ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.
 
Всё о Химии - Ximia.org

ТРИТИЙ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


ТРИТИЙ (от греч. tritos - третий) T, или 31H, радиоактивный тяжелый изотоп водорода с мас. ч. 3. Ядро атома Т.- 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: 5001-15.jpg Т1/2 12,33 года; макс. энергия излучения 18,61 кэВ, средняя - 5,54 кэВ. Уд. активность T. 3,59 · 105 ГБк/г. При взаимод.5001-16.jpg-частиц T. с в-вом возникает тормозное фотонное излучение, к-рое используют для количеств. определения T. в разл. средах.

Молекула T. двухатомна, мол. м. 6,03210; основная частота колебаний атомов 2548,36 см-1; константа диссоциации 5001-17.jpg (293,15 К), где p - давление. С др. изотопами водорода T. образует молекулы прототри-тия HT с мол.м. 4,02395 и дейтеротрития DT с мол. м. 5,03015. Молекулярный T. может находиться в орто-и пара-состояниях (соотв. о-Т2 и п-Т2). При обычных условиях газообразный T2 представляет собой смесь 75% орто- и 25% пара-модификаций (нормальный Т., н-T2). Равновесный T. (р-Т2), имеющий равновесный орто-пара-состав при данной т-ре, 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.

T. образуется в верх. слоях атмосферы в результате взаимод. космич. излучения гл. обр. с ядрами N и O, напр.: 5001-18.jpg . Образующиеся таким образом атомы T. в результате р-ций радиац. окисления и изотопного обмена переходят в молекулы воды, затем T. в составе дождевой воды выпадает на пов-сть Земли. По совр. оценкам, равновесная активность космогенного T. во внеш. среде (гидросфере и атмосфере) составляет (1,11-1,30)·109 ГБк (3,0-3,5 кг). Считают, что ок. 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 кол-во T. образуется при ядерных и, гл. обр., 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 T. также превращ. 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. Нек-рые св-ва T. приведены в табл. 1. Ур-ние температурной зависимости давления насыщ. пара жидкого н-Т2 в интервале 25-40 К: 5001-22.jpg (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

5001-19.jpg МПа

1,571

1,773

1,850

Т-ра тройной точки, К

17,62

19.71

20,62

T. кип., К

22,92

24,38

25,04

AHисп при т. кип., 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

5001-20.jpg




21 К

3,035

3,793

4,181

23 К

2,607

3,327

3,694

25 К

2,180

2,860

3,207

5001-21.jpg

29,198

29,195

29,199


Давление пара HT м. б. вычислено по ф-ле: 5001-23.jpg аналогично принято, что 5001-24.jpg Коэф. диффузии HT в жидком H2 м.б. вычислен по ур-нию D = 3,05*10-4exp(-36/T). Идеальный коэф. разделения изотопов водорода при равновесии жидкость-пар5001-25.jpg(см. табл. 2). Эксперим. коэф. разделения смесей D2-DT и D2-T2 на 5-6% ниже5001-26.jpg Р-ции изотопного обмена водорода 5001-27.jpg и5001-28.jpg (константы равновесия при 298,15 К равны соотв. 2,57 и 3,82) протекают вследствие выделения энергии при радиоактивном распаде Т., скорость их зависит от концентрации Т., а также от присутствия катализаторов. T. окисляется O2 при обычной т-ре и без катализаторов вследствие5001-29.jpg-распада.

Табл.2.- ЗНАЧЕНИЯ 5001-30.jpg

Т-ра, К

5001-31.jpg

5001-32.jpg

5001-33.jpg

5001-34.jpg

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 (мол.м. 22,03150), прототрития НТО (20,02335) и дейтеротрития DTO (21,02955) имеют уд. активность соотв. 98050, 53650 и 51430 ГБк/г. Для T2O т. кип. 274,70 К, т-ра тройной точки 277,64 К; плотн. 1,21459 г/см3 (293,15 К), макс. плотн. 1,21502 (286,55 К); отношение значений давления паров H2O и T2O в интервале 264-387 К: 5001-35.jpg = -103,87/Т+ 46480/Т2.

Давление пара НТО5001-36.jpg Коэф. разделения жидкость - пар (относит, летучесть 5001-37.jpg) р-ров DTO в D2О в интервале 313,15-373,15 К: 5001-38.jpg=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+5001-39.jpg и D2O +5001-40.jpg при 300 К соотв. равны 3,699 и 3,972. Образование НТО может происходить при изотопном обмене 5001-41.jpg, К = 6.31 (300 К).

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

Тритиды подобны гидридам (незначит. отличия проявляются в таких св-вах, 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 соед. замещение одного атома H на атом T приводит к образованию соед. с уд. активностью 107,7-104 ГБк/моль.

Получение. В пром. масштабе T. получают в ядерном реакторе, облучая Li, чаще всею обогащенный изотопом 6Li, нейтронами: 5001-42.jpg . Продукт естеств. распада Т.- 3Не - также вступает в ядерную р-цию, превращаясь в T. и протий: 5001-43.jpg. 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 ок. 109 ГБк в год T. чистотой не менее 99%. Хранить T. можно в виде тритидов.

Применение. Т.- компонент топлива для термоядерного синтеза: 5001-44.jpg 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 Т.).

Техника безопасности и контроль. Макс. пробег5001-45.jpg-частиц T. в воздухе 5,8 мм при 20 0C, в биол. ткани 6,5 мкм. Поэтому 5001-46.jpg -частицы T. полностью поглощаются роговыми слоями кожи и внеш. облучение организма T. и его соед. 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 Т., к-рый 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) - соотв. 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, напр., завод по переработке ядерного топлива с производительностью 1500 т UO2 в год м.б. 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 энергетич. установок будущего приведет к дальнейшему росту выбросов Т., т.к. 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 T. с целью его локализации (захоронения) или использования м. б. решены при помощи методов разделения изотопов водорода: ректификацией воды под вакуумом, хим. изотопным обменом (очистка и начальное концентрирование), низкотемпературной ректификацией жидкого водорода, сорбционным разделением на твердых сорбентах. Содержание T. в разл. 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 Т., 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 T. в воздухе используют ионизац. 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 периодич. контроля - фотопленки. T. открыли в 1934 Э. Резерфорд, M. Олифант и П. Хартек.

Лит.: 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.


===
Исп. литература для статьи «ТРИТИЙ»: нет данных

Страница «ТРИТИЙ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учеников, учителей, студентов и просто химиков