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Wasserstoff-3

Daten und Eigenschaften des Isotops H-3.



3H  
1  

Wasserstoff-3 - auch bekannt unter der Bezeichnung Tritium - ist ein radioaktives Isotop des Wasserstoffs, das durch natürliche Prozesse in sehr geringen Mengen in der Atmosphäre vorkommt. Es hat eine Halbwertzeit von etwa 12,3 Jahren und zerfällt durch Beta-Zerfall in Helium-3. Tritium wird in der Atomindustrie als Brennstoff in Kernreaktoren und in der Herstellung von Kernwaffen verwendet. Es kann auch in speziellen Leuchtstoffen und als Tracer in medizinischen Untersuchungen eingesetzt werden. Da es radioaktiv ist, birgt es jedoch auch gewisse Risiken, was seine Anwendung einschränkt.

Das Tritium-Atom besteht aus einem Proton - was für H-Isotope spezifisch ist - und zwei Protonen.

Siehe auch: Übersicht über die Wasserstoff-Isotope.

 

Allgemeine Daten

Bezeichnung des Isotops:Wasserstoff-3, H-3Namen:TritiumEnglische Bezeichnung:Hydrogen-3Symbol:3HMassenzahl A:3Kernladungszahl Z:1 (= Anzahl der Protonen)Neutronenzahl N:2Isotopenmasse:3,01604928132(8) u (Atommasse)Nuklidmasse:3,0155007 u (berechnete Kernmasse ohne Elektronen)Massenexzess:14,94981 MeV (Massenüberschuss)Massendefekt:0,0091055826800002 u (pro Atomkern)Kernbindungsenergie:8,48179563 MeV (pro Atomkern)
2,82726521 MeV (Bindungsenergie im ∅ pro Nukleon)
Halbwertszeit:12,32(2) JahreZerfallskonstante λ:1,784052415191 × 10-9 s-1Spezifische Aktivität α:3,581271648598 × 10+14 Bq g-1
9679,1125637792 Ci g-1
Kernspin:1/2+Kernmagnetisches Moment:μ(μN) = + 2,978962460(14)Ladungsradius:1,7591(363) Femtometer fmSpiegelkern:Helium-3Entdeckungsjahr:1934

 

Radioaktiver Zerfall

Halbwertszeit HWZ = 12,32(2) Jahre bzw. 3,88524 × 108 Sekunden s.

ZerfallProduktAnteilZerfallsenergieγ-Energie
(Intensität)
β- zu3He100 %0,018592(0) MeV

Ausgangsnuklide

Direkte Mutternuklide sind: 4H, 5H.

 

Natürliches Vorkommen

Vergleich der natürlichen Wasserstoff-Isotope inklusive Isotopenhäufigkeit (Stoffmengenanteil am Isotopengemisch in Prozent):

 

Atommasse ArAnteilHalbwertszeitSpin
Wasserstoff
Isotopengemisch
1,008 u100 %
Isotop 2H2,0141017781(8) u0,01 %stabil1+
Isotop 3H3,01604928132(8) u12,32(2) Jahre1/2+
Isotop 1H1,0078250322(6) u99,99 %stabil1/2+

 

NMR-Daten

Nuklearmagnetische Eigenschaften und Daten für das NMR-aktive Nuklid 3H.

Bezeichnung:3H-NMRAnteil:SpurenKernspin:1/2+Kernmagnetisches Moment
μ/μN:
+ 2,978962460(14)Gyromagnetisches Verhältnis γ:28,535 · 107 rad T-1 s-1Nuklearer g-Faktor:gl = 5,95792492Resonanz-Frequenz:v0 = 45,4148 bei 1 TRelative Empfindlichkeit:1,21354 (H0 = const.)
1,0667 (v0 = const.)
[bezogen auf 1H = 1,000]

 

Strahlenschutz

Als Zielorgan bzw. kritisches Organ des radioaktiven Tritiums gilt der ganze Körper. Die biologische Halbwertszeit beträgt 19 Tage.

Die Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) führt für das Isotop Wasserstoff-3 folgende Freigrenzen, Freigabewerte sowie andere Werte als radioaktive bzw. hochradioaktive Strahlenquelle auf (Weitere Daten, Erläuterungen: siehe dort):

Bezeichnung:H-3Freigrenze:109 BqFreigrenze pro Gramm:100 Bq/g
Uneingeschränkte Freigabe von festen und flüssigen Stoffen.
Aktivität HRQ:2000 TBqOberflächenkontamination:100 Bq/cm2Halbwertszeit:12,3 Jahre

 

Isotone und Isobare Kerne

Die folgende Tabelle zeigt zum Nuklid Wasserstoff-3 isotone (gleiche Neutronenzahl N = 2) und isobare (gleiche Nukleonenzahl A = 3) Atomkerne. Natürlich auftretende Isotope sind grün markiert; hellgrün = Radionuklide.

 

OZIsotone N = 2Isobare A = 3
13T3T
24He3He
35Li3Li
46Be
57B
68C
79N

 

Externe Daten und Identifikatoren

CAS-Nummer:10028-17-8Energieniveaus:NuDat 3H (Adopted Levels, Gammas)
H-3
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Tritium

Daten und Eigenschaften des Isotops H-3.



3T  
1  

Wasserstoff-3 - auch bekannt unter der Bezeichnung Tritium - ist ein radioaktives Isotop des Wasserstoffs, das durch natürliche Prozesse in sehr geringen Mengen in der Atmosphäre vorkommt. Es hat eine Halbwertzeit von etwa 12,3 Jahren und zerfällt durch Beta-Zerfall in Helium-3. Tritium wird in der Atomindustrie als Brennstoff in Kernreaktoren und in der Herstellung von Kernwaffen verwendet. Es kann auch in speziellen Leuchtstoffen und als Tracer in medizinischen Untersuchungen eingesetzt werden. Da es radioaktiv ist, birgt es jedoch auch gewisse Risiken, was seine Anwendung einschränkt.

Das Tritium-Atom besteht aus einem Proton - was für H-Isotope spezifisch ist - und zwei Protonen.

Siehe auch: Übersicht über die Tritium-Isotope.

 

Allgemeine Daten

Bezeichnung des Isotops:Tritium, H-3Namen:Wasserstoff-3Englische Bezeichnung:TritiumSymbol:3TMassenzahl A:3Kernladungszahl Z:1 (= Anzahl der Protonen)Neutronenzahl N:2Isotopenmasse:3,01604928132(8) u (Atommasse)Nuklidmasse:3,0155007 u (berechnete Kernmasse ohne Elektronen)Massenexzess:14,94981 MeV (Massenüberschuss)Massendefekt:0,0091055826800002 u (pro Atomkern)Kernbindungsenergie:8,48179563 MeV (pro Atomkern)
2,82726521 MeV (Bindungsenergie im ∅ pro Nukleon)
Halbwertszeit:12,32(2) JahreZerfallskonstante λ:1,784052415191 × 10-9 s-1Spezifische Aktivität α:3,581271648598 × 10+14 Bq g-1
9679,1125637792 Ci g-1
Kernspin:1/2+Kernmagnetisches Moment:μ(μN) = + 2,978962460(14)Ladungsradius:1,7591(363) Femtometer fmSpiegelkern:Helium-3Entdeckungsjahr:1934

 

Radioaktiver Zerfall

Der Atomkern des überschweren Wasserstoffs zerfällt unter Abgabe eines Elektrons e- und eines Antineutrinos in das stabile Isotop Helium-3:

T → 3He + e- + ve.

Das emittierte Elektron erhält hierbei eine mittlere kinetische Energie von 0,0056817(12) MeV (log ft = 3,0524(8)) und das quasi nicht fassbare Antineutrino 0,012906(3) MeV.

Die ungewöhnlich niedrige Energie, die hierbei freigesetzt wird, macht den Zerfall des molekularen Tritiums T2 (Ditritium) für experimentellen Messungen der absoluten Neutrinomasse interessant [1].

Halbwertszeit HWZ = 12,32(2) Jahre bzw. 3,88524 × 108 Sekunden s.

ZerfallProduktAnteilZerfallsenergieγ-Energie
(Intensität)
β- zu3He100 %0,018592(0) MeV

Ausgangsnuklide

Direkte Mutternuklide sind: 4H, 5H.

Entstehung / Erzeugung

Tritium wird unter anderem in Kernreaktoren durch Neutronenaktivierung von Lithium-6 produziert. Die Reaktion erfolgt in so genanten Brutkeramiken, aus denen das gasförmige Tritium heraus diffundiert.

 

Natürliches Vorkommen

Vergleich der natürlichen Tritium-Isotope inklusive Isotopenhäufigkeit (Stoffmengenanteil am Isotopengemisch in Prozent):

 

Atommasse ArAnteilHalbwertszeitSpin
Tritium
Isotopengemisch
3,01604928132 u100 %
Isotop 3T3,01604928132(8) u10012,32(2) Jahre1/2+

 

NMR-Daten

Nuklearmagnetische Eigenschaften und Daten für das NMR-aktive Nuklid 3T.

Bezeichnung:3T-NMRAnteil:100 [100 %]Kernspin:1/2+Kernmagnetisches Moment
μ/μN:
+ 2,978962460(14)Gyromagnetisches Verhältnis γ:28,535 · 107 rad T-1 s-1Nuklearer g-Faktor:gl = 5,95792492Quadrupol-Moment Q:0 barn (100 fm2)Resonanz-Frequenz:v0 = 45,4148 bei 1 TFrequenzverhältnis:Ξ(3T) = 106,663974 %Relative Empfindlichkeit:1,21354 (H0 = const.)
1,0667 (v0 = const.)
[bezogen auf 1H = 1,000]
Referenzsubstanz:Tritiiertes Tetramethylsilan (TMS-T1, < 1 %) in Chloroform-d (CDCl3).

Tritium besitzt die Besonderheit, dass sein Atomkern auf ein Magnetfeld besser anspricht und damit empfindlicher reagiert, als das Proton. Trotzdem ist die Tritium-NMR-Spektroskopie eine Nischenanwendung: Mit einer Isotopenhäufigkeit - gemessen Anteil des 3H-Atoms am natürlichen Wasserstoff - von 10-15 % ist Tritium praktisch garnicht vorhanden. Die Verfügbarkeit tritiierter Substanz ist schlecht; zudem sind diese auf Grund der Radioaktivität schwer zu handhaben und erfordern spezielle Sicherheitsvorkehrungen und technische Mittel. Dennoch gibt es einige Berichte über die praktische Anwendung der 3H-NMR-Spektroskopie in der Fachliteratur, wie der Übersichtsartikel [2] zeigt.

 

Strahlenschutz

Als Zielorgan bzw. kritisches Organ des radioaktiven Tritiums gilt der ganze Körper. Die biologische Halbwertszeit beträgt in etwa 19 Tage - abhängig von der Form, in der das radioaktive Isotop aufgenommen wurde. So wird das T2 in tritiumhaltigem Wasser größtenteils über die Atmung wieder abgegeben, wodurch sich die Verweilzeit im Körper wesentlich verkürzt.

Wenn Tritium in den Körper gelangt, dann verteilt es sich schnell und gleichmäßig im weichen Gewebe des Körpers. Die Hälfte des Tritiums wird innerhalb der biologischen Halbwertszeit wieder ausgeschieden. Ein kleiner Teil einer wird vom Körper als organisch gebundenes Tritium speichert (Halbwertszeit 40 Tage).

Die Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) führt für das Isotop Tritium folgende Freigrenzen, Freigabewerte sowie andere Werte als radioaktive bzw. hochradioaktive Strahlenquelle auf (Weitere Daten, Erläuterungen: siehe dort):

Bezeichnung:H-3Freigrenze:109 BqFreigrenze pro Gramm:100 Bq/g
Uneingeschränkte Freigabe von festen und flüssigen Stoffen.
Aktivität HRQ:2000 TBqOberflächenkontamination:100 Bq/cm2Halbwertszeit:12,3 Jahre

 

Isotone und Isobare Kerne

Die folgende Tabelle zeigt zum Nuklid Tritium isotone (gleiche Neutronenzahl N = 2) und isobare (gleiche Nukleonenzahl A = 3) Atomkerne. Natürlich auftretende Isotope sind grün markiert; hellgrün = Radionuklide.

 

OZIsotone N = 2Isobare A = 3
13T3T
24He3He
35Li3Li
46Be
57B
68C
79N

 

Externe Daten und Identifikatoren

CAS-Nummer:10028-17-8InChI Key:UFHFLCQGNIYNRP-JMRXTUGHSA-NSMILES:[3H][3H]PubChem:ID 24824Energieniveaus:NuDat 3H (Adopted Levels, Gammas)

Literatur und Quellen

[1] - Y.-T. Lin, T. H. Burritt, C. Claessens et al.:
Beta Decay of Molecular Tritium.
In: Physical Review Letters, 124, 222502, (2020), DOI 10.1103/PhysRevLett.124.222502.

[2] - Leonid B. Krivdin:
Tritium NMR: A compilation of data and a practical guide.
In: MRC, 61(4), 195-247, (2023), DOI 10.1002/mrc.5329.

 


Letzte Änderung am 28.12.2023.


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