ทริเทียม

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

ทริเทียม (tritium) เป็นไอโซโทปหนึ่งในสามชนิดของอะตอมไฮโดรเจนซึ่งได้แก่ ไฮโดรเจนธรรมดาหรือโปรเทียม ดิวเทอเรียม และทริเทียม (มีสัญลักษณ์ T หรือ 3H) องค์ประกอบของทริเทียมมีนิวเคลียสเกาะกันอยู่ด้วยอนุภาคมูลฐาน 2 ชนิดคือ โปรตอน 1 อนุภาคกับนิวตรอน 2 อนุภาค และมีอนุภาคมูลฐานอีกชนิดหนึ่งคืออิเล็กตรอนอีก 1 อนุภาคโคจรอยู่รอบนิวเคลียส ทริเทียมเป็นไอโซโทปกัมมันตรังสีโดยเกิดการสลายกัมมันตรังสีแบบการสลายให้รังสีบีตา (b-) หรือก็คืออนุภาคอิเล็กตรอน ด้วยครึ่งชีวิต 12.32 ปี โดยแปรเป็นธาตุฮีเลียม-3 ดังสมการ
 

3H -->  3He +b- + anti-neutrino
   
 
 
นิวเคลียสของไอโซโทป 3 ชนิดของไฮโดรเจน คือ โปรเทียม ดิวเทอเรียม และทริเทียม
(ภาพ: http://education.jlab.org/)

ในธรรมชาติทริเทียมเกิดอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลกโดยปฏิกิริยาของรังสีคอสมิกกับแก๊สต่าง ๆ โดยเฉพาะไนโตรเจนและไฮโดรเจนด้วยปฏิกิริยา
 

 14N + 1n   -->  3H + 12C

 และ
 

  2H + 2H   -->    3H + 1H

  

นอกจากนี้ทริเทียมยังเกิดได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ระหว่างนิวตรอนกับลิเทียม-6 หรือกับลิเทียม-7 รวมทั้งกับโบรอน-10 ที่มนุษย์จงใจทำขึ้น เป็นต้น นอกจากนี้ที่ไม่ได้ตั้งใจทำขึ้นเช่นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบแคนดู (CANDU) ที่ใช้น้ำมวลหนักเป็นตัวหน่วงความเร็วนิวตรอน (moderator) ดิวเทอเรียมในน้ำมวลหนักก็สามารถจับยึดนิวตรอน (neutron capture) และแปรไปเป็นทริเทียมได้ อนึ่ง บางครั้งปฏิกิริยาแบ่งแยกนิวเคลียสก็ให้ผลผลิตเป็นทริเทียมได้เช่นกัน ในอัตรา 0.01% หรือ 1 ต่อ 10000 ครั้งของการแบ่งแยกนิวเคลียส

สมบัติสำคัญทางฟิสิกส์ของทริเทียมคือมีมวลเชิงอะตอมเท่ากับ 3.0160492 และตามปกติมีสถานะเป็นแก๊สคือ T2 หรือ 3H2 โดยเมื่อรวมตัวกับอะตอมออกซิเจนก็จะมีสถานะเป็นของเหลวคือ น้ำทริชิเอต (tritiated water) หรือ T2O และในบางโอกาสก็อาจเกิดเป็นน้ำทริชิเอตบางส่วน (partially tritiated water) หรือ HTO ก็ได้

การที่ทริเทียมอยู่ในสภาพของน้ำได้ ทำให้ต้องระมัดระวังไม่ให้รับเข้าสู่ภายในร่างกาย เช่น โดยการรับเข้าทางปาก เพราะแม้ว่ารังสีจากการสลายของทริเทียมเป็นรังสีบีตาพลังงานต่ำไม่สามารถทะลุผ่านหนังกำพร้าของคนได้ แต่ก็มีอันตรายมากกว่าเมื่อได้รับทริเทียมเข้าไปในร่างกายเพราะเมื่อเป็นน้ำก็สามารถกระจายไปทั่วร่างกายภายใน 1-2 ชั่วโมงและให้รังสีบีตาแก่อวัยวะต่าง ๆ ในร่างกายได้ นอกจากนี้ทริเทียมยังสามารถดูดซึมผ่านผิวหนังหรือแผลได้ด้วย อย่างไรก็ดีแม้ทริเทียมจะมีครึ่งชีวิตยาวดังกล่าวแล้วข้างต้น แต่ก็มีครึ่งชีวิตทางชีวภาพ 9.4 วันหรือมักจำกันว่าประมาณ 10 วัน กล่าวคือร่างกายสามารถขับทริเทียมออกจากร่างกายได้ครึ่งหนึ่งภายใน 10 วัน แต่หากได้รับทริเทียมเข้าสู่ร่างกายในปริมาณที่สูงก็อาจใช้วิธีดื่มน้ำมาก ๆ 10 เท่าของการดื่มน้ำตามปกติในแต่ละวัน ก็จะสามารถขับทริเทียมออกได้ครึ่งหนึ่งภายใน 3-4 วัน
 
 
ครึ่งชีวิตทางชีวภาพของทริเทียม
(ภาพ: http://www.physics.isu.edu/radinf/tritium.htm)
มีการนำทริเทียมมาใช้ประโยชน์หลายด้าน โดยที่รังสีบีตาหรืออนุภาคอิเล็กตรอนสามารถให้พลังงานงานแก่สารเรืองแสง (phosphor) และเกิดการเรืองแสงขึ้นได้ จึงมีการนำทริเทียมมาผสมกับสารเรืองแสงมาใช้ทำพรายน้ำสำหรับให้แสงเรืองในที่มืด เช่นใช้บนหน้าปัดนาฬิกา สัญลักษณ์ทางเข้า-ออก (ในโรงภาพยนตร์) และศูนย์เล็งของอาวุธปืน โดยเมื่อก่อนสิ่งเหล่านี้ใช้เรเดียมที่ให้รังสีแกมมาซึ่งรังสีสูงกว่ามากและอาจเป็นอันตรายได้หากไม่ระมัดระวัง
 
 
พรายน้ำหน้าปัดนาฬิกา (ภาพ: วิกิพีเดีย)

ทริเทียมยังเป็นความหวังทางพลังงานของโลกในอนาคตด้วยปฏิกิริยาฟิวชันระหว่างดิวเทอเรียมกับทริเทียม (D-T reaction) ซึ่งในอนาคตจะสามารถทำได้ในเชิงพาณิชย์

นอกจากนี้การทดลองอาวุธนิวเคลียร์ในบรรยากาศหลายครั้งในอดีตช่วงหลังสงครามโลกครั้งที่สอง ได้ทำให้ปริมาณทริเทียมในบรรยากาศขณะนั้น ๆ สูงกว่าปกติและค่อย ๆ ตกลงสู่พื้นโลกและกลับเป็นประโยชน์โดยไม่ได้คาดหมาย เช่น นักสมุทรศาสตร์นำระดับทริเทียมที่สูงโด่งขึ้นมานี้ มาใช้คำนวณอัตราการผสมกันของระดับชั้นน้ำในมหาสมุทรได้ หรือนักธรณีเคมีใช้ปริมาณทริเทียมในน้ำใต้ดินมาคำนวณอายุ ทิศการไหล และแหล่งของน้ำใต้ดิน

  ลักษณะเฉพาะของทริเทียม

Radioactive Half-life

12.3 years

Decay

b-

Energy Max.

18.6 keV

Energy Average

5.7 keV

The specific activity of T2O

2,700 Ci g-1

DAC

2 x 10-5 mCi cm-3

ALI

80 mCi

Committed Dose Equivalent Soft tissue

64 mrem mCi-1

MPC

2.8 x 10-7 mCi cm-3 non-occupational exposure

MPC

8.5 x 10-6 mCi cm-3 occupational exposure
(ข้อมูล: http://www.physics.isu.edu/radinf/tritium.htm)