Wie heiß wäre Tritiumwasser?

Mir ist klar, dass dies eine ziemlich dumme Frage ist, aber wenn Sie Tritiumwasser mit einer Tritium-Halbwertszeit von 12,5 Jahren haben, erwarte ich, dass es ziemlich heiß wäre. (Achtung, das ist keine Hausaufgabenfrage, ich bin nur neugierig).

Nehmen wir an, Sie haben einen Liter Wasser, 1000 Gramm und jeden Sauerstoff mit 2 Tritium darauf, Atomgewicht 22, also 1000/22 = etwa 45 Mol nennen wir es T-Wasser. 6,02x10^23 Atome pro Mol. 2,7x10^25th t-Wassermoleküle, (doppelt so viele Tritium)

Halbwertszeit bedeutet also, dass in 12,5 Jahren 2,7 x 10 ^ 25 Tritium ein Elektron abgestoßen hätten und Sie OH + 3He + Energie erhalten würden. Es gibt ungefähr 395 Millionen Sekunden in 12,5 Jahren, und mir ist klar, dass es nicht einheitlich wäre, aber wenn wir das ignorieren, 2,7 x 10 ^ 25 / 3,95 * 10 ^ 8, ungefähr 6,8 x 10 ^ 16 Tritiumzerfälle pro Sekunde.

Unter der Annahme, dass dieses Diagramm richtig ist, erhalten Sie 0,0057 MeV pro Zerfall.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Unser Liter T-Wasser hat also eine Zerfallsenergie von etwa 3,8 x 10^14 MeV pro Sekunde oder 3,8 x 10^20 Elektronenvolt.

Mit 6,24 x 10^18 Elektronenvolt pro Joule würde unser T-Wasser etwa 61 Joule pro Sekunde oder 14,5 kleine Kalorien pro Sekunde erzeugen.

Das würde ausreichen, um unseren Liter alle 1.000/14,5 alle 69 Sekunden um 1 Grad zu erwärmen.

Also, hier ist meine Frage. Übersehe ich etwas oder stimmt meine Mathematik ungefähr? Wenn meine Mathematik richtig ist und wir davon ausgehen, dass die Raumtemperatur 20 Grad beträgt, würde es etwas mehr als 1 Stunde dauern, bis sich T-Wasser von Raumtemperatur auf Siedetemperatur erwärmt hat, vorausgesetzt, es ist nicht isoliert, nur in einem geschlossenen, versiegelten Raum , die Hitze würde es schnell genug verlassen, dass es nicht die Siedetemperatur erreichen würde.

Meine Fragen sind:

  1. ist meine Mathematik richtig, oder ist da ein ungeheurer Fehler, weil ich denken würde, dass alles mit einer Halbwertszeit von 12,5 Jahren heißer wäre als das.

  2. Wie hoch wäre die durchschnittliche Temperatur mit 61 Joule Wärme pro Liter, vorausgesetzt, in einem Raum, in dem Wärme geleitet und verdunstet, aber luftdicht ist, sodass Sie kein T-Wasser an die Umgebung verlieren. Groß genug, dass das Wasser ungehindert verdunsten und wieder kondensieren kann. Würde ein Großteil der Energie in Photonen/Strahlung verloren gehen oder würde sie größtenteils als Wärme zurückgehalten?

  3. Was würde passieren, wenn Sie Ihre Hand in das T-Wasser stecken? Würden Sie Strahlungsverbrennungen bekommen oder würde es sich nur warm/heiß anfühlen?

  4. Würde es hell leuchten? oder Photonen im Gammaspektrum emittieren?

Als Folgefrage: Wäre dies eine effiziente Möglichkeit, mein Schwimmbad beheizt zu halten?
Nein, es wäre keine effiziente Möglichkeit, Ihren Pool zu heizen, da es etwa 30000 Dollar pro Gramm kostet.
Auch wenn Sie vorhaben, Ihren Pool mit Tritiumwasser zu füllen, wären Sie wahrscheinlich bald nach dem Schwimmen tot.
:-) Die Pool-Frage war offensichtlich ein Scherz, aber ich bin gespannt, wie Tritium-Wasser sein würde - wie heiß es wäre, wie gefährlich es wäre, in seiner Nähe zu sein, wenn es glühen würde. Lustige Sachen wie das. Ich weiß genug, um zu wissen, dass es nicht so kritisch werden würde wie eine ausreichend hohe Urankonzentration - ähm, denke ich. Ich glaube nicht, dass die Hochgeschwindigkeitselektronen einen schnelleren Zerfall auslösen würden.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass die Beta-Zerfälle Ihre Haut abstreifen würden - obwohl ich zugeben muss, dass ich die Dosisberechnung nicht durchgeführt habe. Aber denken Sie daran, Betas haben eine kurze Reichweite, so dass Sie in dem Moment, in dem Sie schwimmen gehen, eine ziemliche Hautdosis erhalten würden. Denken Sie auch daran, dass ein Joule Energie, die in Form von Strahlung abgegeben wird, das grundlegende Maß für den Schaden durch ionisierende Strahlung ist - wenn ich mich richtig erinnere, 60 Joule = 60 Gy, was tödlich ist.
Übrigens hat LBL eine höhere Energie von 19 keV (siehe www2.lbl.gov/ehs/html/pdf/tritium.pdf )
Geben Sie es in eine Thermosflasche.
Wenn Sie bis zum 14. Juli warten können, senden Sie dies an what-if.xkcd. Ernsthafter: Früher wurde Tritium für im Dunkeln leuchtende Uhrzeiger verwendet. Möglicherweise können Sie über diesen Verlauf einige Dichteinformationen nachverfolgen. Und: Haben Sie den stimulierten Wirkungsquerschnitt berücksichtigt, dh die Wahrscheinlichkeit, dass Teilchen auf ein anderes H3-Atom treffen, was zu einer Kettenreaktion führt?
@CountIblis Thermosflaschen sind nur für Ice-nine.
@CarlWitthoft Tritium wird immer noch für Langzeitleuchten (z. B. Notausgangsbeleuchtung) und einige Uhrzeiger verwendet. Früher wurde Radium für im Dunkeln leuchtende Uhrzeiger verwendet.
@Floris Es kommt auf die effektive Dosis (gemessen in Sievert) an. Und ca. 6 Sv sind tödlich (das ist natürlich nur eine Annäherung und hängt von vielen Faktoren ab, man kann auch höhere Dosen überleben (vgl. Anatoli Bugorski ). Haut hat einen Koeffizienten von 0,01, also 600 Gy = 600 J/kg werden voll abgelagert die Haut wäre tödlich (aber die effektive Dosis ist nur bei geringen Intensitäten wirklich zuverlässig).
@SebastianRiese bedeutet in deiner Rechnung "tödlich" für die Haut oder den Körper? Ich sprach über das Absterben der Haut (was den Körper töten könnte). Das ist natürlich ziemlich hypothetisch. Aber ich habe ziemlich schwere Hautverbrennungen durch Strahlung bei einer Dosis von weniger als 600 J / kg gesehen ... CDC sagt, dass Dosen über 2 Gy Schäden verursachen und Dosen über 550 Gy eine Amputation erfordern können (schwierig, wenn Sie schwimmen ... Was tun Sie schneiden?) und da die abgegebene Energie pro Sekunde berechnet wurde, sollte Sie ein 10-Sekunden-Einbruch töten.
@Floris Ich meinte den ganzen Menschen. Also stimme ich zu, es wird sehr ungesund sein, in diesem Pool zu schwimmen. Ich schätze, Ihre in der Haut abgelagerten 60 Gy könnten bereits tödlich sein (da sie wahrscheinlich einer großflächigen Verbrennung ähneln, die ziemlich gefährlich ist).
Beachten Sie, dass tritiiertes Wasser bei einer etwas höheren Temperatur kocht als normales Wasser. ( D 2 Ö ist etwa 101,4 ° C, also würde ich erwarten T 2 Ö etwa 102-103°C betragen.) Dies kann hilfreich sein, wenn Sie Ihre Nudeln etwas schneller kochen möchten.

Antworten (1)

aktualisierte Berechnungen - basierend auf dem Risiko von entweichender Neutrinoenergie und Einatmen von Dämpfen

Ihre Mathematik ist nah dran, aber nicht ganz richtig.

Erstens - die Anzahl der Tritiumatome.

Es gibt 1000 / (16 + 3 + 3) = 45 Mol (wie Sie sagten)

Das bedeutet, es gibt 45*2* N EIN = 5.5 ⋅ 10 25 Atome von Tritium

Jetzt beträgt die Halbwertszeit also 12,3 Jahre oder 4500 Tage 3.9 ⋅ 10 8 s.

Damit ist die 1/e-Zeit gemeint τ = t 1 / 2 / ln ⁡ 2 = 5.6 ⋅ 10 8 s

Die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde ist 5.5 ⋅ 10 25 5.6 ⋅ 10 8 = 9.8 ⋅ 10 16 s − 1

Die bei einem Zerfall abgegebene Energie beträgt 19 keV ( Quelle: LBL ) - aber die dem Elektron zugeführte mittlere Energie ist geringer: nur 5,7 keV ( Wikipedia ) . Der Rest geht an das Anti-Neutrino, das ebenfalls beim Zerfall entsteht. Da der Wechselwirkungsquerschnitt zwischen dem Neutrino und dem Wasser ist extrem klein, so dass Energie in Bezug auf die Erwärmung des Wassers als "verloren" angesehen werden kann.

Das bedeutet, dass die im Wasser deponierte Gesamtenergie (alles zusammen, da der Beta-Zerfall eine sehr kurze Reichweite hat) etwa 90 W beträgt

Dies ist eindeutig eine bedeutende Heizquelle - etwa 22 Kalorien pro Sekunde, also wird ein Liter Wasser in etwa 50 Sekunden um ein Grad Celsius erwärmt. In einem isolierten Behälter würde eine Flüssigkeit, die bei Raumtemperatur begann, in etwas mehr als einer Stunde kochen. Während dieser Zeit würde es etwa 14 ml produzieren 3 H e auch Gas (0,6 mmol).

Diese Flüssigkeit würde wahrscheinlich nicht leuchten - das blaue Leuchten, das normalerweise mit Radioaktivität verbunden ist, ist auf Cerenkov-Strahlung zurückzuführen (ungefähr das optische Äquivalent eines Überschallknalls) und erfordert, dass sich Partikel schneller als mit Lichtgeschwindigkeit im Medium bewegen.

Ein Elektron mit 19 keV ist nicht wirklich relativistisch (Ruhemasse 511 keV), also ist die Geschwindigkeit nahe genug gegeben

v = 2 E m = 2 ⋅ 19 ⋅ 10 3 ⋅ 1.6 ⋅ 10 − 19 9.1 ⋅ 10 − 31 ≈ 8 ⋅ 10 7 m / s

Dies liegt ausreichend unter der Cerenkov-Grenze (die für Wasser mit einem Brechungsindex von etwa 1,3 etwa wäre 2 ⋅ 10 8 m / s - so wird es kein blaues Leuchten geben.

Aber nur weil es nicht leuchtet, heißt das nicht, dass es ungefährlich ist.

Laut CDC würde eine Hautdosis von 550 Gy eine Amputation erfordern. Da nun die Hälfte des Wassers in der Nähe der Haut von der Haut "weg" strahlt, erwarten wir, dass die pro Masseneinheit in der Haut abgelagerte Dosis die Hälfte der im Wasser abgelagerten Dosis beträgt; die Dosisleistung beträgt also 45 Gy pro Sekunde. Sie würden die Dosis "alles amputieren" in etwa 12 Sekunden erreichen. Aber weil das Beta so wenig Energie hat, soll es in der "toten oberen Hautschicht" absorbiert werden. Dies könnte Sie schützen ... Wenn es nicht die Tatsache gäbe, dass Sie tritiierte Flüssigkeit haben, wenn Sie tritiierten Dampf haben. Das Einatmen dieses Dampfes wird wirklich schlecht für Sie sein.

Wie schlimm? Unter der Annahme, dass das Schwimmbad angenehme 22 °C hat, beträgt der Sättigungsdampfdruck von Wasser bei dieser Temperatur etwa 20 Torr oder 260 Pa. Bei 60 % relativer Luftfeuchtigkeit (nicht ungewöhnlich in der Nähe eines Pools) wären das 150 Pa oder etwa 1 /600 der Luft. Unter der Annahme, dass das gesamte eingeatmete Tritium mit dem Wasser im Körper ausgetauscht wird und dass ein durchschnittlicher Mensch pro Stunde 1 m 3 Luft mit der Umgebung austauscht ( Quelle), das bedeutet 1,6 Liter Tritiumgas pro Stunde - etwa 70 mmol. Das würde 0,07 Gy pro Stunde in den Körper abgeben – dort, wo es nichts gibt, was Sie schützt. Es würde etwas länger dauern, dich zu töten... aber es würde dich töten. Natürlich würde das Schlucken von etwas Poolwasser den Prozess wirklich beschleunigen, ebenso wie Schnitte oder Abschürfungen. Und ist dir schon mal aufgefallen, wie faltig deine Haut wird, wenn du zu viel Zeit im Wasser verbringst? Das ist Wasser, das in die Haut eindringt. Ich kann das nicht gut einschätzen - das Internet ist voll von Geschichten zu diesem Thema, aber ich habe keine harten Daten gefunden. Ich vermute, dass es eine bedeutende Tritiumquelle sein wird, die in den Körper gelangt, wenn Sie in Ihrem Pool schwimmen.

Daher ist selbst eine sehr kurze Belichtung höchstwahrscheinlich sehr unangenehm. Ich rate davon ab, dies als Methode zum Beheizen Ihres Swimmingpools zu verwenden.

Abgesehen davon gibt es viele Fälle, in denen Tritium als gute "permanente" Lichtquelle für Uhrzeiger, Kompasse und andere Instrumente verwendet wird. Die kurze Reichweite der Beta-Teilchen und die praktische Halbwertszeit machen es in dieser Rolle recht gut; gemischt mit einem effizienten Szintillator, der die Energie in sichtbares Licht umwandelt, braucht man nicht viel Tritium, um nachts ein Zifferblatt zu beleuchten. Sie dürfen 25 mCi Tritium für diese Anwendung verwenden, ohne dass eine NRC-Lizenz erforderlich ist.

Jetzt sind 25 mCi 925 MBq - Millionen Zerfälle pro Sekunde. Ihr Liter tritiumhaltiges Wasser übersteigt dies um etwa 9 Milliarden; und es steht in direktem Kontakt mit der Haut (anstatt zwischen einigen mm Glas isoliert zu sein, was die Betastrahlung effektiv stoppt).

Aus diesem Grund sind Tritium-Uhren sicher, Ihr Schwimmbad jedoch nicht.

Die Energiedeposition im Wasser sollte halbiert werden, da ein Antineutrino entsteht, das seine Energie nicht im Wasser deponiert. Ein Faktor 2 ändert am Ergebnis nicht viel. Gute Antwort.
@RossMillikan danke - die LBL-Quelle gibt "Beta-Energie 19 keV" an, nicht "Gesamtenergie". Es verwendet das Wort "max" an einer Stelle, aber nicht an einer anderen. Hast du eine Quelle für den Faktor 2? Wird die Gesamtenergie zwischen den beiden aufgeteilt? Lerne immer gerne dazu...
Ja, die Gesamtenergie wird zwischen Elektron und Antineutrino aufgeteilt. Der Kern nimmt den Impuls auf und ist so schwer, dass er keine nennenswerte Energie aufnimmt. Wikipedia sagt, die Gesamtenergie beträgt 18,6 keV und das Elektron durchschnittlich 5,7 keV – ich hatte vermutet, dass es die Hälfte bekommen würde.
@RossMillikan - Ich habe die Berechnungen aktualisiert. Danke für Ihre Hilfe.
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