Trítio

Trítio (do grego antigo τρίτος (trítos) 'terceiro') ou hidrogênio-3 (símbolo T ou ³H) é um isótopo raro e radioativo de hidrogênio com meia-vida de cerca de 12 anos. O núcleo do trítio (t, às vezes chamado de tríton) contém um próton e dois nêutrons, enquanto o núcleo do isótopo comum hidrogênio-1 (prótio) contém um próton e zero nêutrons, e o do hidrogênio-2 (deutério) contém um próton e um nêutron.

O trítio que ocorre naturalmente é extremamente raro na Terra. A atmosfera possui apenas vestígios, formados pela interação de seus gases com os raios cósmicos. Pode ser produzido artificialmente por irradiação de lítio metálico ou seixos cerâmicos contendo lítio em um reator nuclear e é um subproduto de baixa abundância nas operações normais de reatores nucleares.

O trítio é usado como fonte de energia em luzes radioluminescentes para relógios, miras de armas, vários instrumentos e ferramentas e até mesmo itens inovadores, como chaveiros autoiluminados. É usado em ambiente médico e científico como traçador radioativo. O trítio também é usado como combustível de fusão nuclear, junto com o deutério mais abundante, em reatores tokamak e em bombas de hidrogênio.

Histórico

O trítio foi detectado pela primeira vez em 1934 por Ernest Rutherford, Mark Oliphant e Paul Harteck após bombardear o deutério com deutérios (um próton e um nêutron, compreendendo um núcleo de deutério). O deutério é outro isótopo do hidrogênio, que ocorre naturalmente com abundância de 0,015%. A experiência deles não conseguiu isolar o trítio, o que foi realizado pela primeira vez em 1939 por Luis Alvarez e Robert Cornog, que também perceberam a radioatividade do trítio. Willard Libby reconheceu em 1954 que o trítio poderia ser usado para datação radiométrica de água e vinho.

Decadência

Embora o trítio tenha vários valores de meia-vida determinados experimentalmente, ligeiramente diferentes, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia lista 4.500 ± 8 dias (12,32 ± 0,02 anos). Isto implica que, por ano, aproximadamente 5,5% de uma determinada amostra de trítio irá decair. Ele decai em hélio-3 por decaimento beta-menos de acordo com esta equação nuclear:

3 1H. H. H.

→

32.

+

E...

+

Processo

e libera 18,6 keV de energia no processo. A energia cinética do elétron varia, com uma média de 5,7 keV, enquanto a energia restante é transportada pelo quase indetectável antineutrino do elétron. As partículas beta do trítio podem penetrar apenas cerca de 6,0 milímetros (0,24 pol.) de ar e são incapazes de passar através da camada morta mais externa da pele humana. Devido à sua baixa energia em comparação com outras partículas beta, a quantidade de bremsstrahlung gerada também é menor. A energia incomumente baixa liberada no decaimento beta do trítio torna o decaimento (junto com o do rênio-187) apropriado para medições absolutas de massa de neutrinos em laboratório (o experimento mais recente é o KATRIN).

Did you mean:

The low energy of tritium 's radiation makes it difficult to detect tritium-labeled compounds except by using liquid scintillation counting.

Produção

Lítio

O trítio é mais frequentemente produzido em reatores nucleares pela ativação de nêutrons do lítio-6. A liberação e difusão de trítio e hélio produzidos pela fissão do lítio podem ocorrer em cerâmicas conhecidas como cerâmicas reprodutoras. A produção de trítio a partir do lítio-6 nessas cerâmicas reprodutoras é possível com nêutrons de qualquer energia, embora a seção transversal seja maior quando os nêutrons incidentes têm energia mais baixa, atingindo mais de 900 celeiros para nêutrons térmicos. Esta é uma reação exotérmica, produzindo 4,8 MeV. Em comparação, a fusão do deutério com o trítio libera cerca de 17,6 MeV de energia. Para aplicações em reatores de energia de fusão propostos, como o ITER, seixos consistindo de cerâmica contendo lítio, incluindo Li₂TiO₃ e Li₄SiO₄, estão sendo desenvolvidos para reprodução de trítio dentro de um leito de seixos resfriado com hélio, também conhecido como manta reprodutora.

63Li

+

n

→

42.

(

2,0 milhões de dólares

)

+

3 1T

(

2.75 MeV

)

Nêutrons de alta energia também podem produzir trítio a partir do lítio-7 em uma reação endotérmica (que consome calor líquido), consumindo 2.466 MeV. Isso foi descoberto quando o teste nuclear Castle Bravo de 1954 produziu um rendimento inesperadamente alto.

73Li

+

n

→

42.

+

3 1T

+

n

Boro

Nêutrons de alta energia irradiando boro-10 também produzirão ocasionalmente trítio:

105B

+

n

→

242.

+

3 1T

Um resultado mais comum da captura de nêutrons de boro-10 é ⁷
Li
</span e uma única partícula alfa.

Especialmente em reatores de água pressurizada que termalizam apenas parcialmente os nêutrons, a interação entre os nêutrons relativamente rápidos e o ácido bórico adicionado como um calço químico produz pequenas, mas não negligenciáveis, quantidades de trítio.

Deutério

O trítio também é produzido em reatores moderados por água pesada sempre que um núcleo de deutério captura um nêutron. Esta reação tem uma seção transversal de absorção bastante pequena, tornando a água pesada um bom moderador de nêutrons, e relativamente pouco trítio é produzido. Mesmo assim, a limpeza do trítio do moderador pode ser desejável após vários anos para reduzir o risco de fuga para o meio ambiente. A "Instalação de Remoção de Trítio' da Ontario Power Generation processa até 2.500 toneladas (2.500 toneladas longas; 2.800 toneladas curtas) de água pesada por ano e separa cerca de 2,5 kg (5,5 lb) de trítio, disponibilizando-o para outros usos. Os reatores CANDU normalmente produzem 130 gramas (4,6 onças) de trítio por ano, que é recuperado na Instalação de Recuperação de Trítio de Darlington (DTRF) anexada à Estação Geradora Nuclear_elétrica de Darlington de 3.512 MW. A produção total na DTRF entre 1989 e 2011 foi de 42,5 quilogramas (94 lb) - com uma atividade de 409 megacuries (15.100 PBq) - o que equivale a uma média de cerca de 2 quilogramas (4,4 lb) por ano.

A seção transversal de absorção do deutério para nêutrons térmicos é de cerca de 0,52 milibarns, enquanto a do oxigênio-16 (¹⁶
₈O
) é de cerca de 0,19 milibares e o do oxigênio-17 (¹⁷
₈ O
) é de cerca de 240 milibares. Enquanto ¹⁶
O é de longe o isótopo de oxigênio mais comum tanto no oxigênio natural quanto na água pesada, dependendo do método usado para o isótopo separação, a água pesada pode ser ligeiramente a notavelmente mais alta em ¹⁷
O e 18O conteúdo. Devido à captura de nêutrons e às reações (n,α) (a última das quais produz 14C, um emissor beta indesejável de longa vida, de 17
O) eles são "consumidores de nêutrons" e são, portanto, indesejáveis em um moderador de um reator de urânio natural que precisa manter a absorção de nêutrons fora do combustível tão baixa quanto possível. Algumas instalações que removem o trítio também removem (ou pelo menos reduzem o conteúdo de) ¹⁷
O e 18
O, que pode - pelo menos em princípio - ser usado para rotulagem de isótopos.

A Índia, que também possui uma grande frota de reatores pressurizados de água pesada (inicialmente tecnologia CANDU, mas desde então indigenizada e posteriormente desenvolvida tecnologia IPHWR), também remove pelo menos parte do trítio produzido no moderador/refrigerante de seus reatores, mas devido a a natureza de dupla utilização do trítio e o programa de bomba nuclear indiano, menos informações sobre este assunto estão disponíveis publicamente do que para o Canadá.

Fissão

O trítio é um produto incomum da fissão nuclear do urânio-235, plutônio-239 e urânio-233, com uma produção de cerca de um átomo por 10.000 fissões. As principais vias de produção de trítio incluem algum tipo de fissão ternária. A libertação ou recuperação de trítio deve ser considerada no funcionamento de reactores nucleares, especialmente no reprocessamento de combustíveis nucleares e no armazenamento de combustível nuclear irradiado. A produção de trítio não é um objetivo, mas sim um efeito colateral. É descarregado na atmosfera em pequenas quantidades por algumas usinas nucleares. A voloxidação é uma etapa adicional opcional no reprocessamento nuclear que remove produtos voláteis da fissão (como todos os isótopos de hidrogênio) antes de um processo aquoso começar. Isto permitiria, em princípio, a recuperação económica do trítio produzido, mas mesmo que o trítio seja apenas eliminado e não utilizado, tem o potencial de reduzir a contaminação por trítio na água utilizada, reduzindo a radioactividade libertada quando a água é descarregada, uma vez que a água tritiada não pode ser removida de "comum" água, exceto por separação de isótopos.

Descarga anual de tritium de instalações nucleares

• v
• )
• e

Localização	Instalações nucleares	Mais perto águas	Líquido (TBq)	Vaporizador (TBq)	Total (TBq)	Total (mg)	ano
Reino Unido	Estação de energia nuclear de Heysham B	Mar da Irlanda	396	2.	398	1.115	2019
Reino Unido	Instalação de reprocessamento de Sellafield	Mar da Irlanda	423	56	479	1342	2019
Roménia	Unidade de Usinagem Nuclear 1	Mar Negro	140	152	292	872	2018
França	La Haia reprocessadora	Inglês Channel	11.400	60	11,460	32,100	2018
Coreia do Sul	Planta de energia nuclear de Wolseong	Mar do Japão	107	80.9	188	671	2020
Taiwan	Planta de energia nuclear de Maanshan	Estreito de Luzon	35	9.4	44	123	2015
China	Fuqing Nuclear Power Plant	Estreito de Taiwan	52	0	52	146	2020
China	Estação de Energia Nuclear Sanmen	China Oriental Mar	20.	0	20.	56	2020
Canadá	Bruce Nuclear Generating Station A, B	Grandes Lagos	756	994	1,750	4,901	2018
Canadá	Estação de Produção Nuclear de Darlington	Grandes Lagos	220 220	210	430	1.204	2018
Canadá	Unidades da estação de geradores nucleares 1-4	Grandes Lagos	140	300	440	1.232	2015
Estados Unidos	Unidades de Usina Diablo Canyon1, 2	Oceano Pacífico	82	2.7	84	235	2019

Dada a atividade específica do trítio de 9.650 curies por grama (357 TBq/g), um TBq equivale a aproximadamente 2,8 miligramas (0,043 gr).

Fukushima Daiichi

Em junho de 2016, a Força-Tarefa para Água Tritiada divulgou um relatório sobre a situação do trítio na água tritiada na usina nuclear de Fukushima Daiichi, como parte da consideração de opções para o descarte final da água de resfriamento contaminada armazenada. Isso identificou que a retenção de trítio no local em março de 2016 era de 760 TBq (equivalente a 2,1 g de trítio ou 14 mL de água tritiada pura) em um total de 860.000 m³ de água armazenada. Este relatório também identificou a redução da concentração de trítio na água extraída dos edifícios, etc. para armazenamento, observando uma diminuição de um fator de dez ao longo dos cinco anos considerados (2011-2016), 3,3 MBq/L para 0,3 MBq/L (após correção para a decadência anual de 5% do trítio).

De acordo com um relatório de um painel de especialistas que considera a melhor abordagem para lidar com esta questão, “O trítio poderia ser separado teoricamente, mas não existe uma tecnologia de separação prática em escala industrial. Conseqüentemente, diz-se que uma liberação ambiental controlada é a melhor maneira de tratar água com baixa concentração de trítio. Após uma campanha de informação pública patrocinada pelo governo japonês, a liberação gradual da água tritiada no mar terá início em 2023. O processo levará “décadas” para ser concluído. completar. A China reagiu com protesto. A AIEA endossou o plano. A água liberada é diluída para reduzir a concentração de trítio para menos de 1.500 Bq/L, muito abaixo do limite recomendado em água potável pela OMS.

Hélio-3

O hélio-3, produto de decaimento do trítio, tem uma seção transversal muito grande (5330 celeiros) para reagir com nêutrons térmicos, expelindo um próton; portanto, é rapidamente convertido novamente em trítio em reatores nucleares.

32. + n → 11H + 3 1T

Raios cósmicos

O trítio ocorre naturalmente devido à interação dos raios cósmicos com os gases atmosféricos. Na reação mais importante para a produção natural, um nêutron rápido (que deve ter energia superior a 4,0 MeV) interage com o nitrogênio atmosférico:

147N

+

n

→

126

+

3 1T

Em todo o mundo, a produção de trítio a partir de fontes naturais é de 148 petabecquerels por ano. O estoque de equilíbrio global de trítio criado por fontes naturais permanece aproximadamente constante em 2.590 petabecquerels. Isso se deve a uma taxa de produção fixa e perdas proporcionais ao estoque.

Histórico de produção

EUA

O trítio para armas nucleares americanas foi produzido em reatores especiais de água pesada em Savannah River Site até seu fechamento em 1988. Com o Tratado de Redução de Armas Estratégicas (START), após o fim da Guerra Fria, os suprimentos existentes eram suficientes para o número novo e menor de armas nucleares durante algum tempo.

De acordo com um relatório de 1996 do Instituto de Pesquisa Energética e Ambiental do Departamento de Energia dos EUA, apenas 225 kg (496 lb) de trítio foram produzidos nos Estados Unidos de 1955 a 1996. Como ele se decompõe continuamente em hélio- 3, a quantidade total restante era de cerca de 75 kg (165 lb) no momento do relatório, e cerca de 16 kg (35 lb) em 2023.

A produção de trítio foi retomada com irradiação de varetas contendo lítio (em substituição às usuais varetas de controle contendo boro, cádmio ou háfnio), nos reatores da Usina Nuclear Comercial Watts Bar de 2003 a 2005, seguida pela extração de trítio de as hastes na nova instalação de extração de trítio em Savannah River Site, começando em novembro de 2006. O vazamento de trítio das hastes durante as operações do reator limita o número que pode ser usado em qualquer reator sem exceder os níveis máximos permitidos de trítio no refrigerante.

Resto do mundo

Propriedades

O trítio tem massa atômica de 3,01604928 u. Trítio diatômico (T₂ ou ³H₂) é um gás em temperatura e pressão padrão. Combinado com o oxigênio, forma um líquido chamado água tritiada (T₂O).

Comparado ao hidrogênio em sua composição natural na Terra, o trítio tem um ponto de fusão mais alto (20,62 K vs. 13,99 K), um ponto de ebulição mais alto (25,04 K vs. 20,27 K), uma temperatura crítica mais alta (40,59 K vs. 32,94 K) e uma pressão crítica mais alta (1,8317 MPa vs. 1,2858 MPa).

Did you mean:

Tritium 's specific activity is 9,650 curies per gram (3.57×10¹⁴ Bq/g).

O trítio figura com destaque nos estudos de fusão nuclear devido à sua seção transversal de reação favorável e à grande quantidade de energia (17,6 MeV) produzida através de sua reação com o deutério:

3 1T

+

21D

→

42.

+

n

Todos os núcleos atômicos contêm prótons como suas únicas partículas eletricamente carregadas. Eles, portanto, se repelem porque cargas semelhantes se repelem. No entanto, se os átomos tiverem temperatura e pressão suficientemente altas (por exemplo, no núcleo do Sol), então seus movimentos aleatórios podem superar essa repulsão elétrica (chamada força de Coulomb) e podem chegar perto o suficiente para a forte energia nuclear. força para entrar em vigor, fundindo-os em átomos mais pesados.

O núcleo de trítio, contendo um próton e dois nêutrons, tem a mesma carga que o núcleo do hidrogênio comum e experimenta a mesma força repulsiva eletrostática quando aproximado de outro núcleo atômico. No entanto, os nêutrons no núcleo de trítio aumentam a força nuclear forte atrativa quando aproximados o suficiente de outro núcleo atômico. Como resultado, o trítio pode fundir-se mais facilmente com outros átomos leves, em comparação com a capacidade do hidrogênio comum de fazê-lo.

O mesmo se aplica, embora em menor grau, ao deutério. É por isso que as anãs marrons (chamadas estrelas “fracassadas”) não podem utilizar hidrogênio comum, mas fundem a pequena minoria de núcleos de deutério.

Como os outros isótopos do hidrogênio, o trítio é difícil de confinar. Borracha, plástico e alguns tipos de aço são um tanto permeáveis. Isto levantou preocupações de que se o trítio fosse utilizado em grandes quantidades, em particular para reactores de fusão, poderia contribuir para a contaminação radioactiva, embora a sua meia-vida curta devesse evitar uma acumulação significativa a longo prazo na atmosfera.

Os altos níveis de testes de armas nucleares atmosféricas que ocorreram antes da promulgação do Tratado de Proibição Parcial de Testes Nucleares provaram ser inesperadamente úteis para os oceanógrafos. Os altos níveis de óxido de trítio introduzidos nas camadas superiores dos oceanos têm sido usados desde então para medir a taxa de mistura das camadas superiores dos oceanos com seus níveis inferiores.

Riscos para a saúde

O trítio é um isótopo do hidrogênio, o que permite que ele se ligue facilmente aos radicais hidroxila, formando água tritiada (HTO) e aos átomos de carbono. Como o trítio é um emissor beta de baixa energia, não é perigoso externamente (suas partículas beta não conseguem penetrar na pele), mas pode representar um risco de radiação se inalado, ingerido através de alimentos ou água, ou absorvido pela pele.

Embora o HTO seja produzido naturalmente por interações de raios cósmicos na estratosfera, ele também é produzido por atividades humanas e pode aumentar as concentrações locais e ser considerado um poluente do ar e da água. As fontes antropogênicas de trítio incluem testes de armas nucleares, usinas nucleares, usinas de reprocessamento de combustível nuclear e produtos de consumo, como relógios e letreiros autoiluminados.

O aumento das concentrações de trítio no ambiente aumenta a exposição a organismos vivos. Organismos de complexidade variada, desde microorganismos até plantas e animais, podem absorver HTO, assim como fariam com H2O. As plantas convertem HTO em trítio organicamente ligado (OBT) e são consumidos por animais. O HTO é retido em humanos por cerca de 12 dias, permanecendo uma pequena porção no corpo. O trítio pode ser transmitido ao longo da cadeia alimentar à medida que um organismo se alimenta de outro, embora o metabolismo do OBT seja menos compreendido do que o do HTO. O trítio pode incorporar-se a moléculas de RNA e DNA dentro dos organismos, o que pode levar a impactos somáticos e genéticos. Estes podem surgir nas gerações subsequentes.

O HTO tem uma meia-vida biológica curta no corpo humano, de 7 a 14 dias, o que reduz os efeitos totais da ingestão de um único incidente e impede a bioacumulação a longo prazo do HTO no meio ambiente. A meia-vida biológica da água tritiada no corpo humano, que é uma medida da renovação da água corporal, varia com a estação. Estudos sobre a meia-vida biológica de trabalhadores de radiação ocupacional para trítio de água livre em uma região costeira de Karnataka, na Índia, mostram que a meia-vida biológica na temporada de inverno é o dobro da temporada de verão. Se houver suspeita ou conhecimento de exposição ao trítio, beber água não contaminada ajudará a repor o trítio do corpo. Aumentar a transpiração, a micção ou a respiração pode ajudar o corpo a expelir a água e, portanto, o trítio nela contido. No entanto, deve-se tomar cuidado para que não ocorra desidratação nem esgotamento dos eletrólitos do corpo, pois as consequências para a saúde dessas coisas (particularmente a curto prazo) podem ser mais graves do que as da exposição ao trítio.

Contaminação ambiental

O trítio vazou de 48 das 65 sítios nucleares nos EUA. Em um caso, o vazamento de água continha 7,5 microcuries (280 kBq) de trítio por litro, o que é 375 vezes o limite atual da EPA para água potável e 28 vezes o limite recomendado pela Organização Mundial da Saúde. Isso equivale a 0,777 nanogramas por litro (5,45×10⁻⁸ gr/imp gal) ou aproximadamente 0,8 partes por trilhão.

A Comissão Reguladora Nuclear dos EUA afirma que, em operação normal em 2003, 56 reatores de água pressurizada liberaram 40.600 curies (1.500.000 GBq) de trítio (máximo: 2.080 Ci (77.000 GBq); mínimo: 0,1 Ci (3,7 GBq); média: 725 Ci (26.800 GBq)) e 24 reatores de água fervente liberaram 665 Ci (24,6 TBq) (máximo: 174 Ci (6.400 GBq); mínimo: 0 Ci; média: 27,7 Ci (1.020 GBq)), em efluentes líquidos. 40.600 Curie de trítio são aproximadamente equivalentes a 4,207 gramas (0,1484 oz)

De acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos EUA, descobriu-se que sinais de saída autoiluminados, descartados inadequadamente em aterros municipais, contaminam cursos de água.

Limites regulatórios

Os limites legais para o trítio na água potável variam muito de país para país. Alguns números são fornecidos abaixo:

Limites de água potável de tritio por país

Pais	Limite de tritio (Bq/L)	Dose equivalente (μSv/ano)
Austrália	76,103	1.000.
Japão	60.000	788.4
Finlândia	30.000	394.2
Organização Mundial da Saúde	10.000	13.
Suíça	10.000	13.
Rússia	7.700	101.18
Canadá (Ontario)	7,000	91,98
Estados Unidos	740	9.72
Noruega	100.	1.3.

O limite americano resulta em uma dose de 4,0 milirems (ou 40 microsieverts em unidades SI) por ano, de acordo com o regulamento 40CFR141 da EPA, e é baseado em padrões de cálculo de dose desatualizados do National Bureau of Standards Handbook 69 por volta de 1963. Quatro milirem por ano é cerca de 1,3% da radiação natural de fundo (aproximadamente 3.000 μSv). Para efeito de comparação, a dose equivalente de banana (BED) é definida em 0,1 μSv, portanto o limite legal nos EUA é definido em 400 BED. Os padrões de cálculo de dose atualizados com base no Relatório 30 da Comissão Internacional de Proteção Radiológica e usados no Regulamento NRC 10CFR20 resultam em uma dose de 0,9 milirem (9 μSv) por ano a 740 Bq/litro (20.000 pCi/litro).

Usar

Ensaios radiométricos biológicos

O trítio tem sido usado para ensaios radiométricos biológicos, em um processo semelhante à datação por radiocarbono. Por exemplo, em um artigo, [3H] acetato de retinila foi rastreado através do corpo de ratos Sprague-Dawley.

Iluminação autoalimentada

As partículas beta emitidas pelo decaimento radioativo de pequenas quantidades de trítio fazem com que substâncias químicas chamadas fósforos brilhem.

Essa radioluminescência é usada em dispositivos de iluminação autoalimentados chamados betalights, que são usados para iluminação noturna de miras de armas de fogo, relógios, sinais de saída, luzes de mapas, bússolas de navegação (como M de uso atual). -1950 bússolas militares dos EUA), facas e uma variedade de outros dispositivos. Em 2000, a demanda comercial por trítio era de 400 gramas (0,88 lb) por ano e o custo era de US$ 30.000 por grama (US$ 850.000/oz) ou mais.

Armas nucleares

O trítio é um componente importante nas armas nucleares; é usado para aumentar a eficiência e o rendimento das bombas de fissão e os estágios de fissão das bombas de hidrogênio em um processo conhecido como "reforço" bem como em iniciadores externos de nêutrons para tais armas.

Iniciador de nêutrons

São dispositivos incorporados em armas nucleares que produzem um pulso de nêutrons quando a bomba é detonada para iniciar a reação de fissão no núcleo fissionável (poço) da bomba, depois de ser comprimido até uma massa crítica por explosivos. Acionado por um interruptor ultrarrápido como um krytron, um pequeno acelerador de partículas conduz íons de trítio e deutério a energias acima dos 15 keV ou mais necessários para a fusão deutério-trítio e os direciona para um alvo metálico onde o trítio e o deutério são adsorvidos como hidretos. Os nêutrons de fusão de alta energia da fusão resultante irradiam em todas as direções. Alguns deles atingem núcleos de plutônio ou urânio no poço do primário, iniciando uma reação nuclear em cadeia. A quantidade de nêutrons produzidos é grande em números absolutos, permitindo que a fossa atinja rapidamente níveis de nêutrons que, de outra forma, precisariam de muito mais gerações de reação em cadeia, embora ainda pequenos em comparação com o número total de núcleos na fossa.

Impulsionando

Antes da detonação, alguns gramas de gás trítio-deutério são injetados no "poço" de plutônio ou urânio físseis. Os estágios iniciais da reação em cadeia de fissão fornecem calor e compressão suficientes para iniciar a fusão deutério-trítio; então, tanto a fissão quanto a fusão prosseguem em paralelo, a fissão auxiliando a fusão continuando o aquecimento e a compressão, e a fusão auxiliando a fissão com nêutrons altamente energéticos (14,1 MeV). À medida que o combustível de fissão se esgota e também explode para fora, cai abaixo da densidade necessária para permanecer crítico por si só, mas os neutrões de fusão fazem com que o processo de fissão progrida mais rapidamente e continue por mais tempo do que seria sem impulso. O aumento do rendimento vem esmagadoramente do aumento da fissão. A energia liberada pela fusão em si é muito menor porque a quantidade de combustível de fusão é muito menor. Os efeitos do reforço incluem:

• aumento do rendimento (para a mesma quantidade de combustível de fissão, em comparação com a detonação sem aumentar)
• a possibilidade de rendimento variável variando a quantidade de combustível de fusão
• permitir que a bomba exigir uma quantidade menor do material fissile muito caro – e também eliminar o risco de predetonação por explosões nucleares próximas
• não tão rigorosos requisitos na configuração de implosão, permitindo que uma quantidade menor e mais leve de alto explosivos para ser usado

O trítio em uma ogiva sofre continuamente decaimento radioativo, tornando-se, portanto, indisponível para fusão. Além disso, o seu produto de decaimento, o hélio-3, absorve nêutrons se exposto aos emitidos pela fissão nuclear. Isto potencialmente compensa ou reverte o efeito pretendido do trítio, que era gerar muitos nêutrons livres, se muito hélio-3 se acumulasse a partir do decaimento do trítio. Portanto, é necessário reabastecer periodicamente o trítio nas bombas potencializadas. A quantidade estimada necessária é de 4 gramas (0,14 onças) por ogiva. Para manter níveis constantes de trítio, cerca de 0,20 gramas (0,0071 onças) por ogiva por ano devem ser fornecidos à bomba.

Um mol de gás deutério-trítio conteria cerca de 3,0 gramas (0,11 onças) de trítio e 2,0 gramas (0,071 onças) de deutério. Em comparação, os 20 moles de plutônio em uma bomba nuclear consistem em cerca de 4,5 quilogramas (9,9 lb) de plutônio-239.

Trítio em secundários de bombas de hidrogênio

Como o trítio sofre decaimento radioativo e também é difícil de confinar fisicamente, a carga secundária muito maior de isótopos pesados de hidrogênio necessária em uma verdadeira bomba de hidrogênio usa deutereto de lítio sólido como fonte de deutério e trítio, produzindo o trítio in situ durante a ignição secundária.

Durante a detonação do estágio primário da bomba de fissão em uma arma termonuclear (estágio Teller-Ulam), a vela de ignição, um cilindro de ²³⁵U/²³⁹Pu no centro do(s) estágio(s) de fusão, começa a fissão em uma reação em cadeia, a partir do excesso de nêutrons canalizados do primário. Os nêutrons liberados pela fissão da vela de ignição dividem o lítio-6 em trítio e hélio-4, enquanto o lítio-7 é dividido em hélio-4, trítio e um nêutron. À medida que essas reações ocorrem, o estágio de fusão é comprimido por fótons do primário e da fissão da jaqueta ²³⁸U ou ²³⁸U/²³⁵U que envolve a fase de fusão. Portanto, o estágio de fusão produz seu próprio trítio à medida que o dispositivo detona. No extremo calor e pressão da explosão, parte do trítio é então forçada a se fundir com o deutério, e essa reação libera ainda mais nêutrons.

Como esse processo de fusão requer uma temperatura extremamente alta para ignição e produz cada vez menos nêutrons energéticos (apenas fissão, fusão deutério-trítio e ⁷
₃Li
divisão são produtores líquidos de nêutrons), o deutereto de lítio não é usado em bombas impulsionadas, mas sim em bombas de hidrogênio de vários estágios.

Fusão nuclear controlada

O trítio é um combustível importante para a fusão nuclear controlada em projetos de reatores de fusão de confinamento magnético e de confinamento inercial. A Instalação Nacional de Ignição (NIF) utiliza combustível deutério-trítio, e o reator de fusão experimental ITER também o fará. A reação deutério-trítio é favorável, pois tem a maior seção transversal de fusão (cerca de 5,0 celeiros) e atinge essa seção transversal máxima na energia mais baixa (cerca de 65 keV centro de massa) de qualquer combustível de fusão potencial.

O Tritium Systems Test Assembly (TSTA) era uma instalação do Laboratório Nacional de Los Alamos dedicada ao desenvolvimento e demonstração de tecnologias necessárias para o processamento de deutério-trítio relevante para fusão.

Química analítica

O trítio às vezes é usado como radiomarcador. Tem a vantagem de que quase todos os produtos químicos orgânicos contêm hidrogénio, tornando mais fácil encontrar um local para colocar trítio na molécula sob investigação. Tem a desvantagem de produzir um sinal comparativamente fraco.

Fonte de energia elétrica

O trítio pode ser usado em um dispositivo betavoltaico para criar uma bateria atômica para gerar eletricidade.

Use como traçador de transientes oceânicos

Além dos clorofluorcarbonos, o trítio pode atuar como um traçador transitório e tem a capacidade de "delinear" os caminhos biológicos, químicos e físicos ao longo dos oceanos do mundo devido à sua distribuição em evolução. O trítio tem sido usado como uma ferramenta para examinar a circulação e ventilação oceânica e, para tais fins, é geralmente medido em unidades de trítio, onde 1 TU é definido como a proporção de 1 átomo de trítio para 10¹⁸ hidrogênio átomos, aproximadamente igual a 0,118 Bq/litro. Conforme observado anteriormente, os testes de armas nucleares, principalmente nas regiões de alta latitude do Hemisfério Norte, ao longo do final da década de 1950 e início da década de 1960, introduziram grandes quantidades de trítio na atmosfera, especialmente na estratosfera. Antes desses testes nucleares, havia apenas cerca de 3 a 4 quilogramas de trítio na superfície da Terra; mas esses valores aumentaram em 2 ou 3 ordens de grandeza durante o período pós-teste. Algumas fontes relataram que os níveis de fundo natural foram excedidos em aproximadamente 1.000 TU em 1963 e 1964 e o isótopo é usado no hemisfério norte para estimar a idade das águas subterrâneas e construir modelos de simulação hidrogeológica. Fontes científicas recentes estimaram que os níveis atmosféricos no auge dos testes de armas se aproximavam de 1.000 TU e os níveis pré-precipitação da água da chuva estavam entre 5 e 10 TU. Em 1963, a Ilha de Valentia, Irlanda, registrou 2.000 TU em precipitação.

Oceano Atlântico Norte

Enquanto estava na estratosfera (período pós-teste), o trítio interagiu e oxidou-se em moléculas de água e esteve presente em grande parte das chuvas produzidas rapidamente, tornando o trítio uma ferramenta de prognóstico para estudar a evolução e estrutura do ciclo hidrológico, bem como bem como a ventilação e formação de massas de água no Oceano Atlântico Norte.

Did you mean:

Bomb-tritium data were used from the Transient Tracers in the Ocean (TO) program in order to quantify the replenishment and overturning rates for deep water located in the North Atlantic.

O trítio-bomba também entra nas profundezas do oceano ao redor da Antártida. A maior parte da água tritiada da bomba (HTO) em toda a atmosfera pode entrar no oceano através dos seguintes processos:

(a) precipitação

(b) troca de vapor

(c) escoamento do rio

Did you mean:

These processes make TO a great tracer for time-scales of up to a few decades.

Usando os dados desses processos para 1981, a isosuperfície de 1 TU fica entre 500 e 1.000 metros de profundidade nas regiões subtropicais e depois se estende até 1.500–2.000 metros ao sul da Corrente do Golfo devido à recirculação e ventilação na porção superior do o Oceano Atlântico. Ao norte, a isosuperfície se aprofunda e atinge o fundo da planície abissal, que está diretamente relacionada à ventilação do fundo do oceano em escalas de tempo de 10 a 20 anos.

Também é evidente no Oceano Atlântico o perfil de trítio perto das Bermudas entre o final da década de 1960 e o final da década de 1980. Há uma propagação descendente do máximo de trítio da superfície (década de 1960) até 400 metros (década de 1980), o que corresponde a uma taxa de aprofundamento de aproximadamente 18 metros por ano. Há também aumentos de trítio a 1.500 metros de profundidade no final da década de 1970 e 2.500 metros em meados da década de 1980, ambos correspondendo a eventos de resfriamento em águas profundas e à ventilação associada em águas profundas.

A partir de um estudo realizado em 1991, o perfil de trítio foi usado como uma ferramenta para estudar a mistura e a propagação das recém-formadas Águas Profundas do Atlântico Norte (NADW), correspondendo a aumentos de trítio para 4 TU. Este NADW tende a transbordar pelas soleiras que dividem o Mar da Noruega do Oceano Atlântico Norte e depois flui para oeste e em direção ao equador em correntes de fronteira profundas. Este processo foi explicado através da distribuição de trítio em grande escala no profundo Atlântico Norte entre 1981 e 1983. O giro subpolar tende a ser refrescado (ventilado) pelo NADW e está diretamente relacionado aos altos valores de trítio (> 1,5 TU). Também foi evidente a diminuição do trítio na corrente profunda da fronteira oeste por um fator de 10 do Mar de Labrador para os Trópicos, o que é indicativo de perda para o interior do oceano devido à mistura turbulenta e à recirculação.

Oceanos Pacífico e Índico

Em um estudo de 1998, as concentrações de trítio na água do mar superficial e no vapor de água atmosférico (10 metros acima da superfície) foram amostradas nos seguintes locais: o Mar de Sulu, a Baía de Fremantle, a Baía de Bengala, a Baía de Penang e a Baía de Penang. Estreito de Malaca. Os resultados indicaram que a concentração de trítio na água do mar superficial era mais alta na Baía de Fremantle (aproximadamente 0,40 Bq/litro), o que poderia ser atribuído à mistura de escoamento de água doce de terras próximas devido às grandes quantidades encontradas nas águas costeiras. Normalmente, concentrações mais baixas foram encontradas entre 35 e 45 graus de latitude sul e perto do equador. Os resultados também indicaram que (em geral) o trítio diminuiu ao longo dos anos (até 1997) devido à decadência física do trítio da bomba no Oceano Índico. Quanto ao vapor de água, a concentração de trítio foi aproximadamente uma ordem de grandeza maior que as concentrações da água do mar na superfície (variando de 0,46 a 1,15 Bq/litro). Portanto, o vapor d'água de trítio não é afetado pela concentração da água do mar na superfície; assim, concluiu-se que as altas concentrações de trítio no vapor eram uma consequência direta do movimento descendente do trítio natural da estratosfera para a troposfera (portanto, o ar do oceano mostrou uma dependência da mudança latitudinal).

No Oceano Pacífico Norte, o trítio (introduzido como trítio-bomba no Hemisfério Norte) espalhou-se em três dimensões. Houve máximos subterrâneos nas regiões de média e baixa latitude, o que é indicativo de mistura lateral (advecção) e processos de difusão ao longo de linhas de densidade potencial constante (isopicnais) na parte superior do oceano. Alguns desses máximos até se correlacionam bem com extremos de salinidade. Para obter a estrutura da circulação oceânica, as concentrações de trítio foram mapeadas em 3 superfícies de densidade potencial constante (23,90, 26,02 e 26,81). Os resultados indicaram que o trítio estava bem misturado (de 6 a 7 TU) no isopicnal 26,81 no giro ciclônico subártico e parecia haver uma troca lenta de trítio (em relação aos isopicnais mais rasos) entre este giro e o giro anticiclônico até o sul; além disso, o trítio nas superfícies 23.90 e 26.02 parecia ser trocado a uma taxa mais lenta entre o giro central do Pacífico Norte e as regiões equatoriais.

A penetração profunda do trítio da bomba pode ser separada em três camadas distintas:

Camada 1

Camada 1 é a camada mais profunda e ventilada no inverno; recebeu o tritium através da queda radioativa e perdeu alguns devido à advecção e/ou difusão vertical e contém aproximadamente 28% da quantidade total de tritium.

Camada 2

Camada 2 está abaixo da primeira camada, mas acima do isopycnal 26.81 e não é mais parte da camada mista. Suas duas fontes são a difusão para baixo da camada mista e as expansões laterais que superam estratos (polares); contém cerca de 58% do tritio total.

Camada 3

Camada 3 é representante de águas que são mais profundas do que o isopycnal do outcrop e só pode receber o tritium através da difusão vertical; contém os restantes 14% do tritium total.

Sistema do Rio Mississippi

A precipitação nuclear dos testes de armas da Guerra Fria instalou-se nos Estados Unidos em todo o sistema do rio Mississippi. As concentrações de trítio podem ser usadas para compreender os tempos de residência dos sistemas hidrológicos continentais (em oposição aos sistemas hidrológicos oceânicos usuais) que incluem águas superficiais como lagos, riachos e rios. O estudo destes sistemas também pode fornecer às sociedades e aos municípios informações sobre fins agrícolas e sobre a qualidade geral da água dos rios.

Em um estudo de 2004, vários rios foram levados em consideração durante o exame das concentrações de trítio (começando na década de 1960) em toda a Bacia do Rio Mississippi: Rio Ohio (maior entrada para o fluxo do Rio Mississippi), Rio Missouri e Rio Arkansas. As maiores concentrações de trítio foram encontradas em 1963 em todos os locais amostrados ao longo desses rios e correlacionam-se bem com os picos de concentração na precipitação devido aos testes da bomba nuclear em 1962. As concentrações gerais mais altas ocorreram no rio Missouri (1963) e foram maiores que 1.200 TU, enquanto as concentrações mais baixas foram encontradas no rio Arkansas (nunca superiores a 850 TU e menos de 10 TU em meados da década de 1980).

Vários processos podem ser identificados usando os dados de trítio dos rios: escoamento direto e saída de água de reservatórios subterrâneos. Utilizando esses processos, torna-se possível modelar a resposta das bacias hidrográficas ao traçador transitório de trítio. Dois dos modelos mais comuns são os seguintes:

Abordagem de fluxo de pistão

sinal de tritium aparece imediatamente; e

Abordagem de reservatório bem misturada

concentração de saída depende do tempo de residência da água da bacia

Infelizmente, ambos os modelos não conseguem reproduzir o trítio nas águas dos rios; assim, foi desenvolvido um modelo de mistura de dois membros que consiste em dois componentes: um componente de fluxo rápido (precipitação recente - "pistão") e um componente onde as águas residem na bacia por mais de 1 ano (& #34;reservatório bem misturado"). Portanto, a concentração de trítio na bacia torna-se uma função dos tempos de residência dentro da bacia, sumidouros (decaimento radioativo) ou fontes de trítio, e da função de entrada.

Para o rio Ohio, os dados de trítio indicaram que cerca de 40% do fluxo era composto por precipitação com tempos de residência inferiores a um ano (na bacia de Ohio) e águas mais antigas consistiam em tempos de residência de cerca de dez anos. Assim, os curtos tempos de residência (menos de um ano) corresponderam ao "fluxo imediato" componente do modelo de mistura de dois membros. Quanto ao Rio Missouri, os resultados indicaram que os tempos de residência foram de aproximadamente quatro anos, com o componente de fluxo imediato em torno de 10% (estes resultados são devidos à série de barragens na área do Rio Missouri).

Quanto ao fluxo de massa de trítio através do tronco principal do rio Mississippi para o Golfo do México, os dados indicaram que aproximadamente 780 gramas de trítio fluiram para fora do rio e para o Golfo entre 1961 e 1997, uma média de 21,7 gramas/ano e 7,7 PBq/ano. Os fluxos atuais através do rio Mississippi são de 1 a 2 gramas por ano, em oposição aos fluxos do período pré-bomba de aproximadamente 0,4 gramas por ano.