Стронций-90 (90
Ср
) — радиоактивный изотоп стронция, образующийся при ядерном делении , с периодом полураспада 28,8 лет. Он подвергается β - распаду в иттрий-90 с энергией распада 0,546 МэВ. [2] Стронций-90 применяется в медицине и промышленности и является изотопом , вызывающим беспокойство при выпадениях из ядерного оружия , испытаниях ядерного оружия и ядерных авариях . [3]
Встречающийся в природе стронций нерадиоактивен и нетоксичен на уровнях, обычно встречающихся в окружающей среде, но 90 Sr представляет собой радиационную опасность. [4] 90 Sr подвергается β - распаду с периодом полураспада 28,79 лет и энергией распада 0,546 МэВ, распределяясь между электроном , антинейтрино и изотопом иттрия 90 Y , который, в свою очередь, подвергается β - распаду с периодом полураспада 64 часа и энергией распада 2,28 МэВ, распределяясь между электроном, антинейтрино и 90 Zr (цирконием), который является стабильным. [5] Обратите внимание, что 90 Sr/Y является почти чистым источником бета-частиц ; гамма-фотонное излучение от распада 90 Y настолько редко, что его обычно можно игнорировать.
90 Sr имеет удельную активность 5,21 ТБк /г. [6]
90 Sr является продуктом ядерного деления . Он присутствует в значительном количестве в отработанном ядерном топливе , в радиоактивных отходах ядерных реакторов и в ядерных осадках от ядерных испытаний . Для деления на тепловых нейтронах , как на современных атомных электростанциях, выход продуктов деления из урана-235 составляет 5,7%, из урана-233 6,6%, а из плутония-239 только 2,0%. [7]
Стронций-90 классифицируется как высокоактивные отходы. Его 29-летний период полураспада означает, что для его распада до незначительных уровней могут потребоваться сотни лет. Воздействие загрязненной воды и пищи может увеличить риск лейкемии и рака костей . [8] По имеющимся данным, тысячи капсул радиоактивного стронция, содержащего миллионы кюри, хранятся в хранилище отходов на объекте Hanford Site. [9]
Водоросли продемонстрировали селективность к стронцию в исследованиях, тогда как большинство растений, используемых в биоремедиации, не продемонстрировали селективности между кальцием и стронцием, часто насыщаясь кальцием, которого больше в количестве и который также присутствует в ядерных отходах. [8]
Исследователи изучили биоаккумуляцию стронция водорослями Scenedesmus spinosus в имитированных сточных водах. Исследование утверждает, что S. spinosus обладает высокоселективной биосорбционной способностью к стронцию , что предполагает, что он может быть подходящим для использования в ядерных сточных водах. [10]
Исследование водоросли Closterium moniliferum, обитающей в пруду, с использованием стабильного стронция, показало, что изменение соотношения бария и стронция в воде улучшает селективность стронция. [8]
Стронций-90 является « искателем костей », который проявляет биохимическое поведение , подобное кальцию , следующему более легкому элементу группы 2. [4] [11] После попадания в организм, чаще всего при приеме внутрь с загрязненной пищей или водой, около 70–80% дозы выводится. [3] Практически весь оставшийся стронций-90 откладывается в костях и костном мозге , а оставшийся 1% остается в крови и мягких тканях. [3] Его присутствие в костях может вызвать рак костей , рак близлежащих тканей и лейкемию . [12] Воздействие 90Sr можно проверить с помощью биопробы , чаще всего с помощью анализа мочи . [4]
Период биологического полураспада стронция-90 у людей по-разному оценивался: от 14 до 600 дней, [13] [14] 1000 дней, [15] 18 лет, [16] 30 лет [17] и, по верхнему пределу, 49 лет. [18] Широко разброс опубликованных показателей периода биологического полураспада объясняется сложным метаболизмом стронция в организме. Однако, усреднив все пути выведения, общий период биологического полураспада оценивается примерно в 18 лет. [19]
Скорость выведения стронция-90 сильно зависит от возраста и пола из-за различий в метаболизме костей . [20]
Вместе с изотопами цезия 134 Cs и 137 Cs и изотопом йода 131 I он был одним из наиболее важных изотопов, влияющих на здоровье после Чернобыльской катастрофы . Поскольку стронций имеет сродство к рецептору паращитовидных желез, чувствительному к кальцию , аналогичное сродству кальция, повышенный риск первичного гиперпаратиреоза у ликвидаторов Чернобыльской АЭС можно объяснить связыванием стронция -90. [21]
Радиоактивный распад стронция-90 генерирует значительное количество тепла, 0,95 Вт/г в виде чистого металлического стронция или приблизительно 0,460 Вт/г в виде титаната стронция [22] и дешевле альтернативы 238 Pu . Он используется в качестве источника тепла во многих российских/советских радиоизотопных термоэлектрических генераторах , обычно в виде титаната стронция. [23] Он также использовался в серии РИТЭГов США «Sentinel». [24] Стартап Zeno Power разрабатывает РИТЭГи, которые используют стронций-90 от Министерства обороны , и планирует поставлять продукцию к 2026 году. [25]
90 Sr находит применение в промышленности в качестве радиоактивного источника для толщиномеров. [3]
90 Sr находит широкое применение в медицине в качестве радиоактивного источника для поверхностной радиотерапии некоторых видов рака. Контролируемые количества 90 Sr и 89 Sr могут использоваться при лечении рака костей , а также для лечения коронарного рестеноза с помощью сосудистой брахитерапии . Он также используется в качестве радиоактивного индикатора в медицине и сельском хозяйстве. [3]
90 Sr используется в качестве метода проверки лопастей в некоторых вертолетах с полыми лонжеронами лопастей для выявления образования трещин. [26]
В апреле 1943 года Энрико Ферми предложил Роберту Оппенгеймеру возможность использования радиоактивных побочных продуктов обогащения для заражения немецкого продовольствия. Причиной послужили опасения, что немецкий проект атомной бомбы уже находился на продвинутой стадии, и Ферми в то время также скептически относился к тому, что атомную бомбу можно будет разработать достаточно быстро. Оппенгеймер обсудил предложение с Эдвардом Теллером , который предложил использовать стронций-90. Джеймс Брайант Конант и Лесли Р. Гроувс также были проинформированы, но Оппенгеймер хотел приступить к реализации плана только в том случае, если достаточное количество продуктов питания будет заражено оружием, чтобы убить полмиллиона человек. [27]
Стронций-90 не так вероятно, как цезий-137, высвобождается в результате аварии ядерного реактора, поскольку он гораздо менее летуч, но, вероятно, является наиболее опасным компонентом радиоактивных осадков от ядерного оружия. [28]
Исследование сотен тысяч молочных зубов , собранных доктором Луизой Рейсс и ее коллегами в рамках обследования детского зуба , выявило значительное увеличение уровня 90 Sr в 1950-х и начале 1960-х годов. Окончательные результаты исследования показали, что у детей, родившихся в Сент-Луисе, штат Миссури , в 1963 году, уровень 90 Sr в молочных зубах был в 50 раз выше, чем у детей, родившихся в 1950 году, до начала крупномасштабных атомных испытаний. Рецензенты исследования предсказали, что выпадение осадков вызовет повышенную заболеваемость у тех, чьи кости поглотили стронций-90. [29] Однако никаких последующих исследований субъектов не проводилось, поэтому это утверждение не проверено.
Статья с первоначальными результатами исследования была направлена президенту США Джону Ф. Кеннеди в 1961 году и помогла убедить его подписать Договор о частичном запрещении ядерных испытаний с Соединенным Королевством и Советским Союзом , положив конец наземным испытаниям ядерного оружия , в результате которых в атмосферу выпадало наибольшее количество радиоактивных осадков . [30]
В результате Чернобыльской катастрофы в окружающую среду было выброшено около 10 ПБк , или около 5% от основного запаса, стронция-90. [31] В результате Кыштымской катастрофы в окружающую среду был выброшен стронций-90 и другие радиоактивные материалы. По оценкам, было выброшено 20 МКи (800 ПБк) радиоактивности. В результате катастрофы на Фукусиме-1 с момента аварии до 2013 года в Тихий океан было выброшено от 0,1 до 1 ПБк стронция-90 в виде загрязненной охлаждающей воды . [32]