Актиниды в окружающей среде
| Часть серии о |
| Загрязнение |
|---|
 |
Ряд актинидов представляет собой группу химических элементов с атомными номерами от 89 до 102. [примечание 1] включая такие известные элементы, как уран и плутоний . Нуклиды нептуния (или изотопы ) торий-232 , уран-235 и уран-238 встречаются изначально , тогда как следовые количества актиния , протактиния , и плутония существуют в результате радиоактивного распада и (в случае нептуния и плутония) нейтронный захват урана. [примечание 2] Эти элементы гораздо более радиоактивны, чем встречающиеся в природе торий и уран, и поэтому имеют гораздо более короткий период полураспада . Элементы с атомными номерами больше 94 не существуют на Земле в природе и должны производиться в ядерном реакторе . [2] Однако некоторые изотопы элементов вплоть до калифорния (атомный номер 98) все еще находят практическое применение, использующее их радиоактивные свойства. [3] [4]
Хотя все актиниды радиоактивны, актиниды и их соединения составляют значительную часть земной коры. [5] Тория и урана достаточно для коммерческой добычи, причем концентрация тория в земной коре примерно в четыре раза превышает концентрацию урана. [6] Мировое производство урана в 2021 году составило более шести миллионов тонн, причем Австралия . ведущим поставщиком была [7] Торий добывается как побочный продукт получения титана , циркония , олова и редкоземельных металлов из монацита , отходами которого часто являются торий. Несмотря на большую распространенность тория в земной коре, низкий спрос на торий по сравнению с другими металлами, добываемыми вместе с торием, привел к глобальному избытку. [8]
Основной опасностью, связанной с актинидами, является их радиоактивность , хотя они также могут вызвать отравление тяжелыми металлами при попадании в кровоток . [9] Как правило, проглоченные нерастворимые соединения актинидов, такие как диоксид урана и смешанное оксидное топливо (MOX) , проходят через пищеварительный тракт с небольшим эффектом, поскольку они имеют длительный период полураспада и не могут растворяться и всасываться в кровоток. [10] Однако вдыхаемые соединения актинидов будут более разрушительными, поскольку они остаются в легких и облучают легочную ткань.
актиний
[ редактировать ]Актиний можно найти в естественных количествах в урановой руде. 227 Ac, α- и β- излучатель с периодом полураспада 21,773 года. Урановая руда содержит около 0,2 мг актиния на тонну урана. Чаще всего его получают в миллиграммовых количествах путем нейтронного облучения. 226 Ра в ядерном реакторе. Природный актиний почти исключительно состоит из одного изотопа: 227 Ac, с лишь незначительными следами других короткоживущих изотопов ( 225 переменного тока и 228 Ас), происходящие в других цепочках распада. [11]
Торий
[ редактировать ]
В Индии большое количество ториевой руды можно найти в виде монацита в россыпных отложениях западных и восточных прибрежных дюн песчаных , особенно в прибрежных районах штата Тамил Наду . Жители этой местности подвергаются естественной дозе радиации, в десять раз превышающей среднюю мировую. [12]
возникновение
[ редактировать ]Торий в небольших количествах встречается в большинстве горных пород и почв , где его примерно в три раза больше, чем урана, и примерно так же много, как свинца . В среднем почва обычно содержит около 6 частей на миллион (ppm) тория. [13] Торий встречается в нескольких минералах ; наиболее распространенным является редкоземельно-торий-фосфатный минерал монацит , который содержит до 12% оксида тория. Некоторые страны имеют значительные депозиты. 232 Th распадается очень медленно (период его полураспада примерно в три раза превышает возраст Земли ). Другие изотопы тория встречаются в цепочках распада тория и урана. Они недолговечны и, следовательно, гораздо более радиоактивны, чем 232 Хотя в массовом масштабе они незначительны.
Эффекты на людях
[ редактировать ]Торий связан с печени раком . В прошлом торий ( диоксид тория ) использовался в качестве контрастного вещества для медицинской рентгеновской радиографии, но его использование было прекращено. Он продавался под названием Торотраст .
Протактиний
[ редактировать ]Протактиний-231 в природе встречается в урановых рудах, таких как настуран, в количестве 3 частей на миллион в некоторых рудах. Протактиний естественным образом присутствует в почве, камнях, поверхностных и грунтовых водах, растениях и животных в очень низких концентрациях (порядка 1 ppt). [ Неясно, означает ли это части на тысячу или части на триллион ] или 0,1 пикокюри на грамм (пКи/г).
Уран
[ редактировать ]Уран – природный металл, широко распространенный. Он присутствует почти во всех почвах, и его больше, чем сурьмы , бериллия , кадмия , золота , ртути , серебра или вольфрама , и примерно так же много, как мышьяка или молибдена . Значительные концентрации урана встречаются в некоторых веществах, таких как месторождения фосфоритных пород, и минералах, таких как бурый нит и монацитовые пески в богатых ураном рудах (он добывается в коммерческих целях из этих источников).
Морская вода содержит около 3,3 частей на миллиард урана по весу. [14] так как уран (VI) образует растворимые карбонатные комплексы. Добыча урана из морской воды рассматривалась как способ получения этого элемента. Из-за очень низкой удельной активности урана химическое воздействие его на живые существа часто может перевешивать воздействие его радиоактивности. В некоторых местах в окружающую среду попало дополнительное количество урана в результате ядерного топливного цикла и использования обедненного урана в боеприпасах.
Нептун
[ редактировать ]Как и плутоний, нептуний имеет высокое сродство к почве. [15] Однако в долгосрочной перспективе он относительно мобилен, и диффузия нептуния-237 в грунтовые воды является серьезной проблемой при проектировании глубокого геологического хранилища для постоянного хранения отработавшего ядерного топлива . 237 Период полураспада Np составляет 2,144 миллиона лет и поэтому представляет собой долгосрочную проблему; но его период полураспада все же намного короче, чем у урана-238 , урана-235 или урана-236 , и 237 Таким образом, Np имеет более высокую удельную активность , чем эти нуклиды. Его используют только для производства плутония-238 при бомбардировке нейтронами в лаборатории.
Плутоний
[ редактировать ]Источники
[ редактировать ]Плутоний в окружающей среде имеет несколько источников. К ним относятся:
- Атомные батареи
- В космосе
- В кардиостимуляторах
- Взрывы бомб
- Испытания безопасности бомбы
- Ядерное преступление
- Ядерный топливный цикл
- Атомные электростанции
Экологическая химия
[ редактировать ]Плутоний, как и другие актиниды, легко образует плутония ядро из диоксида ( плутонила ) (PuO 2 ). В окружающей среде это плутонильное ядро легко образует комплексы с карбонатом , а также с другими фрагментами кислорода (OH − , НЕТ 2 − , НЕТ 3 − и ТАК 4 2− ) с образованием заряженных комплексов, которые могут быть легко подвижными и имеют низкое сродство к почве.
- PuO2COPuO2CO3 2−
- РиО 2 (СО 3 ) 2 4−
- РиО 2 (СО 3 ) 3 6−
PuO 2 , образующийся при нейтрализации сильнокислых растворов азотной кислоты, имеет тенденцию образовывать полимерный PuO 2 , устойчивый к комплексообразованию. Плутоний также легко меняет валентность между состояниями +3, +4, +5 и +6. Обычно некоторая часть плутония в растворе существует во всех этих состояниях в равновесии.
Известно, что плутоний очень прочно связывается с частицами почвы; см. выше [ где? ] за рентгеноспектроскопическое исследование плутония в почве и бетоне . Хотя химический состав цезия сильно отличается от актинидов, хорошо известно, что и цезий, и многие актиниды прочно связываются с минералами в почве. появилась возможность использовать 134 Почва, меченная Cs, для изучения миграции Pu и Cs в почвах. Показано, что процессы коллоидного транспорта контролируют миграцию Cs (и будут контролировать миграцию Pu) в почве на Пилотном заводе по изоляции отходов . [16]
Америций
[ редактировать ]Америций часто попадает на свалки из выброшенных детекторов дыма . В большинстве муниципалитетов правила утилизации детекторов дыма очень мягкие. Например, в Великобритании разрешено утилизировать детектор дыма, содержащий америций, поместив его в мусорное ведро вместе с обычным бытовым мусором, но количество мусора в каждом мусорном баке ограничено. [ нужны разъяснения ] [ по закону? ] содержать только один детектор дыма. Производство продуктов, содержащих америций (например, детекторов дыма), а также ядерные реакторы и взрывы также могут привести к выбросу америция в окружающую среду. [17]
грузовик, перевозивший 900 детекторов дыма Сообщалось, что в 1999 году во Франции загорелся ; утверждается, что это привело к выбросу америция в окружающую среду. [18] В США «радиоактивный бойскаут» Дэвид Хан смог купить тысячи детекторов дыма по остаточным ценам и сконцентрировать из них америций.
Были случаи воздействия америция на людей. Худший случай произошел с Гарольдом Маккласки , который подвергся воздействию чрезвычайно высокой дозы америция-241 после несчастного случая, связанного с перчаточным боксом . Впоследствии его лечили хелатной терапией . Вполне вероятно, что оказанная ему медицинская помощь спасла ему жизнь; несмотря на схожее биораспределение и токсичность с плутонием, эти два радиоактивных элемента имеют разный химический состав в растворе. [19] Америций стабилен в степени окисления +3 , тогда как степень окисления плутония +4 может образовываться в организме человека. [20]
Наиболее распространенный изотоп америций-241 распадается (период полураспада 432 года) до нептуния-237, период полураспада которого гораздо дольше , поэтому в долгосрочной перспективе применимы проблемы, обсуждавшиеся выше для нептуния. [21]
Америций, попадающий в окружающую среду, имеет тенденцию оставаться в почве и воде на относительно небольших глубинах и может поглощаться животными и растениями во время роста; моллюски, такие как креветки, поглощают америций-241 в своих панцирях, а части зерновых растений могут быть заражены в результате воздействия. [22] В статье 2021 года Дж. Д. Чаплин и др. сообщили о достижениях в области диффузионных градиентов в технике тонких пленок , которые предоставили метод измерения лабильного биодоступного америция в почвах, а также в пресной и морской воде. [23]
Курий
[ редактировать ]Атмосферные соединения кюрия плохо растворимы 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 зафиксировано в суглинистых почвах. [24]
Калифорния
[ редактировать ]Калифорний довольно нерастворим в воде, но хорошо прилипает к обычной почве, и его концентрация в почве может быть в 500 раз выше, чем в воде, окружающей почвенные частицы. [25]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Лоренсий , элемент 103, иногда включается в ряд актинидов, несмотря на то, что он является частью переходного ряда 6d.
- ↑ Предполагается, хотя и не подтверждено, что долгоживущий изотоп 244 Пу может существовать изначально . [1]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ву, Ян; Син, Шан; Кристл, Маркус; Хоу, Шаочунь (2022) . 244 Пу в бастнезите Баян Обо» . Китайские химические письма . 33 (7): 3522–3526. doi : 10.1016/j.cclet.2022.03.036 . Проверено 29 января 2024 г.
- ^ Сиборг, Гленн Т.; Сегре, Эмилио (июнь 1947 г.). «Транс-урановые элементы». Природа . 159 (4052): 863–865. Бибкод : 1947Natur.159..863S . дои : 10.1038/159863a0 . ПМИД 20252546 .
- ^ «Америций в ионизационных дымовых извещателях» . www.epa.gov . Агентство по охране окружающей среды. 27 ноября 2018 г.
- ^ Эллис, Джейсон К. «Калифорний-252 ORNL будет играть ключевую роль в запуске новых реакторов | ORNL» . www.ornl.gov . Окриджская национальная лаборатория.
- ^ Херринг, Дж. Стивен (2012). Энциклопедия науки и техники устойчивого развития . Нью-Йорк: Спрингер. п. 11202. ISBN 978-0-387-89469-0 .
- ^ Сельдь, с. 11203
- ^ «Обзор добычи урана - Всемирная ядерная ассоциация» . world-nuclear.org . Всемирная ядерная ассоциация.
- ^ Сельдь, стр. 11204-11205.
- ^ Бринер, Уэйн (25 января 2010 г.). «Токсичность обедненного урана» . Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 7 (1): 303–313. дои : 10.3390/ijerph7010303 . ПМИД 20195447 .
- ^ Кейт, С; Фарун, О; Рони, Н.; Сциникариелло, Ф; Уилбур, С; Ингерман, Л; Льядос, Ф; Плевак, Д; Волерс, Д; Даймонд, Дж. (февраль 2013 г.). «Заявление общественного здравоохранения по урану» . Токсикологический профиль урана . ПМИД 24049861 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Пеппард, Д.Ф.; Мейсон, GW; Грей, PR; Мех, Дж. Ф. (1952). «Возникновение ряда (4n + 1) в природе» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 74 (23): 6081–6084. дои : 10.1021/ja01143a074 .
- ^ «Сборник политических и законодательных положений, касающихся разработки полезных ископаемых пляжного песка» . Правительство Индии. Архивировано из оригинала 4 декабря 2008 г. Проверено 19 декабря 2008 г.
- ^ ТОРИУМ Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний . Июль 1999 года.
- ^ «Уран: самое главное» . ВебЭлементы . Проверено 19 декабря 2008 г.
- ^ «Нептуний» (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория, EVS. Август 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 19 декабря 2008 г. Проверено 19 декабря 2008 г.
- ^ Уикер, Р.Д.; С.А. Ибрагим (2006). «Вертикальная миграция 134 Cs-содержащие частицы почвы в засушливых почвах: последствия для перераспределения плутония». Журнал экологической радиоактивности . 88 (2): 171–188. doi : 10.1016/j.jenvrad.2006.01.010 . PMID 16564117 .
- ^ Бунцл, К.; Краке, В. (1994). «Судьба выпадающего плутония и америция в окружающей среде: избранные примеры». Журнал сплавов и соединений . 213–214. Эльзевир Б.В.: 212–218. дои : 10.1016/0925-8388(94)90906-7 .
- ^ «Радиологический агент: Америций-241» . CBWInfo.com. Архивировано из оригинала 8 января 2009 г. Проверено 19 декабря 2008 г.
- ^ Тейлор, Дэвид М. (июль 1989 г.). «Биораспределение и токсичность плутония, америция и нептуния». Наука об общей окружающей среде . 83 (3): 217–225. Бибкод : 1989ScTEn..83..217T . дои : 10.1016/0048-9697(89)90094-6 . ПМИД 2781271 .
- ^ ПабХим. «Америций» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 13 декабря 2019 г.
- ^ Столл 2017-10-10T22:55:00Z, Кэрол (10 октября 2017 г.). «Факты о нептунии» . www.livscience.com . Проверено 13 декабря 2019 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ «Заявление общественного здравоохранения об америции» . CDC-ATSDR . Проверено 11 сентября 2016 г.
- ^ Чаплин Дж., Уорвик П., Канди А., Бочуд Ф., Фруадево П. (25 августа 2021 г.). «Новые конфигурации DGT для оценки биодоступного плутония, америция и урана в морской и пресноводной среде» . Аналитическая химия . 93 (35): 11937–11945. дои : 10.1021/acs.analchem.1c01342 . ПМИД 34432435 . S2CID 237307309 .
- ↑ Информационный бюллетень о здоровье человека о кюриуме. Архивировано 18 февраля 2006 г. в Wayback Machine , Национальная лаборатория Лос-Аламоса.
- ^ «Информационный бюллетень о здоровье человека: Калифорния» (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория. Август 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г.
- Бураков, Б.Е.; Оджован, Мичиган; Ли, МЫ (2010). Кристаллические материалы для иммобилизации актинидов . Лондон: Издательство Имперского колледжа. ISBN 978-1-84816-418-5 . Архивировано из оригинала 9 марта 2012 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Хала, Иржи и Джеймс Д. Навратил. Радиоактивность, ионизирующая радиация и ядерная энергия . Конвой: Брно, Чехия, 2003 г. ISBN 80-7302-053-X .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Почему механизмы имеют значение при обращении с радиоактивными отходами?» – Королевское химическое общество
- «Спектроскопия для экологических исследований видов актинидов» - Федерация американских ученых.
