Tritij: kaj je, lastnosti, lastnosti in proizvodnja
Energija reakcij razpadanja in sinteze v jedru atoma se že dolgo uporablja v znanosti in tehnologiji. Uporablja se v industriji, orožju, geologiji, jedrskih elektrarnah. Procesi jedrskih reakcij lahko prinesejo koristi in veliko škodo. V članku bomo razpravljali o tem, kaj je to - tritij, kako ga izkopavajo, njegovo uporabo v jedrski energiji in kakšne nevarnosti so povezane z njegovo uporabo.
Izotopi vodika
Preden razložite, kaj je tritij, se morate seznaniti s konceptom izotopa.
Atom katere koli snovi je sestavljen iz jedra in elektronov (negativno nabitih delcev), ki se gibljejo v orbitah okoli njega. Jedro atoma vsebuje pozitivno nabite delce - protone in delce z nevtralnim nabojem - nevtrone.
Pri navadnem atomu je število elektronov in protonov enako, vendar se lahko število nevtronov razlikuje. V tem primeru se elementi z različnim številom nevtronov v jedru imenujejo izotopi elementov.
Vodik ima naboj 1, torej vsebuje en elektron in en proton. Njegovi izotopi so protium, devterij in tritij. Beseda "protey" izhaja iz grške besede "first". Ta element ima v jedru samo en proton. Pravzaprav je to naš običajni vodik.
Deuterij pomeni "drugi". V jedru je en proton in en nevtron. In tritij je preveden kot "tretji" in v jedru spet vsebuje en proton, vendar dva nevtrona.
Kratek odgovor na vprašanje "Tritij - kaj je to?" izgleda tako: to je tretji izotop kemičnega elementa vodika.
Zgodovina odkrivanja
Imena za izotope 1H in 2H - protium in devterij - je predlagal ameriški fizik Harold Urey. Ugotovili so obstoj devterija, zato so znanstveniki takoj predlagali prisotnost tretjega izotopa vodika, ki ima v jedru dva nevtrona. Jurij za raziskave je uporabil metodo spektralne analize. Vendar pa ni dal rezultatov. Izkazalo se je, da je koncentracija tritija premajhna, da bi jo odkrili s tradicionalnimi metodami. V naravi te snovi skoraj ni mogoče najti. Zato so se za raziskave začele uporabljati druge metode, na primer masna spektrometrija.
Leta 1934 je Ernest Rutherford uspel umetno pridobiti tretji izotop z uporabo jedrskih reakcij. Seveda je bilo ime izbrano vnaprej in po analogiji s protemijem in devterijem je postalo znano kot tritij.
Lastnosti
V normalnih pogojih so fizikalne lastnosti tritija približno enake tistim iz navadnega vodika. Ima plinasto stanje; manjka okus, vonj in barva. Ko temperatura pade na -250 ° C, postane lahka, brezbarvna tekočina. In ko se segreje, je podoben snegu.
Atomska masa tritija je približno 3 amu.
Tritij je radioaktivna snov. Razpolovna doba je 12 let, kar je zelo primerno za raziskave. Kanal upadanja elementa je beta. Tritij se pretvori v izotop helij-3. Ko se to zgodi, emisije elektronov in antineutrinov.
Masna napaka in energija, ki veže tritij
Eden ključnih elementov fizike delcev je koncept vezne energije atomskih jeder. Energija vezave tritijevega jedra se razume kot količina energije, ki je potrebna, da se njeno jedro razdeli na posamezne nukleone. Ker se jedra držijo v tako imenovani močni interakciji, je za razcep potrebno veliko energije.
Da bi izračunali energijo vezave jedra, je treba poznati maso subatomskih delcev. Znano je, da je masa mirovanja jedra manjša od skupne mase nukleonov v njegovi sestavi. Razlika med masami jedra in vsoto njenih nukleonov se imenuje napaka mase.
Masna napaka tritija, kot tudi drugih jeder, se izračuna po formuli:
Δm = (Z * m p + N * m n ) - M i , kjer
Z je število protonov;
N število nevtronov;
mp je masa protona;
m n masa nevtronov;
MI je masa jedra.
Specifična vezna energija elementa tritija je 2.827,2 keV na nukleon.
Tritij v naravi
Količina tega izotopa v naravi je zanemarljiva. To je posledica njegove radioaktivnosti, to je nestabilnosti jedra.
V naravi se večinoma proizvaja v zgornji atmosferi. Njena tvorba se zgodi, ko delci kozmičnih žarkov trčijo z atomskimi jedri, npr. Dušikom. Ker se tricij tvori v ozračju, so njegovi viri na Zemlji padavine (dež in sneg).
Po mnenju znanstvenikov, v najčistejši obliki, tritij na Zemlji vsebuje komaj več kot 1 kg. Zato se umetno proizvaja v laboratoriju.
Proizvodnja tritija
Trenutno priprava tega izotopa ni težavna, vendar je zelo drag postopek. Za izdelavo enega kilograma snovi je potrebnih 30 milijonov USD.
Najpogosteje uporabljena surovina je litij. Manj pogosto - berilij ali bor. Litij je izpostavljen nevtronskemu obsevanju na ciklotronu. Nato se raztopi v vodi, da nastane vodik, ki vsebuje tritij. Polovica litija postane neuporabna zaradi tega postopka in se zastrupi zaradi odpadkov.
Da bi dobili vodik s tritijem iz berilija in bora, jih obdelamo z žveplovo kislino.
Drug način za proizvodnjo izotopa je obsevanje težke vode z deuteronom. Težka voda je snov, ki nastane iz devterija (imenovanega tudi devterijev oksid). Po obsevanju se taka voda elektrolitira, nato se ponovno pridobi tritij.
Trenutno se ta element proizvaja predvsem v ZDA, Kanadi in Rusiji.
Radioaktivnost
Tritij je radioaktiven. Ko se razpade, se sprosti beta sevanje, ki je tok elektronov.
Z zunanjim obsevanjem telesa tritij ne povzroča resne škode. Če pa ga zaužijete z vodo, hrano ali zrakom, lahko povzroči veliko škodo zdravju. Dejstvo je, da je tritij kot izotop vodika tisti, ki ga lahko nadomesti v kemičnih spojinah. Tako vstopi v žive celice in je vgrajen v njihovo strukturo. To vpliva na genetsko informacijo celice.
Kot je bilo rečeno, se tritij v naravi praktično ne pojavlja, zato ne more škodovati živim organizmom. Vendar pa jedrska industrija postane vir umetne proizvodnje tega izotopa. Jedrske elektrarne oddajajo tritij v tekočem in plinastem stanju. Razlog za to je, da se izotop praktično ne filtrira. Na NEK se letno proizvede do 4 kg tritija. Posledica emisij je radioaktivno onesnaženje tal, zraka in vode. Tako je možen vir okužbe živih organizmov. Zato je bil tritij vključen v seznam nadzorovanih parametrov pri ocenjevanju kakovosti pitne vode.
Uporaba
Glavna uporaba tritija je jedrska industrija. Dejstvo je, da fuzijska reakcija devterija in tritija vodi v nadzorovano termonuklearno fuzijo. Energija vezave tritija je tako visoka, da se v termonuklearnih reakcijah proizvaja v velikih količinah, kar je večkrat kot v reakcijah razpadanja atomskih jeder, zato lahko nadzorovane termonuklearne reakcije postanejo glavni vir energije na Zemlji že več let. V zvezi s tem znanstveniki trenutno delajo na izgradnji termonuklearnega reaktorja, v katerem bi se procesi jedrske fuzije dogajali v velikem obsegu. Najbolj znan projekt takšnega reaktorja trenutno gradi ITER (ITER) v Franciji.
Proizvodnja tritija se lahko uspešno uporablja v vojaške namene, na primer pri ustvarjanju termonuklearnega orožja.
Z uporabo tritija izdelamo posebne svetleče barve. Razlog za to je radioluminiscenca - pojav luminescence elementa med radioaktivnim razpadom. Svetlobne barve se nanesejo na instrumentne tehtnice, uporabljajo pa se tudi za izdelavo ključnih verig in ur. Količina tritija v njih ni tako velika, da bi ogrozila zdravje.
Tritij se uporablja kot indikator kemijskih reakcij.
Nazadnje se ta izotop uporablja za določanje starosti predmetov, ki niso stari več kot 100 let, na primer vina.
Torej, kaj je to - tritij? Sklepi:
- Tritij je izotop vodika, ki ima v jedru en proton in dva nevtrona.
- Izotopa v naravi praktično ni, vendar ga uspešno izdelujemo v laboratorijih.
- Tritij je radioaktiven in njegova uporaba lahko prinese koristi in škoduje človeštvu.