химический каталог




ТРИТИЙ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ТРИТИЙ (от греческого tritos - третий) T, или 31H, радиоактивный тяжелый изотоп водорода с мас. ч. 3. Ядро атома ТРИТИЯ - тритон с массой 3,016050 состоит из одного протона и двух нейтронов, энергия связи 8,1-8,4 МэВ. При b-распаде T. образуется легкий изотоп гелия: Т1/2 12,33 года; макс. энергия излучения 18,61 кэВ, средняя - 5,54 кэВ. Уд. активность T. 3,59 • 105 ГБк/г. При взаимодействие-частиц T. с веществом возникает тормозное фотонное излучение, которое используют для количественное определения трития в различные средах.

Молекула трития двухатомна, молекулярная масса 6,03210; основная частота колебаний атомов 2548,36 см-1; константа диссоциации (293,15 К), где p - давление. С другими изотопами водорода тритий образует молекулы прототрития HT с молекулярная масса 4,02395 и дейтеротрития DT с молекулярная масса 5,03015. Молекулярный тритий может находиться в орто-и пара-состояниях (соответственно о-Т2 и п-Т2). При обычных условиях газообразный T2 представляет собой смесь 75% орто- и 25% пара-модификаций (нормальный ТРИТИЙ, н-T2). Равновесный T. (р-Т2), имеющий равновесный орто-пара-состав при данной температуре, содержит п-T2, (%): 97,243 (10 К), 66,453 (20 К), 43,493 (30 К), 33,35 (40 К), 28,789 (50 К), 25,075 (100 К). Энтальпия орто-пара-превращения н-T2 в р-Т2 составляет -195,94 при 20 К и -11,51 Дж/моль при 50 К.

Тритий образуется в верх. слоях атмосферы в результате взаимодействие космич. излучения главным образом с ядрами N и O, например: . Образующиеся таким образом атомы T. в результате реакций радиац. окисления и изотопного обмена переходят в молекулы воды, затем T. в составе дождевой воды выпадает на поверхность Земли. По современной оценкам, равновесная активность космогенного T. во внешний среде (гидросфере и атмосфере) составляет (1,11-1,30)•109 ГБк (3,0-3,5 кг). Считают, что около 90% природного T. содержится в гидросфере (гл. обр. в виде НТО), 10% в стратосфере (НТО) и 0,1% и тропосфере (из них 50% в виде HT).

Большое количество ТРИТИЯ образуется при ядерных и, главным образом, термоядерных взрывах. Взрыв водородной бомбы с тротиловым эквивалентом 1 MT приводит к выделению (2,6-7,4)*108 ГБк трития. С начала испытания термоядерною оружия (1954) содержание T. в дождевой воде возросло с 0,5-5,0 до 500 T.E.: T.E. - тритиевая единица, равная отношению числа атомов Т/Н = 10-18, или 0,12 Бк на 1 л воды. При подземных ядерных взрывах тритий также превращаются в оксид и частично выходит на пов-cть. По оценкам (1970), общее содержание T. в биосфере: в мировом океане 250 кг, в континентальных водах 45 кг, в воздухе 3 кг.

Свойства. Некоторые свойства T. приведены в табл. 1. Уравнение температурной зависимости давления насыщ. пара жидкого н-Т2 в интервале 25-40 К: (гПа) = 6,158 +78,925/T+2*10-4(T-25)2.

Tабл. 1. - СВОЙСТВА HT, DT и н-Т2

Показатель

HT

DT

н-T2

tкрит, K

37,13

39,42

40,44

МПа

1,571

1,773

1,850

Температура тройной точки, К

17,62

19.71

20,62

T. кип., К

22,92

24,38

25,04

AHисп при температура кипения, Дж/моль



1394

Плотн. жидкости (кг/м3) вдоль линии насыщения:




21 К

162.8

220,7

272,2

23 К

157,S

214,6

265,0

25 К

152,3

208.1

257,3





21 К

3,035

3,793

4,181

23 К

2,607

3,327

3,694

25 К

2,180

2,860

3,207


29,198

29,195

29,199


Давление пара HT м. б. вычислено по формуле: аналогично принято, что Коэф. диффузии HT в жидком H2 может быть вычислен по уравению D = 3,05*10-4exp(-36/T). Идеальный коэффициент разделения изотопов водорода при равновесии жидкость-пар(см. табл. 2). Эксперим. коэффициент разделения смесей D2-DT и D2-T2 на 5-6% ниже Реакции изотопного обмена водорода и (константы равновесия при 298,15 К равны соответственно 2,57 и 3,82) протекают вследствие выделения энергии при радиоактивном распаде ТРИТИЙ, с корость их зависит от концентрации ТРИТИЙ, а также от присутствия катализаторов. T. окисляется O2 при обычной температуре и без катализаторов вследствие-распада.

Табл.2.- ЗНАЧЕНИЯ

Температура, К





21,0 22,0 23,0 24,0

2,19 2,06 1,95 1,86

2,18 2,05 1,94
1,85

1,30 1,27 1,25 1,23

1,690 1,613 1,563 1,513

Оксиды трития T2O (молекулярная масса 22,03150), прототрития НТО (20,02335) и дейтеротрития DTO (21,02955) имеют удельная активность соответственно 98050, 53650 и 51430 ГБк/г. Для T2O т. кип. 274,70 К, температура тройной точки 277,64 К; плотность 1,21459 г/см3 (293,15 К), макс. плотность 1,21502 (286,55 К); отношение значений давления паров H2O и T2O в интервале 264-387 К: = -103,87/Т+ 46480/Т2.

Давление пара НТО Коэф. разделения жидкость - пар (относит, летучесть ) растворов DTO в D2О в интервале 313,15-373,15 К: =8,026/7+0,0198. Коэф. диффузии (м2/с) при 298,15 К: НТО в H2O 2,236-10-9, DTO в D2O 1,849*10-9, DTO в НТО 2,029*10-9.

Константы равновесия К изотопного обмена H2O+ и D2O + при 300 К соответственно равны 3,699 и 3,972. Образование НТО может происходить при изотопном обмене , К = 6.31 (300 К).

В результате радиоактивного распада T. в его соединение имеют место радиац. эффекты. Вода, содержащая ТРИТИЙ, подвергается радиолизу с образованием H2 и H2O2. Вода, содержащая 100% ТРИТИЙ, разлагается на 50% через 5,24 сут. Рекомендуемая Международной комиссией радиологич. зашиты условная граница допустимого содержания T. в воде (при котором практически не наблюдается ее саморазложение) 3,7*103 ГБк/л.

Тритиды подобны гидридам (незначительной отличия проявляются в таких свойствах, как плотность и параметры кристаллич.решетки): получают их теми же методами, что и гидриды. Наиб. важны LiT (Li2DT), TiT2, ZrT2, UT3. Обьем (см3) T2, связываемого 1 г металла: Li 1,6*103, Ti 4,7*102, Zr2,5-102, U 1,4*102. В любом водородсодержащем соединение замещение одного атома H на атом T приводит к образованию соединение с удельная активностью 107,7-104 ГБк/моль.

Получение. В пром. масштабе T. получают в ядерном реакторе, облучая Li, чаще всею обогащенный изотопом 6Li, нейтронами: . Продукт естеств. распада ТРИТИЙ- 3Не - также вступает в ядерную реакцию, превращаясь в T. и протий: . Получение T. включает подготовку материала к облучению, проведение облучения и накопление T. в материале, выделение, очистку и концентрирование, при этом используют методы термодиффузии и низкотемпературной ректификации. T. может быть также получен выделением и концентрированием при изотопной очистке тяжелой воды - замедлителя ядерных реакторов. Этим путем на установке в Гренобле (Франция) получают 8,88-106 ГБк в год 98%-ного T. Установка TRF (Tritium Removal Facility) в Канаде, рассчитанная на переработку 350 кг/ч D2O тяжеловодных реакторов, по аналогичной технологии позволяет получать около 109 ГБк в год T. чистотой не менее 99%. Хранить T. можно в виде тритидов.

Применение. Т.- компонент топлива для термоядерного синтеза: МэВ: радиоактивный изотопный индикатор в химии, биологии, медицине, геофизике, гидрогеологии и др. В виде тритиевых мишеней (тритиды U, Ti, Zr, интерметаллиды) используется в генераторах нейтронов, детекторах для газо-жидкостной хроматографии, в качестве радиоактивных источников излучения для флюорографии, в толщиномерах и т.д. T. применяют при изготовлении световых указателей и сигналов (активированный ZnS излучает зеленоватое свечение в присутствии ТРИТИЙ).

Техника безопасности и контроль. Макс. пробег-частиц T. в воздухе 5,8 мм при 20 0C, в биологическое ткани 6,5 мкм. Поэтому -частицы T. полностью поглощаются роговыми слоями кожи и внешний облучение организма T. и его соединение не представляет опасности. T. опасен при попадании в организм через кожу, легкие или при приеме пищи и воды. Период полувыведения T. при поглощении в виде газа 3,3 мин, а в виде воды 10-12 сут. Независимо от путей поступления в организм через 2-3 ч наблюдается равномерное распределение НТО в жидкой фазе организма (кровь, моча, выдыхаемые пары воды). Для газообразного T. и НТО (T2O) категория радиац. опасности Г, минимально значимая активность 3,7 • 106 Бк. Допустимые концентрации T. в воздухе рабочей зоны ДКА и в атм. воздухе или воде ДКБ, предельно допустимое поступление через органы дыхания ПДП, предел годового поступления в организм ПГП приведены в табл. 3.

В ядерных реакторах, работающих на тепловых нейтронах, в результате побочных процессов образуется ТРИТИЙ, который может попадать в окружающую среду с газообразными или жидкими отходами, как непосредственно на АЭС, так и при дальнейшей переработке облученного ядерного топлива. Количеств. оценка поступления T. в окружающую среду с газообразными и жидкими отходами АЭС, ГБк/МВт(электрич.)*год: реакторы ВВЭР (водно-водяной энергетич. реактор) - в атмосферу 7,4-33, в гидросферу 33; реакторы РБМК (реактор большой мощности канальный) - соответственно 22 и 1,5. Существенно более высокие выбросы T. наблюдаются на АЭС с тяжеловодными реакторами. Осн. источник поступления T. в окружающую среду в ядерной технологии - заводы по переработке ядерного топлива. Так, например, завод по переработке ядерного топлива с производительностью 1500 т UO2 в год может быть источником T.- (1,11-2,96)•1016 Бк в год.

Табл. 3.- ЗНАЧЕНИЯ ДОПУСТИМЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ТРИТИЯ

Дтя категории А:

Состояние T.

Критич. орган

ПДП, Бк/год

ДКА, Бк/л

Газ

Все тело

5.55 •1012

22,2 •105

НТО (T2O)

Все тело

4,4•108

3,7 • 102

Для категории Б:

Состояние T.

Критич. орган

ПДП, Бк/год через органы дыхания

ДКК, Б к/л

в атм. воздухе в воде

Газ

Все тело

.5,55 •1011

7,4•104

НТО (T2O)

Все тело

7,4•107

11,1 14,8 • 104


Эксплуатация термоядерных энергетических установок будущего приведет к дальнейшему росту выбросов ТРИТИЯ, так как ТЯЭС (термоядерная энергетич. станция) по оценкам будет выделять T. в 104-106 раз больше, чем АЭС эквивалентной мощности. Задачи улавливания T. и очистки сбросов до санитарных норм, выделения и концентрирования ТРИТИЯ с целью его локализации (захоронения) или использования может быть решены при помощи методов разделения изотопов водорода: ректификацией воды под вакуумом, химический изотопным обменом (очистка и начальное концентрирование), низкотемпературной ректификацией жидкого водорода, сорбционным разделением на твердых сорбентах. Содержание ТРИТИЯ в различные средах определяют измерением его активности чаще всего ионизационными и сцинтилляционными методами (табл. 4). При недостаточной чувствительности измерит, аппаратуры применяют методы предварит, концентрирования (термодиффузия, ректификация, электролиз).

Табл. 4.- ХАРАКТЕРИСТИКА НАИБОЛЕЕ УПОТРЕБЛЯЕМЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРИТИЯ

Детектор

Миним. детектируемая активность ТРИТИЙ, Бк

Пределы измерения концентрации T. в воде, Бк/л

Пропорциональный

счетчик

3,7•10-2

3,7•(10-106)

Счетчик Гейгера-

Мюллера

3,7•10-2

18,5- 3,7•105

Жидкостной сцинтилляц. счетчик совпадений

0,37

1,85•102-3,7•108

Ионизац. камера

3,7• I02

1,85•105-3,7•1014

Для контроля за содержанием ТРИТИЯ в воздухе используют ионизационные камеры [диапазон измеряемых концентраций 3,7•(10-1013) Бк/л], пропорциональные (1,85-3,7•106 Бк/л) и сцинтилляц. счетчики [3,7•(10-1O7) Бк/л], для периодической контроля - фотопленки. ТРИТИЙ открыли в 1934 Э. Резерфорд, M. Олифант и П. Хартек.

Литература: Ленский Л. А., Физика и химия трития, M., 1981; Беловодский Л.Ф., Гаевой В. К., Гришмановский В. И., Тритий, M., 1985; Андреев Б. M., Зельвенский Я.Д., Катальников С.Г., Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике, M., 1987; Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества. Справочник, под ред. Л. А. Ильина, В. А. Филова, Л., 1990, с. 50-57. Я. Д. Зельвенский.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
концерт расмус в москве 2018
конструкции входных групп
участок по новорижскому шоссе с коммуникациями
благотворительный фонд в челябинске для больных

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(21.10.2017)