stringtranslate.com

Йод-129

Йод-129 ( 129 I) представляет собой долгоживущий радиоизотоп йода , который встречается в природе, но также представляет особый интерес для мониторинга и воздействия искусственных продуктов ядерного деления , где он служит как индикатором, так и потенциальным радиологическим загрязнителем.

Формирование и распад

129 I — один из семи долгоживущих продуктов деления . В основном он образуется в результате деления урана и плутония в ядерных реакторах . Значительные количества были выброшены в атмосферу в результате испытаний ядерного оружия в 1950-х и 1960-х годах, в результате аварий на ядерных реакторах , а также в результате военной и гражданской переработки отработавшего ядерного топлива. [3]

Он также естественным образом производится в небольших количествах в результате спонтанного деления природного урана , расщепления космическими лучами следовых уровней ксенона в атмосфере и воздействия мюонов космических лучей , поражающих теллур -130. [4] [5]

129 I распадается с периодом полураспада 15,7 миллионов лет с низкоэнергетическими бета- и гамма- излучениями до стабильного ксенона-129 ( 129 Xe). [6]

Долгоживущий продукт деления

129 I — один из семи долгоживущих продуктов деления , которые производятся в значительных количествах. Его выход составляет 0,706 % на деление 235 U. [7] Производятся большие количества других изотопов йода, таких как 131 I , но поскольку все они имеют короткий период полураспада, йод в охлажденном отработавшем ядерном топливе состоит примерно на 5/6 из 129 I и на 1/6 из единственного стабильного изотопа йода, 127 И.

Поскольку 129 I долгоживущ и относительно подвижен в окружающей среде, он имеет особое значение при долгосрочном обращении с отработавшим ядерным топливом. В глубоком геологическом хранилище непереработанного отработанного топлива 129 I, вероятно, будет радионуклидом, оказывающим наибольшее потенциальное воздействие в течение длительного времени.

Поскольку 129 I имеет скромное сечение поглощения нейтронов , равное 30  барн [ 8] и относительно неразбавлен другими изотопами того же элемента, его изучают на предмет утилизации путем ядерной трансмутации путем повторного облучения нейтронами [9] или путем мощные лазеры. [10]

Выбросы при переработке ядерного топлива

Большая часть 129 I, содержащегося в отработавшем топливе, выделяется в газовую фазу, когда отработавшее топливо сначала измельчается, а затем растворяется в кипящей азотной кислоте во время переработки. [3] По крайней мере, на гражданских перерабатывающих заводах специальные скрубберы должны удерживать 99,5% (или более) йода путем адсорбции, [3] до того, как отработанный воздух будет выпущен в окружающую среду. Однако Северо-восточная радиологическая лаборатория здравоохранения (NERHL) во время измерений на первом гражданском заводе по переработке отходов в США, которым управляла компания Nuclear Fuel Services, Inc. (NFS) в западном Нью-Йорке, обнаружила, что «от 5 до 10% всего 129 I, доступных из растворенного топлива», было выпущено в выхлопную трубу. [3] Далее они написали, что «эти значения превышают прогнозируемый выход (таблица 1). Этого и следовало ожидать, поскольку йодные скрубберы не работали во время контролируемых циклов растворения». [3]

Прямая линия: отложения I-129 на леднике Фишерхорн (Швейцария):
пунктирная линия: оценка скорости отложения I-129 по увеличению концентрации Кр-85 в атмосфере.
Пунктирная линия: расчетные
треугольники выпадения бомб: от Cs-137. данные расчетных кругов осадков I-129
: данные годичных колец Карлсруэ

Северо-восточная радиологическая медицинская лаборатория далее заявляет, что из-за ограничений их измерительных систем фактический выброс 129 I мог быть даже выше, «поскольку потери [ 129 I] [в результате адсорбции], вероятно, происходили в трубопроводах и воздуховодах между дымовыми трубами. и сэмплер». [3] Кроме того, система отбора проб, используемая NERHL, имела барботерную ловушку для измерения содержания трития в пробах газа перед йодной ловушкой. Только после отбора проб NERHL выяснила, что «барботерная ловушка удержала от 60 до 90% отобранного 129 I». [3] Они пришли к выводу: «Барботеры, расположенные перед ионообменниками, удалили большую часть газообразного 129 I до того, как он достиг ионообменного пробоотборника. Способность барботера удалять йод ожидалась, но не в той степени, в которой это произошло. ." Задокументированный выброс «от 5 до 10% от общего количества 129 I, доступного из растворенного топлива» [3] не исправлен с учетом этих двух недостатков измерений.

Военная изоляция плутония из отработанного топлива также привела к выбросу 129 I в атмосферу: «Более 685 000 кюри йода-131 было выброшено из дымовых труб Хэнфордских разделительных заводов за первые три года работы». [11] Поскольку 129 I и 131 I имеют очень схожие физические и химические свойства, а разделение изотопов в Хэнфорде не проводилось, 129 I также должен был быть выпущен там в больших количествах во время Манхэттенского проекта. Поскольку Хэнфорд перерабатывал «горячее» топливо, облученное в реакторе всего несколькими месяцами ранее, активность выделившегося короткоживущего 131 I с периодом полураспада всего 8 дней была намного выше, чем у долгоживущий 129 I. Однако, хотя весь 131 I, выпущенный во времена Манхэттенского проекта, к настоящему времени распался, свыше 99,999% 129 I все еще находится в окружающей среде.

Данные ледяной скважины, полученные из Бернского университета на леднике Фишерхорн в Альпийских горах на высоте 3950 м, показывают довольно устойчивый рост содержания отложений 129 I (показан на изображении сплошной линией) со временем. В частности, самые высокие значения, полученные в 1983 и 1984 годах, примерно в шесть раз превышают максимум, измеренный в период испытаний атмосферной бомбы в 1961 году. Такое сильное увеличение после завершения испытаний атмосферной бомбы указывает на то, что переработка ядерного топлива с тех пор является основным источником атмосферного йода-129. Эти измерения продолжались до 1986 года. [12]

Приложения

Датирование возраста подземных вод

129 I не производится намеренно для каких-либо практических целей. Однако его длительный период полураспада и относительная мобильность в окружающей среде сделали его полезным для различных приложений для датирования. К ним относятся выявление более старых подземных вод на основе количества присутствующего природного 129 I (или продукта его распада 129 Xe), а также выявление более молодых подземных вод по повышенным антропогенным уровням 129 I с 1960-х годов. [13] [14] [15]

Датирование возраста метеорита

В 1960 году физик Джон Рейнольдс обнаружил, что некоторые метеориты содержат изотопную аномалию в виде избытка 129 Хе. Он предположил, что это, должно быть, продукт распада давно распавшегося радиоактивного 129 I. Этот изотоп в больших количествах образуется в природе только при взрывах сверхновых . Поскольку период полураспада 129 I сравнительно короток по астрономическим меркам, это показало, что между вспышкой сверхновой и моментом, когда метеориты затвердели и захватили 129 I , прошло лишь короткое время . Эти два события (сверхновая и затвердевание газового облака) Было высказано предположение, что это произошло в ранней истории Солнечной системы , поскольку изотоп 129 I, вероятно, образовался до образования Солнечной системы, но незадолго до этого, и засеял изотопы солнечного газового облака изотопами из второго источника. Этот источник сверхновой мог также вызвать коллапс облака солнечного газа. [16] [17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Бибкод : 2017ChPhC..41c0001A. дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  2. ^ Ван, М.; Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Хуанг, WJ; Наими, С.; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030003-1–030003-442. дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030003.
  3. ^ abcdefgh «ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ВЫХОДОВ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗАВОДА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА».
  4. ^ Эдвардс, Р.Р. (1962). «Йод-129: его появление в природе и его использование в качестве индикатора». Наука . 137 (3533): 851–853. Бибкод : 1962Sci...137..851E. дои : 10.1126/science.137.3533.851. PMID  13889314. S2CID  38276819.
  5. ^ «Радиоактивные вещества, пропавшие с Земли».
  6. ^ https://www.nndc.bnl.gov/nudat3/decaysearchdirect.jsp?nuc=129I&unc=nds, Диаграмма нуклидов NNDC, Радиация распада I-129, по состоянию на 7 мая 2021 г.
  7. ^ ab http://www-nds.iaea.org/sgnucdat/c3.htm Кумулятивные выходы деления, МАГАТЭ
  8. ^ http://www.nndc.bnl.gov/chart/reColor.jsp?newColor=sigg. Архивировано 24 января 2017 г. в Wayback Machine , Диаграмма нуклидов NNDC, поперечное сечение захвата тепловых нейтронов I-129, доступ 16. -Декабрь 2012 г.
  9. ^ Роулинз, Дж. А.; и другие. (1992). «Распределение и трансмутация долгоживущих продуктов деления». Материалы Международной конференции по обращению с радиоактивными отходами высокого уровня . Лас-Вегас, США. ОСТИ  5788189.
  10. ^ Мэгилл, Дж.; Шверер, Х.; Эвальд, Ф.; Гали, Дж.; Шенкель, Р.; Зауэрбрей, Р. (2003). «Лазерная трансмутация йода-129». Прикладная физика Б. 77 (4): 387–390. Бибкод : 2003ApPhB..77..387M. дои : 10.1007/s00340-003-1306-4. S2CID  121743855.
  11. Гроссман, Дэниел (1 января 1994 г.). «Хэнфорд и его ранние радиоактивные выбросы в атмосферу». Тихоокеанский северо-западный ежеквартальный журнал . 85 (1): 6–14. дои : 10.2307/3571805. JSTOR  40491426. PMID  4157487.
  12. ^ Ф. Стампфли: Ионнохроматографический анализ и Eisproben aus einem hochgelegenen Alpengletscher. Лицензиатсарбайт, Инст. аорган. анальный. и физ. Химия, Бернский университет, 1989.
  13. ^ Уотсон, Дж. Трок; Роу, Дэвид К.; Селенков, Герберт А. (1 января 1965 г.). «Йод-129 как «нерадиоактивный» индикатор». Радиационные исследования . 26 (1): 159–163. Бибкод : 1965RadR...26..159W. дои : 10.2307/3571805. JSTOR  3571805. PMID  4157487.
  14. ^ Санчи, П.; и другие. (1998). «Йод-129: новый индикатор взаимодействия поверхностных и грунтовых вод» (PDF) . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . ОСТИ  7280.
  15. ^ Снайдер, Г.; Фабрика-Мартин, Дж. (2007). «I-129 и Cl-36 в разбавленных углеводородных водах: морско-космогенные, пластовые и антропогенные источники». Прикладная геохимия . 22 (3): 692–714. Бибкод : 2007ApGC...22..692S. doi :10.1016/j.apgeochem.2006.12.011.
  16. ^ Клейтон, Дональд Д. (1983). Принципы звездной эволюции и нуклеосинтеза (2-е изд.). Издательство Чикагского университета. стр. 75. ISBN 978-0226109534.
  17. ^ Болт, Бакалавр; Паккард, RE; Прайс, ПБ (2007). «Джон Х. Рейнольдс, Физика: Беркли». Калифорнийский университет в Беркли . Проверено 1 октября 2007 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки