| Nachname | Tritium, Molch |
|---|---|
| Symbol |
3 1H |
| Neutronen | 2 |
| Protonen | 1 |
| Natürliche Präsenz | Spuren |
|---|---|
| Halbes Leben | 12,32 Jahre ± 0,02 Jahre |
| Atommasse | 3.016049200 uma u |
| Rotieren | 1/2 + |
| Überschüssige Energie | 14.949.794 ± 0,001 keV |
| Bindungsenergie | 8.481.821 ± 0,004 keV |
| Elternisotop | Zerfall | Halbes Leben |
|---|---|---|
| 8 Er | β - , Spaltung | 119,00 (15) ms |
| 11 Li | β - , Spaltung | 8,75 (14) ms |
| Zerfall | Produkt | Energie ( MeV ) |
|---|---|---|
| β - | 3 Er | 0,018590 |
Das Tritium ( /tʁi.sjɔm/ ), Symbol 3 H oder T, ist – wie Protium und Deuterium – eines der Isotope des Wasserstoffs . Sein Kern , Triton genannt , hat ein Proton und zwei Neutronen . Es wurde 1934 von Ernest Rutherford in der Kernreaktion D + D → T + H hervorgehoben .
Im Gegensatz zu Protium ( 1 H oder H) und Deuterium ( 2 H oder D) ist dieses Isotop (Nuklid) radioaktiv . Seine spezifische Aktivität oder Massenaktivität beträgt 356,0 T Bq / g (dh 356,0 P Bq / kg oder 3,560 × 10 14 Bq / g ) oder auch 9 621 Curie pro Gramm (dh 9,621 MCi / kg ). Es emittiert Beta-(β-)-Strahlung niedriger Energie; 5,7 keV im Durchschnitt, sowie ein Antineutrino von 12,89 keV Energie , das sich in Helium 3 ( 3 He) umwandelt . Seine Periode oder Halbwertszeit beträgt 12,32 Jahre.
Es ist in seinem natürlichen Zustand relativ selten (etwa 1 Atom Tritium für 10 18 Atome Wasserstoff), wird jedoch von der Nuklearindustrie in die Umwelt emittiert : beim normalen Betrieb von Kernreaktoren und bei der Verarbeitung von Kernreaktoren Elemente. Es entsteht auch bei nuklearen Explosionen . Die ASN ist der Ansicht, dass "die Entwicklung von Projekten für neue Anlagen ( EPR , ITER ) und Änderungen in der Handhabung von Kernbrennstoffen [...] zu einer Zunahme der Tritium-Emissionen aus der Nuklearindustrie führen" .
Ein Tritiumatom hat eine Atommasse von 3.0160492. Tritium existiert als Reinsubstanz in Form von T 2 -Gas unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen .
Je nachdem, ob es Tritium- oder Wasserstoffatome enthält, ist das Wassermolekül mehr oder weniger schwer. Es weist auch subtile Unterschiede auf (verschiedene Dipole, modifizierte Trägheitsmomente, geringfügige Massenunterschiede), die für ein scheinbar ähnliches Molekül möglicherweise geringfügige Verhaltensunterschiede erklären könnten, einschließlich für tritiumhaltiges Wasser während der natürlichen Phasenänderungsprozesse ( Verdampfung , Kondensation , Kristallisation , Diffusion / Sorption usw.). Diese Unterschiede könnten beispielsweise eine geringe Tritiumanreicherung der kondensierten Phase im Vergleich zu Wasserstoff (leichter) erklären.
HTO war und ist das Tracer-Molekül, das sich am wenigsten von reinem Wasser (H 2 O) unterscheidet. HTO wurde beispielsweise verwendet, um den Wert der Wasserdurchlässigkeit verschiedener Arten von biologischen Membranen (Haut, Darm, Schleimhäute…) zu berechnen. bei verschiedenen Arten).
Wie Wasserstoff ist gasförmiges Tritium bei Raumtemperatur schwer zu lagern. Viele scheinbar undurchlässige Materialien, einschließlich der meisten Stähle , sind für Tritium porös .
Durch Oxidation in Gegenwart von Sauerstoff entsteht auch in trockener Umgebung tritiiertes Wasser (HTO oder T 2 O), wenn eine Wärmequelle oder ein Funke vorhanden ist.
Die Halbwertszeit von Tritium beträgt 12,32 Jahre.
Es wird durch einen β-Zerfall in Helium 3 umgewandelt - nach der Kernreaktion :
3Das emittierte Elektron trägt im Durchschnitt eine kinetische Energie von 5,7 keV , der Rest wird von einem elektronischen Antineutrino (praktisch nicht nachweisbar) abtransportiert . Die besonders niedrige Energie des Elektrons erschwert den Nachweis von Tritium außer durch Szintigraphie .
Die niederenergetische β-Radioaktivität führt dazu, dass die emittierten Elektronen in Wasser und in biologischem Gewebe schnell arretiert werden, nachdem sie nur maximal 6 µm (und im Durchschnitt etwa 0,56 µm) zurückgelegt haben. Externe Strahlung wird daher durch die einfache „tote“ Oberfläche der menschlichen Haut schnell gestoppt .
Im Gegensatz zu ihrer Strahlung werden die meisten tritiumhaltigen Moleküle wie z. B. tritiumhaltiges Wasser jedoch leicht durch die Haut, Membranen oder das biologische Gewebe aller Lebewesen absorbiert . Seine Radioaktivität macht es daher nur dann potentiell gefährlich, wenn es eingeatmet oder aufgenommen wird und a priori nur in den lebenden Zellen, in die es eingedrungen ist.
Das natürliche Tritium wird aufgrund der Wechselwirkung der kosmischen Strahlung mit den verschiedenen Bestandteilen der Atmosphäre als "kosmogen" bezeichnet . Die dominierende Kernreaktion ist die Wechselwirkung zwischen einem schnellen Neutron (über 4 MeV) und einem Stickstoffatom durch Reaktion (n, T):
14Auf diese Weise würden jährlich etwa 70.000 TBq oder (0,2 kg ) Tritium produziert (Durchschnitt, der zyklisch mit der Sonnenaktivität schwanken kann ; wenn es intensiv ist, schwächt der von ihm erzeugte Sonnenwind die kosmische Strahlung, die auf die Erde trifft). Der Gesamtbestand an natürlichem terrestrischem Tritium würde ungefähr 1.300 PBq oder 3,5 kg betragen , und die jährliche Radioaktivitätsdosis, die ein Mensch mit natürlichem Tritium absorbiert, beträgt ungefähr 0,01 μSv .
Etwa 2/3 des natürlichen Tritiums würden in der Stratosphäre und der Rest in der Hydrosphäre und Lithosphäre produziert . Darüber hinaus stammt ein Teil des Tritiums aus der außerirdischen Umgebung (von der Sonne oder anderen Sternen emittiert und durch kosmische Strahlung oder Sonnenwinde zur Erde geschoben ). Umgekehrt verliert die Erdatmosphäre gleichzeitig mit Wasserstoff ein wenig Tritium, das von Sonnenwinden an der Peripherie der oberen Atmosphäre zerrissen wird. Das meiste davon tritt während einer Sonneneruption auf (ungefähr "0,1 Tritiumatom / cm 2 / s auf der Erdoberfläche während der Dauer des Sonnenzyklus ." )
Von künstlichem Tritium durch die Menschen produziert wird, jedoch in größeren Mengen seit den 1940er Jahren durch nukleare Explosionen, oder weil das Lithium an einen Fluss ausgesetzt Neutronen . Dies ist im Reaktor eines Kernkraftwerks der Fall . Das leichte Isotop ( 6 Li), das in natürlichem Lithium zu 7,5 % vorhanden ist, fängt Neutronen ein und ergibt Helium- und Tritiumkerne gemäß der Reaktion:
6Lithium-7, das hochenergetischen Neutronen ausgesetzt ist, kann auch eine endotherme (n, alpha) Reaktion eingehen (Reaktion, die während des Castle-Bravo- Tests entdeckt wurde ; deren Explosion war aufgrund des überschüssigen Tritiums, das in Hier entlang).
7In einem Druckwasserreaktor wird Borsäure als verbrauchbares "Gift" verwendet. Das Bor-10 kann manchmal gelegentlich einer ternären Spaltung (n, T, 2α) unterliegen, die zu zwei Heliumatomen und einem Tritium führt :
10Das schwere Wasser des Reaktors erzeugt Tritium durch Neutroneneinfang durch ein Deuteriumatom . Diese Reaktion hat nur einen sehr kleinen Wirkungsquerschnitt (weshalb schweres Wasser ein guter Moderator ist) und produziert wenig Tritium. Die gleiche Reaktion tritt bei dem geringen Anteil an Deuterium (0,015 %) in Reaktoren auf, in denen Wasser als Kühlmittel verwendet wird.
1In einer nuklearen Umgebung wird das durch den Zerfall von Tritium erzeugte Helium 3 selbst durch Neutroneneinfang zu Tritium reaktiviert, was durch seinen großen Einfangabschnitt erleichtert wird:
1Tritium wird auch erzeugt in Kernreaktoren als Spaltprodukt für etwa 3 g pro Jahr und pro Reaktor. Bei der Spaltung erzeugtes Tritium wird normalerweise nicht auf Reaktorebene freigesetzt, da es meist im Brennstoff verbleibt, um in der Spaltproduktlösung der Wiederaufarbeitungsanlage zu sein. Trotz allem setzt ein 900 MWe Reaktor rund 10 TBq/Jahr (also 0,03 g/Jahr ) frei.
DemonstrationAlle Kraftwerke produzieren Tritium, das als Rückstand aus dem Reaktorbetrieb anfällt. In Frankreich „wird es vor Ort in dafür vorgesehenen Tanks gelagert, bevor es gemäß den Einleitgenehmigungen nach Kontrolle freigegeben wird“ . Für jede Anlage werden auftragsbezogen Ableitungsgrenzwerte festgelegt (zB: 80 Bq / L dürfen bei Ableitungen aus dem Kernkraftwerk Chooz B im Jahr 2005 nicht überschritten werden).
Die wichtigste zivile Tritiumquelle der Welt sind moderierte Schwerwasserreaktoren wie CANDU oder PHWR Siemens Design Argentine, in denen Tritium eine Produktaktivierung ist . In einigen Reaktoren wird Tritium periodisch aus dem Moderator entfernt und kann für die industrielle Verwendung zur Verfügung stehen.
Tritium wird in der Tritium Removal Facility (TRF) in zwei Stufen aus Schwerwasser extrahiert: katalytische Dampfphasenextraktion, dann kryogene Destillation. Die TRF produziert jährlich 2,5 kg Tritium.
Von 1962 bis 1976 wurde ein französisches Labor im Zentrum von CEA Saclay für die Produktion großer Mengen Tritium ausgestattet. Zwei französische Forschungsreaktoren namens Célestin I und II, die 1967 und 1968 in Marcoule in Betrieb gingen, waren insbesondere für die Herstellung von Tritium bestimmt. 1967 nahm die Werkstatt zur Gewinnung von Tritium aus Targets, ebenfalls in Marcoule , ihren Betrieb auf.
Tritium für militärische Zwecke wird in Bestrahlungsreaktoren durch Bestrahlung von Lithium hergestellt. Dies ist die Methode, die der andere große Lieferant von zivilem Tritium, Reviss Services, gewählt hat und für den weiteren Betrieb von ITER vorgesehen ist .
Dies ist die Quelle, die für den Start von ITER vorgesehen ist : Die Kernfusion zur Energieerzeugung soll in Kürze Lithium in einer Randzone namens Abdeckung verwenden , die den Reaktorkern umhüllt, um ein Maximum der durch Fusionsreaktionen erzeugten Neutronen abzufangen. Das so erzeugte Tritium würde dazu dienen, das durch die Reaktion verbrauchte Tritium zu regenerieren, wodurch der Kreislauf des Fusionsweges geschlossen werden könnte.
Tritium ist aufgrund des großen Wirkungsquerschnitts und der bei der Reaktion mit Deuterium freigesetzten Energie ein Schlüsselelement bei der Kernfusion :
3Alle Kerne aus Neutronen und Protonen sind positiv geladen und stoßen sich aufgrund der resultierenden elektrostatischen Kraft gegenseitig ab . Wenn Temperatur und Druck jedoch hoch genug sind, können sie sich so nahe kommen, dass die starke Wechselwirkung übernimmt und eine Verschmelzung zu einem größeren Kern bewirkt.
Der Kern von Tritium, bestehend aus einem Proton und zwei Neutronen, hat eine elektrische Ladung, die mit der des Kerns eines Wasserstoffatoms identisch ist, und unterliegt daher der gleichen elektrostatischen Abstoßung. Neutronen verstärken jedoch die Wirkung der starken Wechselwirkung und ermöglichen eine leichtere Fusion als zwischen Wasserstoffatomen.
Die hauptsächliche Verwendung des weltweit produzierten Tritiums besteht darin, "die Effizienz von thermonuklearen und Fusionswaffen zu erhöhen und die Effizienz des Einsatzes von nuklearen Sprengstoffen zu erhöhen" .
Die Atombomben zur Kernfusion sind Tritium-Tritium-Effekt oder Tritium- Deuterium . Die Reaktion wird durch extreme Temperaturen und Drücke einer explosiven Reaktion der Kernspaltung von Uran-235 oder Plutonium-239 ausgelöst . Die bei der Fusion von Tritium freigesetzten Neutronen fördern wiederum die Spaltung von Resturan oder Plutonium.
Keine offizielle Veröffentlichung sagt dies, aber es wird geschätzt, dass nukleare Sprengköpfe etwa 4 g Tritium enthalten und eine Neutronenbombe 10 bis 30 Gramm enthält.
Tritium ist ein Kernmaterial, dessen Besitz in Frankreich geregelt ist (Artikel R1333-1 des Verteidigungsgesetzes ). Auf internationaler Ebene gehört es jedoch nicht zu den „ spaltbaren Produkten “ des NVV und unterliegt nicht den Kontrollen der IAEO .
Eine sehr geringe Menge Tritium wird auch bei Modellen von Kleinwaffenvisieren verwendet, um dem Benutzer zu ermöglichen, seine Waffe herauszunehmen und bei Nachtbedingungen sofort zu zielen. Diese Modifikationen sind jedoch in mehreren Ländern, darunter seit 2002 in Frankreich, verboten. Andere verwenden eher photolumineszierende Einsätze, die Licht (von der Sonne oder von einer anderen Quelle wie einer Taschenlampe) akkumulieren und es dann wiederherstellen oder sich selbst Farbpunkte auf ihr Visier malen mit phosphoreszierender Farbe.
Nicht-nukleare Verwendungen enthalten nur Spuren von Tritium und betreffen nur einen sehr kleinen Bruchteil der produzierten Mengen.
Tritiiertes gasförmige Verbindungen wurden seit den 1950er Jahren für ihre Fähigkeit verwendet , um phosphoreszierende Materialien in der Dunkelheit, mit viel weniger Risiko (ISO 3157: 1991 - Norm) zum Glühen zu bringen als mit Radium (jetzt verboten für die Lumineszenz von Uhren und . Weckern) aufgrund seine Gefährlichkeit für Arbeiter, selbst bei niedrigen Dosen).
Transparente gasgefüllte Röhren beleuchten Punkte (Uhren, Chronometer, Zielsysteme für Jagd-, Kriegs- oder Sportschießwaffen) oder Beleuchtungseinrichtungen für Tafeln, selbstleuchtende Elemente in Flugzeugen, Landebahnen, Leuchtzifferblätter, Messgeräte usw. oder Sicherheitsbeschilderung (vom Typ „Notausgang“ (bis zu zwanzig Curies , dh 750 GBq ), die keine Batterien oder einen Stromkreis mehr benötigen .
Obwohl es in einigen Ländern verboten oder reguliert ist (z. B. in den Vereinigten Staaten mit Genehmigung durch die US-EPA), werden gasförmige Tritiumkapseln in bestimmten Uhren oder Geräten verwendet (sogenannte „ T-Luminisierung “ oder „ Traser “). , die Gegenstand des illegalen Handels sind.
Die meisten dieser Gegenstände können im Brandfall ihr Tritium verlieren , aber die tatsächlich inhalierbaren Mengen (in der Größenordnung von einigen kBq) stellen im Allgemeinen keine Gefahr für die öffentliche Gesundheit dar (obwohl es akzeptiert wird, dass es eingenommen wird) in Form von tritiiertem Wasser , dessen Dosisfaktor 1,8 × 10 −11 Sv / Bq beträgt ; ein Kilobecquerel Tritium in dieser Form inhaliert entspricht einer Dosis von 0,018 µSv, viel niedriger als die bekannte Wirkungsmessung measure von niedrigeren Dosen von Bestrahlung ).
In Frankreich unterliegt diese Praxis der Verkaufsgenehmigung nach dem Gesetz über die öffentliche Gesundheit ; Dekret 2002-450 von4. April 2002sieht daher vor, dass „jede absichtliche Zugabe von künstlichen und natürlichen Radionukliden, auch wenn sie durch Aktivierung gewonnen werden, in Konsumgütern und Bauprodukten verboten ist. […] Ein- und Ausfuhr sind auch, falls erforderlich, im Rahmen jeglicher Zollregelungen sowie die Unterbringung in Lagern und vorübergehenden Lagerbereichen solcher Waren und Produkte, die dieser Ergänzung unterzogen wurden, verboten ” .
Tritium, das wahrscheinlich von Objekten dieser Art stammt, wird im Sickerwasser bestimmter kommunaler Deponien gefunden und ist daher wahrscheinlich im Rauch oder in der Asche von Verbrennungsanlagen vorhanden. Mutch und Mahony (2008) mit beispielsweise durchschnittlich 1.251 Bq / L und bis zu 7.104 Bq / L emittiert durch tritiiertes Wasser, das im Sickerwasser von zwei untersuchten Deponien in den Bundesstaaten New York und New Jersey gefunden wurde. In Kalifornien werden durchschnittliche Raten von 3.663 Bq/L und bis zu 11.248 Bq/L in solchem Sickerwasser gefunden (vergleichbar mit der Trinkbarkeitsgrenze von etwa 10 kBq/l , siehe tritiumhaltiges Wasser ). Dieses Tritium kann auch über Deponiegaskondensate wieder in die Luft diffundiert werden, wo beispielsweise Tritium in einer Dosis von 2.013 Bq/L in Großbritannien und 18.981 Bq/L in Kalifornien gefunden wurde.
Tritiumgas wird auch für die folgenden Anwendungen verwendet:
Tritium kann auch zur Datierung von Gewässern verwendet werden .
Seit dem Ende der Atomtests in der Atmosphäre wird künstliches Tritium hauptsächlich von nuklearen Anlagen in die Luft und ins Wasser abgegeben. Es ist neben Kohlenstoff 14 eines der beiden Radionuklide , die von Kernkraftwerken im Normalbetrieb am meisten in die Umwelt emittiert werden, insbesondere von kanadischen CANDU- Reaktoren , was die kanadische Atomaufsichtsbehörde und die Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC) dazu veranlasste, die Kinetik von Tritium in der Umwelt, insbesondere in der Luft.
Art und Ausmaß der Auswirkungen werden weiterhin untersucht. Eine Zusammenfassung des verfügbaren Wissens wurde 2010 von der französischen Nuklearsicherheitsbehörde veröffentlicht. Insbesondere ist festzuhalten, dass:
Erst in den 2000er Jahren wurde Tritium besser dosiert. Die Analysetechniken sind wie folgt:
Tritiumkonzentrationen werden seit den 1950er Jahren in Luft und Regen gemessen, seit den 2000er Jahren wissen wir, wie man sie besser messen kann, aber seine Kinetik und die Auswirkungen dieses Tritiums auf das Nahrungsnetz werden noch diskutiert und wenig verstanden (insbesondere wegen seiner organische Formen ).
Uns interessierten Flechten , die als gute Biointegratoren und Bioindikatoren für bestimmte Umweltbelastungen gelten, besonders resistent gegen Radioaktivität, die Symbiontenalgen der Flechte, die Tritium und Kohlenstoff 14 durch Photosynthese fixieren und dann in Studien einbeziehen, organische Verbindungen, in Algen und Pilz-Partner. Die baumbewohnende Flechte ermöglicht die Überwachung von meteoritischem Wasser ( Regen , Dampf, Tau usw.) ohne Kontamination durch Bodentritium oder durch Tritium im Bodenwasser. Die Analyse alter Flechten oder Flechten, die um zivile oder militärische Stätten übertragen wurden, ermöglicht es, den Fallout dieser Installationen auf manchmal spektakuläre Weise zu kartieren. Die Analyse von Jahrringen kann auch verwendet werden, um die jährlichen Schwankungen der Absorption durch Bäume abzuschätzen.
In Frankreich In den Jahren 2000-2010 wurden jedes Jahr mehr als 20.000 Messungen von Tritium im Wasser und in der Luft um die Kraftwerke herum durchgeführt und wir beginnen zu versuchen, seine Auswirkungen um die Kraftwerke herum zu bewerten. Das17. Oktober 2012registrierte die ACRO 110 Bq / L Tritium auf See in der Bucht von calgrain , in der Nähe des AREVA - Werkes in La Hague , gegenüber normalerweise weniger als 27 Bq / L an diesem Standort (und nie mehr als 33,3 Bq / L in zehn Jahren Messung bei Goury (1998-2007) nach IRSN ) für einen natürlichen Hintergrund von ca. 0,1 Bq/L. Die vom Betreiber an das National Measurement Network übermittelten Daten lassen für dieses Datum keine Auffälligkeiten erkennen. Der Acro stellt zum Vergleich fest, dass es viel mehr ist als für das Tritium, das inMärz 2013 vor dem beschädigten Atomkraftwerk Fukushima. Vorfälle werden manchmal außerhalb von Kraftwerken (Unternehmen, die radioaktive Abfälle bewirtschaften, verbrennen oder inertisieren) oder in Kraftwerken gemeldet. Zum Beispiel erklärte das Kernkraftwerk Gravelines , die4. März 2013, Überschreitung der Bewilligung für die Freisetzung von Tritium : die Freisetzung überstieg 720 Bq / L , oder 14 Mal mehr als der erwartete Wert (weniger als 50 Bq / L). Ursache scheint eine „Überleitung ungeeigneter Abwässer aus der Anlage in den Abwasserkreislauf“ gewesen zu sein .In Frankreich schützt und kontrolliert seit 1980 ein Gesetz 6 Nuklearmaterialien, die zur Herstellung von Nuklearwaffen verwendet werden können: Plutonium, Uran, Thorium, Deuterium, Tritium und Lithium 6.
Und seit 2006 wird den Behörden, die für Tritiumabfälle verantwortlich sind, ein Gesetz auferlegt "die Entwicklung für 2008 von Lagerlösungen für tritiumhaltige Abfälle, die die Reduzierung ihrer Radioaktivität vor der Lagerung an der Oberfläche oder in geringer Tiefe ermöglichen".
Es gibt verschiedene Mittel zur sehr relativen Dekontamination (dies ist ein echtes Problem für das kontaminierte Wasser von Fukushima ), die von der Laserdesorption von auf kontaminierten Oberflächen adsorbiertem Tritium bis hin zur Verwendung eines Molekularsiebs (für Wasser, Luft oder andere kontaminierte Gase) reichen . Dies führt in beiden Fällen zu einem "Memory-Effekt" des Tritiums in den Filtern und damit zu einer Rekontamination (z. B. reichert sich Tritium in den Molekularsieben an, indem es die sie bildenden Zeolithe durchdringt , von denen ein Teil freigesetzt werden kann Verwendung des Filters). Diese Art von Filter endet als tritiumhaltiger Abfall.
Angesichts der jüngsten Daten und im Einklang mit dem Vorsorgeprinzip hat ASN das IRSN, die Nationale Agentur für Gesundheitssicherheit , CEA und die Internationale Strahlenschutzkommission gebeten, die Auswirkungen von Tritium auf die Umwelt, den Embryo und die Fötus.
ASN fordert die betroffenen Akteure nachdrücklich auf, die Methoden zur Dosisbewertung nach den physikalisch-chemischen Tritiumspezies und nach dem Kontaminationsweg (Inhalation, Einnahme, perkutane Passage usw.) und nicht mehr nur nach der Expositionsdauer zu harmonisieren.
ASN hat Untersuchungen zu möglichen krebserzeugenden oder erblichen Wirkungen beantragt ( epidemiologische Studien bei Arbeitnehmern usw.).
ASN muss für diesen Plan einen Begleitausschuss bilden . Die Agentur fordert auch die Betreiber kerntechnischer Anlagen (Areva, EDF) auf, ihre Freisetzungen von Tritium besser zu kontrollieren und eine technologische Überwachung in Bezug auf die „Abnutzung“ der Freisetzungen einzurichten.
