Tritium: co to je, vlastnosti, vlastnosti a výroba
Energie reakcí rozpadu a syntézy v jádru atomu se již dlouho používá ve vědě a technologii. Používá se v průmyslu, zbraních, geologii, jaderných elektrárnách. Procesy jaderných reakcí mohou přinést užitek i velkou škodu. Článek se bude zabývat tím, co je - tritium, jak se těží, jeho využití v jaderné energii a jaké nebezpečí souvisí s jeho použitím.
Izotopy vodíku
Než vysvětlíte, co je tritium, musíte se seznámit s pojmem izotopu.
Atom nějaké látky se skládá z jádra a elektronů (záporně nabitých částic) pohybujících se v oběžné dráze. Jádro atomu obsahuje kladně nabité částice - protony a částice s neutrálním nábojem - neutrony.
V obyčejném atomu je počet elektronů a protonů stejný, ale počet neutronů se může lišit. V tomto případě elementy s odlišným počtem neutronů v jádru se nazývají izotopy prvků.
Vodík má náboj 1, to znamená, že obsahuje jeden elektron a jeden proton. Jeho izotopy jsou protium, deuterium a trícium. Slovo "protey" je odvozeno z řeckého slova "first". Tento prvek má v jádru pouze jeden proton. Ve skutečnosti je to náš obvyklý vodík.
Deuterium znamená "druhé." V jádru je jeden proton a jeden neutron. A tritium je přeloženo jako "třetí" a obsahuje v jádru opět jeden proton, ale dva neutrony.
Krátká odpověď na otázku "Tritium - co to je?" vypadá takto: toto je třetí izotop vodíku chemického prvku.
Historie objevů
Názvy izotopů 1H a 2H - protium a deuterium - byly navrženy americkým fyzikem Haroldem Ureyem. Při zjišťování existence deuteria vědci okamžitě naznačili přítomnost třetího izotopu vodíku, který má v jádře dva neutrony. Jurij pro výzkum používal metodu spektrální analýzy. Nicméně neposkytl žádné výsledky. Ukázalo se, že koncentrace tritia je příliš malá, aby byla detekována tradičními metodami. V přírodě je tato látka téměř nemožná. Proto se pro výzkum začal používat jiné metody, například hmotnostní spektrometrie.
V roce 1934 byl Ernest Rutherford schopen uměle získat třetí izotop využívající jaderné reakce. Samozřejmě, jméno bylo vybráno předem a analogicky s protemy a deuteriem se stalo známým jako tritium.
Vlastnosti
Za normálních podmínek jsou fyzikální vlastnosti tritia přibližně stejné jako u obyčejného vodíku. Má plynný stav; chuť, vůně a barvy chybí. Když teplota klesne na -250 ° C, stává se lehkou bezbarvou kapalinou. A když je zahřátý, připomíná sníh.
Atomová hmotnost tritia je asi 3 amu.
Tritium je radioaktivní látka. Poločas je 12 let, což je ve výzkumu velmi výhodné. Kanál rozpadu prvků je beta. Tritium se převede na isotop helium-3. Když k tomu dojde, emise elektronů a antineutrinos.
Hmotnostní defekt a vazebná energie tritia
Jedním z klíčových prvků ve fyzice částic je koncepce vazebné energie atomových jader. Vazebná energie pro jádro tritia se chápe jako množství energie, které je nezbytné pro rozdělení jádra na jednotlivé nukleony. Vzhledem k tomu, že jádra jsou tvořena tzv. Silnou interakcí, vyžaduje se jejich velké rozdělení energie.
Pro výpočet vazebné energie jádra je nutné znát hmotu subatomických částic. Je známo, že zbytek hmoty jádra je menší než celková hmotnost nukleonů v jejím složení. Rozdíl mezi hmotami jádra a součtem nukleonů se nazývá hmotnostní vada.
Hmotnostní defekt tritia, stejně jako jádra, se vypočítá podle vzorce:
Δm = (Z * m p + N * m n ) - M i , kde
Z je počet protonů;
N je počet neutronů;
m p je hmotnost protonů;
m n je hmotnost neutronu;
MI je hmotnost jádra.
Specifická vazebná energie prvku tritia je 2,827,2 keV na nukleon.
Tritium v přírodě
Množství tohoto izotopu v přírodě je zanedbatelné. To je způsobeno radioaktivitou, tj. Nestabilitou jádra.
V přírodě se vyrábí převážně v horní atmosféře. Jeho vznik nastává, když se částice kosmického záření srazí s atomovými jádry, například s dusíkem. Vzhledem k tomu, že v atmosféře vzniká tritium, jeho zdroje na Zemi jsou srážky (déšť a sníh).
Podle vědců v jeho nejčistší formě obsahuje tritium na Zemi téměř 1 kg. Proto se v laboratoři vyrábí uměle.
Výroba tritia
V současné době není příprava tohoto izotopu obtížná, ale je extrémně nákladným procesem. K výrobě jednoho kilogramu látky bylo zapotřebí náklady ve výši 30 milionů dolarů.
Nejčastěji používanou surovinou je lithium. Méně často - berýlium nebo bór. Lithium je vystaveno ozáření neutronů na cyklotronu. Pak se rozpustí ve vodě za vzniku vodíku, který obsahuje tritium. Polovina lithia se v důsledku tohoto procesu stává nepoužitelným a je otrávena pro šrot.
K získání vodíku s tritiem z berylia a boru se působí kyselinou sírovou.
Dalším způsobem, jak vytvořit izotop, je ozařování těžké vody s deuterony. Těžká voda je látka tvořená deuteriem (také nazývaným oxidem deutria). Po ozáření se tato voda elektrolyzuje a pak se získá tritium.
V současné době se tento prvek vyrábí především ve Spojených státech, Kanadě a Rusku.
Radioaktivita
Tritium je radioaktivní. Když se rozpadne, uvolní se beta záření, což je proud elektronů.
Při vnějším ozáření těla tritium nezpůsobuje vážnou újmu. Při požití vodou, jídlem nebo vzduchem však může dojít k významnému poškození zdraví. Faktem je, že je to izotop vodíku, tritium ho může nahradit v chemických sloučeninách. Takto se dostává do živých buněk a je zakotveno v jejich struktuře. To ovlivňuje genetickou informaci buňky.
Jak bylo řečeno, trícium se prakticky nevyskytuje v přírodě, a proto sotva může poškodit živé organismy. Jaderný průmysl se však stává zdrojem umělé produkce tohoto izotopu. Jaderné elektrárny emitují trícium v kapalném a plynném stavu. Důvodem je to, že izotop je prakticky nefiltrován. V jaderné elektrárně se vyrábí až 4 kg tritia ročně. Výsledkem emisí je radioaktivní znečištění půdy, vzduchu a vody. Je tedy potenciálním zdrojem infekce živých organismů. Z tohoto důvodu byl tritium zařazen do seznamu kontrolovaných parametrů při hodnocení kvality pitné vody.
Aplikace
Hlavní využití tritia je jaderný průmysl. Faktem je, že fúzní reakce deuteria a tritia vede ke kontrolované termonukleární fúzi. Energie vázající trícium je tak vysoká, že v průběhu termonukleárních reakcí se v průběhu termonukleárních reakcí vyrábí v obrovských množstvích, mnohonásobně víc než v rozkladových reakcích atomových jader, tak řízené termonukleární reakce se mohou stát hlavním zdrojem energie na Zemi po mnoho let. V tomto ohledu vědci v současné době pracují na výstavbě termonukleárního reaktoru, ve kterém by se mohly objevit procesy jaderné fúze ve velkém měřítku. Nejslavnější projekt takového reaktoru v současné době připravuje společnost ITER (ITER) ve Francii.
Výroba tritia může být úspěšně použita k vojenským účelům, například při vytváření termonukleárních zbraní.
Pomocí tritia se vyrábějí speciální světelné nátěry. To je způsobeno radioluminiscencí - fenoménem luminiscence prvku během radioaktivního rozpadu. Světelné barvy se aplikují na přístrojové váhy a také se používají k výrobě klíčenky a hodinky. Množství tritia v nich není tak velké, že nese ohrožení zdraví.
Jako indikátor chemických reakcí se používá tritium.
Nakonec se tento izotop používá k určení věku objektů, které nejsou starší než 100 let, například vína.
Takže co je to - tritium? Závěry:
- Tritium je izotop vodíku, který má v jádru jeden proton a dva neutrony.
- Izotop se prakticky nenachází v přírodě, ale úspěšně se vyrábí v laboratořích.
- Tritium je radioaktivní a jeho použití může přinést prospěch a škodu lidstvu.