In jüngerer Zeit glaubten die Menschen, dass ein Atom ein integrales unteilbares Teilchen ist. Später wurde klar, dass es aus einem Kern und Elektronen besteht, die sich um ihn drehen. Gleichzeitig wurde der zentrale Teil wieder als unteilbar und ganzheitlich betrachtet. Heute wissen wir, dass es aus Protonen und Neutronen besteht. Darüber hinaus kann dieselbe Substanz abhängig von der Anzahl der letzteren mehrere Isotope aufweisen. Also Tritium - was ist das? Was ist diese Substanz, wie bekommt man sie und wie benutzt man sie?
Tritium - was ist das?
Wasserstoff ist die einfachste Substanz in der Natur. Wenn wir über seine häufigste Form sprechen, auf die weiter unten näher eingegangen wird, besteht sein Atom nur aus einem Proton und einem Elektron. Es können jedoch auch "zusätzliche" Partikel aufgenommen werden, die ihre Eigenschaften etwas verändern. Der Tritiumkern besteht also aus einem Proton und zwei Neutronen. Und wenn Protium, dh die einfachste Form von Wasserstoff, das am häufigsten vorkommende Element im Universum ist, kann man nicht über seine "verbesserte" Version sagen - es kommt in der Natur in kleinen Mengen vor.
Das Wasserstoffisotop Tritium (der Name stammt vom griechischen Wort "Third") wurde 1934 von Rutherford, Olyphant und Hartek entdeckt. Und tatsächlich haben sie sehr lange und hart versucht, ihn zu finden. Unmittelbar nach der Entdeckung von Deuterium und schwerem Wasser im Jahr 1932 begannen die Wissenschaftler, nach diesem Isotop zu suchen, indem sie die Empfindlichkeit der Spektralanalyse bei der Untersuchung von gewöhnlichem Wasserstoff erhöhten. Trotz allem waren ihre Versuche vergebens - selbst in den konzentriertesten Proben konnten sie nicht einmal einen Hinweis auf das Vorhandensein einer Substanz bekommen, die einfach existieren musste. Aber am Ende war die Suche immer noch erfolgreich - Oliphant synthetisierte das Element mit schwerem Wasser im Labor von Rutherford.
Kurz gesagt lautet die Definition von Tritium wie folgt: Ein radioaktives Isotop von Wasserstoff, dessen Kern aus einem Proton und zwei Neutronen besteht. Was ist über ihn bekannt?
Über Wasserstoffisotope
Das erste Element des Periodensystems ist gleichzeitig das häufigste im Universum. Darüber hinaus kommt es in der Natur in Form eines seiner drei Isotope vor: Protium, Deuterium oder Tritium. Der Kern des ersten besteht aus einem Proton, das ihm seinen Namen gab. Dies ist übrigens das einzige stabile Element, das keine Neutronen hat. Das nächste in der Reihe der Wasserstoffisotope ist Deuterium. Der Kern seines Atoms besteht aus einem Proton und einem Neutron, und der Name geht auf das griechische Wort "Sekunde" zurück.
Im Labor wurden auch noch schwerere Wasserstoffisotope mit Massenzahlen von 4 bis 7 erhalten, deren Halbwertszeit auf Sekundenbruchteile begrenzt ist.
Die Eigenschaften
Die Atommasse von Tritium beträgt ungefähr 3, 02 a. E. m. In Bezug auf seine physikalischen Eigenschaften unterscheidet sich diese Substanz fast nicht von gewöhnlichem Wasserstoff, dh unter normalen Bedingungen ist sie ein leichtes Gas ohne Farbe, Geschmack und Geruch und hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Bei einer Temperatur von etwa -250 Grad Celsius wird es eine leichte und fließende farblose Flüssigkeit. Der Bereich, in dem es sich in diesem Aggregatzustand befindet, ist ziemlich eng. Der Schmelzpunkt liegt bei etwa 259 Grad Celsius, unterhalb dessen Wasserstoff zu einer schneeartigen Masse wird. Außerdem löst sich dieses Element in einigen Metallen recht gut auf.
Es gibt jedoch einige Unterschiede in den Eigenschaften. Erstens hat das dritte Isotop eine geringere Reaktivität, und zweitens ist Tritium radioaktiv und daher instabil. Die Halbwertszeit beträgt etwas mehr als 12 Jahre. Bei der Radiolyse wird es unter Emission eines Elektrons und eines Antineutrinos zum dritten Heliumisotop.
Erhalten
In der Natur ist Tritium in unbedeutenden Mengen enthalten und wird am häufigsten in der oberen Atmosphäre während der Kollision von kosmischen Partikeln und beispielsweise Stickstoffatomen gebildet. Es gibt jedoch auch ein industrielles Verfahren zur Herstellung dieses Elements durch Bestrahlung von Lithium-6 mit Neutronen in Kernreaktoren.
Die Synthese von Tritium in einem Volumen von etwa 1 Kilogramm kostet etwa 30 Millionen US-Dollar.
Verwenden Sie
Also haben wir etwas mehr über Tritium gelernt - was es ist und seine Eigenschaften. Aber warum wird es gebraucht? Werfen wir einen Blick nach unten. Berichten zufolge beträgt die weltweite kommerzielle Nachfrage nach Tritium etwa 500 Gramm pro Jahr, und etwa 7 Kilogramm werden für militärische Zwecke ausgegeben.
Nach Angaben des American Institute of Energy and Environmental Research wurden in den USA von 1955 bis 1996 2, 2 Centner superschweren Wasserstoffs hergestellt. Und für 2003 betrugen die Gesamtreserven dieses Elements etwa 18 Kilogramm. Wofür werden sie verwendet?
Erstens ist Tritium notwendig, um die Kampfeffektivität von Atomwaffen aufrechtzuerhalten, über die einige Länder, wie Sie wissen, noch verfügen. Zweitens ist die thermonukleare Energie ohne sie nicht vollständig. Noch Tritium wird in einigen wissenschaftlichen Studien verwendet, zum Beispiel in der Geologie mit seiner Hilfe, um natürliche Gewässer zu datieren. Ein weiterer Zweck ist das Netzteil für die Hintergrundbeleuchtung der Uhr. Darüber hinaus werden derzeit Experimente durchgeführt, um Radioisotopengeneratoren mit extrem geringem Stromverbrauch zu entwickeln, um beispielsweise autonome Sensoren mit Strom zu versorgen. Es wird erwartet, dass in diesem Fall ihre Lebensdauer etwa 20 Jahre beträgt. Die Kosten für einen solchen Generator werden ungefähr tausend Dollar betragen.
Schmuckstücke mit einer kleinen Menge Tritium im Inneren sind auch als originelle Souvenirs erhältlich. Sie strahlen aus und sehen ziemlich exotisch aus, besonders wenn Sie den internen Inhalt kennen.
Gefahr
Tritium ist radioaktiv, dies erklärt einen Teil seiner Eigenschaften und Verwendungen. Seine Halbwertszeit beträgt etwa 12 Jahre, während Helium-3 unter Emission von Antineutrinos und einem Elektron gebildet wird. Während dieser Reaktion werden 18, 59 kW Energie freigesetzt und Beta-Partikel breiten sich in der Luft aus. Für den Laien mag es seltsam erscheinen, dass ein radioaktives Isotop beispielsweise zum Beleuchten einer Uhr verwendet wird, weil es gefährlich sein kann, nicht wahr? Tatsächlich bedroht Tritium die menschliche Gesundheit kaum mit irgendetwas, da sich Beta-Partikel im Verlauf ihres Zerfalls auf maximal 6 Millimeter ausbreiten und einfache Hindernisse nicht überwinden können. Dies bedeutet jedoch nicht, dass das Arbeiten damit absolut sicher ist - jede Einnahme von Nahrung, Luft oder Absorption durch die Haut kann zu Problemen führen. Obwohl es in den meisten Fällen leicht und schnell ausgeschieden wird, ist dies nicht immer der Fall. Also, Tritium - was ist es aus Sicht der Strahlengefahr?
Schutzmaßnahmen
Trotz der Tatsache, dass die niedrige Zerfallsenergie von Tritium keine ernsthafte Ausbreitung der Strahlung zulässt, so dass Beta-Partikel nicht einmal in die Haut eindringen können, vernachlässigen Sie Ihre Gesundheit nicht. Wenn Sie mit diesem Isotop arbeiten, können Sie natürlich keinen Strahlenschutzanzug verwenden, aber Grundregeln wie geschlossene Kleidung und OP-Handschuhe müssen beachtet werden. Da die Hauptgefahr von Tritium bei Einnahme besteht, ist es wichtig, die Aktivität zu stoppen, bei der dies möglich wird. Der Rest ist kein Grund zur Sorge.
Wenn es dennoch in großen Mengen in das Gewebe des Körpers aufgenommen wurde, kann sich je nach Dauer, Dosis und Regelmäßigkeit der Exposition eine akute oder chronische Strahlenkrankheit entwickeln. In einigen Fällen wird diese Krankheit erfolgreich geheilt, aber bei ausgedehnten Läsionen ist ein tödlicher Ausgang möglich.
In jedem normalen Körper gibt es Spuren von Tritium, obwohl sie absolut unbedeutend sind und die Hintergrundstrahlung kaum beeinflussen. Nun, für Liebhaber von Uhren mit leuchtenden Zeigern ist der Pegel um ein Vielfaches höher, obwohl er immer noch als sicher gilt.
