Тритий

Материал из Викицитатника
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сигнальное свечение трития в капсуле
(снимок на длинной экспозиции)
1
Водород
1,008[1]
1s1

Три́тий (др.-греч. τρίτος «третий») — радиоактивный изотоп водорода. Обозначается символами T или 3H. Ядро трития состоит из протона и двух нейтронов, из-за чего его называют тритоном. В природе тритий образуется в верхних слоях атмосферы при соударении частиц космического излучения с ядрами атомов, например, азота. В процессе распада тритий превращается в стабильный 3He с испусканием электрона и антинейтрино (бета-распад), период полураспада — 12,32 года. Доступная энергия распада очень мала (18,59 кэВ).

Тритий открыт английскими учёными Эрнестом Резерфордом, Маркусом Олифантом и Паулем Хартеком в 1934 году. Название для этого изотопа было предложено на случай открытия ещё до него, 15 июня 1933 года, Юри, Мерфи и Брикведде в том же письме редактору научного журнала «The Journal of Chemical Physics», где они предложили названия для двух известных изотопов водорода — протия и дейтерия. Тритий используется в биологии и химии как радиоактивная метка, в экспериментах по исследованию свойств нейтрино, в термоядерном оружии как источник нейтронов и одновременно термоядерное горючее, в геологии для датирования природных вод. Промышленный тритий получают облучением лития-6 нейтронами в ядерных реакторах.

Тритий в научной и научно-популярной литературе[править]

  •  

Водород в «обычной» воде почти нацело состоит из протия. Кроме него во всякой воде есть тяжелый водород ― дейтерий Н2, его чаще обозначают символом D. Дейтерия в воде очень мало. На каждые 6700 атомов протия в среднем приходится только один атом дейтерия. Не следует думать, что это так уж мало. В природе часто малые причины вызывают большие последствия. Кроме протия и дейтерия, существует еще сверхтяжелый водород Н3. Его обычно называют тритием и обозначают символом Т. Тритий радиоактивен, период его полураспада немного больше 12 лет. Он непрерывно образуется в стратосфере под действием космического излучения. Количество трития на нашей Земле исчезающе мало ― меньше одного килограмма на всем земном шаре; но, несмотря на это, его можно обнаружить в любой капле воды. Недавно ученые заподозрили, что возможно существование четвертого изотопа Н4 и даже пятого Н5. Они тоже должны быть радиоактивны.[2]

  Игорь Петрянов-Соколов, «Самое необыкновенное вещество», 1965
  •  

Первый свидетель начала круговорота воды (если здесь можно говорить о начале) ― тритий, который образуется в верхних слоях атмосферы под действием космического излучения. Таким образом, в самом начале цикла вода приобретает радиоактивную метку. Концентрация трития в атмосфере более или менее постоянна. (В начале пятидесятых годов, после первых термоядерных взрывов, количество тяжелого водорода в воздухе увеличилось почти в сто раз и остается до сих пор на этом уровне.) Поэтому гидрогеологам довольно точно известно содержание радиоактивного элемента в осадках, выпавших сегодня, год или двадцать лет назад. А концентрацию трития в подземной воде определяют радиохимическим анализом. Если в воде тяжелого водорода вдвое меньше, чем в атмосфере, исследуемым артезианским водам 12,5 лет (таков период полураспада трития). Если концентрация метки упала в четыре раза, воде 25 лет. Определение возраста воды по тритию ― довольно сложный процесс. Чтобы выполнить анализ с десятипроцентной точностью, нужно обогатить пробу, очистить ее от мешающих анализу посторонних примесей. Для этого воду сначала подвергают электролизу. Под действием постоянного электрического тока на катоде прежде всего выделяется «легкий» водород, который восстанавливается значительно легче трития. После обогащения концентрация радиоактивного изотопа в пробе увеличивается в несколько сот раз. Обогащенную и очищенную вакуумной дистилляцией пробу испаряют, а пар направляют в вакуумную камеру, где измеряется бета-активность трития либо по степени ионизации остатка воздуха, либо по сцинтилляционным вспышкам специального покрытия, нанесенного на стенки ― экраны. <...> Обогащенную и очищенную вакуумной дистилляцией пробу испаряют, а пар направляют в вакуумную камеру, где измеряется бета-активность трития либо по степени ионизации остатка воздуха, либо по сцинтилляционным вспышкам специального покрытия, нанесенного на стенки ― экраны. Тритиевый метод применим только для молодой воды. После длительной «выдержки» концентрация трития резко падает и не поддается точному аналитическому определению. Поэтому возраст воды старше сорока-пятидесяти лет приходится определять другими способами. Зато для вина тритиевый метод почти универсален: пятидесятилетнее вино считается старым, а столетнее ― очень большая редкость.[3]

  — Анна Иванисова, «Сколько лет воде», 1965
  •  

Ядерные реакции начнутся тогда, когда ядра получат достаточно большую энергию, чтобы преодолеть кулоновский барьер. Чем меньше ядро, тем ниже электрический барьер, тем легче его преодолеть. Но даже для легких ядер ― таких, как дейтерий, нужная энергия достигается при температуре в десятки и сотни миллионов градусов. При термоядерных реакциях выделяется энергия в миллион раз большая, чем при химических реакциях. а) Топливо для термоядерной топки ― это газ: дейтерий или (что не очень желательно) смесь дейтерия и трития (сверхтяжелого водорода). В этом топливе не должно быть примесей других газов (в том числе и кислорода), так как их присутствие даже в малом количестве быстро охлаждает дейтерий. б) Если в роли топлива используется только дейтерий, то температура топлива должна быть выше 300 миллионов градусов. У смеси дейтерия и трития температура может быть раз в шесть ниже. Напомним, что высокая температура нужна, чтобы преодолеть кулоновский барьер.[4]

  Матвей Рабинович, «Размышления о проблемах современной управляемого термоядерного синтеза», 1967
  •  

Для того чтобы смогли слиться ядра дейтерия и трития, нужна температура порядка 50 миллионов градусов. Но для того чтобы реакция пошла, нужно еще, чтобы атомы столкнулись. Вероятность такого столкновения (и последующего слияния) тем больше, чем плотнее «упакованы» атомы в веществе. Расчеты показали, что это возможно только в том случае, если вещество находится хотя бы в жидком состоянии. А изотопы водорода становятся жидкостями лишь при температурах, близких к абсолютному нулю. Итак, с одной стороны, необходимы сверхвысокие температуры, а с другой ― сверхнизкие. И это ― в одном и том же веществе, в одном и том же физическом теле! Водородная бомба стала возможной только благодаря разновидности гидрида лития ― дейтериду лития-6. Это соединение тяжелого изотопа водорода ― дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6. Дейтерид лития-6 важен по двум причинам: он ― твердое вещество и позволяет хранить «сконцентрированный» дейтерий при плюсовых температурах, и, кроме того, второй его компонент ― литий-6 ― это сырье для получения самого дефицитного изотопа водорода ― трития. Собственно, Li-6 ― единственный промышленный источник получения трития. Нейтроны, необходимые для этой ядерной реакции, дает взрыв атомного «капсюля» водородной бомбы, он же создает условия (температуру порядка 50 миллионов градусов) для реакции термоядерного синтеза. В США идею использовать дейтерид лития-6 первым предложил доктор Э. Теллер. Но, по-видимому, советские ученые пришли к этой идее раньше: ведь не случайно первая термоядерная бомба в Советском Союзе была взорвана почти на полгода раньше, чем в США, и тем самым был положен конец американской политике ядерного и термоядерного шантажа.[5]

  Геннадий Диогенов, «Литий», 1969
  •  

А вот изотопы водорода ― дейтерий и тритий ― позволяют изучать тончайшие механизмы химических и биохимических процессов. Эти изотопы водорода используют как «метки», потому что атомы дейтерия или трития сохраняют все химические свойства обычного легкого изотопа ― протия ― и способны подменять его в органических соединениях. Но дейтерий можно отличить от протия по массе, а тритий ― и по радиоактивности. Это позволяет проследить судьбу каждого фрагмента меченой молекулы.
Слова «дейтерий» и «тритий» напоминают нам о том, что сегодня человек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции. Эта реакция начинается при десяти миллионах градусов и протекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское, по масштабам Земли, количество энергии. «Водородную» бомбу иногда сравнивают с Солнцем.[6]

  Вячеслав Жвирблис, «Водород», 1969
  •  

Бор легко допустил существование тяжелой разновидности водорода. Планетарная модель это разрешала, а его, томсоновская, ― нет. Бор без всякой торжественности ― по́ходя ― предсказал сверхтяжелый изотоп водорода: тритий. (Тот, что стал через сорок лет начинкой водородных бомб.) И сразу предложил проверку такой возможности. Оправдайся она и планетарный атом праздновал бы маленькую победу в самом Кавендише, вопреки Томсону… И Хевеши верно почувствовал, в чем тут было дело. Отзвук манчестерского апреля 12-го года послышался Бору в зале конгресса. Отзвук тех долгих бесед с Хевеши, когда он, Бор, в одиночку просвечивал логикой темную глубь атома, а потом они вместе обсуждали то, что открылось ему.[7]

  Даниил Данин. «Нильс Бор», 1975
  •  

Важным достоинством Курчатова было то, что, являясь главой атомной программы и обладая колоссальнейшей властью, он не стал полным монополистом и не стремился задавить конкурентов, как это сделал бы современный босс от науки. Примером такого поведения может служить программа сооружения ядерных реакторов для производства трития, о которой я говорил выше. Как глава всего атомного проекта, Курчатов мог легко забрать программу себе. Он этого не сделал, но предложил своему институту представить проект графитового реактора, а конкурирующей организации, ТТЛ, — проект тяжеловодного реактора для той же цели.[8]

  Борис Иоффе, «Особо секретное задание» (из истории атомного проекта в СССР), 1999
  •  

Предполагается, что главное отличие странной материи от обычной состоит в разных значениях отношения заряда к массе (q/ m). Для обычной материи это отношение лежит в пределах от 1/3 (дейтерий, тритий) до 1 (один протон у обычного водорода), у большинства изотопов других атомов ~ 1/2 из-за того, что число протонов примерно равно числу нейтронов. Для странной материи это отношение q/m лежит в пределах от 1/10 до 1/20.[9]

  — Владимир Горбачев, «Концепции современного естествознания», 2003

Тритий в публицистике и беллетристике[править]

  •  

— Никак нет… — Быков чувствовал себя очень несчастным. — За проволочной оградой под землей находится мощный реактор, вырабатывающий тритий. Это горючее для нашего «Хиуса». Бетонная башня, в которую вы так неосторожно заглядывали, есть не что иное, как камера-могильник для радиоактивных отходов от очистки урана. И как раз сегодня комплект урановых стержней пошел на переплавку. Если бы вы сунули туда нос…
— То есть ясно даже и ежу! — проникновенно сказал Юрковский. — Если место окружено колючей проволокой, то это значит, что вход туда запрещен. Нет, он лезет своими гусеницами прямо через проволоку! Не может равнодушно видеть заграждения и смело, как лев, кидается на них грудью.

  Аркадий и Борис Стругацкие, «Страна багровых туч», 1957
  •  

— …мы сидим на болоте. Мало того, по данным радиолокации — не очень надежным, правда, — болото окружено горным хребтом, заключено в кольцо скал, и в этом кольце не удалось нащупать никаких признаков просвета.
Вулкан? — спросил Дауге.
— Возможно, мы находимся в кратере исполинского грязевого вулкана. И престранный это вулкан, должно быть, потому что анализ илистой воды показывает… — Ермаков раскрыл блокнот: — Вот, извольте. Смесь примерно в равной пропорции тяжелой и сверхтяжелой воды.
Юрковский подскочил на месте:
— Тритиевая вода?
— T-2-O, — кивнул Ермаков.
— Но…
— Да. Период полураспада трития всего около двенадцати лет. Значит…
— Значит, — подхватил Дауге, — либо наш вулкан образовался очень недавно, либо существует какой-то естественный источник, пополняющий убыль трития…
Каким должен быть естественный источник сверхтяжелого водорода — изотопа, который на Земле производится в специально оборудованных реакторах, — Быков не мог себе представить. Но он молчал и продолжал слушать.
— И это еще не все, — сказал Ермаков. — Кратер — если это кратер — представляет собой бездонную пропасть. Во всяком случае, наши эхолоты оказались бессильны.
— Каков диаметр кратера? — быстро спросил Юрковский.
— Кратер, очевидно, почти круглый, диаметр его около пятидесяти километров. «Хиус» находится ближе к его северо-восточному краю: с этой стороны от нас до хребта всего восемь километров. Таково положение, товарищи.
— Короче говоря, под нами сотни метров трясины. От цели нас отделяют сто километров, из которых десять километров болота, и скалистая гряда. Правильно?
— Таково положение, — кивнул Ермаков.
— Болото наполовину состоит из тритиевой воды. Позволю себе напомнить, что тритий распадается с испусканием нейтронов, а нейтронное облучение — длительное нейтронное облучение, я имею в виду — это вовсе не мёд, даже при наличии спецкостюмов.
— Совершенно верно.
— Но… Быков заверяет нас, что «Мальчик» пройдет через болото. А через скалы?
— «Мальчик» пройдет везде, — упрямо повторил Быков. — В крайнем случае скалы буду рвать.

  Аркадий и Борис Стругацкие, «Страна багровых туч», 1957
  •  

Луна ничем не защищена. Самая наружная её корочка толщиной в несколько метров служит своего рода лабораторией ядерных превращений. В ней без всяких синхрофазотронов сами собой образуются и тритий ― тяжёлый водород, и гелий, и неон, и аргон, и изотопы кое-каких металлов. Неизвестно, конечно, сколько их там, принесут ли они какую-нибудь пользу, одно только известно уже сейчас ― они смогут рассказать, какие из лунных гор моложе, какие старше и как складывался современный рельеф на протяжении миллионолетий.[10]

  Борис Ляпунов, «Неоткрытая планета», 1963
  •  

Что касается систем, не использующих урана и тория (их запасы не безграничны, а хранение радиоактивных продуктов деления и выделение газообразных продуктов деления представляют собою некоторую экологическую опасность), то в них я предполагаю “тритиевый бридинг”. Установки, питаемые чистым дейтерием, всегда будут менее предпочтительны по сравнению с установками, в которых используется реакция дейтерия с тритием, сечение которой в десятки (почти в 100) раз больше сечения дейтериевой реакции. Размножение трития возможно потому, что дейтерий вовлекается в дейтериевые реакции с образованием трития, а также благодаря размножению быстрых нейтронов при делении и при реакции (n, 2n); затем эти нейтроны захватываются дейтерием или литием-6 с образованием трития. Конечно, все эти соображения являются моим частным и сейчас уже несколько дилетантским мнением. Очень возможно, что основой энергетики ХХI и последующих веков будут установки управляемого термоядерного синтеза.[11]

  Андрей Сахаров. «Воспоминания», 1989
  •  

Необходимость водорода для водородной бомбы очевидна только на словесном уровне. А на уровне физики этот элемент в водородной бомбе вообще не используется. Водород ― самый легкий элемент, но не самый склонный к слиянию. Условия, в которых слияние может идти, сильно различаются для разных ядер, и достижимее всего слияние не самого водорода, а его изотопов ― дейтерия и трития, D и T. Дейтерий, хоть и в малом количестве, подмешан ко всякому природному водороду и выделять его в чистом виде научились еще в довоенные годы. Потому-то в постановлении правительства в июне 1948 года говорилось о «горении дейтерия». Трития в природе практически нет вовсе, и получать его очень трудно, точнее, дорого. К тому же тритий ― радиоактивен и, уже добытый, распадается со временем. Свойства дейтерия, и тем более трития, были недостаточно изучены, чтобы проводить точные расчеты. Однако точно было известно, что дейтерий и тритий ― газы. Как же из газа сделать слой, окружающий центральный атомный шар в Слойке? Трудно. Гинзбург предложил использовать для «водородного» слоя гораздо более удобное вещество ― твердое и нерадиоактивное ― химическое соединение дейтерия с литием ― дейтерид лития, в химических символах LiD. К этим символам вскоре прибавили совсем нехимический суффикс и за новым термоядерным веществом закрепилось ласковое женское имя LiDочка. Литий ― тоже легкий элемент, но LiDочка ― это уже не газ, а твердое вещество, с которым проще иметь дело. Однако Гинзбург предложил LiDочку по другой причине и сам не сразу понял, насколько новая термоядерная взрывчатка хороша. Для него вначале главным было то, что литий, облученный нейтронами от первичного атомного взрыва, добавляет некоторое количество энергии и тем самым дополнительно разогревает термоядерный слой, делая его более способным к слиянию ядер. Спустя несколько месяцев он догадается, что гораздо важнее слагаемое «тритий».[12]

  Геннадий Горелик. «Андрей Сахаров. Наука и свобода», 2004

Источники[править]

  1. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)IUPAC, 1960. — ISSN 0033-4545; 1365-3075; 0074-3925doi:10.1515/PAC-2015-0305
  2. И. В. Петрянов-Соколов. Самое необыкновенное вещество. — М.: «Химия и жизнь» № 3, 1965 г.
  3. А. Н. Иванисова. Сколько лет воде. — М.: «Химия и жизнь» № 11, 1969 г.
  4. М. С. Рабинович. Размышления о проблемах современной управляемого термоядерного синтеза. — М.: «Химия и жизнь», № 11, 1967 г.
  5. Г. Диогенов. «Литий». — М.: «Химия и жизнь», № 3, 1969 г.
  6. В. Е. Жвирблис. «Водород». — М.: «Химия и жизнь», № 9, 1969 г.
  7. Даниил Данин. «Нильс Бор». — М.: «Молодая гвардия», 1978 г.
  8. Б.Л.Иоффе, «Особо секретное задание». Из истории атомного проекта в СССР. — М.: «Новый Мир» №5, 1999 г.
  9. В. В. Горбачёв. Концепции современного естествознания. ― М.: Мир и Образование, 2003 г.
  10. Борис Ляпунов. «Неоткрытая планета». — М.: «Детская литература», 1968 г.
  11. А.Д.Сахаров, «Воспоминания» (1983-1989).
  12. Геннадий Горелик. «Андрей Сахаров. Наука и свобода». — М.: Вагриус, 2004 г.

См. также[править]