Tryt: co to jest, cechy, właściwości i produkcja
Energia reakcji rozkładu i syntezy w jądrze atomu była od dawna stosowana w nauce i technologii. Jest stosowany w przemyśle, broni, geologii, elektrowniach jądrowych. Procesy reakcji jądrowych mogą przynieść zarówno korzyści, jak i wielką szkodę. W artykule omówimy, czym jest - tryt, jak jest wydobywany, jego wykorzystanie w energii jądrowej i jakie niebezpieczeństwa wiążą się z jego wykorzystaniem.
Izotopy wodoru
Zanim wyjaśnisz czym jest tryt, musisz zapoznać się z pojęciem izotopu.
Atom dowolnej substancji składa się z jądra i elektronów (ujemnie naładowanych cząsteczek) poruszających się wokół niego wokół niego. Jądro atomu zawiera dodatnio naładowane cząstki - protony i cząstki o neutralnym ładunku - neutrony.
W zwykłym atomie liczba elektronów i protonów jest taka sama, ale liczba neutronów może być różna. W tym przypadku elementy o różnej liczbie neutronów w jądrze nazywa się izotopami pierwiastków.
Wodór ma ładunek 1, to znaczy zawiera jeden elektron i jeden proton. Jego izotopy to prot, deuter i tryt. Słowo "proteina" pochodzi od greckiego słowa "pierwszy". Ten pierwiastek ma tylko jeden proton w jądrze. W rzeczywistości jest to nasz zwykły wodór.
Deuter to "drugi". W jej jądrze znajduje się jeden proton i jeden neutron. Tryt jest tłumaczony jako "trzeci" i zawiera w jądrze ponownie jeden proton, ale dwa neutrony.
Krótka odpowiedź na pytanie "Tryt - co to jest?" wygląda tak: jest to trzeci izotop pierwiastka chemicznego wodoru.
Historia odnajdywania
Nazwy izotopów 1H i 2H - protium i deuter - zaproponował amerykański fizyk Harold Urey. Znalezienie istnienia deuteru, naukowcy natychmiast zasugerowali obecność trzeciego izotopu wodoru, który ma dwa neutrony w jądrze. Yuri do badań wykorzystał metodę analizy spektralnej. Jednak nie dał wyników. Okazało się, że stężenie trytu jest zbyt małe, aby można je było wykryć metodami tradycyjnymi. W naturze substancja ta jest prawie niemożliwa do odnalezienia. Dlatego do badań zaczęto stosować inne metody, na przykład spektrometrię masową.
W 1934 r. Ernest Rutherford był w stanie sztucznie uzyskać trzeci izotop za pomocą reakcji jądrowych. Oczywiście nazwa została wybrana wcześniej i, analogicznie do protemy i deuteru, stała się znana jako tryt.
Właściwości
W normalnych warunkach właściwości fizyczne trytu są w przybliżeniu takie same jak w przypadku zwykłego wodoru. Ma stan gazowy; brakuje smaku, zapachu i koloru. Kiedy temperatura spada do -250 ° C, staje się lekką, bezbarwną cieczą. A po podgrzaniu przypomina śnieg.
Masa atomowa trytu wynosi około 3 amu.
Tryt jest substancją radioaktywną. Okres półtrwania wynosi 12 lat, co jest bardzo wygodne w badaniach. Kanał zaniku elementu to wersja beta. Tryt przekształca się w izotopowy hel-3. Kiedy to nastąpi, emisja elektronów i antyneutrina.
Defekt masy i energia wiązania trytu
Jednym z kluczowych elementów fizyki cząstek jest pojęcie energii wiązania jąder atomowych. Energia wiążąca jądro trytu jest rozumiana jako ilość energii, która jest niezbędna do rozszczepienia jądra na poszczególne nukleony. Ponieważ jądra są w posiadaniu tak zwanej silnej interakcji, wymagana jest duża ilość energii, aby je rozszczepić.
Aby obliczyć energię wiązania jądra, należy znać masę cząstek subatomowych. Wiadomo, że masa reszty jądra jest mniejsza niż całkowita masa nukleonów w swoim składzie. Różnica między masami jądra a sumami jego nukleonów nazywana jest defektem masy.
Defekt masy trytu, a także innych jąder, oblicza się za pomocą następującego wzoru:
Δm = (Z * m p + N * m n ) - M i , gdzie
Z to liczba protonów;
N to liczba neutronów;
m p jest masą protonową;
m n jest masą neutronową;
MI jest masą jądra.
Energia wiązania specyficznego dla trytu wynosi 2 827,2 keV na nukleon.
Tryt w przyrodzie
Ilość tego izotopu w naturze jest znikoma. Wynika to z jego radioaktywności, czyli niestabilności jądra.
W naturze wytwarzany jest głównie w górnych warstwach atmosfery. Jego powstawanie następuje, gdy cząstki promieni kosmicznych kolidują z jądrami atomowymi, na przykład azotem. Ponieważ tryt powstaje w atmosferze, jego źródłem na Ziemi są opady (deszcz i śnieg).
Według naukowców, w najczystszej postaci tryt na Ziemi zawiera niewiele ponad 1 kg. Dlatego jest wytwarzany sztucznie w laboratorium.
Produkcja trytu
Obecnie przygotowanie tego izotopu nie jest trudne, ale jest niezwykle kosztownym procesem. Do wytworzenia jednego kilograma substancji potrzebne były koszty w wysokości 30 milionów dolarów.
Najczęściej używanym surowcem jest lit. Rzadziej - berylu lub boru. Lit jest poddawany promieniowaniu neutronowemu na cyklotronie. Następnie rozpuszcza się w wodzie, aby wytworzyć wodór zawierający tryt. Połowa tego litu staje się bezużyteczna w wyniku tego procesu i zostaje zatruta na złom.
Aby otrzymać wodór z trytu z berylu i boru, traktuje się je kwasem siarkowym.
Innym sposobem wytwarzania izotopu jest napromienianie ciężkiej wody deuteronami. Ciężka woda to substancja utworzona z deuteru (zwanego także tlenkiem deuteru). Po napromieniowaniu, taką wodę poddaje się elektrolizie, a następnie odzyskuje się tryt.
Obecnie element jest produkowany głównie w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie i Rosji.
Radioaktywność
Tryt jest radioaktywny. Kiedy rozpada się, uwalniane jest promieniowanie beta, które jest strumieniem elektronów.
Przy zewnętrznym napromieniowaniu ciała tryt nie powoduje poważnych szkód. Jednak w przypadku spożycia z wodą, żywnością lub powietrzem może spowodować znaczące uszkodzenie zdrowia. Faktem jest, że będąc izotopem wodoru tryt może zastąpić go w związkach chemicznych. W ten sposób dostaje się do żywych komórek i jest osadzony w ich strukturze. Wpływa to na informację genetyczną komórki.
Jak już powiedziano, tryt praktycznie nie występuje w przyrodzie, dlatego nie może zaszkodzić żywym organizmom. Jednak przemysł jądrowy staje się źródłem sztucznej produkcji tego izotopu. Elektrownie jądrowe emitują tryt w stanie ciekłym i gazowym. Powodem tego jest to, że izotop praktycznie nie jest filtrowany. W elektrowni jądrowej produkuje się do 4 kg trytu rocznie. Wynikiem emisji jest skażenie radioaktywne gleby, powietrza i wody. Jest to zatem potencjalne źródło infekcji żywych organizmów. Dlatego tryt znalazł się na liście kontrolowanych parametrów w ocenie jakości wody pitnej.
Aplikacja
Głównym zastosowaniem trytu jest przemysł jądrowy. Faktem jest, że reakcja fuzji deuteru i trytu prowadzi do kontrolowanej syntezy termojądrowej. Energia wiążąca tryt jest tak wysoka, że w trakcie reakcji termojądrowych jest wytwarzana w ogromnych ilościach, wielokrotnie więcej niż w reakcjach rozpadu jąder atomowych, tak kontrolowane reakcje termojądrowe mogą stać się głównym źródłem energii na Ziemi przez wiele lat. W związku z tym naukowcy pracują obecnie nad skonstruowaniem termojądrowego reaktora, w którym na dużą skalę pojawią się procesy syntezy jądrowej. Najsłynniejszy projekt takiego reaktora jest obecnie budowany przez ITER (ITER) we Francji.
Produkcja trytu może być z powodzeniem wykorzystywana do celów wojskowych, na przykład przy tworzeniu broni termojądrowej.
Przy użyciu trytu powstają specjalne farby świecące. Wynika to z radioluminescencji - zjawiska luminescencji pierwiastka podczas rozpadu promieniotwórczego. Farby świecące są stosowane na wagach przyrządów, a także wykorzystywane do tworzenia breloczków i zegarków. Ilość trytu w nich nie jest tak duża, aby nieść zagrożenie dla zdrowia.
Tryt jest używany jako wskaźnik reakcji chemicznych.
Wreszcie, izotop ten służy do określania wieku obiektów, które nie mają więcej niż 100 lat, na przykład win.
Więc co to jest - tryt? Wnioski:
- Tryt jest izotopem wodoru, mającym jeden proton i dwa neutrony w jądrze.
- Izotop nie występuje praktycznie w naturze, ale z powodzeniem jest wytwarzany w laboratoriach.
- Tryt jest radioaktywny, a jego użycie może przynieść korzyści i szkody ludzkości.