الماء المشع بالتريتيوم

الماء المُشعّ هو شكل مُشعّ من الماء ، حيث تُستبدل ذرات البروتون بذرات التريتيوم . يُطلق عليه في صورته النقية اسم أكسيد التريتيوم ( T₂O أو ^3H₂O ) أو الماء فائق الثقل . أكسيد التريتيوم النقي _{سائل عديم} اللون، ^{[ 1 ]} وهو مُسبّب للتآكل نتيجةً لتحلله الإشعاعي الذاتي. أما الماء المُشعّ المخفف، فيتكون أساسًا من الماء (H₂O ₎ بالإضافة _إلى بعض أكسيد التريتيوم (HTO) ( ^3HOH ). يُستخدم أيضًا كمتتبع في دراسات انتقال الماء في أبحاث علوم الحياة. علاوة على ذلك، نظرًا لوجوده الطبيعي بكميات ضئيلة، يُمكن استخدامه لتحديد عمر العديد من السوائل المائية، مثل أنواع النبيذ القديمة .

يساعد اسم الماء فائق الثقل في تمييز المادة المحتوية على التريتيوم عن الماء الثقيل ، الذي يحتوي على الديوتيريوم بدلاً من ذلك.

تُدرس المياه المُشعّة بالتريتيوم بشكل أساسي كمحلول مخفف ضمن الماء الخفيف. في هذه الحالة، تُفضّل نسبة أكسيد التريتيوم الهيدروجيني الخفيف بشكل كبير على نسبة أكسيد التريتيوم المزدوج الثقيل الأقل وفرة، حيث يبلغ ثابت التوازن لتفاعل التحويل 3.42 عند درجة حرارة الغرفة. ^{[ 6 ]}

${\displaystyle {\ce {H2O + T2O <=>> 2HTO}}}$

ثم تخضع الجزيئات لتحلل بيتا وتكوين جذر الهيدروكسيل أو جذر التريتوكسيل عبر:

${\displaystyle {\ce {HTO->\ ^{3}He^{+}\ +\ \beta ^{-}+\ {\bar {\nu }}\ +\ OH^{.}}}}$

${\displaystyle {\ce {T2O->\ ^{3}He^{+}\ +\ \beta ^{-}+\ {\bar {\nu }}\ +\ OT^{.}}}}$

يبلغ متوسط ​​طاقة الإلكترون في تحلل بيتا 5.7 كيلو إلكترون فولت . أما الطاقة اللازمة لكسر روابط الهيدروجين والأكسجين في الماء فهي أقل بثلاثة مراتب، أي 5.2 إلكترون فولت. وهذا يؤدي إلى العديد من عمليات التحلل الإشعاعي.

${\displaystyle {\ce {H2O\;->[{\text{أشعة بيتا}}]\;e_{aq}^{-},HO*,H*,HO2*,H3O^{+},OH^{-},H2O2,H2}}}$

تحدث العديد من التفاعلات اللاحقة، ولكنها تؤدي في المقام الأول إلى إعادة التركيب إلى الماء، أو هروب غاز الهيدروجين والأكسجين الجزيئي، إلى جانب الهيليوم-3 .

غالباً ما تفضل الدراسات التي تتناول المياه المشعة وصف التركيز بمستوى الإشعاع القابل للقياس بالكوري لكل لتر (Ci/L) أو التيرابيكريل لكل لتر (TBq/L)، بدلاً من نسبة الأنواع.

في إحدى دراسات هيئة الطاقة الذرية الفرنسية ، تُرِكَ ماءٌ مُشبعٌ بالتريتيوم بنسبة عالية نسبيًا (1800 كوري/لتر أو 74 تيرابيكريل/لتر، 0.12% HTO، وT₂O مهمل) ليتحلل إشعاعيًا ذاتيًا لمدة 56 يومًا في ثلاثة أحجام. في الحجم 300 مل، كانت الغازات الرئيسية المُجمَّعة هي الهيدروجين (H₂ _{) بتركيز} 2.54 ملي مول ، والأكسجين (O₂ ₎ بتركيز 1.31 ملي مول، والهيليوم ^-3 (³He ) بتركيز 0.13 ملي مول. وبالتالي، في هذا التكوين، لكل تحلل للتريتيوم، تفككت حوالي عشرين جزيئة ماء بشكل دائم . ^{[ 6 ]}

يمكن استخدام الماء المُشعّ بالتريتيوم لقياس إجمالي ماء الجسم (TBW). على عكس الماء المُشعّ بالنظائر المزدوجة، تعتمد هذه الطريقة على عدّ الوميض . يتوزع الماء المُشعّ بالتريتيوم في جميع أجزاء الجسم بسرعة نسبية. يُفترض أن يكون تركيز الماء المُشعّ بالتريتيوم في البول مماثلاً لتركيزه في الجسم. يُحدد إجمالي ماء الجسم (TBW) من العلاقة التالية:

$حجم الماء في الجسم = (الكتلة المتناولة - الكتلة المطروحة) / التركيز$

التريتيوم مادة مشعة ومصدر إشعاع بيتا منخفض الطاقة .

على الرغم من أن أكسيد التريتيوم (HTO) يُنتج طبيعياً بفعل تفاعلات الأشعة الكونية في طبقة الستراتوسفير، إلا أنه يُنتج أيضاً بفعل الأنشطة البشرية، ويمكن أن يزيد من تركيزاته المحلية ويُعتبر ملوثاً للهواء والماء. تشمل المصادر البشرية للماء المُشعّ بالتريتيوم تجارب الأسلحة النووية ، ومحطات الطاقة النووية ، وإعادة معالجة الوقود النووي ، والمنتجات الاستهلاكية مثل الساعات واللافتات ذاتية الإضاءة.

يتميز مركب HTO بنصف عمر بيولوجي قصير في جسم الإنسان يتراوح بين 7 و14 يومًا، مما يقلل من الآثار الكلية للابتلاع لمرة واحدة ويمنع تراكمه الحيوي طويل الأمد من البيئة. ويختلف نصف العمر البيولوجي للماء المُشعّ بالتريتيوم في جسم الإنسان، والذي يُعدّ مؤشرًا على معدل دوران الماء في الجسم، باختلاف الفصول. وتشير الدراسات التي أُجريت على نصف العمر البيولوجي للتريتيوم الحر في الماء لدى العاملين في مجال الإشعاع المهني في منطقة ساحلية بولاية كارناتاكا الهندية، إلى أن نصف العمر البيولوجي في فصل الشتاء يبلغ ضعف نصف العمر البيولوجي في فصل الصيف.

في حال الاشتباه أو التأكد من التعرض للتريتيوم، فإن شرب الماء النظيف يساعد على تعويض التريتيوم في الجسم. كما أن زيادة التعرق والتبول والتنفس تساعد الجسم على التخلص من الماء وبالتالي التريتيوم الموجود فيه. مع ذلك، يجب الحرص على تجنب الجفاف أو نقص الإلكتروليتات في الجسم، لأن العواقب الصحية المترتبة على ذلك (خاصةً على المدى القصير) قد تكون أشد خطورة من عواقب التعرض للتريتيوم.