¿Qué tan caliente estaría el agua con tritio?

Me doy cuenta de que esta es una pregunta un poco tonta, pero si tiene agua con tritio, con una vida media de tritio de 12,5 años, espero que esté bastante caliente. (nota, esta no es una pregunta de tarea, solo tengo curiosidad).

Digamos que tiene un litro de agua, 1000 gramos y todos y cada uno de los oxígenos con 2 tritios, peso atómico de 22, por lo que 1000/22 = aproximadamente 45 moles de llamémoslo T-agua. 6,02x10^23 átomos por mol. 2.7x10^25th t-moléculas de agua, (el doble de tritios)

Entonces, la vida media significa que en 12.5 años, 2.7x10 ^ 25 tritios habrían expulsado un electrón y obtendrías energía OH + 3He +. Hay alrededor de 395 millones de segundos en 12,5 años, y me doy cuenta de que no sería uniforme, pero si ignoramos eso, 2,7x10 ^ 25 / 3,95 * 10 ^ 8, alrededor de 6,8 x 10 ^ 16 decaimiento de tritio por segundo.

Ahora, suponiendo que este gráfico sea correcto, obtendrá 0,0057 MeV por decaimiento.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, nuestro litro de agua T tiene una energía de decaimiento de alrededor de 3,8 x 10^14 MeV por segundo, o 3,8 x 10^20 electronvoltios.

con 6,24 x 10^18 electronvoltios por julio, nuestra T-water generaría alrededor de 61 julios por segundo, o 14,5 calorías pequeñas por segundo.

Eso sería suficiente para calentar nuestro litro 1 grado cada 1000/14,5 cada 69 segundos.

Entonces, aquí está mi pregunta. ¿Me estoy perdiendo algo o mis matemáticas son más o menos correctas? Si mis cálculos son correctos, si asumimos que la temperatura ambiente es de 20 grados, el agua T tardaría un poco más de 1 hora en calentarse desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de ebullición, pero suponiendo que no esté aislada, solo en una habitación cerrada y sellada , el calor lo dejaría lo suficientemente rápido como para que no alcanzara la temperatura de ebullición.

Mis preguntas son:

  1. es mi matemática correcta, o hay un error flagrante allí, porque creo que cualquier cosa con una vida media de 12,5 años sería más caliente que eso.

  2. ¿Cuál sería la temperatura promedio con 61 julios de calor por litro, suponiendo que en una habitación donde el calor se conduzca y se evapore, pero hermético, para que no pierda nada de T-water al medio ambiente? Lo suficientemente grande como para que el agua se pueda evaporar y recondensar libremente. ¿Se perdería mucha energía en fotones/radiación o se retendría principalmente como calor?

  3. ¿Qué pasaría si metes la mano en el agua T? ¿Recibiría quemaduras por radiación o simplemente se sentiría tibio/caliente?

  4. ¿Brillaría intensamente? o emiten fotones en el espectro Gamma?

Como pregunta de seguimiento, ¿sería esta una forma eficiente de mantener mi piscina climatizada?
No, no sería una forma eficiente de calentar su piscina, ya que cuesta alrededor de 30000 dólares por gramo.
Además, si su plan es llenar su piscina con agua de tritio, probablemente morirá poco después de nadar.
:-) La pregunta de la piscina obviamente era una broma, pero tengo curiosidad por saber cómo sería el agua de tritio: qué tan caliente estaría, qué tan peligroso sería estar cerca de ella, si brillara. Cosas divertidas como esa. Sé lo suficiente para saber que no sería crítico como una concentración lo suficientemente alta de uranio, er, creo. No creo que los electrones de alta velocidad provoquen una descomposición más rápida.
Estoy bastante seguro de que las desintegraciones beta le quitarían la piel, aunque admito que no he hecho el cálculo de la dosis. Pero recuerde que las betas tienen un rango corto, por lo que en el momento en que vaya a nadar obtendrá una gran dosis de piel. Recuerde también que un Joule de energía depositada en forma de radiación es la medida fundamental del daño por radiación ionizante - si mal no recuerdo 60 Joules = 60 Gy que es letal.
Por cierto, LBL tiene una energía más alta de 19 keV (ver www2.lbl.gov/ehs/html/pdf/tritium.pdf )
Ponlo en un termo.
Si puede esperar hasta el 14 de julio, envíe esto a what-if.xkcd. Más en serio: érase una vez, el tritio se usaba para las manecillas de los relojes que brillaban en la oscuridad. Es posible que pueda rastrear cierta información de densidad a través de ese historial. Y: ¿ha considerado la sección transversal estimulada, es decir, la posibilidad de que las partículas choquen con otro átomo de H3, lo que lleva a una reacción en cadena?
Los termos de @CountIblis son solo para Ice-nine.
@CarlWitthoft Tritium todavía se usa para luces de larga duración (por ejemplo, iluminación de salida de emergencia) y algunas manecillas de reloj. Érase una vez que el radio se usaba para brillar en las manecillas de los relojes oscuros.
@Floris Depende de la dosis efectiva (medida en Sievert). Y aproximadamente 6 Sv son mortales (por supuesto, esto es solo una aproximación y depende de muchos factores, puedes sobrevivir a dosis más altas (cf. Anatoli Bugorski ). La piel tiene un coeficiente de 0,01, por lo que 600 Gy = 600 J/kg depositados completamente en la piel sería mortal (pero la dosis efectiva sólo es realmente fiable para intensidades bajas).
@SebastianRiese en su cálculo, ¿significa "mortal" para la piel o el cuerpo? Estaba hablando de la muerte de la piel (que podría terminar matando el cuerpo). Esto es bastante hipotético, por supuesto. Pero he visto quemaduras por radiación en la piel bastante graves con dosis inferiores a 600 J/kg... Los CDC dicen que las dosis superiores a 2 Gy causarán daños y las dosis superiores a 550 Gy pueden requerir amputación (difícil si estaba nadando... ¿Qué parte cortaste?) y dado que la energía depositada se calculó por segundo, una caída de 10 segundos debería matarte.
@Floris Me refiero a todo el ser humano. Así que estoy de acuerdo, será muy poco saludable nadar en esta piscina. Supongo que su número 60 Gy depositado en la piel ya podría ser mortal (ya que probablemente será similar a una quemadura de área grande, que es bastante peligrosa).
Tenga en cuenta que el agua tritiada hervirá a una temperatura ligeramente más alta que el agua normal. ( D 2 O es de aproximadamente 101,4 °C, por lo que esperaría T 2 O estar alrededor de 102-103°C.) Esto podría ayudar si desea cocinar su pasta un poco más rápido.

Respuestas (1)

Cálculos actualizados, basados ​​en el escape de energía de neutrinos y el riesgo de inhalación de vapor.

Tus matemáticas están cerca pero no del todo bien.

Primero, el número de átomos de tritio.

Hay 1000/(16+3+3) = 45 moles (como dijiste)

Esto significa que hay 45*2* norte A = 5.5 ⋅ 10 25 átomos de tritio

Ahora la vida media es de 12,3 años o 4500 días, es decir 3.9 ⋅ 10 8 s.

Esto significa el tiempo 1/e τ = t 1 / 2 / en ⁡ 2 = 5.6 ⋅ 10 8 s

El número de decaimientos por segundo es 5.5 ⋅ 10 25 5.6 ⋅ 10 8 = 9.8 ⋅ 10 dieciséis s − 1

La energía emitida en una desintegración es de 19 keV ( fuente: LBL ), pero la energía media impartida al electrón es menor: solo 5,7 keV ( Wikipedia . El resto se destina al antineutrino que también se produce en la desintegración. Dado que la sección transversal de interacción entre el neutrino y el agua es extremadamente pequeña, esa energía puede considerarse "perdida" en términos de calentar el agua.

Esto significa que la energía total depositada en el agua (toda, ya que la desintegración beta tiene un rango muy corto) es de aproximadamente 90 W.

Claramente, esta es una fuente importante de calentamiento: aproximadamente 22 calorías por segundo, por lo que calentará un litro de agua en un grado C en aproximadamente 50 segundos. En un recipiente aislado, el líquido que comenzó a temperatura ambiente herviría en poco más de una hora. Durante ese tiempo, produciría alrededor de 14 ml de 3 H mi también gas (0,6 mmol).

Este líquido probablemente no brillaría: el brillo azul generalmente asociado con la radiactividad se debe a la radiación de Cerenkov (aproximadamente el equivalente óptico de un estampido sónico) y eso requiere que las partículas viajen más rápido que la velocidad de la luz en el medio.

Un electrón con 19 keV no es realmente relativista (masa en reposo 511 keV), por lo que la velocidad viene dada por

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

Esto está suficientemente por debajo del límite de Cerenkov (que para agua con un índice de refracción de alrededor de 1,3 sería alrededor de 2 ⋅ 10 8 metro / s - por lo que no habrá brillo azul.

Pero el hecho de que no brille no significa que no sea peligroso.

Según los CDC, una dosis cutánea de 550 Gy requeriría una amputación. Ahora, con la mitad del agua cerca de la piel irradiando "alejándose" de la piel, esperamos que la dosis depositada por unidad de masa en la piel sea la mitad de la depositada en el agua; esto significa que la tasa de dosis es de 45 Gy por segundo. Alcanzarías la dosis de "amputar todo" en unos 12 segundos. Pero debido a que la beta tiene una energía tan baja, se dice que se absorbe en la "capa superior muerta de la piel". Esto podría protegerte... Si no fuera por el hecho de que si tienes líquido tritiado, tienes vapor tritiado. La inhalación de ese vapor será realmente mala para ti.

¿Qué tan mal? Suponiendo que la piscina está a unos agradables 22 °C, la presión de vapor saturado del agua a esa temperatura es de unos 20 Torr o 260 Pa. Con una humedad relativa del 60 % (algo común cerca de una piscina) sería de 150 Pa, o alrededor de 1 /600 del aire. Asumiendo que todo ese tritio inhalado se intercambia con el agua en el cuerpo, y que un ser humano promedio intercambia 1 m 3 de aire con el medio ambiente por hora ( fuente), esto significa 1,6 litros de gas tritio por hora, aproximadamente 70 mmol. Esto depositaría 0,07 Gy por hora en el cuerpo, donde no hay nada que lo proteja. Tardaría un poco más en matarte... pero matarte lo haría. Por supuesto, tragar un poco de agua de la piscina realmente aceleraría el proceso, al igual que cualquier corte o abrasión. ¿Y alguna vez notaste lo arrugada que se pone tu piel cuando pasas demasiado tiempo en el agua? Eso es agua penetrando la piel. No tengo una buena manera de estimar eso: Internet está lleno de historias sobre el tema, pero no encontré datos concretos. Sospecho que será una fuente importante de tritio que ingresa al cuerpo si nada en su piscina.

Por lo tanto, es probable que incluso una exposición muy breve sea muy desagradable. Recomiendo no usar esto como un método para calentar su piscina.

Aparte, hay muchos casos en los que el tritio se usa como una buena fuente de luz "permanente" para las manecillas del reloj, las brújulas de observación y otros instrumentos. El corto alcance de las partículas beta y la vida media práctica lo hacen bastante bueno en este papel; mezclado con un centelleador eficiente que convierte la energía en luz visible, no se necesita mucho tritio para iluminar una esfera por la noche. Puede usar 25 mCi de tritio para esta aplicación sin necesidad de una licencia de la NRC.

Ahora 25 mCi son 925 MBq - millones de decaimientos por segundo. Su litro de agua tritiada supera esto en unos 9 mil millones; y está en contacto directo con la piel (en lugar de estar aislado entre unos pocos milímetros de vidrio que detiene efectivamente la radiación beta).

Esta es la razón por la cual los relojes de tritio son seguros y su piscina no lo es.

El depósito de energía en el agua debería reducirse a la mitad porque se produce un antineutrino que no deposita su energía en el agua. Un factor 2 no cambia mucho la conclusión. Buena respuesta.
@RossMillikan gracias: la fuente LBL indica "energía beta 19 keV", no "energía total". Utiliza la palabra "max" en un lugar pero no en otro. ¿Tienes una fuente para el factor 2? ¿La energía total se divide entre los dos? Siempre feliz de aprender...
Sí, la energía total se divide entre el electrón y el antineutrino. El núcleo toma el impulso y es tan pesado que no consume energía significativa. Wikipedia dice que la energía total es de 18,6 keV y el electrón tiene un promedio de 5,7 keV; supuse que obtendría la mitad.
@RossMillikan - He actualizado los cálculos. Gracias por tu ayuda.
¿Qué tan caliente estaría el agua con tritio?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v