Упругость пара трития и равновесие системы вода – тритий

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 13Следующая ⇒

Тритий может представлять серьезную угрозу для здоровья человека, при попадании внутрь организма с воздухом или водой (при внутреннем облучении), потому что он является изотопом водорода, химически ведет себя также как водород, и поэтому способен замещать его во всех соединениях с кислородом, серой, азотом, легко проникая в протоплазму любой клетки. В при этом испускаемое тритием бета-излучение может серьезно повредить генетический аппарат клеток.

Излучение трития слишком слабо, поэтому он довольно широко используется во всевозможных светящихся красках, покрытиях и материалах. Постоянный, но не очень энергичный распад этого изотопа может обеспечить постоянный поток электронов, которые можно применить для выработки электричества.

3Н является одним из наиболее подвижных радионуклидов, обладает высокой миграционной способностью в природных средах. В отличие от других радионуклидов не удерживается никакими очистными барьерами.

Источниками трития являются ядерные установки и реакторы; хранилища радиоактивных отходов; действующие термоядерные установки с тритием и будущим термоядерный реактор ITER; нейтронные генераторы и ускорители с тритиевыми мишенями; вещества, меченые тритием. Но основным источником искусственного трития на Земле – испытания термоядерного оружия. И таким образом, большое количество трития образуется в результате ядерных и, главным образом, термоядерных взрывах. С 1974 по 1987 годы на территории Якутии было произведено 12 мирных подземных ядерных взрывов (большинство из которых термоядерные) в результате двух из них — «Кристалла» и «Кратона-3» — произошло загрязнение окружающей среды продуктами ядерного деления. Опасность трития определяется его высокой проникающей способностью. Из-за высокой проникающей способности трития трудно выделить одну миграционную цепочку: сброс – подземная, грунтовая вода – почва – питьевая вода – человек.

2.2. ИСТОРИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРИТИЯ

После того как 1932 году открыли дейтерий, а потом получили тяжелую воду, Эрнест Резерфорд, пользуясь своим огромным авторитетом, попросил норвежскую гидроэлектрическую компанию «Норскгидро» путем электролиза сконцентрировать как можно сильнее обычную воду, чтобы в остатке поискать тритий. Именно электролиз – самый эффективный способ получения и дейтерия, потому что обычный водород (протий) выделяется из вод быстрее, чем тяжелые изотопы водорода. В результате электролизу подвергли 13 тысяч тонн воды, пока ее объем не уменьшился на одного миллилитра. То есть было проведено концентрирование 13 миллиардов раз. И в этой ампулке методами спектрального анализа пытались найти линии нового изотопа и не нашли. Послали ампулу в Соединенные штаты Америки, где были чувствительные приборы, а там ее потеряли. А в конце концов тритий получили искусственно, методами ядерной физики. Но время его полураспада определили с огромной ошибкой, так как они очень сильно уменьшили. Оказалось, что место установки, в которой тритий получался, было соединено со счетчиком активности резиновой трубочкой, через которую тритий как легкий газ легко диффундировал (улетучивался) в атмосферу. Так что счетчик показал довольно быстрый спад активности. И только после войны (в 1949 году) тритий, наконец, был обнаружен в очень малых количествах в природных водах, в виде молекул НТО. Во время испытаний атомных бомб в атмосфере концентрация трития на Земле резко возросла.

Впервые предложение о возможном существовании изотопа водорода с массой 3 было высказано в 1933 году Гильбертом, Льюисом и Франком, но не было подтверждено на опыте.

Латинер и Юнг, исследуя растворы HCL и HBr в тяжелом воде магнитно-оптическим методом, обнаружили наряду с двумя минимумами, относящимися к Н¹ и Н², еще один минимум, положение которого дало авторам повод приписать его изотопу водорода с массой 3.

Но в результате этот метод оказался ошибочным, и результаты измерений этих исследователей нельзя считать достоверным.

Открытие изотопа водорода с массой 3 принадлежит Олифанту, Хартеку и Резерфорду, которые в 1934 году бомбардировали мишени из ND₄Cl, (ND₄)₂SO₄  и D₃PO₄ дейтонами с энергией от 20000 до 100000 вольт. При бомбардировке наблюдалась группа протонов с пробегом 14,3 см и группа других заряженных частиц с пробегом 1,6 см в равном количестве с первой. И авторы предложили существование реакции, в результате которой образуется протон и неизвестная до тех пор частица Н³:

D₁² + D₁² = H₁¹ + H₁³                                     (1)

Наряду с заряженными частицами наблюдались также нейтроны, что заставило Олифанта, Хартеку и Резерфорда предложить вторую параллельную реакцию с образованием нового изотопа гелия с массой 3:

D₁² + D₁² = He₂³ + n₀¹                                     (2)

По пробегу в 1,6 см были рассчитаны энергия и масса этой частицы. Энергия оказалась равной 1МэВ, а масса – 3,0151.

Исследованию этой же реакции освящена статья Ди, который получил при бомбардировке мишени из (ND₄)₂SO₄  дейтонами две группы заряженных частиц с пробегами частиц с пробегами 14,3 и 1,6 см и нейтронами с максимальной энергией около 3 МэВ. Также показано, что образующиеся протон и частица Н³ разлетаются в противоположные стороны.

Последующими работами это открытие было подтверждено, и в настоящее время изотоп водорода с массой 3 стал применяться как индикатор при изучении различных процессов химии и биологии наряду с другими радиоактивными изотопами, а также дейтерием.

В 1935 году была предложена номенклатура изотопов водорода, согласно которой водород с массой 3 называется тритий и обозначается символом Т.

За первыми работами по получению трития по реакции (1) появился ряд работ по его получению из других элементов. Ф. Кюри при бомбардировке нейтронами бериллия получил в камере Вильсона наряду с треками α-частиц более тонкие и длинные треки, которые он приписал тритию, образующемуся по реакции:

Be₄⁹ + n₀¹ = He₂⁴ + H₁³ + H₁³                                     (3)

Чадвик и Гольдхабер и Ферми с сотрудниками получили тритий бомбардировкой лития по реакции:

Li₃⁶ + n₀¹ = He₂⁴ + H₁³                                              (4)

И бора по реакции:

B₅¹⁰ + n₀¹ = 2He₂⁴ + H₁³                                     (5)

Обе эти реакции идут с медленными нейтронами.

В отличие от Чадвика, работавшего с ионизационной камерой, Тейлор и Гольдхабер применяли для исследования фотопластинки, которые предварительно пропитывались солью лития и затем облучались медленными нейтронами. Наблюденные треки соответствовали частицами, получающимися по реакции (4).

Длина треков соответствовала сумме длин треков обеих частиц и была равна для воздуха 6,9±0,2 см.

А для реакции (5) Тейлор определил величину энергию, равную 3,3 МэВ.

Результаты, полученные Чадвиком и Гольдхабером, были вскоре проверены Будницким, Курчатовым и Латышевым, которые получили пробеги частиц для реакции (4) соответственно равными 2,0 и 6,5 см.

Итак, во всех опытах стремятся получить тритий в виде газообразной смеси с водородом или дейтерием, так как энергия излучения трития слишком мала для проникновения частиц сквозь стенки счетчика и его приходится вводить внутрь счетчика в виде примеси к счетному газу. В таких случаях пары воды вредят нормальной работе и, поэтому вводить их внутрь счетчика избегают.

В некоторых случаях тритий извлекается из воды Т₂О или НТО путем изотопного обмена с парами этилового спирта, который является необходимой примесью к счетному газу. Этим приемом исключается необходимость введения водорода или паров воды в счетчик.

2.3. СВОЙСТВА ТРИТИЯ

Упругость пара жидких НТ и DT определили Либби и Бартер дестилляцией очень малого объема жидкого водорода или дейтерия с содержанием трития. Пробы газа после дестилляции отбирались и производилось измерении активности в счетчике Гейгера-Мюллора. Счетный газом служил водород или дейтерий в смеси с парами этилового спирта. Давление водорода равно 15 мм, а спирта 2-3 мм.

Тритий получался из лития на циклотроне Беркли с последующей обработкой Н₂о или D₂O, причем выделяется НТ или DТ. Концентрация трития была равна приблизительно 10^-9 моля на моль водорода.

Определяя удельную активность трития при дестилляции, авторы вычислили молярную долю трития в водороде, а отсюда – упругость паров НТ и DТ.

Тритий легко выделяется перегонкой жидких изотопов водорода при условии пропускания смеси изотопов через катализатор, чтобы осуществить равновесие согласно реакциям:

2HT=T₂ + H₂                                                      (6)

2DT=T₂ + H₂                                                      (7)

Экспериментальное исследование равновесия системы вода – тритий выполнено Блэком и Тэйлором. Была определена константа равновесия К системы

HT + Н₂О = НTО + H₂                                                      (8)

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США