トリチウムの濃度について、なぜ、海水、雨水、水道水では異なるのですか？

Question

ピクセル7 · Answer

同じだと思う方がおかしい。

ssawatake · Answer

大気中の窒素や酸素と宇宙線が反応して水素(3重水素)として存在するものが多い。
これが酸素と結び付いて水になる。

この水が、瞬間的に海水、雨水、水道水に一様に分布される訳じゃ無いよ。
長～い時間(数万年とか数億年）を掛けて分布して蒸発して雨水になり川となって水道水となる。

こういう過程が瞬間的に行なわれる事は有り得ない。
だから、濃度はいたるところで異なる。

yhr2 · Answer

基本は自然界には存在しませんが、宇宙線による大気中でのごくわずかな生成、原子炉などで人工的に生成したものが自然界に流出したものが主な発生源です。
なので発生源からの流出・拡散ルートによって、存在濃度は様々に異なるでしょう。
半減期は約12年なので、拡散による均一化よりも早く消滅していくと思います。

Tacosan · Answer

ちと確認.

例えば海水と雨水について, どういう根拠にもとづいて「濃度が同じ」だと想像した?

yhr2 · Answer

No.3 です。「お礼」に書かれたことについて。

＞半減期を考えるとすぐにどこでも均一にならないものなのでしょうか？

あなたは「半減期」に意味が分かっていますか？

#2 さんへの「お礼」に書かれた
＞半減期を考えると万年単位ではなく精々100年もあれば、平衡状態となり、
という根拠が全く理解できません。

「どんどん局所的に新しく生成する。それが拡散していく前に消滅する」という理由で「拡散による均一化よりも早く消滅していく」と書いたのです。半減期が短いほど、拡散しにくいです。

＞それは宇宙放射線のようにまんべんなく地球に降り注いでいるものではなく別の理由で局所的に発生していることになりませんか？

はい。#3 にも書いたように、「原子炉などで人工的に生成したものが自然界に流出」しています。
その発生源は局在化しています。
たとえば福島原発からの放出水のように。

＞以上のように、直接水に溶け込んでいるトリチウムもトリチウム水も海水、薄い関係なく誤差はあってもそれなりに同じくらいは含まれるのではないかと思うわけです。

地球環境中のトリチウムの生成や拡散による分布などは、実は正確には分かっていないのだと思います。
下記にトリチウムの分布のシミュレーションを行った記事があるので、科学的な内容を読んでみてはいかがですか？
↓
https://radi.rirc.kyoto-u.ac.jp/radibio/pdf/24AM1_5.pdf

tucky · Answer

海水とほかの2つの塩分濃度が違うのはわかりますよね。
雨水と水道水の塩素濃度が違うのもわかりますよね。
海水、雨水、水道水、同じなわけない方が当たり前と思いますけど、なぜ異なるのがわからないのがわかりません。
大丈夫ですか？

himagene · Answer

トリチウムの発生原因を考えれば大体見当がつくのでは。自然界ではトリチウムは銀河からの宇宙線によって大気の上層で発生します。大凡、１立法センチあたり毎秒0.5個のトリチウム原子(T)が発生しています。このトリチウムは酸素と結びついてトリチウム水分子(HTO)になり大気循環に乗って流れ、やがて雨水となって地上や海上に落ちます。海上に落ちたトリチウム水分子は表面だけに在るのではなく、水の流れに運ばれて深層の海水と混ざります。当然濃度は薄くなります。このようにトリチウム分子は拡散ではなく流体によって運ばれる方が圧倒的に多いです。流れは一般的に乱流（渦）を作りますから場所によって密度差はできます。雨水中のトリチウム濃度は高緯度地帯の方が高いです。
現在では、宇宙線由来のトリチウムだけではなく原発や核爆発などの人工的なトリチウム発生もあります。北半球と南半球の海水では北の方が一桁高いトリチウム濃度です。
水道水は水源によって違います。
もっと詳しく知りたければ、
https://arxiv.org/pdf/2111.06706.pdf
https://cdnsciencepub.com/doi/pdf/10.1139/v56-033
などに目を通してください。

yhr2 · Answer

No.5 です。長い「お礼」ありがとうございます。
そこに書かれたことについて。

＞そうすると、半減期の年数で放射性物質が消滅するとは思えずそれよりも十二分に長い期間を想定すべきだと思うのです。

はい。当然のことです。
半減期12年であれば
・12年で 1/2
・24年で 1/4
・48年で 1/8
・60年で 1/16
・72年で 1/32
・84年で 1/64
・96年で 1/128
・・・
ですから、100年経てば 0 にはならないが 1/100 以下には減っています。

「発生源」（たとえば大気圏の上空）から「移動先」（たとえば海水など）に移動するのにある程度の期間が必要であれば、
・発生源では濃度が高い
・移動先では濃度が低い
という「濃度勾配」ができます。

＞そして、その十分に長い期間があれば拡散しどこかの時点で生成量と崩壊量は平衡状態になるかと思うわけです。

あなたのいう「平衡状態」とは、「生成と消滅のバランス」ということであって、「濃度が均一」ということとは異なりますよね？
あなたはそれを混同しているように思えます。

＞核融合に必要な燃料を、人工的ではなく敢えて天然から調達する場合、どこから採取するのが良いかという話で海水という人が居まして、なぜ、海水のトリチウム濃度が高いのかが気になり質問したという経緯があります。

海水中の「濃度が高い」ということではなく、「海水中にも一定量存在する」ということでは？
「微量だが存在する」ということであって、「濃度が高い」とはいっていないのではないでしょうか。
それがある意味で「福島の処理水を希釈して海洋放出」の根拠になっているわけですから。

yhr2 · Answer

No.8 です。ははは、算数を間違えていましたね。

（誤）
半減期12年であれば
・12年で 1/2
・24年で 1/4
・48年で 1/8
・60年で 1/16
・72年で 1/32
・84年で 1/64
・96年で 1/128

↓

（正）
・12年で 1/2
・24年で 1/4
・36年で 1/8
・48年で 1/16
・60年で 1/32
・72年で 1/64
・84年で 1/128
・96年で 1/256

「36年」が抜けていました。

Tacosan · Answer

水の循環として
海水が蒸発して大気中の水蒸気となり, それが雲を作って雨を降らせる
ことを考えるなら, トリチウムを含む水分子 (主に HTO) とプロチウムのみからなる水分子 (H2O) との物性を比較する必要がある. そして,
・式量を比較すると H2O よりも HTO の方が大きい
・水素結合の強さが, トリチウムを使う方 O-T…O はプロチウムを使う O-H…O よりも強い
ため, 単純には
H2O の方が HTO よりも蒸発しやすい
といえる. 従って海水表層と雨水とを比較すると後者の方が HTO 濃度は低くなると考えられる.

なお単純に「海水のトリチウム濃度」といってしまうと, 「海水全体における濃度の平均」になってしまうような気がする. 海水の垂直循環はかなり遅いらしい (2000年ていど) し表層の水が深層に潜る場所も固定されているようなので, そもそも「表層海水のトリチウム濃度」と「深層海水のトリチウム濃度」ですら違うと考えるべきだろうね.

トリチウムの濃度について、なぜ、海水、雨水、水道水では異なるのですか？

同じだと思う方がおかしい。

大気中の窒素や酸素と宇宙線が反応して水素(3重水素)として存在するものが多い。

基本は自然界には存在しませんが、宇宙線による大気中でのごくわずかな生成、原子炉などで人工的に生成したものが自然界に流出したものが主な発生源です。

ちと確認.

No.3 です。

海水とほかの2つの塩分濃度が違うのはわかりますよね。

トリチウムの発生原因を考えれば大体見当がつくのでは。

No.5 です。

No.8 です。

水の循環として

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