Насколько горячей будет вода с тритием?

Я понимаю, что это довольно глупый вопрос, но если у вас есть тритиевая вода с периодом полураспада трития 12,5 лет, я ожидаю, что она будет довольно горячей. (обратите внимание, это не вопрос домашнего задания, мне просто любопытно).

Допустим, у вас есть литр воды, 1000 граммов и каждый кислород с двумя тритиями на нем, атомный вес 22, поэтому 1000/22 = около 45 молей, назовем это Т-водой. 6,02x10^23 атомов на моль. 2,7x10 ^ 25-й t-молекул воды (вдвое больше трития)

Таким образом, период полураспада означает, что за 12,5 лет 2,7x10 ^ 25 трития вытолкнут электрон, и вы получите OH + 3He + энергию. За 12,5 лет примерно 395 миллионов секунд, и я понимаю, что это будет неравномерно, но если мы проигнорируем это, 2,7x10^25 / 3,95 * 10^8, примерно 6,8x10^16 распадов трития в секунду.

Теперь, если предположить, что эта диаграмма верна, вы получите 0,0057 МэВ на распад.

введите описание изображения здесь

Итак, наш литр Т-воды имеет энергию распада около 3,8 х 10^14 МэВ в секунду, или 3,8 х 10^20 электронвольт.

с 6,24 x 10 ^ 18 электрон-вольт на джоуль наша Т-вода будет генерировать около 61 джоуля в секунду, или 14,5 малых калорий в секунду.

Этого было бы достаточно, чтобы нагревать наш литр на 1 градус каждые 1000/14,5 каждые 69 секунд.

Итак, вот мой вопрос. Я что-то упустил или моя математика примерно верна. Если мои расчеты верны, если мы предположим, что комнатная температура составляет 20 градусов, T-воде потребуется чуть более 1 часа, чтобы нагреться от комнатной температуры до температуры кипения, но при условии, что она не изолирована, просто находится в закрытой, герметичной комнате. , тепло покинет его достаточно быстро, чтобы он не достиг температуры кипения.

Мои вопросы:

  1. мои математические расчеты верны, или там есть вопиющая ошибка, потому что я думаю, что что-нибудь с периодом полураспада 12,5 лет будет горячее, чем это.

  2. какова будет средняя температура с 61 Дж тепла на литр, если предположить, что в комнате, где тепло проводится и испаряется, но воздухонепроницаемо, так что вы не теряете часть Т-воды в окружающую среду. Достаточно большой, чтобы вода могла свободно испаряться и повторно конденсироваться. Будет ли большая часть энергии потеряна в фотонах/излучении или она будет в основном сохраняться в виде тепла?

  3. что произойдет, если вы сунете руку в Т-воду? Вы бы получили радиационные ожоги или просто почувствовали бы тепло/горячо?

  4. Будет ли он светиться ярко? или излучают фотоны в гамма-спектре?

В качестве дополнительного вопроса, будет ли это эффективным способом подогрева моего бассейна?
Нет, это не будет эффективным способом нагрева вашего бассейна, поскольку он стоит около 30000 долларов за грамм.
Кроме того, если вы планируете наполнить бассейн тритиевой водой, вы, вероятно, умрете вскоре после купания.
:-) Вопрос о бассейне был явно в шутку, но мне любопытно, какой будет тритиевая вода - насколько она будет горячей, насколько опасно будет находиться рядом с ней, если она будет светиться. Забавные штуки такие. Я знаю достаточно, чтобы знать, что это не станет критическим, как достаточно высокая концентрация урана - ну, я думаю. Я не думаю, что электроны с высокой скоростью вызовут более быстрый распад.
Я почти уверен, что бета-распад содрал бы вашу кожу, хотя, признаюсь, я не рассчитывал дозу. Но помните, что бета-версии имеют небольшой радиус действия, поэтому, когда вы идете плавать, вы получаете приличную дозу для кожи. Помните также, что джоуль энергии, выделенной в виде излучения, является фундаментальным показателем повреждения ионизирующим излучением — если я правильно помню, 60 джоулей = 60 Гр, что является смертельным.
Между прочим, LBL имеет более высокую энергию 19 кэВ (см. www2.lbl.gov/ehs/html/pdf/tritium.pdf ) .
Поместите его в термос.
Если вы можете подождать до 14 июля, отправьте это вместе с what-if.xkcd. А если серьезно: когда-то тритий использовался для часовых стрелок, светящихся в темноте. Возможно, вы сможете отслеживать некоторую информацию о плотности через эту историю. И: рассматривали ли вы стимулированное поперечное сечение, то есть вероятность столкновения частиц с другим атомом H3, что приводит к цепной реакции?
Термосы @CountIblis предназначены только для Ice-nine.
@CarlWitthoft Тритий по-прежнему используется для освещения в течение длительного времени (например, освещения аварийного выхода) и некоторых стрелок часов. Когда-то радий использовался для светящихся в темноте стрелок часов.
@Floris Это зависит от эффективной дозы (измеряется в Зивертах). И приблизительно 6 Зв являются смертельными (конечно, это всего лишь приближение и зависит от многих факторов, вы можете выжить и при более высоких дозах (ср . Анатолий Бугорский ). Кожа имеет коэффициент 0,01, поэтому 600 Гр = 600 Дж/кг полностью депонированы в кожа была бы смертельной (но эффективная доза действительно надежна только для низких интенсивностей).
@SebastianRiese в ваших расчетах означает «смертельный» для кожи или тела? Я говорил об отмирании кожи (что может закончиться смертью тела). Это довольно гипотетически, конечно. Но я видел довольно серьезные радиационные ожоги кожи, происходящие при дозе менее 600 Дж/кг... CDC говорит, что дозы выше 2 Гр вызовут повреждения, а дозы выше 550 Гр могут потребовать ампутации (трудно, если вы плавали... Что делать? вы режете?) и так как вложенная энергия рассчитывалась посекундно, 10 секундный провал должен вас убить.
@Floris Я имел в виду всего человека. Так что согласен, купаться в этом бассейне будет очень вредно для здоровья. Я предполагаю, что ваше число 60 Гр, отложившееся в коже, уже может быть смертельным (поскольку это, вероятно, будет похоже на ожог большой площади, которые довольно опасны).
Обратите внимание, что вода с тритием будет кипеть при несколько более высокой температуре, чем обычная вода. ( Д 2 О составляет около 101,4 ° C, поэтому я ожидаю Т 2 О должна быть около 102-103 ° C.) Это может помочь, если вы хотите приготовить макароны немного быстрее.

Ответы (1)

обновленные расчеты - на основе убегания энергии нейтрино и риска вдыхания паров

Ваша математика близка, но не совсем верна.

Во-первых, количество атомов трития.

1000/(16+3+3) = 45 молей (как вы сказали)

Это означает, что есть 45 * 2 * Н А знак равно 5,5 ⋅ 10 25 атомы трития

Теперь период полураспада составляет 12,3 года или 4500 дней, то есть 3,9 ⋅ 10 8 с.

Это означает, что время 1/e т знак равно т 1 / 2 / п ⁡ 2 знак равно 5.6 ⋅ 10 8 с

Количество распадов в секунду равно 5,5 ⋅ 10 25 5.6 ⋅ 10 8 знак равно 9,8 ⋅ 10 16 с − 1

Энергия, выделяемая при одном распаде, составляет 19 кэВ ( источник: LBL ), но средняя энергия, сообщаемая электрону, меньше: всего 5,7 кэВ ( Википедия ). Остаток идет на антинейтрино, которое также образуется при распаде. сечение взаимодействия нейтрино с водой чрезвычайно мало, эту энергию можно считать «потерянной» с точки зрения нагревания воды.

Это означает, что общая энергия, выделяемая воде (вся, поскольку бета-распад имеет очень короткий радиус действия), составляет около 90 Вт.

Ясно, что это значительный источник нагрева — около 22 калорий в секунду, так что он нагреет литр воды на один градус Цельсия примерно за 50 секунд. В изолированном контейнере жидкость, начавшаяся при комнатной температуре, закипит примерно за час с небольшим. За это время он произведет около 14 мл. 3 ЧАС е также газ (0,6 ммоль).

Эта жидкость, вероятно, не будет светиться — голубое свечение, обычно связанное с радиоактивностью, возникает из-за излучения Черенкова (примерно оптический эквивалент звукового удара), и это требует, чтобы частицы двигались со скоростью, превышающей скорость света в среде.

Электрон с энергией 19 кэВ на самом деле не является релятивистским (масса покоя 511 кэВ), поэтому скорость достаточно близко определяется выражением

в знак равно 2 Е м знак равно 2 ⋅ 19 ⋅ 10 3 ⋅ 1,6 ⋅ 10 − 19 9.1 ⋅ 10 − 31 ≈ 8 ⋅ 10 7 м / с

Это значительно ниже черенковского предела (который для воды с показателем преломления около 1,3 был бы около 2 ⋅ 10 8 м / с - так не будет синего свечения.

Но то, что он не светится, не означает, что он не опасен.

По данным CDC, доза на коже 550 Гр потребует ампутации. Теперь, когда половина воды вблизи кожи излучает «в сторону» от кожи, мы ожидаем, что доза, осаждаемая на единицу массы в коже, будет вдвое меньше дозы, осаждаемой в воде; это означает, что мощность дозы составляет 45 Гр в секунду. Вы достигнете дозы «ампутировать все» примерно за 12 секунд. Но поскольку бета имеет такую ​​низкую энергию, говорят, что она поглощается «мертвым верхним слоем кожи». Это могло бы защитить вас... Если бы не тот факт, что если у вас есть тритированная жидкость, у вас есть тритированный пар. Вдыхание этого пара будет очень вредно для вас.

Как плохо? Предполагая, что плавательный бассейн имеет комфортную температуру 22 °C, давление насыщенного пара воды при этой температуре составляет около 20 торр или 260 Па. При относительной влажности 60 % (нередко вблизи бассейна) это будет 150 Па, или около 1 /600 воздух. Предполагая, что весь вдыхаемый тритий обменивается с водой в организме, и что средний человек обменивает 1 м 3 воздуха с окружающей средой в час ( источник), это означает 1,6 литра газообразного трития в час - около 70 ммоль. Это внесет 0,07 Гр в час в тело, где вас ничто не защитит. Убить тебя займет немного больше времени... но убьет. Конечно, проглатывание небольшого количества воды из бассейна действительно ускорит процесс, как и любые порезы или ссадины. А вы когда-нибудь замечали, насколько морщинистой становится ваша кожа, когда вы проводите слишком много времени в воде? Это вода, проникающая в кожу. У меня нет хорошего способа оценить это - в Интернете полно историй на эту тему, но я не нашел достоверных данных. Я подозреваю, что это будет значительным источником поступления трития в организм, если вы будете плавать в бассейне.

Так что даже очень короткое воздействие, вероятно, будет самым неприятным. Я рекомендую не использовать этот метод для нагрева бассейна.

Кроме того, существует множество случаев, когда тритий используется в качестве хорошего «постоянного» источника света для стрелок часов, визирных компасов и других инструментов. Короткий пробег бета-частиц и практический период полураспада делают его весьма подходящим для этой роли; в сочетании с эффективным сцинтиллятором, превращающим энергию в видимый свет, вам не нужно много трития, чтобы освещать циферблат ночью. Вам разрешено использовать 25 мКи трития для этого приложения без необходимости лицензии NRC.

Теперь 25 мКи — это 925 МБк — миллион распадов в секунду. Ваш литр тритиевой воды превышает это значение примерно на 9 миллиардов; и он находится в прямом контакте с кожей (вместо того, чтобы быть изолированным между несколькими миллиметрами стекла, которое эффективно останавливает бета-излучение).

Вот почему часы с тритием безопасны, а ваш бассейн — нет.

Энерговыделение в воде должно быть уменьшено наполовину, потому что образуется антинейтрино, которое не отдает свою энергию в воду. Фактор 2 не сильно меняет вывод. Хороший ответ.
@RossMillikan спасибо - источник LBL действительно указывает «бета-энергию 19 кэВ», а не «полную энергию». Он использует слово «макс» в одном месте, но не в другом. У вас есть источник фактора 2? Разделяется ли общая энергия между ними? Всегда рада учиться...
Да, общая энергия делится между электроном и антинейтрино. Ядро воспринимает импульс и настолько тяжелое, что не потребляет значительной энергии. Википедия говорит, что общая энергия составляет 18,6 кэВ, а электроны в среднем 5,7 кэВ — я предполагал, что она получит половину.
@RossMillikan - я обновил расчеты. Спасибо за вашу помощь.
Насколько горячей будет вода с тритием?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v