифры приведены ниже:

Нормы содержания трития в питьевой воде по странам [35]
СтранаПредел трития
(Бк / л)
Австралия76 103
Япония60 000
Финляндия100
Всемирная организация здоровья10 000
Швейцария10 000
Россия7 700
Канада (Онтарио)7 000
Соединенные Штаты740

Американский предел рассчитан для получения дозы 4,0  миллибэр (или 40  микрозивертов в единицах СИ ) в год. [29] Это около 1,3% естественного радиационного фона (примерно 3000 мкЗв).

Используйте [ редактировать ]

Автономное освещение [ править ]

Швейцарские военные часы с освещенным тритием циферблатом
Основная статья: Радиолюминесценция трития

Бета-частицы, испускаемые при радиоактивном распаде небольшого количества трития, вызывают свечение химических веществ, называемых люминофором .

Эта радиолюминесценция используется в осветительных устройствах с автономным питанием, называемых беталайтами , которые используются для ночного освещения прицелов огнестрельного оружия, часов, знаков выхода , фонарей для карт, навигационных компасов (таких как нынешние военные компасы США M-1950 ), ножей и множество других устройств. [b] По состоянию на 2000 год коммерческий спрос на тритий составлял 400 граммов в год [10], а стоимость составляла приблизительно 30 000 долларов США за грамм. [36]

Ядерное оружие [ править ]

Тритий - важный компонент ядерного оружия. Он используется для повышения эффективности и мощности ядерных бомб и стадий деления водородных бомб в процессе, известном как « ускорение », а также во внешних нейтронных инициаторах для такого оружия.

Нейтронный инициатор [ править ]

Это устройства, встроенные в ядерное оружие, которые создают импульс нейтронов, когда бомба взрывается, чтобы инициировать реакцию деления в делящейся активной зоне (яме) бомбы после того, как она сжимается до критической массы с помощью взрывчатых веществ. Приводимый в действие сверхбыстрым переключателем, таким как критрон , небольшой ускоритель частиц доводит ионы трития и дейтерия до энергии выше 15  кэВ или около того, необходимых для синтеза дейтерия и трития, и направляет их в металлическую мишень, где тритий и дейтерий адсорбируются в виде гидридов . Термоядерные нейтроны высоких энергийот полученного слияния излучают во всех направлениях. Некоторые из них поражают ядра плутония или урана в яме первичной обмотки, инициируя ядерную цепную реакцию . Количество произведенных нейтронов велико в абсолютных числах, что позволяет яме быстро достичь нейтронных уровней, которые в противном случае потребовали бы гораздо большего количества поколений цепной реакции, хотя все еще небольшого по сравнению с общим количеством ядер в яме.

Повышение [ править ]

Основная статья: Оружие ускоренного деления

Перед детонацией несколько граммов тритий-дейтериевого газа вводятся в полую « яму » делящегося плутония или урана. На ранних стадиях цепной реакции деления выделяется достаточно тепла и сжатия, чтобы начать синтез дейтерия и трития, затем и деление, и синтез протекают параллельно, деление способствует синтезу, продолжая нагрев и сжатие, а синтез помогает делению с высокоэнергетическим ( 14,1  МэВ) нейтронов. По мере того, как топливо для деления истощается и также взрывается наружу, оно падает ниже плотности, необходимой для того, чтобы само по себе оставаться критическим, но нейтроны ядерного синтеза заставляют процесс деления прогрессировать быстрее и продолжаться дольше, чем это было бы без ускорения. Повышение выхода происходит в основном за счет увеличения деления. Энергия, выделяемая самим термоядерным синтезом, намного меньше, потому что количество термоядерного топлива намного меньше. Эффекты повышения включают:

  • повышенный выход (для того же количества топлива деления, по сравнению с детонацией без наддува)
  • возможность переменного выхода за счет изменения количества термоядерного топлива
  • позволяя бомбе потреблять меньшее количество очень дорогого расщепляющегося материала, а также исключая риск преддетонации близлежащими ядерными взрывами
  • не такие строгие требования к установке имплозии, позволяющие использовать меньшее и более легкое количество взрывчатых веществ

Тритий в боеголовке постоянно подвергается радиоактивному распаду, поэтому становится недоступным для синтеза. Кроме того, продукт его распада , гелий-3, поглощает нейтроны, если подвергается воздействию нейтронов, испускаемых ядерным делением. Это потенциально компенсирует или обращает намеченный эффект трития, который должен был генерировать много свободных нейтронов, если при распаде трития накопилось слишком много гелия-3. Поэтому необходимо периодически пополнять запасы трития в бомбардировщиках. Ориентировочно необходимое количество составляет 4 грамма на боеголовку. [10] Для поддержания постоянного уровня трития в бомбу необходимо подавать около 0,20 грамма на боеголовку в год.

Один моль дейтерий-тритиевого газа будет содержать около 3,0 грамма трития и 2,0 грамма дейтерия. Для сравнения: 20 молей плутония в ядерной бомбе составляют около 4,5 кг плутония-239 .

Тритий во вторичных компонентах водородной бомбы [ править ]

Смотрите также: Дизайн ядерного оружия

Поскольку тритий подвергается радиоактивному распаду, и его также трудно удержать физически, гораздо больший вторичный заряд тяжелых изотопов водорода, необходимый в настоящей водородной бомбе, использует твердый дейтерид лития в качестве источника дейтерия и трития, производя тритий in situ во время вторичного воспламенения.

Во время детонации первичной ступени бомбы деления в термоядерном оружии (ступень Теллера-Уллама ) свеча зажигания , цилиндр из 235 U / 239 Pu в центре ступени (ов) синтеза, начинает деление в цепной реакции, от избыточных нейтронов, направляемых из первичной обмотки. Нейтроны, высвобождающиеся при делении свечи зажигания, расщепляют литий-6 на тритий и гелий-4, а литий-7 расщепляется на гелий-4, тритий и один нейтрон. По мере того, как происходят эти реакции, стадия синтеза сжимается фотонами первичной обмотки и делением 238 U или 238 U / 235.U-оболочка, окружающая стадию слияния Следовательно, на стадии термоядерного синтеза при взрыве устройства образуется собственный тритий. При очень высокой температуре и давлении взрыва часть трития затем превращается в синтез с дейтерием, и эта реакция высвобождает еще больше нейтронов.

Поскольку этот процесс синтеза требует чрезвычайно высокой температуры для воспламенения, и он производит все меньше и менее энергичных нейтронов (только деление, синтез дейтерия и трития и 7
3Ли
расщепление являются чистыми производителями нейтронов), дейтерид лития не используется в форсированных бомбах, а скорее используется в многоступенчатых водородных бомбах.

Управляемый ядерный синтез [ править ]

Тритий является важным топливом для управляемого ядерного синтеза в конструкциях термоядерных реакторов как с магнитным, так и с инерционным удержанием . Экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР и Национальный центр зажигания (NIF) будут использовать дейтерий-тритиевое топливо. Реакция дейтерия и трития является благоприятной, поскольку она имеет наибольшее сечение термоядерного синтеза (около 5,0  барн ) и достигает этого максимального сечения при самой низкой энергии (около 65  кэВ в центре масс) любого потенциального термоядерного топлива.

Испытания системы Ассамблея тритий (TSTA) был объект в Национальной лаборатории в Лос - Аламосе , посвященный разработке и демонстрации технологий , необходимых для сплавления соответствующих обработки дейтерий-тритий.

Аналитическая химия [ править ]

Иногда в качестве радиоактивной метки используется тритий . Его преимущество состоит в том, что почти все органические химические вещества содержат водород, что позволяет легко найти место для размещения трития в исследуемой молекуле. Его недостаток состоит в том, что он дает сравнительно слабый сигнал.

Источник электроэнергии [ править ]

Тритий можно использовать в бетавольтаическом устройстве для создания атомной батареи для выработки электроэнергии .

Использовать в качестве океанического транзитного индикатора [ править ]

Помимо хлорфторуглеродов , тритий может действовать как временный индикатор и может «очерчивать» биологические, химические и физические пути в мировом океане из-за своего эволюционирующего распределения. [37] Таким образом, тритий использовался в качестве инструмента для изучения циркуляции и вентиляции океана и для таких целей обычно измеряется в единицах трития, где 1 TU определяется как отношение 1 атома трития к 10 18 атомам водорода, [37] примерно равно 0,118 Бк / л. [38] Как отмечалось ранее, испытания ядерного оружия, в первую очередь в высокоширотных регионах Северного полушария, в конце 1950-х и начале 1960-х годов привели к попаданию в атмосферу большого количества трития, особенностратосфера . До этих ядерных испытаний на поверхности Земли было всего от 3 до 4 килограммов трития; но за послетестовый период эти суммы выросли на 2–3 порядка. [37] Некоторые источники сообщают, что естественные фоновые уровни были превышены примерно на 1000 ТЕ в 1963 и 1964 годах, и изотоп используется в северном полушарии для оценки возраста подземных вод и построения гидрогеологических имитационных моделей. [39] Согласно недавним научным источникам, уровни в атмосфере на пике испытаний оружия приближались к 1000 ТЕ, а уровни дождевой воды до выпадения составляли от 5 до 10 ТЕ. [40] В 1963 году на острове Валентия, Ирландия, выпало 2000 ТЕ осадков. [41]

Северный Атлантический океан [ править ]

Находясь в стратосфере (период после испытаний), тритий взаимодействовал с молекулами воды и окислялся до них и присутствовал в большей части быстро производимых дождевых осадков, что сделало тритий прогностическим инструментом для изучения эволюции и структуры гидрологического цикла, а также вентиляция и образование водных масс в северной части Атлантического океана. [37]

Данные о бомбах трития использовались из программы Transient Tracers in the Ocean (TTO), чтобы количественно оценить скорость пополнения и опрокидывания для глубоководных районов Северной Атлантики. [42]

Бомба-тритий также попадает в глубокий океан вокруг Антарктики. [43] Большая часть содержащейся в бомбе тритиевой воды (HTO) в атмосфере может попасть в океан в результате следующих процессов:

(а) осадки
(б) парообмен
(в) речной сток

Эти процессы делают HTO отличным индикатором для временных шкал до нескольких десятилетий. [42]

Используя данные этих процессов за 1981 год, изоповерхность 1 TU находится на глубине от 500 до 1000 метров в субтропических регионах, а затем простирается на 1500–2000 метров к югу от Гольфстрима из-за рециркуляции и вентиляции в верхней части Атлантического океана. . [37] К северу изоповерхность углубляется и достигает дна абиссальной равнины, что напрямую связано с вентиляцией дна океана в течение 10–20 лет. [37]

В Атлантическом океане также очевиден профиль трития у Бермудских островов в период с конца 1960-х до конца 1980-х годов. Максимум трития распространяется вниз от поверхности (1960-е годы) до 400 метров (1980-е годы), что соответствует скорости углубления примерно 18 метров в год. [37] Также наблюдается рост содержания трития на глубине 1500 метров в конце 1970-х и на 2500 метров в середине 1980-х годов, оба из которых соответствуют похолоданиям на глубокой воде и связанной с ними глубоководной вентиляции. [37]

Из исследования 1991 года профиль трития был использован в качестве инструмента для изучения перемешивания и распространения вновь образовавшейся глубоководной воды в Северной Атлантике (НАДВ), что соответствует увеличению содержания трития до 4 ТЕ. [42] Этот NADW имеет тенденцию перетекать через пороги, которые отделяют Норвежское море от Северной Атлантики, а затем течет на запад и к экватору глубокими пограничными течениями. Этот процесс был объяснен крупномасштабным распределением трития в глубине Северной Атлантики в период с 1981 по 1983 год. [42] Субполярный круговорот имеет тенденцию освежаться (вентилироваться) NADW и напрямую связан с высокими значениями трития (> 1,5 ТУ). Также было очевидно уменьшение трития в глубоком западном пограничном токе в 10 раз по сравнению сОт моря Лабрадора до тропиков , что указывает на потерю воды в глубинах океана из-за турбулентного перемешивания и рециркуляции. [42]

Тихий и Индийский океаны [ править ]

В исследовании 1998 года пробы концентрации трития в морской воде и атмосферном водяном паре (на высоте 10 метров над поверхностью) были отобраны в следующих местах: море Сулу , залив Фримантл , Бенгальский залив , залив Пенанг и Малаккский пролив. . [44] Результаты показали, что концентрация трития в поверхностной морской воде была самой высокой в ​​заливе Фримантл (приблизительно 0,40 Бк / литр), что может быть признано смешанным стоком пресной воды с близлежащих земель из-за больших количеств, обнаруженных в прибрежных водах. [44] Как правило, более низкие концентрации были обнаружены между 35 и 45 градусами южной широты.широта и около экватора . Результаты также показали, что (в целом) количество трития уменьшилось с годами (до 1997 г.) из-за физического распада бомбового трития в Индийском океане . Что касается водяного пара, то концентрация трития была примерно на порядок выше, чем концентрация в морской воде на поверхности (от 0,46 до 1,15 Бк / литр). [44] Таким образом, на тритий в водяном паре не влияет концентрация морской воды на поверхности; таким образом, был сделан вывод, что высокие концентрации трития в паре являются прямым следствием нисходящего движения природного трития из стратосферы в тропосферу (следовательно, океанский воздух показал зависимость от изменения широты). [44]

В северной части Тихого океана тритий (введенный как бомбовый тритий в северном полушарии) распространился в трех измерениях. Подповерхностные максимумы наблюдались в средних и низких широтах, что свидетельствует о латеральном перемешивании (адвекции) и диффузионных процессах по линиям постоянной потенциальной плотности ( изопикналам ) в верхних слоях океана. [45] Некоторые из этих максимумов даже хорошо коррелируют с экстремумами солености . [45] Чтобы получить структуру океанской циркуляции, концентрации трития были нанесены на карту на трех поверхностях с постоянной плотностью потенциала (23,90, 26,02 и 26,81). [45]Результаты показали, что тритий был хорошо перемешан (от 6 до 7 TU) на изопикнале 26,81 в субарктическом циклоническом круговороте, и, по-видимому, происходил медленный обмен трития (по сравнению с более мелкими изопикналами) между этим круговоротом и антициклоническим круговоротом в юг; кроме того, тритий на поверхностях 23.90 и 26.02, по-видимому, медленнее обменивался между центральным круговоротом северной части Тихого океана и экваториальными областями. [45]

Глубину проникновения бомбового трития можно разделить на 3 отдельных слоя:

Слой 1
Слой 1 является самым мелким слоем и включает в себя самый глубокий вентилируемый слой зимой; он получил тритий в результате радиоактивных осадков и потерял часть из-за адвекции и / или вертикальной диффузии и содержит примерно 28% от общего количества трития. [45]
Слой 2
Слой 2 находится ниже первого слоя, но выше изопикны 26,81 и больше не является частью смешанного слоя. Его 2 источника - это диффузия вниз от смешанного слоя и боковые расширения, выходящие на поверхность (к полюсу); он содержит около 58% всего трития. [45]
Слой 3
Слой 3 представляет воды, которые глубже изопикны обнажения и могут получать тритий только за счет вертикальной диффузии; он содержит оставшиеся 14% всего трития. [45]

Система реки Миссисипи [ править ]

Воздействие ядерных осадков [ non sequitur ] ощущалось в Соединенных Штатах по всей системе реки Миссисипи . Концентрации трития можно использовать для понимания времени пребывания в континентальных гидрологических системах (в отличие от обычных океанических гидрологических систем), которые включают поверхностные воды, такие как озера, ручьи и реки. [46] Изучение этих систем также может предоставить обществам и муниципалитетам информацию для сельскохозяйственных целей и общего качества речной воды.

В исследовании 2004 года, несколько рек были приняты во внимание при рассмотрении концентраций трития (начиная с 1960 - х годов) на всей территории бассейна реки Миссисипи: реки Огайо (самый большой вклад в поток реки Миссисипи), реки Миссури и реки Арканзас . [46] Наибольшие концентрации трития были обнаружены в 1963 году во всех местах отбора проб по всем этим рекам и хорошо коррелируют с пиковыми концентрациями в осадках из-за испытаний ядерной бомбы в 1962 году. В целом самые высокие концентрации наблюдались в реке Миссури (1963) и были более 1200 ТЕ, а самые низкие концентрации были обнаружены в реке Арканзас (никогда не превышали 850 ТЕ и менее 10 ТЕ в середине 1980-х годов). [46]

Используя данные по тритию в реках, можно выделить несколько процессов: прямой сток и отток воды из подземных водоемов. [46] Используя эти процессы, становится возможным моделировать реакцию речных бассейнов на временный индикатор трития. Двумя наиболее распространенными моделями являются следующие:

Поршневой подход
сигнал трития появляется сразу; и
Подход с использованием хорошо перемешанного коллектора
концентрация на выходе зависит от времени пребывания воды в бассейне [46]

К сожалению, обе модели не воспроизводят тритий в речных водах; Таким образом, была разработана двухчленная модель смешения, состоящая из двух компонентов: компонента быстрого потока (недавние осадки - «поршневые») и компонента, при котором воды находятся в бассейне более 1 года («хорошо перемешанный резервуар». ). [46] Таким образом, концентрация трития в бассейне становится функцией времени пребывания в бассейне, стоков (радиоактивный распад) или источников трития, а также входной функции.

Для реки Огайо данные по тритию показали, что около 40% стока составляли осадки со временем пребывания менее 1 года (в бассейне Огайо), а более старые воды имели время пребывания около 10 лет. [46] Таким образом, короткое время пребывания (менее 1 года) соответствовало компоненту «быстрого потока» двухчленной модели смешения. Что касается реки Миссури, результаты показали, что время пребывания составляло приблизительно 4 года с составляющей быстрого стока около 10% (эти результаты связаны с рядом дамб в районе реки Миссури). [46]

Что касается массового потока трития через главный ствол реки Миссисипи в Мексиканский залив , данные показали, что примерно 780 граммов трития вытекло из реки в Персидский залив в период с 1961 по 1997 год [46], в среднем 7,7 ПБк / год. А текущие потоки через реку Миссисипи составляют от 1 до 2 граммов в год, в отличие от потоков до периода до бомбардировки примерно 0,4 грамма в год. [46]

См. Также [ править ]

  • Гипертритон
  • Люминокс
  • Список элементов, испытывающих нехватку

Сноски [ править ]

  1. ^ Общее производство трития в США с 1955 года составило примерно 225 килограммов, из которых примерно 150 килограммов разложились до гелия-3, в результате чего текущий запас трития составляет примерно 75 килограммов. - Зерриффи и Сковилл (1996) [22]
  2. ^ В этом приложениитритий заменил радиолюминесцентную краску, содержащую радий . Воздействие радия вызывает рак костей , и его случайное использование запрещено в большинстве стран на протяжении десятилетий.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Тритий» . britannica.com . Британская энциклопедия.
  2. ^ Олифант, ML ; Harteck, P .; Резерфорд, Л. (1934). «Эффекты трансмутации, наблюдаемые с тяжелым водородом» . Природа . 133 (3359): 413. Bibcode : 1934Natur.133..413O . DOI : 10.1038 / 133413a0 .
  3. ^ Олифант, MLE ; Harteck, P .; Резерфорд, Л. (1934). «Эффекты трансмутации, наблюдаемые с тяжелым водородом» . Труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 144 (853): 692. Bibcode : 1934RSPSA.144..692O . DOI : 10.1098 / RSPA.1934.0077 .
  4. ^ Альварес, Луис ; Корног, Роберт (1939). «Гелий и водород массы 3». Физический обзор . 56 (6): 613. Полномочный код : 1939PhRv ... 56..613A . DOI : 10.1103 / PhysRev.56.613 .
  5. ^ Альварес, Луис В .; Троуэр, В. Питер (1987). Открытие Альвареса: Избранные работы Луиса В. Альвареса с комментариями его учеников и коллег . Издательство Чикагского университета. стр.  26 -30. ISBN 978-0-226-81304-2.
  6. ^ Кауфман, Шелдон; Либби, В. (1954). «Естественное распределение трития». Физический обзор . 93 (6): 1337. Bibcode : 1954PhRv ... 93.1337K . DOI : 10.1103 / PhysRev.93.1337 .
  7. ^ Лукас, LL & Unterweger, MP (2000). «Всесторонний обзор и критическая оценка периода полураспада трития» . Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 105 (4): 541–549. DOI : 10,6028 / jres.105.043 . PMC 4877155 . PMID 27551621 .  
  8. ^ Водород-3 (PDF) . ehso.emory.edu (Отчет). Паспорт безопасности нуклидов. Архивировано из оригинального (PDF) 20 мая 2013 года.
  9. ^ Ханаор, Дориан AH; Колб, Матиас Х.Х .; Гань, Исян; Камлах, Марк; Вязальщица, Регина (2015). «Синтез смешанных фаз в системе Li 2 TiO 3 –Li 4 SiO 4 на основе растворов ». Журнал ядерных материалов . 456 : 151–161. arXiv : 1410,7128 . Bibcode : 2015JNuM..456..151H . DOI : 10.1016 / j.jnucmat.2014.09.028 .
  10. ^ a b c d Зерриффи, Хишам (январь 1996 г.). Тритий: экологические, медицинские, бюджетные и стратегические последствия решения Министерства энергетики о производстве трития (Отчет). Институт энергетики и экологических исследований . Проверено 15 сентября 2010 года .
  11. ^ Джонс, Грег (2008). «Проблемы трития в промышленных реакторах с водой под давлением». Наука и технология термоядерного синтеза . 54 (2): 329–332. DOI : 10.13182 / FST08-A1824 .
  12. ^ Sublette, Кэри (17 мая 2006). «Часто задаваемые вопросы по ядерному оружию. Раздел 12.0. Полезные таблицы» . Архив ядерного оружия . Проверено 19 сентября 2010 года .
  13. ^ Уитлок, Джереми. «Раздел D: Безопасность и ответственность - Как Ontario Power Generation управляет производством трития в модераторах CANDU?» . Канадский ядерный FAQ . Проверено 19 сентября 2010 года .
  14. ^ a b «Тритий (водород-3) - информационный бюллетень о здоровье человека» (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория . Август 2005. Архивировано из оригинального (PDF) 8 февраля 2010 года . Проверено 19 сентября 2010 года .
  15. ^ Serot, O .; Wagemans, C .; Хейз, Дж. (2005). Новые результаты по получению газообразного гелия и трития в результате тройного деления . Международная конференция по ядерным данным для науки и технологий. Материалы конференции AIP. 769 . Американский институт физики . С. 857–860. Bibcode : 2005AIPC..769..857S . DOI : 10.1063 / 1.1945141 .
  16. ^ Сбросы сточных вод с атомных электростанций и объектов топливного цикла . Национальная академия прессы (США). 29 марта 2012 г.
  17. ^ Отчет целевой группы по тритиевой воде (PDF) . www.meti.go.jp/english (Отчет). Токио, Япония: Министерство экономики, торговли и промышленности.
  18. ^ "JP Gov" Никаких радикальных технологий для удаления трития не было найдено в международных знаниях " " . Дневник Фукусимы . Декабрь 2013.
  19. ^ "Пропорциональные счетчики нейтронов гелия-3" (PDF) . mit.edu . Кембридж, Массачусетс: Массачусетский технологический институт. Архивировано из оригинального (PDF) 21 ноября 2004 года.
  20. Перейти ↑ Young, PG & Foster, DG, Jr. (сентябрь 1972 г.). «Оценка сечений образования нейтронов и гамма-лучей для азота» (PDF) . Лос-Аламос, Нью-Мексико : Научная лаборатория Лос-Аламоса . Проверено 19 сентября 2010 года .
  21. ^ a b «Раздел информации о тритии» . Физический факультет. Сеть радиационной информации. Государственный университет Айдахо. Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года.
  22. ^ а б Зерриффи, Хишам; Сковилл, Герберт младший (январь 1996 г.). «Тритий: экологические, медицинские, бюджетные и стратегические последствия решения Министерства энергетики о производстве трития» (PDF) . Институт энергетики и экологических исследований . п. 5. Архивировано из оригинального (PDF) 16 октября 2014 года . Проверено 6 сентября 2018 года .
  23. ^ "Программы защиты" . Сайт реки Саванна . Министерство энергетики США . Проверено 20 марта 2013 года .
  24. ^ «Установка по извлечению трития» (PDF) . Сайт реки Саванна . Бюллетени. Министерство энергетики США. Декабрь 2007 . Проверено 19 сентября 2010 года .
  25. ^ Хорнер, Дэниел (ноябрь 2010 г.). «ГАО обнаруживает проблемы в производстве трития» . Контроль над вооружениями сегодня (пресс-релиз).
  26. ^ H-3 . OSEH (Отчет). Паспорта безопасности радионуклидов. Мичиганский университет . Проверено 20 марта 2013 года .
  27. ^ Фэрли, I. (июнь 2007). Отчет об опасности трития: загрязнение и радиационный риск от ядерных объектов Канады (PDF) (Отчет).
  28. Перейти ↑ Osborne, RV (август 2007 г.). Обзор отчета Гринпис: «Отчет об опасностях, связанных с тритием: загрязнение и радиационный риск от ядерных объектов Канады» (PDF) . Nuclearfaq.ca (Отчет).
  29. ^ a b c Справочная информация по тритию, предельным значениям радиационной защиты и стандартам питьевой воды (отчет). США Комиссия по регулированию ядерной . 15 марта 2011 . Проверено 10 февраля 2012 года .
  30. ^ Факты и информация о тритии (отчет). Департамент охраны окружающей среды Пенсильвании. Архивировано из оригинального 15 мая 2013 года .
  31. ^ а б Сингх, В. П.; Пай, РК; Veerender, DD; Вишну, MS; Vijayan, P .; Манаганви, СС; Бадигер, Нью-Мексико; Бхат, HR (2010). «Оценка биологического периода полураспада трития в прибрежных районах Индии». Дозиметрия радиационной защиты . 142 (2–4): 153–159. DOI : 10.1093 / RPD / ncq219 . PMID 20870665 . 
  32. ^ Утечки радиоактивного трития обнаружены на 48 ядерных объектах США . NBC News (21 июня 2011 г.). Проверено 16 октября 2014 года.
  33. ^ NRC: Часто задаваемые вопросы о жидких радиоактивных выбросах «Каковы нормальные количества трития, выделяемого атомными электростанциями?»
  34. ^ Что делает тритий, когда он попадает в организм? . Агентство по охране окружающей среды США (24 апреля 2012 г.). Проверено 29 апреля 2013 г.
  35. ^ «Тритий в питьевой воде» . Канадская комиссия по ядерной безопасности . 3 февраля 2014 . Проверено 23 февраля 2017 года .
  36. ^ Виллмс, Скотт (14 января 2003). Рекомендации по поставкам трития (PDF) (Отчет). Лос-Аламос, Нью-Мексико : Национальная лаборатория Лос-Аламоса . Проверено 1 августа 2010 года .
  37. ^ a b c d e f g h Дженкинс, Уильям Дж .; и другие. (1996). «Переходные индикаторы отслеживают климатические сигналы океана». Океан (Отчет). Океанографическое учреждение Вудс-Хоул.
  38. ^ Stonestrom, Дэвид А .; и другие. (2013). «О переводе единиц трития в массовые доли для гидрологических применений» . Изотопы Environ Health Stud . 9 (2): 250–256. DOI : 10.1080 / 10256016.2013.766610 . PMC 3664909 . PMID 23464868 .  
  39. ^ Maidment, Дэвид Р., изд. (1993). Справочник по гидрологии . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 6–39. ISBN 0-07-039732-5.
  40. ^ Cossairt, J. Donald (сентябрь 2012). Фоновые уровни трития . Секция экологической безопасности и здоровья Фермилаб (Отчет). Примечание по охране окружающей среды. Батавия, Иллинойс: Национальная ускорительная лаборатория Ферми . С. 2–3. № 28.
  41. ^ Вунш, Карл. (2015). Современная наблюдательная физическая океанография: понимание глобального океана. Принстон: Издательство Принстонского университета. п. 44 Рисунок 2.29. ISBN 9780691158822 . 
  42. ^ a b c d e Дони, Скотт К. (1992). «Бомбируйте тритий в глубине Северной Атлантики» . Океанография . 5 (3): 169–170. DOI : 10.5670 / oceanog.1992.11 .
  43. ^ Мишель, Роберт; Уильямс, Питер М. (1973). «Тритий, произведенный бомбой в Антарктическом океане». Письма о Земле и планетах . 20 (3): 381–384. Bibcode : 1973E & PSL..20..381M . DOI : 10.1016 / 0012-821X (73) 90013-7 .
  44. ^ a b c d Kakiuchi, H .; Momoshima, N .; Окаи, Т .; Маэда, Ю. (1999). «Концентрация трития в океане». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 239 (3): 523. DOI : 10.1007 / BF02349062 .
  45. ^ a b c d e f g Прекрасно, Рана А .; Рид, Джозеф Л .; Остлунд, Х. Гёте (1981). «Круговорот трития в Тихом океане» . Журнал физической океанографии . 11 (1): 3–14. Bibcode : 1981JPO .... 11 .... 3F . DOI : 10,1175 / 1520-0485 (1981) 011 <0003: COTITP> 2.0.CO; 2 .
  46. ^ a b c d e f g h i j Мишель, Роберт Л. (2004). «Гидрология трития бассейна реки Миссисипи» . Гидрологические процессы . 18 (7): 1255. Bibcode : 2004HyPr ... 18.1255M . DOI : 10.1002 / hyp.1403 .

Внешние ссылки [ править ]

  • «Аннотированная библиография по тритию» . Цифровая библиотека Алсос . Вашингтонский университет и университет Ли.
  • «Тритий радиоактивный» . Банк данных по опасным веществам NLM . Национальные институты здоровья США.
  • «Лаборатория оценки ядерных данных» .
  • Обзор рисков, связанных с тритием (отчет). Лондон, Великобритания: Агентство по охране здоровья. Ноябрь 2007. РЦЭ-4.
  • Бержерон, Кеннет Д. «Тритий на льду: новый опасный союз ядерного оружия и ядерной энергии» .[ требуется полная цитата ]
  • «Производство и извлечение трития в США в 2011 финансовом году» . Делящиеся материалы . Февраль 2010 г.
  • «Коэффициент массопередачи удаления трития» . ans.org .


Зажигалка:
дейтерий		Тритий является
изотоп из водорода		Тяжелее:
водород-4
Продукт распада :
водород-4		Цепочка распада
трития		Распадается на:
гелий-3