في الآونة الأخيرة ، اعتقد الناس أن الذرة هي جسيم لا يتجزأ لا يتجزأ. في وقت لاحق أصبح من الواضح أنها تتكون من نواة وإلكترونات تدور حولها. في الوقت نفسه ، تم اعتبار الجزء المركزي مرة أخرى غير قابل للتجزئة ومتكامل. نعلم اليوم أنها تتكون من البروتونات والنيوترونات. علاوة على ذلك ، اعتمادًا على رقم الأخير ، قد تحتوي نفس المادة على عدة نظائر. حتى التريتيوم - ما هو؟ ما هذه المادة وكيفية الحصول عليها واستخدامها؟
التريتيوم - ما هو؟
الهيدروجين هو أبسط مادة في الطبيعة. إذا تحدثنا عن الشكل الأكثر شيوعًا ، والذي سيتم مناقشته بمزيد من التفصيل أدناه ، فإن ذرته تتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد فقط. ومع ذلك ، يمكن أن يأخذ أيضًا جسيمات "إضافية" ، والتي تغير نوعًا ما خصائصه. لذا ، تتكون نواة التريتيوم من بروتون ونيوترونين. وإذا كان البروتيني ، أي أبسط أشكال الهيدروجين ، هو العنصر الأكثر وفرة في الكون ، فلا يمكنك القول عن نسخته "المحسنة" - فهي تحدث في الطبيعة بكميات صغيرة.
تم اكتشاف تريتيوم نظير الهيدروجين (الاسم مأخوذ من الكلمة اليونانية "الثالثة") في عام 1934 بواسطة Rutherford و Olyphant و Hartek. وفي الواقع ، حاولوا العثور عليه لفترة طويلة وصعبة. مباشرة بعد اكتشاف الديوتيريوم والماء الثقيل في عام 1932 ، بدأ العلماء في البحث عن هذا النظير عن طريق زيادة حساسية التحليل الطيفي في دراسة الهيدروجين العادي. ومع ذلك ، على الرغم من كل شيء ، كانت محاولاتهم هباء - حتى في العينات الأكثر تركيزًا ، لم يتمكنوا حتى من الحصول على إشارة إلى وجود مادة كان يجب أن توجد ببساطة. لكن في النهاية ، كان البحث لا يزال ناجحًا - قام أوليفيانت بتوليف العنصر باستخدام الماء الثقيل في مختبر روثرفورد.
وباختصار ، فإن تعريف التريتيوم هو كما يلي: نظير مشع للهيدروجين ، يتألف قلبه من بروتون ونيوترونين. فما الذي يعرف عنه؟
حول نظائر الهيدروجين
العنصر الأول من الجدول الدوري هو الأكثر شيوعًا في الوقت نفسه في الكون. علاوة على ذلك ، يحدث في الطبيعة في شكل واحد من نظائره الثلاثة: البروتيوم أو الديوتريوم أو التريتيوم. تتكون نواة الأولى من بروتون واحد ، أطلق عليها اسمها. بالمناسبة ، هذا هو العنصر المستقر الوحيد الذي لا يحتوي على النيوترونات. التالي في سلسلة نظائر الهيدروجين هو الديوتيريوم. تتكون نواة ذرتها من بروتون ونيوترون ، ويعود الاسم إلى الكلمة اليونانية "الثانية".
كما تم الحصول على نظائر الهيدروجين الأثقل بأعداد كتلة من 4 إلى 7 في المختبر ، ويقتصر عمر النصف على أجزاء من الثواني.
الخصائص
تبلغ الكتلة الذرية للتريتيوم 3.02 أ تقريبًا. على سبيل المثال ، من حيث خصائصه الفيزيائية ، لا تختلف هذه المادة تقريبًا عن الهيدروجين العادي ، أي أنه تحت الظروف العادية هو غاز خفيف بدون لون وطعم ورائحة ولديه موصلية حرارية عالية. عند درجة حرارة حوالي -250 درجة مئوية ، يصبح سائلًا خفيفًا ومتدفقًا عديم اللون. النطاق الذي يكون فيه في حالة التجميع هذه ضيقة نوعًا ما. تبلغ درجة انصهاره حوالي 259 درجة مئوية ، يصبح الهيدروجين تحتها كتلة تشبه الثلج. بالإضافة إلى ذلك ، يذوب هذا العنصر جيدًا في بعض المعادن.
ومع ذلك ، هناك بعض الاختلافات في الخصائص. أولاً ، النظير الثالث لديه تفاعل أقل ، وثانيًا ، التريتيوم مشع وبالتالي غير مستقر. عمر النصف يزيد قليلاً عن 12 عامًا. في عملية التحلل الإشعاعي ، يتحول إلى نظير الهيليوم الثالث مع انبعاث الإلكترون ومضاد النيترينو.
الحصول
في الطبيعة ، يتم احتواء التريتيوم بكميات ضئيلة وغالبًا ما يتم تكوينه في الغلاف الجوي العلوي أثناء اصطدام الجسيمات الكونية ، على سبيل المثال ، ذرات النيتروجين. ومع ذلك ، هناك أيضًا طريقة صناعية لإنتاج هذا العنصر عن طريق تشعيع الليثيوم 6 بالنيوترونات في المفاعلات النووية.
إن تركيب التريتيوم في حجم حوالي 1 كيلوغرام يكلف حوالي 30 مليون دولار.
استخدم
لذا ، تعلمنا المزيد عن التريتيوم - ما هو وخصائصه. ولكن لماذا هو مطلوب؟ دعنا نلقي نظرة أدناه. وفقًا لبعض التقارير ، يبلغ الطلب التجاري العالمي على التريتيوم حوالي 500 جرام سنويًا ، وينفق حوالي 7 كيلوغرامات على الاحتياجات العسكرية.
وفقًا للمعهد الأمريكي لبحوث الطاقة والبيئة ، تم إنتاج 2.2 سنتًا من الهيدروجين الفائق الثقل في الولايات المتحدة من عام 1955 إلى عام 1996. وبالنسبة لعام 2003 ، كان إجمالي الاحتياطيات من هذا العنصر حوالي 18 كيلوغرام. فيم يستخدمون؟
أولاً ، التريتيوم ضروري للحفاظ على الفعالية القتالية للأسلحة النووية ، التي ، كما تعلمون ، لا تزال تمتلكها بعض البلدان. ثانيًا ، الطاقة النووية الحرارية لا تكتمل بدونها. لا يزال يستخدم التريتيوم في بعض الدراسات العلمية ، على سبيل المثال ، في الجيولوجيا بمساعدته على تاريخ المياه الطبيعية. غرض آخر هو مصدر طاقة الإضاءة الخلفية على مدار الساعة. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تجارب جارية لإنشاء مولدات للنظائر المشعة ذات طاقة منخفضة للغاية ، على سبيل المثال ، لتشغيل أجهزة الاستشعار المستقلة. ومن المتوقع أن تكون مدة الخدمة في هذه الحالة حوالي 20 عامًا. ستكون تكلفة هذا المولد حوالي ألف دولار.
توجد أيضًا الحلي التي تحتوي على كمية صغيرة من التريتيوم في الداخل كتذكارات أصلية. تنبعث منها وهج وتبدو غريبة للغاية ، خاصة إذا كنت تعرف عن المحتوى الداخلي.
خطر
التريتيوم مشع ، وهذا يفسر جزءًا من خصائصه واستخداماته. يبلغ عمر النصف حوالي 12 عامًا ، في حين يتكون الهيليوم 3 مع انبعاث مضادات النيترونات وإلكترون. خلال هذا التفاعل ، يتم إطلاق 18.59 كيلو واط من الطاقة وتنتشر جسيمات بيتا في الهواء. قد يبدو غريباً بالنسبة للشخص العادي أن يتم استخدام النظائر المشعة ، على سبيل المثال ، لإضاءة ساعة ، لأنها يمكن أن تكون خطيرة ، أليس كذلك؟ في الواقع ، لا يهدد التريتيوم صحة الإنسان بأي شيء ، لأن جزيئات بيتا في عملية تحللها انتشرت إلى حد أقصى 6 ملم ولا يمكنها التغلب على العقبات البسيطة. ومع ذلك ، هذا لا يعني أن العمل معه آمن تمامًا - أي ابتلاع بالطعام أو الهواء أو الامتصاص من خلال الجلد يمكن أن يؤدي إلى مشاكل. على الرغم من أنه في معظم الحالات يتم إخراجها بسهولة وسرعة ، إلا أن هذا ليس هو الحال دائمًا. لذا ، التريتيوم - ما هو من وجهة نظر خطر الإشعاع؟
تدابير الحماية
على الرغم من حقيقة أن طاقة التحلل المنخفضة للتريتيوم لا تسمح للإشعاع بالانتشار بشكل خطير ، بحيث لا تستطيع جزيئات بيتا اختراق الجلد ، لا تهمل صحتك. عند العمل مع هذا النظير ، لا يمكنك بالطبع استخدام بدلة الحماية من الإشعاع ، ولكن يجب مراعاة القواعد الأساسية ، مثل الملابس المغلقة والقفازات الجراحية. نظرًا لأن الخطر الرئيسي للتريتيوم هو عند تناوله ، فمن المهم إيقاف النشاط الذي يصبح فيه هذا ممكنًا. الباقي لا يدعو للقلق.
ومع ذلك ، إذا تم امتصاصه بكميات كبيرة في أنسجة الجسم ، فقد يتطور مرض الإشعاع الحاد أو المزمن ، اعتمادًا على مدة وجرعة وانتظام التعرض. في بعض الحالات ، يتم علاج هذا المرض بنجاح ، ولكن مع وجود آفات واسعة النطاق ، يمكن أن تكون النتيجة قاتلة.
في أي جسم طبيعي ، هناك آثار من التريتيوم ، على الرغم من أنها غير ذات أهمية على الإطلاق ولا تكاد تؤثر على إشعاع الخلفية. حسنًا ، لعشاق الساعات بأيدي مضيئة ، فإن مستواها أعلى عدة مرات ، على الرغم من أنه لا يزال يعتبر آمنًا.
