Актиниды в окружающей среде - Actinides in the environment

Радиоактивность окружающей среды не ограничивается только актинидами ; следует отметить неактиниды, такие как радон и радий. Хотя все актиниды радиоактивны, в земной коре много актинидов или связанных с ними минералов, таких как уран и торий. Эти минералы полезны во многих отношениях, таких как определение возраста по углероду, использование большинства детекторов, рентгеновское излучение и многое другое.

Вдыхание против проглатывания

Как правило, проглоченные нерастворимые актинидные соединения, такие как высокопламенный диоксид урана и смешанное оксидное топливо (МОКС) , проходят через пищеварительную систему с незначительным эффектом, поскольку они не могут растворяться и абсорбироваться организмом. Однако вдыхаемые соединения актинидов будут более опасными, поскольку они остаются в легких и облучают легочную ткань.

Проглоченные оксиды с низкой температурой возгорания и растворимые соли, такие как нитраты, могут всасываться в кровоток. При вдыхании твердое вещество может раствориться и покинуть легкие. Следовательно, для растворимой формы доза в легкие будет ниже.

Актиний

Актиний может быть естественным образом обнаружен в следовых количествах в урановых рудах в виде 227-Ac, альфа- и бета-излучателя с периодом полураспада 21,773 года. Одна тонна урановой руды содержит около десятой грамма актиния. Обычно его получают в миллиграммах путем нейтронного облучения 226-Ra в ядерном реакторе. Встречающийся в природе актиний состоит из 1 радиоактивного изотопа; наиболее распространенным является 227-Ас (100% естественное содержание).

Торий

Монацит, редкоземельный и торий-фосфатный минерал, является основным источником тория в мире.

В Индии большое количество ториевой руды можно найти в форме монацита в россыпных месторождениях западных и восточных прибрежных песков дюн , особенно в прибрежных районах Тамил Наду . Жители этого района подвергаются дозе естественной радиации, в десять раз превышающей среднемировой уровень.

Вхождение

Торий в небольших количествах содержится в большинстве горных пород и почв , где его примерно в три раза больше, чем урана, и примерно так же часто, как и свинца . Почва обычно содержит в среднем около 6 частей на миллион (ppm) тория. Торий содержится в нескольких минералах , наиболее распространенным из которых является редкоземельный торий-фосфатный минерал, монацит , который содержит до 12% оксида тория. Есть значительные депозиты в нескольких странах. ²³² Th распадается очень медленно (его период полураспада примерно в три раза превышает возраст Земли). Другие изотопы тория встречаются в цепочках распада тория и урана. Большинство из них недолговечны и, следовательно, намного более радиоактивны, чем ²³² Th, хотя в массовом отношении они незначительны.

Воздействие на человека

Торий связан с раком печени . В прошлом тори ( торий диоксида ) используют в качестве контрастного агента для медицинской рентгенографии , но его использование было прекращено. Он продавался под названием Thorotrast .

Протактиний

Протактиний-231 в природе встречается в урановых рудах, таких как настуран, в некоторых рудах до 3 частей на миллион. Протактиний в природе присутствует в почве, скалах, поверхностных водах, грунтовых водах, растениях и животных в очень низких концентрациях (порядка 1 ppt или 0,1 пикокори (pCi) / г).

Уран

Уран - широко распространенный природный металл. Он присутствует почти во всех почвах, и его больше, чем сурьмы , бериллия , кадмия , золота , ртути , серебра или вольфрама , и примерно столько же, сколько мышьяка или молибдена . Значительные концентрации урана встречаются в некоторых веществах, таких как месторождения фосфатных пород, и в таких минералах, как лигнит и монацитовые пески, в богатых ураном рудах (из этих источников он извлекается в промышленных масштабах).

Морская вода содержит около 3,3 частей на миллиард урана по весу, поскольку уран (VI) образует растворимые карбонатные комплексы. Извлечение урана из морской воды рассматривалось как способ получения этого элемента. Из-за очень низкой удельной активности урана его химическое воздействие на живые существа часто может перевешивать эффекты его радиоактивности. Дополнительный уран был добавлен в окружающую среду в некоторых местах в результате ядерного топливного цикла и использования обедненного урана в боеприпасах.

Нептуний

Подобно плутонию, нептуний имеет высокое сродство к почве. Однако он относительно подвижен в долгосрочной перспективе, и диффузия нептуния-237 в подземных водах является серьезной проблемой при проектировании глубокого геологического хранилища для постоянного хранения отработавшего ядерного топлива . ²³⁷ Np имеет период полураспада 2,144 миллиона лет и поэтому представляет собой долгосрочную проблему; но его период полураспада по-прежнему намного короче, чем у урана-238 , урана-235 или урана-236 , и поэтому ²³⁷ Np имеет более высокую удельную активность, чем эти нуклиды. Он используется только для производства Pu-237 при бомбардировке нейтронами в лаборатории.

Плутоний

Источники

Плутоний в окружающей среде имеет несколько источников. Это включает:

Атомные батареи
- В космосе
- В кардиостимуляторах
Взрывы бомб
Испытания безопасности бомбы
Ядерное преступление
Ядерный топливный цикл
Атомные электростанции

Экологическая химия

Плутоний, как и другие актиниды, легко образует ядро из диоксида плутония ( плутонил ) (PuO ₂ ). В окружающей среде это плутонильное ядро легко образует комплексы с карбонатом, а также с другими кислородными фрагментами (OH ^- , NO ₂^- , NO ₃^- и SO ₄^2– ) с образованием заряженных комплексов, которые могут быть легко мобильными с низким сродством к почве.

PuO ₂ CO ₃^2-
PuO ₂ (CO ₃ ) ₂⁴⁻
PuO ₂ (CO ₃ ) ₃⁶⁻

PuO _2, образующийся из нейтрализующих растворов сильнокислой азотной кислоты, имеет тенденцию к образованию полимерного PuO _2, устойчивого к комплексообразованию. Плутоний также легко меняет валентности между состояниями +3, +4, +5 и +6. Обычно некоторая доля плутония в растворе находится во всех этих состояниях в равновесии.

Известно, что плутоний очень сильно связывается с частицами почвы, см. Выше рентгеновское спектроскопическое исследование плутония в почве и бетоне . Хотя цезий по своему химическому составу сильно отличается от актинидов, хорошо известно, что и цезий, и многие актиниды прочно связываются с минералами в почве. Следовательно, стало возможным использовать почву, меченную ¹³⁴ Cs, для изучения миграции Pu и Cs в почвах. Было показано, что процессы коллоидного транспорта контролируют миграцию Cs (и будут контролировать миграцию Pu) в почве на опытной установке по изоляции отходов .

Америций

Америций часто попадает на свалки из выброшенных детекторов дыма . Правила, связанные с утилизацией детекторов дыма, очень мягкие в большинстве муниципалитетов. Например, в Великобритании разрешено утилизировать детектор дыма, содержащий америций, поместив его в мусорное ведро с обычным бытовым мусором, но в каждом мусорном контейнере может быть только один детектор дыма. Производство продуктов, содержащих америций (например, детекторов дыма), а также ядерных реакторов и взрывов может также привести к выбросу америция в окружающую среду.

Картина, иллюстрирующая Дэвида «Радиоактивного бойскаута» Хана.

Сообщалось, что в 1999 году во Франции загорелся грузовик, перевозивший 900 дымовых извещателей ; Утверждается, что это привело к выбросу америция в окружающую среду. В США «Радиоактивный бойскаут» Дэвид Хан смог купить тысячи детекторов дыма по оставшейся цене и сконцентрировать из них америций.

Были случаи, когда люди подвергались воздействию америция. Худший случай произошел с Гарольдом МакКласки , который подвергся воздействию чрезвычайно высокой дозы америция-241 после аварии с перчаточным ящиком . Впоследствии он прошел курс хелатотерапии . Вполне вероятно, что оказанная ему медицинская помощь спасла ему жизнь: несмотря на схожее биораспределение и токсичность для плутония, два радиоактивных элемента имеют разный химический состав в растворе. Америций устойчив в степени окисления +3 , в то время как плутоний в степени окисления +4 может образовываться в организме человека.

Наиболее распространенный изотоп америций-241 распадается (период полураспада 432 года) до нептуния-237, который имеет гораздо более длительный период полураспада , поэтому в долгосрочной перспективе применимы вопросы, обсужденные выше для нептуния.

Америций, попавший в окружающую среду, имеет тенденцию оставаться в почве и воде на относительно небольшой глубине и может поглощаться животными и растениями во время роста; моллюски, такие как креветки, поглощают америций-241 в своих панцирях, и части зерновых растений могут быть заражены. JD Chaplin et al. недавно сообщалось о достижениях в методе диффузионных градиентов в тонких пленках , которые предоставили метод измерения лабильного биодоступного америция в почвах, а также в пресной и морской воде.

Кюрий

Атмосферные соединения кюрия плохо растворяются в обычных растворителях и в основном прилипают к частицам почвы. Анализ почвы показал, что концентрация кюрия в песчаных частицах почвы примерно в 4000 раз выше, чем в воде, присутствующей в порах почвы. Еще более высокое соотношение - около 18 000 - было измерено в суглинистых почвах.

Калифорний

Калифорний практически не растворяется в воде, но хорошо прилипает к обычной почве; и концентрация его в почве может быть в 500 раз выше, чем в воде, окружающей частицы почвы.

Смотрите также

использованная литература

Бураков Б.Е .; Охован, Мичиган; Ли, WE (2010). Кристаллические материалы для иммобилизации актинидов . Лондон: Imperial College Press. ISBN 978-1-84816-418-5. Архивировано из оригинала на 2012-03-09.

дальнейшее чтение

Хала, Иржи и Джеймс Д. Навратил. Радиоактивность, ионизирующие излучения и ядерная энергия . Konvoj: Брно, Чешская Республика, 2003. ISBN 80-7302-053-X .

внешние ссылки

«Почему механизмы важны в обращении с радиоактивными отходами?» - Королевское химическое общество
"Спектроскопия для экологических исследований видов актинидов" - Федерация американских ученых

Languages

In other projects