Тритій - що це таке? Маса тритію

Ще зовсім недавно люди вважали, що атом - це цілісна неподільна частинка. Пізніше стало ясно, що він складається з ядра і обертаються навколо нього електронів. При цьому центральна частина знову вважалася неподільною і цілісною. Сьогодні ми знаємо, що вона складається з протонів і нейтронів. Причому, в залежності від числа останніх, у одного і того ж речовини може бути кілька ізотопів. Отже, тритій - що це таке? Що це за речовина, як його отримати?

Тритій - що це таке?

Водень - саме просте речовина в природі. Якщо говорити про його найпоширенішу форму, про яку докладніше буде сказано трохи нижче, то його атом складається лише з одного протона й одного електрона. Однак він може приймати і "зайві" частинки, які дещо змінюють його властивості. Так, ядро тритію складається з протона і двох нейтронів. І якщо протій, тобто найпростіша форма водню - це самий поширений елемент у всесвіті, то про його "поліпшену версію цього не скажеш - у природі він зустрічається в незначних кількостях.


Ізотоп водню-тритій (назва походить від грецького слова "третій") був відкритий в 1934 році Резерфордом, Олифантом і Хартеком. І на насправді, знайти його намагалися дуже довго і наполегливо. Відразу після відкриття дейтерію і важкої води в 1932 році вчені почали шукати цей ізотоп з допомогою підвищення чутливості спектрального аналізу при вивченні звичайного водню. Однак, незважаючи ні на що, їх спроби були марними - навіть в найбільш концентрованих зразках не вдавалося отримати навіть натяк на присутність речовини, яка була просто зобов'язана існувати. Але в підсумку пошуки все-таки увінчалися успіхом - Оліфант синтезував елемент з допомогою важкої води в лабораторії Резерфорда.


Якщо коротко, то визначення тритію звучить наступним чином: радіоактивний ізотоп водню, ядро якого складається з протона і двох нейтронів. Отже, що про нього відомо?

Про изотопах водню

Перший елемент періодичної таблиці є одночасно найбільш поширеним у Всесвіті. При цьому у природі він зустрічається у вигляді одного з трьох своїх ізотопів: протію, дейтерію або тритію. Ядро першого складається з одного протона, що і дало йому назву. До речі, це єдиний стабільний елемент, у якого відсутні нейтрони. Наступним у низці ізотопів водню є дейтерій. Ядро його атома складається з протона і нейтрона, а назва походить від грецького слова "другий". В лабораторії були отримані також ще більш важкі ізотопи водню з масовими числами від 4 до 7. Період їх напіврозпаду обмежується долями секунд.

Властивості

Атомна маса тритію становить приблизно 302 а. е. м. За своїми фізичними властивостями ця речовина майже не відрізняється від звичайного водню, тобто у нормальних умовах є легким газом без кольору, смаку і запаху, володіє високою теплопровідністю. При температурі близько -250 градусів за Цельсієм стає легкою і текучого безбарвною рідиною. Діапазон, в межах яких він знаходиться в цьому агрегатному стані досить вузький. Температура плавлення становить близько 259 градусів за Цельсієм, нижче якої водень стає снегоподобной масою. Крім того, цей елемент досить добре розчиняється в деяких металах.
Однак є й деякі відмінності у властивостях. По-перше, третій ізотоп має меншу реакційною здатністю, а по-друге, радіоактивний тритій і в зв'язку з цим нестійкий. Період напіврозпаду становить трохи більше 12 років. В процесі радіолізу він перетворюється в третій ізотоп гелію з випусканням електрона і антинейтрино.

Отримання

У природі тритій міститься в незначних кількостях і утворюється найчастіше у верхніх шарах атмосфери при зіткненні космічних частинок і, наприклад, атомів азоту. Однак існує і промисловий метод отримання цього елемента за допомогою опромінення літію-6 нейтронами в ядерних реакторах. Синтез тритію в обсязі, маса якого становить близько 1 кілограма, обходиться приблизно в 30 мільйонів доларів.

Використання

Отже, ми трохи більше дізналися про тритій - що це таке і його властивості. Але навіщо він потрібен? Розберемося трохи нижче. За деякими даними світова комерційна потреба в тритии становить близько 500 грамів на рік, ще близько 7 кілограм йде на військові потреби. За даними американського інституту досліджень енергетики та навколишнього середовища, з 1955 по 1996 рік в США було вироблено 22 центнера надважкого водню. А на 2003 рік загальні запаси цього елемента становили близько 18 кілограмів. Для чого вони використовуються? По-перше, тритій необхідний для підтримки боєздатності ядерної зброї, яким, як відомо, поки ще мають деякі країни. По-друге, без нього не обходиться термоядерна енергетика. Ще тритій використовується в деяких наукових дослідженнях, наприклад, у геології з його допомогою датують природні води. Ще одне призначення - джерело живлення підсвічування в годинах. Крім того, в даний час проводяться експерименти по створенню радіоізотопних генераторів надмалої потужності, наприклад, для живлення автономних датчиків. Очікується, що у цьому випадку термін їх служби складе близько 20 років. Вартість такого генератора складе близько однієї тисячі доларів.
В якості оригінальних сувенірів також існують брелки з невеликою кількістю тритію всередині. Вони видають світіння і виглядають досить екзотично, особливо якщо знати про внутрішній зміст.

Небезпека

Радіоактивний тритій, саме цим пояснюється частина його властивостей і видів використання. Його період напіврозпаду становить близько 12 років, при цьому утворюється гелій-3 з випусканням антинейтрино і електрона. У процесі цієї реакції виділяється 1859 кВт енергії і бета-частинки поширюються у повітрі. Обивателю може здатися дивним, що радіоактивний ізотоп використовується, скажімо, для підсвічування в годинах, адже це може бути небезпечним, хіба ні? Насправді тритій навряд чи щось загрожує людському здоров'ю, оскільки бета-частинки в процесі його розпаду поширюються максимум на 6 міліметрів і не можуть подолати найпростіші перешкоди. Втім, це не означає, що робота з ним абсолютно безпечна - будь-потрапляння всередину з їжею, повітрям або всотування через шкіру може призвести до проблем. Хоча в більшості випадків він легко і швидко виводиться, так буває не завжди. Отже, тритій - що це таке з точки зору радіаційної небезпеки?

Заходи захисту

Незважаючи на те що мала енергія розпаду тритію не дозволяє радіації серйозно поширюватися, так що бета-частинки не можуть подолати навіть шкіру, не варто нехтувати своїм здоров'ям. При роботі з цим ізотопом можна, звичайно, не використовувати костюм радіаційного захисту, але елементарні правила, такі як закрита одяг і хірургічні рукавички, необхідно дотримуватися. Оскільки основну небезпеку представляє тритій при попаданні всередину, важливо припинити діяльність, при якій це стане можливим. В іншому турбуватися не про що. Якщо все ж він у великій кількості вступив в тканини організму, може розвинутись гостра або хронічна променева хвороба в залежності від тривалості, дози і регулярності впливу. У деяких випадках цей недуг успішно виліковується, але при обширних ураженнях можливий летальний результат. У будь-якому нормальному організмі є сліди тритію, хоч вони і абсолютно незначні і мало впливають на радіаційний фон. Ну а у любителів годин з світяться стрілками його рівень вище в кілька разів, хоча й все одно вважається безпечним.

Надважка вода

Тритій, як і звичайний водень, може утворювати нові речовини. Зокрема, він входить в молекулу так званої надважкої (суперважкій) води. Властивості цієї речовини не надто відрізняються від звичної кожній людині H 2 O. При тому, що тритієва вода також може брати участь в метаболізмі, вона відрізняється досить високою токсичністю і виводиться протягом десятиденного строку, за який тканини можуть отримати досить високу ступінь опромінення. І хоча дана речовина менш небезпечно саме по собі, воно є більш небезпечним у зв'язку з періодом, протягом якого знаходиться в організмі.