Aktynowce w środowisku - Actinides in the environment

Promieniotwórczość środowiska nie ogranicza się wyłącznie do aktynowców ; na uwagę zasługują nieaktynowce, takie jak radon i rad. Chociaż wszystkie aktynowce są radioaktywne, w skorupie ziemskiej znajduje się wiele aktynowców lub minerałów powiązanych z aktynowcami, takich jak uran i tor. Minerały te są pomocne na wiele sposobów, takich jak datowanie węglowe, większość detektorów, promieniowanie rentgenowskie i wiele innych.

Wdychanie a spożycie

Ogólnie rzecz biorąc, spożyte nierozpuszczalne związki aktynowe, takie jak wysoko wypalony dwutlenek uranu i paliwo z mieszanych tlenków (MOX) , przechodzą przez układ trawienny z niewielkim skutkiem, ponieważ nie mogą się rozpuścić i zostać wchłonięte przez organizm. Jednak wdychane związki aktynowców będą bardziej szkodliwe, ponieważ pozostają w płucach i napromieniają tkankę płuc.

Spożyte tlenki o niskim stopniu wypalenia i rozpuszczalne sole, takie jak azotan, mogą zostać wchłonięte do krwiobiegu. Jeśli są wdychane, ciało stałe może się rozpuścić i opuścić płuca. Stąd dawka do płuc będzie niższa dla postaci rozpuszczalnej.

Aktyn

Aktyn można naturalnie znaleźć w śladowych ilościach w rudach uranu jako 227-Ac, emiter α i β z okresem półtrwania 21,773 lat. Jedna tona rudy uranu zawiera około jednej dziesiątej grama aktynu. Jest częściej wytwarzany w ilościach miligramowych przez napromieniowanie neutronami 226-Ra w reaktorze jądrowym. Naturalnie występujący aktyn składa się z 1 izotopu promieniotwórczego; przy czym 227-Ac jest najliczniejsze (100% naturalnej liczebności).

Tor

Monacyt, minerał ziem rzadkich i fosforanu toru, jest głównym źródłem toru na świecie

W Indiach duże ilości rudy toru można znaleźć w postaci monazytu w osadach zachodnich i wschodnich przybrzeżnych piasków wydmowych , szczególnie na obszarach przybrzeżnych Tamil Nadu . Mieszkańcy tego obszaru są narażeni na naturalnie występującą dawkę promieniowania dziesięciokrotnie wyższą niż średnia światowa.

Występowanie

Tor znajduje się w niewielkich ilościach w większości skał i gleb , gdzie jest około trzy razy bardziej obfity niż uran i jest mniej więcej tak powszechny jak ołów . Gleba zwykle zawiera średnio około 6 części na milion (ppm) toru. Tor występuje w kilku minerałach , z których najpowszechniejszym jest minerał ziem rzadkich, tor i fosforan, monacyt , który zawiera do około 12% tlenku toru. W kilku krajach istnieją znaczne depozyty. ²³² Th rozpada się bardzo powoli (jego okres półtrwania jest około trzykrotnie dłuższy od wieku Ziemi). Inne izotopy toru występują w łańcuchach rozpadu toru i uranu. Większość z nich jest krótkotrwała, a zatem znacznie bardziej radioaktywna niż ²³² Th, chociaż w skali masowej są one pomijalne.

Skutki u ludzi

Tor został powiązany z rakiem wątroby . W ostatnich tlenek toru ( tor dwutlenek ) był stosowany jako środek kontrastowy dla promieniowania rentgenowskiego medycznego radiografii, ale jego użycie jest przerwane. Sprzedawany był pod nazwą Thorotrast .

Protaktyn

Protaktyn-231 występuje naturalnie w rudach uranu, takich jak blenda smołowa, w niektórych rudach do 3 ppm. Protaktyn jest naturalnie obecny w glebie, skałach, wodach powierzchniowych, gruntowych, roślinach i zwierzętach w bardzo niskich stężeniach (rzędu 1 ppt lub 0,1 pikokuries (pCi)/g).

Uran

Uran to naturalny metal, który jest powszechnie spotykany. Występuje w prawie wszystkich glebach i jest bardziej obfity niż antymon , beryl , kadm , złoto , rtęć , srebro czy wolfram i jest mniej więcej tak obfity jak arsen czy molibden . Znaczne stężenia uranu występują w niektórych substancjach, takich jak złoża fosforytów , a minerały, takie jak węgiel brunatny i piaski monazytowe w rudach bogatych w uran (jest on komercyjnie pozyskiwany z tych źródeł).

Woda morska zawiera wagowo około 3,3 części na miliard uranu, ponieważ uran (VI) tworzy rozpuszczalne kompleksy węglanowe . Wydobywanie uranu z wody morskiej było uważane za sposób na pozyskiwanie tego pierwiastka. Ze względu na bardzo niską aktywność właściwą uranu, chemiczne oddziaływanie uranu na żywe organizmy często przewyższa skutki jego radioaktywności. Dodatkowy uran został dodany do środowiska w niektórych miejscach w wyniku jądrowego cyklu paliwowego i wykorzystania zubożonego uranu w amunicji.

Neptun

Podobnie jak pluton, neptun ma wysokie powinowactwo do gleby. Jest jednak stosunkowo mobilny w długim okresie, a dyfuzja neptunu-237 w wodach gruntowych jest głównym problemem przy projektowaniu głębokiego geologicznego składowiska do stałego przechowywania wypalonego paliwa jądrowego . ²³⁷ Np ma okres półtrwania 2,144 miliona lat i dlatego stanowi problem długoterminowy; ale jego okres półtrwania jest nadal znacznie krótszy niż w przypadku uranu-238 , uranu-235 lub uranu-236 , a zatem ²³⁷ Np ma wyższą aktywność właściwą niż te nuklidy. Służy tylko do wytwarzania Pu-237 podczas bombardowania neutronami w laboratorium.

Pluton

Źródła

Pluton w środowisku ma kilka źródeł. Obejmują one:

Baterie atomowe
- W kosmosie
- W rozrusznikach serca
Detonacje bomb
Próby bezpieczeństwa bomby
Zbrodnia nuklearna
Jądrowy cykl paliwowy
Elektrownie jądrowe

Chemia środowiskowa

Pluton, podobnie jak inne aktynowce, łatwo tworzy rdzeń z dwutlenku plutonu ( plutonyl ) (PuO ₂ ). W środowisku ten rdzeń plutonylowy łatwo kompleksuje się z węglanem, a także innymi ugrupowaniami tlenu (OH ⁻ , NO ₂⁻ , NO ₃⁻ i SO ₄^2- ), tworząc naładowane kompleksy, które mogą łatwo poruszać się z niskim powinowactwem do gleby.

PuO ₂ CO ₃^2-
PuO ₂ (CO ₃ ) ₂^4-
PuO ₂ (CO ₃ ) ₃⁶⁻

PuO ₂ powstający z neutralizacji silnie kwaśnych roztworów kwasu azotowego ma tendencję do tworzenia polimerycznego PuO ₂ odpornego na kompleksowanie. Pluton również łatwo zmienia wartościowość między stanami +3, +4, +5 i +6. We wszystkich tych stanach równowagi często występuje pewna frakcja plutonu w roztworze.

Wiadomo, że pluton bardzo silnie wiąże się z cząstkami gleby, patrz powyżej spektroskopia rentgenowska plutonu w glebie i betonie . Chociaż cez ma zupełnie inny skład chemiczny niż aktynowce, dobrze wiadomo, że zarówno cez, jak i wiele aktynowców silnie wiąże się z minerałami w glebie. W związku z tym możliwe było wykorzystanie gleby oznaczonej ¹³⁴ Cs do badania migracji Pu i Cs do gleb. Wykazano, że procesy transportu koloidalnego kontrolują migrację Cs (i będą kontrolować migrację Pu) w glebie w Pilotowej Instalacji Izolacji Odpadów .

Ameryk

Americium często wchodzi na składowiska odpadów z wyrzuconych detektorów dymu . W większości gmin zasady związane z utylizacją czujek dymu są bardzo złagodzone. Na przykład w Wielkiej Brytanii dozwolone jest wyrzucanie czujnika dymu zawierającego amerykę poprzez umieszczenie go w koszu na śmieci z normalnymi śmieciami domowymi, ale każdy kosz na śmieci jest ograniczony do jednego czujnika dymu. Produkcja wyrobów zawierających ameryk (takich jak czujniki dymu) oraz reaktory jądrowe i wybuchy mogą również uwalniać ameryk do środowiska.

Zdjęcie ilustrujące Davida „Radioactive Boyscout” Hahna.

W 1999 roku we Francji zapaliła się ciężarówka przewożąca 900 detektorów dymu ; twierdzi się, że doprowadziło to do uwolnienia ameryku do środowiska. W USA „Radioactive Boy Scout” David Hahn był w stanie kupić tysiące detektorów dymu po cenach pozostałych i skoncentrować na nich amerykę.

Zdarzały się przypadki narażenia ludzi na ameryk. Najgorszy przypadek dotyczył Harolda McCluskeya , który został wystawiony na bardzo wysoką dawkę ameryku-241 po wypadku z udziałem schowka na rękawiczki . Następnie był leczony chelatacją . Prawdopodobnie opieka medyczna, którą otrzymał, uratowała mu życie: pomimo podobnej biodystrybucji i toksyczności do plutonu, te dwa radioaktywne pierwiastki mają różną chemię stanu roztworu. Americium jest stabilny w stanie utlenienia +3 , podczas gdy stan utlenienia +4 plutonu może powstać w ludzkim ciele.

Najczęstszy izotop ameryk-241 rozpada się (okres półtrwania 432 lata) do neptunu-237, który ma znacznie dłuższy okres półtrwania , więc w dłuższej perspektywie mają zastosowanie omówione powyżej kwestie dotyczące neptunu.

Americium uwalniane do środowiska ma tendencję do pozostawania w glebie i wodzie na stosunkowo płytkich głębokościach i może być pobierane przez zwierzęta i rośliny podczas wzrostu; skorupiaki, takie jak krewetki, pobierają americium-241 w swoich muszlach, a części roślin zbożowych mogą zostać zanieczyszczone przez narażenie. JD Chaplin i in. niedawno donieśli o postępach w technice gradientów dyfuzyjnych w cienkich warstwach , która zapewniła metodę pomiaru nietrwałego, biodostępnego Americium w glebie, a także w wodzie słodkiej i morskiej.

Kiur

Atmosferyczne związki kurium są słabo rozpuszczalne w zwykłych rozpuszczalnikach i przeważnie przylegają do cząstek gleby. Analiza gleby wykazała około 4000 razy wyższe stężenie kiuru w cząsteczkach gleby piaszczystej niż w wodzie obecnej w porach gleby. Jeszcze wyższy stosunek około 18 000 zmierzono w glebach ilastych .

Kaliforn

Kaliforn jest dość nierozpuszczalny w wodzie, ale dobrze przylega do zwykłej gleby; a jego stężenie w glebie może być 500 razy wyższe niż w wodzie otaczającej cząstki gleby.

Zobacz też

Bibliografia

Burakow, BE; Ojovan, MI; Lee, WE (2010). Materiały krystaliczne do immobilizacji aktynowców . Londyn: Imperial College Press. Numer ISBN 978-1-84816-418-5. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2012-03-09.

Dalsza lektura

Hala, Jiri i James D. Navratil. Radioaktywność, promieniowanie jonizujące i energia jądrowa . Konvoj: Brno, Czechy, 2003. ISBN 80-7302-053-X .

Zewnętrzne linki

„Dlaczego mechanizmy mają znaczenie w gospodarce odpadami promieniotwórczymi?” – Królewskie Towarzystwo Chemiczne
„Spektroskopie do badań środowiskowych gatunków aktynowców” – Federation of American Scientists

Languages

In other projects