Triti (viết tắt là 3H) là một nguyên tử hydro có hai neutron và một proton trong hạt nhân. Triti được tạo ra tự nhiên ở tầng trên của bầu khí quyển khi các tia vũ trụ tương tác với các phân tử nitơ trong không khí. Triti cũng được tạo ra trong các vụ nổ vũ khí hạt nhân và là sản phẩm phụ trong các lò phản ứng hạt nhân. Mặc dù triti có thể ở dạng khí nhưng dạng phổ biến nhất của nó là nước vì triti phóng xạ phản ứng với oxy tạo thành nước.
Triti hoạt động giống như các dạng hydro khác trong môi trường. Giống như hydro không phóng xạ phản ứng với oxy để tạo ra nước (H2O), triti cũng phản ứng với oxy để tạo thành “nước triti hóa” (HTO). Là chất lỏng, triti di chuyển dễ dàng giống như nước và xuất hiện tự nhiên trong môi trường với nồng độ rất thấp. Triti thường được sử dụng làm nguồn năng lượng trong đèn phát quang cho đồng hồ, ống ngắm súng, nhiều dụng cụ và công cụ, thậm chí cả những vật phẩm mới lạ như móc chìa khóa tự phát sáng. Nó được sử dụng trong môi trường y tế và khoa học như một chất đánh dấu phóng xạ. Triti cũng được sử dụng làm nhiên liệu tổng hợp hạt nhân, cùng với deuteri trong các lò phản ứng tokamak và trong bom hydro.
Triti là nằm trong bảng đồng vị của các nguyên tố hóa học, bao gồm các đồng vị được sắp xếp theo số proton từ trái sang phải và theo số neutron từ trên xuống dưới, trong đó màu xanh tượng trưng cho các đồng vị ổn định và màu cam tượng trưng cho các đồng vị không ổn định.
Triti được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1934 bởi Ernest Rutherford, Mark Oliphant và Paul Harteck sau khi bắn phá deuteri bằng deuteron (một proton và neutron, bao gồm một hạt nhân deuteri). Deuteri là đồng vị khác của hydro, xuất hiện tự nhiên với hàm lượng 0,015%. Năm 1954, các nhà khoa học đã công nhận rằng triti có thể được sử dụng để xác định niên đại bằng phép đo phóng xạ của nước và rượu.
Thời gian bán hủy của triti là 4.500 ± 8 ngày (12,32 ± 0,02 năm). Triti phân rã thành heli-3 bằng phân rã beta- giải phóng 18,6 keV năng lượng. Động năng của electron thay đổi, trung bình là 5,7 keV, trong khi năng lượng còn lại bị mang đi bởi phản neutrino electron gần như không thể phát hiện được. Các hạt beta từ triti chỉ có thể xuyên qua khoảng 6,0 mm (0,24 in) không khí và không có khả năng đi qua lớp da chết ngoài cùng của con người. Do năng lượng thấp so với các hạt beta khác nên lượng bức xạ được tạo ra cũng thấp hơn. Năng lượng thấp bất thường được giải phóng trong quá trình phân rã triti beta hữu ích cho các phép đo khối lượng neutrino tuyệt đối trong phòng thí nghiệm. Năng lượng thấp của bức xạ triti khiến việc phát hiện các hợp chất có gắn nhãn triti trở nên khó khăn ngoại trừ việc sử dụng ống đếm nhấp nháy lỏng.
Triti thường được sản xuất trong các lò phản ứng hạt nhân bằng cách kích hoạt neutron của lithi-6. Sự giải phóng và khuếch tán triti và heli được tạo ra bởi sự phân hạch của lithi có thể diễn ra trong nhiên liệu hạt nhân. Việc sản xuất triti từ lithi-6 trong nhiên liệu hạt nhân như vậy thực hiện được với neutron ở bất kỳ năng lượng nào, dù tiết diện sẽ cao hơn khi neutron có năng lượng thấp hơn. Đây là phản ứng tỏa nhiệt, tạo ra 4,8 MeV. Triti cũng được sản xuất trong các lò phản ứng nước nặng khi hạt nhân deuteri bắt giữ neutron. Phản ứng này có tiết diện hấp thụ khá nhỏ, làm cho nước nặng trở thành chất điều tiết neutron tốt và tương đối ít triti được tạo ra.
Triti là sản phẩm không phổ biến của quá trình phân hạch hạt nhân của urani-235, plutoni-239 và urani-233, với sản lượng tạo ra khoảng một nguyên tử trên 10.000 phân hạch. Con đường chính của việc sản xuất triti là từ một số loại phân hạch bậc ba. Việc giải phóng hoặc thu hồi triti cần được xem xét trong quá trình vận hành các lò phản ứng hạt nhân, đặc biệt là trong quá trình tái xử lý nhiên liệu hạt nhân và lưu trữ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Việc tạo ra triti không phải là mục tiêu mà là tác dụng phụ. Nó được một số nhà máy điện hạt nhân thải ra khí quyển với số lượng nhỏ. Quá trình bay hơi hóa là một bước bổ sung tùy chọn trong quá trình tái xử lý hạt nhân nhằm loại bỏ các sản phẩm phân hạch dễ bay hơi (chẳng hạn như tất cả các đồng vị của hydro) trước khi quá trình xử lý nước bắt đầu. Về nguyên tắc, điều này sẽ cho phép thu hồi triti được sản xuất kinh tế, có khả năng làm giảm ô nhiễm triti trong nước, giảm phóng xạ thoát ra.
Tháng 6 năm 2016, Báo cáo về tình trạng triti trong nước tại nhà máy hạt nhân Fukushima Daiichi đã được công bố như một phần trong việc xem xét các phương án xử lý cuối cùng đối với nước làm mát bị ô nhiễm. Báo cáo xác định lượng triti tồn tháng 3 năm 2016 là 760 TBq (tương đương với 2,1 g triti hoặc 14 mL nước triti tinh khiết) trong tổng số 860.000 m3 nước được lưu trữ. Báo cáo này cũng xác định nồng độ triti trong nước lấy từ các tòa nhà, v.v. để lưu trữ giảm đi, giảm 10 lần trong 5 năm được xem xét (2011–2016), 3,3 MBq/L xuống 0,3 MBq/L (sau khi điều chỉnh đối với sự phân rã 5% hàng năm của triti). Theo đó, việc thải ra môi trường có kiểm soát được cho là cách tốt nhất để xử lý nước có nồng độ triti thấp. Nước thải ra được pha loãng để giảm nồng độ triti xuống dưới 1500 Bq/L, thấp hơn nhiều so với giới hạn được WHO khuyến nghị trong nước uống.
Vì triti là chất phát beta năng lượng thấp nên nó không nguy hiểm ở bên ngoài (các hạt beta của nó không thể xuyên qua da), nhưng nó có thể gây nguy hiểm bức xạ nếu hít phải, nuốt phải qua thức ăn hoặc nước hoặc hấp thụ qua da. Các sinh vật có thể hấp thụ HTO giống như H2O. Thực vật chuyển đổi HTO thành triti liên kết hữu cơ (OBT) và được động vật tiêu thụ. HTO được giữ lại trong cơ thể khoảng 12 ngày. Triti được truyền dọc theo chuỗi thức ăn khi một sinh vật ăn sinh vật khác, mặc dù quá trình chuyển hóa của OBT ít được hiểu rõ hơn so với HTO. Triti có thể kết hợp với các phân tử RNA và DNA trong sinh vật, từ đó có thể dẫn đến các tác động về cơ thể và di truyền. Chúng có thể xuất hiện ở các thế hệ tiếp theo. HTO có thời gian bán hủy sinh học ngắn trong cơ thể con người từ 7 đến 14 ngày, điều này vừa làm giảm tổng tác động của việc nuốt phải một lần và ngăn cản sự tích lũy sinh học lâu dài của HTO từ môi trường. Thời gian bán hủy sinh học của nước triti hóa trong cơ thể con người, là thước đo lượng nước luân chuyển trong cơ thể, thay đổi theo mùa.
Triti đã được sử dụng cho các xét nghiệm đo phóng xạ sinh học, trong quá trình tương tự như xác định niên đại bằng carbon phóng xạ. Các hạt beta phát ra từ sự phân rã phóng xạ của triti khiến các hóa chất gọi là phốt pho phát sáng. Sự phát quang vô tuyến này được sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng tự cấp nguồn gọi là betalight, chiếu sáng ban đêm cho ống ngắm súng, đồng hồ, biển báo lối ra, đèn bản đồ, la bàn điều hướng (chẳng hạn như la bàn quân sự M-1950 của Hoa Kỳ hiện đang sử dụng), dao và một nhiều loại thiết bị khác. Tính đến năm 2000, nhu cầu thương mại về triti là 400 gam (0,88 lb) mỗi năm và chi phí là 30.000 USD mỗi gam ($850.000/oz) hoặc hơn.
Triti là thành phần quan trọng trong vũ khí hạt nhân; nó được sử dụng để nâng cao hiệu quả và công suất của bom phân hạch cũng như các giai đoạn phân hạch của bom hydro trong một quá trình được gọi là “tăng cường” cũng như trong các chất khởi tạo neutron bên ngoài cho các loại vũ khí đó. Chất khởi tạo neutron là những thiết bị được tích hợp trong vũ khí hạt nhân tạo ra xung neutron khi quả bom được kích nổ để bắt đầu phản ứng phân hạch trong lõi phân hạch (hố) của quả bom, sau khi nó bị chất nổ nén đến khối lượng tới hạn. Được kích hoạt bằng một công tắc cực nhanh như krytron, máy gia tốc hạt nhỏ điều khiển các ion triti và deuteri đến mức năng lượng trên 15 keV hoặc mức năng lượng cần thiết cho phản ứng tổng hợp deuteri-triti và hướng chúng vào mục tiêu kim loại nơi triti và deuteri bị hấp phụ dưới dạng hydrua. Các neutron tổng hợp năng lượng cao từ phản ứng tổng hợp tạo thành tỏa ra mọi hướng. Một số trong số này tấn công hạt nhân plutoni hoặc urani trong hố sơ cấp, bắt đầu phản ứng dây chuyền hạt nhân. Số lượng neutron được tạo ra lớn cho phép hố nhanh chóng đạt được mức neutron.
Ngoài chlorofluorocarbons, triti có thể hoạt động như một chất đánh dấu tạm thời và có khả năng “vạch ra” các con đường sinh học, hóa học và vật lý trên khắp các đại dương trên thế giới do sự phân bố ngày càng cao của nó. Do đó, Triti được sử dụng như một công cụ để kiểm tra sự lưu thông gió của đại dương. Việc thử nghiệm vũ khí hạt nhân, chủ yếu ở các vùng vĩ độ cao ở Bắc bán cầu, trong suốt cuối những năm 1950 và đầu những năm 1960 đã đưa một lượng lớn triti vào khí quyển, đặc biệt là tầng bình lưu. Trước những vụ thử hạt nhân này, chỉ có khoảng 3 đến 4 kg triti trên bề mặt Trái đất; nhưng số này đã tăng lên 2 hoặc 3 lần trong giai đoạn sau thử nghiệm. Một số nguồn báo cáo rằng mức nền tự nhiên đã vượt quá khoảng 1.000 TU vào năm 1963 và 1964 và đồng vị này được sử dụng ở bán cầu bắc để ước tính tuổi của nước ngầm và xây dựng các mô hình mô phỏng địa chất thủy văn. Mức khí quyển ước tính ở thời điểm thử nghiệm vũ khí đạt tới 1.000 TU và mức nước mưa trước khi xảy ra bụi phóng xạ là từ 5 đến 10 TU. Năm 1963 Đảo Valentia Ireland ghi nhận lượng mưa là 2.000 TU.
Triti được bắt đầu sử dụng trong ngành chế tác đồng hồ từ cuối thế kỉ 19, được biết đến là hợp chất phóng xạ có tác dụng phát sáng liên tục trên đồng hồ đeo tay mà không cần có thêm bất cứ nguồn nặng lượng ngoài nào như pin, điện, ánh sáng mặt trời…Dù mang những ưu điểm vượt trội không vật liệu nào có thể thay thế được, thế nhưng triti lại tiềm ẩn những mối nguy hại đến sức khỏe con người khiến các nhà sản xuất đồng hồ e ngại. Nếu triti bị rò rỉ ra môi trường với độ phóng xạ cao, nó có thể gây ô nhiễm môi trường và đe dọa đến sự sống của nhiều sinh vật. Chính vì lý do này, các nhà sản xuất đồng hồ đã phải nghiên cứu tìm ra giải pháp tối ưu nhất vừa phát huy thế mạnh tạo nên vẻ đẹp của đồng hồ, vừa phải khắc phục điểm yếu không phát tán phóng xạ ra môi trường. Từ đó, buộc các hãng sử dụng Triti tạo dạ quang trên đồng hồ chỉ được phép sử dụng lượng phóng xạ dưới 100 millicuries (mCi). Nhiều hãng còn đưa ra yêu cầu khắt khe hơn dẫn đến hoạt độ phóng xạ của Triti chỉ ở mức 25 millicuries (mCi) và phải chứa trong các ống niêm phong kín. Trên đồng hồ đeo tay, chúng ta có thể nhận biết được chiếc đồng hồ nào sử dụng dạ quang Triti khá dễ dàng bằng việc kiểm tra bằng mắt thường. Nó thường được ký hiệu trên mặt số là: “GTLS” tức Gaseous Tritium Light Source, “H3”, “T Swiss Made T” hoặc “T25” (độ phóng xạ 25mCi) hoặc “T100” (độ phóng xạ 100mCi)… Với độ phóng xạ này, ngay cả khi ống Triti bị vỡ thì cũng không gây nguy hiểm cho người, sinh vật và môi trường xung quanh.
Từ khóa: bức xạ; hạt nhân; tritium; đồng vị;
– CMD&DND –
