Tritium

Tritium, ³H ⓘ

Allgemein
Symbol	3H
Bezeichnungen	Tritium, H-3, Wasserstoff-3, T, 3T
Protonen (Z)	1
Neutronen (N)	2
Nuklid-Daten
Natürliche Häufigkeit	10-18 in Wasserstoff
Halbwertszeit (t1/2)	12,32 Jahre
Isotopenmasse	3,01604928 Da
Spin	1/2
Überschüssige Energie	14949,794±0,001 keV
Bindungsenergie	8481,7963±0,0009 keV
Zerfallsprodukte	3He
Zerfallsarten
Zerfallsart	Zerfallsenergie (MeV)
Beta-Emission	0.018590
Isotope des Wasserstoffs Vollständige Tabelle der Nuklide

Tritium (/ˈtrɪtiəm/ oder /ˈtrɪʃiəm/, von altgriechisch τρίτος (trítos) 'dritter') oder Wasserstoff-3 (Symbol T oder ³H) ist ein seltenes und radioaktives Isotop von Wasserstoff. Der Kern von Tritium (t, manchmal auch Triton genannt) enthält ein Proton und zwei Neutronen, während der Kern des gewöhnlichen Isotops Wasserstoff-1 (Protium) nur ein Proton und der Kern von Wasserstoff-2 (Deuterium) ein Proton und ein Neutron enthält. ⓘ

Natürlich vorkommendes Tritium ist auf der Erde äußerst selten. In der Atmosphäre sind nur Spuren davon vorhanden, die durch die Wechselwirkung der Gase mit kosmischer Strahlung entstehen. Es kann durch Bestrahlung von Lithiummetall oder lithiumhaltigen Keramikkugeln in einem Kernreaktor künstlich hergestellt werden und ist ein Nebenprodukt, das beim normalen Betrieb von Kernreaktoren in geringer Menge anfällt. ⓘ

Tritium wird als Energiequelle in radiolumineszierenden Leuchten für Uhren, Gewehrvisiere, zahlreiche Instrumente und Werkzeuge und sogar für Neuheiten wie selbstleuchtende Schlüsselanhänger verwendet. In der Medizin und Wissenschaft wird es als radioaktiver Tracer verwendet. Tritium wird außerdem zusammen mit dem häufiger vorkommenden Deuterium als Kernfusionsbrennstoff in Tokamak-Reaktoren und in Wasserstoffbomben verwendet. ⓘ

Strukturformel ⓘ
Allgemeines
Name	Tritium
Andere Namen	Überschwerer Wasserstoff Superschwerer Wasserstoff Wasserstoff-3 Triplogen (veraltet)
Summenformel	T2 (molekulare Form)
Kurzbeschreibung	farbloses Gas
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 15086-10-9 10028-17-8 (Ditritium) EG-Nummer 233-070-8 ECHA-InfoCard 100.030.052 PubChem 24824
Eigenschaften
Molare Masse	6,032099 g·mol−1 (Mol T–T) 3,0160495 u (T-Atom)
Aggregatzustand	gasförmig
Schmelzpunkt	20,65 K (−252,5 °C)
Siedepunkt	25,05 K (−248,1 °C)
Dampfdruck	215,98 hPa (am Schmelzpunkt)
Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Geschichte

Als Entdecker gelten Ernest Rutherford, Mark Oliphant und Paul Harteck (1934), die es aus Deuterium erzeugten. Der Nachweis über einen magnetooptischen Effekt (Allison-Effekt) durch Wendell Latimer 1933 geriet in den Hintergrund, nachdem dieser Effekt noch im selben Jahr in Misskredit geriet. Isoliert wurde es 1939 zuerst von Luis W. Alvarez und Robert Cornog, die auch dessen Radioaktivität erkannten. Willard Libby erkannte in den 1950er Jahren, dass man Tritium für radiometrische Datierungen von Wasser und Wein benutzen konnte. ⓘ

Zerfall

Für Tritium gibt es verschiedene experimentell ermittelte Werte für die Halbwertszeit. Das National Institute of Standards and Technology gibt 4.500 ± 8 Tage (12,32 ± 0,02 Jahre) an. Es zerfällt durch Betazerfall in Helium-3 gemäß dieser Kerngleichung:

3 1H

→

3 2He

+

e-

+

ν e

und setzt dabei 18,6 keV an Energie frei. Die kinetische Energie des Elektrons schwankt und beträgt im Durchschnitt 5,7 keV, während die restliche Energie von dem fast nicht nachweisbaren Elektronen-Antineutrino abgeführt wird. Die Betateilchen von Tritium können nur etwa 6,0 Millimeter Luft durchdringen, und sie sind nicht in der Lage, die tote äußerste Schicht der menschlichen Haut zu durchdringen. Aufgrund ihrer im Vergleich zu anderen Betateilchen geringen Energie ist auch die Menge der erzeugten Bremsstrahlung geringer. Die ungewöhnlich niedrige Energie, die beim Tritium-Betazerfall freigesetzt wird, macht diesen Zerfall (zusammen mit dem von Rhenium-187) für absolute Neutrinomassenmessungen im Labor geeignet (das jüngste derartige Experiment ist KATRIN). ⓘ

Die niedrige Energie der Tritium-Strahlung erschwert den Nachweis von mit Tritium markierten Verbindungen, außer durch Flüssigszintillationszählung. ⓘ

Während sich im Atomkern des Wasserstoffatoms (¹H) neben dem Proton kein Neutron befindet und im Deuterium (²H oder D) ein Neutron, sind es im Tritium zwei. Im Gegensatz zu ¹H und ²H ist der Tritiumkern instabil und zerfällt mit einer Halbwertszeit von 12,32 Jahren unter Emission eines Elektrons und eines Antineutrinos in das Heliumisotop ³He (Beta-Minus-Zerfall):

$\mathrm {T} \longrightarrow \mathrm {^{3}He} +e^{-}+{\overline {\nu }}_{e}$

Bei diesem Zerfall wird insgesamt eine Energie von 18,6 keV frei:

$E_{\mathrm {max} }=\Delta m\cdot c^{2}=(3{,}0160492-3{,}0160293)u\cdot c^{2}=18552\,\mathrm {eV}$. ⓘ

Davon erhält das Elektron im Mittel 5,7 keV kinetische Energie. Im Vergleich zu anderen Betastrahlern ist die Strahlung sehr weich. In Wasser wird sie nach wenigen Mikrometern gestoppt; sie kann auch die oberen Hautschichten nicht durchdringen. Die Radioaktivität von Tritium ist daher vor allem beim Verschlucken oder beim Einatmen gefährlich. ⓘ

Herstellung

Lithium

Tritium wird am häufigsten in Kernreaktoren durch Neutronenaktivierung von Lithium-6 erzeugt. Die Freisetzung und Diffusion von Tritium und Helium, die durch die Spaltung von Lithium erzeugt werden, kann in keramischen Materialien erfolgen, die als Brüterkeramiken bezeichnet werden. Die Erzeugung von Tritium aus Lithium-6 in solchen Brüterkeramiken ist mit Neutronen beliebiger Energie möglich und ist eine exotherme Reaktion mit einer Energie von 4,8 MeV. Im Vergleich dazu werden bei der Fusion von Deuterium mit Tritium etwa 17,6 MeV Energie freigesetzt. Für Anwendungen in geplanten Fusionsreaktoren wie ITER werden derzeit Kieselsteine aus lithiumhaltiger Keramik, darunter Li₂TiO₃ und Li₄SiO₄, für die Tritiumbrut in einem heliumgekühlten Kieselbett entwickelt, das auch als Brüterdecke bezeichnet wird. ⓘ

6 3Li

+

n

→

4 2He

(

2.05 MeV

)

+

3 1T

(

2.75 MeV

)

ⓘ

Hochenergetische Neutronen können auch Tritium aus Lithium-7 in einer endothermen (Nettowärme verbrauchenden) Reaktion erzeugen, wobei 2,466 MeV verbraucht werden. Dies wurde entdeckt, als der Castle-Bravo-Atomtest von 1954 eine unerwartet hohe Ausbeute brachte. ⓘ

7 3Li

+

n

→

4 2He

+

3 1T

+

} ⓘ Bor Bei der Bestrahlung von Bor-10 mit hochenergetischen Neutronen entsteht gelegentlich auch Tritium: 10 5B   +  n   →  2 4 2He   +  } Ein häufigeres Ergebnis des Bor-10-Neutroneneinfangs ist 7 Li und ein einzelnes Alphateilchen. ⓘ Vor allem in Druckwasserreaktoren, in denen Neutronen nur teilweise thermisch behandelt werden, entstehen durch die Wechselwirkung zwischen relativ schnellen Neutronen und der als chemische Zwischenschicht hinzugefügten Borsäure kleine, aber nicht vernachlässigbare Mengen an Tritium. ⓘ Deuterium Tritium entsteht auch in Reaktoren mit Schwerwasser als Moderator, wenn ein Deuteriumkern ein Neutron einfängt. Diese Reaktion hat einen recht geringen Absorptionsquerschnitt, so dass schweres Wasser ein guter Neutronenmoderator ist und relativ wenig Tritium erzeugt wird. Dennoch kann es wünschenswert sein, den Moderator nach einigen Jahren von Tritium zu reinigen, um das Risiko zu verringern, dass es in die Umwelt entweicht. Die "Tritium Removal Facility" von Ontario Power Generation verarbeitet bis zu 2.500 Tonnen (2.500 lange Tonnen; 2.800 kurze Tonnen) schweres Wasser pro Jahr, wobei etwa 2,5 kg Tritium abgetrennt werden, das dann für andere Zwecke zur Verfügung steht. CANDU-Reaktoren produzieren in der Regel 130 Gramm Tritium pro Jahr, das in der Darlington Tritium Recovery Facility (DTRF) zurückgewonnen wird, die an das 3.512-MW-Kernkraftwerk Darlington angeschlossen ist. Die Gesamtproduktion der DTRF zwischen 1989 und 2011 betrug 42,5 Kilogramm (94 lb) (409 Megacurie (15.100 PBq)), was im Durchschnitt etwa 2 Kilogramm (4,4 lb) pro Jahr entspricht. ⓘ Der Absorptionsquerschnitt von Deuterium für thermische Neutronen beträgt etwa 0,52 Millibarn, während der von Sauerstoff-16 (16 8O ) etwa 0,19 Millibarn und der von Sauerstoff-17 (17 8O ) etwa 240 Millibarn beträgt. Während 16 O das bei weitem häufigste Sauerstoffisotop sowohl in natürlichem Sauerstoff als auch in schwerem Wasser ist, kann schweres Wasser je nach der für die Isotopentrennung verwendeten Methode einen leicht bis deutlich höheren Gehalt an 17 O und 18 O-Gehalt. Aufgrund von Neutroneneinfang- und (n,α)-Reaktionen (bei letzteren entsteht 14 C, einem unerwünschten langlebigen Betastrahler, aus 17 O) sind sie Netto-"Neutronenverbraucher" und daher in einem Moderator eines Natururanreaktors, der die Neutronenabsorption außerhalb des Brennstoffs so gering wie möglich halten muss, unerwünscht. Einige Anlagen, die Tritium entfernen, entfernen auch - oder reduzieren zumindest - den Gehalt an 17 O und 18 O, das - zumindest prinzipiell - für die Isotopenmarkierung verwendet werden kann. ⓘ Indien, das ebenfalls über eine große Flotte von Druckwasserreaktoren verfügt (ursprünglich mit CANDU-Technologie, inzwischen aber mit der einheimischen und weiterentwickelten IPHWR-Technologie), entfernt ebenfalls zumindest einen Teil des Tritiums, das im Moderator/Kühlmittel seiner Reaktoren erzeugt wird, aber aufgrund des doppelten Verwendungszwecks von Tritium und des indischen Atombombenprogramms sind hierzu weniger Informationen öffentlich zugänglich als für Kanada. ⓘ Spaltung Tritium ist ein seltenes Produkt der Kernspaltung von Uran-235, Plutonium-239 und Uran-233 mit einer Produktion von etwa einem Atom pro 10.000 Spaltungen. Die wichtigsten Produktionswege für Tritium sind ternäre Spaltungen irgendeiner Art. Die Freisetzung oder Rückgewinnung von Tritium muss beim Betrieb von Kernreaktoren, insbesondere bei der Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen und bei der Lagerung abgebrannter Brennelemente, berücksichtigt werden. Die Produktion von Tritium ist kein Ziel, sondern eher ein Nebeneffekt. Es wird von einigen Kernkraftwerken in geringen Mengen in die Atmosphäre freigesetzt. Die Voloxidation ist ein optionaler zusätzlicher Schritt in der nuklearen Wiederaufbereitung, bei dem flüchtige Spaltprodukte (wie alle Wasserstoffisotope) entfernt werden, bevor ein wässriger Prozess beginnt. Dies würde im Prinzip eine wirtschaftliche Verwertung des erzeugten Tritiums ermöglichen, aber selbst wenn das Tritium nur entsorgt und nicht verwendet wird, hat es das Potenzial, die Tritiumkontamination im verwendeten Wasser zu verringern, wodurch die bei der Ableitung des Wassers freigesetzte Radioaktivität reduziert wird, da tritiumhaltiges Wasser nur durch Isotopentrennung aus "normalem" Wasser entfernt werden kann. ⓘ Jährliche Ableitung von Tritium aus kerntechnischen Anlagen Standort Nukleare Einrichtung Nächstgelegene Gewässer Flüssigkeit (TBq) Dampf (TBq) Gesamt (TBq) Gesamt (mg) Jahr ⓘ  Vereinigtes Königreich Kernkraftwerk Heysham B Irische See 396 2.1 398 1,115 2019  Vereinigtes Königreich Wiederaufbereitungsanlage Sellafield Irische See 423 56 479 1,342 2019  Rumänien Kernkraftwerk Cernavodă Block 1 Schwarzes Meer 140 152 292 872 2018  Frankreich Wiederaufbereitungsanlage La Hague Englischer Kanal 11,400 60 11,460 32,100 2018  Südkorea Kernkraftwerk Wolseong und andere Japanisches Meer 211 154 365 1,022 2020  Taiwan Kernkraftwerk Maanshan Luzonstraße 35 9.4 44 123 2015  China Kernkraftwerk Fuqing Meerenge von Taiwan 52 0.8 52 146 2020  China Kernkraftwerk Sanmen Ostchinesisches Meer 20 0.4 20 56 2020  Kanada Bruce-Kernkraftwerk A, B Große Seen 756 994 1,750 4,901 2018  Kanada Kernkraftwerk Darlington Große Seen 220 210 430 1,204 2018  Kanada Kernkraftwerk Pickering Block 1-4 Große Seen 140 300 440 1,232 2015  Vereinigte Staaten Kraftwerk Diablo Canyon Blöcke1, 2 Pazifischer Ozean 82 2.7 84 235 2019 Angesichts der spezifischen Aktivität von Tritium von 9.650 Curies pro Gramm (357 TBq/g) entspricht ein TBq etwa 2,8 Milligramm (0,043 gr). ⓘ Fukushima Daiichi Im Juni 2016 veröffentlichte die Tritiated Water Task Force einen Bericht über den Status des Tritiums im tritiierten Wasser des Kernkraftwerks Fukushima Daiichi im Rahmen der Prüfung von Optionen für die endgültige Entsorgung des gelagerten kontaminierten Kühlwassers. Darin wird festgestellt, dass der Tritiumbestand vor Ort im März 2016 bei 760 TBq (entspricht 2,1 g Tritium oder 14 ml reinem tritiumhaltigem Wasser) in insgesamt 860.000 m3 gelagertem Wasser. In diesem Bericht wurde auch festgestellt, dass die Tritiumkonzentration im Wasser, das aus den Gebäuden usw. für die Lagerung entnommen wurde, in den betrachteten fünf Jahren (2011-2016) um den Faktor 10 von 3,3 MBq/L auf 0,3 MBq/L gesunken ist (nach Korrektur um den jährlichen Tritiumabfall von 5 %). ⓘ Einem Bericht eines Expertengremiums zufolge, das sich mit dem besten Ansatz zur Bewältigung dieses Problems befasst, "könnte Tritium theoretisch abgetrennt werden, aber es gibt keine praktische Abtrennungstechnologie im industriellen Maßstab. Dementsprechend wird eine kontrollierte Freisetzung in die Umwelt als die beste Methode zur Behandlung von Wasser mit niedriger Tritiumkonzentration angesehen". Nach einer von der japanischen Regierung geförderten Informationskampagne für die Öffentlichkeit wird die schrittweise Freisetzung des tritiumhaltigen Wassers ins Meer im Jahr 2023 beginnen. Der Prozess wird "Jahrzehnte" dauern, bis er abgeschlossen ist. China reagierte mit Protest. ⓘ Helium-3 Das Zerfallsprodukt von Tritium, Helium-3, hat einen sehr großen Wirkungsquerschnitt (5330 Scheunen) für die Reaktion mit thermischen Neutronen, wobei ein Proton freigesetzt wird; daher wird es in Kernreaktoren schnell wieder in Tritium umgewandelt. ⓘ } ⓘ Kosmische Strahlung Tritium entsteht auf natürliche Weise vor allem in der Stratosphäre. Schnelle Protonen der kosmischen Strahlung bilden durch Spallation teilweise direkt Tritium, vor allem aber sekundäre Neutronen, die in der Stratosphäre und oberen Troposphäre in Reaktionen mit Stickstoff Tritium bilden: ${}_{\ 7}^{14}\mathrm {N} \ +\ {}_{0}^{1}\mathrm {n} \ \rightarrow \ {}_{\ 6}^{12}\mathrm {C} \ +\ {}_{1}^{3}\mathrm {H}$ ⓘ kurz: $\mathrm {^{14}N\ +\ n\longrightarrow \ ^{12}C\ +\ T}$ ⓘ Tritium bildet zunächst HT (Tritiumwasserstoff), diffundiert (sofern in der Stratosphäre entstanden) zur Tropopause, oxidiert in der Troposphäre mit einer Zeitkonstanten von 6,5 Jahren durch photochemische Reaktionen zu HTO (T-haltiges Wasser) und regnet dann vergleichsweise schnell aus. Aus Bildung und radioaktivem Zerfall stellt sich ein Fließgleichgewicht ein, wodurch sich in der Biosphäre ständig ca. 3,5 kg Tritium aus natürlicher Produktion befinden, zu 99 % in oberflächennahen Schichten der Ozeane. ⓘ Tritium entsteht auf natürliche Weise durch die Wechselwirkung kosmischer Strahlung mit atmosphärischen Gasen. Die wichtigste Reaktion für die natürliche Produktion ist die Wechselwirkung eines schnellen Neutrons (das eine Energie von mehr als 4,0 MeV haben muss) mit atmosphärischem Stickstoff: 14 7N   +  n   →  12 6C   +  } ⓘ Die weltweite Produktion von Tritium aus natürlichen Quellen beträgt 148 Petabecquerel pro Jahr. Das globale Gleichgewichtsinventar von Tritium aus natürlichen Quellen bleibt ungefähr konstant bei 2.590 Petabecquerel. Dies ist auf eine feste Produktionsrate und auf Verluste zurückzuführen, die proportional zum Bestand sind. ⓘ Geschichte der Produktion Einem Bericht des Instituts für Energie- und Umweltforschung des US-Energieministeriums aus dem Jahr 1996 zufolge wurden in den Vereinigten Staaten zwischen 1955 und 1996 nur 225 kg Tritium produziert. Da es kontinuierlich in Helium-3 zerfällt, betrug die verbleibende Gesamtmenge zum Zeitpunkt des Berichts etwa 75 kg. ⓘ Tritium für amerikanische Atomwaffen wurde in speziellen Schwerwasserreaktoren an der Savannah River Site bis zu deren Schließung im Jahr 1988 hergestellt. Mit dem Vertrag über die Reduzierung strategischer Waffen (START) nach dem Ende des Kalten Krieges reichten die vorhandenen Vorräte eine Zeit lang für die neue, geringere Anzahl von Kernwaffen aus. ⓘ Die Produktion von Tritium wurde mit der Bestrahlung von lithiumhaltigen Stäben (anstelle der üblichen bor-, cadmium- oder hafniumhaltigen Kontrollstäbe) in den Reaktoren des kommerziellen Kernkraftwerks Watts Bar von 2003 bis 2005 wieder aufgenommen, gefolgt von der Extraktion von Tritium aus den Stäben in der neuen Tritiumextraktionsanlage am Standort Savannah River ab November 2006. Das Austreten von Tritium aus den Stäben während des Reaktorbetriebs begrenzt die Anzahl der Stäbe, die in einem Reaktor verwendet werden können, ohne dass die maximal zulässigen Tritiumwerte im Kühlmittel überschritten werden. ⓘ Eigenschaften Tritium hat eine Atommasse von 3,01604928 u. Zweiatomiges Tritium (T2 oder 3H2) ist bei Standardtemperatur und -druck ein Gas. In Verbindung mit Sauerstoff bildet es eine Flüssigkeit, das so genannte Tritiumwasser (T2O). ⓘ Die spezifische Aktivität von Tritium beträgt 9.650 Curies pro Gramm (3,57×1014 Bq/g). ⓘ Tritium spielt eine wichtige Rolle bei der Erforschung der Kernfusion, da es einen günstigen Reaktionsquerschnitt hat und bei der Reaktion mit Deuterium eine große Energiemenge (17,6 MeV) erzeugt: 3 1T   +  2 1D   →  4 2He   +  } ⓘ Alle Atomkerne enthalten Protonen als ihre einzigen elektrisch geladenen Teilchen. Sie stoßen sich daher gegenseitig ab, weil sich gleiche Ladungen abstoßen. Wenn die Atome jedoch eine ausreichend hohe Temperatur und einen ausreichend hohen Druck aufweisen (z. B. im Kern der Sonne), können ihre zufälligen Bewegungen diese elektrische Abstoßung (die so genannte Coulomb-Kraft) überwinden, und sie können sich so weit annähern, dass die starke Kernkraft wirksam wird und sie zu schwereren Atomen verschmelzen. ⓘ Der Tritiumkern, der ein Proton und zwei Neutronen enthält, hat die gleiche Ladung wie der Kern von normalem Wasserstoff und erfährt die gleiche elektrostatische Abstoßungskraft, wenn er in die Nähe eines anderen Atomkerns kommt. Die Neutronen des Tritiumkerns verstärken jedoch die anziehende starke Kernkraft, wenn sie nahe genug an einen anderen Atomkern herankommen. Infolgedessen kann Tritium leichter mit anderen leichten Atomen verschmelzen, als dies bei normalem Wasserstoff der Fall ist. ⓘ Das Gleiche gilt, wenn auch in geringerem Maße, für Deuterium. Aus diesem Grund können Braune Zwerge (so genannte "gescheiterte" Sterne) gewöhnlichen Wasserstoff nicht verwerten, aber sie fusionieren die kleine Minderheit der Deuteriumkerne. ⓘ Radiolumineszente 1,8 Curies (67 GBq) 6 x 0,2 Zoll (152,4 mm × 5,1 mm) Tritiumfläschchen sind dünne, mit Tritiumgas gefüllte Glasfläschchen, deren Innenflächen mit einem Leuchtstoff beschichtet sind. Die hier gezeigte Ampulle ist brandneu. ⓘ Wie die anderen Isotope des Wasserstoffs ist Tritium schwer einzuschließen. Gummi, Kunststoff und einige Stahlsorten sind alle etwas durchlässig. Dies hat die Sorge geweckt, dass Tritium, wenn es in großen Mengen verwendet würde, insbesondere in Fusionsreaktoren, zu einer radioaktiven Verseuchung beitragen könnte, obwohl seine kurze Halbwertszeit eine signifikante langfristige Anreicherung in der Atmosphäre verhindern dürfte. ⓘ Die hohen Werte der atmosphärischen Kernwaffentests, die vor dem Inkrafttreten des Teilvertrags über das Verbot von Nuklearversuchen stattfanden, erwiesen sich für Ozeanographen als unerwartet nützlich. Die hohen Mengen an Tritiumoxid, die in die oberen Schichten der Ozeane eingebracht wurden, wurden in den folgenden Jahren genutzt, um die Vermischungsrate der oberen Schichten der Ozeane mit den unteren Schichten zu messen. ⓘ Weitere Eigenschaften Das Symbol ist 3H; aus Gründen der Vereinfachung in der Formelschreibweise wird häufig auch T verwendet. ⓘ Tritiumoxid (überschweres Wasser) T2O hat eine Siedetemperatur von 101,51 °C und eine Schmelztemperatur von 4,48 °C. ⓘ Gesundheitliche Risiken Tritium ist ein Isotop des Wasserstoffs, das sich leicht an Hydroxylradikale, die tritiiertes Wasser (HTO) bilden, und an Kohlenstoffatome binden kann. Da Tritium ein Betastrahler mit niedriger Energie ist, ist es äußerlich nicht gefährlich (seine Betateilchen können die Haut nicht durchdringen), aber es kann eine Strahlungsgefahr darstellen, wenn es eingeatmet, mit der Nahrung oder dem Wasser aufgenommen oder durch die Haut absorbiert wird. HTO hat im menschlichen Körper eine kurze biologische Halbwertszeit von 7 bis 14 Tagen, was sowohl die Gesamtwirkung einer einmaligen Einnahme reduziert als auch eine langfristige Bioakkumulation von HTO in der Umwelt ausschließt. Die biologische Halbwertszeit von tritiumhaltigem Wasser im menschlichen Körper, die ein Maß für den Wasserumsatz im Körper ist, variiert je nach Jahreszeit. Studien zur biologischen Halbwertszeit von freiem Wassertritium bei beruflich strahlenexponierten Arbeitnehmern in einer Küstenregion von Karnataka, Indien, zeigen, dass die biologische Halbwertszeit in der Wintersaison doppelt so hoch ist wie in der Sommersaison. Wenn eine Tritiumexposition vermutet wird oder bekannt ist, hilft das Trinken von nicht kontaminiertem Wasser, das Tritium aus dem Körper zu ersetzen. Verstärktes Schwitzen, Urinieren oder Atmen kann dem Körper helfen, Wasser und damit das darin enthaltene Tritium auszuscheiden. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass es weder zu einer Dehydrierung noch zu einer Erschöpfung der körpereigenen Elektrolyte kommt, da die gesundheitlichen Folgen dieser Dinge (insbesondere kurzfristig) schwerwiegender sein können als die der Tritiumexposition. ⓘ Kontamination der Umwelt An 48 von 65 Nuklearstandorten in den USA ist Tritium ausgetreten. In einem Fall enthielt das ausgetretene Wasser 7,5 Mikrocuries (280 kBq) Tritium pro Liter, was dem 375-fachen des EPA-Grenzwertes für Trinkwasser entspricht. Dies entspricht 0,777 Nanogramm pro Liter (5,45×10-8 gr/imp gal) oder etwa 0,8 ppt. ⓘ Die US Nuclear Regulatory Commission gibt an, dass 56 Druckwasserreaktoren im Jahr 2003 im Normalbetrieb 40.600 Curies (1.500.000 GBq) Tritium freigesetzt haben (maximal: 2.080 Ci (77.000 GBq); Minimum: 0,1 Ci (3,7 GBq); Durchschnitt: 725 Ci (26.800 GBq)) und 24 Siedewasserreaktoren setzten 665 Ci (24,6 TBq) frei (Maximal: 174 Ci (6.400 GBq); Minimum: 0 Ci; Durchschnitt: 27,7 Ci (1.020 GBq)), in flüssigen Abwässern. 40.600 Curie Tritium entsprechen ungefähr 4,207 Gramm (0,1484 Unzen). ⓘ Nach Angaben der US-Umweltschutzbehörde (U.S. Environmental Protection Agency) wurde kürzlich festgestellt, dass selbstleuchtende Ausgangsschilder, die unsachgemäß auf kommunalen Mülldeponien entsorgt wurden, die Wasserläufe kontaminieren. ⓘ Gesetzliche Grenzwerte Die gesetzlichen Grenzwerte für Tritium im Trinkwasser sind von Land zu Land sehr unterschiedlich. Nachstehend sind einige Zahlen aufgeführt: Tritium-Trinkwassergrenzwerte nach Land Land Tritium-Grenzwert (Bq/l) Australien 76,103 Japan 60.000 Finnland 30.000 Weltgesundheitsorganisation 10.000 Schweiz 10.000 Russland 7.700 Kanada (Ontario) 7.000 Vereinigte Staaten 740 Der amerikanische Grenzwert entspricht einer Dosis von 4,0 Millirem (oder 40 Mikrosievert in SI-Einheiten) pro Jahr. Dies entspricht etwa 1,3 % der natürlichen Hintergrundstrahlung (etwa 3.000 μSv). Zum Vergleich: Die Bananen-Äquivalentdosis (BED) ist auf 0,1 μSv festgelegt, so dass der gesetzliche Grenzwert in den USA bei 400 BED liegt. ⓘ Verwendung Biologische radiometrische Tests Tritium wurde für biologische radiometrische Tests verwendet, ähnlich wie bei der Radiokarbondatierung. In einer Arbeit wurde zum Beispiel [3H]-Retinylacetat durch den Körper von Sprague-Dawley-Ratten verfolgt. ⓘ Selbstversorgte Beleuchtung Schweizer Militäruhr mit Tritium-beleuchtetem Zifferblatt ⓘ Die Betateilchen, die durch den radioaktiven Zerfall kleiner Mengen von Tritium freigesetzt werden, bringen chemische Stoffe, so genannte Phosphore, zum Leuchten. ⓘ Diese Radiolumineszenz wird in selbstversorgten Beleuchtungsvorrichtungen, den so genannten Betalights, genutzt, die für die Nachtbeleuchtung von Schusswaffenzielen, Uhren, Ausgangsschildern, Kartenlichtern, Navigationskompassen (wie den derzeit verwendeten M-1950-Kompassen des US-Militärs), Messern und einer Vielzahl anderer Geräte eingesetzt werden. Im Jahr 2000 lag die kommerzielle Nachfrage nach Tritium bei 400 Gramm pro Jahr und die Kosten bei etwa 30.000 Dollar pro Gramm (850.000 Dollar/Unze). ⓘ Nuklearwaffen Tritium ist ein wichtiger Bestandteil von Kernwaffen. Es wird verwendet, um die Effizienz und Ausbeute von Spaltbomben und den Spaltstufen von Wasserstoffbomben in einem als "Boosting" bekannten Prozess zu erhöhen, sowie in externen Neutroneninitiatoren für solche Waffen. ⓘ Neutronen-Initiator Hierbei handelt es sich um in Kernwaffen eingebaute Vorrichtungen, die bei der Zündung der Bombe einen Neutronenimpuls erzeugen, um die Spaltreaktion im spaltbaren Kern der Bombe einzuleiten, nachdem dieser durch Sprengstoffe auf eine kritische Masse komprimiert wurde. Ein kleiner Teilchenbeschleuniger, der durch einen ultraschnellen Schalter wie ein Krytron betätigt wird, treibt Ionen von Tritium und Deuterium auf Energien oberhalb der 15 keV, die für die Deuterium-Tritium-Fusion erforderlich sind, und lenkt sie in ein Metalltarget, wo Tritium und Deuterium als Hydride adsorbiert werden. Die hochenergetischen Fusionsneutronen aus der entstehenden Fusion strahlen in alle Richtungen ab. Einige von ihnen treffen auf Plutonium- oder Urankerne in der Primärgrube und lösen eine nukleare Kettenreaktion aus. Die Menge der erzeugten Neutronen ist in absoluten Zahlen sehr groß, so dass in der Grube schnell Neutronenzahlen erreicht werden können, für die sonst viele weitere Generationen der Kettenreaktion erforderlich wären, auch wenn sie im Vergleich zur Gesamtzahl der Kerne in der Grube immer noch gering sind. ⓘ Verstärkung Vor der Detonation werden einige Gramm Tritium-Deuterium-Gas in die hohle "Grube" mit spaltbarem Plutonium oder Uran injiziert. Die frühen Phasen der Spaltungskettenreaktion liefern genügend Wärme und Kompression, um die Deuterium-Tritium-Fusion in Gang zu setzen; dann laufen Spaltung und Fusion parallel ab, wobei die Spaltung die Fusion durch fortgesetzte Erwärmung und Kompression unterstützt und die Fusion die Spaltung mit hochenergetischen (14,1 MeV) Neutronen unterstützt. Wenn sich der Spaltbrennstoff erschöpft und auch nach außen explodiert, fällt er unter die Dichte, die erforderlich ist, um selbst kritisch zu bleiben, aber die Fusionsneutronen sorgen dafür, dass der Spaltprozess schneller voranschreitet und länger andauert, als dies ohne Verstärkung der Fall wäre. Die Erhöhung der Ausbeute ist in erster Linie auf den Anstieg der Spaltung zurückzuführen. Die durch die Fusion selbst freigesetzte Energie ist viel geringer, weil die Menge des Fusionsbrennstoffs so viel kleiner ist. Zu den Auswirkungen des Boostings gehören erhöhte Ausbeute (bei gleicher Menge an Spaltbrennstoff, im Vergleich zur Detonation ohne Boosting) die Möglichkeit einer variablen Ausbeute durch Variation der Menge des Fusionsbrennstoffs die Bombe benötigt eine geringere Menge des sehr teuren spaltbaren Materials - außerdem wird das Risiko einer Prädetonation durch nahe gelegene Kernexplosionen vermieden weniger strenge Anforderungen an den Implosionsaufbau, so dass eine kleinere und leichtere Menge an hochexplosivem Material verwendet werden kann ⓘ Das Tritium in einem Gefechtskopf unterliegt einem ständigen radioaktiven Zerfall, so dass es für die Fusion nicht mehr zur Verfügung steht. Darüber hinaus absorbiert sein Zerfallsprodukt Helium-3 Neutronen, wenn es den Neutronen ausgesetzt wird, die bei der Kernspaltung entstehen. Dadurch wird die beabsichtigte Wirkung des Tritiums, die darin bestand, viele freie Neutronen zu erzeugen, möglicherweise aufgehoben oder umgekehrt, wenn sich zu viel Helium-3 aus dem Tritiumzerfall angesammelt hat. Daher muss Tritium in verstärkten Bomben in regelmäßigen Abständen nachgefüllt werden. Der geschätzte Bedarf liegt bei 4 Gramm (0,14 oz) pro Sprengkopf. Um den Tritiumgehalt konstant zu halten, müssen der Bombe jährlich etwa 0,20 Gramm Tritium pro Sprengkopf zugeführt werden. ⓘ Ein Mol Deuterium-Tritium-Gas würde etwa 3,0 Gramm Tritium und 2,0 Gramm Deuterium enthalten. Zum Vergleich: Die 20 Mol Plutonium in einer Atombombe bestehen aus etwa 4,5 Kilogramm Plutonium-239. ⓘ Tritium in sekundären Wasserstoffbomben Da Tritium radioaktiv zerfällt und auch physikalisch schwer einzuschließen ist, wird für die viel größere Sekundärladung schwerer Wasserstoffisotope, die in einer echten Wasserstoffbombe benötigt wird, festes Lithiumdeuterid als Deuterium- und Tritiumquelle verwendet, wobei das Tritium in situ während der Sekundärzündung erzeugt wird. ⓘ Bei der Detonation der primären Spaltbombenstufe in einer thermonuklearen Waffe (Teller-Ulam-Stufe) beginnt die Zündkerze, ein Zylinder aus 235U/239Pu in der Mitte der Fusionsstufe(n), in einer Kettenreaktion zu spalten, wobei überschüssige Neutronen aus der primären Stufe abgeleitet werden. Die bei der Spaltung der Zündkerze freigesetzten Neutronen spalten Lithium-6 in Tritium und Helium-4, während Lithium-7 in Helium-4, Tritium und ein Neutron gespalten wird. Bei diesen Reaktionen wird die Fusionsstufe durch Photonen aus dem Primärteil und der Spaltung des 238U- oder 238U/235U-Mantels, der die Fusionsstufe umgibt, komprimiert. Daher erzeugt die Fusionsstufe ihr eigenes Tritium, wenn der Sprengsatz detoniert. Durch die extreme Hitze und den Druck der Explosion wird ein Teil des Tritiums zur Fusion mit Deuterium gezwungen, und diese Reaktion setzt noch mehr Neutronen frei. ⓘ Da dieser Fusionsprozess eine extrem hohe Temperatur für die Zündung erfordert und weniger und weniger energiereiche Neutronen erzeugt (nur die Spaltung, die Deuterium-Tritium-Fusion und die 7 3Li Spaltung sind Nettoneutronenproduzenten), wird Lithiumdeuterid nicht in Booster-Bomben, sondern für mehrstufige Wasserstoffbomben verwendet. ⓘ Kontrollierte Kernfusion Tritium ist ein wichtiger Brennstoff für die kontrollierte Kernfusion in Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss und Trägheitseinschluss. Der experimentelle Fusionsreaktor ITER und die National Ignition Facility (NIF) werden Deuterium-Tritium-Brennstoff verwenden. Die Deuterium-Tritium-Reaktion ist vorteilhaft, da sie den größten Fusionsquerschnitt (etwa 5,0 Scheunen) aufweist und diesen bei der niedrigsten Energie (etwa 65 keV Massenschwerpunkt) aller potenziellen Fusionsbrennstoffe erreicht. ⓘ Die Tritium Systems Test Assembly (TSTA) war eine Einrichtung des Los Alamos National Laboratory, die der Entwicklung und Demonstration von Technologien diente, die für die fusionsrelevante Deuterium-Tritium-Verarbeitung erforderlich sind. ⓘ Analytische Chemie Tritium wird manchmal als radioaktiver Marker verwendet. Es hat den Vorteil, dass fast alle organischen Chemikalien Wasserstoff enthalten, so dass sich leicht eine Stelle finden lässt, an der Tritium auf das zu untersuchende Molekül aufgebracht werden kann. Es hat den Nachteil, dass es ein vergleichsweise schwaches Signal erzeugt. ⓘ Elektrische Energiequelle Tritium kann in einem betavoltischen Gerät verwendet werden, um eine Atombatterie zur Stromerzeugung zu schaffen. ⓘ Verwendung als ozeanischer Transient Tracer Abgesehen von Fluorchlorkohlenwasserstoffen kann Tritium als transienter Tracer fungieren und ist aufgrund seiner sich entwickelnden Verteilung in der Lage, die biologischen, chemischen und physikalischen Pfade in den Weltmeeren zu "umreißen". Tritium wurde daher als Instrument zur Untersuchung der Ozeanzirkulation und -belüftung verwendet und wird zu diesem Zweck in der Regel in Tritiumeinheiten gemessen, wobei 1 TU als das Verhältnis von 1 Tritiumatom zu 1018 Wasserstoffatomen definiert ist, was etwa 0,118 Bq/Liter entspricht. Wie bereits erwähnt, wurden durch Kernwaffentests in den späten 1950er und frühen 1960er Jahren vor allem in den hohen Breitengraden der nördlichen Hemisphäre große Mengen an Tritium in die Atmosphäre, insbesondere in die Stratosphäre, eingebracht. Vor diesen Atomtests befanden sich nur etwa 3 bis 4 Kilogramm Tritium auf der Erdoberfläche; diese Mengen stiegen jedoch in der Zeit nach den Tests um zwei bis drei Größenordnungen an. Einigen Quellen zufolge wurden die natürlichen Hintergrundwerte in den Jahren 1963 und 1964 um etwa 1.000 TU überschritten, und das Isotop wird in der nördlichen Hemisphäre verwendet, um das Alter von Grundwasser zu schätzen und hydrogeologische Simulationsmodelle zu erstellen. Neuere wissenschaftliche Quellen schätzen die atmosphärischen Werte auf dem Höhepunkt der Waffentests auf annähernd 1.000 TU und die Werte im Regenwasser vor dem Fallout auf 5 bis 10 TU. Im Jahr 1963 wurden auf der irischen Insel Valentia 2.000 TU im Niederschlag gemessen. ⓘ Nordatlantik Während des Aufenthalts in der Stratosphäre (in der Zeit nach dem Test) ging das Tritium eine Wechselwirkung mit Wassermolekülen ein und oxidierte zu diesen, so dass es in einem Großteil der schnell produzierten Niederschläge enthalten war. Dadurch wurde Tritium zu einem Prognoseinstrument für die Untersuchung der Entwicklung und Struktur des Wasserkreislaufs sowie der Belüftung und Bildung von Wassermassen im Nordatlantik. ⓘ Die Bombentritiumdaten wurden im Rahmen des TTO-Programms (Transient Tracers in the Ocean) verwendet, um die Wiederauffüllungs- und Umwälzungsraten für Tiefenwasser im Nordatlantik zu quantifizieren. ⓘ Bombentritium gelangt auch in den tiefen Ozean um die Antarktis. Der größte Teil des bomben-tritiierten Wassers (HTO) in der Atmosphäre kann durch die folgenden Prozesse in den Ozean gelangen: (a) Niederschlag (b) Dampfaustausch (c) Flussabfluss Diese Prozesse machen HTO zu einem hervorragenden Tracer für Zeiträume von bis zu einigen Jahrzehnten. ⓘ Unter Verwendung der Daten aus diesen Prozessen für das Jahr 1981 liegt die 1-TU-Isogrenze in den subtropischen Regionen zwischen 500 und 1.000 m tief und dehnt sich dann südlich des Golfstroms aufgrund von Rezirkulation und Ventilation im oberen Teil des Atlantiks auf 1.500-2.000 m aus. Im Norden wird die Isofläche tiefer und erreicht den Boden der Tiefseeebene, was in direktem Zusammenhang mit der Belüftung des Meeresbodens in Zeiträumen von 10-20 Jahren steht. ⓘ Im Atlantischen Ozean ist auch das Tritiumprofil in der Nähe von Bermuda zwischen den späten 1960er und den späten 1980er Jahren zu erkennen. Das Tritium-Maximum breitet sich von der Oberfläche (1960er Jahre) auf 400 Meter (1980er Jahre) aus, was einer Vertiefungsrate von etwa 18 Metern pro Jahr entspricht. Es gibt auch Tritiumzunahmen in 1.500 Metern Tiefe in den späten 1970er Jahren und in 2.500 Metern Mitte der 1980er Jahre, die beide mit Abkühlungsereignissen im Tiefenwasser und der damit verbundenen Tiefenwasserbelüftung zusammenhängen. ⓘ In einer Studie aus dem Jahr 1991 wurde das Tritiumprofil als Instrument zur Untersuchung der Vermischung und Ausbreitung des neu gebildeten Nordatlantischen Tiefenwassers (NADW) verwendet, was einem Tritiumanstieg auf 4 TU entspricht. Dieses NADW tendiert dazu, über die Schwellen zu schwappen, die die Norwegische See vom Nordatlantik trennen, und fließt dann in tiefen Grenzströmungen nach Westen und äquatorwärts. Dieser Prozess wurde anhand der großräumigen Tritiumverteilung im tiefen Nordatlantik zwischen 1981 und 1983 erklärt. Der subpolare Wirbel neigt dazu, durch den NADW aufgefrischt (belüftet) zu werden, und steht in direktem Zusammenhang mit den hohen Tritiumwerten (> 1,5 TU). Deutlich zu sehen war auch der Rückgang des Tritiums im tiefen westlichen Grenzstrom um den Faktor 10 von der Labradorsee bis zu den Tropen, was auf einen Verlust ins Innere des Ozeans aufgrund von turbulenter Vermischung und Rezirkulation hindeutet. ⓘ Pazifischer und Indischer Ozean In einer Studie aus dem Jahr 1998 wurden die Tritiumkonzentrationen im Oberflächenmeerwasser und im atmosphärischen Wasserdampf (10 Meter über der Oberfläche) an folgenden Orten gemessen: in der Sulu-See, in der Fremantle-Bucht, in der Bucht von Bengalen, in der Penang-Bucht und in der Straße von Malakka. Die Ergebnisse zeigten, dass die Tritiumkonzentration im Oberflächenmeerwasser in der Bucht von Fremantle am höchsten war (ca. 0,40 Bq/Liter), was auf die Vermischung mit Süßwasser aus dem nahe gelegenen Land zurückzuführen sein könnte, da in den Küstengewässern große Mengen gefunden wurden. In der Regel wurden zwischen 35 und 45 Grad südlicher Breite und in Äquatornähe niedrigere Konzentrationen festgestellt. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass (im Allgemeinen) die Tritiumkonzentration im Laufe der Jahre (bis 1997) aufgrund des physikalischen Zerfalls von Bombentritium im Indischen Ozean abgenommen hat. Die Tritiumkonzentration im Wasserdampf war etwa eine Größenordnung höher als die Konzentration im Meerwasser (zwischen 0,46 und 1,15 Bq/Liter). Die hohen Tritiumkonzentrationen im Wasserdampf wurden daher als direkte Folge der Abwärtsbewegung von natürlichem Tritium aus der Stratosphäre in die Troposphäre angesehen (die Meeresluft zeigte also eine Abhängigkeit von der Breitengradänderung). ⓘ Im Nordpazifik breitete sich das Tritium (das in der nördlichen Hemisphäre als Bombentritium eingeführt wurde) in drei Dimensionen aus. Es gab unterirdische Maxima in den Regionen mittlerer und niedriger Breitengrade, was auf eine seitliche Vermischung (Advektion) und Diffusionsprozesse entlang von Linien konstanter potenzieller Dichte (Isopazien) im oberen Ozean hinweist. Einige dieser Maxima korrelieren sogar gut mit Salzgehaltsextremen. Um eine Struktur für die Ozeanzirkulation zu erhalten, wurden die Tritiumkonzentrationen auf drei Flächen mit konstanter potenzieller Dichte (23,90, 26,02 und 26,81) kartiert. Die Ergebnisse zeigten, dass das Tritium auf der Isopyknale 26.81 im subarktischen zyklonalen Wirbel gut gemischt war (bei 6 bis 7 TU) und dass es einen langsamen Austausch von Tritium (im Vergleich zu flacheren Isopyknalen) zwischen diesem Wirbel und dem antizyklonalen Wirbel im Süden zu geben schien; außerdem schien das Tritium auf den Oberflächen 23.90 und 26.02 langsamer zwischen dem zentralen Wirbel des Nordpazifiks und den äquatorialen Regionen ausgetauscht zu werden. ⓘ Das Eindringen von Bombentritium in die Tiefe kann in 3 verschiedene Schichten unterteilt werden: Schicht 1 Schicht 1 ist die flachste Schicht und umfasst die tiefste, im Winter belüftete Schicht; sie hat durch radioaktiven Fallout Tritium aufgenommen und durch Advektion und/oder vertikale Diffusion etwas verloren und enthält etwa 28 % der Gesamtmenge an Tritium. Schicht 2 Schicht 2 befindet sich unterhalb der ersten Schicht, aber oberhalb der 26,81-Isopyknale und ist nicht mehr Teil der Mischschicht. Ihre beiden Quellen sind die Diffusion aus der Mischschicht nach unten und die seitliche Ausdehnung über die Schichten hinweg (polwärts); sie enthält etwa 58 % des gesamten Tritiums. Schicht 3 Schicht 3 ist repräsentativ für Gewässer, die tiefer liegen als die Aufschluss-Isopie und Tritium nur über vertikale Diffusion aufnehmen können; sie enthält die restlichen 14 % des gesamten Tritiums. ⓘ Mississippi-Fluss-System Nuklearer Fallout aus Waffentests des Kalten Krieges hat sich in den Vereinigten Staaten im gesamten Mississippi-Flusssystem niedergelassen. Die Tritiumkonzentrationen können zum Verständnis der Verweilzeiten kontinentaler hydrologischer Systeme (im Gegensatz zu den üblichen ozeanischen hydrologischen Systemen) verwendet werden, zu denen Oberflächengewässer wie Seen, Bäche und Flüsse gehören. Die Untersuchung dieser Systeme kann auch Gesellschaften und Kommunen Informationen für landwirtschaftliche Zwecke und die allgemeine Wasserqualität von Flüssen liefern. ⓘ In einer Studie aus dem Jahr 2004 wurden mehrere Flüsse bei der Untersuchung der Tritiumkonzentrationen (seit den 1960er Jahren) im gesamten Mississippi River Basin berücksichtigt: Ohio River (größter Zufluss zum Mississippi), Missouri River und Arkansas River. Die höchsten Tritiumkonzentrationen wurden 1963 an allen Probenahmestellen in diesen Flüssen festgestellt und korrelieren gut mit den Spitzenkonzentrationen im Niederschlag infolge der Atombombentests im Jahr 1962. Die insgesamt höchsten Konzentrationen traten im Missouri River (1963) auf und betrugen mehr als 1.200 TU, während die niedrigsten Konzentrationen im Arkansas River gefunden wurden (nie mehr als 850 TU und weniger als 10 TU Mitte der 1980er Jahre). ⓘ Anhand der Tritiumdaten aus den Flüssen lassen sich mehrere Prozesse identifizieren: direkter Abfluss und Abfluss von Wasser aus Grundwasserreservoirs. Anhand dieser Prozesse ist es möglich, die Reaktion der Flusseinzugsgebiete auf den transienten Tritium-Tracer zu modellieren. Zwei der gängigsten Modelle sind die folgenden: Kolbenströmungsansatz das Tritiumsignal erscheint sofort; und Ansatz des gut durchmischten Reservoirs die Abflusskonzentration hängt von der Verweilzeit des Wassers im Becken ab ⓘ Daher wurde ein zweigliedriges Mischungsmodell entwickelt, das aus zwei Komponenten besteht: einer Komponente mit sofortigem Abfluss (jüngste Niederschläge - "Kolben") und einer Komponente, bei der das Wasser länger als ein Jahr im Becken verbleibt ("gut durchmischtes Reservoir"). Daher ist die Tritiumkonzentration im Einzugsgebiet eine Funktion der Verweilzeiten im Einzugsgebiet, der Senken (radioaktiver Zerfall) oder Quellen von Tritium und der Eingangsfunktion. ⓘ Für den Ohio River ergaben die Tritiumdaten, dass etwa 40 % des Flusses aus Niederschlägen mit Verweilzeiten von weniger als einem Jahr (im Einzugsgebiet des Ohio) und ältere Gewässer aus Verweilzeiten von etwa 10 Jahren bestehen. Die kurzen Verweilzeiten (weniger als 1 Jahr) entsprachen also der "Prompt-Flow"-Komponente des zweigliedrigen Mischungsmodells. Für den Missouri River ergaben sich Verweilzeiten von ca. 4 Jahren, wobei die "prompt-flow"-Komponente etwa 10 % betrug (diese Ergebnisse sind auf die Reihe von Staudämmen im Gebiet des Missouri River zurückzuführen). ⓘ Was den Massenfluss von Tritium durch den Hauptstamm des Mississippi in den Golf von Mexiko betrifft, so ergaben die Daten, dass zwischen 1961 und 1997 etwa 780 Gramm Tritium aus dem Fluss in den Golf geflossen sind, was einem Durchschnitt von 7,7 PBq/Jahr entspricht. Und die derzeitigen Flüsse durch den Mississippi betragen etwa 1 bis 2 Gramm pro Jahr im Gegensatz zu den Flüssen vor der Bombardierung, die etwa 0,4 Gramm pro Jahr betrugen. ⓘ Namensgebung Position von Tritium auf der Nuklidkarte ⓘ Aufgrund der großen Bedeutung der Wasserstoffisotope und weil die Massen sich stark unterscheiden, hat man den Isotopen nicht nur eigene Namen gegeben, sondern den Isotopen Deuterium und Tritium auch eigene Elementsymbole: Für 2H kann man auch D schreiben, und T für 3H. In diesem Fall steht H dann speziell für 1H. ⓘ Bei anderen Elementen ist das Massenverhältnis zwischen den Isotopen weit geringer (am größten ist es noch bei dem Isotopenpaar 3He und 4He, nämlich 1:1,327). Daher gibt es für diese keine eigenen Namen und Symbole. ⓘ Entstehung Nebenprodukt der Kernspaltung In mit schwerem Wasser moderierten Reaktoren (siehe z. B. CANDU) fällt Tritium in einer Menge von rund 1 kg pro 5 GWa (Gigawattjahre) – das sind etwa 150 Peta-Joule erzeugter elektrischer Energie – als unvermeidliches Nebenprodukt an. Die Extraktion aus dem Kühlwasser ist aufwändig, da hierzu eine Isotopentrennung erforderlich ist. ⓘ Auch im Kühlmittel des Primärkreises vieler Druckwasserreaktoren bildet sich Tritium, da dem Wasser eine gewisse Menge an Borsäure zur Steuerung der Reaktivität im Reaktorkern beigesetzt wird. Die erwünschte Reaktion ist dabei, dass Bor-10 ein Neutron absorbiert, und dann sofort in ein Alpha-Teilchen und Lithium-7 zerfällt. Eine unerwünschte Nebenreaktion ist jedoch, dass Bor-11 ein Neutron absorbiert und dann in Tritium und Beryllium-9 zerfällt. ⓘ Tritium ist außerdem ein weniger häufiges Nebenprodukt bei der Kernspaltung von spaltbaren Atomkernen wie 235U, 239Pu oder 233U und entsteht dabei mit einer Häufigkeit von ungefähr 1 Tritiumkern pro 104 Spaltungen. Das Tritium entsteht bei 7 % der ternären Zerfälle, also wenn das Ausgangsnuklid in drei anstatt zwei Bruchstücke gespalten wird. In der Regel verbleibt dieses Tritium zusammen mit den anderen Spaltprodukten in den Brennelementen. Bei einem Unfall mit Kernschmelze oder bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen kann es aber freigesetzt werden. ⓘ Produktion aus Lithium Tritium kann durch Reaktion von 6Li mit Neutronen hergestellt werden: $\mathrm {^{6}Li\ +\ n\longrightarrow \ ^{4}He\ +\ T\ +\ 4{,}78\ MeV}$ ⓘ In Wasserstoffbomben wird das zur Fusion nötige Tritium überwiegend erst während der Explosion der Bombe auf diesem Weg hergestellt. Die dazu benötigten Neutronen stammen anfangs aus der Spaltung von Uran oder Plutonium, später auch aus der Fusionsreaktion selbst. ⓘ Für Kernfusionsreaktoren ist die Produktion von Tritium aus Lithium auf demselben Weg vorgesehen: Anfangs, insbesondere für den Betrieb von Forschungsreaktoren, soll Tritium mittels des Neutronenflusses in Kernreaktoren erbrütet werden. Später soll das nötige Tritium im Blanket der Kernfusionsreaktoren hergestellt werden. ⓘ Sicherheitshinweise Die von Tritium ausgehenden chemischen Gefahren sind zwar mit denen von Wasserstoff identisch, aber vergleichsweise zu vernachlässigen gegenüber den radioaktiven Gefahren als gasförmiger Betastrahler, die auch völlig andere Handhabungsvorschriften erfordern. Die Kennzeichnung für Wasserstoff gemäß Anhang VI der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), die sich nur mit den von der Chemie ausgehenden Gefahren befassen, würden hier eher verharmlosend wirken und wurden deshalb weggelassen, zumal Tritium nur in dafür fachlich qualifizierten Laboratorien und nur in geringen Mengen gehandhabt wird. ⓘ Tritium ist nicht stark radiotoxisch, kann jedoch in Form von Wasser im Körper gespeichert und umgesetzt werden. Eine französisch-belgische Studie von 2008 kommt zum Schluss, dass seine radiologischen Wirkungen bisher unterschätzt wurden: Es kann sich z. B. in die DNS (Erbsubstanz) einlagern, was vor allem bei einer Schwangerschaft problematisch sein kann. ⓘ Nachweis Der Nachweis von Tritium erfolgt unter anderem anhand der Wirkungen der Radioaktivität mittels Flüssigszintillationszählern oder offenen Ionisationskammern. Ebenso können Massenspektrometer zum Nachweis verwendet werden. ⓘ