Плутоний в окружающей среде
| Часть серии о |
| Загрязнение |
|---|
 |
С середины 20 века плутоний в окружающей среде образуется в основном в результате деятельности человека. Первыми заводами по производству плутония для использования в времен Холодной войны атомных бомбах были ядерный объект в Хэнфорде в Вашингтоне и «Маяк» атомный завод в Челябинской области , Россия. В течение четырех десятилетий, [1] «оба выбросили в окружающую среду более 200 миллионов кюри радиоактивных изотопов – в два раза больше, чем было выброшено во время Чернобыльской катастрофы ». [2]
Большинство плутония изотопов недолговечны в геологическом масштабе времени . [3] хотя утверждалось, что следы долгоживущего 244 Изотоп Pu до сих пор существует в природе. [4] Этот изотоп был обнаружен в лунном грунте . [5] метеориты , [6] и в природном реакторе Окло . [7] Однако одно исследование плутония в морских отложениях показывает, что на выпадения атомной бомбы приходится 66% 239 Пу и 59% 240 Пу в Ла-Манше . Напротив, ядерная переработка обеспечивает большую часть 238 Пу и 241 Pu в океанах Земли, тогда как на испытания ядерного оружия приходится только 6,5% и 16,5% этих изотопов соответственно. [8]
Источники плутония
[ редактировать ]Производство плутония
[ редактировать ]
Ричленд, штат Вашингтон, был первым городом, созданным для поддержки производства плутония на близлежащей ядерной площадке в Хэнфорде для питания американских арсеналов ядерного оружия. Озерск, Россия поддержала производство плутония для питания советских ядерных арсеналов на «Маяк» АЭС . Это были первые два города в мире, которые начали производить плутоний для использования в времен холодной войны атомных бомбах . [2]
В книге 2013 года « Плутопия: ядерные семьи, атомные города и великие советские и американские плутониевые катастрофы » Кейт Браун исследует здоровье пострадавших граждан как в США, так и в России, а также «замедленные катастрофы», которые до сих пор угрожают планете. среду, в которой расположены растения. [1] По словам Брауна, заводы в Хэнфорде и Маяке за четыре десятилетия выбросили в окружающую среду более 200 миллионов кюри радиоактивных изотопов, что в два раза превышает количество, выброшенное в результате чернобыльской катастрофы в каждом случае. [2]
Большая часть радиоактивного заражения Хэнфорда и Маяка на протяжении многих лет была частью нормальной деятельности. Непредвиденные аварии действительно происходили, но руководство завода держало это в секрете, и загрязнение продолжалось с прежней силой. Даже сегодня, когда угроза загрязнения здоровью и окружающей среде сохраняется, правительство скрывает от общественности информацию о связанных с этим рисках. [2]
Взрывы бомб
[ редактировать ]
В результате испытаний атомной бомбы в окружающую среду было выброшено около 3,5 тонн плутония. Хотя это может показаться значительным, это привело к очень небольшой дозе облучения большинства людей на Земле. В целом воздействие продуктов деления на здоровье намного сильнее, чем воздействие актинидов , высвободившихся в результате взрыва ядерной бомбы. Плутоний из топлива бомбы преобразуется в высокоактивный оксид , который поднимается высоко в воздух. Он медленно падает на землю в виде глобальных осадков и не растворяется , в результате чего этому плутонию трудно попасть в организм при попадании в организм. Большая часть этого плутония поглощается отложениями озер, рек и океанов. Однако около 66% плутония от взрыва бомбы образуется в результате нейтронного захвата урана-238; этот плутоний не превращается в результате взрыва бомбы в высокоактивный оксид, поскольку он образуется медленнее. Образовавшийся плутоний более растворим и более вреден в виде осадков. [9]
Некоторое количество плутония может отложиться вблизи точки взрыва. Стекловидный тринитит, образовавшийся в результате взрыва бомбы Тринити, был исследован, чтобы определить, какие актиниды и другие радиоизотопы он содержит. Статья 2006 года [10] сообщает об уровнях долгоживущих радиоизотопов в тринитите. 152 я иду 154 Eu образовался главным образом в результате нейтронной активации европия в почве, и уровень радиоактивности этих изотопов является самым высоким там, где доза нейтронов в почве была больше. Некоторые из 60 Co образовался в результате активации кобальта в почве, но некоторое его количество также образовалось в результате активации кобальта в стальной (100-футовой) башне, на которой стояла бомба. Этот 60 Co из башни разбросался бы по территории, уменьшая разницу в уровнях почвы. 133 Ба и 241 Am были созданы в результате нейтронной активации бария и плутония внутри бомбы. Барий используемых присутствовал в форме нитрата в химических взрывчатых веществах, а плутоний использовался в качестве делящегося топлива.
Как 239 Мог/ 240 Соотношение Pu изменилось лишь незначительно во время взрыва Тринити, это было прокомментировано. [11] что это соотношение изотопов для большинства атомных бомб (в Японии 239 Мог/ 240 Соотношение Pu в почве обычно находится в диапазоне от 0,17 до 0,19. [12] ) сильно отличается от бомбы, сброшенной на Нагасаки .
Испытания безопасности бомбы
[ редактировать ]
Плутоний также был выброшен в окружающую среду в ходе испытаний на безопасность . В этих экспериментах ядерные бомбы подвергались моделированию аварий или взрывались с аномальным инициированием химического взрывчатого вещества. Аномальный взрыв приведет к сжатию плутониевой ямы , которое будет менее равномерным и меньшим, чем расчетное сжатие в устройстве. В этих экспериментах, где деление ядер не происходит или происходит очень незначительно, металлический плутоний был разбросан по испытательным полигонам. Хотя некоторые из этих испытаний проводились под землей, другие проводились на открытом воздухе. Статья о радиоизотопах, оставшихся на острове в результате испытаний французской ядерной бомбы в 20-м веке, была напечатана Международным агентством по атомной энергии , и раздел этого отчета посвящен загрязнению плутонием, возникшему в результате таких испытаний. [13]
Другие аналогичные испытания были проведены в Маралинга, Южная Австралия, где проводились как обычные взрывы бомб, так и «испытания на безопасность». Хотя активность продуктов деления почти полностью исчезла (по состоянию на 2006 год), плутоний остается активным. [14] [15]
Космос
[ редактировать ]
Плутоний также может попасть в окружающую среду при входе в атмосферу искусственных спутников, содержащих атомные батареи . Таких инцидентов было несколько, наиболее заметным из которых стала миссия «Аполлон-13» . выполненный Пакет экспериментов на лунной поверхности «Аполлона», на лунном модуле, снова вошел в атмосферу над южной частью Тихого океана. Многие атомные батареи относятся к типу радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ). Плутоний-238, используемый в РИТЭГах, имеет период полураспада 88 лет, в отличие от плутония-239, используемого в ядерном оружии и реакторах , период полураспада которого составляет 24 100 лет. [ нужна полная цитата ] В апреле 1964 года SNAP-9A не смог выйти на орбиту и распался, разбросав примерно 1 килограмм (2,2 фунта) плутония-238 по всем континентам. Большая часть плутония выпала в южном полушарии. Было выброшено около 6300 ГБк или 2100 человеко-Зв радиации. [16] [17] [18] [19] и привело к разработке НАСА технологии солнечной фотоэлектрической энергии. [20] [ нужен лучший источник ]
Внутри РИТЭГов не происходят цепные реакции, поэтому ядерный расплав невозможен. Фактически, некоторые РИТЭГи устроены так, что деление вообще не происходит; формы радиоактивного распада скорее, вместо этого используются , которые не могут вызвать другие радиоактивные распады. В результате топливо в РИТЭГ расходуется гораздо медленнее и вырабатывается гораздо меньше энергии. РИТЭГи по-прежнему являются потенциальным источником радиоактивного загрязнения : если контейнер с топливом протечет, радиоактивный материал загрязнит окружающую среду. Основная проблема заключается в том, что если авария произойдет во время запуска или последующего пролета космического корабля вблизи Земли, вредный материал может быть выброшен в атмосферу. Однако это событие крайне маловероятно при нынешних конструкциях контейнеров РИТЭГ. [ нужна полная цитата ]
Чтобы свести к минимуму риск выброса радиоактивного материала, топливо обычно хранится в отдельных модульных блоках с собственной теплозащитой. Они окружены слоем металлического иридия и заключены в высокопрочные графитовые блоки. Эти два материала устойчивы к коррозии и термостойкости. Графитовые блоки окружает аэрооболочка, предназначенная для защиты всей сборки от тепла, возвращающегося в атмосферу Земли. Плутониевое топливо также хранится в термостойкой керамической форме, что сводит к минимуму риск испарения и аэрозолирования. Керамика также очень нерастворима . [ нужна полная цитата ]
Министерство энергетики США провело испытания в морской воде и установило, что графитовый корпус, спроектированный так, чтобы выдерживать вход в атмосферу, стабилен и выброса плутония произойти не должно. Последующие исследования не выявили увеличения естественного радиационного фона в этом районе. Авария «Аполлона-13» представляет собой экстремальный сценарий из-за высоких скоростей спуска корабля, возвращающегося из окололунного пространства. Эта авария послужила подтверждением высокой безопасности конструкции РИТЭГов более позднего поколения.
Ядерный топливный цикл
[ редактировать ]Плутоний попал в окружающую среду в водном растворе на заводах по ядерной переработке и обогащению урана . Химический состав этого плутония отличается от химического состава оксидов металлов, образовавшихся в результате взрывов ядерных бомб .
Одним из примеров попадания плутония в почву является Роки-Флэтс , где в недавнем прошлом XANES ( рентгеновская спектроскопия) использовался для определения химической природы плутония в почве . [21] XANES использовался для определения степени окисления плутония, а EXAFS использовался для исследования структуры соединения плутония, присутствующего в почве и бетоне . [22]
Чернобыль
[ редактировать ]Поскольку оксид плутония очень нелетуч, большая часть плутония в реакторе не выделилась во время пожара. Однако то, что было выпущено, можно измерить. В.И. Йощенко и др. сообщили, что травяные и лесные пожары могут привести к тому, что цезий , стронций и плутоний снова станут подвижными в воздухе. [23]
Фукусима
[ редактировать ]Продолжающийся кризис на этом объекте включает в себя бассейны с отработавшим топливом на верхних этажах, подверженные воздействию элементов со сложными продуктами МОХ-топлива и плутония. Рабочая группа правительства Японии запросила материалы в Международный научно-исследовательский институт вывода из эксплуатации ядерных объектов. [24] в отношении текущих проблем с загрязненной водой. [25]
Ядерное преступление
[ редактировать ]Зарегистрировано 18 случаев. [ написание? ] хищения или потери высокообогащенного урана (ВОУ) и плутония , подтвержденного МАГАТЭ. [26]
Известен случай, когда немец пытался отравить свою бывшую жену плутонием, украденным с WAK (Wiederaufbereitungsanlage Karlsruhe ), небольшого завода по переработке, где он работал. Он не украл большое количество плутония, а просто тряпки, которыми протирали поверхности, и небольшое количество жидких отходов. За свое преступление мужчину посадили в тюрьму . [27] По крайней мере еще два человека были заражены плутонием. [ нужна ссылка ] Также были заражены две квартиры в Рейнланд-Пфальце . [28] Позже они были очищены и обошлись в два миллиона евро .
Экологическая химия
[ редактировать ]Обзор
[ редактировать ]Плутоний, как и другие актиниды, легко образует диоксид плутонильного ядра (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. [ нужна ссылка ]
- РиО 2 (СО 3 ) 1 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. [ нужна ссылка ]
Связывание с почвой
[ редактировать ]Известно, что плутоний очень прочно связывается с частицами почвы (см. выше 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. Следовательно, стало возможным использовать 134 Почва, меченная Cs, для изучения миграции Pu и Cs в почвах. процессы коллоидного транспорта контролируют миграцию Cs (и будут контролировать миграцию Pu) в почве на экспериментальной установке по изоляции отходов . По данным Р.Д. Уиккера и С.А. Ибрагима, [29] Дж. Д. Чаплин и др. недавно сообщалось о достижениях в области метода диффузионных градиентов в тонких пленках , которые предоставили метод измерения лабильного биодоступного плутония в почвах, а также в пресной и морской воде. [30]
Микробиологическая химия
[ редактировать ]Мэри Ной (в Лос-Аламосе , США) провела работу, которая предполагает, что бактерии могут накапливать плутоний, поскольку системы транспорта железа, используемые бактериями, также функционируют как системы транспорта плутония. [31] [32] [33]
Биология
[ редактировать ]Плутоний, проглоченный или введенный человеку, транспортируется в трансферрина (III) на основе системе транспорта железа , а затем сохраняется в печени в хранилище железа ( ферритин ). После воздействия плутония важно быстро ввести субъекту хелатирующий агент. агент, такой как кальция комплекс [34] ДТПА . [35] [36] Это противоядие полезно при однократном воздействии, например, если работник перчаточного бокса порежет руку предметом, загрязненным плутонием. Комплекс кальция имеет более быструю кинетику связывания металлов, чем комплекс цинка , но если комплекс кальция используется в течение длительного времени, он имеет тенденцию выводить из организма важные минералы. Комплекс цинка менее способен вызывать эти эффекты.
Плутоний, вдыхаемый человеком, оседает в легких и медленно перемещается в лимфатические узлы . Было показано, что вдыхание плутония приводит к раку легких у экспериментальных животных. [37]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Браун, Кейт (2013). Плутопия: ядерные семьи, атомные города и великие советские и американские плутониевые катастрофы . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-985576-6 .
- ^ Jump up to: а б с д Роберт Линдли (2013). «Кейт Браун: Ядерные «Плутопии» — крупнейшая программа социального обеспечения в американской истории» . Сеть исторических новостей .
- ^ «Плутоний» (PDF) . Информационный бюллетень о здоровье человека . Аргоннская национальная лаборатория, EVS. Август 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 25 февраля 2009 г. Проверено 6 июля 2009 г.
- ^ П.К. Курода , Отчеты о химических исследованиях , 1979, 12 (2), 73-78 [1]
- ^ Курода, П.К. и Майерс, В.А. «Датирование плутония-244 III начального отношения плутония к урану в лунных образцах». Журнал радиоаналитической и ядерной химии 150, 71.
- ^ Майерс, В.А., и Курода, П.К. «Датирование плутония-244 IV. Начальное соотношение плутония и урана в метеоритах Ренаццо, Мокойя и Грозная». Журнал радиоаналитической и ядерной химии 152, 99.
- ^ Курода, П.К. «Плутоний-244 в ранней Солнечной системе и дофермиевском естественном реакторе» (лекция лауреата премии Сибата). Геохимический журнал 26, 1. (1992)
- ^ OFX Донард, Ф. Брюно, М. Молдован, Х. Гарро, В. Н. Эпов и Д. Буст. Analytica Chimica Acta 2007, 587 , 170–179.
- ^ Радиохимия и ядерная химия, Г. Чоппин, Дж.О. Лильензин и Дж. Ридберг, 3-е издание, Баттерворт-Хайнеманн, 2002 г.
- ^ П. П. Парех, Т. М. Семков, М. А. Торрес, Д. К. Хейнс, Дж. М. Купер, П. М. Розенберг и М. Е. Китто, Журнал экологической радиоактивности , 2006, 85 , 103-120.
- ^ Ю. Сайто-Кокубу, Ф. Эсака, К. Ясуда, М. Магара, Ю. Миямото, С. Сакураи, С. Усуда, Х. Ямазаки, С. Ёсикава и С. Нагаока, Прикладное излучение и изотопы , 2007, 65 (4), 465-468
- ^ С. Ёсида, Ю. Мурамацу, С. Ямазаки и Т. Бан-най, Журнал радиоактивности окружающей среды , 2007, В прессе дои : 10.1016/j.jenvrad.2007.01.019
- ^ Радиационная ситуация на атоллах Муруроа и Фангатауфа (PDF) . Международное агентство по атомной энергии . 1998. ISBN 92-0-101198-9 . Проверено 6 июля 2009 г.
- ^ «Ресурсы (отчет martac)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 28 марта 2011 г.
- ^ «Алан Паркинсон - Национальная конференция 2000 года - MAPW Australia» . Архивировано из оригинала 1 февраля 2008 г.
- ^ Аттила Вертес , Шандор Надь, Золтан Кленчар, Резсо Г. Ловас «Справочник по ядерной химии», опубликовано в 2003 г.
- ^ «Энергия, отходы и окружающая среда: геохимическая перспектива», автор Р. Жере, Питер Стилл. Страница 145.
- ^ Готовность к чрезвычайным ситуациям для спутников с ядерными двигателями . Стокгольм: Организация экономического сотрудничества и развития. 1990. с. 21. ISBN 9264133526 .
- ^ Харди, EP; Крей, П.В. и Волчок, Х.Л. (1972). Глобальная инвентаризация и распространение Pu-238 из SNAP-9A (PDF) . Комиссия по атомной энергии США. п. 6. дои : 10.2172/4689831 .
- ^ Гроссман, Карл . «Ядерное оружие в космосе после трагедии в Колумбии» . Иероним и компания . Проверено 27 августа 2012 г.
- ^ Кларк, Дэвид Л. (29 мая 2002 г.). «Уборка в Роки-Флэтс» . Лос-Аламосская национальная лаборатория . Стэнфордский источник света синхротронного излучения . Проверено 6 июля 2009 г.
- ^ «Определение валентного состояния загрязнения плутонием с использованием рентгеновского поглощения. Тонкая структура позволяет повторно использовать бетон» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 октября 2011 года.
- ^ ( Журнал радиоактивности окружающей среды , 2006, 86 , 143-163.)
- ^ «Международный научно-исследовательский институт ядерного вывода из эксплуатации┃ВЕРХНЯЯ страница» . Архивировано из оригинала 16 октября 2013 г. Проверено 13 октября 2013 г.
- ^ «Запрос информации (RFI) по вопросам загрязненной воды» .
- ^ Банн, Мэтью и генерал-полковник. Е.П. Маслин (2010). «Все запасы ядерных материалов, пригодных для оружия, во всем мире должны быть защищены от глобальных террористических угроз» (PDF) . Белферовский центр науки и международных отношений Гарвардского университета . Проверено 26 июля 2012 г.
- ^ «Мудрый NC; Германия: плутониевый суп как орудие убийства?» . Новостное коммюнике WISE . 05.10.2001 . Проверено 6 июля 2009 г.
- ^ Хофер, Хаген. «Очистка двух квартир от загрязнения GBq-Pu, загрязненных в результате кражи Pu на WAK (Пилотный завод по переработке - Карлсруэ)» (PDF) .
- ^ Журнал радиоактивности окружающей среды , 2006, 88 , 171-188.
- ^ 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 .
- ^ Ной, Мэри П. (26 ноября 2000 г.). «Сидерофор-опосредованная химия и микробное поглощение плутония» (PDF) . Химические взаимодействия актинидов в окружающей среде . Лос-Аламосская наука: 416–417 . Проверено 6 июля 2009 г.
- ^ Джон С.Г., Руджеро CE, Херсман Л.Е., Тунг К.С., член парламента Ной (июль 2001 г.). «Сидерофор опосредованное накопление плутония Microbacterium flavescens (JG-9)». Окружающая среда. наук. Технол . 35 (14): 2942–8. Бибкод : 2001EnST...35.2942J . дои : 10.1021/es010590g . ПМИД 11478246 .
- ^ «Бактериальные биотрансформации для стабилизации плутония in situ» (PDF) . Апрель 2005 года . Проверено 6 июля 2009 г.
- ^ «Инъекция пентетата тринатрия кальция (Ca-DTPA)» . Сернер Мультум. Архивировано из оригинала 28 сентября 2007 года . Проверено 6 июля 2009 г.
- ^ ORISE: Центр помощи в радиационных чрезвычайных ситуациях / учебная площадка
- ^ «Пентетат тринатрия цинка для инъекций (Zn-DTPA)» . Сернер Мультум. Архивировано из оригинала 28 сентября 2007 года . Проверено 6 июля 2009 г.
- ^ «CDC Радиационные чрезвычайные ситуации | Краткий обзор радиоизотопов: плутоний-239 (Pu-239)» . www.cdc.gov . 21 апреля 2022 г. Проверено 17 июня 2022 г.
