trityum - Tritium
 | |
| Genel | |
|---|---|
| Sembol | 3 saat |
| İsimler | trityum, H-3, hidrojen-3, T, 3 T |
| protonlar | 1 |
| nötronlar | 2 |
| nüklid verileri | |
| Doğal bolluk | 10 -18 hidrojen içinde |
| Yarım hayat | 12.32 yıl |
| çürüme ürünleri | 3 O |
| izotop kütlesi | 3.01604928 u |
| Döndürmek | 1/2 |
| Aşırı enerji | 14.949.794± 0.001 keV |
| Bağlanma enerjisi | 8,481,821±0,004 keV |
| Çürüme modları | |
| çürüme modu | Bozunma enerjisi ( MeV ) |
| Beta emisyonu | 0.018590 |
|
Hidrojen izotopları Komple nüklid tablosu | |
Trityum ( / t r ɪ t i ə m / veya / t r ɪ ʃ i ə m / gelen eski Yunanca τρίτος ) (trítos 'üçüncü') ya da hidrojen-3 (sembol , T ya da 3 H ), bir nadir hidrojenin radyoaktif izotopu . Çekirdek (trityumun t , bazen adlandırılan triton ) birini içeren proton ve iki nötron ortak izotopun çekirdeği ise, hidrojen 1 ( bayağı hidrojen ) tek bir proton ihtiva eder ve bu hidrojen-2 ( döteryum ) bir proton ihtiva eder ve bir nötron.
Doğal olarak oluşan trityum, Dünya'da son derece nadirdir. Atmosfer ile gazların etkileşimi ile oluşturulmuş sadece eser miktarlarda bulunur kozmik ışınlar . Bir nükleer reaktörde lityum metali veya lityum içeren seramik çakılların ışınlanmasıyla yapay olarak üretilebilir ve nükleer reaktörlerin normal işlemlerinde düşük miktarda bir yan üründür.
Trityum, saatler, silah nişangahları, çok sayıda alet ve alet için radyolüminesan ışıklarda ve hatta kendi kendini aydınlatan anahtar zincirleri gibi yenilik öğelerinde enerji kaynağı olarak kullanılır . Tıbbi ve bilimsel bir ortamda radyoaktif izleyici olarak kullanılır . Trityum da daha bol ile birlikte, nükleer füzyon yakıt olarak kullanılır döteryum olarak, Tokamak reaktörler ve hidrojen bombası .
Tarih
Trityum ilk olarak 1934'te Ernest Rutherford , Mark Oliphant ve Paul Harteck tarafından döteryumu döteronlarla (bir döteryum çekirdeği içeren bir proton ve nötron) bombaladıktan sonra tespit edildi . Döteryum, hidrojenin başka bir izotopudur. Bununla birlikte, deneyleri, 1939'da trityumun radyoaktivitesini de gerçekleştiren Luis Alvarez ve Robert Cornog tarafından gerçekleştirilen trityumu izole edemedi . Willard Libby , trityumun su ve şarabın radyometrik tarihlemesi için kullanılabileceğini fark etti .
Çürümek
Trityum, yarılanma ömrünün deneysel olarak belirlenmiş birkaç farklı değerine sahipken , Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü 4,500 ± 8 gün ( 12,32 ± 0,02 yıl ) listeler . Bu bozunumu.Son helyum-3 tarafından beta çözünmesi bu nükleer denklemde gibidir:
ve bu süreçte 18.6 keV enerji açığa çıkarır . Elektron kalan enerjileri neredeyse görünmez kapalı gerçekleştirilir, kinetik enerjisi, 5.7 keV'luk ortalama ile değişir s elektron antineutrino . Trityumdan gelen beta parçacıkları sadece yaklaşık 6,0 mm havaya nüfuz edebilir ve insan derisinin en dıştaki ölü tabakasından geçemezler. Trityum beta bozunmasında salınan alışılmadık derecede düşük enerji, bozunmayı ( renyum-187'ninkiyle birlikte ) laboratuvardaki mutlak nötrino kütlesi ölçümleri için uygun hale getirir (en son deney KATRIN'dir ).
Trityum radyasyonunun düşük enerjisi, sıvı sintilasyon sayımı kullanılması dışında trityum etiketli bileşiklerin tespit edilmesini zorlaştırır .
Üretme
Lityum
Trityum en çok üretilen nükleer reaktörler tarafından nötron aktivasyon ve lityum-6 . Lityum fisyonuyla üretilen trityum ve helyumun salınması ve difüzyonu, damızlık seramikleri olarak adlandırılan seramiklerde gerçekleşebilir . Bu tür ıslah seramiklerinde lityum-6'dan trityum üretimi, herhangi bir enerjideki nötronlarla mümkündür ve 4.8 MeV veren ekzotermik bir reaksiyondur. Karşılaştırıldığında, döteryumun trityum ile füzyonu yaklaşık 17.6 MeV enerji açığa çıkarır. ITER gibi önerilen füzyon enerjisi reaktörlerindeki uygulamalar için, Li 2 TiO 3 ve Li 4 SiO 4 dahil lityum taşıyan seramiklerden oluşan çakıllar , bir damızlık battaniyesi olarak da bilinen helyum soğutmalı bir çakıl yatağı içinde trityum ıslahı için geliştirilmektedir.
Yüksek enerjili nötronlar da gelen trityum üretebilir lityum-7 bir in endotermik 2,466 MeV tüketen, (net ısı tüketen) reaksiyonu. Bu, 1954 Castle Bravo nükleer testi beklenmedik şekilde yüksek bir verim ürettiğinde keşfedildi .
Bor
Bor-10'u ışınlayan yüksek enerjili nötronlar da zaman zaman trityum üretecektir:
Boron-10 nötron yakalamanın daha yaygın bir sonucu, 7
Li
ve tek bir alfa parçacığı .
Döteryum
Trityum, bir döteryum çekirdeği bir nötron yakaladığında , ağır su ile yönetilen reaktörlerde de üretilir . Bu reaksiyonun oldukça küçük bir absorpsiyon kesiti vardır , bu da ağır suyu iyi bir nötron moderatörü yapar ve nispeten az trityum üretilir. Öyle olsa bile, çevreye kaçma riskini azaltmak için birkaç yıl sonra trityumun moderatörden temizlenmesi istenebilir. Ontario Power Generation'ın "Trityum Kaldırma Tesisi" yılda 2.500 tona kadar (2.500 uzun ton; 2.800 kısa ton) ağır su işler ve yaklaşık 2,5 kg (5.5 lb) trityumu ayrıştırarak diğer kullanımlar için kullanılabilir hale getirir .
Döteryumun termal nötronlar için absorpsiyon kesiti yaklaşık 0,52 milibarn iken oksijen-16'nınki (16
8Ö
) yaklaşık 0.19 milibardır ve oksijen- 17'ninki (17
8Ö
) yaklaşık 240 milibardır.
fisyon
Trityum nadir bir ürünü olan nükleer fizyon bir uranyum-235 , plütonyum-239 ve uranyum-233 10000 fissions başına yaklaşık bir atomu bir üretimi ile. Salma veya trityum kurtarma çalışması dikkat edilmesi gereken nükleer reaktörlerde özellikle de, nükleer yakıtların yeniden işlenmesi ve depolanması halinde nükleer yakıtın . Trityum üretimi bir amaç değil, bir yan etkidir. Bazı nükleer santraller tarafından küçük miktarlarda atmosfere deşarj edilmektedir.
| Konum | nükleer tesis | En yakın sular |
Sıvı (TBq) |
Buhar (TBq) |
Toplam (TBq) |
yıl |
|---|---|---|---|---|---|---|
 Birleşik Krallık
|
Heysham nükleer santrali B | irlanda denizi | 396 | 2.1 | 398 | 2019 |
|
Birleşik Krallık
|
Sellafield yeniden işleme tesisi | irlanda denizi | 423 | 56 | 479 | 2019 |
 Romanya
|
Cernavodă Nükleer Santral Ünite 1 | Kara Deniz | 140 | 152 | 292 | 2018 |
 Fransa
|
La Hague yeniden işleme tesisi | ingiliz kanalı | 11.400 | 60 | 11.460 | 2018 |
 Güney Kore
|
Wolseong Nükleer Santrali ve diğerleri | Japon Denizi | 211 | 154 | 365 | 2020 |
 Tayvan
|
Maanshan Nükleer Santrali | Luzon Boğazı | 35 | 9.4 | 44 | 2015 |
 Çin
|
Fuqing Nükleer Santrali | Tayvan Boğazı | 52 | 0,8 | 52 | 2020 |
|
Çin
|
Sanmen Nükleer Santrali | Doğu Çin Denizi | 20 | 0,4 | 20 | 2020 |
 Kanada
|
Bruce Nükleer Üretim İstasyonu A, B | Büyük Göller | 756 | 994 | 1750 | 2018 |
|
Kanada
|
Darlington Nükleer Santrali | Büyük Göller | 220 | 210 | 430 | 2018 |
|
Kanada
|
Pickering Nükleer Üretim İstasyonu Üniteleri 1-4 | Büyük Göller | 140 | 300 | 440 | 2015 |
 Amerika Birleşik Devletleri
|
Diablo Canyon Santrali Üniteleri1, 2 | Pasifik Okyanusu | 82 | 2.7 | 84 | 2019 |
Fukuşima Daiichi
Haziran 2016'da Tritiated Water Task Force , depolanan kontamine soğutma suyunun nihai bertarafı için seçeneklerin değerlendirilmesinin bir parçası olarak Fukushima Daiichi nükleer santralindeki tritiyumun trityum durumuna ilişkin bir rapor yayınladı . Bu bünyesinde trityum Mart 2016 tutma 760 olduğu tespit TBq 860.000 m, toplam (trityum 2.1 g ya da saf toz haline getirilmiş olan 14 mL su eşdeğeri) 3 depolanan suyun. Bu rapor ayrıca, depolama için binalardan vb. çıkarılan sudaki trityum konsantrasyonunun azaltılmasını tanımladı ve dikkate alınan beş yılda (2011–2016) on faktör düşüş, 3,3 MBq/L ila 0,3 MBq/L (düzeltme sonrasında) görüldü. trityumun yıllık %5 bozunması için).
Bu sorunla başa çıkmak için en iyi yaklaşımı değerlendiren bir uzman panelinin raporuna göre, " Trityum teorik olarak ayrılabilir, ancak endüstriyel ölçekte pratik bir ayırma teknolojisi yoktur. Buna göre kontrollü bir çevresel salım en iyi yol olduğu söyleniyor. düşük trityum konsantrasyonlu suyu arıtmak için. " Japon hükümeti tarafından desteklenen bir kamu bilgilendirme kampanyasının ardından, trityumlu suyun denize kademeli olarak salınması 2023'te başlayacak. Sürecin tamamlanması "on yıllar" alacak. Çin protesto ile tepki gösterdi.
helyum-3
Trityumun bozunma ürünü helyum-3 , termal nötronlarla reaksiyona girerek bir protonu dışarı atmak için çok büyük bir kesite (5330 barn) sahiptir , bu nedenle nükleer reaktörlerde hızla trityuma dönüştürülür .
Kozmik ışınlar
Trityum, atmosferik gazlarla etkileşime giren kozmik ışınlar nedeniyle doğal olarak oluşur . Doğal üretim için en önemli reaksiyonda, hızlı bir nötron (4,0 MeV'den büyük enerjiye sahip olması gerekir ) atmosferik nitrojen ile etkileşime girer :
Dünya çapında, doğal kaynaklardan trityum üretimi yılda 148 petabeckerel'dir . Doğal kaynaklar tarafından oluşturulan küresel trityum denge envanteri, 2.590 petabekerelde yaklaşık olarak sabit kalır. Bunun nedeni sabit bir üretim oranı ve stokla orantılı kayıplardır.
Üretim geçmişi
Bir 1996 raporuna göre Enerji ve Çevre Araştırmaları Enstitüsü tarihinde ABD Enerji Bakanlığı sürekli helyum-3 bozunumu.Son beri trityum sadece 225 kg (496 lb) 1996 1955 ABD'de üretilen olmuştu, kalan toplam miktar, rapor sırasında yaklaşık 75 kg (165 lb) idi.
Amerikan nükleer silahları için trityum , 1988'de kapanana kadar Savannah Nehri Bölgesi'ndeki özel ağır su reaktörlerinde üretildi. Soğuk Savaş'ın sona ermesinden sonra Stratejik Silahların Azaltılması Antlaşması (START) ile , mevcut kaynaklar yeni, daha küçük reaktörler için yeterliydi. bir süredir nükleer silah sayısı.
Trityum üretimi, 2003'ten 2005'e kadar ticari Watts Bar Nükleer Santrali'nin reaktörlerinde lityum içeren çubukların ( bor , kadmiyum veya hafniyum içeren olağan kontrol çubuklarının yerini alarak) ışınlanmasıyla yeniden başlatıldı ve ardından çubuklardan trityum ekstraksiyonu yapıldı. Savannah Nehri Bölgesindeki yeni Trityum Çıkarma Tesisi Kasım 2006'da başlayacak. Reaktör operasyonları sırasında çubuklardan trityum sızıntısı, soğutucuda izin verilen maksimum trityum seviyelerini aşmadan herhangi bir reaktörde kullanılabilecek sayıyı sınırlar.
Özellikler
Trityum bir sahiptir atomik kütleye 3.01604928 arasında u . iki atomlu trityum (
T
2 veya3
H
2 ) standart sıcaklık ve basınçta bir gazdır . İle birlikte , oksijen , bir sıvı olarak adlandırılan oluşturan toz haline getirilmiş, su (
T
2
Ö
).
Tritium'un spesifik aktivitesi gram başına 9.650 curie'dir (3.57 × 10 14 Bq /g).
Trityum , olumlu reaksiyon kesiti ve döteryum ile reaksiyonu yoluyla üretilen büyük miktarda enerji (17,6 MeV) nedeniyle nükleer füzyon çalışmalarında önemli bir yere sahiptir:
Tüm atom çekirdekleri, tek elektrik yüklü parçacıkları olarak protonları içerir. Bu nedenle birbirlerini iterler çünkü benzer yükler iter. Bununla birlikte, eğer atomlar yeterince yüksek bir sıcaklığa ve basınca sahiplerse (örneğin, Güneş'in çekirdeğinde), o zaman rastgele hareketleri bu tür elektriksel itmeyi ( Coulomb kuvveti olarak adlandırılır) yenebilir ve güçlü nükleer için yeterince yaklaşabilirler. onları daha ağır atomlara kaynaştırarak etkili olmaya zorlar .
Bir proton ve iki nötron içeren trityum çekirdeği, sıradan hidrojenin çekirdeğiyle aynı yüke sahiptir ve başka bir atom çekirdeğine yaklaştırıldığında aynı elektrostatik itme kuvvetine maruz kalır. Bununla birlikte, trityum çekirdeğindeki nötronlar, başka bir atom çekirdeğine yeterince yaklaştırıldığında çekici güçlü nükleer kuvveti arttırır. Sonuç olarak, trityum, sıradan hidrojenin bunu yapabilme yeteneğiyle karşılaştırıldığında, diğer hafif atomlarla daha kolay birleşebilir.
Aynısı, daha az ölçüde de olsa, döteryum için de geçerlidir. Bu nedenle kahverengi cüceler ("başarısız" yıldızlar olarak adlandırılırlar ) sıradan hidrojeni kullanamazlar, ancak döteryum çekirdeklerinin küçük azınlığını kaynaştırırlar.
Hidrojenin diğer izotopları gibi , trityumun da sınırlandırılması zordur. Kauçuk, plastik ve bazı çelik türleri biraz geçirgendir. Bu, trityumun özellikle füzyon reaktörleri için büyük miktarlarda kullanılması durumunda radyoaktif kirlenmeye katkıda bulunabileceği endişelerini artırdı , ancak kısa yarı ömrü atmosferde önemli uzun vadeli birikimi önlemelidir.
Kısmi Nükleer Test Yasağı Anlaşması'nın yürürlüğe girmesinden önce gerçekleşen yüksek düzeydeki atmosferik nükleer silah testleri , oşinograflar için beklenmedik bir şekilde yararlı olduğunu kanıtladı. Okyanusların üst katmanlarına verilen yüksek seviyelerde trityum oksit, o zamandan beri okyanusların üst katmanlarının alt katmanlarıyla karışma oranını ölçmek için kullanılmıştır.
Sağlık riskleri
Trityum, hidrojenin bir izotopudur ve hidroksil radikallerine kolayca bağlanarak trityumlu su ( H T O ) ve karbon atomları oluşturur. Trityum düşük enerjili bir beta yayıcı olduğundan , harici olarak tehlikeli değildir (beta parçacıkları cilde nüfuz edemez), ancak solunduğunda, yiyecek veya su yoluyla yutulduğunda veya cilt yoluyla emildiğinde radyasyon tehlikesi olabilir. HTO, insan vücudunda 7 ila 14 günlük kısa bir biyolojik yarı ömre sahiptir ; bu, hem tek olaylı yutmanın toplam etkilerini azaltır hem de HTO'nun çevreden uzun süreli biyobirikimini engeller. Vücut su devrinin bir ölçüsü olan insan vücudundaki trityumlu suyun biyolojik yarı ömrü mevsime göre değişir. Hindistan, Karnataka'nın bir kıyı bölgesinde serbest su trityumu için mesleki radyasyon işçilerinin biyolojik yarı ömrü üzerine yapılan araştırmalar, kış mevsimindeki biyolojik yarı ömrün yaz mevsiminin iki katı olduğunu göstermektedir.
Çevre kirliliği
Trityum, ABD'deki 65 nükleer tesisin 48'inden sızdı. Bir durumda, sızan su litre başına 7.5 mikroküri (280 kBq) trityum içeriyordu ki bu, içme suyu için EPA limitinin 375 katıdır.
ABD Nükleer Düzenleme Komisyonu , 2003 yılında normal işletimde 56 basınçlı su reaktörünün 40.600 küri (1.50 PBq) trityum (maksimum: 2.080 Ci; minimum: 0.1 Ci; ortalama: 725 Ci) ve 24 kaynar su reaktörünün 665 küri saldığını belirtmektedir. (24.6 TBq) (maksimum: 174 Ci; minimum: 0 Ci; ortalama: 27.7 Ci), sıvı atıklarda.
ABD Çevre Koruma Ajansı'na göre , belediyelerin çöplüklerine uygun olmayan bir şekilde yerleştirilen kendi kendini aydınlatan çıkış işaretlerinin su yollarını kirlettiği yakın zamanda tespit edildi.
düzenleyici sınırlar
İçme suyunda trityum için yasal sınırlar ülkeden ülkeye büyük farklılıklar göstermektedir. Bazı rakamlar aşağıda verilmiştir:
Ülkeye göre trityum içme suyu limitleri Ülke Trityum limiti
(Bq/l)Avustralya 76,103 Japonya 60.000 Finlandiya 100 Dünya Sağlık Örgütü 10.000 İsviçre 10.000 Rusya 7.700 Kanada (Ontario) 7000 Amerika Birleşik Devletleri 740
Amerikan limiti, yılda 4.0 milirem (veya SI birimlerinde 40 mikrosievert ) doz verecek şekilde hesaplanır . Bu, doğal arka plan radyasyonunun yaklaşık %1.3'ü kadardır (kabaca 3.000 μSv).
Kullanmak
Biyolojik radyometrik testler
Trityum, biyolojik radyometrik testler için radyokarbon tarihlemeye benzer bir süreçte kullanılmıştır . Bir kağıt Örneğin, [ 3 H] retinil asetat gövdesi yoluyla takip edilmiştir Sprague-Dawley sıçanları .
Kendi kendine çalışan aydınlatma
Az miktarda trityumun radyoaktif bozunmasıyla yayılan beta parçacıkları, fosfor adı verilen kimyasalların parlamasına neden olur .
Bu radyolüminesans , ateşli silah manzaralarının, saatlerin, çıkış işaretlerinin , harita ışıklarının, seyir pusulalarının (mevcut kullanımda M-1950 ABD askeri pusulaları gibi ), bıçakların ve bir gece aydınlatması için kullanılan betalights adı verilen kendi kendine çalışan aydınlatma cihazlarında kullanılır. diğer cihazların çeşitliliği. 2000 yılı itibariyle, trityum için ticari talep yılda 400 gramdır ve maliyeti gram başına yaklaşık 30.000 ABD Dolarıdır.
Nükleer silahlar
Trityum, nükleer silahlarda önemli bir bileşendir. Fisyon bombalarının verimini ve verimini ve hidrojen bombalarının fisyon aşamalarını " güçlendirme " olarak bilinen bir süreçte ve ayrıca bu tür silahlar için harici nötron başlatıcılarda geliştirmek için kullanılır.
nötron başlatıcı
Bunlar, patlayıcılar tarafından kritik bir kütleye sıkıştırıldıktan sonra bombanın bölünebilir çekirdeğinde (çukur) fisyon reaksiyonunu başlatmak için bomba patlatıldığında bir nötron darbesi üreten nükleer silahlara dahil edilmiş cihazlardır . Bir gibi çok hızlı anahtarı ile çalıştırılan kritron , küçük bir tanecik hızlandırıcı tahrik iyonlar 15 üzerinde enerjilere trityum ve döteryum keV kadar döteryum-trityum füzyon için gerekli ve trityum ve döteryum olan metal bir hedef içine yönlendirir adsorbe olarak hidritler . Elde edilen füzyondan gelen yüksek enerjili füzyon nötronları her yöne yayılır. Bunlardan bazıları birincil çukurda plütonyum veya uranyum çekirdeklerine çarparak nükleer zincir reaksiyonunu başlatır . Üretilen nötronların miktarı mutlak sayılarda büyüktür ve çukurun, çukurdaki toplam çekirdek sayısına kıyasla hala küçük olsa da, aksi takdirde daha fazla nesil zincirleme reaksiyona ihtiyaç duyacak olan nötron seviyelerine hızla ulaşmasına izin verir.
Artırma
Patlamadan önce, birkaç gram trityum-döteryum gazı bölünebilir plütonyum veya uranyumun içi boş " çukuruna " enjekte edilir . Fisyon zincir reaksiyonunun erken aşamaları, döteryum-trityum füzyonunu başlatmak için yeterli ısı ve sıkıştırma sağlar, daha sonra hem fisyon hem de füzyon paralel olarak ilerler, fisyon ısıtma ve sıkıştırmayı sürdürerek füzyona yardımcı olur ve füzyon yüksek enerjiyle fisyona yardımcı olur. 14.1 MeV ) nötronlar. Fisyon yakıtı tükenirken ve ayrıca dışa doğru patladıkça, kendi başına kritik kalması için gereken yoğunluğun altına düşer, ancak füzyon nötronları, fisyon sürecinin daha hızlı ilerlemesini ve hızlandırmadan olduğundan daha uzun sürmesini sağlar. Artan verim, büyük ölçüde fisyondaki artıştan gelir. Füzyon yakıtının miktarı çok daha küçük olduğundan, füzyonun kendisi tarafından salınan enerji çok daha küçüktür. Güçlendirmenin etkileri şunları içerir:
- artan verim (artırma olmadan patlamaya kıyasla aynı miktarda fisyon yakıtı için)
- füzyon yakıtı miktarını değiştirerek değişken verim olasılığı
- bombanın daha az miktarda çok pahalı bölünebilir malzeme gerektirmesine izin vermek ve ayrıca yakındaki nükleer patlamalardan kaynaklanan ön patlama riskini ortadan kaldırmak
- Daha küçük ve daha hafif miktarda yüksek patlayıcı kullanılmasına izin veren, patlama kurulumunda çok katı gereksinimler değildir.
Bir savaş başlığındaki trityum sürekli olarak radyoaktif bozunmaya uğrar, dolayısıyla füzyon için kullanılamaz hale gelir. Ayrıca, bozunma ürünü helyum-3, nükleer fisyon tarafından yayılanlara maruz kalırsa nötronları emer. Bu, trityumun bozunmasından çok fazla helyum-3 birikmişse, birçok serbest nötron üretecek olan trityumun amaçlanan etkisini potansiyel olarak dengeler veya tersine çevirir. Bu nedenle, güçlendirilmiş bombalardaki trityumu periyodik olarak yenilemek gerekir. İhtiyaç duyulan tahmini miktar, savaş başlığı başına 4 gramdır. Sabit trityum seviyelerini korumak için, bombaya yılda savaş başlığı başına yaklaşık 0.20 gram sağlanmalıdır.
Bir mol döteryum-trityum gazı, yaklaşık 3.0 gram trityum ve 2.0 gram döteryum içerecektir. Karşılaştırıldığında, bir nükleer bombadaki 20 mol plütonyum, yaklaşık 4,5 kilogram plütonyum-239'dan oluşur .
Hidrojen bombası sekonderlerinde trityum
Trityum radyoaktif bozunmaya uğradığından ve fiziksel olarak sınırlandırılması da zor olduğundan, gerçek bir hidrojen bombasında ihtiyaç duyulan ağır hidrojen izotoplarının çok daha büyük ikincil yükü , döteryum ve trityum kaynağı olarak katı lityum döteridi kullanır ve ikincil ateşleme sırasında yerinde trityumu üretir .
Bir termonükleer silahta birincil fisyon bombası aşamasının patlaması sırasında ( Teller-Ullam evrelemesi ), füzyon aşamalarının merkezinde bulunan 235 U/ 239 Pu'luk bir silindir olan buji , zincirleme bir reaksiyonla fisyona başlar, birincilden kanalize edilen fazla nötronlardan. Bujinin fisyonundan salınan nötronlar, lityum-6'yı trityum ve helyum-4'e ayırırken, lityum-7 helyum-4, trityum ve bir nötrona ayrılır. Bu reaksiyonlar meydana geldikçe, füzyon aşaması, füzyon aşamasını çevreleyen 238 U veya 238 U/ 235 U ceketinin birincil ve fisyonundan gelen fotonlar tarafından sıkıştırılır . Bu nedenle, cihaz patladıkça füzyon aşaması kendi trityumunu üretir. Patlamanın aşırı ısısı ve basıncında, trityumun bir kısmı daha sonra döteryum ile füzyona zorlanır ve bu reaksiyon daha da fazla nötron serbest bırakır.
Bu füzyon süreci ateşleme için son derece yüksek bir sıcaklık gerektirdiğinden ve daha az enerjili nötron ürettiğinden (sadece fisyon, döteryum-trityum füzyonu ve 7
3Li
Bölünme net nötron üreticileridir), lityum döteryum hızlandırılmış bombalarda değil, çok aşamalı hidrojen bombalarında kullanılır.
Kontrollü nükleer füzyon
Trityum hem de kontrol nükleer füzyon için önemli bir yakıttır manyetik kapatılma ve atalet hapsetme füzyon reaktörü tasarımları. Deneysel füzyon reaktörü ITER ve Ulusal Ateşleme Tesisi (NIF), döteryum-trityum yakıtı kullanacak. Döteryum-trityum Reaksiyon bu büyük füzyon kesiti (yaklaşık 5.0 beri olumludur ahır ) ve en düşük enerji ile bu maksimum enine kesite ulaşır (yaklaşık 65 keV olası füzyon yakıtı merkezi kütle).
Trityum Sistemleri Testi Meclisi (TSTA) bir tesis oldu , Los Alamos Ulusal Laboratuvarı füzyon-alakalı döteryum-trityum işlem için gerekli teknolojilerin geliştirilmesi ve gösteri adanmış.
Analitik Kimya
Trityum bazen bir radyo- etiket olarak kullanılır . Hemen hemen tüm organik kimyasalların hidrojen içermesi avantajına sahiptir, bu da araştırılan moleküle trityum koymak için bir yer bulmayı kolaylaştırır. Nispeten zayıf bir sinyal üretme dezavantajına sahiptir.
Elektrik güç kaynağı
Trityum, elektrik üretmek için bir atom pili oluşturmak için bir betavoltaik cihazda kullanılabilir .
Bir okyanus geçici izleyici olarak kullanın
Kenara gelen kloroflorokarbon , trityum geçici izleyici olarak hareket ve nedeniyle gelişen dağılımının Dünya okyanuslarında "anahat" biyolojik, kimyasal ve fiziksel yolları da yeteneği. Trityum bu nedenle okyanus sirkülasyonunu ve havalandırmayı incelemek için bir araç olarak kullanılmıştır ve bu amaçlar için genellikle 1 TU'nun 1 trityum atomunun 10 18 hidrojen atomuna oranı olarak tanımlandığı , yaklaşık olarak 0.118 Bq/'ye eşit olan Trityum Birimlerinde ölçülür. litre. Daha önce belirtildiği gibi, 1950'lerin sonlarında ve 1960'ların başlarında, öncelikle Kuzey Yarımküre'nin yüksek enlem bölgelerinde yapılan nükleer silah testleri, atmosfere, özellikle stratosfere büyük miktarlarda trityum getirdi . Bu nükleer testlerden önce, Dünya yüzeyinde sadece 3 ila 4 kilogram trityum vardı; ancak bu miktarlar, son test döneminde 2 veya 3 büyüklük sırası arttı. Bazı kaynaklar, 1963 ve 1964'te doğal arka plan seviyelerinin yaklaşık 1.000 TU aşıldığını ve izotopun kuzey yarımkürede yeraltı suyunun yaşını tahmin etmek ve hidrojeolojik simülasyon modelleri oluşturmak için kullanıldığını bildirdi. Son bilimsel kaynaklar, silah testlerinin yüksekliğindeki atmosferik seviyelerin 1.000 TU'ya yaklaştığını ve yağmur suyunun serpinti öncesi seviyelerinin 5 ile 10 TU arasında olduğunu tahmin ediyor. 1963'te Valentia Adası İrlanda yağışta 2.000 TU kaydetti.
Kuzey Atlantik Okyanusu
Stratosferde (test sonrası dönemi), trityum ile etkileşim ve su molekülleri oksitlenmiş ve evrim ve yapısını incelemek için trityum prognostik verme aracı, hızlı bir şekilde üretilen yağış kadar mevcut iken hidrolojik çevrim olarak Kuzey Atlantik Okyanusu'nda havalandırma ve su kütlelerinin oluşumu.
Kuzey Atlantik'te bulunan derin sular için ikmal ve devrilme oranlarını ölçmek için Okyanustaki Geçici İzleyiciler (TTO) programından bomba trityum verileri kullanıldı.
Bomba trityum, Antarktika çevresindeki derin okyanusa da girer. Atmosferdeki bomba tritiye suyunun (HTO) çoğu okyanusa aşağıdaki işlemlerle girebilir:
- (a) yağış
- (b) buhar değişimi
- (c) nehir akışı
Bu süreçler, HTO'yu birkaç on yıla kadar zaman ölçekleri için harika bir izleyici yapar.
1981 için bu süreçlerden elde edilen verileri kullanarak, 1 TU izosurface subtropikal bölgelerde 500 ila 1.000 metre derinlikte uzanır ve daha sonra Atlantik Okyanusu'nun üst kısmındaki devridaim ve havalandırma nedeniyle Gulf Stream'in 1.500-2.000 metre güneyinde uzanır. . Kuzeyde, eşyüzey derinleşir ve okyanus tabanının havalandırılmasıyla doğrudan ilişkili olan 10-20 yıllık zaman ölçeğinde abisal ovanın tabanına ulaşır .
1960'ların sonu ile 1980'lerin sonu arasındaki Bermuda yakınlarındaki trityum profili Atlantik Okyanusu'nda da belirgindir . Trityum maksimumunun yüzeyden (1960'lar) 400 metreye (1980'ler) aşağı doğru bir yayılımı vardır, bu da yılda yaklaşık 18 metrelik bir derinleşme oranına karşılık gelir. 1970'lerin sonlarında 1.500 metre derinlikte ve 1980'lerin ortalarında 2.500 metrede trityum artışları da vardır; bunların her ikisi de derin sudaki soğutma olaylarına ve buna bağlı derin su havalandırmasına karşılık gelir.
1991'deki bir araştırmadan, trityum profili, yeni oluşan Kuzey Atlantik Derin Suyu'nun (NADW) karıştırılması ve yayılmasını incelemek için bir araç olarak kullanıldı ve trityum artışları 4 TU'ya karşılık geldi. Bu NADW, Norveç Denizi'ni Kuzey Atlantik Okyanusu'ndan ayıran ve daha sonra batıya ve derin sınır akıntılarında ekvatora doğru akan eşiklerin üzerinden dökülme eğilimindedir . Bu süreç, 1981 ve 1983 yılları arasında derin Kuzey Atlantik'teki geniş ölçekli trityum dağılımı ile açıklanmıştır. Kutup altı girdap, NADW tarafından tazelenme (havalandırma) eğilimindedir ve doğrudan yüksek trityum değerleriyle (> 1.5 TU) ilişkilidir. . Ayrıca belirgin ile 10 kat derin batı sınır akımı içinde trityum azalma oldu Labrador Denizi'nde için tropik okyanus iç kaybının göstergesidir nedeniyle çalkantılı karıştırma ve sirkülasyon.
Pasifik ve Hint okyanusları
1998 çalışmada, yüzey deniz suyu ve atmosfer su buharı (10 metre yüzey üzerinde) trityum konsantrasyonları şu konumlarda örneklenmiştir: Sulu Denizi , Fremantle Bay , Bengal Körfezi , Penang Bay ve Malacca Boğaz . Sonuçlar, yüzey deniz suyundaki trityum konsantrasyonunun Fremantle Körfezi'nde en yüksek olduğunu gösterdi (yaklaşık 0,40 Bq/litre), bu da kıyı sularında bulunan büyük miktarlar nedeniyle yakındaki arazilerden gelen tatlı su akışının karıştırılmasına akredite edilebilir. Tipik olarak, 35 ila 45 derece güney enlemleri arasında ve ekvator yakınında daha düşük konsantrasyonlar bulundu . Sonuçlar ayrıca (genel olarak) trityumun Hint Okyanusu'ndaki bomba trityumunun fiziksel bozunması nedeniyle yıllar içinde (1997'ye kadar) azaldığını gösterdi . Su buharına gelince, trityum konsantrasyonu, yüzey deniz suyu konsantrasyonlarından (0.46 ila 1.15 Bq/litre arasında değişen) yaklaşık bir büyüklük sırası daha fazlaydı. Bu nedenle, su buharı trityum, yüzey deniz suyu konsantrasyonundan etkilenmez; bu nedenle, buhardaki yüksek trityum konsantrasyonlarının, doğal trityumun stratosferden troposfere doğru aşağı doğru hareketinin doğrudan bir sonucu olduğu sonucuna varıldı (bu nedenle, okyanus havası enlemsel değişime bir bağımlılık gösterdi).
In Kuzey Pasifik Okyanusu , trityum üç boyutta yayılma (Kuzey yarımkürede bomba trityum olarak tanıtıldı). Orta ve alçak enlem bölgelerinde, üst okyanusta sabit potansiyel yoğunluk ( izopikaller ) çizgileri boyunca yanal karışma (adveksiyon) ve difüzyon süreçlerinin göstergesi olan yeraltı maksimumları vardı . Bu maksimumlardan bazıları, aşırı tuzlulukla bile iyi ilişkilidir . Okyanus sirkülasyonu yapısını elde etmek için, trityum konsantrasyonları, sabit potansiyel yoğunluklu (23.90, 26.02 ve 26.81) 3 yüzey üzerinde haritalandı. Sonuçlar, subarktik siklonik girdapta 26.81 izopiknal üzerinde trityumun iyi karıştığını (6 ila 7 TU'da) ve bu girdap ile antisiklonik girdabı arasında yavaş bir trityum değişimi (daha sığ izopiknallere göre) olduğunu gösterdi. Güneş ışığı; ayrıca, 23.90 ve 26.02 yüzeylerindeki trityum, Kuzey Pasifik'in merkezi girdabı ile ekvator bölgeleri arasında daha yavaş bir oranda değiş tokuş edildi.
Bomba trityumunun derinlik penetrasyonu 3 farklı katmana ayrılabilir:
- Katman 1
- Katman 1 en sığ katmandır ve kışın en derin, havalandırılan katmanı içerir; radyoaktif serpinti yoluyla trityum almış ve bir kısmını adveksiyon ve/veya dikey difüzyon nedeniyle kaybetmiştir ve toplam trityum miktarının yaklaşık %28'ini içerir.
- 2. katman
- Katman 2 , ilk katmanın altında ancak 26.81 izopiknalin üzerindedir ve artık karışık katmanın bir parçası değildir. 2 kaynağı, karışık tabakadan aşağıya doğru difüzyon ve tabakaları (kutup yönünde) çıkıntı yapan yanal genişlemelerdir; toplam trityumun yaklaşık %58'ini içerir.
- Katman 3
- Katman 3 , izopiknal mostradan daha derin olan ve sadece dikey difüzyon yoluyla trityum alabilen suları temsil eder; toplam trityumun kalan %14'ünü içerir.
Mississippi Nehri Sistemi
Nükleer serpinti gelen Soğuk Savaş silahları boyunca ABD'de yerleşmiş Testing Mississippi Nehri Sistemi . Trityum konsantrasyonları, göller, akarsular ve nehirler gibi yüzey sularını içeren kıtasal hidrolojik sistemlerin (olağan okyanus hidrolojik sistemlerinin aksine) kalma sürelerini anlamak için kullanılabilir . Bu sistemleri incelemek aynı zamanda toplumlara ve belediyelere tarımsal amaçlar ve genel nehir suyu kalitesi hakkında bilgi sağlayabilir.
2004 yılında yapılan bir çalışmada, Mississippi Nehri Havzası boyunca trityum konsantrasyonlarının incelenmesi sırasında (1960'lardan başlayarak) birkaç nehir dikkate alındı: Ohio Nehri (Mississippi Nehri akışına en büyük girdi), Missouri Nehri ve Arkansas Nehri . En büyük trityum konsantrasyonları 1963'te bu nehirler boyunca tüm örneklenen konumlarda bulundu ve 1962'deki nükleer bomba testlerinden kaynaklanan yağıştaki en yüksek konsantrasyonlarla iyi bir korelasyon gösterdi. Genel olarak en yüksek konsantrasyonlar Missouri Nehri'nde (1963) meydana geldi ve daha büyüktü. 1.200 TU, en düşük konsantrasyonlar ise Arkansas Nehri'nde bulundu (1980'lerin ortalarında asla 850 TU'dan yüksek ve 10 TU'dan az).
Nehirlerden elde edilen trityum verileri kullanılarak çeşitli süreçler tanımlanabilir: doğrudan akış ve yeraltı suyu rezervuarlarından suyun dışarı akışı. Bu süreçleri kullanarak, nehir havzalarının geçici trityum izleyicisine tepkisini modellemek mümkün hale gelir. En yaygın modellerden ikisi şunlardır:
- Piston akışı yaklaşımı
- trityum sinyali hemen belirir; ve
- İyi karıştırılmış rezervuar yaklaşımı
- çıkış konsantrasyonu, havza suyunun kalış süresine bağlıdır
Ne yazık ki, her iki model de nehir sularında trityumu yeniden üretemez; bu nedenle, 2 bileşenden oluşan iki üyeli bir karıştırma modeli geliştirilmiştir: hızlı akış bileşeni (son yağış – "piston") ve suların havzada 1 yıldan uzun süre kaldığı bileşen ("iyi karışmış rezervuar") ). Bu nedenle, havza trityum konsantrasyonu, havza, lavabolar (radyoaktif bozunma) veya trityum kaynakları içindeki kalma sürelerinin ve girdi işlevinin bir fonksiyonu haline gelir.
Ohio Nehri için, trityum verileri, akışın yaklaşık %40'ının 1 yıldan az (Ohio havzasında) kalma süreleri olan yağışlardan oluştuğunu ve daha eski suların yaklaşık 10 yıllık kalma sürelerinden oluştuğunu göstermiştir. Bu nedenle, kısa kalma süreleri (1 yıldan az), iki üyeli karıştırma modelinin "hızlı akış" bileşenine karşılık geldi. Missouri Nehri ile ilgili olarak, sonuçlar, ani akış bileşeninin %10 civarında olduğu ikamet sürelerinin yaklaşık 4 yıl olduğunu göstermiştir (bu sonuçlar, Missouri Nehri bölgesindeki baraj serilerinden kaynaklanmaktadır).
Mississippi Nehri'nin ana kolundan Meksika Körfezi'ne trityumun kütle akışına gelince , veriler yaklaşık 780 gram trityumun 1961 ve 1997 yılları arasında Nehirden ve Körfez'e aktığını gösterdi, ortalama 7.7 PBq/ yıl Ve Mississippi Nehri boyunca mevcut akışlar, yılda yaklaşık 0,4 gram olan bomba öncesi dönem akışlarının aksine, yılda yaklaşık 1 ila 2 gramdır.
Ayrıca bakınız
Dipnotlar
Referanslar
Dış bağlantılar
- "Trityum için Açıklamalı kaynakça" . Ayrıcas Dijital Kütüphane . Washington ve Lee Üniversitesi.
- "Trityum, Radyoaktif" . NLM Tehlikeli Maddeler Veri Bankası . ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri.
- "Nükleer Veri Değerlendirme Laboratuvarı" .
- Trityumdan Kaynaklanan Risklerin Gözden Geçirilmesi (Rapor). Londra, Birleşik Krallık: Sağlık Koruma Ajansı. Kasım 2007. RCE-4.
- Bergeron, Kenneth D. (17 Eylül 2004). Buzda Trityum: Nükleer silahlar ve nükleer gücün tehlikeli yeni ittifakı . ISBN'si 9780262261722.
- "2011 mali yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde trityum üretimi ve geri kazanımı" . Bölünebilir Malzemeler . Şubat 2010.
- "Trityum kaldırma kütle transfer katsayısı" . ans.org .