stringtranslate.com

Стронций-90

Стронций-90 (90
старший
) — радиоактивный изотоп стронция, образующийся в результате ядерного деления , с периодом полураспада 28,8 лет. Он претерпевает β - распад на иттрий-90 с энергией распада 0,546 МэВ. [2] Стронций-90 находит применение в медицине и промышленности и является вызывающим беспокойство изотопом в радиоактивных осадках , испытаниях ядерного оружия и ядерных авариях . [3]

Радиоактивность

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 , распределяемой на электрон , антинейтрино и изотоп иттрия 90 Y , который, в свою очередь, подвергается β − распаду с полураспадом. жизнь 64 часа и энергия распада 2,28 МэВ, распределенная на электрон, антинейтрино и 90 Zr (цирконий), который стабилен. [5] Отметим, что 90 Sr/Y является практически чистым источником бета-частиц ; испускание гамма -фотонов при распаде 90 Y настолько редко, что его обычно можно игнорировать.

90 Sr имеет удельную активность 5,21  ТБк /г. [6]

Продукт деления

90 Sr является продуктом ядерного деления . Он присутствует в значительных количествах в отработавшем ядерном топливе , радиоактивных отходах ядерных реакторов и в ядерных осадках в результате ядерных испытаний . При делении на тепловых нейтронах , как на современных атомных электростанциях, выход продуктов деления урана -235 составляет 5,7%, урана-233 - 6,6%, а плутония-239 - только 2,0%. [7]

Ядерные отходы

Стронций-90 отнесен к высокоактивным отходам. Его 29-летний период полураспада означает, что для его распада до незначительного уровня могут потребоваться сотни лет. Воздействие загрязненной воды и продуктов питания может увеличить риск развития лейкемии и рака костей . [8] Сообщается, что тысячи капсул радиоактивного стронция, содержащего миллионы кюри, хранятся на объекте инкапсуляции и хранения отходов Хэнфордского полигона. [9]

Исправление

Водоросли продемонстрировали селективность в отношении стронция в исследованиях, в которых большинство растений, используемых в биоремедиации , не проявили селективности между кальцием и стронцием, часто насыщаяся кальцием, которого больше в количестве и который также присутствует в ядерных отходах. [8]

Исследователи изучили биоаккумуляцию стронция водорослями Scenedesmus spinosus в смоделированных сточных водах. В исследовании утверждается, что S. spinosus обладает высокой селективной способностью к биосорбции стронция , что позволяет предположить, что он может быть пригоден для использования ядерных сточных вод. [10]

Исследование прудовой водоросли Closterium moniliferum с использованием стабильного стронция показало, что изменение соотношения бария и стронция в воде улучшает селективность стронция. [8]

Биологические эффекты

Биологическая активность

Стронций-90 – это « искатель костей », который проявляет биохимическое поведение, подобное кальцию , следующему более легкому элементу 2-й группы . [4] [11] После попадания в организм, чаще всего при заглатывании с зараженной пищей или водой, около 70–80% дозы выводится из организма. [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 90 Sr можно проверить с помощью биоанализа , чаще всего с помощью анализа мочи . [4]

Биологический период полураспада стронция-90 в организме человека составляет от 14 до 600 дней, [13] [14] 1000 дней, [15] 18 лет, [16] 30 лет [17] и, в верхних предел, 49 лет. [18] Широкий диапазон опубликованных биологических значений периода полураспада объясняется сложным метаболизмом стронция в организме. Однако, если усреднить все пути выведения, общий биологический период полураспада оценивается примерно в 18 лет. [19]

Скорость выведения стронция-90 сильно зависит от возраста и пола из-за различий в костном метаболизме . [20]

Вместе с изотопами цезия 134 Cs и 137 Cs и изотопом йода 131 I он был одним из наиболее важных изотопов с точки зрения воздействия на здоровье после чернобыльской катастрофы . Поскольку стронций имеет сходство с кальций-чувствительным рецептором клеток паращитовидной железы , аналогичное сродству кальция, повышенный риск развития первичного гиперпаратиреоза у ликвидаторов Чернобыльской АЭС можно объяснить связыванием стронция-90. [21]

Использование

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РТГ)

Радиоактивный распад стронция-90 генерирует значительное количество тепла: 0,95 Вт/г в виде чистого металлического стронция или примерно 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 форме титаната стронция. [23] Он также использовался в серии РИТЭГов «Sentinel» в США. [24] Стартап-компания Zeno Power разрабатывает РИТЭГи, в которых используется стронций-90 от Министерства обороны США , и планирует выпустить продукт к 2026 году. [25]

Промышленное применение

90 Sr находит применение в промышленности в качестве радиоактивного источника для толщиномеров. [3]

Медицинские применения

90 Sr находит широкое применение в медицине в качестве радиоактивного источника для поверхностной лучевой терапии некоторых видов рака. Контролируемые количества 90 Sr и 89 Sr можно использовать 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]

Аэрокосмические приложения

90 Sr используется в качестве метода проверки лопастей на некоторых вертолетах с полыми лонжеронами лопастей, чтобы определить, образовалась ли трещина. [26]

Радиационная война

В апреле 1943 года Энрико Ферми предложил Роберту Оппенгеймеру возможность использования радиоактивных побочных продуктов обогащения для загрязнения немецких продуктов питания. В основе лежали 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 это 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 с помощью оружия можно будет заразить достаточно еды, чтобы убить полмиллиона человек. [27]

Загрязнение окружающей среды 90 Sr

Выброс стронция-90 в результате аварии на ядерном реакторе менее вероятен, чем цезия-137 , поскольку он гораздо менее летуч, но, вероятно, является наиболее опасным компонентом радиоактивных осадков от ядерного оружия. [28]

Исследование сотен тысяч молочных зубов , собранное доктором Луизой Рейсс и ее коллегами в рамках исследования детских зубов , 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 появления крупномасштабных атомных испытаний. Рецензенты исследования предсказали, что осадки приведут к увеличению заболеваемости у тех, кто впитал стронций-90 в свои кости. [29] Однако никаких последующих исследований с участием субъектов не проводилось, поэтому утверждение не проверено.

Статья с первоначальными выводами исследования была направлена ​​президенту США Джону Ф. Кеннеди в 1961 году и помогла ему подписать Договор о частичном запрещении ядерных испытаний с Соединенным Королевством и Советским Союзом , положивший конец наземным испытаниям ядерного оружия , положившим конец наибольшее количество ядерных осадков в атмосферу. [30]

Чернобыльская катастрофа выбросила в окружающую среду примерно 10  ПБк , или около 5% основного запаса стронция-90. [31] В результате катастрофы в Кыштыме в окружающую среду попал стронций-90 и другие радиоактивные материалы. По оценкам, произошел выброс 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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ван, Мэн; Хуанг, WJ; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки». Китайская физика C . 45 (3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  2. ^ "Таблица данных о распаде изотопов" . Лундский университет . Проверено 13 октября 2014 г.
  3. ^ abcde «Стронций | Радиационная защита | Агентство по охране окружающей среды США». Агентство по охране окружающей среды . 24 апреля 2012 года. Архивировано из оригинала 11 мая 2012 года . Проверено 18 июня 2012 г.
  4. ^ abc ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ СТРОНЦИЯ (PDF) , Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний, апрель 2004 г. , получено 13 октября 2014 г.
  5. ^ Данные о распаде из Национального центра ядерных данных Брукхейвенской национальной лаборатории в США.
  6. ^ Делакруа, Д.; Герр, JP; Леблан, П.; Хикман, К. (2002). Справочник данных по радионуклидам и радиационной защите, 2002 г. (2-е изд.). Издательство ядерных технологий. ISBN 978-1-870965-87-3.
  7. ^ "Живая диаграмма - Таблица нуклидов - Данные о структуре ядра и распаде" . МАГАТЭ . Проверено 13 октября 2014 г.
  8. ^ abc Potera, Кэрол (2011). «ОПАСНЫЕ ОТХОДЫ: Спонсор стронция-90 прудовых водорослей». Перспектива здоровья окружающей среды . 119 (6): А244. дои : 10.1289/ehp.119-a244 . ПМК 3114833 . ПМИД  21628117. 
  9. ^ https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/04/f14/OAS-L-14-04.pdf «Долгосрочное хранение цезия и стронция на площадке в Хэнфорде» Отчет генерального инспектора № ОАС-L-14-04. Март 2014.
  10. ^ Лю, Минсюэ; Донг, Фацинь; Канг, Ву; Сунь, Шийонг; Вэй, Хунфу; Чжан, Вэй; Не, Сяоцинь; Го, Ютин; Хуан, Тин; Лю, Юаньюань (2014). «Биосорбция стронция из моделируемых ядерных сточных вод Scenedesmus spinosus в условиях культивирования: процессы и модели адсорбции и биоаккумуляции». Int J Environ Res Public Health . 11 (6): 6099–6118. дои : 10.3390/ijerph110606099 . ПМК 4078568 . ПМИД  24919131. 
  11. ^ "NRC: Глоссарий - Искатель костей" . Комиссия по ядерному регулированию США . 7 мая 2014 года . Проверено 13 октября 2014 г.
  12. ^ https://dhss.delaware.gov/dhss/dph/files/strontiumfaq.pdf [ пустой URL-адрес PDF ]
  13. ^ Тиллер, Б.Л. (2001), «4.5 Наблюдение за рыбой и дикой природой» (PDF) , Экологический отчет Хэнфордского участка за 2001 г. , Министерство энергетики , получено 14 января 2014 г.
  14. ^ Драйвер, CJ (1994), Обзор литературы по экотоксичности выбранных загрязнителей территории Хэнфорда (PDF) , Министерство энергетики, doi : 10.2172/10136486 , получено 14 января 2014 г.
  15. ^ «Экология пресной воды и влияние человека». Зона IV Энвиротон . Проверено 14 января 2014 г.
  16. ^ «Радиоизотопы, которые могут повлиять на пищевые ресурсы» (PDF) . Эпидемиология, здравоохранение и социальные службы, штат Аляска . Проверено 14 января 2014 г.
  17. ^ «Информационный бюллетень о здоровье человека: стронций» (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория. Октябрь 2001 года . Проверено 14 января 2014 г.
  18. ^ «Биологический период полураспада». Гиперфизика . Проверено 14 января 2014 г.
  19. ^ Гласстоун, Сэмюэл; Долан, Филип Дж. (1977). «XII: Биологические эффекты» (PDF) . Последствия ядерного оружия . п. 605 . Проверено 14 января 2014 г.
  20. ^ Шагина, Н.Б.; Бугров, Н.Г.; Дегтева, МО; Кожеров, В.П.; Толстых, Е.И. (2006). «Применение метода подсчета всего тела in vivo для изучения метаболизма стронция и реконструкции внутренней дозы для населения реки Теча». Физический журнал: серия конференций . 41 (1): 433–440. Бибкод : 2006JPhCS..41..433S. дои : 10.1088/1742-6596/41/1/048 . ISSN  1742-6588.
  21. ^ Бем Б.О., Розингер С., Белый Д., Дитрих Дж.В. (август 2011 г.). «Паращитовидная железа как мишень радиационного поражения». Медицинский журнал Новой Англии . 365 (7): 676–678. дои : 10.1056/NEJMc1104982 . ПМИД  21848480.
  22. ^ Харрис, Дейл; Эпштейн, Джозеф (1968). Свойства некоторых радиоизотопов. НАСА (Отчет). 19680020487 . Проверено 15 мая 2023 г.
  23. ^ Стэндринг, WJF; Селнес, О.Г.; Сневе, М; Финн, IE; Хоссейни, А; Амундсен, я; Странд, П. (2005), Оценка последствий вывода из эксплуатации радиоизотопных тепловых генераторов (РТГ) для окружающей среды, здоровья и безопасности на северо-западе России (PDF) , Остерос: Норвежское управление радиационной защиты
  24. ^ «Источники энергии для удаленных арктических применений» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Конгресс США, Управление оценки технологий. Июнь 1994 г. ОТА-BP-ETI-129.
  25. ^ "Зено Пауэр".
  26. ^ «Беспроводная система мониторинга блейдов и процесс» .
  27. ^ Родос, Ричард (2012). Создание атомной бомбы. Саймон и Шустер . стр. 510 и далее. ISBN 978-1-4711-1123-5. ОСЛК  1096260191.
  28. ^ «Осколки ядерного деления». Гиперфизика . Проверено 18 июня 2012 г.
  29. ↑ Шнайр, Уолтер (25 апреля 1959 г.). «Стронций-90 у детей США». Нация . 188 (17): 355–357.
  30. ^ Хевеси, Деннис. «Доктор Луиза Рейсс, которая помогла запретить атомные испытания, умерла в возрасте 90 лет», The New York Times , 10 января 2011 г. По состоянию на 10 января 2011 г.
  31. ^ «II: Выброс, рассеивание и отложение радионуклидов», Чернобыль: Оценка радиологического воздействия и воздействия на здоровье (PDF) , АЯЭ , 2002 г.
  32. ^ Повинец, ПП; Аояма, М.; Биддульф, Д.; и другие. (2013). «Цезий, йод и тритий в водах северо-западной части Тихого океана – сравнение воздействия Фукусимы с глобальными осадками». Биогеонауки . 10 (8): 5481–5496. Бибкод : 2013BGeo...10.5481P. дои : 10.5194/bg-10-5481-2013 . hdl : 1912/6245 . ISSN  1726-4189.

Внешние ссылки