التريتيوم: الهيكل والخصائص والاستخدامات
التريتيوم هو الاسم الذي أطلق على أحد نظائر عنصر الهيدروجين الكيميائي ، الذي يكون رمزه عادةً T أو 3H ، على الرغم من أنه يطلق عليه أيضًا hydrogen-3. يستخدم هذا على نطاق واسع في عدد كبير من التطبيقات ، وخاصة في المجال النووي.
أيضًا ، نشأ هذا النظير لأول مرة في ثلاثينيات القرن الماضي ، بدءًا من القصف بجزيئات عالية الطاقة (تسمى الديوترونات) لنظير آخر من نفس العنصر يسمى الديوتيريوم ، وذلك بفضل العلماء ب. هارتيك ، إم. .
لم ينجح هؤلاء الباحثون في عزل التريتيوم على الرغم من تجاربهم التي أسفرت عن نتائج ملموسة في أيدي كورنوك وألفاريز ، واكتشفوا بدورهم الصفات المشعة لهذه المادة.
على هذا الكوكب ، يكون إنتاج التريتيوم نادرًا للغاية في الطبيعة ، ولا ينشأ إلا بنسب صغيرة للغاية بحيث يتم النظر في الآثار عن طريق التفاعلات الجوية مع الإشعاع الكوني.
هيكل
عندما نتحدث عن بنية التريتيوم ، فإن أول ما نلاحظه هو نواته التي تحتوي على نيوترون وبروتون واحد ، مما يعطيها كتلة ثلاثة أضعاف كتلة الهيدروجين العادي.
هذا النظير له خصائص فيزيائية وكيميائية تميزه عن غيره من الأنواع النظرية من الهيدروجين ، على الرغم من التشابه البنيوي.
بالإضافة إلى أن الوزن الذري أو الكتلة حوالي 3 غرام ، تظهر هذه المادة النشاط الإشعاعي ، الذي تظهر خصائصه الحركية أن عمر النصف يبلغ حوالي 12.3 عامًا.
تقارن الصورة العلوية هياكل النظائر الثلاثة المعروفة للهيدروجين ، والتي تسمى البروتينيوم (أكثر الأنواع وفرة) ، الديوتيريوم والتريتيوم.
الخصائص الهيكلية للتريتيوم تسمح لها بالتعايش مع الهيدروجين والدوتيريوم في الماء الذي يأتي من الطبيعة ، والذي ربما يرجع إنتاجه إلى التفاعل بين الإشعاع الكوني والنيتروجين ذي الأصل الجوي.
بهذا المعنى ، في الماء ذي الأصل الطبيعي ، توجد هذه المادة بنسبة 10-18 فيما يتعلق بالهيدروجين العادي ؛ وهذا هو ، وفرة صغيرة لا يمكن التعرف عليها إلا على أنها آثار.
بعض الحقائق عن التريتيوم
تم البحث عن عدة طرق لإنتاج التريتيوم واستخدامها نظرًا لاهتمامها العلمي الكبير بسبب الخواص المشعة واستخدامها للطاقة.
وهكذا ، تظهر المعادلة التالية رد الفعل العام الذي ينتج به هذا النظير ، من قصف ذرات الديوتيريوم مع الديوتريونات عالية الطاقة:
D + D → T + H
وبالمثل ، يمكن تنفيذه كرد فعل طارد للحرارة أو للحرارة من خلال عملية تسمى تنشيط النيوترون لعناصر معينة (مثل الليثيوم أو البورون) ، واعتمادًا على العنصر الذي تتم معالجته.
بالإضافة إلى هذه الطرق ، نادراً ما يمكن الحصول على التريتيوم من الانشطار النووي ، والذي يتكون من تقسيم نواة ذرة تعتبر ثقيلة (في هذه الحالة ، نظائر اليورانيوم أو البلوتونيوم) للحصول على نوتين أو أكثر من قاصر الحجم ، وإنتاج كميات هائلة من الطاقة.
في هذه الحالة ، يتم الحصول على التريتيوم كمنتج جانبي أو منتج ثانوي ، ولكن ليس الغرض من هذه الآلية.
باستثناء العملية الموضحة سابقًا ، يتم تنفيذ جميع عمليات الإنتاج الخاصة بهذا النوع من النظائر في المفاعلات النووية ، حيث يتم التحكم في ظروف كل تفاعل.
خصائص
- تنتج كمية هائلة من الطاقة عندما تنشأ من الديوتيريوم.
- يقدم خصائص النشاط الإشعاعي ، والتي لا تزال تثير الاهتمام العلمي في أبحاث الاندماج النووي.
- يتم تمثيل هذا النظير في شكله الجزيئي مثل T 2 أو 3H 2 ، الذي يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 6 جم.
- على غرار البروتيوم والدوتيريوم ، فإن هذه المادة تجد صعوبة في أن تكون محصورة.
- عندما يتم دمج هذا النوع مع الأكسجين ، يتم إنتاج أكسيد (يمثل T 2 O) في الطور السائل ويعرف باسم الماء الفائق الثقل.
- إنها قادرة على تجربة الانصهار مع الأنواع الخفيفة الأخرى بسهولة أكبر من تلك التي أظهرها الهيدروجين العادي.
- يمثل خطرا على البيئة إذا تم استخدامه بطريقة هائلة ، وخاصة في تفاعلات عمليات الاندماج.
- يمكن أن يتشكل مع الأكسجين مادة أخرى تُعرف باسم الماء شبه القابل للنفاذية (يمثل HTO) ، وهو أيضًا مشع.
- يعتبر مولد جزيئات الطاقة المنخفضة ، والمعروفة باسم إشعاع بيتا.
- عندما تكون هناك حالات من استهلاك المياه غير الملوث ، فقد لوحظ أن متوسط عمر الجسم في الجسم يتراوح بين 2.4 إلى 18 يومًا ، ويتم إفراغه لاحقًا.
تطبيقات
من بين تطبيقات التريتيوم هي العمليات المتعلقة بالتفاعلات النووية. فيما يلي قائمة بأهم استخداماتها:
- في مجال الإشعاع الإشعاعي ، يستخدم التريتيوم لإنتاج أدوات تسمح بالإضاءة ، خاصة في الليل ، في أجهزة مختلفة للاستخدام التجاري مثل الساعات والسكاكين والأسلحة النارية ، من بين أشياء أخرى ، من خلال التغذية الذاتية.
- في مجال الكيمياء النووية ، تستخدم ردود الفعل من هذا النوع كمصدر للطاقة في تصنيع الأسلحة النووية والنووية الحرارية ، بالإضافة إلى استخدامها مع الديوتيريوم لعمليات الدمج النووي.
- في مجال الكيمياء التحليلية ، يمكن استخدام هذا النظير في عملية وضع العلامات المشعة ، حيث يتم وضع التريتيوم في نوع معين أو جزيء محدد ويمكن تتبعه لإجراء الدراسات التي ترغب في ممارستها.
- في حالة البيئة البيولوجية ، يستخدم التريتيوم كمتتبع من النوع العابر في العمليات المحيطية ، مما يسمح بدراسة تطور المحيطات على الأرض في الحقول الفيزيائية والكيميائية وحتى البيولوجية.
- من بين التطبيقات الأخرى ، تم استخدام هذا النوع لتصنيع بطارية ذات طابع ذري لإنتاج الكهرباء.
