Tritium

Rozbalit box

Obsah boxu

Tritium (z řeckého tritos, třetí), systematicky vodík-3, je radioaktivní izotop vodíku. Jeho atomové jádro, nazývané triton, se skládá z jednoho protonu a dvou neutronů, což mu dává hmotnostní číslo 3. Zatímco běžný vodík (protium) nemá žádné neutrony a deuterium (vodík-2) má jeden, tritium je nejtěžším izotopem vodíku. Bývá označováno symbolem ³H nebo T.

Za standardních podmínek je tritium plyn (T₂ nebo ³H₂). Jeho poločas rozpadu je 12,32 let. Během beta minus (β⁻) rozpadu emituje elektron (beta částici) o nízké energii a elektronové antineutrino, přičemž se přeměňuje na stabilní izotop helia-3. Kvůli své radioaktivitě, ale zároveň relativně nízké energii záření, má tritium řadu specializovaných využití, od zdrojů světla v hodinkách a nouzových východech až po klíčovou roli v budoucích fúzních reaktorech.

⚛️ Fyzikální a chemické vlastnosti

Tritium se chemicky chová téměř identicky jako běžný vodík. Nejčastěji se vyskytuje ve formě tritiové vody (HTO nebo T₂O), kde jeden nebo oba atomy vodíku v molekule vody (H₂O) jsou nahrazeny tritiem. Tato voda je bezbarvá a bez zápachu, stejně jako běžná voda.

Klíčovou vlastností tritia je jeho radioaktivita. Vyzařuje pouze slabé beta záření. Toto záření je tak nízkoenergetické (průměrně 5,7 keV, maximálně 18,6 keV), že ho dokáže zastavit pouhých 6 mm vzduchu a není schopné proniknout ani vnější, odumřelou vrstvou lidské kůže. Nebezpečí tedy představuje téměř výhradně při vnitřní kontaminaci – požití, vdechnutí nebo vstřebání kůží, nejčastěji ve formě tritiové vody.

🌍 Výskyt a výroba

Přírodní výskyt

Tritium se na Zemi přirozeně vyskytuje jen v extrémně malých, stopových množstvích. Vzniká v horních vrstvách atmosféry interakcí kosmického záření s atomy dusíku. Tato přirozená produkce je velmi nízká; odhaduje se, že v celé atmosféře je přirozeně přítomno jen několik kilogramů tritia. Jeho koncentrace se výrazně zvýšila v polovině 20. století v důsledku atmosférických testů jaderných zbraní, přičemž vrchol nastal v roce 1963. Od té doby jeho množství v atmosféře díky radioaktivnímu rozpadu postupně klesá.

Umělá výroba

Vzhledem k jeho vzácnosti a poptávce pro různé aplikace se tritium vyrábí uměle. Hlavní metody výroby jsou:

Ozařování lithia v jaderných reaktorech: Toto je nejběžnější metoda. Izotop lithia-6 (⁶Li) je ozářen neutrony v jaderném reaktoru. Jádro lithia-6 pohltí neutron a následně se rozštěpí na jádro helia-4 a triton (jádro tritia).
Jako vedlejší produkt v těžkovodních reaktorech: V reaktorech, které používají těžkou vodu (D₂O) jako moderátor neutronů (např. reaktory typu CANDU), může jádro deuteria zachytit neutron a přeměnit se na tritium. Tímto způsobem vzniká významné množství tritia, které lze z moderátoru extrahovat.
Jako vedlejší produkt při štěpení: Tritium vzniká v malém množství i jako produkt ternárního štěpení uranu-235 nebo plutonia-239 ve všech jaderných reaktorech.

🔥 Využití

Tritium má přes svou vzácnost a radioaktivitu širokou škálu uplatnění.

💡 Radioluminiscence (GTLS)

Nejznámějším komerčním využitím tritia je výroba soběstačných světelných zdrojů, známých jako GTLS (Gaseous Tritium Light Source). Plynné tritium je hermeticky uzavřeno v malých skleněných trubičkách, jejichž vnitřní stěna je potažena fosforeskující látkou (luminofor). Beta částice emitované tritiem neustále bombardují tuto vrstvu, která následně emituje viditelné světlo. Tento proces nevyžaduje žádný externí zdroj energie a svítí po mnoho let, i když jeho jas postupně slábne s poločasem rozpadu tritia.

Běžné aplikace:
- Ciferníky hodinek.
- Mířidla pro střelné zbraně.
- Nouzové osvětlení a únikové značení (např. nápisy EXIT).
- Kompasy a další navigační přístroje.

⚛️ Jaderná fúze

Tritium je klíčovou složkou paliva pro budoucí jaderné fúzní reaktory. Reakce mezi deuteriem a tritiem (D-T fúze) je považována za energeticky nejvýhodnější a technicky nejdostupnější pro první generaci fúzních elektráren. Při této reakci se jádra deuteria a tritia sloučí za vzniku jádra helia, vysokoenergetického neutronu a obrovského množství energie. Projekty jako mezinárodní experimentální reaktor ITER počítají s D-T palivem jako se základem svého provozu. Jednou z největších výzev je omezená dostupnost tritia. Budoucí fúzní elektrárny proto musí být schopny si tritium vyrábět samy. Toho má být dosaženo pomocí tzv. "líhňového pláště" (breeding blanket) obsahujícího lithium, který bude obklopovat reaktor. Neutrony uvolněné při fúzní reakci budou reagovat s lithiem v plášti a produkovat tak nové tritium pro další provoz reaktoru.

☢️ Jaderné zbraně

Tritium se používá v moderních termonukleárních zbraních ke zvýšení jejich účinnosti, v procesu známém jako "boostování" (boosting). Malé množství plynného deuteria a tritia je umístěno uvnitř štěpného jádra zbraně. Po iniciaci štěpné reakce extrémní teplota a tlak spustí fúzní reakci D-T. Tato fúze uvolní velké množství vysokoenergetických neutronů, které následně způsobí mnohem efektivnější a rychlejší rozštěpení zbývajícího štěpného materiálu (plutonium nebo uran), a tím dramaticky zvýší celkovou sílu výbuchu. Protože tritium podléhá rozpadu, musí být v jaderném arzenálu pravidelně doplňováno.

🔬 Vědecký výzkum a další aplikace

Radioaktivní značení (tracer): V biologii a medicíně se tritium používá jako radioaktivní stopovač. Sloučeniny, ve kterých je vodík nahrazen tritiem, umožňují vědcům sledovat metabolické dráhy a další biochemické procesy v organismech.
Hydrologie: Díky známému poločasu rozpadu se tritium používá k datování a sledování pohybu podzemních a povrchových vod.
Betavoltaické články: Tritium může být použito v malých atomových bateriích, které využívají energii beta rozpadu k výrobě elektrického proudu.

⚕️ Zdravotní a environmentální dopady

Tritium je považováno za jeden z nejméně nebezpečných radionuklidů. Jeho beta záření je velmi slabé a nepředstavuje vnější hrozbu. Riziko nastává až při vnitřní kontaminaci, kdy se tritium dostane do těla, nejčastěji jako tritiová voda (HTO).

V těle se tritiová voda chová jako běžná voda, rovnoměrně se distribuuje do všech tělních tekutin a je postupně vylučována močí, potem a dechem. Biologický poločas tritiové vody v těle je přibližně 10 dní. Během této doby může emitované beta záření poškodit buňky a DNA, což mírně zvyšuje riziko vzniku rakoviny. Toto riziko je však při nízkých koncentracích, kterým je veřejnost běžně vystavena, považováno za zanedbatelné ve srovnání s riziky z jiných zdrojů záření, jako je přirozené radiační pozadí.

Kontroverze ohledně tritia se objevují v souvislosti s vypouštěním odpadních vod z jaderných zařízení, jako je například kontaminovaná voda z elektrárny Fukušima. Ačkoli je voda před vypuštěním silně naředěna na koncentrace hluboko pod regulačními limity, kritici poukazují na nedostatek dlouhodobých studií o dopadu na mořské ekosystémy.

🧑‍🔬 Tritium pro laiky

Představte si vodík jako nejjednodušší LEGO kostičku – jeden výstupek (proton) a žádný další dílek. To je běžný vodík. Když k této kostičce přidáte jeden neutrální dílek (neutron), dostanete deuterium, které je trochu těžší, ale stále stabilní. Tritium je jako když k původní kostičce přidáte hned dva neutrální dílky. Tato "třídílná" kostička je už moc těžká a nestabilní.

Tato nestabilita způsobuje, že se tritium chce jednoho dílku zbavit. Jednou za čas (v průměru jednou za 12,3 roku) jeden z jeho neutronů "vyhodí" malou energetickou kuličku (elektron) a sám se promění na proton. Tím se z nestabilního vodíku stane stabilní a neškodné helium.

Té malé energetické kuličky, kterou tritium vystřeluje, se dá chytře využít. Když těmito kuličkami neustále "ostřelujete" speciální barvu, která svítí, získáte světlo, které nepotřebuje baterky. Proto ho najdete v ručičkách drahých hodinek nebo v nouzových nápisech "VÝCHOD", které musí svítit i při výpadku proudu. Zároveň je tato kulička tak slabá, že neprojde ani listem papíru nebo vaší kůží, takže je nebezpečná jen tehdy, pokud byste tritium spolkli nebo vdechli.

Zdroje