Izotopy wokół nas - superciężki wodór (tryt)

Tryt jest jedynym promieniotwórczym izotopem wodoru, najlżejszym ze wszystkich radionuklidów i najcięższym z izotopów wodoru. W jego jądrze znajduje się jeden proton i dwa neutrony. Dla przypomnienia, "zwykły" wodór (znany też jako prot lub lekki wodór) ma w jądrze jeden proton, zaś jego cięższy, ale również nieradioaktywny izotop deuter - proton i neutron. Izotopy wodoru możemy zapisywać za pomocą typowej notacji, podającej liczbę masową w indeksie górnym przed symbolem pierwiastka, jak na poniższej grafice.

https://mlodytechnik.pl/eksperymenty-i-zadania-szkolne/chemia/28544-z-atomem-przez-wieki-czesc-3

Często jednak, zwłaszcza w zapisie związków chemicznych, używa się osobnych symboli dla deuteru (D) i trytu (T).  Jest to jedyny pierwiastek mający osobne nazwy i symbole dla swoich izotopów. Do tej kwestii jeszcze wrócę.

Tryt powstaje w znikomych ilościach w atmosferze na skutek działania promieniowania kosmicznego. Największe znaczenie ma reakcja, w której prędki neutron (>4 MeV) bombarduje jądro azotu-14. W efekcie powstaje węgiel-12 i tryt. Rocznie w atmosferze Ziemi powstaje  148 PBq trytu, przy czym stała podaż tego izotopu to 2590 PBq. Równowaga utrzymywana jest zarówno przez rozpad promieniotwórczy, jak i ulatywanie trytu w przestrzeń kosmiczną. Według norweskich badań z 1951 r. [LINK] ustalono, że w ciągu każdej sekundy na każdym centymetrze kwadratowym powierzchni Ziemi powstaje 0,14 atomu trytu. Stosunek zawartości trytu do wodoru lekkiego, rzędu 1:10^18, stanowi tzw. jednostkę trytową (TU). Według cytowanych wyżej badań, zawartość trytu w wodach Norwegii wahała się od 0,5 do 64 TU. 

Inną reakcją wytwarzającą tryt jest bombardowanie jąder żelaza wysokoenergetycznymi protonami, pochodzącymi z promieniowania kosmicznego. W ten sposób powstaje tryt w meteorytach żelaznych, a także w wykonanych ze stali elementach sztucznych satelitów Ziemi, co potwierdziły badania odzyskanych fragmentów wraków.

Większe ilości trytu powstają w reaktorach jądrowych oraz podczas eksplozji nuklearnych, zwłaszcza termojądrowych. W obu przypadkach tryt może powstawać zarówno z tlenu atmosferycznego, jak i z wodoru zawartego w wodzie. Masowe testy nuklearne w latach 1948-1959 spowodowały podwyższenie zawartości trytu gazowego w powietrzu z 3,8*10^3 TU w 1948 r. do 4,8*10^5 TU w 1959 r.

Źródło - https://www.irsn.fr

Tryt można też otrzymać syntetycznie bombardując neutronami lit (zarówno izotopy Li-6, jak i Li-7). Metodę tą zastosowano w większości bomb wodorowych (termojądrowych), za wyjątkiem pierwszej (Ivy Mike), która korzystała z gazowego trytu i skroplonego deuteru. Wymagało to utrzymywania temperatury bliskiej zeru bezwzględnemu oraz zastosowania odpowiedniej izolacji w postaci ogromnego naczynia Dewara, co zwiększało masę bomby, wykluczając jej wojskowe zastosowanie. Dlatego też w następnych bombach użyto deuterku litu, w którym tryt powstawał dopiero podczas wybuchu bomby, na skutek bombardowania neutronami z eksplozji ładunku rozszczepieniowego, stanowiącego "zapalnik". Temat rozwinę w osobnej notce.

Czas połowicznego rozpadu trytu wynosi 12 lat, ulega on rozpadowi beta minus do helu-3, a energia emitowanych cząstek wynosi zaledwie 0,018 MeV. Dla porównania - jod-131 - 0,9 MeV, stront-90 - 0,546 MeV, itr-90 - 2,2 MeV, cez-137 - 0,512 MeV (energii cząstek beta, gdyż podczas rozpadu cezu-137 powstaje też kwant gamma 662 keV).

Wpływ na zdrowie

Pomimo tak niskiej energii promieniowania tryt wykazuje znaczną radiotoksyczność, a jego współczynnik wagowy promieniowania wynosi 2 (promieniowanie beta ma zwykle QF=1, czyli 1 Gy odpowiada działaniu biologicznemu 1 Sv, ale dla trytu 1 Gy = 2 Sv). Toksyczność trytu związana jest z jego właściwościami chemicznymi. Radioaktywny wodór wypiera zwykły wodór z wody i węglowodanów. Z wodą tryt tworzy wodę trytową, zwaną też wodą superciężką (T2O), która jest wysoce korozyjna i miesza się w dowolnych proporcjach z lekką wodą (H2O). Rozcieńczona woda trytowa zawiera związek o wzorze sumarycznym HTO (w którym jeden z atomów wodoru jest ciężki i promieniotwórczy, a drugi nie). Usuwanie wody trytowej z organizmu trwa od tygodnia do dwóch i można ją przyspieszyć przez zwiększenie ilości przyjmowanych płynów (do 3-4 l/dzień). Zimą wydalanie trwa dwa razy dłużej. Nie ma więc bezpośredniego zagrożenia w razie jednorazowego przyjęcia niewielkich ilości wody trytowej, gdyż organizm ludzki ma wydajne mechanizmy jej usuwania. Dla porównania, usuwanie cezu-137 zajmuje kilka miesięcy, zaś niektórych izotopów zupełnie nie możemy usunąć z organizmu, gdyż np. wbudowują się w kości (rad, pluton, stront). 

Sam tryt nie jest szkodliwy, gdy znajduje się poza organizmem człowieka, ponieważ jego promieniowanie nie jest w stanie przeniknąć nawet zewnętrznej warstwy naskórka. Jako gaz i  to bardzo lekki, ulega szybkiemu rozcieńczeniu w atmosferze do poziomu nieszkodliwego dla człowieka. Gdy jest zamknięty w jakimkolwiek pojemniku, jego promieniowanie nie ma szans przeniknięcia na zewnątrz. Jeśli mamy bardzo czuły radiometr wyposażony w licznik z okienkiem mikowym, możemy najwyżej zarejestrować promieniowanie hamowania (Bremmstrahlung), będące efektem zderzeń cząstek beta z powłokami elektronowymi atomów ścianek. Jest to jednak promieniowanie niskoenergetyczne i o bardzo małym zasięgu.

Zastosowanie

Tryt jest obecnie stosowany zamiast radu w różnego rodzaju elementach świecących, które muszą być niezależne od zasilania i nie potrzebować naświetlenia z zewnątrz (tak jak popularne farby okresowego świecenia, świecące pewien czas po oświetleniu). Trytem pokrywa się przyrządy celownicze broni strzeleckiej (w tym celowniki optyczne oraz kątomierze artyleryjskie), kompasy, zegarki, tablice ostrzegawcze, a także popularne ostatnio świecące breloczki. Tryt musi być zamknięty w grubej plastikowej osłonce, gdyż jako izotop wodoru potrafi przeniknąć przez najmniejszą nieszczelność. Światła trytowe działają na takiej samej zasadzie jak dawna farba radowa - promieniowanie trytu wywołuje świecenie fosforowych luminoforów o różnych kolorach. Słabe promieniowanie trytu pozwala na użycie dużych aktywności - w znakach "exit" z lat 70. znajdowało się aż 20 Ci trytu (więcej w notce o aktywności promieniotwórczej).

Źródło - https://en.wikipedia.org/wiki/Tritium_radioluminescence#/media/File:Tritium-exit-sign.jpg

Źródło https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/FN57SIGHTS03.jpg

• Kompasy trytowe produkuje m.in. firma Cammenga czy Stocker & Yale (model SandY-183), zawierają one 120 mCi trytu i są oznaczone symbolem radioaktywności oraz ostrzeżeniem "controlled disposal required" (konieczność utylizacji po zużyciu). Kompasy te pojawiają się na Allegro, koszt ok. 100-250 zł. Należy uważać, by kupić w miarę "świeży" egzemplarz z uwagi na krótki czas półrozpadu trytu. Inne modele zawierają tylko 75 mCi trytu:

Kompas o niższej zawartości trytu.

Kompas Camenga 3H w nocy.

• Zegarki z trytowym źródłem światła są dość drogie (od kilkuset do kilku tysięcy zł), jednym z tańszych modeli, produkowanym na potrzeby wojska, jest Luminox Navy Seal albo Marathon U.S. Army. Do droższych zalicza się Diver Davosa, czasem można też nabyć same tarcze ze świecącymi pałeczkami z trytem tudzież same pałeczki do własnoręcznego montażu.

Zegarek Marathon U.S. Army, zwierający 26 mCi trytu - [źródło]

•  Breloczki z trytem kosztują ok. 50-100 zł na Allegro i mogą służyć do testowania czułości radiometrów z okienkiem mikowym, takich jak Radex RD1008, RadiaScan 701A, MKS-01CA1 czy EKO-C.  

• Celowniki (muszki) do strzelań nocnych, produkowane kiedyś do kbk Beryl i Tantal, są dosyć częste na Allegro, ale zawarty w nich tryt dawno stracił zdolność świecenia. Przykładowa muszka tego typu wygląda jak poniżej - widać nawet symbol "koniczynki", choć namalowany dosyć niestarannie:

Widoczne miejsce na ampułkę z trytem zalane lakierem.

Widok z drugiej strony.

Celownik optyczny SUSAT, zawierający 10 GBq trytu. Wykonano go w 1988 r., zatem aktywność trytu znacznie już spadła i jedynie bardzo czuły detektor Beta-2 w dozymetrze Radex RD1008 wykrywa 20 impulsów na minutę z centymetra kwadratowego. Szerzej omawiałem go w osobnej notce [LINK]

Zagrożenie od trytowych źródeł światła jest praktycznie zerowe - plastik i otaczające powietrze skutecznie tłumią słabe promieniowanie beta trytu, przedostać się może jedynie wspomniane wcześniej słabe promieniowanie hamowania.

***

Tryt jest też stosowany w badaniach hydrogeologicznych do badania przepływów wody oraz w diagnostyce medycznej przy pomiarach gospodarki wodnej w organizmie. Stosuje się go też do datowania niewielkich objętości wody odizolowanych od środowiska, np. wina w butelkach. Z metodą tą wiąże się pewna anegdota.

Podczas II wojny światowej, gdy Alianci prowadzili ofensywę wgłąb Rzeszy, ekipy fizyków poszukiwały śladów niemieckiego programu atomowego. Regularnie wysyłano do laboratoriów próbki wody, poszukując m.in. aktywności trytu, mogących świadczyć o bliskości niemieckich instalacji nuklearnych. Pewnego razu oprócz wody wysłano do laboratorium butelkę wina z pobliskiej winnicy z żartobliwym dopiskiem "zbadajcie i to". Wkrótce przyszła odpowiedź "woda nieaktywna, ale wino tak, przyślijcie więcej!". Potraktowano tą odpowiedź jako żart i chęć zrobienia imprezy w laboratorium. Jakież było zdziwienie, gdy po następnych monitach o większą ilość wina okazało się, że... zawiera ono tryt, gdyż winnica znajdowała się w pobliżu zakładów przemysłu jądrowego!

PS. Jeśli  spodobał Ci się ten wpis i chcesz czytać więcej tego typu materiałów, wesprzyj mnie na Patronite.pl - https://patronite.pl/anonymousdosimetrist