Тритий: что это такое, особенности, свойства и производство
Изотопы водорода
Прежде чем объяснить, что это такое тритий, необходимо познакомиться с понятием изотопа.
В обычном атоме число электронов и протонов совпадает, а вот количество нейтронов может отличаться. В этом случае элементы, имеющие разное число нейтронов в ядре, называются изотопами элемента.
Дейтерий означает «второй». В его ядре имеется один протон и один нейтрон. А тритий переводится как «третий» и содержит в ядре опять же один протон, но два нейтрона.
История открытия
В 1934 году Эрнест Резерфорд сумел искусственно получить третий изотоп при помощи ядерных реакций. Само собой, название было выбрано заранее, и, по аналогии с протием и дейтерием, он стал называться тритием.
Свойства
Атомная масса трития равняется примерно 3 а.е.м.
Дефект масс и энергия связи трития
Одним из ключевых в физике элементарных частиц является понятие энергии связи атомных ядер. Под энергией связи ядра трития понимают то количество энергии, которое необходимо, чтобы произошло расщепление его ядра на отдельные нуклоны. Поскольку ядра удерживаются так называемым сильным взаимодействием, требуется большое количество энергии, чтобы их расщепить.
Чтобы высчитать энергию связи ядра, необходимо знать массу субатомных частиц. Известно, что масса покоя ядра меньше суммарной массы нуклонов в его составе. Разницу между массами ядра и суммами его нуклонов называют дефектом масс.
Дефект массы трития, как и других ядер, рассчитывается по формуле:
Удельная энергия связи для элемента трития составляет 2 827,2 кэВ на нуклон.
Тритий в природе
Количество этого изотопа в природе является ничтожным. Связано это с его радиоактивностью, то есть нестабильностью ядра.
По подсчетам ученых, в чистом виде трития на Земле содержится едва ли более 1 кг. Поэтому его вырабатывают искусственно, в лабораторных условиях.
Производство трития
В настоящее время получение данного изотопа не представляет трудностей, но является чрезвычайно дорогостоящим процессом. Для изготовления одного килограмма вещества требуются затраты в размере 30 млн долларов.
Для получения водорода с тритием из бериллия и бора их обрабатывают серной кислотой.
В настоящее время элемент производится в основном на территории США, Канады и России.
Радиоактивность
Тритий является радиоактивным. При его распаде выделяется бета-излучение, представляющее собой поток электронов.
При внешнем облучении организма тритий не наносит серьезного вреда. Однако при попадании внутрь с водой, пищей или воздухом он может нанести существенный ущерб здоровью. Дело в том, что являясь изотопом водорода, тритий способен замещать его в химических соединениях. Таким образом, он попадает внутрь живых клеток и встраивается в их структуру. Это сказывается на генетической информации клетки.
Как было сказано, в природе тритий практически не встречается, поэтому едва ли может нанести вред живым организмам. Однако предприятия атомной промышленности становятся источником искусственной выработки этого изотопа. Атомные электростанции выбрасывают тритий в жидком и газообразном состоянии. Причина этого в том, что изотоп практически не фильтруется. В год на АЭС образуется до 4 кг трития. Результатом выбросов становится радиоактивное загрязнение почвы, воздуха и воды. Таким образом, он является потенциальным источником заражения живых организмов. Именно поэтому тритий был занесен в список контролируемых параметров при оценке качества питьевой воды.
Применение
Тритий применяется в качестве индикатора химических реакций.
Наконец, этот изотоп используется для определения возраста объектов, которым не более 100 лет, например, вин.
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
Синтез трития
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
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
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.
ОБРАЗОВАНИЕ В МОСКВЕ
Можете себе представить аккумулятор для смартфона, который не требует зарядки на срок до 20 лет? Теперь это становится возможным благодаря чудесам ядерного деления. Как вам осознание мысли, что у вас в кармане будет лежать радиоактивный материал? Потому как в качестве активного вещества в ядерном аккумуляторе будет использоваться тритий
Аккумуляторы на основе триттия
Но все не так страшно, ведь излучение, вызванное распадом трития, считается безопасным, и не в состоянии навредить даже верхнему слою кожи. Например его действие можно увидеть на часах, которые светятся в темноте.
Один такой аккумулятор способен выдавать от 0.8 до 2.4В и от 50 до 300 наноампер в течении 20 лет. Уверен, что многие захотят иметь такой аккумулятор для зарядки своего телефона.
Источники света на основе ириттия
Электроны, испускаемые в результате бета-распада трития, возбуждают атомы вещества-люминофора, которые переходят из возбуждённого состояния в обычное, испуская при этом энергию. Ввиду малой энергии электронов, толщины люминофора и стенок ёмкости достаточно, чтобы полностью поглотить электроны.
Широко известны брелоки-маркеры, облегчающие поиск ключей и других предметов в темноте. Производятся они путём помещения капсулы с тритием в прочный герметичный корпус из поликарбоната.
Брелоки выпускаются в нескольких вариантах, как по дизайну, так и по размеру, а также — со свечением на выбор: зелёным, жёлтым, голубым, тёмно-синим, оранжевым, красным и белым. Бывают также варианты с несколькими капсулами в одном корпусе.
Самые интенсивные по свечению и яркости — с зелёным свечением, в силу особенностей устройства человеческого глаза. Его интенсивность принимается за 100%. Далее по убыванию идут в сравнении с зелёным — жёлтый (80%), белый (60%), бледно-голубой (60%), оранжевый (40%), красный (20%) и синий (15%).
В то же время широко распространённые в последнее время светонакопительные составы на основе алюмината стронция требуют источника света для «зарядки» и теряют в полной темноте 90% яркости в течение 60 минут.
Непосредственно сам тритий не представляет угрозы радиационной опасности, пока он заключен в непроницаемые, герметичные трубки. Самое главное — не вскрывать и не разбивать тритиевые брелоки и капсулы.
Но даже при утечке вещества из подсветки опасности практически нет, так как трития там содержится сравнительно небольшое количество (он улетучится в атмосферу) и он, непосредственно, в чистом виде не участвует в обмене веществ. То есть, даже попав в организм, тритий в скором времени просто выйдет оттуда, практически не задерживаясь, причинив минимальный ущерб.
Но если тритий вступит в реакцию с кислородом воздуха и сгорит (например, рядом с источником открытого пламени), а образовавшиеся пары сверхтяжёлой воды попадут внутрь организма — в этом случае последствия будут хуже, так как по химическим свойствам сверхтяжёлая вода практически идентична обычной воде, которая участвует в обмене веществ и может долго циркулировать в организме, облучая его изнутри.
К счастью, единичный случай употребления тритиевой воды не приводит к длительному накоплению трития в организме, так как ее период полувыведения — от 7 до 14 дней.
Тритиевая подсветка (в брелоках, часах и др.) разрешена во всех странах мира, беспрепятственно распространяется почтовыми сообщениями, так как соответствует стандартам безопасности многих государств. В то же время могут представлять опасность брелоки, в которых часть трития или весь газ заменен на более дешевые изотопы.
Триттиевые технологии все увереннее входят в наш быт. Весьма вероятно, что за ними большое будущее!
Тритий побеждает темноту
Night Vision Tube, LLT, Тригалайт, Тритиево-газовый световой источник – все это обозначения новейшего вида подсветки при помощи трития стрелок и меток на циферблатах передовых моделей наручных часов, морских и авиационных приборов, и вообще всякого оборудования, которое используется в темноте, на больших глубинах, в пещерах, в трудных погодных условиях, в ночное время.
Что же такое тритий? Почему этот способ подсветки появился только недавно? Как работает тритиевая подсветка? Не вредна ли эта технология для здоровья человека? Ответим на все по порядку.
Принцип работы тритиевой подсветки легко понять, если вспомнить обыкновенный старый телевизор с кинескопом. Там лучевая пушка посылает направленные лучи и заставляет светиться поверхность экрана. Здесь, то же самое. Тритий помещают в небольшую герметичную ёмкость, обычно из боросиликатного стекла, на внутреннюю поверхность которой нанесён тонкий слой светящегося при воздействии электронов вещества. Тритиевая подсветка может быть и цветной: самая интенсивная по свечению и яркости — зеленая, она принимается за 100 %. Далее по убыванию идут в сравнении с зелёным — жёлтый (80 %), белый (60 %), бледно-голубой (60 %), оранжевый (40 %), красный (20 %) и синий (15 %).
Тритиевая стрелка или метка представляют собой герметичный сосуд, внутри покрытый люминофором, или светящимся веществом, причем нанесение такого вещества можно проводить только вручную. Далее стрелку или метку, цифру и т.д. заполняют тритием (изотоп водорода) и проводят герметизацию сосуда. Процесс установки тритиевой подсветки часов производится также вручную.
Для здоровья человека тритиевая подсветка совершенно безвредна. Энергия высвобождающихся электронов настолько мала, что толщины люминофора и стенок ёмкости достаточно, чтобы полностью поглотить эти электроны. Непосредственно сам тритий не представляет угрозы радиационной опасности, пока он заключен в герметичные трубки, непроницаемые для водорода. Облучение некоторой дозой возможно, если тритий вдохнуть или проглотить. Но даже при утечке вещества из подсветки, опасности практически нет, так как трития там содержится совсем небольшое количество, и он просто не успеет подействовать на владельца часов – попросту улетучится в атмосферу. Но, даже попав в организм, если кому-то придет в голову проглотить сломанные часы, как следует, пожевав стрелки и метки, тритий в скором времени просто выйдет оттуда практически не задерживаясь, причинив минимальный ущерб.
А теперь, когда вы знаете все о свойствах трития и уверены в его безопасности (материалы об этом имеются в Википедии и других источниках) – несколько слов о преимуществах тригалайта.
Он отличается постоянством свечения и полной автономностью. То есть, не требуется никаких источников света для «подпитки» — пока тритий не распался, тригалайт в рабочем состоянии. Большинство светонакопительных составов требуют регулярной световой «зарядки» и теряют в темноте до 90 % яркости в течение часа. А тригалайт половину яркости потеряет только через 12 лет с момента изготовления (период полураспада трития
Военные специалисты оценят часы Traser H3 watches. Они созданы, чтобы выдерживать самые экстремальные условия – температуру (не только жару, но и холод!), влажность воздуха, внезапные перепады высоты, защищены от воздействия магнитных полей, устойчивы к серьезным механическим нагрузкам и ударам, влаго- и водонепроницаемы. И тут работает подсветка – тригалайт, которая будет видна в темноте, в сумерках, тумане, под водой! Traser P6600.91K.C3.01, Traser P6704.4A0.I2.01, Traser 6602.R51.N4A.01BL – прекрасные часы для военных, геологов, спелеологов, парашютистов, для людей, проводящих длительное время в условиях дикой природы.
31 мая 1989 года в США официально вступил в силу новый военный стандарт MIL-W-46374E, регламентирующий использование тритиевой подсветки в военных наручных часах. Новая система подсветки потребовала конструктивных изменений циферблата и стрелок. Также на циферблате военных часов Traser H3 watches имеется маркировка H3 (тритий).
 | |
| Общий | |
|---|---|
| Символ | 3 ЧАС |
| Имена | тритий, H-3, водород-3, T, 3 Т |
| Протоны | 1 |
| Нейтронов | 2 |
| Данные о нуклидах | |
| Природное изобилие | 10 −18 в водороде [1] |
| Период полураспада | 12.32 года |
| Продукты распада | 3 Он |
| Изотопная масса | 3.0160492 ты |
| Вращение | 1 ⁄2 |
| Избыточная энергия | 14,949.794± 0.001 кэВ |
| Связующая энергия | 8 481,821 ± 0,004 кэВ |
| Режимы распада | |
| Режим распада | Энергия распада (МэВ) |
| Бета-эмиссия | 0.018590 |
| Изотопы водорода Полная таблица нуклидов | |
Тритий ( / ˈ т р ɪ т я ə м / или же / ˈ т р ɪ ʃ я ə м / ) или же водород-3 (символ Т или же 3 ЧАС) является редким и радиоактивный изотоп водорода. В ядро трития (иногда называемого тритон) содержит один протон и два нейтроны, тогда как ядро общего изотопа водород-1 (протий) содержит только один протон, а протон водород-2 (дейтерий) содержит один протон и один нейтрон.
Тритий используется как радиоактивный индикатор, в радиолюминесцентный источники света для часов и инструментов. Наряду с более обильными дейтерий, тритий используется в качестве топлива для ядерного синтеза, как для производства энергии в токамак реакторы и в водородные бомбы.
Название этого изотопа происходит от Греческий τρίτος (Trítos), что означает «третий».
Содержание
История
Разлагаться
Хотя тритий имеет несколько различных экспериментально определенных значений его период полураспада, то Национальный институт стандартов и технологий списки 4500 ± 8 дней ( 12,32 ± 0,02 года ). [7] Он распадается на гелий-3 к бета-распад как в этом ядерном уравнении:
Низкая энергия излучения трития затрудняет обнаружение соединений, меченных тритием, за исключением случаев использования жидкостный сцинтилляционный счет.
Производство
Литий
Тритий чаще всего производится в ядерные реакторы к нейтронная активация из литий-6. Высвобождение и диффузия трития и гелия, образующихся при делении лития, может происходить внутри керамики, называемой заводчик керамики. Производство трития из литий-6 в такой размножающей керамике возможно с нейтронами любой энергии, и является экзотермический реакция дает 4,8 МэВ. Для сравнения: синтез дейтерия с тритием выделяет около 17,6 МэВ энергии. Для применения в предлагаемых термоядерных реакторах, таких как ИТЭР, галька, состоящая из литийсодержащей керамики, включая Li2TiO3 и Ли4SiO4, разрабатываются для размножения трития в гелиевом слое, охлаждаемом гелием, также известном как бланкет для размножения. [9]
Облучение нейтронами высоких энергий бор-10 также иногда будет производить тритий: [11]
Более частым результатом захвата нейтронов бором-10 является 7
Ли
и один альфа-частица. [12]
Дейтерий
Тритий также производится в реакторы с тяжеловодным замедлителем всякий раз, когда дейтерий ядро захватывает нейтрон. Эта реакция имеет довольно низкую абсорбцию. поперечное сечение, изготовление тяжелая вода хороший замедлитель нейтронов, и трития производится относительно мало. Даже в этом случае очистка трития от замедлителя может потребоваться через несколько лет, чтобы снизить риск его утечки в окружающую среду. Онтарио Электрогенерация«Установка по удалению трития» обрабатывает до 2500 тонн (2500 длинных тонн; 2800 коротких тонн) тяжелой воды в год и выделяет около 2,5 кг (5,5 фунтов) трития, делая его доступным для других целей. [13]
Сечение поглощения дейтерия для тепловые нейтроны составляет около 0,52 миллибарны, тогда как кислород-16 ( 16
8 О
) составляет около 0,19 миллибарна, а кислород-17 ( 17
8 О
) составляет около 240 миллибарн.
Деление
Фукусима-дайити
В июне 2016 года Целевая группа по тритированной воде опубликовала отчет. [17] о состоянии трития в тритиевой воде при АЭС Фукусима-дайити, в рамках рассмотрения вариантов окончательной утилизации хранящейся загрязненной охлаждающей воды. Это показало, что запасы трития на площадке в марте 2016 г. составили 760ТБк (эквивалент 2,1 г трития или 14 мл тритиевой воды) в общей сложности 860 000 м 3 хранимой воды. В этом отчете также указывается на снижение концентрации трития в воде, извлекаемой из зданий и т. Д. Для хранения, что в десять раз снизилось за рассматриваемые пять лет (2011–2016 гг.), С 3,3 МБк / л до 0,3 МБк / л (после корректировки). для 5% годового распада трития).
Согласно отчету группы экспертов, рассматривающей лучший подход к решению этой проблемы, «Теоретически можно выделить тритий, но нет практической технологии разделения в промышленных масштабах. Соответственно, регулируемый выброс в окружающую среду считается лучшим способом обработки воды с низкой концентрацией трития.» [18]
Гелий-3
Тритий продукт распада гелий-3 имеет очень большое сечение (5330 барн) для взаимодействия с тепловые нейтроны, вытесняя протон, поэтому он быстро превращается обратно в тритий в ядерные реакторы. [19]
Космические лучи
Тритий возникает в природе из-за космические лучи взаимодействуя с атмосферными газами. В наиболее важной реакции для естественного производства быстрый нейтрон (который должен иметь энергию больше 4,0МэВ [20] ) взаимодействует с атмосферным азот:
В мире производство трития из природных источников составляет 148петабеккерели в год. Глобальный равновесный запас трития, созданный из природных источников, остается примерно постоянным и составляет 2 590 петабеккерелей. Это связано с фиксированной производительностью и потерями, пропорциональными запасам. [21]
История производства
Согласно отчету 1996 г. Институт энергетики и экологических исследований на Министерство энергетики СШАвсего 225 кг (496 фунтов) трития было произведено в Соединенных Штатах с 1955 по 1996 год. [а] Поскольку он постоянно распадается на гелий-3, его общее количество на момент составления отчета составляло около 75 кг (165 фунтов). [22] [10]
Производство трития возобновлено с облучение стержней, содержащих литий (заменяя обычный стержни управления содержащий бор, кадмий, или же гафний), на реакторах коммерческого Атомная электростанция Уоттс-Бар с 2003 по 2005 год с последующим извлечением трития из стержней на новой установке по извлечению трития на Сайт реки Саванна с ноября 2006 г. [23] [24] Утечка трития из стержней во время работы реактора ограничивает количество, которое может быть использовано в любом реакторе без превышения максимально допустимых уровней трития в теплоносителе. [25]
Характеристики
Тритий специфическая деятельность составляет 9,650 кюри на грамм (3.57 × 10 14 Бк/грамм). [26]
Тритий занимает видное место в исследованиях термоядерная реакция из-за его благоприятной реакции поперечное сечение и большое количество энергии (17,6 МэВ), полученное в результате реакции с дейтерием:
Ядро трития, содержащее один протон и два нейтрона, [14] имеет тот же заряд, что и ядро обычного водорода, и испытывает такую же силу электростатического отталкивания, когда приближается к другому ядру атома. Однако нейтроны в ядре трития увеличивают сильную ядерную силу притяжения, когда подносятся достаточно близко к другому ядру атома. В результате тритий легче сливается с другими легкими атомами, чем обычный водород.
То же самое, хотя и в меньшей степени, касается дейтерия. Вот почему коричневые карлики (так называемый «провал» звезды) не могут использовать обычный водород, но они действительно объединяют небольшую часть ядер дейтерия.
Как и другие изотопы водород, тритий трудно удержать. Резина, пластик и некоторые виды стали в некоторой степени проницаемы. Это вызвало опасения, что если тритий использовался в больших количествах, в частности, для термоядерные реакторы, это может способствовать радиоактивное загрязнение, хотя его короткий период полураспада должен предотвратить значительное долгосрочное накопление в атмосфере.
Риск для здоровья
Загрязнение окружающей среды
Тритий просочился с 48 из 65 ядерных объектов в США. В одном случае протекающая вода содержала 7,5 микрокюри (280 кБк) трития на литр, что в 375 раз превышает лимит EPA для питьевой воды. [32]
Соединенные штаты Комиссия по ядерному регулированию заявляет, что при нормальной эксплуатации в 2003 г. 56 реакторы с водой под давлением высвободило 40600 кюри (1,50 ПБк) трития (максимум: 2080 Ки; минимум: 0,1 Ки; в среднем: 725 Ки) и 24 реакторы с кипящей водой выбросил 665 кюри (24,6 ТБк) (максимум: 174 Ки; минимум: 0 Ки; средний: 27,7 Ки) в жидких сточных водах. [33]
По данным США Агентство по охране окружающей средынедавно было обнаружено, что самосветящиеся знаки выхода, неправильно выброшенные на муниципальные свалки, загрязняют водные пути. [34]
Нормативные ограничения
Правовые пределы содержания трития в питьевая вода варьируются от страны к стране. Некоторые цифры приведены ниже:
| Страна | Предел трития (Бк / л) |
|---|---|
| Австралия | 76 103 |
| Япония | 60 000 |
| Финляндия | 100 |
| Всемирная организация здоровья | 10 000 |
| Швейцария | 10 000 |
| Россия | 7 700 |
| Канада (Онтарио) | 7 000 |
| Соединенные Штаты | 740 |
Американский предел рассчитан для получения дозы 4,0миллибэр (или 40микрозиверты в Единицы СИ) в год. [29] Это примерно 1,3% от естественного радиационного фона (примерно 3000 мкЗв).
Использовать
Автономное освещение
Бета-частицы, испускаемые при радиоактивном распаде небольшого количества трития, вызывают химические вещества, называемые люминофор светиться.
Ядерное оружие
Нейтронный инициатор
Повышение
Перед детонацией в полость вводят несколько граммов газообразного трития-дейтерия »яма»делящегося плутония или урана. На ранних стадиях цепной реакции деления выделяется достаточно тепла и сжатия для начала дейтерий-тритиевого синтеза, затем деление и синтез протекают параллельно, причем деление способствует синтезу, продолжая нагревание и сжатие, а термоядерный синтез способствующие делению с высокоэнергетическими (14,1МэВ) нейтронов. Когда топливо для деления истощается, а также взрывается наружу, оно падает ниже плотности, необходимой для того, чтобы само по себе оставаться критическим, но нейтроны ядерного синтеза заставляют процесс деления прогрессировать быстрее и продолжаться дольше, чем это было бы без ускорения. Повышение выхода происходит в основном за счет увеличения деления. Энергия, выделяемая самим термоядерным синтезом, намного меньше, потому что количество термоядерного топлива намного меньше. Эффекты повышения включают:
Один крот дейтерий-тритиевый газ будет содержать примерно 3,0 грамма трития и 2,0 грамма дейтерия. Для сравнения, 20 молей плутония в ядерной бомбе составляют около 4,5 кг. плутоний-239.
Тритий во вторичных компонентах водородной бомбы
В Испытательная сборка тритиевых систем (TSTA) был объект в Лос-Аламосская национальная лаборатория посвящена разработке и демонстрации технологий, необходимых для термоядерной обработки дейтерия-трития.
Аналитическая химия
Тритий иногда используют как радиоактивная метка. Его преимущество состоит в том, что почти все органические химические вещества содержат водород, что позволяет легко найти место для размещения трития в исследуемой молекуле. Его недостаток состоит в том, что он дает сравнительно слабый сигнал.
Источник электроэнергии
Тритий можно использовать в бетавольтаическое устройство создать атомная батарея чтобы генерировать электричество.
Использование в качестве океанического транзитного индикатора
Северо-атлантический океан
Находясь в стратосфере (период после испытаний), тритий взаимодействовал с молекулами воды и окислялся до них и присутствовал в большей части быстро производимых осадков, что сделало тритий прогностическим инструментом для изучения эволюции и структуры гидрологический цикл а также вентиляция и образование водных масс в северной части Атлантического океана. [37]
Данные о бомбах трития были использованы из программы Transient Tracers in the Ocean (TTO) для количественной оценки скорости пополнения и опрокидывания для глубоководных районов Северной Атлантики. [42]
Бомба-тритий также попадает в глубокий океан вокруг Антарктики. [43] Большая часть содержащейся в бомбе тритиевой воды (HTO) в атмосфере может попасть в океан в результате следующих процессов:
(а) осадки (б) парообмен (в) речной сток
Эти процессы делают HTO отличным индикатором для шкалы времени до нескольких десятилетий. [42]
По данным этих процессов за 1981 г., изоповерхность 1 TU лежит на глубине от 500 до 1000 метров в субтропический регионов, а затем простирается на 1500–2000 метров к югу от Гольфстрим за счет рециркуляции и вентиляции в верхней части Атлантического океана. [37] К северу изоповерхность углубляется и достигает дна холма. бездонная равнина который напрямую связан с вентиляцией дна океана в течение 10–20 лет. [37]
В Атлантическом океане также очевиден профиль трития около Бермуды между концом 1960-х и концом 1980-х гг. Максимум трития распространяется вниз от поверхности (1960-е годы) до 400 метров (1980-е годы), что соответствует скорости углубления примерно 18 метров в год. [37] Также наблюдается увеличение содержания трития на глубине 1500 метров в конце 1970-х и на 2500 метров в середине 1980-х годов, оба из которых соответствуют похолоданиям на глубокой воде и связанной с ними глубоководной вентиляции. [37]
Из исследования 1991 года профиль трития использовался как инструмент для изучения перемешивания и распространения вновь образованных Глубоководье Северной Атлантики (НАДВ), соответствующее тритию, увеличивается до 4 ТЕ. [42] Этот NADW имеет тенденцию проливаться через пороги, разделяющие Норвежское море из северной части Атлантического океана и затем течет на запад и к экватору глубокими пограничными течениями.Этот процесс был объяснен крупномасштабным распределением трития в глубинах Северной Атлантики между 1981 и 1983 годами. [42] Субполярный круговорот обычно освежается (вентилируется) NADW и напрямую связан с высокими значениями трития (> 1,5 TU). Также было очевидно уменьшение трития в глубоком западном пограничном токе в 10 раз по сравнению с Лабрадорское море к Тропики, что указывает на потери во внутреннюю часть океана из-за турбулентного перемешивания и рециркуляции. [42]
Тихий и Индийский океаны
В исследовании 1998 года пробы концентрации трития в морской воде и атмосферном водяном паре (на высоте 10 метров над поверхностью) отбирались в следующих местах: Сулу Море, то Фримантл Бэй, то Бенгальский залив, то Залив Пенанг, а Малаккский пролив. [44] Результаты показали, что концентрация трития в поверхностной морской воде была самой высокой в заливе Фримантл (приблизительно 0,40 Бк / литр), что можно отнести к смешанным стокам пресной воды с близлежащих земель из-за большого количества, обнаруженного в прибрежных водах. [44] Обычно более низкие концентрации обнаруживались между 35 и 45 градусов южной широты широта и около экватор. Результаты также показали, что (в целом) количество трития уменьшилось с годами (до 1997 г.) из-за физического распада бомбового трития в Индийский океан. Что касается водяного пара, то концентрация трития была примерно на порядок выше, чем концентрация в поверхностной морской воде (от 0,46 до 1,15 Бк / л). [44] Следовательно, на тритий в водяном паре не влияет концентрация морской воды на поверхности; таким образом, был сделан вывод, что высокие концентрации трития в паре являются прямым следствием нисходящего движения природного трития из стратосферы в тропосферу (следовательно, океанский воздух зависел от изменения широты). [44]
в Северный Тихий океан, тритий (введенный в виде бомбового трития в Северном полушарии) распространился в трех измерениях. Подповерхностные максимумы наблюдались в средних и низких широтах, что свидетельствует о латеральном перемешивании (адвекции) и распространение процессы по линии постоянного потенциальная плотность (изопикналы) в верхних слоях океана. [45] Некоторые из этих максимумов даже хорошо коррелируют с соленость экстремумы. [45] Чтобы получить структуру океанской циркуляции, концентрации трития были нанесены на карту на трех поверхностях с постоянной плотностью потенциала (23,90, 26,02 и 26,81). [45] Результаты показали, что тритий был хорошо перемешан (от 6 до 7 TU) на изопикнале 26,81 в субарктическом циклоническом круговороте, и, по-видимому, имел место медленный обмен трития (по сравнению с более мелкими изопикналами) между этим круговоротом и антициклоническим круговоротом в сторону юг; кроме того, тритий на поверхностях 23.90 и 26.02, по-видимому, медленнее обменивался между центральным круговоротом северной части Тихого океана и экваториальными областями. [45]
Глубину проникновения бомбового трития можно разделить на 3 отдельных слоя:
Система реки Миссисипи
Последствия ядерных осадков [ non sequitur ] ощущались в Соединенных Штатах на протяжении Система реки Миссисипи. Концентрации трития можно использовать для понимания время пребывания континентальных гидрологических систем (в отличие от обычных океанических гидрологических систем), которые включают поверхностные воды, такие как озера, ручьи и реки. [46] Изучение этих систем также может предоставить обществам и муниципалитетам информацию для сельскохозяйственных целей и общего качества речной воды.
В исследовании 2004 г. при изучении концентраций трития (начиная с 1960-х гг.) В бассейне реки Миссисипи были приняты во внимание несколько рек: Река Огайо (крупнейший вход в сток реки Миссисипи), Река Миссури, и Река Арканзас. [46] Наибольшие концентрации трития были обнаружены в 1963 году во всех местах отбора проб по всем этим рекам и хорошо коррелируют с пиковыми концентрациями в осадках, вызванными испытаниями ядерной бомбы в 1962 году. В целом самые высокие концентрации наблюдались в реке Миссури (1963 год) и превышали 1200 ТЕ, а самые низкие концентрации были обнаружены в реке Арканзас (никогда не превышали 850 ТЕ и менее 10 ТЕ в середине 1980-х годов). [46]
По данным по тритию в реках можно выделить несколько процессов: прямой сток и отток воды из подземных водоемов. [46] Используя эти процессы, становится возможным моделировать реакцию речных бассейнов на переходный индикатор трития. Двумя наиболее распространенными моделями являются следующие:
Поршневой подход сигнал трития появляется сразу; и Подход с использованием хорошо перемешанного коллектора концентрация на выходе зависит от времени пребывания воды в бассейне [46]
Для реки Огайо данные по тритию показали, что около 40% стока составляли осадки со временем пребывания менее 1 года (в бассейне Огайо), а более старые воды имели время пребывания около 10 лет. [46] Таким образом, короткое время пребывания (менее 1 года) соответствовало компоненту «быстрого потока» модели двухчленного смешения. Что касается реки Миссури, результаты показали, что время пребывания составляло приблизительно 4 года с составляющей быстрого потока около 10% (эти результаты связаны с рядом дамб в районе реки Миссури). [46]
