tritium

Det finnes tre isotoper av hydrogen: protium, deuterium og tritium. Modellen viser et elektron i bane rundt hydrogenkjernen. Hydrogenkjernen består av ett proton (protium), et proton og et nøytron (deuterium) og et proton og to nøytroner (tritium).

Artikkelstart

Tritium er den tyngste av de tre isotopene som finnes av hydrogen. Tritium har kjemisk symbol \(\ce{^3_1H}\) eller T. Atomkjernen inneholder to nøytroner og ett proton. Tritium har massetall 3 og kjerneladningstall 1.

Faktaboks

Uttale
trˈitium
Etymologi
av tri-

Til forskjell fra de to andre hydrogenisotopene, protium (\(\ce{^1_1H}\)) og deuterium (\(\ce{^2_1H}\)), er tritium radioaktiv og omdannes med en halveringstid T½ = 12,346 år, under utsendelse av energifattige β-partikler (maksimumenergi 18,6 keV, middelenergi 5,7 keV) til heliumisotopen, som vist i følgende reaksjonsligning: \[ \ce{^3_1H { → } ^3_2He + ^0_{-1}e}\]

Den relative atommassen til tritium er 3,0160497, nær 3 ganger atommassen til naturlig hydrogen, som er 1,00797. Smeltepunktet for tritium er −252,53 °C (21,6 kPA, trippelpunkt), og kokepunktet −248,12 °C (tilsvarende for alminnelig hydrogen, H2, er −259,2 °C og −252,8 °C).

Tritium ble første gang fremstilt i 1934 av Ernest Rutherford (1871–1937) og medarbeidere ved å beskyte deuterium med deuteroner: \(\ce{^2_1H + ^2_1H {→} ^1_1H + ^3_1H}\).

Forekomst

I naturlig hydrogen finnes bare spor av tritium. Tritium utgjør mellom 10−15 og 10−16 prosent, noe som betyr at det er omtrent ett atom tritium per 1017 til 1018 vanlige hydrogenatomer. I universet dannes antagelig tritium i den hvitglødende massen rundt Solen (solvind) og dessuten i den øvre delen av atmosfæren ved kjernereaksjoner som skyldes kosmisk stråling. Dette er den viktigste av disse reaksjonene:

\(\ce{^14_7N + ^1_0n {→} ^3_1H + ^12_6C}\)

Denne reaksjonen er den eneste betydelige naturlige kilden for tritium. Av det tritiumet som befinner seg på Jordens overflate, skriver det meste seg fra kjernereaksjoner i forbindelse med utprøving av atomfusjonsvåpen, for eksempel hydrogenbomben.

Det tritiumet som dannes naturlig eller kunstig, forbinder seg med luftens oksygen til T2O («ekstra tungt vann») og føres mot Jordens overflate i regn eller snø. Mesteparten opptas i verdenshavene i form av HTO. Tritiums radioaktivitet og den forholdsvis korte halveringstiden gjør at tritium ikke akkumuleres ubegrenset. Det forekommer derfor bare i små og vekslende mengder i naturen.

Enheten for måling av naturlig forekommende tritium TU (tritium unit) er ett atom tritium per 1018 hydrogenatomer. Målinger av tritiuminnholdet har gitt verdier fra mindre enn én TU i vann fra dype kilder og ekstremt store havdyp til flere hundre TU i prøver av regnvann tatt i tider med stor prøvevirksomhet av fusjonsvåpen. For eksempel økte tritiuminnholdet i atmosfærisk hydrogen fra 3800 TU i 1948–1949 til 490 000 TU i 1959. En undersøkelse fra 1970 viste at den totale tritiummengden på Jordens overflate var ca. 300±80 kg, derav 250±50 kg i verdenshavene, 45±25 kg i innsjøer og annet ferskvann, 3±11 kg i luft (som HTO og HT), og at 550±160 kg var blitt dannet ved kjerneeksplosjoner tidlig i 1970. Små mengder tritium er også blitt påvist i meteoritter og i rester fra satellitter.

Fremstilling

Kunstig fremstilles tritium hovedsakelig i kjernereaktorer ved å beskyte litium i form av litiumaluminiumlegeringer med langsomme nøytroner:

\(\ce{^6_3Li + ^1_0n {→} ^3_1H + ^4_2He}\)

og i syklotroner ved å bombardere beryllium med deuteroner:

\(\ce{^9_4Be + ^2_1H {→} ^3_1H + ^8_4Be}\)

Små mengder tritium dannes også ved en rekke andre kjernereaksjoner, for eksempel i kjernereaktorer hvor tungt vann blir brukt som moderator for nøytroner ved at deuterium fanger inn nøytroner:

\(\ce{^2_1H + ^1_0n {→} ^3_1H}\)

Kjemiske egenskaper

Kjemisk sett forholder tritium seg for det meste som de to andre hydrogenisotopene. På grunn av den forholdsvis store masseforskjellen og tritiums radioaktivitet finnes det imidlertid flere reaksjoner hvor tritium tydelig avviker fra protium og deuterium. Reaksjoner hvor tritium deltar, forløper ofte hurtigere enn tilsvarende reaksjoner med protium eller deuterium. Reaksjonen 2T2 + O2→ 2T2O foregår for eksempel allerede ved 25 °C, altså ved betingelser hvor den tilsvarende reaksjonen med protium eller deuterium ikke kan iakttas. Også i utbytningsreaksjoner hvor tritium skal erstatte protium eller deuterium, kan det forekomme at reaksjonene forløper annerledes enn forventet, det vil si at såkalte isotopeffekter gjør seg gjeldende.

Bruk og betydning

Fordi tritium på grunn av sin radioaktivitet er lett å påvise, blir det mye brukt som radioaktiv indikator (sporisotop eller tracer) for å studere reaksjonsmekanismer hvor hydrogen eller hydrogenforbindelser deltar. Et stort antall tritiummarkerte forbindelser, særlig organiske, er kommersielt tilgjengelige. Tritiums radioaktivitet gjør det til et godt ioniseringsmiddel for gasser, for eksempel i kaldkatoderør. I form av HTO egner tritium seg særlig godt til undersøkelse av regnvannets bevegelse i jorden. Tritium blir videre brukt i fosforer og til aldersbestemmelse av vannholdige stoffer som er utelukket fra å delta i vannets naturlige kretsløp, for eksempel vin oppbevart på fat.

Tritium spiller en viktig rolle i forbindelse med utnyttelse av kjerneenergi fra fusjonsreaksjoner. En av de viktigste reaksjonene for dette formålet er deuterium-tritium-reaksjonen:

\(\ce{^2_1H + ^3_1H {→} ^4_2He + ^1_0n + 17{,}6 MeV}\)

Reaksjonen fører til dannelse av heliumisotopen med nukleontall 4 og et nøytron som kan brukes til fremstilling av et nytt atom tritium. Ved reaksjonen frigjøres meget store energimengder i form av varme, og det er dette som ligger til grunn for tritiums anvendelse i fusjonsvåpen som hydrogenbomben. Reaksjonen er også en av de mest lovende potensielle energikildene for fredelig utnyttelse av kjerneenergi i fusjonsreaktorer. Særlig viktig for denne anvendelsen er det at reaksjonen lar seg starte og opprettholde ved en så relativt lav temperatur som 50 millioner °C.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg