三重水素
三重水素またはトリチウム（さんじゅうすいそ、、記号: T）は、質量数が3である水素の同位体、すなわち陽子1つと中性子2つから構成される核種であり、半減期12.32年でHeへとβ崩壊する放射性同位体である。他の核種と同様に水素3（すいそ-、、記号: H）とも呼ばれるが、歴史的経緯から固有の名称が与えられている。これはギリシャ語で「三番目」を意味するτρίτος（トリトー）に由来する。
自然界に最も多く存在する「普通」の水素は、原子核が単独の陽子から成る軽水素（H）であり、原子核が陽子1つと中性子1つから成る重水素（H）も安定核のため豊富に存在するのに対し、三重水素は不安定なため天然には微量しか存在しない。とはいえ、半減期12.32年は軽い元素の放射性同位体としては比較的長いもので、天然においても一定量が常に存在している。水素には質量数が4から7の同位体もあるが、いずれも半減期が10秒以下と極めて不安定で実験室外には存在しないため、多くの場合には三重水素が事実上唯一の水素の放射性同位体として扱われている。
三重水素核は三重陽子 () とも呼ばれる。
三重水素は、その質量が軽水素の約3倍、二重水素の約1.5倍と差が大きいことから、物理的性質も大きく異なる。一方、化学的性質は最外殻電子の数（水素の場合は1）によって決まる要素が大きいため、三重水素の化学的性質は軽水素や重水素とほぼ同じであることが多い（「同位体効果」も参照）。
三重水素は、地球環境においては、酸素と結びついたトリチウム水（HTO）として水に混在しており、水圏中に気相、液相、固相の形態で広く拡散分布している。大気中においては、トリチウム水蒸気（HTO）、トリチウム水素（HT）および炭化トリチウム（CHT）の3つの化学形で、それぞれ水蒸気、水素、炭化水素と混在している。なお、海水中の三重水素濃度は通常、数 Bq/Lより少ない。
三重水素は宇宙線と大気との反応により地球全体で年間約72 PBq（7.2京ベクレル）ほど天然に生成される。加えて、過去の核実験により環境中に大量に放出され未だに残っている三重水素（フォールアウト・トリチウム）、原子力発電所または核燃料再処理施設などの原子炉関連施設から大気圏や海洋へ計画放出された三重水素（施設起源トリチウム）が地球上で観測される三重水素の主たる起源である。
高純度の液体トリチウムは、核融合反応のD-T反応を起こす上で必須の燃料であり、水素爆弾の原料の一つとしても利用される。
体内では均等分布で、生物的半減期が短く、エネルギーも低い。こうしたことから三重水素は最も毒性の少ない放射性核種の1つと考えられ、生物影響の面からは従来比較的軽視されてきた。しかし一方で、三重水素を大量に取扱う製造の技術者ではあるものの、内部被曝による致死例が2例報告されている。三重水素の生物圏に与える影響については、環境放射能安全研究年次計画において研究課題として取り上げられたことなどもあり、長期の研究実績に基づいた報告書が公表されている。三重水素は弱いβ線 (18.6 keV以下) を放射しながらβ崩壊を起こし、ヘリウム3 (He) へと変わるベータ放射体 (beta-emitter) で、半減期は12.32年である。
電子は、5.7 keV の平均運動エネルギーを持ち、残りのエネルギーは反電子ニュートリノによって奪われる。三重水素から発する低いエネルギーのβ線は人間の皮膚を貫通できず、外部被曝の危険性がほとんどないため、その酸化物であるトリチウム水 (HTO) は放射性夜光塗料の材料などに用いられている。また、この低いエネルギーであるがゆえに、三重水素の標識化合物は、液体シンチレーション計測法でないと検知することができない。
二重水素 (D) と三重水素 (T) の核融合反応である熱核反応（D-T反応）は、二重水素同士の熱核反応（D-D反応）に比べて反応に必要な温度・圧力条件が低い。
そのため、1952年の核実験にてエニウェトク環礁の一つの小島を消滅させた水爆の原理の中では、D-D反応を起こすための中間の起爆反応として用いられた。現在では、三重水素は、ITERをはじめとする核融合実験炉においては核燃料として研究されている。
三重水素（トリチウム）は原子炉においては、炉内の重水 (HDO) の二重水素 (D) が中性子捕獲することでトリチウム水 (HTO) の形で生成される。
ほかには、ウラン235 (U) 或いはプルトニウム239 (Pu) が中性子と反応した時に起こる三体核分裂によっても生じる。また、制御棒に使用されるホウ素同位体 B が、高速中性子を捕獲することでも生じる。
生成量は原子炉ごとに異なるとされるが、一年間の運転で加圧水型軽水炉内には約200兆ベクレル (2 × 10 Bq)、沸騰水型軽水炉では約20兆ベクレル (2 × 10 Bq) が蓄積する。しかしながら、トリチウム水(HTO)は、化学的性質が水（HO, HHO）とほぼ同一であるため、化学的には水とトリチウム水を分離することはできない。ただし物理的な同位体効果を利用した分離技術は確立されており、トリチウム含有水の蒸留や電気分解、同位体交換法など、いくつか分離方法が存在する。しかしそれでも大量かつ極めて低濃度の水からトリチウム水だけ、分離してまとまった量を回収することはコスト的に非常に困難である。
トリチウム水からトリチウムを単離するのは上述のとおり極めて難しいため、高い純度のトリチウムを得るにあたっては回収しやすい形で人工的に生成する必要がある。比較的良く知られたトリチウムの生成方法としては、原子炉内でリチウム Li に中性子を当て（中性子捕獲させ）、トリチウムとヘリウム4(He)に分裂させた上で得るという方法がある。しかし、リチウムはイオン化傾向が高く、少量の水と接触するだけで激しく反応するなどの性質があり危険であるため、反応性はなくすがリチウムのトリチウムにはなる性質は残す合金を作るといった研究が行われている。東京工業大学でリチウムと鉛の合金が適しているといった研究結果が出されている。また、この合金だと鉛に当たった中性子は2倍に増えるため、通常より多くのトリチウムが生産されることも期待されている。
ただし、この方法の場合、十分な量のトリチウムを生成するためには中性子がその分相当量必要となり、やはりトリチウムの価格がデューテリウム（二重水素）に比べて高くなる。
宇宙線の中性子または陽子が大気中の窒素または酸素と核反応し、地表面積あたり毎秒0.2[個/cm⋅sec] 程度の割合で三重水素が生成している。地球の表面積を 5.1×10[m]とすると、トリチウムの年間生成量は約72[PBq](P=10)となる。放射性崩壊と天然生成量が平衡にある時、その同位対比は地表に存在する水素原子の 10 に相当し、これを1 TU (Tritium Unit) と定めている。
1996年のエネルギー・環境研究所（Institute for Energy and Environmental Research）によるアメリカ合衆国エネルギー省に関する報告書によると米国の核兵器用トリチウムはサバンナ・リバー・サイトで製造され、1955年の操業開始から1988年の施設閉鎖までに２２５ｋｇが生産され、1996年時点で約７５ｋｇが残った。
商用のトリチウムはカナダのＣＡＮＤＵ型原子炉の重水素減速材中で生成するトリチウムを使用している。カナダ・オンタリオ州にある重水からトリチウムを除去する施設では年間２８００トンの重水を処理して約２．５ｋｇのトリチウムを分離これを販売している
トリチウムは3万＄/1g（2004年）と高価なため、これに見合う用途に限られる。トリチウムは、米国内の65の原子炉のうち48か所から漏れたことがある。 1つのケースでは、リーク水は、リットル当たり7.5マイクロキュリー（280 kBq）のトリチウムを含み、飲料水の米国環境保護庁基準の375倍であった。
米国核規制委員会は、2003年の通常運転では、56基の加圧水型原子炉が40,600キュリー（1.50 PBq）のトリチウム（最大2,080 Ci、最小0.1 Ci、平均725 Ci）を放出し、24の沸騰水型原子炉が665キュリー （24.6 TBq）（最大：174 Ci;最小：0 Ci;平均：27.7 Ci）である。
米環境保護庁によれば、都市の埋立地に不適切に配置された自照式出口標識が、最近、水路を汚染することも判明している。
飲料水中のトリチウムの法的基準は国によって異なる。いくつかの数字は以下の通りとなっている。
米国の基準は、年間4.0ミリレム（またはSI単位で40マイクロシーベルト）の線量が得られるように計算されている。これは自然の背景放射線（約3,000μSv）の約1.3％である。
日本においては、発電用原子力施設で発生する液体状の放射性廃棄物については、時間経過による放射能の減衰、大量の水による希釈といった方法で、排水中の放射性物質の濃度を規制基準を超えないように低減させた上で排出することとなっている。トリチウム水については、周辺監視区域外の水中の濃度が60[Bq/cm]（=6×10[Bq/L]）を超えてはならないと定められている。高度情報科学技術研究機構（もと原子力データセンター）によると、トリチウムには海産生物による濃縮効果がないと考えられている。そのため、他の核種の100倍を越える量が海洋に放出されている。
2001年には、英国ブリストル海峡での二枚貝やカレイの体内に、高濃度のトリチウムがあるとの論文が発表されている。海水の濾過が不十分であると、トリチウム水以外のトリチウムが加算され、生物濃縮が過小評価されうること等、トリチウムおよび濃縮率の測定問題等が指摘されている。 英国食品基準庁の指針に従い、1997年より10年間、毎年調査をし続けた結果では海水が5〜50Bq/Lであったのに対し、ヒラメは4,000〜50,000Bq/kg、二枚貝イガイは2,000〜40,000Bq/kgの濃縮が認められ、濃縮率の平均値はそれぞれ3,000倍と2,300倍であった。 一方で、トリチウム水で育てた海藻を二枚貝イガイへ与えた実験では、投与量に比例してトリチウムが蓄積し続けることが確認されている。
液体状の低レベル放射性廃棄物の海洋放出の安全性については、主に再処理施設に関してだが、次の答申
がある。
一般的な原子力発電所では年間約1.0〜2.0×10[Bq]（1〜2兆ベクレル）ほどトリチウム水を海洋に放出している（表参照）。
このように原子力施設から出るトリチウムの自然環境中への放出は日本の国内外で広く行われている。しかし、福島第一原発事故では福島県浜通り地方を中心に周辺地域の水産業が深刻な風評被害を受けている。地下水などに混入した各種の放射性核種のうちトリチウムが分離できない汚染水の太平洋への海洋放出などによる削減は、世論の批判・反対が強いため行われておらず、原発敷地内に保管している。
一方で水からトリチウムを分離する技術も研究されている。近畿大学工学部（広島県東広島市）は、水を微細な穴を持つアルミニウム製フィルターに通すことでトリチウム水を分離する装置を東洋アルミニウムなどと共同開発したと2018年6月に発表した。