Tritium - Tritium
 | |
| Generell | |
|---|---|
| Symbol | 3 H |
| Navn | tritium, H-3, hydrogen-3, T, 3 T |
| Protoner | 1 |
| Nøytroner | 2 |
| Nukliddata | |
| Naturlig overflod | 10 -18 i hydrogen |
| Halvt liv | 12,32 år |
| Forfallsprodukter | 3 Han |
| Isotopmasse | 3.01604928 u |
| Snurre rundt | 1/2 |
| Overflødig energi | 14.949.794 ± 0.001 keV |
| Bindende energi | 8,481,821 ± 0,004 keV |
| Forfallsmoduser | |
| Forfallsmodus | Forfallsenergi ( MeV ) |
| Beta -utslipp | 0,018590 |
|
Isotoper av hydrogen Komplett tabell over nuklider | |
Tritium ( / t r ɪ t i ə m / eller / t r ɪ ʃ i ə m / , fra gammel greske τρίτος (trítos) 'tredje') eller hydrogen-3 (symbol T eller 3 H ) er en sjelden og radioaktiv isotop av hydrogen . Den kjerne av tritium ( t , noen ganger kalt en triton ) inneholder ett proton og to nøytroner , mens kjernen av den felles isotopen hydrogen-1 ( protium ) inneholder bare ett proton, og at av hydrogen-2 ( deuterium ) inneholder ett proton og ett nøytron.
Naturlig forekommende tritium er ekstremt sjelden på jorden. Den atmosfæren har bare spormengder, dannet ved samhandling mellom sine gasser med kosmisk stråling . Det kan produseres kunstig ved å bestråle litiummetall eller litiumbærende keramiske småstein i en atomreaktor , og er et lite biprodukt i normal drift av kjernefysiske reaktorer.
Tritium brukes som energikilde i radiostrålende lys til klokker, pistolsikt , mange instrumenter og verktøy, og til og med nyhetsartikler som selvlysende nøkkelringer. Det brukes i en medisinsk og vitenskapelig setting som et radioaktivt sporstoff . Tritium brukes også som kjernefusjonsbrensel, sammen med mer deuterium , i tokamak -reaktorer og i hydrogenbomber .
Historie
Tritium ble først oppdaget i 1934 av Ernest Rutherford , Mark Oliphant og Paul Harteck etter å ha bombardert deuterium med deuteroner (et proton og nøytron, omfattende en deuterium -kjerne). Deuterium er en annen isotop av hydrogen. Imidlertid kunne eksperimentet deres ikke isolere tritium, som ble utført i 1939 av Luis Alvarez og Robert Cornog , som også innså tritiums radioaktivitet. Willard Libby erkjente at tritium kunne brukes til radiometrisk datering av vann og vin .
Forfall
Mens tritium har flere forskjellige eksperimentelt bestemte verdier av dens halveringstid , det National Institute of Standards and Technology listene 4500 ± 8 dager ( 12,32 ± 0,02 år ). Det henfaller til helium-3 ved beta-forfall som i denne atomligningen:
og den frigjør 18,6 keV energi i prosessen. Den elektron finnes kinetiske energi varierer, med et gjennomsnitt på 5,7 keV, mens den gjenværende energi blir ført bort av den nesten umulig å oppdage elektron antinøytrino . Betapartikler fra tritium kan bare trenge inn omtrent 6,0 mm luft, og de er ikke i stand til å passere gjennom det døde ytterste laget av menneskelig hud. Den uvanlig lave energien som frigjøres i tritium beta-forfallet gjør forfallet (sammen med rhenium-187 ) passende for absolutte nøytrino-massemålinger i laboratoriet (det siste eksperimentet er KATRIN ).
Den lave energien til tritiumstråling gjør det vanskelig å oppdage tritium-merkede forbindelser bortsett fra ved bruk av væskescintillasjonstelling .
Produksjon
Litium
Tritium produseres oftest i atomreaktorer ved nøytronaktivering av litium-6 . Frisetting og spredning av tritium og helium produsert ved fisjon av litium kan skje i keramikk referert til som oppdretterkeramikk . Produksjon av tritium fra litium-6 i slik oppdretterkeramikk er mulig med nøytroner av hvilken som helst energi, og er en eksoterm reaksjon som gir 4,8 MeV. Til sammenligning frigjør fusjon av deuterium med tritium omtrent 17,6 MeV energi. For applikasjoner i foreslåtte fusjonsenergireaktorer, som ITER , utvikles småstein bestående av litiumbærende keramikk inkludert Li 2 TiO 3 og Li 4 SiO 4 for tritiumavl i et heliumkjølt rullestein, også kjent som et oppdretterteppe.
Høyenergienøytroner kan også produsere tritium fra litium-7 i en endotermisk (nettovarmekrevende) reaksjon, som bruker 2,466 MeV. Dette ble oppdaget da kjernefysiske tester fra Castle Bravo fra 1954 ga et uventet høyt utbytte.
Bor
Høyenergienøytroner som bestråler bor-10 vil også tidvis produsere tritium:
Et mer vanlig resultat av bor-10 nøytronfangst er 7
Li
og en enkelt alfapartikkel .
Deuterium
Tritium produseres også i tungtvannsmodererte reaktorer når en deuteriumkjerne fanger et nøytron. Denne reaksjonen har en ganske liten absorpsjon tverrsnitt , noe som gjør tungtvann en god nøytron-moderator , og forholdsvis lite tritium blir produsert. Likevel kan rengjøring av tritium fra moderatoren være ønskelig etter flere år for å redusere risikoen for at den rømmer til miljøet. Ontario Power Generations "Tritium Removal Facility" behandler opptil 2500 tonn (2500 lange tonn; 2800 korte tonn) tungt vann i året, og det skiller ut omtrent 2,5 kg (5,5 lb) tritium, noe som gjør det tilgjengelig for annen bruk .
Deuteriums absorpsjonstverrsnitt for termiske nøytroner er omtrent 0,52 millibarns , mens oksygen-16 (16
8O
) er omtrent 0,19 millibarns og oksygen-17 (17
8O
) er omtrent 240 millibarns.
Fisjon
Tritium er et uvanlig produkt av atomfisjonen av uran-235 , plutonium-239 og uran-233 , med en produksjon på omtrent ett atom per 10 000 fisjoner. Frigjøring eller utvinning av tritium må vurderes ved drift av atomreaktorer , spesielt ved opparbeiding av kjernebrensel og lagring av brukt atombrensel . Produksjonen av tritium er ikke et mål, men snarere en bivirkning. Det slippes ut til atmosfæren i små mengder av noen atomkraftverk.
| plassering | Atomanlegg | Nærmeste vann |
Væske (TBq) |
Steam (TBq) |
Totalt (TBq) |
år |
|---|---|---|---|---|---|---|
 Storbritannia
|
Heysham atomkraftverk B | Irskesjøen | 396 | 2.1 | 398 | 2019 |
|
Storbritannia
|
Sellafield opparbeidingsanlegg | Irskesjøen | 423 | 56 | 479 | 2019 |
 Romania
|
Cernavodă atomkraftverk 1 | Svartehavet | 140 | 152 | 292 | 2018 |
 Frankrike
|
La Hague opparbeidingsanlegg | engelsk kanal | 11 400 | 60 | 11.460 | 2018 |
 Sør-Korea
|
Wolseong atomkraftverk og andre | Japans hav | 211 | 154 | 365 | 2020 |
 Taiwan
|
Maanshan kjernekraftverk | Luzon -stredet | 35 | 9.4 | 44 | 2015 |
 Kina
|
Fuqing atomkraftverk | Taiwansundet | 52 | 0,8 | 52 | 2020 |
|
Kina
|
Sanmen atomkraftverk | Øst -Kinahavet | 20 | 0,4 | 20 | 2020 |
 Canada
|
Bruce Nuclear Generating Station A, B | Store innsjøer | 756 | 994 | 1750 | 2018 |
|
Canada
|
Darlington kjernefysiske generasjonsstasjon | Store innsjøer | 220 | 210 | 430 | 2018 |
|
Canada
|
Pickering Nuclear Generating Station Units 1-4 | Store innsjøer | 140 | 300 | 440 | 2015 |
 forente stater
|
Enheter i Diablo Canyon kraftverk1 , 2 | Stillehavet | 82 | 2.7 | 84 | 2019 |
Fukushima Daiichi
I juni 2016 ga Tritiated Water Task Force ut en rapport om statusen til tritium i tritiert vann ved atomkraftverket Fukushima Daiichi , som et ledd i å vurdere alternativer for endelig deponering av lagret forurenset kjølevann. Dette identifiserte at beholdningen av tritium på stedet i mars 2016 var 760 TBq (tilsvarer 2,1 g tritium eller 14 ml rent tritiert vann) i totalt 860 000 m 3 lagret vann. Denne rapporten identifiserte også den reduserende konsentrasjonen av tritium i vannet som ble ekstrahert fra bygningene etc. for lagring, med en faktor på ti nedgang i løpet av de fem årene som ble vurdert (2011–2016), 3,3 MBq/L til 0,3 MBq/L (etter korreksjon for det 5% årlige forfallet av tritium).
I følge en rapport fra et ekspertpanel som vurderer den beste tilnærmingen for å håndtere dette problemet, "kan Tritium skilles teoretisk ut, men det er ingen praktisk separasjonsteknologi i industriell skala. Følgelig sies det at en kontrollert miljøutslipp er den beste måten for å behandle vann med lavt tritiumkonsentrasjon. "Etter en offentlig informasjonskampanje sponset av den japanske regjeringen, vil den gradvise utslipp til sjøen av det tritierte vannet starte i 2023. Prosessen vil ta" tiår "å fullføre. Kina reagerte med protest.
Helium-3
Tritiums forfallsprodukt helium-3 har et veldig stort tverrsnitt (5330 fjøs) for å reagere med termiske nøytroner , og utvise et proton, og det blir derfor raskt omdannet til tritium i atomreaktorer .
Kosmiske stråler
Tritium forekommer naturlig på grunn av kosmiske stråler som interagerer med atmosfæriske gasser. I den viktigste reaksjonen for naturlig produksjon, interagerer et raskt nøytron (som må ha energi større enn 4,0 MeV ) med atmosfærisk nitrogen :
På verdensbasis er produksjonen av tritium fra naturlige kilder 148 petabecquerels per år. Den globale likevektsbeholdningen av tritium skapt av naturlige kilder forblir omtrent konstant på 2590 petabecquerels. Dette skyldes en fast produksjonshastighet og tap proporsjonalt med varelageret.
Produksjonshistorie
I følge en rapport fra 1996 fra Institute for Energy and Environmental Research fra det amerikanske energidepartementet , hadde bare 225 kg (496 lb) tritium blitt produsert i USA fra 1955 til 1996. Siden det kontinuerlig forfaller til helium-3, har den totale gjenværende mengden var omtrent 75 kg (165 lb) på tidspunktet for rapporten.
Tritium for amerikanske atomvåpen ble produsert i spesielle tungvannsreaktorer på Savannah River Site til de ble stengt i 1988. Med Strategic Arms Reduction Treaty (START) etter slutten av den kalde krigen var de eksisterende forsyningene tilstrekkelig for de nye, mindre antall atomvåpen en stund.
Produksjonen av tritium ble gjenopptatt med bestråling av stenger som inneholder litium (erstatter de vanlige kontrollstavene som inneholder bor , kadmium eller hafnium ), ved reaktorene i det kommersielle Watts Bar kjernefysiske anlegget fra 2003 til 2005 etterfulgt av ekstraksjon av tritium fra stengene kl. det nye Tritium Extraction Facility ved Savannah River Site som begynner i november 2006. Tritiumlekkasje fra stengene under reaktoroperasjoner begrenser antallet som kan brukes i en hvilken som helst reaktor uten å overskride de maksimalt tillatte tritiumnivåene i kjølevæsken.
Egenskaper
Tritium har en atommasse på 3.01604928 u . Diatomisk tritium (
T
2 eller3
H
2 ) er en gass ved standard temperatur og trykk . Kombinert med oksygen danner den en væske som kalles tritiert vann (
T
2
O
).
Tritiums spesifikke aktivitet er 9650 curies per gram (3,57 × 10 14 Bq /g).
Tritium står sentralt i studier av nukleær fusjon på grunn av sin fordelaktige reaksjon tverrsnitt og den store mengden energi (17,6 MeV) fremstilles gjennom reaksjon med deuterium:
Alle atomkjerner inneholder protoner som deres eneste elektrisk ladede partikler. De frastøter derfor hverandre fordi lignende avgifter frastøter. Imidlertid, hvis atomene har høy nok temperatur og trykk (for eksempel i kjernen av solen), kan deres tilfeldige bevegelser overvinne en slik elektrisk frastøtning (kalt Coulomb -kraften ), og de kan komme nær nok for den sterke atomkraften tvinge til å tre i kraft og smelte dem sammen til tyngre atomer.
Tritiumkjernen, som inneholder ett proton og to nøytroner, har samme ladning som kjernen til vanlig hydrogen, og den opplever den samme elektrostatiske frastøtende kraften når den bringes nær en annen atomkjerne. Nøytronene i tritiumkjernen øker imidlertid den attraktive sterke atomkraften når den bringes nær nok til en annen atomkjerne. Som et resultat kan tritium lettere smelte sammen med andre lette atomer, sammenlignet med vanlig hydrogens evne til å gjøre det.
Det samme gjelder, om enn i mindre grad, for deuterium. Dette er grunnen til at brune dverger (såkalte 'mislykkede' stjerner ) ikke kan bruke vanlig hydrogen, men de smelter sammen det lille mindretallet av deuteriumkjerner.
I likhet med de andre isotoper av hydrogen , er tritium vanskelig å begrense. Gummi, plast og noen typer stål er alle noe gjennomtrengelige. Dette har vekket bekymring for at hvis tritium ble brukt i store mengder, spesielt for fusjonsreaktorer , kan det bidra til radioaktiv forurensning , selv om dets korte halveringstid skulle forhindre betydelig langsiktig akkumulering i atmosfæren.
De høye atmosfæriske kjernefysiske testene som fant sted før vedtakelsen av Partial Nuclear Test Ban Ban Treaty viste seg å være uventet nyttig for oseanografer. De høye nivåene av tritiumoksid som ble introdusert i de øvre lagene i havene har blitt brukt i årene siden den gang for å måle hastigheten på blanding av de øvre lagene i havene med deres lavere nivåer.
Helserisiko
Tritium er en isotop av hydrogen, som gjør at den lett kan binde seg til hydroksylradikaler , danne tritiert vann ( H T O ) og til karbonatomer. Siden tritium er en lavenergi beta -emitter , er det ikke farlig eksternt (betapartiklene kan ikke trenge gjennom huden), men det kan være en strålingsfare ved innånding, svelging via mat eller vann eller absorberes gjennom huden. HTO har en kort biologisk halveringstid i menneskekroppen på 7 til 14 dager, noe som både reduserer de totale effektene av inntak av én hendelse og utelukker langsiktig bioakkumulering av HTO fra miljøet. Den biologiske halveringstiden for tritiert vann i menneskekroppen, som er et mål på kroppsvannomsetning, varierer med sesongen. Studier av den biologiske halveringstiden til yrkesstrålingsarbeidere for gratis vann tritium i en kystregion i Karnataka, India, viser at den biologiske halveringstiden i vintersesongen er det dobbelte av sommersesongen.
Miljøforurensning
Tritium har lekket fra 48 av 65 atomområder i USA. I ett tilfelle inneholdt lekkasjevann 7,5 mikrokuryer (280 kBq) tritium per liter, som er 375 ganger EPA -grensen for drikkevann.
Den amerikanske kjernefysiske reguleringskommisjonen uttaler at ved normal drift i 2003 frigjorde 56 trykkvannsreaktorer 40.600 kurier (1.50 PBq) tritium (maksimum: 2.080 Ci; minimum: 0.1 Ci; gjennomsnitt: 725 Ci) og 24 kokende vannreaktorer frigjorde 665 karier (24,6 TBq) (maksimum: 174 Ci; minimum: 0 Ci; gjennomsnitt: 27,7 Ci), i flytende avløp.
Ifølge det amerikanske miljøvernbyrået har det nylig blitt funnet at selvlysende utgangsskilt som ikke er plassert på kommunale søppelfyllinger forurenser vannveier.
Lovbestemte grenser
De lovlige grensene for tritium i drikkevann varierer mye fra land til land. Noen tall er gitt nedenfor:
Tritium drikkevannsgrenser etter land Land Tritiumgrense
(Bq/l)Australia 76.103 Japan 60 000 Finland 100 Verdens Helseorganisasjon 10.000 Sveits 10.000 Russland 7.700 Canada (Ontario) 7000 forente stater 740
Den amerikanske grensen er beregnet til å gi en dose på 4,0 millirem (eller 40 mikrosieverter i SI -enheter ) per år. Dette er omtrent 1,3% av den naturlige bakgrunnsstrålingen (omtrent 3000 μSv).
Bruk
Biologiske radiometriske analyser
Tritium har blitt brukt til biologiske radiometriske analyser, i en prosess som ligner radiokarbondatering . For eksempel i en papir, [ 3 H] retinylacetat ble sporet gjennom legemet av Sprague-Dawley-rotter .
Selvdrevet belysning
Betapartiklene som sendes ut av det radioaktive forfallet av små mengder tritium får kjemikalier som kalles fosfor til å lyse.
Denne radioluminescensen brukes i selvdrevne belysningsenheter som kalles betalights , som brukes til nattbelysning av skytevåpen, klokker, utgangsskilt , kartlys , navigasjonskompasser (for eksempel M-1950 amerikanske militære kompasser for nåværende bruk ), kniver og en rekke andre enheter. Fra og med 2000 er kommersiell etterspørsel etter tritium 400 gram per år, og kostnaden er omtrent 30 000 dollar per gram.
Atomvåpen
Tritium er en viktig komponent i atomvåpen. Den brukes til å forbedre effektiviteten og utbyttet av fisjonbomber og fisjonstrinnene til hydrogenbomber i en prosess som kalles " boosting ", så vel som i eksterne nøytroninitiatorer for slike våpen.
Nøytroninitiator
Dette er enheter som er inkorporert i atomvåpen som produserer en puls av nøytroner når bomben detoneres for å starte fisjonreaksjonen i bombens kjerne (grop) etter at den er komprimert til en kritisk masse av eksplosiver. En liten partikkelakselerator som drives av en ultrahurtig bryter som en krytron , driver ioner av tritium og deuterium til energier over 15 keV eller så nødvendig for deuterium-tritium-fusjon og leder dem inn i et metallmål hvor tritium og deuterium adsorberes som hydrider . Høy-energi -fusjons nøytroner fra den resulterende fusjons utstråle i alle retninger. Noen av disse rammer plutonium- eller urankjerner i primærgropen, og starter kjernekjedereaksjon . Mengden nøytroner som produseres er stor i absolutte tall, slik at gropen raskt kan oppnå nøytronnivåer som ellers ville trenge mange flere generasjoner av kjedereaksjon, men fortsatt liten sammenlignet med det totale antallet kjerner i gropen.
Boosting
Før detonasjon injiseres noen få gram tritium-deuteriumgass i den hule " gropen " av spaltbart plutonium eller uran. De tidlige stadiene av fisjonskjedereaksjonen gir nok varme og kompresjon til å starte deuterium-tritium-fusjon, deretter fortsetter både fisjon og fusjon parallelt, fisjonen hjelper fusjonen ved å fortsette oppvarming og komprimering, og fusjonen hjelper fisjonen med svært energisk ( 14.1 MeV ) nøytroner. Etter hvert som fisjondrivstoffet tømmes og også eksploderer utover, faller det under tettheten som trengs for å holde seg kritisk i seg selv, men fusjonsnøytronene får fisjonprosessen til å gå raskere og fortsette lenger enn den ville uten å øke. Økt utbytte kommer overveldende fra økningen i fisjon. Energien som frigjøres av selve fusjonen er mye mindre fordi mengden fusjonsdrivstoff er så mye mindre. Effektene av boosting inkluderer:
- økt utbytte (for samme mengde fissionsbrensel, sammenlignet med detonasjon uten å øke)
- muligheten for variabelt utbytte ved å variere mengden fusjonsdrivstoff
- tillater bomben å kreve en mindre mengde av det svært kostbare fissile materialet - og eliminerer også risikoen for predetonasjon ved atomeksplosjoner i nærheten
- ikke så strenge krav til implosjonsoppsettet, slik at en mindre og lettere mengde høyeksplosiver kan brukes
Tritium i et stridshode gjennomgår kontinuerlig radioaktivt forfall, og blir derfor utilgjengelig for fusjon. Dessuten absorberer dets forfallsprodukt , helium-3, nøytroner hvis de utsettes for dem som slippes ut av kjernefysisk fisjon. Dette oppveier eller reverserer potensielt den tiltenkte effekten av tritium, som skulle generere mange frie nøytroner, hvis for mye helium-3 har akkumulert seg fra forfallet av tritium. Derfor er det nødvendig å fylle opp tritium i forsterkede bomber med jevne mellomrom. Den estimerte mengden som trengs er 4 gram per stridshode. For å opprettholde konstante nivåer av tritium må omtrent 0,20 gram per stridshode per år tilføres bomben.
En mol deuterium-tritiumgass ville inneholde omtrent 3,0 gram tritium og 2,0 gram deuterium. Til sammenligning består de 20 molene plutonium i en atombombe av omtrent 4,5 kilo plutonium-239 .
Tritium i hydrogenbombe sekundærer
Siden tritium gjennomgår radioaktivt forfall og også er vanskelig å begrense fysisk, bruker den mye større sekundære ladningen av tunge hydrogenisotoper som trengs i en ekte hydrogenbombe solid litiumdeuterid som kilde til deuterium og tritium, og produserer tritium in situ under sekundær tenning.
Ved detonering av den primære fisjon bombe trinnet i en hydrogenbombe ( Teller-Ullam staging ), idet tennpluggen , en sylinder av 235 U / 239 Pu i sentrum av fusjonstrinnet (s), begynner å fisjon i en kjedereaksjon, fra overflødige nøytroner kanalisert fra primæren. Nøytronene som frigjøres fra tennpluggens fisjon, delte litium-6 i tritium og helium-4, mens litium-7 deles i helium-4, tritium og ett nøytron. Etter hvert som disse reaksjonene skjer, blir fusjonstrinnet komprimert av fotoner fra primæren og fisjonen av 238 U eller 238 U/ 235 U -kappen som omgir fusjonstrinnet. Derfor avler fusjonsstadiet sitt eget tritium etter hvert som enheten detonerer. I den ekstreme varmen og trykket ved eksplosjonen blir noe av tritium deretter tvunget til fusjon med deuterium, og den reaksjonen frigjør enda flere nøytroner.
Siden denne fusjonsprosessen krever en ekstremt høy temperatur for tenning, og den produserer færre og mindre energiske nøytroner (bare fisjon, deuterium-tritium-fusjon og 7
3Li
splitting er netto nøytronprodusenter), litiumdeuterid brukes ikke i boostede bomber, men heller for flertrinns hydrogenbomber.
Kontrollert atomfusjon
Tritium er et viktig drivstoff for kontrollert kjernefusjon i både magnetisk innesperring og treghetsinneslutningsfusjonsreaktordesign . Den eksperimentelle fusjonsreaktoren ITER og National Ignition Facility (NIF) vil bruke deuterium-tritium-drivstoff. Det deuterium-tritium reaksjon er fordelaktig siden det har den største fusjons tverrsnitt (ca. 5,0 fjøs ), og det har nådd denne maksimale tverrsnitt ved den laveste energi (ca. 65 keV senter-til-masse) av en hvilken som helst potensiell fusjon brensel.
Den Tritium Systems Test Assembly (TSTA) var et anlegg ved Los Alamos National Laboratory dedikert til utvikling og demonstrasjon av teknologier som kreves for fusjon relevant deuterium-tritium behandling.
Analytisk kjemi
Tritium brukes noen ganger som et radiomerket . Det har fordelen at nesten alle organiske kjemikalier inneholder hydrogen, noe som gjør det enkelt å finne et sted å sette tritium på molekylet som undersøkes. Det har den ulempen å produsere et relativt svakt signal.
Elektrisk strømkilde
Tritium kan brukes i en betavoltaic anordning for å skape en atom batteri for å generere elektrisitet .
Bruk som et oceanisk forbigående sporstoff
Bortsett fra klorfluorkarboner , kan tritium fungere som et forbigående sporstoff og har evnen til å "skissere" de biologiske, kjemiske og fysiske veiene gjennom verdenshavene på grunn av sin utviklende distribusjon. Tritium har dermed blitt brukt som et verktøy for å undersøke sirkulasjon og ventilasjon i havet, og måles for slike formål vanligvis i Tritium -enheter der 1 TU er definert som forholdet mellom 1 tritiumatom og 10 18 hydrogenatomer, omtrent lik 0,188 Bq/ liter. Som nevnt tidligere introduserte atomvåpenprøving, først og fremst i regionene med høy breddegrad på den nordlige halvkule, på slutten av 1950-tallet og begynnelsen av 1960-tallet store mengder tritium i atmosfæren, spesielt stratosfæren . Før disse kjernefysiske testene var det bare omtrent 3 til 4 kilo tritium på jordens overflate; men disse beløpene steg med 2 eller 3 størrelsesordener i løpet av ettertestperioden. Noen kilder rapporterte at naturlige bakgrunnsnivåer ble overskredet med omtrent 1000 TU i 1963 og 1964, og isotopen brukes på den nordlige halvkule for å estimere grunnvannets alder og konstruere hydrogeologiske simuleringsmodeller. Nylige vitenskapelige kilder har estimert atmosfæriske nivåer på høyden av våpentesting for å nærme seg 1000 TU og nivåene før regnfall vil være mellom 5 og 10 TU. I 1963 registrerte Valentia Island Ireland 2000 TU i nedbør.
Nord-Atlanterhavet
Mens den var i stratosfæren (etter-testperioden), interagerte tritium med og oksiderte til vannmolekyler og var til stede i mye av den raskt produserte nedbøren, noe som gjorde tritium til et prognostisk verktøy for å studere utviklingen og strukturen til den hydrologiske syklusen så vel som ventilasjon og dannelse av vannmasser i Nord -Atlanterhavet.
Bomb-tritium-data ble brukt fra Transient Tracers in the Ocean (TTO) -programmet for å kvantifisere påfyllings- og veltefrekvensene for dypt vann i Nord-Atlanteren.
Bomb-tritium kommer også inn i det dype hav rundt Antarktis. Det meste av bombedrevet vann (HTO) gjennom atmosfæren kan komme inn i havet gjennom følgende prosesser:
- (a) nedbør
- (b) damputveksling
- (c) elveavrenning
Disse prosessene gjør HTO til et flott sporingsmiddel for tidsskalaer opp til noen tiår.
Ved å bruke dataene fra disse prosessene for 1981, ligger 1 TU isosurface mellom 500 og 1000 meter dypt i de subtropiske områdene og strekker seg deretter til 1500–2000 meter sør for Golfstrømmen på grunn av resirkulering og ventilasjon i den øvre delen av Atlanterhavet . Mot nord dyper isosurface og når gulvet på abyssalsletten som er direkte relatert til ventilasjon av havbunnen over 10–20 års tidsskalaer.
Også tydelig i Atlanterhavet er tritiumprofilen nær Bermuda mellom slutten av 1960 -tallet og slutten av 1980 -tallet. Det er en nedadgående forplantning av tritiummaksimumet fra overflaten (1960 -tallet) til 400 meter (1980 -tallet), noe som tilsvarer en fordypningshastighet på omtrent 18 meter per år. Det er også tritiumøkninger på 1500 meters dybde på slutten av 1970 -tallet og 2500 meter på midten av 1980 -tallet, som begge tilsvarer kjølehendelser på dypt vann og tilhørende dypvannsventilasjon.
Fra en studie i 1991 ble tritiumprofilen brukt som et verktøy for å studere blanding og spredning av nydannet North Atlantic Deep Water (NADW), tilsvarende tritiumøkninger til 4 TU. Denne NADW har en tendens til å søle over terskler som deler Norskehavet fra Nord -Atlanterhavet og deretter renner mot vest og ekvatorover i dype grensestrømmer. Denne prosessen ble forklart via den store tritiumfordelingen i det dype Nord-Atlanteren mellom 1981 og 1983. Det subpolare gyret har en tendens til å bli frisket (ventilert) av NADW og er direkte relatert til de høye tritiumverdiene (> 1,5 TU) . Også tydelig var nedgangen i tritium i den dype vestlige grensestrømmen med en faktor 10 fra Labradorhavet til tropene , noe som er et tegn på tap for havets indre på grunn av turbulent blanding og resirkulering.
Stillehavet og det indiske hav
I en studie fra 1998 ble det testet tritiumkonsentrasjoner i sjøvann og atmosfærisk vanndamp (10 meter over overflaten) på følgende steder: Suluhavet , Fremantle Bay , Bengalbukta , Penangbukten og Malaccastredet. . Resultatene indikerte at tritiumkonsentrasjonen i sjøvann på overflaten var høyest ved Fremantle Bay (omtrent 0,40 Bq/liter), noe som kan akkrediteres for blanding av avrenning av ferskvann fra nærliggende land på grunn av store mengder som finnes i kystfarvann. Vanligvis ble lavere konsentrasjoner funnet mellom 35 og 45 grader sørlig bredde og nær ekvator . Resultatene indikerte også at (generelt) tritium har gått ned gjennom årene (fram til 1997) på grunn av det fysiske forfallet av bombitritium i Det indiske hav . Når det gjelder vanndamp, var tritiumkonsentrasjonen omtrent en størrelsesorden større enn sjøvannskonsentrasjoner på overflaten (fra 0,46 til 1,15 Bq/liter). Derfor påvirkes ikke vanndampen tritium av havvannskonsentrasjonen på overflaten; Dermed ble de høye tritiumkonsentrasjonene i dampen konkludert med å være en direkte konsekvens av den nedadgående bevegelsen av naturlig tritium fra stratosfæren til troposfæren (derfor viste havluften en avhengighet av endringer i bredden).
I Nord-Stillehavet , tritium (innført som bombe tritium i den nordlige halvkule) fordelt i tre dimensjoner. Det var maksima under overflaten i områdene på mellom- og lav breddegrad, noe som indikerer lateral blanding (adveksjon) og diffusjonsprosesser langs linjer med konstant potensiell tetthet ( isopycnals ) i det øvre hav. Noen av disse maksima korrelerer til og med godt med saltholdig ekstrem. For å oppnå strukturen for havsirkulasjon ble tritiumkonsentrasjonene kartlagt på 3 overflater med konstant potensiell tetthet (23,90, 26,02 og 26,81). Resultatene indikerte at tritium var godt blandet (ved 6 til 7 TU) på 26.81 isopyknalt i det subarktiske sykloniske gyret og det så ut til å være en langsom utveksling av tritium (i forhold til grunnere isopyknale) mellom denne gyren og den anticykloniske gyren til sør; Tritium på overflatene 23,90 og 26,02 syntes også å utveksles langsommere mellom den sentrale gyren i Nord -Stillehavet og de ekvatoriale områdene.
Dybdeinntrengningen av bomb tritium kan skilles i 3 forskjellige lag:
- Lag 1
- Lag 1 er det grunne laget og inkluderer det dypeste, ventilerte laget om vinteren; den har mottatt tritium via radioaktivt nedfall og mistet noe på grunn av adveksjon og/eller vertikal diffusjon og inneholder omtrent 28% av den totale mengden tritium.
- Lag 2
- Lag 2 er under det første laget, men over det 26.81 isopyknale og er ikke lenger en del av det blandede laget. Dens 2 kilder er diffusjon nedover fra det blandede laget og laterale utvidelser som strekker seg utover lag (poleward); den inneholder omtrent 58% av det totale tritium.
- Lag 3
- Lag 3 er representativt for farvann som er dypere enn det isopykniske friluftslivet og bare kan motta tritium via vertikal diffusjon; den inneholder de resterende 14% av det totale tritium.
Mississippi River System
Kjernefysisk nedfall fra våpenundersøkelser fra den kalde krigen bosatte seg i USA i hele Mississippi River System . Tritiumkonsentrasjoner kan brukes til å forstå oppholdstidene til kontinentale hydrologiske systemer (i motsetning til de vanlige oceaniske hydrologiske systemene) som inkluderer overflatevann som innsjøer, bekker og elver. Å studere disse systemene kan også gi samfunn og kommuner informasjon for landbruksformål og generell elvevannskvalitet.
I en studie fra 2004 ble flere elver tatt i betraktning under undersøkelsen av tritiumkonsentrasjoner (fra 1960 -tallet) gjennom Mississippi River Basin: Ohio River (største innspill til Mississippi River), Missouri River og Arkansas River . De største tritiumkonsentrasjonene ble funnet i 1963 på alle stedene i prøven i disse elvene og korrelerer godt med toppkonsentrasjonene i nedbør på grunn av atombombeforsøkene i 1962. De totalt høyeste konsentrasjonene skjedde i Missouri River (1963) og var større enn 1200 TU mens de laveste konsentrasjonene ble funnet i Arkansas River (aldri større enn 850 TU og mindre enn 10 TU på midten av 1980-tallet).
Flere prosesser kan identifiseres ved bruk av tritiumdata fra elvene: direkte avrenning og utstrømning av vann fra grunnvannsreservoarer. Ved å bruke disse prosessene blir det mulig å modellere responsen til elvebassengene på det forbigående tritiumsporstoffet. To av de vanligste modellene er følgende:
- Stempelflyt-tilnærming
- tritiumsignal vises umiddelbart; og
- Godt blandet reservoartilnærming
- utløpskonsentrasjon avhenger av oppholdstiden til bassengvannet
Dessverre klarer begge modellene ikke å reprodusere tritium i elvevann; Dermed ble det utviklet en blandingsmodell med to medlemmer som består av 2 komponenter: en hurtigstrømskomponent (siste nedbør-"stempel") og en komponent der vannet ligger i bassenget i mer enn 1 år ("godt blandet reservoar" ). Derfor blir tritiumkonsentrasjonen i bassenget en funksjon av oppholdstidene i bassenget, vasker (radioaktivt forfall) eller kilder til tritium, og inngangsfunksjonen.
For Ohio -elven indikerte tritiumdata at omtrent 40% av strømmen var sammensatt av nedbør med oppholdstider på mindre enn 1 år (i Ohio -bassenget) og eldre farvann besto av oppholdstider på omtrent 10 år. Således tilsvarte de korte oppholdstidene (mindre enn 1 år) komponenten "prompt-flow" i blandingsmodellen med to medlemmer. Når det gjelder Missouri-elven, indikerte resultatene at oppholdstidene var omtrent 4 år med at hurtigstrømskomponenten var rundt 10% (disse resultatene skyldes serien demninger i området ved Missouri-elven).
Når det gjelder massestrømmen av tritium gjennom hovedstammen til Mississippi -elven inn i Mexicogolfen , indikerte data at omtrent 780 gram tritium har strømmet ut av elven og inn i bukten mellom 1961 og 1997, et gjennomsnitt på 7,7 PBq/ år. Og nåværende strømninger gjennom Mississippi-elven er omtrent 1 til 2 gram per år i motsetning til før-bombeperioden på omtrent 0,4 gram per år.
Se også
Fotnoter
Referanser
Eksterne linker
- "Kommentert bibliografi for tritium" . Alsos digitale bibliotek . Washington og Lee University.
- "Tritium, radioaktivt" . NLM farlige stoffer Databank . US National Institutes of Health.
- "Nuclear Data Evaluation Lab" .
- Gjennomgang av risiko fra Tritium (rapport). London, Storbritannia: Health Protection Agency. November 2007. RCE-4.
- Bergeron, Kenneth D. (17. september 2004). Tritium on Ice: Den farlige nye alliansen mellom atomvåpen og atomkraft . ISBN 9780262261722.
- "Tritiumproduksjon og utvinning i USA i regnskapsåret 2011" . Spaltbare materialer . Februar 2010.
- "Masseoverføringskoeffisient for fjerning av Tritium" . ans.org .