Тритий - Tritium

Для использования в других целях см. Тритий (значения).
«3H» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. 3H (значения).
Тритий,3ЧАС
Водород-3.png
Общий
Символ3ЧАС
Именатритий, H-3, водород-3, T, 3Т
Протоны1
Нейтронов2
Данные о нуклидах
Природное изобилие10−18 в водороде[1]
Период полураспада12.32 года
Продукты распада3Он
Изотопная масса3.0160492 ты
Вращение​1⁄2
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 (/ˈтрɪтяəм/ или же /ˈтрɪʃяəм/) или же водород-3 (символ Т или же 3ЧАС) является редким и радиоактивный изотоп водорода. В ядро трития (иногда называемого тритон) содержит один протон и два нейтроны, тогда как ядро ​​общего изотопа водород-1 (протий) содержит только один протон, а протон водород-2 (дейтерий) содержит один протон и один нейтрон.

Встречающийся в природе тритий крайне редко встречается на Земле. В атмосфера имеет только следовые количества, образованные при взаимодействии его газов с космические лучи. Его можно получить путем облучения литий металлические или литийсодержащие керамические гальки в ядерный реактор.

Тритий используется как радиоактивный индикатор, в радиолюминесцентный источники света для часов и инструментов. Наряду с более обильными дейтерий, тритий используется в качестве топлива для ядерного синтеза, как для производства энергии в токамак реакторы и в водородные бомбы.

Название этого изотопа происходит от Греческий τρίτος (Trítos), что означает «третий».

История

Тритий был впервые обнаружен в 1934 г. Эрнест Резерфорд, Марк Олифант, и Пол Хартек после бомбардировки дейтерий с дейтронами (протон и нейтрон, составляющие ядро ​​дейтерия). Дейтерий - еще один изотоп водорода.[2][3] Однако их эксперимент не смог выделить тритий, что позже было выполнено Луис Альварес и Роберт Корног, который также осознал радиоактивность трития.[4][5] Уиллард Ф. Либби признал, что тритий можно использовать для радиометрическое датирование воды и вино.[6]

Разлагаться

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

3
1ЧАС
 		→ 3
2Он1+
 		+ 
е−
  		+ 
ν
е

и он выпускает 18.6кэВ энергии в процессе. В электрон кинетическая энергия меняется, в среднем 5,7 кэВ, в то время как оставшаяся энергия уносится почти необнаруживаемой электронный 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, приводит к распаду (вместе с распадом рений-187 ) подходит для измерения абсолютной массы нейтрино в лаборатории (самый последний эксперимент - КАТРИН ).

Низкая энергия излучения трития затрудняет обнаружение соединений, меченных тритием, за исключением случаев использования жидкостный сцинтилляционный счет.

Производство

Литий

Тритий чаще всего производится в ядерные реакторы к нейтронная активация из литий-6. Высвобождение и диффузия трития и гелия, образующихся при делении лития, может происходить внутри керамики, называемой заводчик керамики. Производство трития из литий-6 в такой размножающей керамике возможно с нейтронами любой энергии, и является экзотермический реакция дает 4,8 МэВ. Для сравнения: синтез дейтерия с тритием выделяет около 17,6 МэВ энергии. Для применения в предлагаемых термоядерных реакторах, таких как ИТЭР, галька, состоящая из литийсодержащей керамики, включая Li2TiO3 и Ли4SiO4, разрабатываются для размножения трития в гелиевом слое, охлаждаемом гелием, также известном как бланкет для размножения.[9]

6
3Ли
 		+ 
п
  		→ 4
2Он
 		( 2.05 МэВ  ) + 3
1Т
 		( 2.75 МэВ  )

Нейтроны высоких энергий могут также производить тритий из литий-7 в эндотермический (чистое потребление тепла) реакция, потребляющая 2,466 МэВ. Это было обнаружено, когда в 1954 г. Замок Браво ядерное испытание дало неожиданно высокий результат.[10]

7
3Ли
 		+ 
п
  		→ 4
2Он
 		+ 3
1Т
 		+ 
п

Бор

Облучение нейтронами высоких энергий бор-10 также иногда будет производить тритий:[11]

10
5B
 		+ 
п
  		→ 2 4
2Он
 		+ 3
1Т

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

Дейтерий

Смотрите также: Тяжелая вода § Производство трития

Тритий также производится в реакторы с тяжеловодным замедлителем всякий раз, когда дейтерий ядро захватывает нейтрон. Эта реакция имеет довольно низкую абсорбцию. поперечное сечение, изготовление тяжелая вода хороший замедлитель нейтронов, и трития производится относительно мало. Даже в этом случае очистка трития от замедлителя может потребоваться через несколько лет, чтобы снизить риск его утечки в окружающую среду. Онтарио Электрогенерация «Установка по удалению трития» обрабатывает 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 для тепловые нейтроны составляет около 0,52 миллибарны, тогда как кислород-16 (16
8О
) составляет около 0,19 миллибарна, а кислород-17 (17
8О
) составляет около 240 миллибарн.

Деление

Тритий - необычный продукт ядерное деление из уран-235, плутоний-239, и уран-233, с образованием примерно одного атома на 10 000 делений.[14][15]Выделение или извлечение трития необходимо учитывать при эксплуатации ядерные реакторы, особенно в переработка ядерного топлива и в хранении отработанное ядерное топливо. Производство трития - это не цель, а побочный эффект. Некоторые атомные электростанции в небольших количествах сбрасывают его в атмосферу.[16]

Фукусима-дайити

Основная статья: Очистка Фукусимы от катастрофы

В июне 2016 года Целевая группа по тритированной воде опубликовала отчет.[17] о состоянии трития в тритиевой воде при АЭС Фукусима-дайити, в рамках рассмотрения вариантов окончательной утилизации хранящейся загрязненной охлаждающей воды. Это показало, что запасы трития на площадке в марте 2016 г. составили 760ТБк (эквивалент 2,1 г трития или 14 мл тритиевой воды) в общей сложности 860 000 м3 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 лучший подход к решению этой проблемы, "Теоретически можно выделить тритий, но нет практической технологии разделения в промышленных масштабах. Соответственно, регулируемый выброс в окружающую среду считается лучшим способом обработки воды с низкой концентрацией трития."[18]

Гелий-3

Тритий продукт распада гелий-3 имеет очень большое сечение (5330 барн) для взаимодействия с тепловые нейтроны, вытесняя протон, поэтому он быстро превращается обратно в тритий в ядерные реакторы.[19]

3
2Он
 +
п
 → 1
1ЧАС
 + 3
1Т

Космические лучи

Тритий возникает в природе из-за космические лучи взаимодействуя с атмосферными газами. В наиболее важной реакции для естественного производства быстрый нейтрон (который должен иметь энергию больше 4,0МэВ[20]) взаимодействует с атмосферным азот:

14
7N
 		+ 
п
  		→ 12
6C
 		+ 3
1Т

В мире производство трития из природных источников составляет 148петабеккерели 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

Согласно отчету 1996 г. Институт энергетики и экологических исследований на Министерство энергетики США всего 225 кг (496 фунтов) трития было произведено в Соединенных Штатах с 1955 по 1996 год.[а] Поскольку он постоянно распадается на гелий-3, его общее количество на момент составления отчета составляло около 75 кг (165 фунтов).[22][10]

Тритий для американца ядерное оружие выпускался в специальных тяжеловодные реакторы на Сайт реки Саванна до их закрытия в 1988 году. Договор о сокращении стратегических наступательных вооружений (СТАРТ) после окончания Холодная война Существующих запасов на какое-то время хватило для нового, меньшего количества ядерного оружия.

Производство трития возобновлено с облучение стержней, содержащих литий (заменяя обычный стержни управления содержащий бор, кадмий, или же гафний ), на реакторах коммерческого Атомная электростанция Уоттс-Бар с 2003 по 2005 год с последующим извлечением трития из стержней на новой установке по извлечению трития на Сайт реки Саванна с ноября 2006 г.[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]

Характеристики

Тритий имеет атомная масса из 3.0160492ты. Двухатомный тритий (
Т
2 или же 3
ЧАС
2) - газ при стандартная температура и давление. В сочетании с кислород, он образует жидкость, называемую тритированная вода (
Т
2
О
).

Тритий специфическая деятельность составляет 9,650 кюри на грамм (3.57×1014 Бк /грамм).[26]

Тритий занимает видное место в исследованиях термоядерная реакция из-за его благоприятной реакции поперечное сечение и большое количество энергии (17,6 МэВ), полученное в результате 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 Кулоновская сила ), и они могут подойти достаточно близко для сильная ядерная сила вступить 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 сливается с другими легкими атомами, чем обычный водород.

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

Радиолюминесцентный 1.8 кюри (67 ГБк Тритиевые пузырьки размером 6 на 0,2 дюйма (152,4 мм × 5,1 мм) представляют собой тонкие стеклянные пузырьки, заполненные газом тритием, внутренние поверхности которых покрыты люминофор. Показанный здесь флакон совершенно новый.

Как и другие изотопы водород, тритий трудно удержать. Резина, пластик и некоторые виды стали в некоторой степени проницаемы. Это вызвало опасения, что если тритий использовался в больших количествах, в частности, для термоядерные реакторы, это может способствовать радиоактивное загрязнение, хотя его короткий период полураспада должен предотвратить значительное долгосрочное накопление в атмосфере.

Высокий уровень атмосферного испытания ядерного оружия что имело место до вступления в силу Договор о частичном запрещении испытаний оказался неожиданно полезным для океанографов. Высокие уровни оксида трития, внесенного в верхние слои океанов, использовались с тех пор для измерения скорости смешения верхних слоев океанов с их нижними уровнями.

Риск для здоровья

Тритий - это изотоп водорода, который позволяет ему легко связываться с гидроксильные радикалы, формируя тритированная вода (ЧАС ТО ) и атомам углерода. Поскольку тритий имеет низкую энергию бета-излучатель, внешне не опасен (бета-частицы не проникают через кожу),[21] но это может быть радиационная опасность при вдыхании, попадании в организм с пищей или водой или при абсорбции через кожу.[27][28][29][30] HTO имеет короткую биологический период полураспада в организме человека от 7 до 14 дней, что одновременно снижает общие эффекты однократного проглатывания и исключает длительное биоаккумуляция 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

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

Соединенные штаты Комиссия по ядерному регулированию заявляет, что при нормальной эксплуатации в 2003 г. 56 реакторы с водой под давлением высвободило 40600 кюри (1,50 ПБк) трития (максимум: 2080 Ки; минимум: 0,1 Ки; в среднем: 725 Ки) и 24 реакторы с кипящей водой выбросил 665 кюри (24,6 ТБк) (максимум: 174 Ки; минимум: 0 Ки; средний: 27,7 Ки) в жидких сточных водах.[33]

По данным США Агентство по охране окружающей среды недавно было обнаружено, что самосветящиеся знаки выхода, неправильно выброшенные на муниципальные свалки, загрязняют водные пути.[34]

Нормативные ограничения

Правовые пределы содержания трития в питьевая вода 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 4,0миллибэр (или 40микрозиверты в Единицы СИ ) в год.[29] Это примерно 1,3% от естественного радиационного фона (примерно 3000 мкЗв).

Использовать

Автономное освещение

Швейцарские военные часы с лицевой панелью, освещенной тритием
Основная статья: Радиолюминесценция трития

Бета-частицы, испускаемые при радиоактивном распаде небольшого количества трития, вызывают химические вещества, называемые люминофор светиться.

Этот радиолюминесценция используется в автономных осветительных устройствах, называемых Betalights, которые используются для ночного освещения прицелов, часов, знаки выхода, картографические огни, навигационные компасы (например, текущие Военные компасы США M-1950 ), ножи и множество других приспособлений.[b] По состоянию на 2000 г., коммерческая потребность в тритии - 400 грамм в год.[10] и стоимость составляет приблизительно 30 000 долларов США за грамм.[36]

Ядерное оружие

Тритий - важный компонент ядерного оружия. Он используется для повышения эффективности и урожайности бомбы деления и стадии деления водородные бомбы в процессе, известном как "повышение "а также в внешние нейтронные инициаторы для такого оружия.

Нейтронный инициатор

Это устройства, встроенные в ядерное оружие которые производят импульс нейтронов, когда бомба взрывается, чтобы инициировать реакция деления в делящейся активной зоне (яме) бомбы после ее сжатия до критическая масса взрывчаткой. Управляется сверхбыстрым переключателем, как Критрон, маленький ускоритель частиц диски ионы трития и дейтерия до энергий выше 15кэВ или так необходим для синтеза дейтерия и трития, и направляет их в металлическую мишень, где тритий и дейтерий находятся адсорбированный в качестве гидриды. Высокая энергия термоядерные нейтроны от полученного слияния излучают во всех направлениях. Некоторые из них поражают ядра плутония или урана в яме первичной обмотки, инициируя ядерная цепная реакция. Количество произведенных нейтронов велико в абсолютном выражении, 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

Основная статья: Оружие ускоренного деления

Перед детонацией в полость вводят несколько граммов газообразного трития-дейтерия »яма "делящегося плутония или урана. На ранних стадиях цепной реакции деления выделяется достаточно тепла и сжатия для начала дейтерий-тритиевого синтеза, затем деление и синтез протекают параллельно, причем деление способствует синтезу, продолжая нагревание и сжатие, а термоядерный синтез способствующие делению с высокоэнергетическими (14,1МэВ ) нейтронов. Когда топливо для деления истощается, а 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 переменная доходность варьируя количество термоядерного топлива
  • позволяя бомбе требовать меньшего количества очень дорогого расщепляющегося материала, а также устраняя риск преддетонации близлежащими ядерными взрывами
  • не такие строгие требования к установке имплозии, позволяющие использовать меньшее и более легкое количество взрывчатых веществ

Тритий в боеголовка постоянно подвергается радиоактивному распаду, поэтому становится недоступным для синтеза. Кроме того, его продукт распада, гелий-3, поглощает нейтроны под воздействием 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 крот дейтерий-тритиевый газ будет содержать примерно 3,0 грамма трития и 2,0 грамма дейтерия. Для сравнения, 20 молей плутония в ядерной бомбе составляют около 4,5 кг. плутоний-239.

Тритий во вторичных компонентах водородной бомбы

Смотрите также: Дизайн ядерного оружия

Поскольку тритий подвергается радиоактивному распаду, и его также трудно удержать физически, гораздо больший вторичный заряд тяжелых изотопов водорода необходим для истинного водородная бомба использует твердые дейтерид лития в качестве источника дейтерия и трития, производя тритий на месте при вторичном зажигании.

Во время детонации первичного бомба деления этап в термоядерном оружии (Постановка Теллер-Уллама ), свеча зажигания, цилиндр 235U /239Pu, находящийся в центре стадии (стадий) синтеза, начинает делиться в цепной реакции за счет избыточных нейтронов, направляемых из первичной обмотки. Нейтроны, высвобождающиеся при делении свечи зажигания, расщепляются 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 и делительной части 238U или 238U /235U-образная куртка, окружающая стадию слияния. Следовательно, на стадии термоядерного синтеза во время взрыва устройства образуется собственный тритий. При очень высокой температуре и давлении взрыва часть трития затем подвергается слиянию с дейтерием, и эта реакция высвобождает еще больше нейтронов.

Поскольку для этого процесса синтеза требуется чрезвычайно высокая температура для воспламенения, и он производит все меньше и менее энергичных нейтронов (только деление, синтез дейтерия и трития и 7
3Ли
 расщепление являются чистыми продуцентами нейтронов), дейтерид лития не используется в форсированных бомбах, а скорее для многоступенчатых водородных бомб.

Управляемый ядерный синтез

Тритий - важное топливо для управляемого ядерного синтеза в обоих магнитное удержание и термоядерный синтез с инерционным удержанием конструкции реакторов. Экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР и Национальный центр зажигания (НИФ) будет использовать дейтерий-тритиевое топливо. В дейтерий-тритиевая реакция является благоприятным, поскольку имеет наибольшее сечение плавления (около 5,0сараи ) и достигает этого максимального сечения при самой низкой энергии (около 65кэВ центр масс) любого потенциального термоядерного топлива.

В Испытательная сборка тритиевых систем (TSTA) был объект в Лос-Аламосская национальная лаборатория посвящена разработке и демонстрации технологий, необходимых для термоядерной обработки дейтерия-трития.

Аналитическая химия

Тритий иногда используют как радиоактивная метка. 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

Тритий можно использовать в бетавольтаическое устройство создать атомная батарея чтобы генерировать электричество.

Использование в качестве океанического транзитного индикатора

Помимо хлорфторуглероды, тритий может действовать как временный индикатор и имеет способность «очерчивать» биологические, химические и физические пути в мировом океане из-за его 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 атомы 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 - начале 1960-х годов привели к попаданию в атмосферу большого количества трития, особенно стратосфера. 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 сообщили, 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 последним научным источникам, уровни в атмосфере на пике испытаний оружия приближаются к 1000 ТЕ, а уровни дождевой воды до выпадения осадков составляют от 5 до 10 ТЕ.[40] В 1963 г. Остров Валентия В Ирландии выпало 2000 ТЕ осадков.[41]

Северо-атлантический океан

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

Данные о бомбах трития были использованы из программы Transient Tracers in the Ocean (TTO) для количественной оценки скорости 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 шкалы времени до нескольких десятилетий.[42]

По данным этих процессов за 1981 г., изоповерхность 1 TU лежит на глубине от 500 до 1000 метров в субтропический регионов, а затем простирается на 1500–2000 метров к югу от Гольфстрим за счет рециркуляции и вентиляции в верхней части Атлантического океана.[37] К северу изоповерхность углубляется и достигает дна холма. бездонная равнина который напрямую связан с вентиляцией дна океана в течение 10–20 лет.[37]

В Атлантическом океане также очевиден профиль трития около Бермуды между концом 1960-х и концом 1980-х гг. 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 увеличение 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 использовался как инструмент для изучения перемешивания и распространения вновь образованных Глубоководье Северной Атлантики (НАДВ), соответствующее тритию, увеличивается до 4 ТЕ.[42] Этот NADW имеет тенденцию проливаться через пороги, разделяющие Норвежское море из северной части Атлантического океана и затем течет на запад и к экватору глубокими пограничными течениями.Этот процесс был объяснен крупномасштабным распределением трития в глубинах Северной Атлантики между 1981 и 1983 годами.[42] Субполярный круговорот обычно освежается (вентилируется) NADW и напрямую связан с высокими значениями трития (> 1,5 TU). Также было очевидно уменьшение трития в глубоком западном пограничном токе в 10 раз по сравнению с Лабрадорское море к Тропики, что указывает на потери во внутреннюю часть океана из-за турбулентного перемешивания и рециркуляции.[42]

Тихий и Индийский океаны

В исследовании 1998 года пробы концентрации трития в морской воде и атмосферном водяном паре (на высоте 10 метров над поверхностью) отбирались в следующих местах: Сулу Море, то Фримантл Бэй, то Бенгальский залив, то Залив Пенанг, а Малаккский пролив.[44] Результаты показали, что концентрация трития в поверхностной морской воде была самой высокой в ​​заливе Фримантл (приблизительно 0,40 Бк / литр), что можно отнести к смешанным стокам пресной воды с близлежащих земель из-за большого количества, обнаруженного в прибрежных водах.[44] Обычно более низкие концентрации обнаруживались между 35 и 45 градусов южной широты широта и около экватор. Результаты также показали, что (в целом) количество трития уменьшилось с годами (до 1997 г.) из-за физического распада бомбового трития в Индийский океан. Что касается водяного пара, то концентрация трития была примерно на порядок выше, чем концентрация в поверхностной морской воде (от 0,46 до 1,15 Бк / л).[44] Следовательно, 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 зависел от изменения широты).[44]

в Северный Тихий океан, тритий (введенный в виде бомбового трития в Северном полушарии) распространился в трех измерениях. Подповерхностные максимумы наблюдались в средних и низких широтах, что свидетельствует о латеральном перемешивании (адвекции) и распространение процессы по линии постоянного потенциальная плотность (изопикналы ) в верхних слоях океана.[45] Некоторые из этих максимумов даже хорошо коррелируют с соленость экстремумы.[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, имел место медленный обмен трития (по сравнению с более мелкими изопикналами) между этим круговоротом и антициклоническим круговоротом в сторону 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 это самый мелкий слой 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 изопикнала 26,81 и больше не является частью смешанного слоя. Его 2 источника - это диффузия вниз от смешанного слоя и боковые расширения, обнажающие слои (к полюсу); он содержит около 58% всего трития.[45]
Слой 3
Слой 3 является представителем вод глубже изопикны обнажения и может получать тритий только за счет вертикальной диффузии; он содержит оставшиеся 14% всего трития.[45]

Система реки Миссисипи

Последствия ядерных осадков[non sequitur ] ощущались в Соединенных Штатах на протяжении Система реки Миссисипи. Концентрации трития можно использовать для понимания время пребывания континентальных гидрологических систем (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 г. при изучении концентраций трития (начиная с 1960-х гг.) В бассейне реки Миссисипи были приняты во внимание несколько рек: Река Огайо (крупнейший вход в сток реки Миссисипи), Река Миссури, и Река 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, вызванными испытаниями ядерной бомбы в 1962 году. В целом самые высокие концентрации наблюдались в реке Миссури (1963 год) и превышали 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]

По данным 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 переходный 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 - «поршень») и компонента, при котором воды находятся в бассейне более 1 года («хорошо перемешанный резервуар» ).[46] Следовательно, 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» модели двухчленного смешения. Что касается реки Миссури, результаты показали, что время пребывания составляло приблизительно 4 года с составляющей быстрого потока 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 вылилось из реки в залив 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]

Смотрите также

Сноски

  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. ^ Тритий заменил радиолюминесцентная краска содержащий радий в этом приложении. Воздействие на радий причина рак кости, а его случайное использование было запрещено в большинстве стран на протяжении десятилетий.

Рекомендации

  1. ^ «Тритий». britannica.com. Британская энциклопедия.
  2. ^ Олифант, М.; Хартек, П.; Резерфорд, Л. (1934). «Эффекты трансмутации, наблюдаемые с тяжелым водородом». Природа. 133 (3359): 413. Bibcode:1934Натура.133..413O. Дои:10.1038 / 133413a0.
  3. ^ Олифант, M.L.E.; Хартек, П.; 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. Дои:10.1098 / RSPA.1934.0077.
  4. ^ Альварес, Луис; Корног, Роберт (1939). «Гелий и водород массы 3». Физический обзор. 56 (6): 613. Bibcode:1939ПхРв ... 56..613А. Дои: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:1954ПхРв ... 93,1337К. Дои:10.1103 / PhysRev.93.1337.
  7. ^ Лукас, Л.Л. и Унтервегер, М.П. (2000). «Всесторонний обзор и критическая оценка периода полураспада трития». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий. 105 (4): 541–549. Дои:10.6028 / jres.105.043. ЧВК  4877155. PMID  27551621.
  8. ^ Водород-3 (PDF). ehso.emory.edu (Отчет). Паспорт безопасности нуклидов. Архивировано из оригинал (PDF) 20 мая 2013 г.
  9. ^ Hanaor, Dorian A.H .; Колб, Матиас Х.Х .; Гань, Исян; Камлах, Марк; Вязальщица, Регина (2015). «Синтез смешанных фаз в Li2TiO3–Li4SiO4 система". Журнал ядерных материалов. 456: 151–161. arXiv:1410.7128. Bibcode:2015JNuM..456..151H. Дои:10.1016 / j.jnucmat.2014.09.028.
  10. ^ а б 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. Получено 15 сентября 2010.
  11. ^ Джонс, Грег (2008). «Проблемы трития в промышленных реакторах с водой под давлением». Наука и технологии термоядерного синтеза. 54 (2): 329–332. Дои:10.13182 / FST08-A1824.
  12. ^ Sublette, Кэри (17 мая 2006 г.). «Часто задаваемые вопросы о ядерном оружии, раздел 12.0. Полезные таблицы». Архив ядерного оружия. Получено 19 сентября 2010.
  13. ^ Уитлок, Джереми. «Раздел D: Безопасность и ответственность - Как Ontario Power Generation управляет производством трития в модераторах CANDU?». Канадские ядерные вопросы. Получено 19 сентября 2010.
  14. ^ а б «Тритий (водород-3) - информационный бюллетень о здоровье человека» (PDF). Аргоннская национальная лаборатория. Август 2005. Архивировано с оригинал (PDF) 8 февраля 2010 г.. Получено 19 сентября 2010.
  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. Дои:10.1063/1.1945141.
  16. ^ Сбросы сточных вод с атомных электростанций и установок топливного цикла. Национальная академия прессы (США). 29 марта 2012 г.
  17. ^ Отчет целевой группы по тритированной воде (PDF). www.meti.go.jp/english (Отчет). Токио, Япония: Министерство экономики, торговли и промышленности.
  18. ^ "JP Gov" В международных знаниях не было обнаружено радикальных технологий удаления трития."". Дневник Фукусимы. Декабрь 2013.
  19. ^ «Пропорциональные счетчики нейтронов Гелий-3» (PDF). mit.edu. Кембридж, Массачусетс: Массачусетский технологический институт. Архивировано из оригинал (PDF) 21 ноября 2004 г.
  20. ^ Янг, П. И Фостер, Д.Г., младший (сентябрь 1972 г.). «Оценка сечений образования нейтронов и гамма-лучей для азота» (PDF). Лос-Аламос, Нью-Мексико : Лос-Аламосская научная лаборатория. Получено 19 сентября 2010.
  21. ^ а б «Раздел информации о тритии». Физический факультет. Сеть радиационной информации. Государственный университет Айдахо. Архивировано из оригинал 3 марта 2016 г.
  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 оригинал (PDF) 16 октября 2014 г.. Получено 6 сентября 2018.
  23. ^ «Программы защиты». Сайт реки Саванна. Министерство энергетики США. Получено 20 марта 2013.
  24. ^ «Установка экстракции трития» (PDF). Сайт реки Саванна. Бюллетени. Министерство энергетики США. Декабрь 2007 г.. Получено 19 сентября 2010.
  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. университет Мичигана. Получено 20 марта 2013.
  27. ^ Фэрли, I. (июнь 2007 г.). Отчет об опасности трития: загрязнение и радиационный риск от ядерных объектов Канады (PDF) (Отчет).
  28. ^ Осборн, Р. (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. ^ а б c Справочная информация о тритии, предельных значениях радиационной защиты и стандартах питьевой воды (Отчет). НАС. Комиссия по ядерному регулированию. 15 марта 2011 г.. Получено 10 февраля 2012.
  30. ^ Факты и информация о тритии (Отчет). Департамент охраны окружающей среды Пенсильвании. Архивировано из оригинал 15 мая 2013 г.
  31. ^ а б Singh, V.P .; Pai, R.K .; Veerender, D. D .; Вишну, М. С .; Vijayan, P .; Managanvi, S. S .; Badiger, N.M .; Бхат, Х. Р. (2010). «Оценка биологического периода полураспада трития в прибрежных районах Индии». Дозиметрия радиационной защиты. 142 (2–4): 153–159. Дои: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 г.. Получено 23 февраля 2017.
  36. ^ Уиллмс, Скотт (14 января 2003 г.). Рекомендации по поставкам трития (PDF) (Отчет). Лос-Аламос, Нью-Мексико: Лос-Аламосская национальная лаборатория. Получено 1 августа 2010.
  37. ^ а б c d е ж грамм час Дженкинс, Уильям Дж .; и другие. (1996). «Переходные индикаторы отслеживают климатические сигналы океана». Oceanus (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. Дои:10.1080/10256016.2013.766610. ЧВК  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. ^ Коссэрт, Дж. Дональд (сентябрь 2012 г.). 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. ^ а б c d е Дони, Скотт С. (1992). «Бомбить тритий в глубине Северной Атлантики». Океанография. 5 (3): 169–170. Дои:10.5670 / oceanog.1992.11.
  43. ^ Мишель, Роберт; Уильямс, Питер М. (1973). «Тритий, произведенный бомбой в Антарктическом океане». Письма по науке о Земле и планетах. 20 (3): 381–384. Bibcode:1973E и PSL..20..381M. Дои:10.1016 / 0012-821X (73) 90013-7.
  44. ^ а б c d Kakiuchi, H .; Momoshima, N .; Okai, T .; Маэда, Ю. (1999). «Концентрация трития в океане». Журнал радиоаналитической и ядерной химии. 239 (3): 523. Дои:10.1007 / BF02349062.
  45. ^ а б c d е ж грамм Хорошо, Рана А .; Reid, Joseph L .; Остлунд, Х. Гёте (1981). «Круговорот трития в Тихом океане». Журнал физической океанографии. 11 (1): 3–14. Bibcode:1981JPO .... 11 .... 3F. Дои:10.1175 / 1520-0485 (1981) 011 <0003: COTITP> 2.0.CO; 2.
  46. ^ а б c d е ж грамм час я j Мишель, Роберт Л. (2004). «Гидрология трития бассейна реки Миссисипи». Гидрологические процессы. 18 (7): 1255. Bibcode:2004HyPr ... 18.1255M. Дои:10.1002 / hyp.1403.

внешняя ссылка


Более легкий:
дейтерий		Тритий - это
изотоп из водород		Тяжелее:
водород-4
Продукт распада из:
водород-4		Цепочка распада
трития		Распада к:
гелий-3