Тритий: что это такое, особенности, свойства и производство

Тритий — сверхтяжёлый водород, обозначается символами T и H3 — радиоактивный изотоп водорода. Ядро трития состоит из протона и двух нейтронов, его называют тритоном и обозначают t.

В природе тритий образуется в верхних слоях атмосферы при соударении частиц космического излучения с ядрами атомов, например, азота. В процессе распада тритий превращается в 3He с испусканием электрона и антинейтрино (бета-распад), период полураспада — 12,32 года. Доступная энергия распада очень мала (18,59 кэВ), средняя энергия электронов 6,5 кэВ.

Тритий используется в биологии и химии как радиоактивная метка, в экспериментах по исследованию свойств нейтрино, в термоядерном оружии (оно же водородная бомба) как источник нейтронов и одновременно термоядерное горючее, в геологии для датирования природных вод. Промышленный тритий получают облучением лития-6 нейтронами в ядерных реакторах.

В силу малой энергии распада трития, испускаемые электроны хорошо задерживаются даже простейшими преградами типа одежды или резиновых хирургических перчаток. Тем не менее, этот изотоп представляет радиационную опасность при вдыхании, поглощении с пищей, впитывании через кожу. Единичный случай употребления тритиевой воды не приводит к длительному накоплению трития в организме, так как его период полувыведения — от 7 до 14 дней.

Использование в часах

Что касается использования в часах, то поначалу использовался радий (отсюда — Radiomir). После того, как было установлено, что радий для этих целей использовать крайне вредно для здоровья, часовая промышленность перешла на тритий (а, кроме того, на нерадиоактивные составы, такие как SuperLumiNova). В связи с радиоактивностью радия даже, например, была отправлена на дно океана партия Panerai Radiomir.

Тритий гораздо более безопасен, но для работы с тритием компании требуется специальное разрешение и подготовленные мастера.

В конце 90-х Суперлюминова начала активно вытеснять тритий. Это связано с меньшими трудностями при производстве и экологичности, хотя данный состав уступает по свечению (продолжительности) тритию. Правда, у трития есть важный недостаток, помимо минимальной радиоактивности. Это — ограниченный период работы в связи с полураспадом. Такое свечение в часах продлится максимум 12 лет (12,34 года — период полураспада трития). Срок считается с момента производства трития! Через несколько лет интенсивность свечения снижается.

Нынешняя технология использования трития в часах довольно проста: берется стеклянный сосуд, его внутренные стенки покрываются светящимся веществом (люминофор, например Суперлюминова), затем сосуд наполняется газом трития и герметично закупоривается. Электроны, испускаемые тритием, проводят бомбардировку слоя со светящимся веществом, что и создает эффект свечения.

Излучение распадающегося трития имеет область распространения 1 – 3 миллиметра, что не позволяет им проникнуть в человеческое тело. Соответственно, излучение не проходит через стенки сосуда.

«У тебя часы с радиоактивным материалом? Они светятся в темноте? Домой можешь не возвращаться!» — мое первое знакомство с тритиевой подсветкой вызвало в семье опасения. И совершенно напрасно.

Миф о том, что радиоактивные вещества светятся, скоро отпразднует вековой юбилей и, несмотря на это, по‑прежнему активно эксплуатируется писателями, художниками и режиссерами XXI века. Он уходит корнями в 20−30-е годы прошлого столетия, когда в бытовых приборах стали активно применять краску на основе сульфида цинка и меди с добавлением радия. Сульфид цинка с медью — распространенный люминофор, который под действием электронного луча окрашивает экраны радаров и осциллографов в «фирменный» зеленый цвет, а в составе краски светится под действием альфа-излучения радиоактивного металла радия.

Компания mb-microtec состоит из трех подразделений. Помимо производства тритиевых источников света Trigalight и «домашней» часовой марки Traser в нее входит Glencatec. Фактически это исследовательская лаборатория, призванная найти новые сферы применения для ноу-хау mb-microtec. Ее наиболее интересные проекты связаны с разработкой медицинских микророботов, заключенных в герметичные стеклянные капсулы с помощью технологии лазерной инкапсуляции Trigalight.

В те годы радий был популярнее, чем Марлен Дитрих. На завораживающих промоплакатах счастливые семьи собирались у каминов, источающих загадочное зеленоватое свечение, и миллионы людей с нетерпением ожидали появления атомных духовок на своих кухнях и атомных автомобилей в гаражах.

После того как человечество столкнулось с опасностями радиации, эйфория сменилась другой крайностью: малейшее упоминание о радиации заставляет людей напряженно хмурить брови. Между тем даже обычный банан способен вызвать ложное срабатывание радиационного детектора — ведь бананы от природы содержат изотоп калий-40. Детекторы дыма, которые мы можем увидеть на потолке в каждом офисе, используют распадающийся америций-241.

Шаг 1: изготовление трубкиСырьем для большинства источников служит так называемая базовая трубка из боросиликатного стекла. Ее диаметр равен 12 мм, длина — 1,5 м. Чтобы получить микротрубки нужных параметров, базовую трубку нагревают и растягивают на специальном станке, разработанном mb-microtec. При этом и диаметр трубки, и толщина стенок уменьшаются, а длина, соответственно, увеличивается. Из одной базовой трубки можно получить 120 полуметровых отрезков диаметром 0,5 мм. Этот крайне деликатный процесс контролируется вручную: оператор регулирует скорость прохождения трубки, температуру нагрева и интенсивность воздушного охлаждения. Для изготовления прямоугольных «тригалайтов» используется базовая трубка прямоугольного сечения.

Мы посетили фабрику компании mb-microtec (Берн, Швейцария), где производятся источники света на основе радиоактивного газа трития. Это производство в некотором роде уникально. Несколько компаний в мире (их можно пересчитать по пальцам) производят тритиевые источники, однако только технологии mb-microtec позволяют изготавливать миниатюрные колбы, пригодные, в частности, для установки в циферблат часов. Поэтому всем часовым домам, которые хотят осветить свои модели тритием, приходится обращаться в mb-microtec.

ТехнологииКак отличают драгоценные камни от подделок

Шаг 2: нанесение люминофораПроцесс нанесения люминофора на внутреннюю поверхность трубки — одно из важнейших ноу-хау компании. Сперва стекло очищается и «активируется». В этом процессе участвуют вода, мыльный раствор, растворы с основными и кислотными свойствами. После сушки в трубки засыпается порошкообразный люминофор. Со стороны кажется, что порошок просто пролетает сквозь трубку и высыпается на стол с другой стороны, но благодаря активации он ровным слоем покрывает стеклянную поверхность. Процесс засыпки повторяется трижды, после чего трубка отправляется на проверку. Каждая заготовка должна продемонстрировать ровное свечение в ультрафиолетовых лучах. Готовые трубки на сутки отправляются в печь на просушку.

Вот такая рыба!

«Нам доставляют огромные контейнеры с тритием!» — с гордостью объявляет Джон Уильямс, технический директор mb-microtec. Мы ожидаем, что в следующий момент Джон разведет руки в стороны традиционным жестом «вот такая рыба!», но его ладони рисуют в воздухе разве что средних размеров плотву.

Дело в том, что тритий — одно из редчайших веществ на планете. Его мировые запасы оцениваются от силы в 30 кг, при этом один килограмм стоит примерно $30 млн. Промышленный тритий производят в ядерных реакторах, облучая нейтронами литий-6. Зато трития полно на Солнце. Напомним, что тритий — это изотоп водорода, ядро которого содержит один протон и два нейтрона. В усло­виях мощнейшей гравитации и высочайшей температуры светила (15 млн градусов) ядра трития сталкиваются с ядрами дейтерия («тяжелого водорода»), состоящими из одного протона и одного нейтрона. При этом образуется ядро нового химического элемента гелия (два протона и два нейтрона), высвобождается нейтрон и огромное количество энергии. Ядро гелия легче, чем ядра дейтерия и трития. Если вспомнить знаменитое E = mc², где c — скорость света, становится понятно, почему солнце дарит нам столько тепла.

Многие годы физики пытаются воссоздать на Земле процессы, происходящие в солнечном пекле (и делают определенные успехи). Когда им это удастся, тритий будет снабжать людей практически даровым электричеством. А до тех пор он может послужить нам, поджигая люминофор в светящихся трубках. Ведь главное свойство трития — безопасность.

Да, он радиоактивен, но радиация радиации рознь. Самое опасное гамма-излучение (фотоны с высокой энергией) вызывает лучевую болезнь и онкологические заболевания, хотя оно же используется и для лечения рака. Блокировать такое излучение можно только с помощью толстого слоя материала с тяжелыми ядрами (свинец, обед­ненный уран).

Шаг 3: закачка тритияСпециалист запаивает один конец каждой трубочки с помощью паяльной лампы, и уже не трубочки, а колбочки отправляются на заправочную станцию и подсоединяются к штуцерам. 30 штуцеров располагаются на общем коллекторе. Сначала из трубок откачивают воздух и в течение некоторого времени контролируют давление в системе. Так трубки проверяют на герметичность. После завершения теста в коллектор подается тритий. Яркость свечения и срок службы источников прямо зависят от количества закачанного в них трития. Чтобы в емкости поместилось больше радиоактивного газа, их охлаждают, погружая в жидкий азот. Напомним, что температура жидкого азота составляет -196°С. По завершении заправки специалист запаивает верхние концы трубок паяльной лампой и аккуратно отделяет их от станции.

Альфа-частицы представляют собой не что иное, как ядра гелия. От альфа-излучения легко защититься даже тонким слоем материала, однако оно представляет опасность при попадании в организм. Яркие примеры того и другого — америций-241 из дымовых детекторов и печально известный полоний.

Для трития характерно мягкое бета-излучение, которое представляет собой поток электронов и позитронов. Загородиться от него можно даже листом бумаги. Энергии бета-частицы недостаточно, чтобы проникнуть в организм через кожу. Стоит ли говорить, что излучение трития никак не может покинуть стеклянную колбу. Даже если вы вдохнете небольшое количество трития, он покинет организм, не успев нанести ему значительного вреда.

Шаг 4: лазерная резкаЛазерная резка — пожалуй, главное ноу-хау mb-microtec. Длинные трубки, уже заполненные тритием, помещаются в станок, который нарезает их на нужные отрезки с ювелирной точностью. При этом лазер не просто разрезает заготовку, но и мгновенно запаивает концы получившихся отрезков, не оставляя тритию ни малейшего шанса покинуть трубки. В целях безопасности станок герметизируется и запирается на время работы. Его невозможно открыть до тех пор, пока встроенный датчик не констатирует полное отсутствие трития внутри прозрачного кейса. С помощью видеокамеры и монитора оператор непрерывно следит за качеством резки. Сразу после резки новоиспеченные «тригалайты» проходят очередной тест на герметичность: оператор рассматривает партию источников в темной комнате, выискивая темные точки.

Тем не менее, входя на заправочную станцию, мы надеваем халаты и специальные бахилы, а на стенах в каждой комнате наблюдаем высокочувствительные газоанализаторы и датчики радиации. Они способны почувствовать малейшую утечку трития и в мгновение ока герметизировать помещение, запустив систему экстренной вентиляции.

«Первая причина для повышенных мер безопасности — это официальные нормативы, — поясняет Джон Уильямс, — вторая — это небольшая вероятность образования тритиевой воды при случайном взаимодействии газа с жидкостями». Тритиевая вода, в которой часть атомов водорода заменена атомами трития, опасна тем, что при попадании в организм может задержаться там несколько дольше, чем газ, который мы постоянно вдыхаем и выдыхаем.

Шаг 5: упаковка в палетыПроцесс упаковки «тригалайтов» завораживает: быстрыми и точными движениями механический манипулятор достает микротрубочки размером всего 0,5 х 5 мм каждая из горстки, проносит над фотоаппаратом со вспышкой и аккуратно укладывает в пластмассовые палеты. В зависимости от модели палет в каждой из них может располагаться 605, 943 или 1375 источников. Палеты — это не просто удобная упаковка. Они используются на сборочном производстве часов, где такой же манипулятор подхватывает микротрубочки и устанавливает их на циферблаты — в строго определенное место под строго определенным углом. Механизм захвата у манипулятора пневматический. Во время фотосъемки каждому отдельному источнику присваивается номер. Фотография может служить подтверждением того, что источник был изготовлен качественно и точно соответствовал заданным размерам.

Наконец, есть и третья причина: все-таки вышеупомянутый контейнер действительно большой. Посудите сами на примере: в часах Traser Red Combat размещаются источники с совокупной активностью 1 гигабеккерель (один беккерель означает, что в источнике происходит один радиоактивный распад в секунду). В одном контейнере (на фабрике разрешается хранить два) помещается количество трития с активностью 50 000 кюри, а один кюри равняется 37 гигабеккерелям. Так что, если посчитать, сколько часов можно изготовить, использовав весь запас трития на фабрике, мы получим цифру 3 700 000!

Проверено законом

Разумеется, световые источники mb-microtec используются не только в часах. Их можно встретить в оружейных прицелах, авиационных приборах, рыболовных поплавках. Сфера применения тритиевой подсветки постоянно расширяется: источники появляются в дизайнерских дверных ручках, указателях выхода для самолетов и шахт.

Это неудивительно: тритиевые источники дают стабильный свет, служат 25 лет, не нуждаются в питании и подзарядке. Этим они выгодно отличаются от люминофоров на основе фосфора и им подобных, которые запасают энергию света в течение дня, но уже после одного часа, проведенного в темноте, теряют до 90% яркости.

Для тех, кого не убедил рассказ о безопасности трития, остался последний аргумент. Тритиевая подсветка — одна из самых проверенных технологий в мире. Потому что мало найдется технологий, которые бы привлекали столь пристальное внимание со стороны государственных контролирующих органов.

Статья «Тритий не лишний» опубликована в журнале «Популярная механика» (№7, Июль 2015). Интересно как устроен ядерный реактор и могут ли роботы построить дом?Все о новых технологиях и изобретениях!<label>Я соглашаюсь с правилами сайта</label>Спасибо.Мы отправили на ваш email письмо с подтверждением.

Одной из наиболее «ярких» (в прямом и переносном смысле) военных технологий, которые на сегодняшний день становятся доступными в повседневной жизни, является технология GTLS (Gaseous Tritium Light Source) — газовых тритиевых источников света «Trigalight».

Производство тритиевой подсветки в часах

Автором и производителем элементов GTLS является швейцарская компания «Mb-mictrotec» (создатель часового бренда Traser). Элементы GTLS представляют собой миниатюрные источники света, отличительной особенностью которых является постоянное свечение в течение более 25 лет. Свечение вызвано взаимодействием трития, запаянного внутри колб, с люминофором, которым покрыты их внутренние поверхности. В зависимости от используемых люминофоров, можно получить разные цвета свечения колб. На сегодняшний день компания «Mb-mictrotec» в состоянии производить световые источники «Тригалайт» с диаметром всего лишь 0.55 мм и длиной 1.3 мм.

Возможность выпуска тригалайт (Газовых Тритийных Световых Источников) — является результатом десятилетних исследований и разработок в сфере радиoлюминесценции, проводимые компанией mb-microtec. Герметичные, маленькие стеклянные трубки, покрытые со внутренней стороны светящимся веществом, наполняются газообразным тритием. Электроны, излучаемые тритием, вызывают постоянную активацию светящегося вещества.

Тригалайт не нуждаются в техническом обслуживании.

Производство тригалайтов GTLS — самоактивируемых тритиевых источников подсветки

По существу, почти любой стеклянный закрывающийся сосуд можно преобразовать в тригалайт источник.Первым шагом необходимо покрыть  внутреннюю поверхность тригалайт источника светящимся веществом, что делается на 100% вручную.

Часы с тритиевой подсветкой. Как это работает

Рабочий принцип тригалайт источника  можно сравнить с рабочим принципом обычного кинескопа.

Очень тонкий слой светящегося вещества наносится на стеклянную поверхность.Этот слой бомбардируется электронами,  испускаемыми газом тритий (Н3), что заставляет слой светиться (превращение электрического заряда в свет).В то время, как в кинескопе электроны генерируются электронно, с помощью катода, в тригалайт источнике необходимые электроны создаются посредством радиоактивного распада трития (изотоп водорода).

Электоны распадающегося трития имеют область распространения в воздухе всего лишь 1-3мм и даже не могут проникнуть в человеческую кожу. Энегрии в 18 кэв (в наибольшем случае) для этого не достаточно. Таким образом, излучаемые электроны (Бета радиация) не в состоянии покинуть или проникнуть сквозь  запечатанный стеклянный сосуд тригалайт источника.

Срок службы тритиевой подсветки

Продолжительность срока службы тригалайт источников зависит не только от расщепления трития (период полураспада 12.3 лет), но и от ряда дополнительных факторов.

Большую роль имеет химическая композиция и качество покрытия и используемого светящегося вешества. Высококачественные световые источники могут оставаться яркими даже и после 20 лет. В любом случае, наши тригалайт источники выпускаются в соответствии с «Вritish standard» (Британским стандартом) и имеют эксплутационную гарантию минимум 10 лет!

Яркость / Цвета тригалайтов — GTLS

Яркость свежепроизведенного тригалайт источника зависит от толщины покрытия, геометрической формы, чистоты использованного газа и давлении, при заполнении светового источника газообразным тритием.Нанесение отражаюшего слоя может также в дальнейшем усилить свечение.Тем не менее, одним из основных аспектов остается цвет светового источника. Зеленый тригалайт всегда ярче красного или синего с одинаковыми характеристиками.

Интенсивность яркости по цветам: Зеленый цвет принимается за 100%. Интенсивность яркости других цветов с учетом, что все остальные характеристики идентичны, такова:

Что такое тритий

Открытый в 1934 году Ернестом Резерфордом, Маркусом Олифантом и Полом Хартеком, тритий (Т или Н-3) является третим изотопом водорода (Н или Н-1) наряду с дейтерием (D или Н-2).

Тритий (также известный, как сверхтяжелый водород) газ, используемый в промышленных целях, создан человеком.Ядро атома трития состоит из протона и двух нейтронов. Подобно водороду, тритий нестабилен и при распаде излучает бета радиацию (электроны) с периодом полураспада 12.3 лет.В течение этого времени, каждый атом излучает один электрон, который покидает ядро с максимальной энергией приблизительно в 18 кэв. Эта энергия очень мала в сравнении с другими радиоактивными изотопами. Например, электрон не в состоянии проникнуть сквозь кожу человека и может быть легко остановлен простым листом бумаги.Один миллилитр газа тритий имеет активность около 2.54 Ки (Кюри) или 94 ГБк (Гига-Беккерель).Дальнейшие физические и химические характеристики триния почти идентичны характеристикам водорода. Так, например, при горении трития и кислорода образуется вода и окись трития. Газ тритий без вкуса, без запаха и гораздо легче воздуха. Если тритий проникает в тело человека , он равномерно распространяется в воде , из которой состоит организм, и потом постепенно удаляется с периодом биологического полураспада в 10 дней.

Результаты воздействия радиоактивного облучения в различных дозах

Используемые источники:

• https://getat.ru/tritium/
• https://www.popmech.ru/technologies/181231-tritiy-ne-lishniy/
• https://traser.ru/tritievaya-podsvetka/