Дейтерий тритий протий: Всё о тритии

Всё о тритии

Батарейка сядет не скоро
Мир развивается, повсюду внедряются инновационные решения, требующие новых стабильных, безопасных источников энергии с длительным сроком службы. Ученые многих стран мира (и России в том числе) считают перспективным направление радиоизотопных источников питания, в том числе тритиевых. Все радиоизотопные источники можно условно разделить на две категории: с тепловым циклом и без него.

К первой категории относятся термоэлектрические преобразователи, так называемые РИТЭГи, в которых используется большое количество радиоактивного материала. Сначала этот материал разогревается, затем тепловая энергия преобразуется в электрический ток. Это достаточно большие устройства, их мощность может доходить до сотен ватт, и вес таких конструкций внушительный — до нескольких тонн. Это скорее миниатюрные подстанции, а не батареи. Их можно размещать в труднодоступных регионах, например, в Арктике. Устройства поменьше регулярно устанавливаются на спутниках и прочих космических аппаратах, задача которых — выйти за пределы Солнечной системы.

Миниатюрные источники питания без теплового цикла тоже разделяются на несколько категорий. К первой относятся те, в которых используется прямое преобразование энергии: энергия радиоактивного распада преобразуется в электрический ток, например, с помощью полупроводников. Самые известные такие источники — работающие на основе прямого преобразования бета-излучения (бета-вольтаические). Ко второй категории относятся источники на основе промежуточного преобразования бета-излучения в фотоны света (фотоэлектрические преобразователи с двой­ным преобразованием).

У каждого типа источников есть свои преимущества и недостатки; при этом тритий можно применять в каждом из них.

Радиоизотопами — кандидатами на роль топлива в миниатюрных батарейках — могут выступать несколько изотопов. Первые батарейки изготавливались с применением ⁹⁰Sr. Этот изотоп достаточно дешевый, его получают при переработке ОЯТ. Однако у стронция слишком высокая энергия бета-излучения. Кроме того, в результате образуется ⁹⁰Y с энергией бета-излучения примерно 2,3 МэВ — такого излучения не выдержит ни один существующий полупроводник.

Были попытки создать устройства на основе ¹⁴⁷Pm. Он требует дополнительной очистки, зато имеет комфортную энергию бета-распада. Однако его проблема заключается в коротком периоде полураспада — примерно 2,6 года. За это время мощность батарейки снижается примерно в два раза. Проблематично найти потребителя, готового использовать дорогостоящее устройство, мощность которого за три года снизится на 50%.

Одна из основных проблем на пути создания качественной батарейки — эффективность преобразования бета-излучения. От качества полупроводника, по большому счету, зависят характеристики будущего устройства. Сейчас полупроводниковая промышленность всего мира в основном занимается развитием солнечных батарей, то есть преобразованием света в электрический ток. Полупроводниковые преобразователи для бета-излучения — очень узкая сфера деятельности, и без дополнительных финансовых вливаний, без исследований это направление далеко не продвинется.

Работы с прометием и стронцием дали импульс развитию этого направления. Сегодня наиболее перспективными изотопами для батареек считаются ⁶³Ni и тритий. Основные различия между этими изотопами — период полураспада: у трития он составляет 12,3 года, у ⁶³Ni — около 100 лет. Конечно, батарейка, работающая целый век, выглядит очень привлекательно.

Но, во‑первых, технология получения чистого ⁶³Ni достаточно сложная и дорогая: стоимость 1 грамма трития и ⁶³Ni различается чуть ли не на порядки. Во-вторых, технологии по тритию давно отработаны, а получение ⁶³Ni еще 10 лет назад казалось фантастикой. Сейчас ⁶³Ni высокого обогащения появляется в атомной отрасли, но эту технологию еще предстоит обкатать. В-третьих, преимущество никеля — период полураспада в 100 лет — одновременно и недостаток; он имеет низкую радиоактивность: поток бета-частиц ⁶³Ni ниже, чем у трития. Ученые надеются получить ⁶³Niz с удельной активностью 80 кюри на 1 грамм — это планка, которой пока тяжело достичь. А удельная активность чистого газообразного трития — почти 10 тыс. кюри на 1 грамм, то есть потоки бета-частиц у трития и никеля различаются кардинально. В-четвертых, нужно понимать, что пока не существует устройства, которое гарантированно проработает 100 лет. Даже не каждый производитель полупроводниковых преобразователей гарантирует срок службы 20−30 лет.

В силу всех этих причин на первый план выходит тритий. Есть технологии его наработки и удержания, есть готовые площадки по обращению с ним. Бета-излучение его достаточно мягкое и практически не разрушает структуру полупроводника.

Кстати, в некоторых странах, например, в США, производители тритиевых батареек имеют лицензию чуть ли не на свободное распространение этих устройств. То есть купить такую батарейку теоретически может любое юрлицо. В нашей стране организации, использующей радиоизотопные источники питания, необходимо иметь санитарно-­эпидемиологическое заключение на право проведения таких работ. Свободное распространение радиоизотопных источников имеет свои нюансы — это значит, что производителю нужно продумать «защиту от дурака», потому что в случае разрушения ядерной батарейки радиоактивное вещество может нанести вред и человеку, и окружающей среде.

Разница между Протием и Дейтерием

Ключевое различие между Протием и Дейтерием состоит в том, что у Протия нет нейтронов в его атомном ядре, тогда как у Дейтерия есть один нейтрон.

Протий и Дейтерий являются изотопами водорода. Они отличаются друг от друга по количеству нейтронов, присутствующих в их атомном ядре. Водород содержит один протон в атомном ядре: таким образом, атомный номер водорода равен 1. Существует три изотопа водорода и все три изотопа содержат один протон, а количество нейтронов у них разное. Называются они Протий, Дейтерий и Тритий, а обозначают их  ¹H, ²H и ³H. Значения в верхнем индексе являются атомными массами этих элементов.

Три изотопа водорода — Протий, Дейтерий и Тритий

Содержание

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое Протий
3. Что такое Дейтерий
4. В чем разница между Протием и Дейтерием
5. Заключение

Что такое Протий?

Протий — это изотоп водорода, который содержит один протон и один электрон.  У него нет никаких нейтронов в атомном ядре. У него в ядре присутствует только один протон.

Протий — изотоп водорода

Этот изотоп назван так из-за присутствия этого единственного протона. Обозначается он как ¹Н или водород-1, где 1 — атомная масса протия.

Протий является наиболее распространенным изотопом водорода. Количество его составляет около 99% всего водорода. Он является стабильным изотопом, так как протон в этом атоме никогда не подвергался распаду. Однако, согласно теориям, он подвергается распаду с очень большим периодом полураспада, из-за этого увидеть этот распад не представляется возможным.

Что такое Дейтерий?

Дейтерий — это изотоп водорода, имеющий протон, нейтрон и электрон. В отличие от протия, этот изотоп имеет протон и нейтрон вместе в атомном ядре. Следовательно, атомная масса этого изотопа равна 2. Дейтерий ещё называют водород-2 или ²Н. Он, также является стабильным изотопом водорода. Количество дейтерия очень мало по сравнению с протием и оно колеблется в пределах от 0,0026 до 0,0184%.  В отличие от трития, дейтерий не является радиоактивным веществом и не является токсичным.

Дейтерий — изотоп водорода

Вода обычно содержит водород-1 в сочетании с атомами кислорода. Но в ней может быть водород-2 в сочетании с кислородом, который образует воду. Эта вода называется —  тяжелой водой. Химическая формула тяжелой воды — D₂O, где D — это дейтерий, а O — кислород. Дейтерий и его соединения часто используются в химических экспериментах. Например, они применяются в качестве нерадиоактивных меток в экспериментах, таких как растворители, используемые в ЯМР-спектроскопии. Кроме того, тяжелую воду используют в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя для ядерных реакторов. Также, дейтерий является топливом для ядерного деления, и используют его в промышленности.

В чем разница между Протием и Дейтерием?

Существует три изотопа водорода: Протий, Дейтерий и Тритий. Ключевое различие между Протием и Дейтерием состоит в том, что у Протия нет нейтронов в его атомном ядре, тогда как у Дейтерия есть один нейтрон. Поэтому эти три изотопа отличаются друг от друга по количеству нейтронов, присутствующих в их атомном ядре. Кроме того, атомная масса протия равна 1, а атомная масса дейтерия равна 2.

Кроме того, изотоп водорода — Протий обозначается еще, как водород-1 или ¹H, а дейтерий — как водород-2 или ²H. Протий является наиболее распространенным изотопом водорода, и его содержание составляет около 99% всего водорода. Тогда как Дейтерий сравнительно менее распространен (около 0,002%). Тем не менее, он также стабилен как Протий.

Заключение — Протий против Дейтерия

Существует три изотопа водорода: Протий, Дейтерий и Тритий. Эти три изотопа отличаются друг от друга в зависимости от атомной массы, которая является числом протонов и нейтронов в атомном ядре. Ключевое различие между Протием и Дейтерием заключается в том, что у Протия нет нейтронов в его атомном ядре, тогда как у Дейтерия есть один нейтрон.

Изотопы водорода – плутоний, дейтерий, тритий с примерами и видео

Содержание

Протий Дейтерий Тритий Часто задаваемые вопросы

Что такое изотопы водорода?

В природе существуют три изотопа водорода: тритий , дейтерий и протий .

Каждый изотоп обладает уникальными свойствами. Эти изотопы широко используются до настоящего времени. ⁴ H — ⁷ H — это изотопы ядер, которые используются в лаборатории. Одним из наименее стабильных изотопов водорода является 9.0019 7 H, а наиболее стабильным изотопом является ⁵ H. Наиболее стабильным радиоизотопом водорода является тритий.

Рекомендуемые видео

Водород является первым элементом в периодической таблице и имеет атомный номер один. Те элементы, которые имеют одинаковый атомный номер, но разные массовые числа, называются изотопами. Существует три изотопа водорода, а именно протий

1 ₁ H, дейтерий ² ₁ H или D и, наконец, тритий ^.3 ₁ H или T. Изотопы различаются из-за разного количества нейтронов, присутствующих в них.

В протии нет нейтронов, тогда как в дейтерии у нас есть один нейтрон, а в тритии у нас есть два нейтрона. Наиболее заметной формой водорода является протий, 0,0156% водорода присутствует на земной поверхности в виде дейтерия. В тритии концентрация составляет один атом на 1018 атомов протия. Из этих трех изотопов водорода

Из этих трех изотопов водорода только тритий является радиоактивным по своей природе, который испускает низкоэнергетические бета-частицы. Поскольку электронная конфигурация изотопов одинакова, все они имеют схожие химические свойства. Но у них есть разница в скорости реакции, это происходит из-за разных энтальпий диссоциации связи. Они имеют разные физические свойства из-за больших различий в массе.

Возникновение водорода на Земле затруднено из-за его легкой природы. В совокупности он образует 15,4% водорода, содержащегося в земной коре и океанах. Водород также встречается в растительных и животных тканях, углеводородах, белках, гидридах и многих других соединениях. Во Вселенной водород является самым распространенным элементом (70% от общей массы), а также основным элементом солнечной атмосферы. Даже такие огромные планеты, как Юпитер и Сатурн, в основном состоят из водорода.

1. Протиум (

¹ Н )

Это один из распространенных изотопов водорода. Его много в природе с обилием 99,98%. Одна из причин этого заключается в том, что ядро ​​этого изотопа состоит из одного протона, и этот протон, как сообщается, ни разу не распался. Масса протия 1,007825 а.е.м. Водород обычно соединяется с другими атомами в соединениях и обычно встречается в H

2 (двухатомный газообразный водород).

2. Дейтерий (

² Н)

В его ядре содержится 1 протон и 1 нейтрон. Ядро водорода 2 называется дейтроном. Он не радиоактивный. Его соединения используются в химическом анализе и растворителях для водорода 1. Тяжелая вода обогащена молекулами, состоящими из дейтерия вместо протия. Он используется в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов. Водород 2 также используется в качестве топлива в ядерном синтезе (коммерческий). В природе встречается в виде газообразного дейтерия.

Применение дейтерия

• Наркотики
• Ядерное оружие
• Контрастные свойства
• Отслеживание
• ЯМР-спектроскопия
• Ядерные реакторы и атомные электростанции

3. Тритий ( ​​

³ H )

В его ядре содержится 2 нейтрона и 1 протон. Небольшие следы водорода 3 или трития встречаются в природе из-за синергии космических лучей с атмосферными газами. Они также высвобождаются в небольшом количестве во время испытаний ядерного оружия. Радиоактивен, распадается на гелий 3 в результате бета-распада. Водород 3 имеет атомную массу 3,016049.2 ед.

Применение трития

• Аналитическая химия
• Управляемый ядерный синтез
• Тритий во вторичных компонентах водородной бомбы
• Повышение
• Нейтронный инициатор
• Ядерное оружие
• Освещение с автономным питанием
• Используется в качестве океанического транзиентного индикатора

Водород-4

В его ядре содержится 1 протон и 3 нейтрона. Водород-4 — очень нестабильный изотоп водорода. Он используется в лабораториях, бомбардирующих тритий быстро движущимися ядрами дейтерия. Его атомная масса составляет 4,02781 ± 0,00011.

Водород-5

Состоит из 4 нейтронов и 1 протона. Водород-5 — очень нестабильный изотоп водорода. Он был получен в лаборатории путем бомбардировки трития быстро движущимися ядрами трития.

Водород-6

Период полураспада 290 йоктосекунд. Он распадается в результате тройного испускания нейтронов на водород-3.

Водород-7

Состоит из 6 нейтронов и 1 протона. Его период полураспада составляет 23 йоктосекунды.

Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Сколько изотопов в водороде?

Элемент водорода имеет три изотопа: водород, дейтерий и тритий. У каждого из нас есть один протон (Z = 1), но количество нейтронов у них разное. В водороде нет нейтрона, в дейтерии один, в тритии два нейтрона.

Какие изотопы водорода радиоактивны?

Период полураспада около 12,32 года. Тритий — самый стабильный радиоизотоп водорода. То есть тритий является наименее радиоактивным из всех радиоактивных изотопов водорода. Четыре других радиоактивных изотопа водорода были получены исследователями, но эти изотопы очень летучи и просто не существуют.

Является ли протий изотопом водорода?

Протий — наиболее распространенный изотоп водорода. На его долю приходится более 99,98% всего водорода во Вселенной. Поскольку его ядро ​​имеет только один протон, его называют протием. Атомная масса протия составляет 1,00782504(7) ед.

Все ли изотопы радиоактивны?

Элементы с атомным номером больше 83 являются радиоизотопами, что означает, что они имеют нестабильные ядра и что они радиоактивны. У них есть изотопы (стабильное ядро), и у большинства есть по крайней мере один радиоизотоп (нестабильное ядро).

Опасны ли изотопы?

Радиоактивные изотопы представляют собой типы химических элементов, образующихся в результате естественного распада атомов. Радиационное воздействие обычно считается опасным для человеческого организма, но в медицине радиоизотопы очень ценны, особенно при диагностике и лечении заболеваний.

Разница между протием, дейтерием и тритием

Основное отличие — протий, дейтерий и тритий

Протий, дейтерий и тритий являются изотопами элемента водорода. Изотопы — это разные формы одного и того же элемента, которые отличаются друг от друга в зависимости от количества нейтронов, содержащихся в их ядрах. Следовательно, изотопы имеют одинаковый атомный номер, но разные атомные массы. По этой причине изотопы имеют разные физические свойства, но химические свойства остаются неизменными, поскольку количество электронов, присутствующих в изотопах, одинаково. Поэтому протий, дейтерий и тритий имеют как общие черты, так и различия. Основное различие между Protium Deuterium и Tritium заключается в том, что В ядрах протия нет нейтронов, тогда как дейтерий состоит из одного нейтрона, а тритий состоит из двух нейтронов.

Ключевые области, охватываемые

1. Что такое Protium
– Определение, свойства и численность
2. Что является дейтерием
– определение, свойства и изобилие
3.
      – Определение, свойства и содержание
4. Каковы сходства между протием-дейтерием и тритием
      – Outline of Common Features
5. What is the Difference Between Protium Deuterium and Tritium
      – Comparison of Key Differences

Key Terms: Atomic Mass, Atomic Number, Deuterium, Isotopes, Neutron, Protium , Тритий

Что такое протий

Протий — изотоп водорода, состоящий из одного протона и одного электрона. Это самая распространенная форма водорода. Содержание этого изотопа в земной коре составляет около 99,9%. В ядре протия нет нейтронов. Считается самым стабильным изотопом водорода. Поэтому, когда мы обычно говорим о водороде, мы говорим о протии.

Атомный номер протия равен 1 из-за наличия одного протона. Массовое число протия также равно 1, так как в ядре протия нет нейтронов. Атомная масса протия составляет около 1,00794 а.е.м. Символ протия ¹ H. Электронная конфигурация протия 1s ¹ .

Протий встречается в природе в виде двухатомной газообразной формы или в виде водорода в молекуле H ₂ O. Связь между двумя атомами в двухатомной молекуле имеет более высокую энтальпию диссоциации связи. В основном это связано с тем, что эти атомы очень маленькие и имеют полную электронную конфигурацию на единственной орбитали (s-орбитали) в форме их двухатомных молекул.

Рисунок 1: Атомная структура протия

На приведенном выше изображении показана атомная структура протия. Здесь протон показан в центре атома (ядра), а электрон показан вне ядра синим цветом.

Что такое дейтерий

Дейтерий — изотоп водорода, состоящий из одного протона, одного нейтрона и одного электрона. Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона. Символ дейтерия дается как ² H. Атомный номер дейтерия равен 1, а массовое число равно 2. Атомная масса может быть равна 2,014 а.е.м. Это также стабильный изотоп водорода, но менее распространенный. Обилие дейтерия в земной коре рассчитано как 0,015%. Он не радиоактивен, так как дейтерий стабилен с одним протоном и одним нейтроном в ядре.

Рисунок 2: Атомная структура дейтерия

Дейтерий может находиться в газовой или жидкой фазе. Дейтерий существует в виде двухатомных газов, таких как D ₂ или HD (в сочетании с водородом). Если нет, то дейтерий можно найти в виде тяжелой воды. Тяжелая вода состоит из молекул D ₂ O. В большинстве случаев дейтерий действует так же, как протий. Но есть и определенные отличия. Из-за присутствия нейтрона атомная масса дейтерия в два раза больше массы протия. Следовательно, длина связи и энергия связи отличаются от таковых у протия. Более того, лед из тяжелой воды будет тонуть в жидкой воде из-за высокой плотности (обычный лед плавает на поверхности жидкой воды).

Есть и некоторые применения дейтерия. В ЯМР-спектроскопии соединения, содержащие дейтерий, используются в качестве растворителя вместо соединений, состоящих из водорода. Тогда пики, данные атомами водорода аналита, можно отличить от атомов растворителя.

Что такое тритий

Тритий — изотоп водорода, состоящий из одного протона, двух нейтронов и одного электрона. Символ трития — ³ H. Атомный номер трития равен 1, а атомная масса трития равна 3. Массу можно определить как 3,016 а.е.м. Этот изотоп водорода является радиоактивным из-за наличия большого количества нейтронов по сравнению с количеством протонов.

Тритий часто подвергается бета-распаду. Это производит Helim-3 и высвобождает большое количество энергии. Период полураспада трития был рассчитан как 12,32 года. Однако содержание трития в земной коре очень мало.

Рисунок 3: Атомная структура трития

На приведенном выше изображении показана атомная структура трития. Массовое число трития равно 3 из-за наличия двух нейтронов (красный цвет) и протона (синий цвет).

Сходства между протием-дейтерием и тритием-

• Протий, дейтерий и тритий являются изотопами водорода.
• Эти изотопы состоят из 1 протона на ядро.
• Все три состоят из 1 электрона.

Рисунок 4: Протий Дейтерий Тритий

Разница между протием, дейтерием и тритием

Определение

Протий: Протий – изотоп водорода, состоящий из одного протона и одного электрона.

Дейтерий: Дейтерий — изотоп водорода, состоящий из одного протона, одного нейтрона и одного электрона.

Тритий: Тритий — изотоп водорода, состоящий из одного протона, двух нейтронов и одного электрона.

Содержание

Протий: Содержание протия составляет около 99,9%.

Дейтерий: Содержание дейтерия составляет около 0,015%.

Тритий: Тритий обнаружен в очень незначительных количествах.

Химический символ

Протий: Символ для профиля составляет ¹ H.

Deuterium: Символ Deuterium – ¹ H.

Тритий: .

Массовое число

Протий: Массовое число протия 1.

Дейтерий: Массовое число дейтерия 2.

Тритий: Массовое число 3. Тритий

Атомная масса

Протий: Атомная масса протия составляет 1,00794 а.е.м.

Дейтерий: Атомная масса дейтерия составляет 2,014 а. е.м.

Тритий: Атомная масса трития составляет 3,016 а.е.м.

Радиоактивность

Протий: Протий не радиоактивен.

Дейтерий: Дейтерий нерадиоактивен.

Тритий: Тритий радиоактивен.

Вывод

Протий, дейтерий и тритий — три изотопа водорода. Помимо этих изотопов, могут быть и другие формы водорода. Но они очень нестабильны из-за присутствия большого количества нейтронов. Основное различие между протием, дейтерием и тритием заключается в том, что в ядрах протия нет нейтронов, в то время как дейтерий состоит из одного нейтрона, а тритий состоит из двух нейтронов.

Ссылки:

1. «Изотопы водорода – безграничный открытый учебник». Безграничный. Безграничный, 20 сентября 2016 г. Интернет. Доступна здесь. 02 августа 2017 г. 
2. «Дейтерий, тритий и протий — три изотопа водорода». Причудливая наука. Np, 25 марта 2017 г. Интернет. Доступна здесь. 02 августа 2017 г.