Тритиум: шта је то, особине, својства и производња

Енергија реакција распадања и синтезе у језгру атома дуго се користи у науци и технологији. Користи се у индустрији, оружју, геологији, нуклеарним електранама. Процеси нуклеарних реакција могу донијети и корист и велику штету. У чланку ће се расправљати о томе шта је то - тритиј, како се оно минира, његова употреба у нуклеарној енергији и које су опасности повезане са њеном употребом.

Изотопи водоника

Пре него што објасните шта је то трицијум, морате се упознати са концептом изотопа.

Атом било које супстанце састоји се од језгра и електрона (негативно набијених честица) који се крећу у орбити око њега. Језгро атома садржи позитивно наелектрисане честице - протоне и честице са неутралним набојем - неутроне.

У обичном атому број електрона и протона је исти, али се број неутрона може разликовати. У овом случају, елементи са различитим бројем неутрона у језгру називају се изотопи елемената.

Водоник има набој од 1, односно садржи један електрон и један протон. Његови изотопи су протуј, деутеријум и тритијум. Реч "протеи" потиче од грчке речи "фирст". Овај елемент има само један протон у језгру. У ствари, то је наш уобичајени водоник.

Деутеријум значи "други". У њеном језгру постоји један протон и један неутрон. И трицијум се преводи као "трећи" и садржи у језгру, опет, један протон, али два неутрона.

Кратак одговор на питање "Трицијум - шта је то?" изгледа овако: ово је трећи изотоп хемијског елемента водоника.

Историја открића

Називе за изотопе 1Х и 2Х - протиј и деутериј - предложио је амерички физичар Харолд Уреи. Проналазећи постојање деутеријума, научници су одмах предложили присуство трећег изотопа водоника, који има два неутрона у језгру. Јуриј је за истраживање користио методу спектралне анализе. Међутим, он није дао резултате. Показало се да је концентрација трицијума премала да би се открила традиционалним методама. У природи, ова супстанца је готово немогуће пронаћи. Због тога су за истраживања почели да се користе и друге методе, на пример масена спектрометрија.

Године 1934, Ернест Рутхерфорд је био у стању да вештачки добије трећи изотоп користећи нуклеарне реакције. Наравно, име је изабрано унапред, и по аналогији са протемијом и деутеријем, постало је познато као трицијум.

Пропертиес

Под нормалним условима, физичке особине трицијума су приближно исте као и оне обичних водоника. Има гасовито стање; укус, мирис и боја недостају. Када температура падне на -250 ° Ц, постаје светла безбојна течност. А када се загрева, подсећа на снег.

Атомска маса трицијума је око 3 аму.

Тритиј је радиоактивна супстанца. Полуживот је 12 година, што је веома погодно у истраживању. Канал пропадања елемента је бета. Тритиј се претвара у изотоп хелијум-3. Када се то догоди, емисија електрона и антинеутрина.

Масени дефект и енергија везивања трицијума

Један од кључних елемената у физици честица је концепт енергије везивања атомских језгара. Енергија везивања језгра трицијума схвата се као количина енергије која је неопходна да се нуклеус подели у појединачне нуклеоне. Пошто се језгра држе такозваном јаком интеракцијом, потребна је велика количина енергије да се раздвоје.

Да би се израчунала енергија везивања нуклеуса, неопходно је знати масу субатомских честица. Познато је да је маса остатка нуклеуса мања од укупне масе нуклеона у њеном саставу. Разлика између маса језгра и сума њених нуклеона назива се дефект масе.

Масени дефект трицијума, као и других језгара, израчунава се по формули:

Δм = (З * м _п + Н * м _н ) - М _и , где

З је број протона;

Н је број неутрона;

мп је маса протона;

м _н је неутронска маса;

МИ је маса језгра.

Специфична енергија везивања за елемент трицијума је 2.827,2 кеВ по нуклеону.

Тритиј у природи

Количина овог изотопа у природи је занемарљива. То је због његове радиоактивности, односно нестабилности језгра.

У природи се производи углавном у горњој атмосфери. Његово формирање се дешава када се честице космичких зрака сударају са атомским језграма, на пример, азотом. Пошто се трицијум формира у атмосфери, његови извори на Земљи су падавине (киша и снег).

Према научницима, у најчистијем облику, тритиј на Земљи садржи једва нешто више од 1 кг. Због тога се вештачки производи у лабораторији.

Производња тритија

Тренутно припрема овог изотопа није тешка, али је изузетно скуп процес. За производњу једног килограма супстанце неопходни су трошкови од 30 милиона долара.

Најчешће се користи литијум. Мање - берилијум или бор. Литијум је изложен неутронском зрачењу на циклотрону. Затим се раствара у води да би се добио водоник, који садржи трицијум. Половина литијума постаје неупотребљива као резултат овог процеса и отрована је за отпад.

Да би се добио водоник са трицијем из берилија и бора, третирају се сумпорном киселином.

Други начин да се произведе изотоп је озрачивање тешке воде деутероном. Тешка вода је супстанца настала од деутеријума (који се назива и деутеријум оксид). После зрачења, таква вода се електролизира, а затим се издваја трицијум.

Тренутно се овај елемент производи углавном у Сједињеним Државама, Канади и Русији.

Радиоактивност

Тритиј је радиоактиван. Када се распада, бета зрачење се ослобађа, што је ток електрона.

Са спољашњим зрачењем, трицијум не изазива озбиљну повреду. Међутим, ако се прогута са водом, храном или ваздухом, може проузроковати значајно оштећење здравља. Чињеница је да трицијум, као изотоп водоника, може да га замени у хемијским једињењима. Тако она улази у живе ћелије и уграђује се у њихову структуру. Ово утиче на генетичку информацију ћелије.

Као што је речено, трицијум се практично не јавља у природи, те стога тешко може наудити живим организмима. Међутим, нуклеарна индустрија постаје извор вештачке производње овог изотопа. Нуклеарне електране емитују трицијум у течном и гасовитом стању. Разлог томе је што се изотоп практично не филтрира. Годишње се производи до 4 кг трицијума. Резултат емисија је радиоактивно загађење земљишта, ваздуха и воде. Дакле, то је потенцијални извор инфекције живих организама. Зато је тритиј уврштен у листу контролисаних параметара у процени квалитета воде за пиће.

Апплицатион

Главна употреба трицијума је нуклеарна индустрија. Чињеница је да реакција фузије деутеријума и тритијума доводи до контролисане термонуклеарне фузије. Енергија везивања трицијума је толико висока да се у току термонуклеарних реакција производи у огромним количинама, много пута више него у реакцијама распадања атомских језгара, тако да контролисане термонуклеарне реакције могу постати главни извор енергије на Земљи већ дуги низ година. У том смислу, научници тренутно раде на изградњи термонуклеарног реактора, у којем би се процеси нуклеарне фузије одвијали у великом опсегу. Најпознатији пројекат таквог реактора тренутно је у изградњи од стране ИТЕР (ИТЕР) у Француској.

Производња трицијума може се успјешно користити у војне сврхе, на примјер, приликом стварања термонуклеарног оружја.

Користећи трицијум, праве се специјалне светлеће боје. Разлог томе је радиолуминисценција - феномен луминисценције елемента током радиоактивног распада. Светлеће боје се наносе на ваге инструмента, а такође се користе и за израду ланаца и сатова. Количина трицијума у ​​њима није толико велика да представља опасност по здравље.

Тритиј се користи као индикатор хемијских реакција.

Коначно, овај изотоп се користи за одређивање старости објеката који нису старији од 100 година, на пример, вина.

Па шта је то - трицијум? Закључци:

1. Тритиј је изотоп водика који има један протон и два неутрона у језгру.
2. Изотоп се практично не налази у природи, али се успјешно производи у лабораторијама.
3. Тритиј је радиоактиван и његова употреба може донијети корист и штету човјечанству.