雷奕安
关于氚的一些数据
2023-8-28 11:03
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氚是氢的同位素,有一个质子和两个中子,不稳定,半衰期为12.3年。

氚的衰变模式是贝塔辐射,释放一个能量为18.6千电子伏特(keV)的电子。相对一般为兆电子伏特(MeV)量级的核衰变,这个能量很小。如果是在体外衰变,一张纸就可以挡住这个电子,因此对人体几乎没有影响。氚衰变电子在空气中的行程是6毫米,在水中是6微米。如果在人体内衰变,那么一次衰变能产生0.000018微西弗的辐射剂量。作为比较,一个放射性气体氡222核在人体内衰变产生的辐射剂量是0.108微西弗,是一个氚的6000倍。

市场上,有用氚做的长明发光棒,是一种日用品。虽然氚的放射性活度(比活度,specific activity)相当高(357兆贝可每克,这里的兆是万亿),但氚产品一般不需要特殊防护。即使破损了,氚也会自然逃逸到高空。不会富集在某些地方,形成放射性热点。所以只要不在密闭空间中就行。当然,还是应该仔细读产品说明。

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氚发光产品(图片来源:TECaccessories)

自然界有氚存在,但丰度很低,大约每1018个氢原子中才有一个氚原子。一个100公斤的人,身体里大概有60亿个氚原子,即每升(公斤)6千万个氚原子。这60亿个氚原子,每秒大概有1.2个衰变,每年产生的辐射剂量是0.01毫西弗。作为对比,人体每年接受的本底放射性辐射剂量,全球平均每人每年3.0毫西弗。如果喝了含额外氚浓度的水,这些水在人体中停留的时间是十天。

每年宇宙射线产生大约200克氚。

在核武器大规模实验时期(1945-1963年),所有的核试验释放了约500-800千克氚,即数千年的宇宙射线产量。目前在自然界存在的氚大约为30-50千克。(注意这些数字不精确,不一定对的上,60年后氚会变成原来的32分之一)

全世界的核设施,主要是核电厂,每年释放大约60克氚到环境中。

核电站只有在运行的时候才会产生氚(水中的氘吸收一个中子变成氚,裂变与杂质锂也会产生氚,随着氘浓度的变化,氚的产量也会上升),短时间的生产率正比于中子通量,或者功率。

后处理厂是排放最大的人工设施,法国La Hague后处理厂一年排放约30-40克氚(2018年32克)。

英国Heysham核电站2019年排放1.15克,加拿大Bruce核电站2018年排放4.9克。秦山核电站2022年排放0.93克。

注意各设施每年的排放也会有较大变化。

日本福岛事故发生前,每年全日本核电站排放量为1.1克氚(前五年平均)。

作为福岛事故处理的后续,日本计划每年排放0.06克氚,连续三十年。


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