Soyadı | trityum, semender |
---|---|
Sembol |
3 1H |
nötronlar | 2 |
protonlar | 1 |
Doğal mevcudiyet | izler |
---|---|
Yarım hayat | 12.32 yıl ± 0.02 yıl |
atom kütlesi | 3.016049200 uma u |
Çevirmek | 1/2 + |
Aşırı enerji | 14.949.794 ± 0.001 keV |
Bağlanma enerjisi | 8.481.821 ± 0.004 keV |
ana izotop | parçalanma | Yarım hayat |
---|---|---|
8 O | β - , fisyon | 119.00 (15) ms |
11 Li | β - , fisyon | 8,75 (14) ms |
parçalanma | Ürün | Enerji ( MeV ) |
---|---|---|
β - | 3 O | 0.018590 |
Trityum ( /tʁi.sjɔm/ ), sembol 3 H veya T, bir - dahil olmak üzere , protiyum ve döteryumu biri - hidrojen izotopları . Onun çekirdeği denilen, triton , birine sahiptir proton ve iki nötron . Bu vurgulanmış 1934 tarafından Ernest Rutherford içinde nükleer reaksiyon T + H → D + D .
Aksine bayağı hidrojen ( 1 , H ya da H) ve döteryum ( 2 H ya da D), bu izotop (nüklid) olan radyoaktif . Bunun spesifik aktivite veya kütle aktivitesi 356.0 olan T Bq / g (ya da 356.0 P Bq / kg, ya da 3.560 x 10 14 Bq / g ) ya da 9 621 başka küri gramı başına (ya da 9.621 mCi / kg ). Düşük enerjili beta (β-) radyasyonu yayar ; Ortalama 5,7 keV ve 12,89 keV enerjili bir antineutrino helyum 3'e ( 3 He) dönüşüyor . Onun dönemi veya yarı ömrü 12,32 yıldır.
Doğal durumunda nispeten nadirdir (10 18 atom hidrojen için yaklaşık 1 atom trityum ), ancak nükleer endüstri tarafından çevreye yayılır : nükleer reaktörlerin normal çalışmasında ve nükleer reaktörlerin işlenmesi sırasında yakıt. elementler. Ayrıca nükleer patlamalar sırasında üretilir . ASN inanmaktadır "yeni tesislerin (proje geliştirilmesini EPR , ITER ) ve nükleer yakıt yönetimi modlarında değiştirir [...] nükleer endüstrisinden trityum deşarjların artışa hem kurşun" .
Bir trityum atomunun atom kütlesi 3.0160492'dir. Trityum, T şeklinde saf madde olarak mevcut 2 gaz sıcaklık ve basınç, normal koşullar altında .
Trityum ya da hidrojen atomları içerip içermediğine bağlı olarak, su molekülü az ya da çok ağırdır. Ayrıca, ince farklar göstermektedir (farklı dipolleri, atalet değiştirilmiş anları, kütlesindeki küçük bir farklılık) görünüşte benzer molekül için, belki de biraz da dahil olmak üzere davranış farklılıkları, açıklayabilir toz haline getirilmiş, su fazının değişim doğal süreçlere ( buharlaştırma , yoğunlaşma , kristalizasyon , difüzyon / sorpsiyon , vb.). Bu farklılıklar, örneğin, hidrojene (daha hafif) kıyasla, yoğunlaştırılmış fazın trityumundaki düşük zenginleşmeyi açıklayabilir.
HTO, saf sudan (H 2 O) en az farklı olduğu düşünülen izleyici moleküldü ve hala öyle olmaya devam ediyor, örneğin HTO, farklı biyolojik zar türlerinin (deri, bağırsak, mukoza zarları) su geçirgenliğinin değerini hesaplamak için kullanıldı. farklı türlerde).
Hidrojen gibi, gaz halindeki trityumun oda sıcaklığında saklanması zordur. Çoğu çelik de dahil olmak üzere görünüşte geçirimsiz birçok malzeme trityum için gözeneklidir .
Kuru bir ortamda bile oksijen varlığında oksitlenerek , bir ısı kaynağı veya kıvılcım varsa trityumlu su (HTO veya T 2 O) üretir .
Yarılanma ömrü trityum 12.32 yıldır.
Bu dönüşür helyum 3 bir yan β çürüme - aşağıdaki nükleer reaksiyon :
3Yayılan elektron ortalama olarak 5,7 keV kinetik enerji taşır , geri kalanı elektronik bir antinötrino tarafından taşınır (pratik olarak saptanamaz). Elektronun özellikle düşük enerjisi, trityumun sintigrafi dışında tespit edilmesini zorlaştırır .
Düşük enerji β radyoaktivite yayılan elektronlar, sadece 6 hızlı geçtikten sonra, su içinde ve biyolojik dokularda tutuklandı neden olur um , en fazla (ve 0.56 um civarında ortalama). Bu nedenle dış radyasyon, insan derisinin basit “ölü” yüzeyi tarafından hızla durdurulur .
Bununla birlikte, radyasyonlarından farklı olarak, trityumlu su gibi çoğu trityumlu molekül , tüm canlıların derisinden, zarlarından veya biyolojik dokularından kolayca emilir . Bu nedenle radyoaktivitesi, yalnızca solunduğunda veya yutulduğunda ve yalnızca girdiği canlı hücrelerde a priori olarak potansiyel olarak tehlikeli hale getirir .
Doğal trityum söylenir "kozmojenik" nedeniyle etkileşimden kozmik ışın atmosferin çeşitli bileşenleri ile. Baskın nükleer reaksiyon bir etkileşimi olan hızlı nötron reaksiyonu (n, T) (4 üzerinden MeV) ve bir nitrojen atomu,:
14Böylece yılda yaklaşık 70.000 TBq veya (0,2 kg ) trityum üretilir (ortalama güneş aktivitesi ile döngüsel olarak değişebilir ; yoğun olduğunda, ürettiği güneş rüzgarı Dünya'ya çarpan kozmik radyasyonu azaltır). Doğal karasal trityumun genel envanteri yaklaşık 1.300 PBq veya 3.5 kg olacaktır ve doğal trityuma sahip bir insan tarafından absorbe edilen yıllık radyoaktivite dozu yaklaşık 0.01 μSv'dir .
Doğal trityumun yaklaşık 2/3'ü stratosferde , kalanı hidrosfer ve litosferde üretilir . Ek olarak, bazı trityum dünya dışı ortamdan gelir (Güneş veya diğer yıldızlar tarafından yayılan ve kozmik radyasyon veya Dünya'ya yönelik güneş rüzgarları tarafından itilen ). Tersine, hidrojen ile aynı zamanda, Dünya'nın atmosferi, üst atmosferin çevresinde güneş rüzgarları tarafından parçalanan biraz trityum kaybeder. En iyi şekilde, bir esnasında meydana gelen güneş parlaması (yaklaşık "0,1 trityum atomu / cm 2 / s süresince Dünya yüzeyinin güneş çevrimi ". )
Of yapay trityum 1940'lardan beri, ancak büyük miktarlarda, insanlar tarafından üretilir, nükleer patlamaların yoluyla, ya da, çünkü lityum bir akış maruz nötron . Bir nükleer santralin reaktöründe durum böyledir . Doğal lityumda %7,5 oranında bulunan hafif izotop ( 6 Li), nötronları yakalar ve reaksiyona göre helyum ve trityum çekirdeği verir:
6Yüksek enerjili nötronlara maruz kalan Lityum-7 ayrıca endotermik (n, alfa) bir reaksiyona girebilir ( Castle Bravo testi sırasında keşfedilen reaksiyon ; içinde üretilen fazla trityum nedeniyle patlaması beklenenden 2,5 kat daha büyük bir enerjiydi). Bu taraftan).
7Bir in basınçlı su reaktöründe , borik asit, bir sarf "zehir" olarak kullanılır. Bor-10 , bazen zaman iki helyum atomu ve bir trityum yol üçlü fisyon (n, T 2α) de girerler :
10Ağır su reaktörleri , bir döteryum atomu tarafından nötron tarafından yakalanarak trityum üretir . Bu reaksiyonun sadece çok küçük bir kesiti vardır (bu nedenle ağır su iyi bir moderatördür) ve çok az trityum üretir. Aynı reaksiyon, suyun soğutucu olarak kullanıldığı reaktörlerde düşük oranda döteryum (%0.015) üzerinde gerçekleşir.
1Nükleer bir ortamda, trityumun bozunmasıyla üretilen helyum 3'ün kendisi, geniş yakalama bölümü tarafından kolaylaştırılan nötron yakalamasıyla trityuma yeniden etkinleştirilir:
1Trityum ayrıca nükleer güç reaktörlerinde reaktör başına yılda yaklaşık 3 g fisyon ürünü olarak üretilir . Fisyon tarafından üretilen trityum, çoğunlukla yeniden işleme tesisinde fisyon ürünü çözeltisinde bulunan yakıtta kaldığından, normalde reaktör seviyesinde salınmaz. Her şeye rağmen, 900 MWe'lik bir reaktör yılda yaklaşık 10 TBq (yani 0,03 g/yıl ) salmaktadır .
gösteriTüm enerji santralleri, reaktör işlemlerinden kalan bir kalıntı olan trityum üretir. Fransa'da “şantiyede, bu amaçla sağlanan tanklarda, tahliye izinlerine uygun olarak tahliye edilmeden önce, kontrol edildikten sonra depolanır” . Her kurulum için siparişe göre deşarj limitleri uygulanmaktadır (örneğin: 2005 yılında Chooz B nükleer santralinden yapılan deşarjlar için 80 Bq / L aşılmamalıdır).
Dünyadaki ana sivil trityum kaynağı , trityumun bir ürün aktivasyonu olduğu CANDU veya PHWR Siemens tasarım Arjantin gibi ılımlı reaktörler ağır sudur . Bazı reaktörlerde, trityum moderatörden periyodik olarak çıkarılır ve endüstriyel kullanım için mevcut olabilir.
Trityum, Trityum Uzaklaştırma Tesisinde (TRF) ağır sudan iki aşamada ekstrakte edilir: katalitik buhar fazı ekstraksiyonu, ardından kriyojenik damıtma. TRF yılda 2,5 kg trityum üretir .
1962'den 1976'ya kadar, CEA Saclay merkezindeki bir Fransız laboratuvarı, büyük miktarlarda trityum üretimi için donatıldı. 1967 ve 1968'de Marcoule'de hizmete giren Célestin I ve II adlı iki Fransız araştırma reaktörü özellikle trityum üretimi için tasarlanmıştı. 1967 yılında yine Marcoule'de bulunan hedeflerden trityum çıkarma atölyesi faaliyete geçti.
Askeri kullanım için trityum, lityumun ışınlanmasıyla ışınlama reaktörlerinde üretilir. Bu sivil trityum diğer büyük tedarikçisi, seçtiği yöntemdir Reviss Hizmetleri ve sürekli operasyon için öngörülen ITER .
Bu, ITER'nin başlatılması için öngörülen kaynaktır : enerji üretmeyi amaçlayan termonükleer füzyon , mümkün olduğu kadar çok nötronu engellemek için reaktör çekirdeğini saran, kapak adı verilen çevresel bir bölgede yakında lityum kullanmalıdır . füzyon reaksiyonları. Bu şekilde üretilen trityum, reaksiyon tarafından tüketilen trityumu yeniden üretmeye hizmet edecek ve bu da füzyon yolunun döngüsünü kapatmayı mümkün kılacaktır.
Trityum, büyük enine kesiti ve döteryum ile reaksiyonuyla açığa çıkan enerji nedeniyle nükleer füzyonda kilit bir elementtir :
3Nötron ve protonlardan oluşan tüm çekirdekler pozitif yüklüdür ve ortaya çıkan elektrostatik kuvvet nedeniyle birbirlerini iterler . Bununla birlikte, sıcaklık ve basınç yeterince yüksek olduğunda, o kadar yakınlaşabilirler ki, güçlü etkileşim devralır ve daha büyük bir çekirdekte füzyona neden olur.
Bir proton ve iki nötrondan oluşan trityum çekirdeği, bir hidrojen atomunun çekirdeğiyle aynı elektrik yüküne sahiptir ve bu nedenle aynı elektrostatik itmeye maruz kalır. Ancak nötronlar, güçlü etkileşimin etkisini artırarak, füzyonun hidrojen atomları arasında olduğundan daha kolay olmasını sağlar.
Dünyada üretilen trityumun birincil kullanımı, "termonükleer ve füzyon silahlarının verimliliğini artırmak ve nükleer patlayıcı malzemelerin kullanım verimliliğini artırmak" dır .
Nükleer bombalar için nükleer füzyon trityum-trityum tipi etkisi veya tritium- olan döteryum . Reaksiyon aşırı sıcaklıklara ve patlayıcı reaksiyon baskıları ile tetiklenir nükleer fisyon ve uranyum-235 veya plütonyum-239 . Nötronlar da trityum füzyonu ile serbest kalan uranyum veya plütonyum fizyon teşvik eder.
Hiçbir resmi yayın böyle söylemiyor, ancak nükleer savaş başlıklarının yaklaşık 4 g trityum içerdiği ve bir nötron bombasının 10 ila 30 gram içerdiği tahmin ediliyor .
Trityum, mülkiyeti Fransa'da düzenlenen bir nükleer maddedir ( Savunma Yasasının R1333-1 Maddesi ). Ancak uluslararası düzeyde, NPT'nin " bölünebilir ürünleri " arasında yer almamaktadır ve IAEA için kontrollere tabi değildir .
Kullanıcının silahını çıkarabilmesi ve gece koşullarında hemen nişan alabilmesi için küçük silah nişangah modellerinde de çok az miktarda trityum kullanılır. Öte yandan, bu değişiklikler 2002'den beri Fransa da dahil olmak üzere birçok ülkede yasaklanmıştır. Diğer insanlar, ışığı (güneşten veya el feneri gibi başka bir kaynaktan) biriktiren ve sonra onu eski haline getiren veya kendilerini renkli noktalara boyayan fotolüminesan ekleri kullanmayı tercih eder fosforlu boya ile dikkat çekiyor.
Nükleer olmayan kullanımlar yalnızca eser miktarda trityum içerir ve üretilen miktarların yalnızca çok küçük bir kısmını ilgilendirir.
Ezilmiş gaz bileşiklerinin fosforlu malzemeler çok daha az riskle, karanlıkta (ISO 3157: 1991 standardı) kırmızı haline etme kabiliyetleri açısından 1950'li yıllardan bu yana kullanılmaktadır ile daha radyum (şimdilik yasak lüminesans ait saatler ve . Çalar saat) nedeniyle düşük dozlarda bile işçiler için tehlikeliliği).
Gaz aydınlatma noktaları (saatler, kronometreler, av silahları, savaş veya spor atışları için nişan alma sistemleri) veya paneller için aydınlatma cihazları, uçaklardaki kendinden aydınlatmalı elemanlar, havai fişekler, hava alanı pistleri, ışıklı kadranlar, göstergeler vb. ile doldurulmuş şeffaf tüpler . veya güvenlik işaretleri ("acil çıkış" türünden (yirmi curie'ye kadar , yani 750 GBq ) artık pillere veya bir güç kaynağı devresine ihtiyaç duymaz .
Bazı ülkelerde ( ABD EPA'dan izin alınması gereken Amerika Birleşik Devletleri gibi) yasaklanmış veya düzenlenmiş olmasına rağmen , gazlı trityum kapsülleri belirli saatlerde veya cihazlarda kullanılır (" T-lüminising " veya " Trasers " olarak adlandırılır) , yasa dışı ticarete konu olan.
Bu nesnelerin çoğu, yangın durumunda trityumlarını kaybedebilir , ancak gerçekte solunabilen miktarlar (birkaç kBq düzeyinde) genellikle bir halk sağlığı tehlikesi oluşturmaz ('olduğu varsayılsa da) vücuda alınan şeklinde toz haline getirilmiş, su , doz faktörü olan 1.8 x 10 -11 Sv / Bq 0.018 μSv bir doz, bu şekilde tekabül inhale trityum bir kilo-becquerel çok ölçmek için bilinen daha düşük; düşük doz ışınlamanın etkisi ).
Fransa'da bu uygulama, halk sağlığı yasasına göre satış iznine tabidir ; kararname 2002-4504 Nisan 2002Böylece öngörmektedir yapay ve tüketim malları ve inşaat ürünlerinde, aktivasyon ile elde zamanlar da dahil doğal radyonüklidlerin herhangi kasıtlı bir ek” olduğunu yasaktır. […] İthalat ve ihracat, gerektiğinde herhangi bir gümrük rejimine göre, ayrıca bu ilaveye tabi tutulmuş bu tür mal ve ürünlerin depolara ve geçici depolama alanlarına yerleştirilmesi de yasaktır ” .
Muhtemelen bu tür nesnelerden gelen trityum , belirli belediye çöp alanlarından gelen sızıntı suyunda bulunur ve bu nedenle muhtemelen yakma fırınlarının dumanında veya külünde bulunur. Mutch ve Mahony (2008), örneğin New York ve New Jersey eyaletlerinde incelenen iki depolama sahasından sızıntı suyunda bulunan trityumlu su tarafından yayılan ortalama 1.251 Bq / L ve 7.104 Bq / L'ye kadar . Olarak California, 3.663 arasında ortalama oranlar Bq / L ve 11,248 kadar Bq / L (yaklaşık 10 arasında içilebilirliğini sınırı kıyasla bu gibi aynştıncı içerisinde bulunan kBq / L , bkz toz haline getirilmiş, su ). Örneğin, trityum 2013 dozda bulunmuştur, çöp gazı kondensatlar yoluyla havaya karışması yeniden Bu trityum da olabilir Bq / L İngiltere ve 18981 yılında Bq / L California.
Trityum gazı ayrıca aşağıdaki kullanımlar için kullanılır:
Trityum, su kütlelerinin tarihlendirilmesinde de kullanılabilir .
Atmosferdeki nükleer testlerin sona ermesinden bu yana, yapay trityum esas olarak nükleer tesisler tarafından havaya ve suya salınır. Karbon 14 ile birlikte , normal işletimde nükleer tesisler tarafından, özellikle Kanada CANDU reaktörleri tarafından çevreye en çok yayılan iki radyonüklidden biridir ve bu , Kanada nükleer düzenleyicisini ve Kanada Nükleer Güvenlik Komisyonu'nu (CNSC) daha iyi anlamaya yönlendirmiştir. çevrede, özellikle havada trityum kinetiği.
Etkisinin doğası ve kapsamı araştırılmaya devam etmektedir. Mevcut bilgilerin bir özeti 2010 yılında Fransız Nükleer Güvenlik Otoritesi tarafından yayınlanmıştır.Özellikle şunlar belirtilebilir:
2000'li yıllara kadar trityumun daha iyi dozlanması değildi. Analiz teknikleri aşağıdaki gibidir:
Trityum konsantrasyonları hava ve izlemeye aldığını yağış Biz 2000'li yıllardan itibaren daha iyi nasıl ölçüldüğü tanıyoruz. 1950'den beri, ama onun kinetik ve besin ağında bu trityum etkisi hala tartışılır ve kötü özellikle (anlaşılan onun organik formlar ).
İyi biyoentegratörler ve belirli çevresel streslerin biyoindikatörleri olarak bilinen , özellikle radyoaktiviteye dirençli likenler , likenlerin ortakyaşar algleri trityum ve karbon 14'ü fotosentez yoluyla sabitleyen ve daha sonra çalışmalara dahil eden likenlerle ilgilendik . mantar partneri. Arboreal liken, meteoritik suyun ( yağmur , buhar, çiy , vb.) toprak trityumu veya toprak suyundaki trityum tarafından kirlenmeden izlenmesini sağlar. Sivil veya askeri alanların çevresine aktarılan eski likenlerin veya likenlerin analizi, bu kurulumlardan kaynaklanan serpintileri bazen muhteşem bir şekilde haritalamayı mümkün kılar. Ağaç halkalarının analizi, ağaçların emmesindeki yıllık değişimleri tahmin etmek için de kullanılabilir.
Fransa'da 2000-2010 yıllarında, her yıl, elektrik santrallerinin etrafındaki suda ve havada 20.000'den fazla trityum ölçümü yapıldı ve elektrik santralleri etrafındaki etkisini değerlendirmeye başlıyoruz. 17 Ekim 2012ACRO , La Hague'deki AREVA fabrikasının yakınında, Écalgrain Körfezi'nde denizde 110 Bq/L trityum kaydetti , bu bölgede genellikle 27 Bq/L' den az (ve on yıl içinde asla 33.3 Bq/L' den fazla değil) . Goury göre (1998-2007) ölçüm IRSN for a) doğal kökenli yaklaşık olarak 0.1 Bq / L. Operatör tarafından Ulusal Ölçüm Ağı'na iletilen veriler, bu tarih için anormal bir şey önermemektedir. Acro, karşılaştırma yoluyla, bunun, burada kaydedilen trityumdan çok daha fazla olduğunu not eder.Mart 2013 hasarlı Fukushima nükleer santralinin önünde. Olaylar bazen elektrik santrallerinin dışında (radyoaktif atıkları yöneten, yakan veya inertleyen şirketler) veya enerji santrallerinde rapor edilir. Örneğin, Gravelines nükleer santralinin belirttiği gibi,4 Mart 2013, Trityum salınımı için yetkinin aşılması : salınım 720 Bq/L'yi aştı veya beklenen değerden 14 kat daha fazla (50 Bq/L'den az). Nedeni, "kurulumdan atık su sistemine uygun olmayan atıkların transferi" gibi görünüyor .Fransa'da, 1980'den beri, nükleer silah yapmak için kullanılabilecek 6 nükleer maddeyi koruyan ve kontrol eden bir yasa: plütonyum, uranyum, toryum, döteryum, trityum ve lityum 6.
Ve 2006'dan beri, trityum atıklarından sorumlu yetkililere bir yasa dayatıyor. "2008 için trityum içeren atıklar için, yüzeyde veya sığ derinlikte bertaraf edilmeden önce radyoaktivitelerinin azaltılmasına izin veren depolama çözümlerinin geliştirilmesi".
Kirlenmiş yüzeylerde adsorbe edilen trityumun lazerle desorpsiyonundan moleküler elek kullanımına (su, hava veya diğer kontamine gazlar için) kadar çeşitli çok göreceli dekontaminasyon yöntemleri (bu, Fukuşima'nın kirlenmiş suları için gerçek bir sorundur ) mevcuttur . Her iki durumda da bu, filtrelerdeki trityum için bir "hafıza etkisi" yaratır ve sonuç olarak yeniden kontaminasyon riskleri oluşturur (örneğin, trityum, moleküler eleklerde onları oluşturan zeolitlere nüfuz ederek birikir ve bunların bir kısmı salınabilir. rejenerasyon veya filtrenin sonraki kullanımı). Bu tip filtre, trityumlu atık olarak sonuçlanır.
Son veriler ışığında ve ihtiyat ilkesine uygun olarak ASN, IRSN, Ulusal Sağlık Güvenliği Ajansı , CEA ve Uluslararası Radyolojik Koruma Komisyonu'ndan trityumun çevre, embriyo ve fetüs.
ASN, ilgili aktörleri, artık sadece maruz kalma süresine göre değil, trityumun fiziko-kimyasal türlerine ve kontaminasyon yoluna (soluma, yutma, perkütan geçiş vb.) göre doz değerlendirme yöntemlerini uyumlu hale getirmeye teşvik eder.
ASN, olası kanserojen veya kalıtsal etkilerin araştırılmasını talep etmiştir ( işçilerde epidemiyolojik çalışmalar vb.).
ASN , bu plan için bir izleme komitesi oluşturmalıdır . Ajans ayrıca nükleer tesis operatörlerini (Areva, EDF) trityum salımlarını daha iyi kontrol etmeye ve salımların “tahribatı” açısından teknolojik bir saat kurmaya davet ediyor.