氫的同位素

(Tritium;符号T3H,注音:ㄔㄨㄢ;拼音:chuān)。亦稱超重氫,是同位素之一,元素符號為T或3H。它的原子核由一顆質子和兩顆中子所組成,並帶有放射性,會發生β衰變,放出電子變成氦-3,其半衰期為12.43年。

氚,3H
Tritium.jpg
基本
符號3H
名稱氚, H-3, 超重氫
原子序1
中子數2
CAS号15086-10-9  ✓
核素数据
豐度10-18[1]
半衰期12.43年
衰變產物3He
原子量3.0160492 u
自旋½
过剩能量14,949.794± 0.001 keV
结合能8,481.821± 0.004 keV
衰變模式
衰变类型衰变能量 (MeV)
β衰變0.018590
氫的同位素
完整核素表
氢-3(氚)的原子结构,其中多余的一个中子使氚不稳定

其名稱Tritium源至希臘語τρίτος羅馬化:trítos,意為「第三」。

由於氚的β衰變只會放出高速移動的電子,不會穿透人體,因此只有大量吸入氚才會對人體有害。

在地球的自然界中,相比一般的氫氣,氚的含量極少。氚的產生是當宇宙射線所帶的高能量中子撞擊氘核,其氘核與中子結合為氚核。

之用途類同,都是制造氢弹的原料。另外氚還可做為不需電源、有自發光能力,供暗處識別用的氚管

氚的半衰期只有12.43年,每過12.43年就要減少一半,所以地球誕生之初存在的氚早已衰變得無影無蹤了。自然界中的氚,是宇宙射線的產物,只有幾千克,所以大部分是人工合成。

历史编辑

1934年,欧内斯特·卢瑟福马克·奥利芬特保罗·哈特克英语Paul Harteck在用氘核(由一个质子和中子组成)轰击氘后,首次发现了氚。[2][3]路易斯·阿尔瓦雷茨罗伯特·科诺格英语Robert Cornog在实验中成功分离了氚,并发现了氚的放射性。[4][5]

衰变编辑

氚的半衰期有多个不同的测定值。美国国家标准与技术研究院的数据为4500±8天,即12.32±0.02年。[6]氚通过β衰变变成氦-3

 

同时释放18.6 keV的能量。电子的动能变化平均为5.7 keV,剩余能量由几乎无法探测的电中微子带走。另外,产生的β粒子只能穿透约6.0毫米的空气,无法穿过人体皮肤的最外层。[7]

生产编辑

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氚最常見的生產方式就是透過核子反應,對鋰-6進行中子活化。由鋰裂變可以在陶瓷中產生氚和氦,並發生釋放和擴散,稱為陶瓷滋生器。 在這種陶瓷滋生器中從鋰-6生產氚可以使用任何能量 (高速或低速) 的中子,並且是產生 4.8 MeV 的 放熱 反應。相比之下,氘氚聚變只釋放大約 17.6 MeV 的能量。 對於聚變能反應堆的應用,例如 国际热核聚变实验反应堆,由含鋰陶瓷組成的鵝卵石,包括 Li2TiO3 和 Li4SiO4,正在開發用於在氦冷卵石床(也稱為滋生器圍包)內進行氚繁殖。 [8]

6
3
Li
 

n
 ||→ ||4
2
He
 ||( ||2.05 MeV ||) ||+ ||3
1
T
 ||( ||2.75 MeV ||)

高能中子可以從鋰-7,經由吸热反应(淨熱量消耗)產生氚,消耗約2.466 MeV。這項過程在1954年的布拉弗城堡核試驗中,因產生超出預期的高能量而被發現。 [9]

7
3
Li
 

n
 ||→ ||4
2
He
 ||+ ||3
1
T
 ||+ ||
n

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具有高能中子放射性的硼-10偶爾會製造出氚:[10]

10
5
B
 

n
 ||→ ||2 4
2
He
 ||+ ||3
1
T

在硼中子捕獲中更加常見的結果是7
Li
以及一顆Α粒子.[11]

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[12]

裂變编辑

氚是铀-235钚-239铀-233進行核分裂時罕見的產物,約 10,000 次分裂才會產生一個氚原子 [13][14]


[15]

福島编辑

2016年6月,氚水任務小組提交了一份針對福島第一核電站有關氚在輻射汙染水中狀態的報告 [16]


[17]

氦-3编辑

氚的 核分裂產物 氦-3 有非常大的熱中子反應截面積 (5330 barns)反應會釋放出一顆質子,因此很快又會轉變回核反應堆裡的氚[18]

3
2
He
+
n
1
1
H
+ 3
1
T

宇宙射線编辑

[19])

14
7
N
 

n
 ||→ ||12
6
C
 ||+ ||3
1
T

[20]

生產歷史编辑

[21]


[22][23] [24]

濃縮编辑

蒸餾法、化學交換法、觸媒交換/低溫蒸餾法、電解法、熱擴散法。[25]

参见编辑

参考资料编辑

  1. ^ Tritium. Encyclopedia Britannica. [2021-04-14] (英语). 
  2. ^ Oliphant, M.L.; Harteck, P.; Rutherford, L. Transmutation effects observed with heavy hydrogen. Nature. 1934, 133 (3359): 413. Bibcode:1934Natur.133..413O. doi:10.1038/133413a0. 
  3. ^ Oliphant, M.L.E.; Harteck, P.; Rutherford, L. Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1934, 144 (853): 692. Bibcode:1934RSPSA.144..692O. doi:10.1098/rspa.1934.0077. 
  4. ^ Alvarez, Luis; Cornog, Robert. Helium and Hydrogen of Mass 3. Physical Review. 1939, 56 (6): 613. Bibcode:1939PhRv...56..613A. doi:10.1103/PhysRev.56.613. 
  5. ^ Alvarez, Luis W.; Trower, W. Peter. Discovering Alvarez: Selected works of Luis W. Alvarez, with commentary by his students and colleagues. University of Chicago Press. 1987: 26–30. ISBN 978-0-226-81304-2. 
  6. ^ Lucas, L.L.; Unterweger, M. P. Comprehensive review and critical evaluation of the half-life of tritium. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 2000, 105 (4): 541–549. PMC 4877155 . PMID 27551621. doi:10.6028/jres.105.043. 
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  9. ^ Zerriffi, Hisham. Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy's decision to produce tritium. Institute for Energy and Environmental Research. January 1996 [15 September 2010]. 
  10. ^ Jones, Greg. Tritium Issues in Commercial Pressurized Water Reactors. Fusion Science and Technology. 2008, 54 (2): 329–332. doi:10.13182/FST08-A1824. 
  11. ^ Sublette, Carey. Nuclear Weapons FAQ Section 12.0 Useful Tables. Nuclear Weapons Archive. 17 May 2006 [19 September 2010]. 
  12. ^ Whitlock, Jeremy. Section D: Safety and Liability – How does Ontario Power Generation manage tritium production in its CANDU moderators?. Canadian Nuclear FAQ. [19 September 2010]. 
  13. ^ Tritium (Hydrogen-3) – Human Health Fact sheet (PDF). Argonne National Laboratory. August 2005 [19 September 2010]. (原始内容 (PDF)存档于8 February 2010).  已忽略未知参数|df= (帮助)
  14. ^ Serot, O.; Wagemans, C.; Heyse, J. New results on helium and tritium gas production from ternary fission. International Conference on Nuclear Data for Science and Technology. AIP Conference Proceedings. American Institute of Physics: 857–860. 2005. Bibcode:2005AIPC..769..857S. doi:10.1063/1.1945141. 
  15. ^ Effluent Releases from Nuclear Power Plants and Fuel-Cycle Facilities. National Academies Press (US). 29 March 2012.  已忽略未知参数|lang=(建议使用|language=) (帮助)
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  17. ^ JP Gov "No drastic technology to remove Tritium was found in internationally collected knowledge". Fukushima Diary. December 2013. 
  18. ^ Helium-3 neutron proportional counters (PDF). mit.edu. Cambridge, MA: Massachusetts Institute of Technology. (原始内容 (PDF)存档于21 November 2004). 
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  20. ^ Tritium information section. Physics Department. Radiation Information Network. Idaho State University. (原始内容存档于3 March 2016). 
  21. ^ Zerriffi, Hisham; Scoville, Herbert Jr. Tritium: The environmental, health, budgetary, and strategic effects of the Department of Energy's decision to produce tritium (PDF). Institute for Energy and Environmental Research: 5. January 1996 [6 September 2018]. (原始内容 (PDF)存档于16 October 2014).  已忽略未知参数|lang=(建议使用|language=) (帮助)
  22. ^ Defense Programs. Savannah River Site. U.S. Departmentof Energy. [20 March 2013]. 
  23. ^ Tritium Extraction Facility (PDF). Savannah River Site. Factsheets. U.S. Departmentof Energy. December 2007 [19 September 2010]. 
  24. ^ Horner, Daniel. GAO finds problems in tritium production. Arms Control Today (新闻稿). November 2010. 
  25. ^ Vasaru Gheorghe. Tritium isotope separation. [2021-04-27].