Tritium

Strukturell formel
Generell
Etternavn	Tritium
andre navn	Tungt hydrogen Super tungt hydrogen Hydrogen-3 Triplogs (foreldet)
Molekylær formel	T 2 (molekylær form)
Kort beskrivelse	fargeløs gass
Eksterne identifikatorer / databaser
CAS-nummer 10028-17-8 EF-nummer 233-070-8 ECHA InfoCard 100.030.052 PubChem 24824 Wikidata Q54389
eiendommer
Molarmasse	6.032099 g mol −1 (mol T - T) 3.0160495 u ( T-atom )
Fysisk tilstand	gassformig
Smeltepunkt	20,65 K (−252,5 ° C )
kokepunkt	25,05 K (−248,1 ° C)
Damptrykk	215,98 t Pa (ved smeltepunkt)
Fare- og sikkerhetsinformasjon
Radioaktivt
GHS-faremerking ingen klassifisering tilgjengelig
Så langt som mulig og vanlig, brukes SI-enheter . Med mindre annet er angitt, gjelder oppgitte data standardbetingelser .

Tritium (fra antikkens gresk τρίτος trítos 'den tredje'), også ³ H , supertungt hydrogen eller supertungt hydrogen er en isotop av hydrogen som forekommer i naturen i spor . Atomkjernen , også kjent som Triton , består av en proton og to nøytroner . Tritium er en radioaktiv beta-emitter . Det forfaller til stabilt helium ( ³ He) med en halveringstid på 12,32 år .

Navngivning

Tritiums posisjon på nuklidkartet

På grunn av den store betydningen av hydrogenisotopene og fordi massene er veldig forskjellige, har isotopene ikke bare fått sine egne navn, men isotopene deuterium og tritium har også sine egne elementssymboler: for ² H kan du også skrive D, og T for ³ H. I dette tilfellet står H da spesifikt for ¹ H.

For andre elementer er masseforholdet mellom isotopene langt lavere (det er fremdeles størst med isotopparet ³ He og ⁴ He, nemlig 1: 1,327). Derfor er det ingen egne navn og symboler for dem.

historie

Oppdagerne er Ernest Rutherford , Mark Oliphant og Paul Harteck (1934), som produserte den fra deuterium . Bevisene for en magneto-optisk effekt (Allison-effekt) av Wendell Latimer i 1933 bleknet i bakgrunnen etter at denne effekten falt i vanære samme år. Den ble først isolert i 1939 av Luis W. Alvarez og Robert Cornog, som også anerkjente radioaktiviteten. Willard Libby skjønte på 1950-tallet at tritium kunne brukes til radiometrisk datering av vann og vin.

Fremvekst

Naturlig opprinnelse

Tritium oppstår naturlig hovedsakelig i stratosfæren . Raske protoner av kosmiske stråler danner delvis tritium direkte gjennom spallasjon , men hovedsakelig sekundære nøytroner, som danner tritium i reaksjoner med nitrogen i stratosfæren og den øvre troposfæren:

${\ displaystyle {} _ {\ 7} ^ {14} \ mathrm {N} \ + \ {} _ {0} ^ {1} \ mathrm {n} \ \ rightarrow \ {} _ {\ 6} ^ { 12} \ mathrm {C} \ + \ {} _ {1} ^ {3} \ mathrm {H}}$

kort:

${\ displaystyle \ mathrm {^ {14} N \ + \ n \ longrightarrow \ ^ {12} C \ + \ T}}$

Tritium danner opprinnelig HT (tritiumhydrogen), diffunderer (hvis det dannes i stratosfæren) til tropopausen , oksiderer i troposfæren med en tidskonstant på 6,5 år gjennom fotokjemiske reaksjoner på HTO (T-holdig vann) og regner deretter relativt raskt ut. En jevn tilstand er etablert fra formasjon og radioaktivt forfall, som et resultat av at det hele tiden er rundt 3,5 kg tritium fra naturlig produksjon i biosfæren , hvorav 99% er i de nærliggende lagene i havene.

Biprodukt av kjernefisjon

I reaktorer moderert med tungt vann (se f.eks. CANDU ), forekommer tritium som et uunngåelig biprodukt i en mengde på rundt 1 kg per 5  GWa (gigawatt år) - det vil si rundt 150 peta-joule generert elektrisk energi. Ekstraksjon fra kjølevannet er kompleks, siden isotopseparasjon er nødvendig for dette .

Tritium dannes også i kjølevæsken i den primære kretsen til mange trykkvannsreaktorer , ettersom en viss mengde borsyre tilsettes vannet for å kontrollere reaktiviteten i reaktorkjernen. Den ønskede reaksjonen er at bor-10 absorberer et nøytron, og deretter forfaller umiddelbart til en alfapartikkel og litium-7. En uønsket sidereaksjon er imidlertid at bor-11 absorberer et nøytron og deretter brytes ned til tritium og beryllium-9.

Tritium er også en mindre vanlig biprodukt ved fisjon av spaltbart atomkjerner, slik som ²³⁵ U, ²³⁹ Pu eller ²³³ U, og er utformet med en frekvens på omtrent en tritium-kjerne pr 10 ⁴ fisjon. Tritium dannes i 7% av de ternære forfallene, dvs. når startnuklidet er delt i tre i stedet for to fragmenter. Som regel forblir dette tritium i drivstoffsenhetene sammen med de andre fisjonsproduktene. Imidlertid kan den frigjøres i tilfelle en kjernesmelting eller ombehandling av kjernefysisk drivstoff.

Produksjon fra litium

Tritium kan lages ved å reagere ⁶ Li med nøytroner:

${\ displaystyle \ mathrm {^ {6} Li \ + \ n \ longrightarrow \ ^ {4} Han \ + \ T \ + \ 4 {,} 78 \ MeV}}$

I hydrogenbomber produseres tritium som kreves for fusjon hovedsakelig på denne måten under eksplosjonen av bomben. Nøytronene som kreves for dette kommer opprinnelig fra fisjon av uran eller plutonium , og senere også fra selve fusjonsreaksjonen.

For kjernefusjonsreaktorer planlegges produksjonen av tritium fra litium på samme måte: Innledningsvis, spesielt for drift av forskningsreaktorer, skal tritium produseres ved hjelp av nøytronstrømmen i atomreaktorer . Senere skal nødvendig tritium produseres i teppet til kjernefusjonsreaktorene.

eiendommer

radioaktivitet

Mens det ikke er noe nøytron ved siden av protonen i atomkjernen til hydrogenatomet ( ¹ H) og ett nøytron i deuterium ( ² H eller D), er det to i tritium. I motsetning til ¹ H og ² H er tritiumkjernen ustabil og forfaller med en halveringstid på 12,32 år med utslipp av et elektron og en antineutrino i heliumisotopen ³ He ( beta-minus forfall ):

${\ displaystyle \ mathrm {T} \ longrightarrow \ mathrm {^ {3} He} + e ^ {-} + {\ overline {\ nu}} _ {e}}$

I løpet av dette forfallet frigjøres en energi på 18,6  keV :

${\ displaystyle E _ {\ mathrm {max}} = \ Delta m \ cdot c ^ {2} = (3 {,} 0160492-3 {,} 0160293) u \ cdot c ^ {2} = 18552 \, \ mathrm {eV}}$.

Fra dette mottar elektronen et gjennomsnitt på 5,7 keV kinetisk energi. Sammenlignet med andre beta-sendere er strålingen veldig myk. I vann stopper det etter noen mikrometer; den kan heller ikke trenge gjennom de øvre lagene i huden. Den radioaktivitet av tritium er derfor særlig farlig hvis svelges eller inhaleres .

Andre egenskaper

Symbolet er ³ H; for enkelhets skyld i formelnotasjonen blir T også ofte brukt.

Tritium-oksyd (Superheavy vann) T ₂ O har et kokepunkt på 101,51 ° C og et smeltepunkt på 4,48 ° C.

bruk

Nøkkelring med tritium

Et deuterium og en atomkjerne i tritium smelter sammen for å danne en heliumkjerne og frigjør et raskt nøytron og den kinetiske energien til partiklene.

I biologi , kjemi og medisin brukes blant annet tritium som en såkalt sporstoff for å markere visse stoffer, blant annet for å bestemme alderen på grunnvannet .

I tritiumgasslyskilder (langlivslamper) brukes gassformig tritium sammen med fosfor i forseglede rør av borosilikatglass . Den beta-stråling av tritium stimulerer fluorescerende belegg på innsiden av glassrøret for å gi en svak gløde ( fluorescens ). Disse "kalde lysene" har en teoretisk levetid på flere tiår og er tilgjengelige i forskjellige farger.

De nevnte tritiumgasslyskildene brukes også som lyskilde på urskiver og hender på visse klokkemodeller. I kompasser som de som ble brukt av den amerikanske hæren på 1980-tallet, ble 120 mCi tritium brukt i fargen for å markere kardinalpunktene. Lysende maling som inneholder tritium ble også brukt til severdigheter våpen.

Ioniseringsrøykdetektorer fungerer noen ganger med en tritiumgassampulle som ionisator. Imidlertid er det helserisiko ved produksjon og lagring av større mengder på grunn av radioaktiviteten. Derfor er det gjennom fosforescerende lyskilder, som f.eks. B. Superluminova erstattet. ²⁴¹ Am (americium) kan også brukes i røykvarslere i stedet for tritium .

En 1: 1 blanding av deuterium og tritium (DT) har de gunstigste egenskapene som drivstoff for fusjonsenergien : et høyt energiutbytte, et relativt stort tverrsnitt, den minste mulige Coulomb-kraften som skal overvinnes (bare en elektrisk ladning per atom) og derfor en komparativ lav fusjonstemperatur. I fusjonsreaktorer er det rundt 100 millioner Kelvin, sammenlignet med 400 millioner Kelvin i den nest mest passende deuterium-deuteriumreaksjonen. Derfor kan bare en DT-blanding vurderes for fremtidige fusjonskraftverk . For deres kontinuerlige drift kunne imidlertid tilstrekkelige mengder tritium bare produseres ved å inkubere fra litium-6 i selve reaktoren. De første eksperimentene der det ble oppdaget DT-fusjoner har hittil funnet sted på Joint European Torus (JET) testanlegg i Culham, England og ved Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) i Princeton. DT-eksperimenter i større skala er planlagt for den andre eksperimentelle fasen av ITER- prosjektet . Systemer for å undersøke det grunnleggende i et fusjonskraftverk, som tokamak ASDEX Upgrade i Garching i Tyskland eller Wendelstein 7-X- stellatoren i Greifswald, derimot, bruker bare deuterium eller hydrogenplasmer fordi det først handlet om å få et stabilt plasmaprodukt. Dette betyr at det er tilgang til systemet og måleinstrumentene umiddelbart etter hvert eksperiment, og at strålingsbeskyttelsesinnsatsen kan holdes lavere (dette er også nødvendig med et deuteriumplasma, fordi mange deuterium-deuterium-fusjoner finner sted i det selv med 100 millioner Kelvin).

Tritium er også en integrert del av visse atomvåpen . Bare noen få gram av en gassformig deuterium-tritiumblanding kan øke den eksplosive effekten av kjernefysiske våpen med en faktor på to, også kjent som “boosting”. Tritium er til og med viktig for at nøytronbomber skal fungere; her kreves opptil 20 gram tritium per stridshode. I hydrogenbomber brukes tritium bare som en booster og for å justere den eksplosive kraften i fisjonstrinnet , mens litiumdeuterid brukes i fusjonsstadiet , hvorfra tritium bare dannes under nøytronbombardement.

På grunn av den relativt korte halveringstiden på 12,3 år, brukes tritium til å bestemme alderen på grunnvann nær overflaten eller for å studere hydrologiske strømningsforhold. Utgangspunktet for beregningene er innføring av tritium i grunnvannet på 1950- og begynnelsen av 1960-tallet. Årsaken til oppføringen var de mange atomprøver i atmosfæren, som frigjorde betydelige mengder tritium.

Betaforfallet av tritium produserer ikke-radioaktivt helium-3 . På grunn av sin ekstreme sjeldenhet i naturlige heliumkilder, er dette for tiden den rimeligste kilden til helium-3. Det kreves i grunnleggende forskning.

sikkerhetsinstruksjoner

De kjemiske farene som følger av tritium er identiske med de fra hydrogen, men er relativt ubetydelige sammenlignet med de radioaktive farene som gassformede beta-emittere, noe som også krever helt andre håndteringsregler. Merkingen av hydrogen i henhold til vedlegg VI til forordning (EF) nr. 1272/2008 (CLP) , som kun omhandler farene som følger av kjemi, ville ha en ganske triviell effekt og ble derfor utelatt, spesielt siden tritium bare er teknisk kvalifisert. for det Laboratories og håndteres bare i små mengder.

Tritium er ikke sterkt radiotoksisk , men det kan lagres og omdannes i kroppen i form av vann. En fransk-belgisk studie fra 2008 konkluderer med at dens radiologiske effekter hittil har blitt undervurdert. B. lagre i DNA (genetisk materiale), noe som kan være problematisk, spesielt under graviditet.

bevis

Tritium påvises blant annet på grunnlag av virkningene av radioaktivitet ved bruk av flytende scintillasjonsteller eller åpne ioniseringskamre . Massespektrometre kan også brukes til påvisning.

Se også

• Tritium-metoden
• Isotopetterforskning

weblenker

Wiktionary: Tritium  - forklaringer av betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

Individuelle bevis

1. ^ ^{A b c d} A. F. Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Textbook of Inorganic Chemistry . 102. utgave. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 274.
2. ↑ Farene som følger av radioaktivitet hører ikke til egenskapene som skal klassifiseres i henhold til GHS-merkingen. Når det gjelder ytterligere farer, har dette stoffet enten ennå ikke blitt klassifisert, eller en pålitelig og sitabel kilde har ennå ikke blitt funnet.
3. Ip Oliphant, Harteck, Rutherford, Transmutasjonseffekter observert med tungt hydrogen , Nature, bind 133, 1934, s.413
4. ↑ Oliphant, Harteck, Rutherford, Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen , Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Volume 144, 1934, s. 692
5. ↑ Alvarez, Cornog, Helium and Hydrogen of Mass 3 , Physical Review, Volume 56, 1939, s. 613.
6. ^ Sheldon Kaufman, Willard Libby: The Natural Distribution of Tritium, Physical Review, Volum 93, 1954, s. 1337.
7. ↑ D. Lal, B. Peters: Kosmisk stråle produserte radioaktivitet på jorden. I: Håndbok for fysikk. Volum 46/2, Springer, Berlin 1967, s. 551-612.
8. ↑ Jürgen Sültenfuß: Radionuklidtritium i havet: målemetode og distribusjon av tritium i Sør-Atlanteren og i Weddellhavet. I: Ber. Polarforskning. 256, 1998, ISSN  0176-5027 , s. 3 (PDF; 5,8 MB).
9. ^ Albert Fiege: Tritium . Rapport KfK-5055, Karlsruhe Nuclear Research Center, 1992. ISSN  0303-4003 .
10. ↑ nøytronabsorpsjon tverrsnitt for bor-10
11. ↑ nøytronabsorpsjon tverrsnitt for bor-11
12. ↑ Utslipp av trefoldig partikler fra fisjonsreaksjoner Arkiv lenke ( Memento fra 19 november 2011 i Internet Archive ) Dissertation, p 9 (PDF, 1,6 MB)..
13. ^ O. Serot, C. Wagemans, J. Heyse: Nye resultater om produksjon av helium og tritiumgass fra ternær fisjon. I: Internasjonal konferanse om kjernedata for vitenskap og teknologi. AIP-konferanseprosedyrer. 2005, 769, s. 857-860, doi : 10.1063 / 1.1945141 .
14. ^ Erklæring fra departementet for miljø, klimabeskyttelse og energisektoren i staten Baden-Württemberg. ( Memento av den opprinnelige fra 29 november 2014 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. I: baden-wuerttemberg.de , 2013 (PDF) @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www2.um.baden-wuerttemberg.de
15. ↑ Tabell over nuklider. Korea Atomic Energy Research Institute
16. ↑ Hva gjør dial og hendene mine traser klokken gløden? MB-Microtec AG, åpnet 9. juli 2018 . 
17. ↑ Oak Ridge Associated Universities: "Military Compass (1981)". I: orau.org , 5. juli 2016
18. ↑ Oak Ridge Associated Universities, "Tritium Sight for M-16 Rifle". I: orau.org , 5. juli 2016
19. ↑ L. Colschen, MB Kalinowski: tritium. En bombe beveger seg i fokus for ikke-spredning og kjernefysisk nedrustning. I: Information Service Science and Peace. 9. bind. Nr. 4, 1991, s. 10-14.
20. ^ Litium deuteride
21. ↑ Prinsipper for atombomber ( Memento av den opprinnelige fra 18 mars 2010 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.zamandayolculuk.com
22. ↑ Burkhard Heuel-Fabianek: Fordelingskoeffisienter (Kd) for modellering av transportprosesser av radionuklider i grunnvann. JÜL rapporterer, Forschungszentrum Jülich, nr. 4375, 2014, ISSN  0944-2952 (PDF; 9,4 MB).
23. ↑ Pressemelding på studiet ( Memento av den opprinnelige datert 12 august 2011 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.fanc.fgov.be