Deitērijs (grieķu: deuteros – otrais, otrējais) jeb smagais ūdeņradis ir ūdeņraža otrs stabilais izotops
Deitērijs (grieķu: deuteros – otrais, otrējais) jeb smagais ūdeņradis ir ūdeņraža otrs stabilais izotops. Deitērija apzīmējums ir 2H vai D. Deitērija atoma kodols (deitrons) sastāv no viena protona un viena neitrona. Dabiskais ūdeņradis satur 0,0147% deitērija.
Deitēriju atklājis 1932. gadā amerikāņu fizikālķīmiķis Harolds Jūrijs.
Tā kā deitērija atoma masa ir divreiz lielāka nekā protijam, šo ūdeņraža izotopu ķīmiskās un fiziskās īpašības jūtami atšķiras – daudz vairāk, nekā jebkura cita elementa izotopiem. Tādēļ ūdeņraža izotopus ir relatīvi viegli atdalīt – piemēram, vairākās stadijās elektrolizējot ūdeni, ar jonu apmaiņas metodēm, rektificējot ūdeni vai amonjaku. Deitērija oksīdu sauc par smago ūdeni.
Deitērija ultravioletās loka lampas spektrs
Deitēriju plaši izmanto atomenerģētikā kā neitronu palēninātāju kodolreaktoros. Litija-6 deiterīda veidā vai arī maisījumā ar tritiju lieto kodoltermiskās reakcijas izraisīšanai ūdeņraža bumbās. Deitērija un tritija augsttemperatūras plazmu izmanto vadāmās kodoltermiskās sintēzes realizācijai (sk. projekts ITER). Deitēriju lieto arī laboratoriskos pētījumos (kā neradioaktīvu izotopisku marķieri, ko var viegli atšķirt masspektrometriski) un tehnikā. Organiskos šķīdinātājus, kur ūdeņradis aizvietots ar deitēriju, lieto H-KMR spektroskopijā. Ar deitēriju pildītas lokizlādes lampas lieto kā ultravioletā starojuma avotus UV spektroskopijā.
Protijs (grieķu: protōs – pirmais) ir pats vieglākais un dabā visizplatītākais ūdeņraža izotops. Tā apzīmējums ir 1H. Protija atoma kodols sastāv tikai no viena protona, no tā arī cēlies izotopa nosaukums. No visa Visumā esošā ūdeņraža 99,985% ir protijs, tādējādi tas ir dabā visbiežāk sastopamais ķīmiskā elementa izotops. Protija oksīds ir galvenā ūdens sastāvdaļa.
Terminu “protijs” parasti lieto, lai atšķirtu ūdeņraža vieglāko izotopu no deitērija vai tritija, kā arī, lai uzsvērtu atšķirību no dabiskā ūdeņraža, kas vienmēr satur nelielu deitērija piemaisījumu.
Tritijs (grieķu: tritos – trešais, trešējais) jeb pārsmagais ūdeņradis ir trešais no ūdeņraža izotopiem. Tritijs ir nestabils izotops – tā kodola pussabrukšanas periods ir 12,32 gadi. Tritija apzīmējums ir 3H vai T. Tritija atoma kodols (tritons) sastāv no viena protona un diviem neitroniem.
Tritiju atklājuši angļu zinātnieki Ernests Rezerfords, Marks Olifants un Pauls Harteks.
Dabā tritijs veidojas, kosmisko staru daļiņām saduroties ar atmosfēras gāzu, piemēram, slāpekļa, atomu kodoliem. Mākslīgi rūpnieciskos mērogos tritiju iegūst, kodolreaktorā apstarojot litiju ar neitroniem:
.
Tritiju var iegūt arī, apstarojot ar neitroniem smago ūdeni, jo deitērijs var satvert neitronu un pārvērsties par tritiju. ASV kopš 1955. gada ir iegūti apmēram 225 kg tritija.
Tritija kodols sabrūk, izstarojotelektronu un elektronu antineitrīno un rodoties hēlijam-3. Tā kā radusies elektronu plūsma (beta stari) ir ar samērā nelielu enerģiju – vidēji ap 6 keV – tritijs atrod pielietojumu tehnikā un pat sadzīvē, jo tik mazas enerģijas beta stari nespēj izkļūt cauri cilvēka ādai. Tomēr tritijs ir bīstams, to ieelpojot vai norijot.
Tritiju lieto bioloģijā un ķīmijā kā radioaktīvu marķieri. To lieto arī neitrīno īpašību pētīšanai un kodoltermiskajos ieročos kā neitronu avotu un vienlaicīgi kodoldegvielu (sk. ūdeņraža bumba). Ar tritija savienojumiem (tiem jābūt pilnīgi negaistošiem – parasti lieto polimērus, kuros neliela daļa ūdeņraža aizstāta ar tritiju) aktivētus luminoforus lieto patstāvīgi spīdošu krāsu ražošanai, kuras izmanto pulksteņu ciparnīcu, kompasu, mērinstrumentu, šaujamieroču tēmēkļu pārklāšanai.
Ar šādām krāsām aizstāj agrāk (apmēram līdz 20. gadsimta 60. gadiem) izmantotās rādiju un cinka sulfīdu saturošās krāsas, kas bija ļoti kaitīgas.
Dabiskā radioaktivitāte
Dabiskajam radioaktīvajam apstarojumam ir divi avoti: kosmoss, no kurienes nāk kosmiskais starojums un zemes garoza, kas kopš zemes rašanās satur pirmatnējos radioaktīvos elementus, arī tos, no kuriem veidojas radons.
Kosmiskais starojums un zemes garozā esošie radioaktīvie elementi izsauc divu veidu apstarojumu: ārējo kur dod izstarojumi, un iekšējo, kad radioaktīvie elementi nokļūst organismā.
Kosmiskā starojuma intensitāte mainās atkarībā no vietas augstuma virs jūras līmeņa: augstkalnu apvidu iedzīvotāji var saņemt 2- 3 reizes lielākas dozas nekā tie, kuri dzīvo tuvu jūras līmenim. Arī ceļošana lidmašīnā palielina saņemtās kosmiskā starojuma devas. Šis starojums praktiski neizraisa iekšējo apstarošanu.
|
Ekspozīcijas avoti |
Gada efektīvā deva (mSv ) |
|
Kosmosa radiācija |
0.38 |
|
Zemes radiācija |
0.46 |
|
Radioaktīvie izotopi (izņemot radonu) |
0.23 |
|
Radons un tā sairšanas produkti |
1.28 |
|
Kopā |
2.35 |
Mākslīgā radioaktivitāte.
Mākslīgā radioaktivitātes avoti ir vairāki. Svarīgāko no tiem veido apstarojums, kas saistīts ar medicīniskos – diagnostikas un ārstniecības nolūkos veiktām procedūrām. Tā daļa kopīgajā iedzīvotāju apstarojumā var ievērojami mainīties atkarībā no valsts, ko nosaka medicīniskā prakse.
Citi avoti ir:
1 radioaktīvie elementi, kas radušies atomieroču izmēģinājumos ( šādi mēģinājumi tika izbeigti 70. gadu vidū );
Þ atomrūpniecības un pētījumu radītais piesārņojums;
Þ dažos Eiropas reģionos – Černobiļas vai citu katastrofu radītais piesārņojums.
Apstarojums var būt gan iekšējs, gan ārējs. Šis apstarojums ir atkarīgs no radioaktīvajiem elementiem vai starojumiem, kas to rada.
Mākslīgie radiācijas avoti.
|
Aktivitāte |
Efektīvā deva |
|
Dabīgā radiācija |
1 – 3 mSv |
|
50 krūšu kurvju rentgeni |
1 mSv |
|
100 stundas lidojumā |
1 mSv |
|
Tipiska ikgadēja deva ES kodolspēkstaciju strādniekiem |
3 mSv |
Kodolreakcijas – pārvērtības, kurās no viena veida atomiem rodas cita veida atomi. To, kāda ķīmiskā elementa atomi radušies kodolreakcijas rezultātā, nosaka protonu skaits atoma kodolā. To, kāds elementa izotops radies reakcijas rezultātā, nosaka neitronu skaits atoma kodolā.
Cilvēki izmanto kodolreakcijas elektroenerģijas ieguvei, tās notiek kodolreaktoros, speciāli radītos apstākļos, kas neapdraud cilvēku un vides stāvokli. Kodolreakcijas lieto arī radioaktīvo izotopu ieguvei. Kodolreakcijas ir arī kodolieroču darbības pamatā.
Iespējamās problēmas
Nopietni radiācijas negadījumi ir ļoti reti. Neskatoties uz to, kad tie notiek, tie var būt par cēloni nopietnām sabiedrības veselības problēmām. Radiāciju nevar noteikt ar cilvēku sajūtām. Turklāt, parasti sabiedrībai nav pieredzes, kā izturēties pret radiāciju.
Radiācijas negadījumi var būt par cēloni plašam sabiedrības satraukumam un izraisīt plašu jautājumu loku, kas jārisina. Šie jautājumi ietver darbības, kas vērstas uz vislabāko apstākļu radīšanu individuālām personām un viņu ģimenēm, saslimšanu nākotnē vai pat pāragras nāves prognozes, kaitējumus vēl nedzimušiem bērniem un drošību vietējai pārtikai un ūdenim.
Radiācijas higiēnas galvenais uzdevums ir nodrošināt visu radioaktīvo atkritumu savlaicīgu savākšanu un drošu uzglabāšanu, lai pilnīgi pasargātu apkārtējo vidi no piesārņojuma ar radioaktīvām vielām. To, ka minētie pasākumi ir efektīvi, pierāda elektrostacijas, kuras izmanto atomenerģiju. Ja šīs elektrostacijas pareizi uzbūvē un prasmīgi ekspluatē, tās apkārtējo vidi nepiesārņo.