삼중수소

Tritium
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삼중수소, H
Hydrogen 3.svg
일반
기호.3H
이름삼중수소, H-3,
수소-3, T, T
양성자 (Z)1
중성자 (N)2
핵종 데이터
자연 풍족도10−18[1] in 수소
반감기 (t1/2)12.32년
동위원소 질량3.01604928 Da
스핀1/2
과잉 에너지14949.794±0.001 keV
결합 에너지8481.7963±0.0009keV
부패 제품3그는
붕괴 모드
붕괴 모드붕괴 에너지(MeV)
베타 방출0.018590
수소 동위 원소
핵종 전체 표

삼중수소(/ greektrτtimm/ 또는 /trtrɪiəm/, 고대 그리스어 ρτςςςtrtr(트리토스) '제3의'에서 유래) 또는 수소-3(기호 T 또는 H)는 수소의 희귀 방사성 동위원소이다.삼중수소(t, 때때로 삼중수소라고 함)의 핵은 양성자 1개와 중성자 2개를 포함하고, 공통 동위원소 수소-1(프로튬)의 핵은 양성자 1개만을 포함하고, 수소-2(중수소)의 핵은 양성자 1개와 중성자 1개를 포함한다.

자연적으로 발생하는 삼중수소는 지구에서 극히 드물다.대기에는 극미량만 존재하며, 기체와 우주선의 상호작용에 의해 형성된다.원자로 내 리튬금속 또는 리튬 함유 세라믹 자갈을 조사하여 인공적으로 생산할 수 있으며, 원자로 정상운전 시 저준위 부산물이다.

삼중수소는 시계, 총기 조준구, 수많은 기구와 도구, 심지어 자체 발광 키 체인 같은 신규 품목에 대한 방사선 발광 조명의 에너지원으로 사용된다.의료 및 과학 환경에서 방사성 추적기로 사용됩니다.삼중수소는 또한 보다 풍부한 중수소와 함께 토카막 원자로와 수소 폭탄에서 핵융합 연료로 사용된다.

역사

삼중수소는 1934년 어니스트 러더포드, 마크 올리판트, 폴 하텍이 중수소(중수소 핵으로 구성된 양성자와 중성자)로 중수소를 폭격한 후 처음 검출했다.중수소는 [2][3]수소의 또 다른 동위원소이다.그러나, 그들의 실험은 삼중수소를 분리할 수 없었고, 삼중수소의 방사능도 [4][5]실현한 루이스 알바레즈와 로버트 코노그에 의해 1939년에 달성되었다.윌러드 리비는 삼중수소가 물과 [6]와인의 방사선 측정 연대에 사용될 수 있다고 인정했다.

붕괴

삼중수소는 반감기에 대해 여러 가지 실험적으로 결정된 값을 가지고 있지만, 국립표준기술원은 4,500 ± 8일(12.32 ± 0.02년)[7]을 열거한다.다음과 같은 핵 방정식에 따라 베타 붕괴에 의해 헬륨-3으로 붕괴된다.

3
1H
 		→ 3
2그는
 		+
이−
 		+
ν
e

이 과정에서 18.6keV의 에너지를 방출합니다.전자의 운동 에너지는 평균 5.7 keV로 변화하며, 나머지 에너지는 거의 검출할 수 없는 전자 반중성미자에 의해 운반됩니다.삼중수소의 베타 입자는 약 6.0mm(0.24인치)의 공기만 침투할 수 있고, 인간 [8]피부의 죽은 최외층을 통과할 수 없다.다른 베타 입자에 비해 낮은 에너지로 인해 브렘스스트라엉 생성량도 낮습니다.삼중수소 베타 붕괴에서 방출되는 비정상적으로 낮은 에너지는 (레늄-187과 함께) 붕괴를 실험실의 절대 중성미자 질량 측정에 적합하게 만든다. (가장 최근의 실험은 KATRIN이다.)

삼중수소 방사선의 낮은 에너지는 액체 섬광 계수를 사용하는 경우를 제외하고 삼중수소 표지 화합물을 검출하기 어렵게 한다.

생산.

리튬

삼중수소는 리튬-6의 중성자 활성화에 의해 원자로에서 가장 자주 생성된다.리튬의 핵분열에 의해 생성된 삼중수소와 헬륨의 방출과 확산은 증식 세라믹스로 불리는 세라믹 내에서 일어날 수 있다.그러한 증식 세라믹에서 리튬-6에서 삼중수소의 생산은 모든 에너지의 중성자로 가능하며, 4.8 MeV를 산출하는 발열 반응이다.이에 비해, 중수소와 삼중수소의 융합은 약 17.6 MeV의 에너지를 방출한다.ITER와 같은 제안된 핵융합 에너지 원자로의 애플리케이션의 경우, LiTiO와 LiSiO를44 포함한23 리튬 베어링 세라믹으로 구성된 조약돌은 브리더 [9]블랭킷으로도 알려진 헬륨 냉각 조약돌 바닥 내에서 삼중수소 증식을 위해 개발되고 있다.

6
3리
 		+
n
 		→ 4
2그는
 		( 2.05 MeV ) + 3
1T
. 		( 2.75 MeV )

또한 고에너지 중성자는 2.466 MeV를 소비하는 흡열(순 열 소비) 반응에서 리튬-7로부터 삼중수소를 생성할 수 있다.이것은 1954년 캐슬 브라보 핵실험에서 예상외로 높은 [10]수율을 보였을 때 발견되었다.

7
3리
 		+
n
 		→ 4
2그는
 		+ 3
1T
. 		+
n

붕소

붕소-10을 조사하는 고에너지 중성자도 때때로 [11]삼중수소를 생성한다.

10
5B
. 		+
n
 		→ 2 4
2He
 + 3
1T
.

붕소-10 중성자 포획의 보다 일반적인 결과는 Li와 단일 알파 [12]입자입니다
.

특히 중성자를 부분적으로만 열화하는 가압수형 원자로에서 상대적으로 빠른 중성자와 붕산 사이의 상호작용은 작지만 무시할 수 없는 양의 삼중수소를 생성한다.

중수소

다음 항목도 참조하십시오.중수 tritium 삼중수소 생산

삼중수소는 또한 중수소 핵이 중성자를 포획할 때마다 중수 감속 원자로에서 생성된다.이 반응은 흡수 단면이 매우 작아서 중수가 좋은 중성자 감속재로 만들고 삼중수소가 상대적으로 적게 생성된다.그렇더라도, 환경으로 빠져나갈 위험을 줄이기 위해 감속재로부터 삼중수소를 청소하는 것이 몇 년 후에 바람직할 수 있다.온타리오 발전의 "트리튬 제거 시설"은 연간 최대 2,500톤의 중수를 처리하고, 약 2.5kg(5.5lb)의 삼중수소를 분리하여 다른 [13]용도로 사용할 수 있다.CANDU 원자로는 일반적으로 연간 130그램(4.6온스)의 삼중수소를 생산하며, 이는 3,512 electric MW 달링턴 원자력 발전소에 부착된 달링턴 삼중수소 회수 시설(DTRF)에서 회수된다.1989년부터 2011년 사이에 DTRF의 총 생산량은 42.5kg(94파운드)으로, [14]연간 평균 약 2kg(4.4파운드)에 이르는 409메가퀴리(15,100PBq)의 활동량을 보였다.

중수소의 열중성자 흡수 단면은 약 0.52밀리바른, 산소-16(16
8O
)은 약 0.19밀리바른, 산소-17(17
8O
)은 약 240밀리바른이다.O는 천연 산소와 중수 모두에서 산소의 가장 일반적인 동위원소이지만, 동위원소 분리 방법에 따라 중수는 O와 O 함량이 약간 더 높을 수 있다.중성자 포획과 (n,α) 반응(후자는 C가 O로부터 바람직하지 않은 장수명 베타 이미터를 생성함)으로 인해 순 "중성자 소비자"이며, 따라서 연료 외부의 중성자 흡수를 가능한 낮게 유지해야 하는 천연 우라늄 원자로의 감속재에서는 바람직하지 않다.삼중수소를 제거하는 일부 시설은 적어도 원칙적으로 동위원소 표기에 사용될 수 있는 O와 O를 제거(또는 적어도 함량을 감소)한다.

(처음에는 CANDU 기술이 개발되었지만, IPHWR 기술이 발전한 이후) 대규모 가압 중수로를 보유하고 있는 인도는 원자로의 감속재/냉각제에서 생산된 삼중수소의 적어도 일부를 제거하지만 삼중수소와 인도 핵폭탄 프로그램의 이중 사용 특성 때문에 정보가 적다.캐나다보다 더 공개적으로 이용할 수 있습니다.

핵분열

삼중수소는 우라늄-235, 플루토늄-239, 우라늄-233의 핵분열의 흔치 않은 생성물이며,[15][16] 10,000fc당 약 1개의 원자가 생성된다.삼중수소 생산의 주요 경로는 어떤 종류의 3원 핵분열을 포함한다.삼중수소의 방출이나 회수는 원자로 운영, 특히 핵 연료의 재처리 및 사용 후 핵 연료 저장에서 고려되어야 한다.삼중수소 생산은 목표가 아니라 오히려 부작용이다.그것은 일부 원자력 [17]발전소에 의해 소량 대기 중으로 배출된다.볼록시드화는 수성 과정이 시작되기 전에 휘발성 핵분열 생성물(수소의 모든 동위원소 등)을 제거하는 핵 재처리의 선택적 추가 단계이다.이는 원칙적으로 생산된 삼중수소의 경제적 회수를 가능하게 할 것이지만, 삼중수소가 폐기되고 사용되지 않더라도, 사용된 물의 삼중수소 오염을 감소시켜, 동위원소 분리를 제외한 "일반" 물에서 삼중수소수를 제거할 수 없기 때문에 물이 방출될 때 방출되는 방사능을 감소시킬 수 있다.켜집니다.

핵[18] 시설에서 삼중수소의 연간 배출량
위치 원자력 시설 가장 가까운
물		 액체.
(TBq)		 스팀
(TBq)		 총
(TBq)		 총
(mg)		 연도
영국 하이샴 원자력 발전소 B 아일랜드 해 396 2.1 398 1,115 2019
영국 셀라필드 재처리 시설 아일랜드 해 423 56 479 1,342 2019
루마니아 서나보더 원자력 발전소 1호기 흑해 140 152 292 872 2018
프랑스. 라 헤이그 재처리 공장 영어 채널 11,400 60 11,460 32,100 2018
대한민국. 월성원전 등 Sea of Japan 211 154 365 1,022 2020년[19]
대만 마안산 원자력 발전소 루손 해협 35 9.4 44 123 2015
중국 푸칭 원자력 발전소 타이완 해협 52 0.8 52 146 2020
중국 산먼 원자력 발전소 East China Sea 20 0.4 20 56 2020
캐나다 브루스 원자력발전소 A, B 오대호 756 994 1,750 4,901 2018
캐나다 달링턴 원자력 발전소 오대호 220 210 430 1,204 2018
캐나다 피커링 원자력 발전소 1-4호기 오대호 140 300 440 1,232 2015
미국 디아블로 캐니언 발전소 1, 2호기 태평양 82 2.7 84 235 2019

삼중수소의 특정 활성이 g당 9,650퀴리(357TBq/g)일 때, 1TBq는 약 2.8mg(0.043g)에 해당한다.

후쿠시마 다이이치

주요 기사:후쿠시마 방재

2016년 6월, 삼중수소수 태스크 포스는 저장된 오염 냉각수의 최종 폐기에 대한 옵션의 일환으로 후쿠시마 제1원자력발전소의 삼중수소 상태에 대한 보고서를[20] 발표했다.이를 통해 2016년 3월 현장의 삼중수소 보유량이 총 8603,000m의 저장수에서 760TBq (2.1g의 삼중수소 또는 14mL의 순수 삼중수소수에 해당)임을 확인했다.이 보고서는 또한 보관을 위해 건물 등에서 추출한 물의 삼중수소 농도 감소도 확인했으며, 고려된 5년(2011–2016), 3.3 MBq/L - 0.3 MBq/L (삼중수소 연간 붕괴에 대한 보정 후) 인자가 10 감소하였다.

이 문제에 대한 최선의 접근방식을 고려한 전문가 패널의 보고서에 따르면, "삼중분열은 이론적으로 분리될 수 있지만 산업적 규모의 실질적인 분리 기술은 없다. 일본 정부가 지원하는 홍보 캠페인을 거쳐 2023년부터 단계적으로 삼중수소수를 [21]바다로 방출할 계획이다.이 프로세스를 [22]완료하려면 "10년"이 걸립니다.중국은 [23][24][25]항의의 반응을 보였다.

헬륨-3

삼중수소의 붕괴 생성물 헬륨-3은 열 중성자와 반응하여 양성자를 배출하기 위한 매우 큰 단면(5330 축사)을 가지고 있다. 따라서,[26] 원자로에서 삼중수소로 빠르게 다시 전환된다.

3
2He
 + n
 → H
 + T

우주선

삼중수소는 우주선이 대기 가스와 상호작용하기 때문에 자연적으로 발생한다.자연생산을 위한 가장 중요한 반응에서 고속 중성자(4.0 MeV[27] 이상의 에너지를 가져야 함)는 대기 질소와 상호작용한다.

14
7N
 		+
n
 		→ 12
6C
. 		+ 3
1T
.

전 세계적으로, 자연 선원에서 삼중수소의 생산량은 연간 148페타베크렐이다.자연 선원에 의해 생성된 삼중수소의 전역 평형 인벤토리는 2,590 페타베크렐로 거의 일정하게 유지된다.이것은 고정 생산율과 [28]재고량에 비례하는 손실 때문입니다.

생산 이력

미국 에너지부에 대한 1996년 에너지 및 환경 연구소의 보고서에 따르면, 1955년부터 [a]1996년까지 미국에서 생산된 삼중수소는 225kg(496파운드)에 불과했다.헬륨-3으로 계속 분해되기 때문에 보고서 [29][10]작성 시 남은 총량은 약 75kg(165lb)이었다.

미국 핵무기의 삼중수소는 1988년 폐쇄될 때까지 사바나 강 현장의 특수 중수로에서 생산되었다.냉전 종식 후 전략무기감축조약(START)이 체결되면서 기존 공급물량은 한동안 더 적은 수의 새로운 핵무기에 충분했다.

2003년부터 2005년까지 상업용 와츠바 원자력 발전소의 원자로에서 리튬이 함유된 봉(붕소, 카드뮴 또는 하프늄을 포함하는 일반적인 대조봉 대체)의 조사와 함께 삼중수소 생산이 재개되었다.2006년 [30][31]11월에 nning.원자로 운전 중 봉에서 삼중수소 누출은 [32]냉각수의 최대 허용 삼중수소 수준을 초과하지 않고 모든 원자로에서 사용할 수 있는 수를 제한한다.

특성.

삼중수소의 원자 질량은 3.01604928u이다. 이원자 삼중수소 ()T2 또는2 H)는 표준 온도 및 압력의 기체입니다.산소와 결합하면 삼중수소수(TO2)라고 불리는 액체를 형성한다.

삼중수소의 특이 활성은 g당 9,650 퀴리(3.57×1014 Bq/g)[33]이다.

삼중수소는 우호적인 반응 단면과 중수소와의 반응을 통해 생성된 많은 에너지(17.6 MeV) 때문에 핵융합 연구에서 두드러지게 나타난다.

3
1T
. 		+ 2
1D
. 		→ 4
2그는
 		+
n

모든 원자핵은 유일하게 전하를 띤 입자로 양성자를 포함하고 있다.같은 전하가 밀어내기 때문에 서로 밀어냅니다.하지만, 만약 원자들이 충분히 높은 온도와 압력을 가지고 있다면, 그들의 무작위 운동은 그러한 전기적 반발력을 극복할 수 있고, 그들은 강력한 핵력이 효력을 발휘할 수 있을 만큼 충분히 가까이 다가갈 수 있고, 그것들을 더 무거운 원자로 융합시킬 수 있다.

양성자 1개와 중성자 [15]2개를 포함하는 삼중수소 핵은 일반 수소의 핵과 같은 전하를 가지며, 다른 원자핵에 근접하면 동일한 정전 반발력을 경험한다.그러나, 삼중수소 핵의 중성자는 다른 원자핵에 충분히 가까이 접근하면 매력적인 강력한 핵력을 증가시킨다.결과적으로, 삼중수소는 일반 수소의 능력에 비해 다른 가벼운 원자와 더 쉽게 융합할 수 있다.

중수소에 대해서도 비록 적은 정도이긴 하지만 마찬가지다.이것이 갈색왜성(이른바 '실패한' 별)이 보통의 수소를 이용할 수 없지만, 소수의 중수소핵을 융합하는 이유이다.

방사선 발광 1.8 퀴리 (67 GBq) 6 x 0.2 인치 (152.4 mm × 5.1 mm) 삼중수소 병은 내부 표면이 형광체로 코팅된 얇은 삼중수소 가스 충전 유리병이다.여기 보이는 바이알은 새 제품입니다.

수소의 다른 동위원소와 마찬가지로, 삼중수소는 제한하기 어렵다.고무, 플라스틱, 그리고 어떤 종류의 강철은 모두 어느 정도 투과성이 있다.이로 인해 삼중수소가 특히 핵융합 원자로에 다량으로 사용된 경우, 짧은 반감기가 대기 중 상당한 장기 축적을 막을 수 있지만 방사능 오염에 기여할 수 있다는 우려가 제기되었다.

부분 핵실험 금지 조약이 발효되기 전에 행해진 고도의 대기권 핵실험은 해양학자들에게 의외로 유용한 것으로 판명되었다.바다의 상층에 도입된 높은 수준의 삼중수소 산화물은 그 이후 수년간 바다의 상층과 저층의 혼합 속도를 측정하기 위해 사용되어 왔다.

건강상의 리스크

삼중수소는 수소의 동위원소이며, 수소는 수산화기, 삼중수소수(HTO), 탄소 원자에 쉽게 결합할 수 있다.삼중수소는 저에너지 베타 방출체이기 때문에, 외부적으로는 위험하지 않지만(그 베타 입자는 [28]피부를 통과할 수 없다), 흡입하거나 음식이나 물을 통해 섭취하거나 [34][35][36][37]피부를 통해 흡수되면 방사선 위험이 될 수 있다.HTO는 인체에서 7 - 14일의 짧은 생물학적 반감기를 가지며, 이는 단일 사고 섭취의 총 영향을 감소시키고 [36][38]환경에서 HTO의 장기적 생물학적 축적을 방지한다.인체 내 삼중수소수의 생물학적 반감기는 체내 수분 전환의 척도이며 계절에 따라 달라진다.인도 카르나타카 해안 지역의 무료 삼중수소에 대한 직업 방사선 작업자의 생물학적 반감기에 대한 연구는 겨울철 생물학적 반감기가 여름철의 [38]두 배임을 보여준다.삼중수소 피폭을 의심하거나 알려진 경우, 오염되지 않은 물을 마시는 것이 체내에서 삼중수소를 대체하는 데 도움이 될 것이다.땀, 배뇨 또는 호흡을 증가시키면 몸이 수분과 그에 따라 포함된 삼중수소를 배출하는 데 도움이 될 수 있다.그러나, 탈수나 신체의 전해질 고갈이 삼중수소 피폭의 영향보다 (특히 단기적으로) 더 심각할 수 있기 때문에 그러한 것의 건강 결과가 나타나지 않도록 주의해야 한다.

환경오염

삼중수소는 미국의 65개 핵 사이트 중 48개에서 누출되었다.한 경우, 누출수는 식수에 [39]대한 EPA 한계치의 375배에 해당하는 리터당 7.5 마이크로큐리(280kBq)의 삼중수소를 함유하고 있었다.이는 리터당 0.777나노그램(5.45×10gr−8/imp gal) 또는 약 0.8ppt에 해당합니다.

미국 원자력규제위원회는 2003년 정상 운전에서 56개의 가압수형 원자로가 40,600 퀴리 (1,500,000 GBq)의 삼중수소를 방출했다고 밝혔다. (최대: 2,080 Ci (77,000 GBq), 최소: 0.1 Ci (3.7 GBq), 평균: 725 Ci (26,800 GBq 원자로 24개)평균: 액체 유출물에서 [40]27.7 Ci (1,020 GBq)이다. 40,600 퀴리의 삼중수소는 약 4.207그램(0.1484 oz)에 해당한다.

미국 환경보호청에 따르면 최근 도시 매립지에 부적절하게 폐기된 자가발광식 출구 표지가 [41]수로를 오염시키는 것으로 밝혀졌다[when?].

규제의 제한

음용수의 삼중수소에 대한 법적 한계는 나라마다 매우 다르다.몇 가지 수치는 다음과 같습니다.

국가별[42] 삼중수소 음용수 한계
나라 삼중수소 한계
(Bq/l)
호주. 76,170
일본. 60,000
핀란드 30,000
세계보건기구 10,000
스위스 10,000
러시아 7,700
캐나다(온타리오) 7,000
미국 740

미국의 한계는 연간 [36]4.0밀리렘(또는 SI 단위로는 40마이크로시버트)의 선량을 산출하는 것으로 계산된다.이는 자연방사선의 약 1.3%(대략 3,000μSv)이다.비교를 위해 바나나 당량량(BED)은 0.1μSv로 설정되므로 미국의 법정 한계는 400BED로 설정된다.

사용하다

생물학적 방사선 측정

삼중수소는 방사성 탄소 연대 측정과 유사한 과정에서 생물학적 방사선 측정 측정에 사용되었다.예를 들어, 한 논문에서 [H] 레티닐 아세테이트가 3스프래그-다울리 [44]쥐의 몸을 통해 추적되었습니다.

자체 전원 조명

삼중수소 조명 얼굴을 가진 스위스 군용 시계
주요 기사:삼중수소 방사선 발광

소량의 삼중수소의 방사성 붕괴에 의해 방출되는 베타 입자는 인광이라고 불리는 화학 물질을 빛나게 한다.

이 방사 발광은 무기 조준경, 시계, 출구 표지판, 지도 조명, 항법 나침반(예: 현재 사용되는 M-150 미군 나침반), 칼 및 기타 다양한 [c]장치의 야간 조명에 사용되는 베타라이트라고 불리는 자체 동력 조명 장치에 사용됩니다.2000년 현재, 삼중수소에 대한 상업적 수요는 연간[10] 400g(0.88파운드)이며, 비용은 g당 약 30,000달러(850,000/[45]oz)이다.

핵무기

삼중수소는 핵무기의 중요한 구성요소이다.그것은 핵분열 폭탄의 효율과 수율, 그리고 그러한 무기의 외부 중성자 개시자뿐만 아니라 "부스트"라고 알려진 과정에서 수소 폭탄의 핵분열 단계를 향상시키기 위해 사용된다.

중성자 개시제

폭탄이 폭발물에 의해 임계 질량에 압축된 후 폭탄의 핵분열 코어(피트)에서 핵분열 반응을 개시하기 위해 폭발했을 때 중성자 펄스를 생성하는 핵무기에 내장된 장치이다.크립톤과 같은 초고속 스위치에 의해 작동되는 작은 입자 가속기는 삼중수소와 중수소의 이온을 중수소-삼중수소 융합에 필요한 15keV 이상의 에너지로 구동하고 삼중수소와 중수소가 수소화물로 흡착되는 금속 표적으로 유도한다.결과 핵융합에서 나온 고에너지 핵융합 중성자는 모든 방향으로 방사된다.이들 중 일부는 1차 구덩이에 있는 플루토늄이나 우라늄 핵을 타격하여 핵 연쇄 반응을 일으킨다.생성된 중성자의 양은 절대 수가 많기 때문에, 피트 내 전체 핵 수에 비해 여전히 작지만, 피트에서는 더 많은 세대의 연쇄 반응이 필요한 중성자 수준을 빠르게 달성할 수 있다.

부스팅

주요 기사:증강 핵분열 무기

폭발 전에, 몇 그램의 삼중수소-중수소 가스가 핵분열성 플루토늄이나 우라늄의 중공 "구덩이"에 주입된다.핵분열 연쇄 반응의 초기 단계는 중수소-삼중수소 융합을 시작하기에 충분한 열과 압축을 공급하고, 그 후 핵분열과 핵융합은 병렬로 진행되며, 핵분열은 가열과 압축을 지속함으로써 핵분열을 돕고, 핵분열은 고에너지(14.1 MeV) 중성자와 핵분열을 돕는다.핵분열 연료가 고갈되고 또한 외부로 폭발하면서, 그것은 스스로 임계 상태를 유지하는 데 필요한 밀도 이하로 떨어지지만, 핵융합 중성자는 핵분열 과정을 증가시키지 않고 더 빨리 진행시키고 더 오래 지속시킨다.생산량 증가는 압도적으로 핵분열 증가에서 비롯된다.핵융합 연료의 양이 훨씬 적기 때문에 핵융합 자체에서 방출되는 에너지는 훨씬 더 적다.부스트의 효과는 다음과 같습니다.

  • 증가된 수율(같은 양의 핵분열 연료에 대하여, 승압 없이 폭발하는 것에 비해)
  • 핵융합 연료의 양을 변화시킴으로써 가변 수율을 얻을 가능성
  • 폭탄이 매우 비싼 핵분열성 물질을 소량 필요로 할 수 있도록 허용하고, 또한 인근 핵폭발로 인한 프리톤화 위험을 제거한다.
  • 내폭설정에 대한 요건이 그다지 엄격하지 않기 때문에 보다 작고 가벼운 양의 고내폭설비를 사용할 수 있습니다.

탄두의 삼중수소는 지속적으로 방사성 붕괴를 겪고 있으며, 따라서 핵융합에 사용할 수 없게 된다.게다가 붕괴 생성물인 헬륨-3는 핵분열로 방출된 중성자에 노출되면 중성자를 흡수한다.이는 삼중수소 붕괴로부터 너무 많은 헬륨-3이 축적된 경우, 많은 자유 중성자를 생성하려는 삼중수소의 의도된 영향을 상쇄하거나 반전시킬 수 있다.따라서, 증강 폭탄의 삼중수소를 주기적으로 보충해야 한다.예상 소요량은 [10]탄두당 4그램(0.14온스)입니다.삼중수소 수준을 일정하게 유지하려면, 탄두당 연간 약 0.20그램(0.0071oz)이 폭탄에 공급되어야 한다.

중수소-삼중수소 가스 1몰은 약 3.0g(0.11온스)의 삼중수소와 2.0g(0.071온스)의 중수소를 포함할 것이다.이에 비해 핵폭탄에 포함된 20몰의 플루토늄은 약 4.5kg(9.9파운드)의 플루토늄-239로 구성돼 있다.

수소 폭탄의 2차 삼중수소

다음 항목도 참조하십시오.핵무기 설계

삼중수소는 방사성 붕괴를 겪으며 물리적으로 제한하기도 어렵기 때문에, 실제 수소 폭탄에 필요한 중수소 동위원소의 훨씬 큰 2차 전하가 중수소와 삼중수소의 공급원으로 고체 중수소 리튬을 사용하며, 2차 점화 중 삼중수소를 생성한다.

열핵무기의 1차 핵분열폭탄 단계(텔러-울람 단계)가 폭발하는 동안 핵융합 단계의 중심에 있는 U/239Pu의 실린더인 스파크 플러그는 1차 핵분열 단계로부터 채널화된 과잉 중성자에서 연쇄반응으로 핵분열을 시작한다.스파크 플러그의 핵분열에서 방출된 중성자는 리튬-6을 삼중수소와 헬륨-4로 분할하고, 리튬-7은 헬륨-4, 삼중수소, 중성자 1개로 분할한다.이러한 반응이 일어나면 핵융합 단계는 핵융합 단계를 둘러싼 U 또는 U/235U 재킷의 1차 및 핵분열로부터 광자에 의해 압축된다.따라서, 핵융합 단계는 장치가 폭발함에 따라 자체 삼중수소를 생성한다.폭발의 극단적인 열과 압력에서, 삼중수소 중 일부는 중수소와 강제로 융합되고, 그러한 반응은 더 많은 중성자를 방출한다.

이 핵융합 과정은 발화를 위해 매우 높은 온도를 필요로 하며, 더 적은 수의 에너지 중성자를 생성하기 때문에(분열, 중수소-삼중수소 융합
, Li 분열만이 순 중성자 생산), 중수소 리튬은 증강 폭탄에 사용되지 않고 오히려 다단 수소 폭탄에 사용된다.

제어 핵융합

삼중수소는 자기 구속과 관성 구속 융합 원자로 설계 모두에서 통제된 핵융합을 위한 중요한 연료이다.실험용 핵융합로 ITER와 국립점화시설(NIF)은 중수소-삼중수소 연료를 사용한다.중수소-삼중수소 반응은 핵융합 단면이 가장 크고(약 5.0배), 잠재적 핵융합 연료 중 가장 낮은 에너지(약 65keV 질량 중심)에서 이 최대 단면에 도달하기 때문에 바람직하다.

삼중수소 시스템 시험 조립체(TSTA)는 융합 관련 중수소-삼중수소 처리에 필요한 기술의 개발과 시연에 전념하는 로스앨러모스 국립 연구소의 시설이었다.

분석화학

삼중수소는 때때로 방사선 라벨로 사용된다.그것은 거의 모든 유기 화학물질이 수소를 포함하고 있어 조사 대상 분자에 삼중수소를 넣을 장소를 쉽게 찾을 수 있다는 장점이 있다.비교적 약한 신호를 발생시키는 단점이 있습니다.

전원

삼중수소는 전기를 생성하기 위한 원자 배터리를 만들기 위해 베타전 장치에 사용될 수 있다.

해양 과도 추적기로 사용

클로로플루오로카본 외에도, 삼중수소는 일시적인 추적자 역할을 할 수 있고 진화하는 [46]분포 때문에 전 세계 해양의 생물학적, 화학적, 물리적 경로를 "아웃라인화"할 수 있다.따라서 삼중수소는 해양 순환과 환기를 검사하기 위한 도구로 사용되었으며, 그러한 목적을 위해 일반적으로 삼중수소 단위로 측정된다. 여기서 1 TU는 10개의 수소 [46]원자에 대한18 1개의 삼중수소 원자의 비율로 정의되며, 대략 0.118 Bq/[47]l와 같다.앞서 언급한 바와 같이, 1950년대 후반과 1960년대 초 북반구의 고위도 지역에서 주로 실시된 핵무기 실험은 많은 양의 삼중수소를 대기, 특히 성층권으로 유입시켰다.이러한 핵실험 전, 지구 표면에는 약 3~4kg의 삼중수소만 있었지만, 이러한 양은 시험 후 [46]기간 동안 2-3배 정도 증가했다.일부 선원에 따르면 1963년과 1964년에 자연환경 수준이 약 1,000TU를 초과했으며, 동위원소는 북반구에서 지하수의 나이를 추정하고 수문 지질학적 시뮬레이션 [48]모델을 구축하기 위해 사용된다.최근 과학 소스에 따르면 무기 테스트의 최고 높이에서 대기 수준은 1,000TU에 도달하고 빗물 유출 전 수준은 5~10TU [49]사이인 것으로 추정된다.1963년 발렌티아 섬의 [50]강수량은 2,000 TU를 기록했다.

북대서양

반면 성층권(기간 사후 조사)에서, 삼중 수소와 물 분자가 산화되고 상호 작용이 빠르게 생산된 강우의 많은 것에서, 물의 순환 체계의 진화와 구조뿐만 아니라 북 대서양에 환기와 물의 구성 학습에 tritium 전조가 되는 날 참석했다.[46]

북대서양에 [51]위치한 심층수의 보충 및 전복 속도를 정량화하기 위해 TTO(Transient Tracers in the Ocean) 프로그램의 폭탄 트리튬 데이터를 사용했다.

폭탄 트리튬은 또한 [52]남극 주변의 깊은 바다로 들어간다.대기의 대부분의 폭탄 삼중수소수(HTO)는 다음과 같은 과정을 통해 바다로 유입될 수 있다.

강수량
나. 증기 교환
(c) 하천 유출

이러한 과정은 HTO를 최대 수십 [51]년의 시간 척도에 대한 훌륭한 추적자로 만든다.

1981년 이 과정에서 얻은 데이터를 사용하여 1 TU 등서면은 아열대 지역에 500~1000m 깊이에서 대서양 [46]상부의 재순환과 환기로 인해 걸프 만 남쪽 1,500~2000m까지 확장된다.북쪽으로, 등수면은 깊어지고 심해 평원의 바닥까지 도달하며, 이는 10-20년 [46]주기로 해저의 환기와 직접적으로 관련이 있다.

대서양에서도 1960년대 후반과 1980년대 후반 버뮤다 인근 삼중수소 프로파일이 뚜렷하다.표면(1960년대)에서 400m(1980년대)까지 삼중수소 최대치가 하향 전파되며, 이는 연간 [46]약 18m의 심화 속도에 해당한다.1970년대 후반에는 1,500m 깊이와 1980년대 중반에는 2,500m 깊이에서 삼중수소 증가가 있었고, 이는 모두 심층수 및 관련 심층수 [46]환기에서의 냉각 사건에 해당한다.

1991년 연구에 따르면, 삼중수소 프로파일은 4TU까지 삼중수소 증가에 해당하는 새로 형성된 북대서양 심층수(NADW)[51]의 혼합과 확산을 연구하는 도구로 사용되었다.이 NADW는 노르웨이해와 북대서양을 가르는 침전물 위로 흘러내려 깊은 경계 해류를 타고 서쪽과 적도로 흐른다.이 과정은 1981년과 [51]1983년 사이에 북대서양 심해에서 대규모 삼중수소 분포를 통해 설명되었다.아극성 환류는 NADW에 의해 신선해지는 경향이 있고 (환기) 높은 삼중수소 값 (> 1.5 TU)과 직접 관련이 있다.또한 래브라도 해에서 열대지방까지 심서부 경계 해류의 삼중수소 감소가 10배였으며, 이는 난류 혼합과 [51]재순환으로 인한 해양 내부 손실을 나타낸다.

태평양과 인도양

1998년 연구에서, 표면 해수 및 대기 수증기(표면 위 10m)의 삼중수소 농도는 술루 해, 프리만틀 만, 벵골 만, 페낭 만, [53]말라카 해협에서 표본 추출되었다.결과는 표면 바닷물의 삼중수소 농도가 프리만틀 만(약 0.40 Bq/l)에서 가장 높았고, 이는 연안 [53]해역에서 많은 양이 발견되었기 때문에 인근 육지의 담수 유출의 혼합으로 인정될 수 있었다.일반적으로, 낮은 농도는 남위 35도에서 45도 사이와 적도 부근에서 발견되었다.결과는 또한 (일반적으로) 인도양의 폭탄 삼중수소의 물리적 붕괴로 인해 수년 동안(1997년까지) 삼중수소가 감소했음을 나타냈다.수증기의 경우, 삼중수소 농도는 표면 해수 농도(0.46 - 1.15 Bq/l)[53]보다 약 1배 높았다.따라서, 수증기 삼중수소는 표면 해수 농도의 영향을 받지 않는다. 따라서, 증기의 높은 삼중수소 농도는 성층권에서 대류권으로 자연 삼중수소의 하향 이동의 직접적인 결과라고 결론 내렸다. (따라서, 해양 공기는 위도 [53]변화에 의존했다.)

북태평양에서, 삼중수소(북반구에서 폭탄 삼중수소라고 소개)는 3차원으로 확산되었다.중저위도 영역에는 지표면 최대값이 존재했는데, 이는 상부 [54]해양의 일정한 전위밀도(등각질) 라인을 따라 횡방향 혼합(이류) 및 확산 과정을 나타낸다.이러한 최대치 중 일부는 염분 극단과 [54]잘 연관되어 있다.해양 순환 구조를 얻기 위해, 삼중수소 농도는 일정한 전위 밀도의 3개 표면(23.90, 26.02, 26.81)[54]에 매핑되었다.그 결과, 아북극 사이클론 순환의 26.81 이소피널에서 삼중수소가 잘 혼합(6 - 7 TU에서)되었고, 남쪽의 사이클론 순환과 고기압 순환 사이에 삼중수소의 느린 교환이 있는 것으로 나타났다. 또한 2390과 2602의 삼중수소는 느린 표면에서 교환되는 것으로 나타났다.r 북태평양 중심부와 적도 지역 사이의 속도.[54]

폭탄 삼중수소의 깊이 침투는 세 가지 뚜렷한 층으로 분리될 수 있다.

레이어 1
계층 1은 가장 얕은 층이며 겨울에 가장 깊은 환기층을 포함한다. 방사능 낙진을 통해 삼중수소를 공급받았고 이류 및/또는 수직 확산으로 인해 일부분이 손실되었으며 삼중수소 [54]총량의 약 28%를 포함한다.
레이어 2
레이어 2는 첫 번째 레이어보다 낮지만 26.81 등각선보다 높아 혼합 레이어의 일부가 아닙니다.그것의 두 가지 선원은 혼합층에서 아래쪽으로 확산되는 것과 측면 팽창 지층(극 방향으로)이다. [54]총 삼중수소의 약 58%를 포함한다.
레이어 3
레이어 3은 외곡 등방성보다 깊고 수직 확산을 통해서만 삼중수소를 받을 수 있는 물을 대표한다. 전체 [54]삼중수소의 나머지 14%를 포함한다.

미시시피 강 수계

냉전 시대의 무기 실험으로 인한 핵 낙진은 미시시피 강 수계 전체에 걸쳐 미국에 정착했다.삼중수소 농도는 호수, 하천, [55]강과 같은 지표수를 포함하는 (일반 해양 수문 시스템과 대조적으로) 대륙 수문 시스템의 거주 시간을 이해하는 데 사용될 수 있다.이러한 시스템을 연구하면 농업 목적과 전반적인 하천 수질을 위한 정보를 사회와 지자체에 제공할 수 있다.

2004년 연구에서 미시시피 강 유역의 삼중수소 농도(1960년대부터 시작)를 조사하는 동안 몇 가지 강이 고려되었다.오하이오 강(미시시피 강 유량의 가장 큰 강), 미주리 강 및 아칸소 [55]강입니다.가장 큰 삼중수소 농도는 1963년에 이러한 강 전체의 모든 표본 추출 위치에서 발견되었고 1962년 핵폭탄 실험으로 인한 강수량의 피크 농도와 잘 관련이 있다.전체 최고 농도는 미주리 강(1963년)에서 발생했으며 1,200 TU 이상이었으며, 가장 낮은 농도는 아칸소 강에서 발견되었다(1980년대 [55]중반에는 850 TU 이상 10 TU 미만이었던 적이 없다).

강의 삼중수소 데이터를 사용하여 지하수 [55]저수지에서 직접 유출과 물의 유출 등 여러 과정을 확인할 수 있다.이러한 과정을 사용하여, 과도 삼중수소 추적자에 대한 강 유역의 반응을 모델링할 수 있게 된다.가장 일반적인 두 가지 모델은 다음과 같습니다.

피스톤 플로우 어프로치
삼중수소 신호가 즉시 나타난다.
잘 혼합된 저수지 접근법
유출 농도는 세면수[55] 거주 시간에 따라 달라진다

불행하게도, 두 모델 모두 강물에서 삼중수소를 재생산하지 못한다. 따라서, 두 가지 성분으로 구성된 2인 혼합 모델이 개발되었다. 즉, 신속한 흐름 성분 (최근 강수량 – "피스톤")과 물이 1년 이상 유역에 상주하는 성분 ("잘 혼합된 저수지")[55]이다.따라서, 분지 삼중수소 농도는 분지 내 체류 시간, 싱크(방사능 붕괴) 또는 삼중수소 선원과 입력 함수의 함수가 된다.

오하이오 강의 경우, 삼중수소 데이터는 흐름의 약 40%가 (오하이오 유역에서) 거주 시간이 1년 미만인 강수량으로 구성되었고, 오래된 물은 [55]약 10년의 거주 시간으로 구성되었다.따라서 짧은 체류 시간(1년 미만)은 2인 혼합 모델의 "촉진 흐름" 구성요소에 해당합니다.미주리강의 경우, 거주기간은 약 4년이며, 유속성분은 약 10%이다(이러한 결과는 미주리강 [55]지역의 일련의 댐에 기인한다).

미시시피강의 주 줄기를 통해 멕시코만으로 유입된 삼중수소의 질량 유량에 대해, 데이터는 1961년과 1997년 [55]사이에 약 780그램의 삼중수소가 강에서 멕시코만으로 유출되었고, 평균 7.7PBq/yr이었다.그리고 미시시피 강을 통과하는 현재의 유속은 연간 약 1에서 2 그램인데 반해 폭탄이 터지기 전의 유속은 연간 [55]약 0.4 그램입니다.

「 」를 참조해 주세요.

각주

  1. ^ 1955년 이후 미국의 총 삼중수소 생산량은 약 225kg이었고, 그 중 150kg이 헬륨-3으로 분해되어 현재 약 75kg의 삼중수소 재고가 남아 있다.- Zerrifi & Scoville (1996)[29]
  2. ^ 이 수치는 삼중수소가 [43]물에 존재하는 유일한 방사성핵종이라고 가정할 때, 호주 음용수 지침 6의 모든 방사선 선원에서 연간 1mSv의 지침 선량을 도출한다.
  3. ^ 이 적용에서 삼중수소는 라듐을 포함한 방사선 발광 페인트를 대체했다.라듐에 노출되는 것은 골암을 유발하며, 라듐의 일상적인 사용은 수십 년 동안 대부분의 국가에서 금지되어 왔다.

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경량화:
중수소 		삼중수소는 다음과 같다.
수소 동위원소 		중량:
수소-4
붕괴 생성물:
수소-4 		붕괴사슬
삼중수소의		 데코:
헬륨-3