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氚

十二月 05, 2023

提示：此条目的主题不是三原子氫。

氚（chuān）（英語：Tritium；符号：T或3H）。亦稱超重氫，是氫的同位素之一，元素符號為T或3H。它的原子核由一顆質子和兩顆中子所組成，具有放射性，會發生β衰變，放出電子變成氦-3，其半衰期為12.43年。由於氚的β衰變只會放出高速移動的電子，不會穿透人體，因此只有大量吸入氚才會對人體有害。

氚，3H
基本
符號3H
名稱氚、H-3、超重氫
原子序1
中子數2
CAS号15086-10-9  Y
核素数据
豐度10-18[1]
半衰期12.43年
衰变产物3He
原子量3.0160492 u
自旋½
过剩能量14,949.794± 0.001 keV
结合能8,481.821± 0.004 keV
衰變模式
衰变类型衰变能量（MeV）
β衰變0.018590
氢的同位素
完整核素表
氢－3（氚）的原子结构，其中多余的一个中子使氚不稳定

其名稱Tritium源至希臘語：τρίτος，羅馬化：trítos，意為「第三」。

氚是氫唯一的天然放射性同位素，在地球的自然界中，相比一般的氫氣，氚的含量極少。由於氚的半衰期只有12.43年，每過12.43年就要減少一半，所以地球誕生之初存在的氚早已衰變得無影無蹤了。如今自然界中的氚，是當宇宙射線所帶的高能量中子撞擊氘核，氘核與中子結合為氚核而形成，總量只有幾千克，所以工業和實驗用的氚絕大部分都是人工合成的。

氚与氘之用途類同，都是制造氢弹的原料。另外氚還可做為不需電源、有自發光能力，供暗處識別用的氚管。

历史 编辑

1934年，欧内斯特·卢瑟福、马克·奥利芬特和保罗·哈特克（英语：Paul Harteck）在用氘核（由一个质子和中子组成）轰击氘后，首次发现了氚。[2][3]路易斯·阿尔瓦雷茨和罗伯特·科诺格（英语：Robert Cornog）在实验中成功分离了氚，并发现了氚的放射性。[4][5]威拉得·利比发现到氚可用于水和葡萄酒的放射性定年法。[6]

衰变 编辑

氚的半衰期有多个不同的测定值。美国国家标准与技术研究院的数据为4500±8天，即12.32±0.02年。[7]氚通过β衰变变成氦-3：

 

同时释放18.6 keV的能量。电子的动能变化平均为5.7 keV，剩余能量由几乎无法探测的电中微子带走。另外，产生的β粒子只能穿透约6.0毫米的空气，无法穿过人体皮肤的最外层。[8]

生产 编辑

鋰 编辑

氚最常見的生產方式就是透過核子反應，對鋰-6進行中子活化。由鋰裂變可以在陶瓷中產生氚和氦，並發生釋放和擴散，稱為陶瓷滋生器。 在這種陶瓷滋生器中從鋰-6生產氚可以使用任何能量 (高速或低速) 的中子，並且是產生 4.8 MeV 的 放熱 反應。相比之下，氘氚聚變只釋放大約 17.6 MeV 的能量。 對於聚變能反應堆的應用，例如 国际热核聚变实验反应堆，由含鋰陶瓷組成的鵝卵石，包括 Li2TiO3 和 Li4SiO4，正在開發用於在氦冷卵石床（也稱為滋生器圍包）內進行氚繁殖。 [9]

6
3Li
 		 + 
n
  → 4
2He
 (2.05 MeV) + 3
1T
 (2.75 MeV)

高能中子可以從鋰-7，經由吸热反应(淨熱量消耗)產生氚，消耗約2.466 MeV。這項過程在1954年的布拉弗城堡核試驗中，因產生超出預期的高能量而被發現。 [10]

7
3Li
 		 + 
n
  → 4
2He
 + 3
1T
 + 
n

硼 编辑

具有高能中子放射性的硼-10偶爾會製造出氚:[11]

10
5B
 		 + 
n
  → 2 4
2He
 + 3
1T

在硼中子捕獲中更加常見的結果是7
Li
以及一顆Α粒子.[12]

氘 编辑

参见：重水 § 提煉方法

在重水压水堆（英语：Pressurized heavy-water reactor）里，每当氘核俘获中子时，会产生氚。该反应具有相当小的吸收截面，使重水成为良好的中子减速剂，并且产生的氚相对较少。即便如此，几年后从慢化剂中清除氚可能是可取的，以减少其逃逸到环境中的风险。安省电力公司（英语：Ontario Power Generation）的“氚去除设施”每年处理多达2,500公噸（2,500長噸；2,800短噸）的重水，并分离出约2.5公斤（5.5磅）的氚，使其可用于其他用途。[13]

裂變 编辑

氚是铀-235、钚-239、铀-233進行核分裂時罕見的產物，約 10,000 次分裂才會產生一個氚原子 [14][15]

在核反应堆的运行中，尤其是在核燃料后处理和乏核燃料的储存中，需要考虑氚的释放或回收。氚的生产不是目标，而是副作用。它被一些核电站少量排放到大气中。[16]

每年核设施的氚排放量[17]
地点 核设施 最近的水域 液体排放量
(TBq)		 蒸汽排放量
(TBq)		 总和
(TBq)		 年
  英国 希舍姆核电站（英语：Heysham nuclear power station）B 爱尔兰海 396 2.1 398 2019
  英国 塞拉菲尔德（英语：Sellafield）后处理设施 爱尔兰海 423 56 479 2019
  羅馬尼亞 切尔纳沃德核电站一号机 黑海 140 152 292 2018
  法國 拉阿格处理场（英语：La Hague site） 英吉利海峡 11,400 60 11,460 2018
  韩国 月城核电站和其它（英语：Template:Annual discharge of tritium from nuclear facilities in South Korea） 日本海 211 154 365 2020[18]
  中華民國 第三核能發電廠 吕宋海峡 35 9.4 44 2015
  中华人民共和国 福清核电站 台湾海峡 52 0.8 52 2020
  中华人民共和国 三门核电站 东海 20 0.4 20 2020
  加拿大 布鲁斯核电站（英语：Bruce Nuclear Generating Station）A和B 五大湖 756 994 1,750 2018
  加拿大 达灵顿核电站（英语：Darlington Nuclear Generating Station） 五大湖 220 210 430 2018
  加拿大 皮克灵核电站一到四号机 五大湖 140 300 440 2015
  美國 魔鬼谷核电站（英语：Diablo Canyon Power Plant）一和二号机 太平洋 82 2.7 84 2019

福島第一核电站 编辑

主条目：福岛第一核电站事故 § 善后工作及后续

2016年6月，氚水任務小組提交了一份有關处理福島第一核電站含氚的核污染水的報告。 [19]

日本政府和東京電力公司宣佈在2023年8月24日起排放福島核電廠的放射性核废水，為期30年。由於核废水含有氚（每年液體排放量低於22TBq），此行為引發週邊海域的國家嚴重關切。 [20][21]

氦-3 编辑

氚的核分裂產物氦-3有著非常大的熱中子反應截面積 (5330 barns)反應會釋放出一顆質子，因此很快又會轉變回核反應堆裡的氚。[22]

3
2He
 +
n
 → 1
1H
 + 3
1T

宇宙射線 编辑

宇宙射线和大气发生作用，产生天然的氚。在自然产生的氚中，最重要的反应是快中子（能量大于 4.0 MeV[23]）和大气中的氮的反应：

14
7N
 		 + 
n
  → 12
6C
 + 3
1T

在世界范围内，来自天然来源的氚的产量为每年148拍它贝克勒尔。由天然来源产生的氚的全球平衡库存大致保持在2,590拍它贝克勒尔的浓度。这是由于固定的氚生产率和与库存成正比的衰变损失。[24]

生產歷史 编辑

[25]


[26][27] [28]

濃縮 编辑

蒸餾法、化學交換法、觸媒交換/低溫蒸餾法、電解法、熱擴散法。[29]

参见 编辑

参考资料 编辑

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十二月 05, 2023
此條目可参照英語維基百科相應條目来扩充, 2020年9月28日, 若您熟悉来源语言和主题, 请协助参考外语维基百科扩充条目, 请勿直接提交机械翻译, 也不要翻译不可靠, 低品质内容, 依版权协议, 译文需在编辑摘要注明来源, 或于讨论页顶部标记, href, template, translated, page, html, title, template, translated, page, translated, page, 标签, 提示, 此条目的主题不是三原子氫, chuān, 英語, tritium, 符. 此條目可参照英語維基百科相應條目来扩充 2020年9月28日 若您熟悉来源语言和主题 请协助参考外语维基百科扩充条目 请勿直接提交机械翻译 也不要翻译不可靠 低品质内容 依版权协议 译文需在编辑摘要注明来源 或于讨论页顶部标记 a href Template Translated page html title Template Translated page Translated page a 标签 提示 此条目的主题不是三原子氫 氚 chuan 英語 Tritium 符号 T或3H 亦稱超重氫 是氫的同位素之一 元素符號為T或3H 它的原子核由一顆質子和兩顆中子所組成 具有放射性 會發生b衰變 放出電子變成氦 3 其半衰期為12 43年 由於氚的b衰變只會放出高速移動的電子 不會穿透人體 因此只有大量吸入氚才會對人體有害 氚 3H基本符號3H名稱氚 H 3 超重氫原子序1中子數2CAS号15086 10 9 Y核素数据豐度10 18 1 半衰期12 43年衰变产物3He原子量3 0160492 u自旋 过剩能量14 949 794 0 001 keV结合能8 481 821 0 004 keV衰變模式衰变类型衰变能量 MeV b衰變0 018590氢的同位素 完整核素表氢 3 氚 的原子结构 其中多余的一个中子使氚不稳定其名稱Tritium源至希臘語 tritos 羅馬化 tritos 意為 第三 氚是氫唯一的天然放射性同位素 在地球的自然界中 相比一般的氫氣 氚的含量極少 由於氚的半衰期只有12 43年 每過12 43年就要減少一半 所以地球誕生之初存在的氚早已衰變得無影無蹤了 如今自然界中的氚 是當宇宙射線所帶的高能量中子撞擊氘核 氘核與中子結合為氚核而形成 總量只有幾千克 所以工業和實驗用的氚絕大部分都是人工合成的 氚与氘之用途類同 都是制造氢弹的原料 另外氚還可做為不需電源 有自發光能力 供暗處識別用的氚管 目录 1 历史 2 衰变 3 生产 3 1 鋰 3 2 硼 3 3 氘 3 4 裂變 3 4 1 福島第一核电站 3 5 氦 3 3 6 宇宙射線 3 7 生產歷史 4 濃縮 5 参见 6 参考资料历史 编辑1934年 欧内斯特 卢瑟福 马克 奥利芬特和保罗 哈特克 英语 Paul Harteck 在用氘核 由一个质子和中子组成 轰击氘后 首次发现了氚 2 3 路易斯 阿尔瓦雷茨和罗伯特 科诺格 英语 Robert Cornog 在实验中成功分离了氚 并发现了氚的放射性 4 5 威拉得 利比发现到氚可用于水和葡萄酒的放射性定年法 6 衰变 编辑氚的半衰期有多个不同的测定值 美国国家标准与技术研究院的数据为4500 8天 即12 32 0 02年 7 氚通过b衰变变成氦 3 H 1 3 He 2 3 e n e displaystyle ce 3 1 H to 2 3 He e bar nu e nbsp 同时释放18 6 keV的能量 电子的动能变化平均为5 7 keV 剩余能量由几乎无法探测的电中微子带走 另外 产生的b粒子只能穿透约6 0毫米的空气 无法穿过人体皮肤的最外层 8 生产 编辑鋰 编辑 氚最常見的生產方式就是透過核子反應 對鋰 6進行中子活化 由鋰裂變可以在陶瓷中產生氚和氦 並發生釋放和擴散 稱為陶瓷滋生器 在這種陶瓷滋生器中從鋰 6生產氚可以使用任何能量 高速或低速 的中子 並且是產生 4 8 MeV 的 放熱 反應 相比之下 氘氚聚變只釋放大約 17 6 MeV 的能量 對於聚變能反應堆的應用 例如 国际热核聚变实验反应堆 由含鋰陶瓷組成的鵝卵石 包括 Li2TiO3 和 Li4SiO4 正在開發用於在氦冷卵石床 也稱為滋生器圍包 內進行氚繁殖 9 63 Li n 42 He 2 05 MeV 31 T 2 75 MeV 高能中子可以從鋰 7 經由吸热反应 淨熱量消耗 產生氚 消耗約2 466 MeV 這項過程在1954年的布拉弗城堡核試驗中 因產生超出預期的高能量而被發現 10 73 Li n 42 He 31 T n硼 编辑 具有高能中子放射性的硼 10偶爾會製造出氚 11 105 B n 2 42 He 31 T在硼中子捕獲中更加常見的結果是7 Li 以及一顆A粒子 12 氘 编辑 参见 重水 提煉方法 在重水压水堆 英语 Pressurized heavy water reactor 里 每当氘核俘获中子时 会产生氚 该反应具有相当小的吸收截面 使重水成为良好的中子减速剂 并且产生的氚相对较少 即便如此 几年后从慢化剂中清除氚可能是可取的 以减少其逃逸到环境中的风险 安省电力公司 英语 Ontario Power Generation 的 氚去除设施 每年处理多达2 500公噸 2 500長噸 2 800短噸 的重水 并分离出约2 5公斤 5 5磅 的氚 使其可用于其他用途 13 裂變 编辑 氚是铀 235 钚 239 铀 233進行核分裂時罕見的產物 約 10 000 次分裂才會產生一個氚原子 14 15 在核反应堆的运行中 尤其是在核燃料后处理和乏核燃料的储存中 需要考虑氚的释放或回收 氚的生产不是目标 而是副作用 它被一些核电站少量排放到大气中 16 每年核设施的氚排放量 17 地点 核设施 最近的水域 液体排放量 TBq 蒸汽排放量 TBq 总和 TBq 年 nbsp 英国 希舍姆核电站 英语 Heysham nuclear power station B 爱尔兰海 396 2 1 398 2019 nbsp 英国 塞拉菲尔德 英语 Sellafield 后处理设施 爱尔兰海 423 56 479 2019 nbsp 羅馬尼亞 切尔纳沃德核电站一号机 黑海 140 152 292 2018 nbsp 法國 拉阿格处理场 英语 La Hague site 英吉利海峡 11 400 60 11 460 2018 nbsp 韩国 月城核电站和其它 英语 Template Annual discharge of tritium from nuclear facilities in South Korea 日本海 211 154 365 2020 18 nbsp 中華民國 第三核能發電廠 吕宋海峡 35 9 4 44 2015 nbsp 中华人民共和国 福清核电站 台湾海峡 52 0 8 52 2020 nbsp 中华人民共和国 三门核电站 东海 20 0 4 20 2020 nbsp 加拿大 布鲁斯核电站 英语 Bruce Nuclear Generating Station A和B 五大湖 756 994 1 750 2018 nbsp 加拿大 达灵顿核电站 英语 Darlington Nuclear Generating Station 五大湖 220 210 430 2018 nbsp 加拿大 皮克灵核电站一到四号机 五大湖 140 300 440 2015 nbsp 美國 魔鬼谷核电站 英语 Diablo Canyon Power Plant 一和二号机 太平洋 82 2 7 84 2019福島第一核电站 编辑 主条目 福岛第一核电站事故 善后工作及后续 2016年6月 氚水任務小組提交了一份有關处理福島第一核電站含氚的核污染水的報告 19 日本政府和東京電力公司宣佈在2023年8月24日起排放福島核電廠的放射性核废水 為期30年 由於核废水含有氚 每年液體排放量低於22TBq 此行為引發週邊海域的國家嚴重關切 20 21 氦 3 编辑 氚的核分裂產物氦 3有著非常大的熱中子反應截面積 5330 barns 反應會釋放出一顆質子 因此很快又會轉變回核反應堆裡的氚 22 32 He n 11 H 31 T宇宙射線 编辑 宇宙射线和大气发生作用 产生天然的氚 在自然产生的氚中 最重要的反应是快中子 能量大于 4 0 MeV 23 和大气中的氮的反应 147 N n 126 C 31 T在世界范围内 来自天然来源的氚的产量为每年148拍它贝克勒尔 由天然来源产生的氚的全球平衡库存大致保持在2 590拍它贝克勒尔的浓度 这是由于固定的氚生产率和与库存成正比的衰变损失 24 生產歷史 编辑 25 26 27 28 濃縮 编辑蒸餾法 化學交換法 觸媒交換 低溫蒸餾法 電解法 熱擴散法 29 参见 编辑氫 氕 氘 氫的同位素参考资料 编辑 Tritium Encyclopedia Britannica 2021 04 14 原始内容存档于2021 04 12 英语 Oliphant M L Harteck P Rutherford L Transmutation effects observed with heavy hydrogen Nature 1934 133 3359 413 2021 04 16 Bibcode 1934Natur 133 413O doi 10 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