Радиоактивность окружающей среды - Environmental radioactivity
 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста помоги Улучши это или обсудите эти вопросы на страница обсуждения. (Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)
|
Относящийся к окружающей среде радиоактивность производится радиоактивными материалами в человек среда. Хотя некоторые радиоизотопы, Такие как стронций-90 (90Sr) и технеций-99 (99Tc), встречаются только на земной шар в результате деятельности человека, а некоторые, например калий-40 (40K), присутствуют только в результате естественных процессов, несколько изотопов, например тритий (3H) являются результатом как естественных процессов, так и деятельности человека. Концентрация и расположение некоторых природных изотопов, в частности уран-238 (238U), могут быть затронуты деятельностью человека.
Уровень фона в почвах
Радиоактивность присутствует везде, и был с момента образования Земли. Естественная радиоактивность, обнаруженная в почве, в основном связана со следующими четырьмя естественными радиоизотопами: 40K, 226Ра, 238U и 232Чт. В одном килограмме почвы калий-40 составляет в среднем 370Бк излучения, с типичным диапазоном 100–700 Бк; каждый из остальных дает около 25 Бк с типичными диапазонами 10–50 Бк (7–50 Бк для 232Th).[1] Некоторые почвы могут сильно отличаться от этих норм.
Морской и речной ил
Недавний отчет о Сава река в Сербия предполагает, что во многих речных илах содержится около 100 Бк / кг.−1 природных радиоизотопов (226Ра, 232Че, и 238U).[2] Согласно Объединенные Нации нормальная концентрация урана в почве составляет 300 мкг / кг.−1 и 11,7 мг кг−1.[3] Хорошо известно, что некоторые растения, называемые гипераккумуляторы, способны поглощать и концентрировать металлы в своих тканях; йод был впервые изолирован от водоросли в Франция, что предполагает, что морские водоросли являются гипераккумулятором йода.
Синтетические радиоизотопы также могут быть обнаружены в иле. Басби[нужна цитата ] цитирует отчет Гарланда об активности плутония в приливных отложениях Уэльса. и другие. (1989), из которого следует, что чем ближе сайт к Селлафилд, тем выше концентрация плутония в иле. Некоторая взаимосвязь между расстоянием и активностью может быть замечена в их данных, когда они построены на экспоненциальной кривой, но разброс точек велик (R2 = 0.3683).
Рукотворный
Дополнительную радиоактивность в биосфере, вызванную деятельностью человека из-за выбросов антропогенной радиоактивности и естественных радиоактивных материалов (NORM), можно разделить на несколько классов.
- Нормальные лицензированные выбросы, которые происходят во время нормальной эксплуатации завода или технологического процесса, работающего с техногенными радиоактивными материалами.
- Например, выпуск 99Tc из ядерная медицина отделение больницы, которое происходит, когда человек, получивший агент визуализации Tc, изгоняет агент.
- Выбросы искусственных радиоактивных материалов во время промышленной или исследовательской аварии.
- Например, Чернобыльская авария.
- Выбросы, произошедшие в результате военной деятельности.
- Например, испытание ядерного оружия.
- Выбросы, которые происходят в результате преступление.
- Например, Гоянская авария где воры, не подозревая о его радиоактивном составе, украли некоторое медицинское оборудование, в результате чего ряд людей подверглись воздействию радиации.
- Выбросы естественных радиоактивных материалов (NORM) в результате горных работ и т. Д.
- Например, выбросы следовых количеств урана и тория в угле при его сжигании на электростанциях.
Сельское хозяйство и передача человеку выпавшей радиоактивности
То, что радиоизотоп попадает на поверхность почвы, не означает, что он попадет в человек пищевая цепочка. После попадания в окружающую среду радиоактивные материалы могут достигать людей различными путями, и химический состав элемента обычно определяет наиболее вероятный путь.
Коровы
Иржи Хала утверждает в своем учебнике «Радиоактивность, ионизирующие излучения и ядерная энергия» [4] который крупный рогатый скот пройти только меньшинство стронций, цезий, плутоний и америций они глотают людей, которые потребляют молоко и мясо. На примере молока: если корова ежедневно потребляет 1000 Бк предшествующих изотопов, то молоко будет иметь следующие функции.
- 90Sr, 2 Бк / л
- 137Cs, 5 Бк / л
- 239Pu, 0,001 Бк / л
- 241Am, 0,001 Бк / л
Почва
Иржи Хала учебник утверждает, что почвы сильно различаются по способности связывать радиоизотопы, глина частицы и гуминовые кислоты может изменить распределение изотопов между почвенной водой и почвой. Коэффициент распределения Kd - коэффициент радиоактивности почвы (Бк · г−1) к воде почвы (Бк / мл−1). Если радиоактивность тесно связана с минералами в почве, то меньшее количество радиоактивности может быть поглощено культурами и трава растет в почве.
Тест Троицы
Одним из серьезных источников антропогенной радиоактивности является ядерное оружие тест. Стеклянный тринитит созданная первой атомной бомбой содержит радиоизотопы образована нейтронная активация и ядерное деление. Кроме того, присутствуют некоторые природные радиоизотопы. Недавняя статья[5] сообщает об уровнях долгоживущих радиоизотопов в тринитите. Тринитит образовался из полевой шпат и кварц которые были растоплены жарой. Были использованы два образца тринитита, первый (левые столбцы на графике) был взят на расстоянии от 40 до 65 метров от нулевой точки, а второй образец был взят еще дальше от нулевой уровень точка.
В 152Европа (период полураспада 13,54 года) и 154Eu (период полураспада 8,59 года) в основном образовывались нейтронной активацией европий в почве ясно, что уровень радиоактивности этих изотопов наиболее высок там, где доза нейтронов почва был больше. Несколько из 60Co (период полураспада 5,27 года) генерируется активацией кобальт в почве, но некоторые из них были также образованы в результате активации кобальта в почве. стали (100 футов) башня. Этот 60Co из башни рассыпался бы по всей территории, уменьшив разницу в уровнях почвы.
В 133Ба (период полураспада 10,5 года) и 241Являюсь (период полураспада 432,6 года) обусловлены нейтронной активацией бария и плутония внутри бомбы. В барий присутствовал в форме нитрата в используемых химических взрывчатых веществах, в то время как плутоний был делящийся используется топливо.
В 137Уровень Cs выше в образце, который находился дальше от нулевой точки - считается, что это связано с тем, что предшественники 137Cs (137я и 137Xe) и, в меньшей степени, сам цезий летучие. Естественные радиоизотопы в стекле примерно одинаковы в обоих местах.
Продукты активации
Действие нейтроны на конюшне изотопы может сформировать радиоизотопы, например, нейтронная бомбардировка (нейтронная активация) азот -14 форм углерод -14. Этот радиоизотоп может выделяться из ядерный топливный цикл; это радиоизотоп, ответственный за большую часть дозы, получаемой населением в результате деятельности атомная энергия промышленность.[нужна цитата ]
Испытания ядерной бомбы увеличили специфическая деятельность углерода, тогда как использование ископаемого топлива уменьшило его. См. Статью о радиоуглеродное датирование для получения дополнительной информации.
Продукты деления
Сбросы с АЭС в пределах ядерный топливный цикл вносить продукты деления в окружающую среду. Релизы от ядерная переработка растения, как правило, содержат радиоизотопы от среднего до долгоживущего; это потому что ядерное топливо дают остыть в течение нескольких лет перед растворением в азотная кислота. Релизы от ядерный реактор аварии и взрывы бомб будут содержать большее количество короткоживущих радиоизотопов (когда количество выражается в активности Бк )).
Недолго
Примером короткоживущего продукта деления является йод-131, это также может быть образовано как продукт активации нейтрон активация теллур.
Как при выпадении бомбы, так и при выбросе в результате аварии на энергетическом реакторе короткоживущие изотопы приводят к тому, что мощность дозы в первый день будет намного выше, чем та, которая будет получена на том же участке много дней спустя. Это справедливо, даже если не предпринимаются попытки обеззараживания. На графиках ниже общее гамма-доза показаны мощность и доля дозы каждого основного изотопа, выпущенного в результате аварии на Чернобыльской АЭС.
Средне прожитые
Примером живого медиума является 137Cs, период полураспада которого составляет 30 лет. Цезий выделяется в осадках бомбы и ядерный топливный цикл. Была написана статья о радиоактивности в устрицы найдено в ирландское море, они были найдены гамма-спектроскопия содержать 141Ce, 144Ce, 103RU, 106RU, 137Cs, 95Zr и 95Nb.[нужна цитата ] Кроме того, цинк активационный продукт (65Zn), считается, что это связано с коррозия из магнокс оболочки твэлов в бассейнах выдержки.[6] Концентрация всех этих изотопов в Ирландском море, связанная с ядерными установками, такими как Селлафилд, за последние десятилетия значительно снизилась.
Важная часть Чернобыль выбросом был цезий-137, этот изотоп ответственен за большую часть длительного (по крайней мере, через год после пожара) внешнего облучения, которое произошло на площадке. Изотопы цезия в выпадениях повлияли на сельское хозяйство. [2]
Большое количество цезия было выделено во время Гоянская авария где радиоактивный источник (предназначенный для использования в медицине) был украден, а затем разбит во время попытки переработать его в металлолом. Аварию можно было остановить в несколько этапов; во-первых, последние законные владельцы источника не смогли организовать хранение источника в надежном и безопасном месте; во-вторых, забравшие металлоломы не смогли распознать маркировку, указывающую на то, что это радиоактивный объект.
Soudek и другие. сообщил в 2006 г. подробности о потреблении 90Sr и 137Cs в подсолнухи вырос под гидропонный условия.[7] Цезий был обнаружен в жилках листьев, в стебле и в апикальный листья. Выяснилось, что в растение попало 12% цезия и 20% стронция. В этом документе также сообщается подробное описание эффекта калий, аммоний и кальций ионы на поглощение радиоизотопов.
Цезий прочно связывается с глина минералы, такие как иллит и монтмориллонит; следовательно, он остается в верхних слоях почвы, где к нему могут получить доступ растения с неглубокими корнями (например, трава). Следовательно трава и грибы может нести значительное количество 137Cs, который может передаваться человеку через пищевая цепочка. Одна из лучших мер в молочном животноводстве против 137Cs - глубоко перемешать почву вспашка почва. Это приводит к тому, что 137Cs вне досягаемости мелководья корни травы, следовательно, уровень радиоактивности в траве будет снижен. Кроме того, после ядерной войны или серьезной аварии удаление нескольких верхних сантиметров почва и его захоронение в неглубокой траншее снизит длительную дозу гамма-излучения до люди из-за 137Cs как гамма фотоны будут ослаблены их прохождением через почва. Чем дальше траншея находится от людей и чем глубже траншея, тем выше степень защиты, которую будет обеспечивать человеческое население.
В домашний скот сельское хозяйство, важная мера противодействия 137Cs - немного покормить животных берлинская лазурь. Этот утюг калий цианид соединение действует как ионообменник. Цианид настолько прочно связан с железом, что человеку безопасно съедать несколько граммов берлинской синей в день. Берлинская лазурь уменьшает биологический период полураспада (не путать с период полураспада ядра ) цезия). Физический или ядерный период полураспада 137Cs составляет около 30 лет, что является постоянной величиной и не подлежит изменению; однако биологический период полураспада будет меняться в зависимости от природы и привычек организма, для которых он выражен. Цезий у человека обычно имеет биологический период полураспада от одного до четырех месяцев. Дополнительным преимуществом берлинской лазурки является то, что цезий, который удаляется из животных в помет находится в форме, недоступной для растений. Следовательно, он предотвращает переработку цезия. Форма берлинской лазури, необходимая для лечения людей или животных, относится к особому сорту. Попытки использовать пигмент сорт, используемый в краски не увенчались успехом.
Долго жил
Примеры долгоживущих изотопов включают йод -129 и Tc-99, период полураспада которых составляет 15 миллионов и 200 000 лет соответственно.
Плутоний и другие актиниды
В популярной культуре плутоний считается основной угрозой для жизнь и здоровье что неправильно; при приеме внутрь плутония вряд ли будет полезно для здоровья, другие радиоизотопы, такие как радий более токсичны для человека. Тем не менее, введение трансуран такие элементы, как плутоний в среда по возможности следует избегать. В настоящее время деятельность ядерная переработка промышленность была предметом больших споров, поскольку один из опасений тех, кто выступает против отрасли, заключается в том, что большие количества плутония будут либо неправильно обработаны, либо выброшены в окружающую среду.
В прошлом одним из крупнейших выбросов плутония в окружающую среду было ядерная бомба тестирование.
- В ходе этих испытаний в воздухе некоторое количество плутония было разбросано по всему земному шару; такое большое растворение плутония привело к тому, что угроза для каждого облученного человека очень мала, поскольку каждый человек подвергается воздействию очень небольшого количества.
- В ходе подземных испытаний обычно образуется расплавленная порода, которая быстро охлаждает и запечатывает актиниды в породе, делая их неспособными двигаться; Опять же, угроза для людей невелика, если не выкопать место испытания.
- Наибольшую опасность для людей представляют испытания на безопасность, в которых бомбы подвергались моделированию аварий; некоторые участки земли, используемые для таких экспериментов (проводимых на открытом воздухе), не были полностью переданы для общего пользования, несмотря на то, что в одном случае была проведена обширная дезактивация.
Естественный
Продукты активации от космических лучей
Космогенные изотопы (или же космогенные нуклиды ) редки изотопы создан, когда высокоэнергетический космический луч взаимодействует с ядро из на месте атом. Эти изотопы производятся в таких земных материалах, как горные породы или же почва, в Земли атмосфера, и во внеземных предметах, таких как метеориты. Измеряя космогенные изотопы, ученые могут получить представление о ряде геологический и астрономический процессы. Есть оба радиоактивный и стабильный космогенные изотопы. Некоторые из этих радиоизотопов тритий, углерод -14 и фосфор -32.
Режимы производства
Вот список радиоизотопов, образовавшихся под действием космические лучи по атмосфере; список также содержит способ производства изотопа. Эти данные были получены из отчета SCOPE50, см. Таблицу 1.9 главы 1..
| Изотоп | Способ формирования |
|---|---|
| ³H (тритий) | 14N (п, 12C) ³H |
| 7Быть | Скалывание (N и O) |
| 10Быть | Расщепление (N и O) |
| 11C | Расщепление (N и O) |
| 14C | 14N (п, р) 14C |
| 18F | 18О (п, п)18F и скалывание (Ar) |
| 22Na | Расщепление (Ar) |
| 24Na | Расщепление (Ar) |
| 28Mg | Расщепление (Ar) |
| 31Si | Расщепление (Ar) |
| 32Si | Расщепление (Ar) |
| 32п | Расщепление (Ar) |
| 34мCl | Расщепление (Ar) |
| 35S | Расщепление (Ar) |
| 36Cl | 35Cl (п,)36Cl |
| 37Ar | 37Cl (p, n)37Ar |
| 38Cl | Расщепление (Ar) |
| 39Ar | 38Ar (n,)39Ar |
| 39Cl | 40Ar (n, np)39Cl & растрескивание (Ar) |
| 41Ar | 40Ar (n,)41Ar |
| 81Kr | 80Kr (п,) 81Kr |
Перенести на землю
Уровень бериллий -7 в воздухе связано с солнечное пятно цикл, поскольку солнечное излучение формирует этот радиоизотоп в атмосфере. Скорость, с которой он передается с воздуха на землю, частично зависит от погоды.
Приложения в геологии, перечисленные по изотопам
| элемент | масса | период полураспада (годы) | типичное приложение |
|---|---|---|---|
| гелий | 3 | - стабильный - | датировка экспонирования оливин -несущие скалы |
| бериллий | 10 | 1,36 миллиона | датировка экспонирования кварц -содержащие породы, отложения, датирование ледяных кернов, измерение скорости эрозии |
| углерод | 14 | 5,730 | знакомства органического вещества, воды |
| неон | 21 | - стабильный - | датирование очень стабильных, долго экспонированных поверхностей, в том числе метеориты |
| алюминий | 26 | 720,000 | датировка обнажения горных пород, отложений |
| хлор | 36 | 308,000 | датировка горных пород грунтовые воды трассирующий |
| кальций | 41 | 103,000 | датировка экспонирования карбонатные породы |
| йод | 129 | 15,7 миллиона | индикатор грунтовых вод |
Приложения знакомств
Потому что космогенные изотопы давно период полураспада (от тысяч до миллионов лет), ученые считают их полезными для геологических знакомства. Космогенные изотопы производятся на поверхности Земли или вблизи нее и поэтому обычно применяются для решения задач измерения возраста и скорости геоморфный и осадочный события и процессы.
Конкретные применения космогенных изотопов включают:
- датирование экспонирования земных поверхностей, включая ледниковый очищенный коренная порода, вина уступы, оползень обломки
- датировка захоронения отложений, коренных пород, льда
- измерение установившегося состояния эрозия тарифы
- абсолютное свидание органического вещества (радиоуглеродное датирование )
- абсолютное датирование водных масс, измерение скорости переноса подземных вод
- абсолютная датировка метеоритов, поверхности Луны
Методы измерения долгоживущих изотопов
Чтобы измерить космогенные изотопы, образующиеся в твердых земных материалах, таких как горные породы, образцы обычно сначала подвергаются процессу механического разделения. Образец является измельченным и желательным материалом, например, конкретным минералом (кварц в случае Be-10), отделяется от нежелательного материала с помощью разделения по плотности в тяжелой жидкой среде, такой как вольфрамат лития-натрия (LST). Затем образец растворяют, добавляют обычный изотопный носитель (носитель Be-9 в случае Be-10), и водный раствор очищают до оксида или другого чистого твердого вещества.
Наконец, отношение редкого космогенного изотопа к общему изотопу измеряется с помощью ускоритель масс-спектрометрии. Исходная концентрация космогенного изотопа в образце затем рассчитывается с использованием измеренного изотопного отношения, массы образца и массы носителя, добавленного к образцу.
Радий и радон от распада долгоживущих актинидов
Радий и радон находятся в окружающей среде, поскольку являются продуктами распада уран и торий.
Радон (222Rn), выброшенный в воздух, распадается на 210Pb и другие радиоизотопы, а также уровни 210Pb можно измерить. Скорость осаждения этого радиоизотопа зависит от погоды. Ниже приведен график скорости осаждения, наблюдаемой в Япония.[8]
Уран-свинцовые датировки
Уран -вести датирование обычно проводится на минерале циркон (ZrSiO4), хотя можно использовать и другие материалы. Циркон содержит уран атомы в его кристаллическую структуру в качестве замены цирконий, но категорически отвергает свинец. Он имеет высокую температуру блокировки, устойчив к механическим воздействиям и химически инертен. Циркон также образует несколько кристаллических слоев во время метаморфических событий, каждый из которых может фиксировать изотопный возраст события. Они могут быть датированы SHRIMP ион микрозонд.
Одним из преимуществ этого метода является то, что любой образец обеспечивает два тактовых генератора, один из которых основан на распаде урана-235 до свинца-207 с период полураспада около 703 миллионов лет, и один основан на распаде урана-238 до свинца-206 с периодом полураспада около 4,5 миллиардов лет, обеспечивая встроенную перекрестную проверку, которая позволяет точно определить возраст образца, даже если некоторые из свинец был утерян.
Смотрите также
- Журнал экологической радиоактивности
- Радиоактивный материал природного происхождения
- Радиоэкология
- Радий в окружающей среде
- Уран в окружающей среде
Рекомендации
- ^ Общие процедуры оценки и реагирования во время радиационной аварийной ситуации, Серия TECDOC МАГАТЭ, номер 1162, опубликована в 2000 г. [1]
- ^ З. Вукович, В. Сипка, Д. Тодорович и С. Станкович, Журнал радиоаналитической и ядерной химии, 2006, 268, 129–131.
- ^ Научный комитет Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации, 1993 г., Отчет Генеральной Ассамблее с научными приложениями, Нью-Йорк
- ^ Хала, Иржи; Навратил, Джеймс Д. (2003). Радиоактивность, ионизирующее излучение и ядерная энергия (2-е изд.). Брно: Конвой. ISBN 80-7302-053-X.
- ^ П.П. Парех, Т. Семков, М.А.Торрес, Д.К. Haines, J.M. Cooper, P.M. Розенберг и М.Э. Китто, Журнал экологической радиоактивности, 2006, 85, 103-120
- ^ А. Престон, J.W.R. Даттон и Б. Харви, Природа, 1968, 218, 689-690.
- ^ П. Судек, Ш. Валенова, З. Вавржикова и Т. Ванек, Журнал экологической радиоактивности, 2006, 88, 236-250
- ^ М. Ямамото и другие., Журнал экологической радиоактивности, 2006, 86, 110-131)
Ссылки о датировании космогенных изотопов
- Госсе, Джон С. и Филлипс, Фред М. (2001). "Земные космогенные нуклиды in situ: теория и применение". Четвертичные научные обзоры 20, 1475–1560.
- Грейнджер, Дэррил Э., Фабел, Дерек и Палмер, Артур Н. (2001). «Плиоцен-плейстоценовый разрез реки Грин-Ривер, штат Кентукки, определенный по радиоактивному распаду космогенных 26Al и 10Be в отложениях Мамонтовой пещеры». Бюллетень Геологического общества Америки 113 (7), 825–836.
дальнейшее чтение
- Радиоактивность, ионизирующее излучение и ядерная энергия, Дж. Хала и Дж. Д. Навратил
- Обзор на эту тему опубликовал Научный комитет по проблемам окружающей среды (SCOPE) в отчете SCOPE 50 Радиоэкология после чернобыля.