Тритий: какво представлява, характеристики, свойства и производство
Енергията на реакциите на разпад и синтез в ядрото на атома отдавна се използва в науката и технологиите. Използва се в промишлеността, оръжията, геологията, атомните електроцентрали. Процесите на ядрени реакции могат да донесат както полза, така и голяма вреда. Статията ще обсъди какво е това - тритий, как се добива, използването му в ядрената енергия и какви опасности са свързани с неговото използване.
Изотопи на водород
Преди да обясните какво е тритий, трябва да се запознаете с концепцията за изотоп.
Атомът на всяко вещество се състои от ядро и електрони (отрицателно заредени частици), движещи се в орбита около него. Ядрото на атома съдържа положително заредени частици - протони и частици с неутрален заряд - неутрони.
В един обикновен атом броят на електроните и протоните е един и същ, но броят на неутроните може да се различава. В този случай, елементите с различен брой неутрони в ядрото се наричат елементни изотопи.
Водородът има заряд от 1, т.е. той съдържа един електрон и един протон. Неговите изотопи са протий, деутерий и тритий. Думата "протеи" произлиза от гръцката дума "първо". Този елемент има само един протон в ядрото. Всъщност това е обичайният ни водород.
Деутерий означава "второ". В ядрото има един протон и един неутрон. И тритий се превежда като "трети" и съдържа в ядрото отново един протон, но два неутрона.
Краткият отговор на въпроса "Тритий - какво е това?" изглежда така: това е третият изотоп на химичния елемент водород.
История на откриването
Имената на изотопи 1Н и 2Н - протий и деутерий - са предложени от американския физик Харолд Ури. Откривайки съществуването на деутерий, учените веднага предложиха наличието на трети изотоп от водород, който има два неутрона в ядрото. Юрий за изследване използва метода на спектралния анализ. Той обаче не даде резултати. Оказа се, че концентрацията на тритий е твърде малка, за да бъде открита с традиционни методи. В природата това вещество е почти невъзможно да се намери. Ето защо, за изследвания започнаха да се използват други методи, например, масспектрометрия.
През 1934 г. Ърнест Ръдърфорд успял изкуствено да получи третия изотоп, използвайки ядрени реакции. Разбира се, името е избрано предварително и по аналогия с протеина и деутерия, то е известно като тритий.
свойства
При нормални условия физичните свойства на тритий са почти същите като тези на обикновения водород. Има газообразно състояние; липсват вкус, мирис и цвят. Когато температурата падне до -250 ° С, тя става лека безцветна течност. И когато се нагрява, прилича на сняг.
Атомната маса на трития е около 3 amu.
Тритий е радиоактивно вещество. Времето на полуразпад е 12 години, което е много удобно в изследванията. Каналът за намаляване на елемента е бета. Тритий се превръща в изотоп хелий-3. Когато това се случи, емисиите на електрони и антинейтрино.
Масов дефект и енергия за свързване на тритий
Един от ключовите елементи в физиката на частиците е концепцията за свързващата енергия на атомните ядра. Енергията на свързване на тритиевото ядро се разбира като количество енергия, което е необходимо, за да може ядрото му да се раздели на отделни нуклони. Тъй като ядрата се държат от т. Нар. Силно взаимодействие, се изисква голямо количество енергия за разделянето им.
За да се изчисли енергията на свързване на ядрото, е необходимо да се знае масата на субатомните частици. Известно е, че останалата маса на ядрото е по-малка от общата маса на нуклоните в състава му. Разликата между масите на ядрото и сумите на нейните нуклони се нарича дефект на масата.
Масовият дефект на тритий, както и други ядра, се изчислява по формулата:
Δm = (Z * mp + N * m n ) - M i , където
Z е броят на протоните;
N е броят на неутроните;
mp е протонната маса;
m n е масата на неутроните;
MI е масата на ядрото.
Енергията на специфичния свързващ елемент на трития е 2,827.2 keV на нуклон.
Тритий в природата
Количеството на този изотоп в природата е незначително. Това се дължи на неговата радиоактивност, т.е. на нестабилността на ядрото.
В природата се произвежда главно в горните слоеве на атмосферата. Образуването му се случва, когато частици от космическите лъчи се сблъскат с атомните ядра, например азот. Тъй като в атмосферата се образува тритий, неговите източници на Земята са валежи (дъжд и сняг).
Според учените, в най-чистата си форма, тритий на Земята съдържа едва повече от 1 кг. Затова се произвежда изкуствено в лабораторията.
Производство на тритий
В момента приготвянето на този изотоп не е трудно, но е изключително скъп процес. За производството на един килограм от веществото са необходими разходи от 30 милиона долара.
Най-често използваната суровина е литий. По-рядко - берилий или бор. Литий се подлага на неутронно облъчване на циклотрон. След това се разтваря във вода, за да се получи водород, който съдържа тритий. Половината от лития става неизползваем в резултат на този процес и се отрови за скрап.
За да се получи водород с тритий от берилий и бор, те се третират със сярна киселина.
Друг начин за получаване на изотоп е облъчването на тежка вода с дейтрони. Тежката вода е вещество, образувано от деутерий (наричан още деутериев оксид). След облъчването такава вода се електролизира и след това се извлича тритий.
Понастоящем този елемент се произвежда главно в САЩ, Канада и Русия.
радиоактивност
Тритий е радиоактивен. Когато се разпадне, се освобождава бета лъчение, което е поток от електрони.
С външно облъчване на тялото тритият не причинява сериозни увреждания. Въпреки това, ако се погълне с вода, храна или въздух, тя може да причини значителни щети на здравето. Факт е, че като водороден изотоп, тритий може да го замени в химични съединения. По този начин тя попада в живите клетки и е вградена в тяхната структура. Това се отразява на генетичната информация на клетката.
Както беше казано, тритий практически не се среща в природата, поради което трудно може да навреди на живите организми. Ядрената промишленост обаче става източник на изкуствено производство на този изотоп. Атомните електроцентрали отделят тритий в течно и газообразно състояние. Причината за това е, че изотопът практически не се филтрира. Годишно се произвежда до 4 кг тритий. Резултатът от емисиите е радиоактивно замърсяване на почвата, въздуха и водата. По този начин тя е потенциален източник на инфекция на живите организми. Ето защо тритийът е включен в списъка на контролираните параметри при оценката на качеството на питейната вода.
приложение
Основното използване на тритий е ядрената промишленост. Факт е, че реакцията на синтез на деутерий и тритий води до контролиран термоядрен синтез. Енергията, свързваща тритий, е толкова висока, че в хода на термоядрените реакции тя се произвежда в огромни количества, многократно повече в реакциите на разпад на атомните ядра, така че контролираните термоядрени реакции могат да станат основен източник на енергия на Земята в продължение на много години. В тази връзка учените в момента работят върху изграждането на термоядрен реактор, в който процесите на ядрен синтез ще се осъществят в голям мащаб. Най-известният проект за такъв реактор в момента се строи от ITER (ITER) във Франция.
Производството на тритий може успешно да се използва за военни цели, например при създаването на термоядрени оръжия.
С помощта на тритий се правят специални светлинни бои. Това се дължи на радиолуминесценцията - явлението луминесценция на елемент по време на радиоактивен разпад. Към инструменталните везни се прилагат светлинни бои, които също се използват за направата на ключодържатели и часовници. Количеството тритий в тях не е толкова голямо, че да носи заплаха за здравето.
Тритий се използва като индикатор за химични реакции.
И накрая, този изотоп се използва за определяне на възрастта на обекти, които не са на повече от 100 години, например вина.
И така, какво е тритий? изводи:
- Тритий е водороден изотоп, имащ един протон и два неутрона в ядрото.
- Изотопът практически не се среща в природата, но е успешно произведен в лаборатории.
- Тритий е радиоактивен и неговото използване може да донесе ползи и вреди на човечеството.