Trizio: cos'è, caratteristiche, proprietà e produzione
L'energia delle reazioni di decadimento e sintesi nel nucleo di un atomo è stata a lungo utilizzata nella scienza e nella tecnologia. È utilizzato nell'industria, nelle armi, nella geologia, nelle centrali nucleari. I processi delle reazioni nucleari possono portare benefici e grandi danni. L'articolo discuterà di cosa si tratta - il trizio, come viene estratto, il suo uso nell'energia nucleare e quali pericoli sono associati al suo uso.
Isotopi di idrogeno
Prima di spiegare cos'è il trizio, devi conoscere il concetto di isotopo.
Un atomo di qualsiasi sostanza è costituito da un nucleo ed elettroni (particelle caricate negativamente) che si muovono in orbite intorno ad esso. Il nucleo di un atomo contiene particelle caricate positivamente - protoni e particelle con carica neutra - neutroni.
In un atomo ordinario, il numero di elettroni e protoni è lo stesso, ma il numero di neutroni può essere diverso. In questo caso, gli elementi con un diverso numero di neutroni nel nucleo sono chiamati isotopi dell'elemento.
L'idrogeno ha una carica di 1, cioè contiene un elettrone e un protone. I suoi isotopi sono il protium, il deuterio e il trizio. La parola "protey" deriva dalla parola greca "first". Questo elemento ha un solo protone nel nucleo. In realtà, è il nostro solito idrogeno.
Deuterio significa "secondo". C'è un protone e un neutrone nel suo nucleo. E il trizio viene tradotto come "terzo" e contiene nel nucleo, ancora, un protone, ma due neutroni.
La breve risposta alla domanda "Tritium - che cos'è?" assomiglia a questo: questo è il terzo isotopo dell'idrogeno dell'elemento chimico.
Storia della scoperta
I nomi per gli isotopi 1H e 2H - protium e deuterio - furono proposti dal fisico americano Harold Urey. Trovando l'esistenza del deuterio, gli scienziati hanno immediatamente suggerito la presenza di un terzo isotopo di idrogeno, che ha due neutroni nel nucleo. Yuri per la ricerca ha utilizzato il metodo dell'analisi spettrale. Tuttavia, non ha dato risultati. Si è scoperto che la concentrazione di trizio è troppo piccola per essere rilevata con metodi tradizionali. In natura, questa sostanza è quasi impossibile da trovare. Pertanto, per la ricerca ha iniziato ad utilizzare altri metodi, ad esempio la spettrometria di massa.
Nel 1934, Ernest Rutherford fu in grado di ottenere artificialmente il terzo isotopo usando reazioni nucleari. Naturalmente, il nome fu scelto in anticipo e, per analogia con protemio e deuterio, divenne noto come trizio.
proprietà
In condizioni normali, le proprietà fisiche del trizio sono circa uguali a quelle dell'idrogeno normale. Ha uno stato gassoso; sapore, odore e colore mancano. Quando la temperatura scende a -250 ° C, diventa un liquido incolore leggero. E quando riscaldato, assomiglia alla neve.
La massa atomica del trizio è di circa 3 amu.
Il trizio è una sostanza radioattiva. L'emivita è di 12 anni, che è molto conveniente nella ricerca. Il canale di decadimento degli elementi è beta. Il trizio viene convertito in isotopo elio-3. Quando ciò accade, l'emissione di elettroni e antineutrini.
Difetto di massa e energia di legame al trizio
Uno degli elementi chiave nella fisica delle particelle è il concetto dell'energia vincolante dei nuclei atomici. Il nucleo del trizio che lega l'energia è inteso come la quantità di energia necessaria perché il suo nucleo si divida in singoli nucleoni. Poiché i nuclei sono trattenuti dalla cosiddetta interazione forte, è necessaria una grande quantità di energia per dividerli.
Per calcolare l'energia di legame del nucleo, è necessario conoscere la massa delle particelle subatomiche. È noto che la massa a riposo del nucleo è inferiore alla massa totale di nucleoni nella sua composizione. La differenza tra le masse del nucleo e le somme dei suoi nucleoni è chiamata difetto di massa.
Il difetto di massa del trizio, così come altri nuclei, è calcolato dalla formula:
Δm = (Z * m p + N * m n ) - M i , dove
Z è il numero di protoni;
N è il numero di neutroni;
m p è la massa del protone;
m n è la massa di neutroni;
MI è la massa del nucleo.
L'energia di legame specifica per l'elemento del trizio è 2.827,2 keV per nucleone.
Il trizio nella natura
La quantità di questo isotopo in natura è trascurabile. Ciò è dovuto alla sua radioattività, cioè all'instabilità del nucleo.
In natura, è prodotto principalmente nell'atmosfera superiore. La sua formazione si verifica quando particelle di raggi cosmici si scontrano con nuclei atomici, ad esempio l'azoto. Poiché il trizio si forma nell'atmosfera, le sue fonti sulla Terra sono precipitazioni (pioggia e neve).
Secondo gli scienziati, nella sua forma più pura, il trizio sulla Terra contiene poco più di 1 kg. Pertanto, viene prodotto artificialmente in laboratorio.
Produzione di trizio
Attualmente, la preparazione di questo isotopo non è difficile, ma è un processo estremamente costoso. Per la produzione di un chilogrammo della sostanza richiesti costi di $ 30 milioni.
Il materiale grezzo utilizzato più spesso è il litio. Meno spesso - berillio o boro. Il litio è sottoposto a irradiazione di neutroni su un ciclotrone. Quindi viene sciolto in acqua per produrre idrogeno, che contiene trizio. La metà del litio diventa inutilizzabile a causa di questo processo ed è avvelenato per rottame.
Per ottenere idrogeno con trizio dal berillio e dal boro, vengono trattati con acido solforico.
Un altro modo per produrre un isotopo è l'irradiazione di acqua pesante con deuteroni. L'acqua pesante è una sostanza formata dal deuterio (chiamato anche ossido di deuterio). Dopo l'irradiazione, tale acqua viene elettrolizzata e quindi il trizio viene recuperato.
Attualmente, l'elemento è prodotto principalmente negli Stati Uniti, in Canada e in Russia.
radioattività
Il trizio è radioattivo. Quando decade, viene rilasciata la radiazione beta, che è un flusso di elettroni.
Con l'irradiazione esterna del corpo il trizio non causa gravi danni. Tuttavia, se ingerito con acqua, cibo o aria, può causare gravi danni alla salute. Il fatto è che essendo un isotopo di idrogeno, il trizio può sostituirlo nei composti chimici. Quindi, entra nelle cellule viventi ed è incorporato nella loro struttura. Questo influenza l'informazione genetica della cellula.
Come è stato detto, il trizio praticamente non si trova in natura, quindi non può danneggiare gli organismi viventi. Tuttavia, l'industria nucleare diventa una fonte di produzione artificiale di questo isotopo. Le centrali nucleari emettono trizio allo stato liquido e gassoso. La ragione di ciò è che l'isotopo non viene praticamente filtrato. Fino a 4 kg di trizio vengono prodotti ogni anno dall'NPP. Il risultato delle emissioni è la contaminazione radioattiva del suolo, dell'aria e dell'acqua. Quindi, è una potenziale fonte di infezione degli organismi viventi. Questo è il motivo per cui il tritio è stato incluso nell'elenco dei parametri controllati nella valutazione della qualità dell'acqua potabile.
applicazione
L'uso principale del trizio è l'industria nucleare. Il fatto è che la reazione di fusione del deuterio e del trizio porta alla fusione termonucleare controllata. L'energia di legame al trizio è così elevata che nel corso delle reazioni termonucleari essa viene prodotta in enormi quantità, molte volte più che nelle reazioni di decadimento dei nuclei atomici, quindi le reazioni termonucleari controllate possono diventare la principale fonte di energia sulla Terra per molti anni. A questo proposito, gli scienziati stanno attualmente lavorando alla costruzione di un reattore termonucleare, in cui i processi di fusione nucleare si verifichino su larga scala. Il progetto più famoso di un tale reattore è attualmente in costruzione da ITER (ITER) in Francia.
La produzione di tritio può essere utilizzata con successo per scopi militari, ad esempio nella creazione di armi termonucleari.
Usando il trizio si producono speciali vernici luminose. Ciò è dovuto alla radioluminescenza - il fenomeno della luminescenza di un elemento durante il decadimento radioattivo. Vernici luminose vengono applicate alle bilance dello strumento e utilizzate anche per creare catene e orologi. La quantità di trizio in loro non è così grande da portare una minaccia per la salute.
Il trizio viene utilizzato come indicatore di reazioni chimiche.
Infine, questo isotopo viene utilizzato per determinare l'età degli oggetti che non hanno più di 100 anni, ad esempio, i vini.
Allora, cos'è - tritium? conclusioni:
- Il trizio è un isotopo di idrogeno, con un protone e due neutroni nel nucleo.
- L'isotopo non si trova praticamente in natura, ma viene prodotto con successo nei laboratori.
- Il trizio è radioattivo e il suo uso può portare benefici e danni all'umanità.