Tritij: što je to, značajke, svojstva i proizvodnja
Energija reakcija raspadanja i sinteze u jezgri atoma već se dugo koristi u znanosti i tehnologiji. Koristi se u industriji, oružju, geologiji, nuklearnim elektranama. Procesi nuklearnih reakcija mogu donijeti i korist i veliku štetu. U članku će se raspravljati o tome što je to - tritij, kako je minirano, njegova uporaba u nuklearnoj energiji i koje su opasnosti povezane s njegovom uporabom.
Izotopi vodika
Prije nego što objasnite što je to tricij, morate se upoznati s konceptom izotopa.
Atom bilo koje tvari sastoji se od jezgre i elektrona (negativno nabijenih čestica) koji se kreću u orbitama oko njega. Jezgra atoma sadrži pozitivno nabijene čestice - protone i čestice s neutralnim nabojem - neutrone.
U običnom atomu broj elektrona i protona je isti, ali se broj neutrona može razlikovati. U ovom slučaju, elementi s različitim brojem neutrona u jezgri nazivaju se izotopi elemenata.
Vodik ima naboj od 1, odnosno sadrži jedan elektron i jedan proton. Njegovi izotopi su protij, deuterij i tritij. Riječ "protey" potječe od grčke riječi "first". Ovaj element ima samo jedan proton u jezgri. Zapravo, to je naš uobičajeni vodik.
Deuterij znači "drugi". U jezgri ima jedan proton i jedan neutron. I tricij se prevodi kao "treći" i sadrži u jezgri, opet, jedan proton, ali dva neutrona.
Kratak odgovor na pitanje "Tricij - što je to?" izgleda ovako: ovo je treći izotop kemijskog elementa vodika.
Povijest otkrića
Imena za izotope 1H i 2H - protij i deuterij - predložio je američki fizičar Harold Urey. Pronalazeći postojanje deuterija, znanstvenici su odmah sugerirali prisutnost trećeg izotopa vodika, koji u jezgri ima dva neutrona. Yuri je za istraživanje koristio metodu spektralne analize. Međutim, nije dao rezultate. Pokazalo se da je koncentracija tricija premala da bi se otkrila tradicionalnim metodama. U prirodi je ta tvar gotovo nemoguće pronaći. Stoga su se za istraživanja počela koristiti i druge metode, primjerice masena spektrometrija.
Godine 1934. Ernest Rutherford uspio je umjetno dobiti treći izotop koristeći nuklearne reakcije. Naravno, ime je unaprijed odabrano i, po analogiji s protemijom i deuterijem, postalo je poznato kao tritij.
nekretnine
Pod normalnim uvjetima, fizikalna svojstva tricija su približno jednaka onima običnog vodika. Ima plinovito stanje; nedostaju okus, miris i boja. Kada temperatura padne na -250 ° C, postaje lagana bezbojna tekućina. A kad se zagrije, podsjeća na snijeg.
Atomska masa tricija je oko 3 amu.
Tritij je radioaktivna tvar. Poluživot je 12 godina, što je vrlo pogodno u istraživanju. Kanal propadanja elementa je beta. Tritij se pretvara u izotop helij-3. Kada se to dogodi, emisija elektrona i antineutrina.
Maseni defekt i energija vezanja tricija
Jedan od ključnih elemenata u fizici čestica je koncept energije vezanja atomskih jezgri. Energija vezanja jezgre tricija shvaća se kao količina energije koja je potrebna da se njezina jezgra podijeli na pojedinačne nukleone. Budući da se jezgre drže takozvanom jakom interakcijom, potrebna je velika količina energije da bi se razdvojile.
Da bi se izračunala energija vezanja jezgre, potrebno je znati masu subatomskih čestica. Poznato je da je masa ostatka jezgre manja od ukupne mase nukleona u svom sastavu. Razlika između masa jezgre i sume njenih nukleona naziva se defekt mase.
Maseni defekt tricija, kao i drugih jezgri, izračunava se po formuli:
Δm = (Z * mp + N * m n ) - Mj , gdje
Z je broj protona;
N je broj neutrona;
mp je masa protona;
m n je neutronska masa;
MI je masa jezgre.
Specifična energija vezanja za element tricija je 2.827,2 keV po nukleonu.
Tritij u prirodi
Količina tog izotopa u prirodi je zanemariva. To je zbog njegove radioaktivnosti, to jest, nestabilnosti jezgre.
U prirodi se uglavnom proizvodi u gornjoj atmosferi. Njegovo formiranje se događa kada se čestice kozmičkih zraka sudaraju s atomskim jezgrama, na primjer dušikom. Kako se tricij formira u atmosferi, njegovi izvori na Zemlji su oborine (kiša i snijeg).
Prema znanstvenicima, u svom najčišćem obliku, tricij na Zemlji sadrži jedva nešto više od 1 kg. Stoga se umjetno proizvodi u laboratoriju.
Proizvodnja tritija
Trenutno priprema ovog izotopa nije teška, ali je izuzetno skup proces. Za proizvodnju jednog kilograma tvari potrebno je izdvojiti 30 milijuna dolara.
Najčešće se koristi litij. Manje - berilij ili bor. Litij je izložen neutronskom zračenju na ciklotronu. Zatim se otopi u vodi da se dobije vodik, koji sadrži tricij. Polovica litija postaje neupotrebljiva kao rezultat tog procesa i otrovana je za otpad.
Za dobivanje vodika s tricijem iz berilija i bora, oni se tretiraju sumpornom kiselinom.
Drugi način za proizvodnju izotopa je ozračivanje teške vode deuteronom. Teška voda je tvar koja nastaje od deuterija (također nazvanog deuterijev oksid). Nakon ozračivanja takva se voda elektrolizira, a zatim se ponovno prikupi tricij.
Trenutno se taj element proizvodi uglavnom u SAD-u, Kanadi i Rusiji.
radioaktivnost
Tritij je radioaktivan. Kada se raspada, oslobađa se beta zračenje, što je struja elektrona.
S vanjskim zračenjem tijela tritij ne uzrokuje ozbiljnu štetu. Međutim, ako se proguta s vodom, hranom ili zrakom, može prouzročiti značajno oštećenje zdravlja. Činjenica je da tritij, kao izotop vodika, može ga zamijeniti u kemijskim spojevima. Tako ulazi u žive stanice i ugrađuje se u njihovu strukturu. To utječe na genetsku informaciju stanice.
Kao što je rečeno, tricij se praktički ne javlja u prirodi, stoga teško može naškoditi živim organizmima. Međutim, nuklearna industrija postaje izvor umjetne proizvodnje ovog izotopa. Nuklearne elektrane emitiraju tricij u tekućem i plinovitom stanju. Razlog tome je što se izotop praktički ne filtrira. Godišnje se u NEK proizvodi do 4 kg tritija. Rezultat emisija je radioaktivno onečišćenje tla, zraka i vode. Dakle, to je potencijalni izvor infekcije živih organizama. Zbog toga je tritij uvršten u popis kontroliranih parametara u procjeni kvalitete pitke vode.
primjena
Glavna upotreba tricija je nuklearna industrija. Činjenica je da reakcija fuzije deuterija i tritija dovodi do kontrolirane termonuklearne fuzije. Energija vezanja tricija je toliko visoka da se tijekom termonuklearnih reakcija proizvodi u velikim količinama, mnogo puta više nego u reakcijama raspada atomskih jezgri, tako da kontrolirane termonuklearne reakcije mogu postati glavni izvor energije na Zemlji već dugi niz godina. U tom smislu, znanstvenici trenutno rade na izgradnji termonuklearnog reaktora u kojem bi se procesi nuklearne fuzije odvijali u velikom opsegu. Najpoznatiji projekt takvog reaktora trenutno je u izradi ITER (ITER) u Francuskoj.
Proizvodnja tritija može se uspješno upotrijebiti u vojne svrhe, primjerice, pri izradi termonuklearnog oružja.
Pomoću tricija izrađuju se posebne svjetleće boje. Razlog tome je radioluminiscencija - fenomen luminiscencije elementa tijekom radioaktivnog raspada. Svjetleće boje se primjenjuju na vage instrumenta, a također se koriste za izradu lanaca i satova za ključeve. Količina tricija u njima nije toliko velika da bi mogla predstavljati prijetnju zdravlju.
Tritij se koristi kao pokazatelj kemijskih reakcija.
Konačno, ovaj izotop se koristi za određivanje starosti predmeta koji nisu stariji od 100 godina, primjerice vina.
Što je to - tritij? zaključci:
- Tritij je izotop vodika koji ima jedan proton i dva neutrona u jezgri.
- Izotop se praktički ne nalazi u prirodi, ali se uspješno proizvodi u laboratorijima.
- Tritij je radioaktivan, a njegova uporaba može donijeti korist i štetiti čovječanstvu.