Тритий

Тритий называют сверхтяжелым водородом. Он представляет собой один из изотопов водорода, в ядре которого находится один протон и два нейтрона. Этот элемент является радиоактивным, а период его полураспада составляет 12,26 года. В процессе бета-распада тритий трансформируется в гелий-3.

Элемент тритий

Природного трития в сотни триллионов раз меньше, чем дейтерия. Вследствие реакции радиоактивного распада этот элемент почти не присутствует в объектах, которые изолированы от атмосферы, к примеру, в углеводородах нефти и природном газе. Природное образование трития на Земле наблюдается в процессе воздействия космических лучей на ядра азота и кислорода. Этот процесс происходит в верхних слоях атмосферы, следовательно, наибольшее количество трития содержится в осадках: дожде и снеге. Объем трития, выпадающий на всю планету, не превышает 7 кг.
Во второй половине прошлого столетия объем трития в природе увеличивался во много раз в процессе интенсивных испытаний термоядерного оружия. В результате взрыва водородной бомбы, мощность которой составляет одну мегатонну, в воздух выделяется примерно 2 кг трития. Все осуществленные на земле и в воздухе испытания термоядерного оружия стали причиной скопления в атмосфере сотен килограмм трития. Но поскольку этот элемент имеет сравнительно небольшой период полураспада, то на сегодняшний день можно говорить о безопасном количестве трития в атмосфере.

Синтез трития

В самом первом исследовании Г. Юри, именно тогда, когда произошло открытие дейтерия, ученый пытался получить и тритий. Метод получения аналогичен – по заблаговременно предсказанному теорией положению спектральных линий. Тем не менее, спектрограмма не показала даже намека на эти линии. Стало очевидно, что дейтерия в обычном водороде лишь сотые доли процента, а трития гораздо меньше. Нужно было наращивать чувствительность анализа, а также степень обогащения водорода его тяжелыми изотопами.
В 1933 году американский физикохимик, создатель теории электронных пар Гилберт Льюис в паре с химиком Франком Спеддингом провели повторное исследование Юри. Однако они взяли сильно обогащенный образец, в котором находилось 67% дейтерия. Спустя 2 минуты спектрограф показал на фотопластинке четкие линии дейтерия. Ученые ждали 40 часов, но линии трития так и не увидели.
После еще нескольких неудачных попыток спектроскопистов к поискам подключились и специалисты по масс-спектрометрии. Такой аппарат имеет высокий уровень чувствительности и дает возможность проводить анализ ничтожных количеств вещества в виде ионов.
В то время, как спектроскописты и масс-спектрометристы печатали сообщения о тритии, к сожалению, ложные, тритий получили искусственно в лаборатории патриарха ядерной физики Эрнста Резерфорда. В марте 1934 в английском издании «Nature» («Природа») вышла заметка под названием - Эффект трансмутации, полученный с тяжелым водородом. В ней сообщалось о получении третьего изотопа водорода. В процессе бомбардировки дейтерированного хлорида аммония разогнанными ионами D+ наблюдался очень интенсивный поток новых частиц. Стало понятно, что перед учеными ядра нового изотопа водорода – трития. Это был первый в истории случай ядерного синтеза: из двух атомов дейтерия, формировалось неустойчивое ядро гелия-4, распадающееся с образованием трития и протона:

• 4He —› 3H + 1H.

После этого физики и химики из Принстонского университета, общими усилиями в 1935 осуществили электролиз 75 тонн воды. Результатом колоссального труда стало получение небольшой ампулы, в которой содержался остаток обогащенной воды, объемом 0,5 мл. Однако, масс-спектральный анализ не показал новой информации – спектр все также содержал пик, который отвечал массе 5, его приписывали ионам (DT)+. При этом количество содержания трития в природе показало отношение Т:Н ~ 7:1010, то есть примерно один атом Т на 70 миллиардов атомов Н.
Специалисты пришли к единому мнению - если тритий и находится в природе, то его количество настолько мало, что его выделение влечет за собой преодолимые трудности.

Распад трития

Радиоактивен ли тритий? Даже Резерфорд после того, как получение трития ему не удалось, говорил о возможной его радиоактивности. Все проведенные исследования тоже сводились к тому, что ядро трития крайне нестабильно а, значит, элемент радиоактивен.
Уровень радиоактивности трития удалось вычислить экспериментальным путем и, естественно, из искусственно полученного элемента. На протяжении полугода ученые не заметили спада радиоактивности. Это говорило о том, что период полураспада трития не менее 10 лет.
Распад трития сопряжен с выделением бета-частиц, во время превращения в гелий-3. Энергия трития, излучающаяся в этот момент настолько незначительна, что не может пройти через тоненькую стенку счетчика Гейгера. Таким образом, анализируемый на наличие трития газ нужно пропускать через сам счетчик.

Использование трития

Поскольку запасы природного трития крайне незначительны, весь тритий, который применяется для разных целей, получен искусственно при помощи облучения лития нейтронами. Только так удалось получить необходимый объем чистого трития и детально изучить его свойства.
Масса трития, а именно сверхтяжелой воды Т2О отличается плотностью 1,21459 г/см3. Искусственно полученный тритий имеет невысокую стоимость и применяется в научных исследованиях, а также в промышленности. Популярностью пользуются тритиевые светящиеся краски, наносимые на шкалу разных приборов. Такие светосоставы в плане радиации менее опасны, чем традиционные радиевые. К примеру, сульфид цинка, в котором присутствует малый объем соединений трития (около 0,03 мг на 1 г светосостава), постоянно выделяет зеленый свет. Такой светосостав постоянного действия применяют для создания указателей, шкал приборов. Для этой цели каждый год необходимо несколько сотен граммов трития.
Есть тритий и в организме человека. Он попадает с продуктами питания, с вдыхаемым воздухом, а также через кожу (12%). Примечательно, что газообразный Т2 отличается в 500 раз меньшей токсичностью, чем сверхтяжелая вода Т2О. Это можно объяснить тем, что молекулярный тритий выделяет из легких за три минуты, а вот тритий в составе воды находится в нашем организме 10 суток и передает определенную дозу радиации.
Кроме этого, тритий – это основной компонент взрывчатого вещества термоядерных (водородных) бомб. Термоядерная реакция трития довольно перспективна по схеме:

• D + T —> 4He + n.

Если ученым удастся создать при участии дейтерия и трития управляемую термоядерную реакцию, то человечество получит неисчерпаемый источник энергии. Однако, задача не из легких. Более 50 лет специалисты из разных стран пытаются создать такой термоядерный реактор, который выделял бы больше энергии, чем потреблял. На сегодняшний день все обнадеженно смотрят на международный термоядерный реактор ИТЭР, разработка которого ведется на юге Франции. Самые умные люди планеты трудятся над созданием новой отрасли энергетики, которая будет использовать энергию слияния ядер трития и дейтерия, а в будущем полностью перейдет на использование одного дейтерия, чьи ядра охотно взаимодействуют между собой.