Тритій

Тритій виробляється в ядерних реакторах у процесі нейтронної активації літія-6.

${\displaystyle _{3}^{6}Li+n\rightarrow _{2}^{4}He(2.05MeV)+T(2.75MeV)}$

Це екзотермічна реакція — у ній виділяється 4,8 МеВ, і вона може бути ініційована повільними нейтронами[10].

Більш високоенергетичні нейтрони можуть взаємодіяти з літієм-7 у ендотермічній реакції

${\displaystyle _{3}^{7}Li+n\rightarrow _{2}^{4}He+T+n}$

на яку витрачається 2,466 МеВ[10]

Вперше ці реакції були штучно здійснені при випробовуваннях термоядерної бомби Кастл Браво на атолі Бікіні, основною діючою речовиною в якій був дейтерид літію.[11]

Тритій може утворюватися безпосередньо з дейтерію, при захоплені ним нейтрона.

${\displaystyle _{1}^{2}D+n\rightarrow T+\gamma }$

переріз такої реакції є невеликим, що робить важку воду ефективним уповільнювачем нейтронів[12], а кількість тритію що утворюється — відносно мала. Втім, після декількох років використання важку воду слід очищувати від надважкої, для запобігання попадання її у навколишнє середовище. Наприклад, спеціальний підрозділ компанії «Ontario Power Generation» очищує 2500 тон важкої води в рік, отримуючи 2,5 кілограма тритію.[13]

Переріз реакції абсорбції нейтронів дейтерієм становить 0,52 мілібарн.[14]

Гелій-3, продукт розпаду тритію, має дуже великий переріз реакції захоплення теплових нейтронів — 5330 барн[15], після якого він розпадається по каналу

${\displaystyle _{2}^{3}He+n\rightarrow _{1}^{3}T+_{1}^{1}H}$

з виділенням 764 КеВ енергії. На жаль, малі запаси самого гелію-3 (його молярна частка становить лише 3·10⁻⁴[16]) не дозволяють активно використовувати цей канал для видобутку тритію.

Швидкі нейтрони можуть взаємодіяти з ядром бора[17], призводячи до його розпаду за схемою

${\displaystyle _{5}^{10}B+n\rightarrow _{2}^{4}He+_{2}^{4}He+T}$,

хоча частіше вона закінчується утворенням утворенням ядра літію-7 і альфа-частинки.[18]

Тритій є рідкісним, але можливим результатом розпаду важких ядер — урану-235, плутонію-239 і урану-233. Лише один розпад з 10000 призводить до утворення тритону.[19] При переробці відпрацьованого ядерного палива тритій виділяється як побічний результат цієї переробки.

Основна причина природного утворення тритію в атмосфері. Найбільш важливим каналом є взаємодія важких нейтронів (>4 МеВ) з азотом

${\displaystyle _{7}^{14}N+n\rightarrow _{6}^{12}C+T}$

Більша частина тритію в світі використовується для військових потреб — він використовується в водневих бомбах імплозивного типу, де невелика кількість тритію розташовується всередині бомби, і під час детонації він стискається ударною хвилею так сильно, що у ньому запускаються ядерні реакції синтезу. Енергія, що виділяється в таких реакціях порівняно невелика, але вони є дуже потужним джерелом нейтронів, що сприяє більш повному розпаду основної діючої речовини бомби.[22] Але така ядерна зброя потребує постійної підзарядки тритієм через його невеликий період напіврозпаду.

Стрілки годинника з тритієвої підсвіткою

У цивільних галузях тритій використовується для підсвічування — мікроскопічні кількості тритію наносять на годинникові стрілки, і додатково вкривають фосфором або іншим люмінофором. Електрони, що їх випускає під час розпаду тритій, змушують люмінофор світитися. Така система дає слабке, але видиме світло впродовж десятків років, аж допоки тритій не розпадеться.[23] Також той самий принцип використовується для підсвітки брелоків, знаків, мушок зброї, індикаторів на приладах тощо. На такі цілі щороку використовуються сотні грамів тритію.[6]

Завдяки тому, що водень присутній у складі практично всіх органічних сполук, тритій активно використовується як мічені атоми[24] — відносно легко знайти молекулу, до якої його можна приєднати.

Невеликий період розпаду тритію робить його зручним для дуже точного радіоізотопного датування, наприклад, він використовується для точного датування віку вина.[6]

У 1950-ті і 1960-ті велика кількість тритію була викинута в атмосферу під час ядерних випробовувань. Цей тритій став дуже у нагоді океанологам. Під час дослідження його розповсюдження в океанах, була отримана велика кількість нових даних щодо циркуляції води в гідросфері Землі.[25]

Керований термоядерний синтез є перспективним джерелом дешевої і екологічно чистої енергії. З усіх варіантів реакції термоядерного синтезу, реакція дейтерій+тритій є найбільш легкодосяжною — для її запалювання достатньо температури 100 мільйонів кельвінів.[26] Через це, багато з існуючих проектів зі створення термоядерних електростанцій, наприклад, ITER, передбачають використання великих кількостей тритію (більших, ніж його світове виробництво зараз).[27]

Існують проекти використання тритію для компактних радіоізотопних джерел енергії невеликої потужності, наприклад, для RFID міток.[28]