Плутоний в окружающей среде

редактировать

С середины 20 века плутоний в окружающей среде в основном производился в результате деятельности человека. Первые заводы по производству плутония для использования в холодной войне атомных бомб были на ядерной площадке Хэнфорда в Вашингтоне и Маяк атомная станция, в России. За четыре десятилетия «оба выбросили в окружающую среду более 200 миллионов кюри радиоактивных изотопов - вдвое больше, чем было выброшено во время Чернобыльской катастрофы в каждом случае».

Большинство изотопов плутония недолговечны в геологическом масштабе времени, хотя утверждалось, что следы долгоживущего изотопа Pu все еще существуют в природе. Этот изотоп был обнаружен в лунном грунте, метеоритах и в природном реакторе Окло. Однако в одной статье о морских отложениях плутоний в морских отложениях, выпадение атомной бомбы является причиной 66% Pu и 59% Pu найден в проливе Ла-Манш, а ядерная переработка ответственна за большую часть Pu и Pu, присутствующих в океанах Земли. (На испытания ядерного оружия приходится только 6,5 и 16,5% этих изотопов соответственно).

Содержание

  • 1 Источники плутония
    • 1.1 Производство плутония
    • 1.2 Взрывы бомб
    • 1.3 Испытания безопасности бомб
    • 1.4 Космос
    • 1.5 Ядерный топливный цикл
    • 1.6 Чернобыль
    • 1.7 Фукусима
    • 1.8 Ядерная преступность
  • 2 Химия окружающей среды
    • 2.1 Обзор
    • 2.2 Связь с почвой
    • 2.3 Микробиологическая химия
  • 3 Биология
  • 4 Источники

Источники плутония

Производство плутония

Хэнфордская площадка представляет две трети высокоактивных радиоактивных отходов страны по объему. Ядерные реакторы выстроились вдоль берега реки на участке Хэнфорд вдоль реки Колумбия в январе 1960 года.

Ричленд, Вашингтон был первым городом, созданным для поддержки производства плутония на близлежащей ядерной площадке Хэнфорда., чтобы привести в действие американские арсеналы ядерного оружия. Озерск, Россия поддерживал производство плутония для питания советских ядерных арсеналов на Маяк АЭС. Это были первые два города в мире, которые произвели плутоний для использования в холодной войне атомных бомбах.

В книге 2013 года по истории этих двух разрушенных городов Плутопия: ядерная Семьи, атомные города и великие советские и американские плутониевые катастрофы (Оксфорд), Кейт Браун исследует здоровье пострадавших граждан как в Соединенных Штатах, так и в России, а также «медленные катастрофы» которые по-прежнему угрожают окружающей среде, в которой расположены растения. По словам Брауна, заводы в Хэнфорде и Маяке за четыре десятилетия «оба выбросили в окружающую среду более 200 миллионов кюри радиоактивных изотопов - вдвое больше, чем было выброшено в результате Чернобыльской катастрофы в каждый случай ».

Большая часть этого радиоактивного загрязнения на протяжении многих лет в Хэнфорде и« Маяке »являлась частью нормальной работы, но непредвиденные аварии действительно происходили, и руководство завода держало этот секрет в секрете, поскольку загрязнение продолжалось не утихает. Даже сегодня, когда угроза загрязнения для здоровья и окружающей среды сохраняется, правительство хранит информацию о связанных рисках от населения.

Взрывы бомб

Уровни радиоактивности в тринититовом стекле из двух разных образцов, измеренные гамма-спектроскопия на кусках стекла. Содержание америция - это текущее содержание, в то время как все остальные изотопы были рассчитаны обратно вскоре после момента взрыва. Изотопные сигнатуры плутония до и после взрыва.

Около 3,5 тонн плутония было выброшено в окружающая среда при испытаниях атомной бомбы. Хотя это может показаться большим количеством, большинство людей на Земле получили очень небольшую дозу. В целом воздействие на здоровье продуктов деления намного больше, чем действие актинидов, высвобождаемых при взрыве ядерной бомбы. Плутоний из топлива бомбы превращается в высокоактивный оксид , который уносится высоко в воздух. Он медленно падает на Землю в виде глобальных выпадений и не растворяется, в результате этого плутонию трудно включить в организм при попадании внутрь. Большая часть этого плутония попадает в отложения озер, рек и океанов. Однако около 66% плутония от взрыва бомбы образуется в результате нейтронного захвата урана-238; этот плутоний не превращается бомбой в оксид с сильным воспламенением, так как он образуется медленнее. Образовавшийся плутоний более растворим и более опасен в виде выпадений.

Некоторое количество плутония может осаждаться близко к точке взрыва. Стекловидный тринитит, образованный бомбой Тринити, был исследован на предмет того, какие актиниды и другие радиоизотопы он содержит. В статье 2006 года сообщается об уровнях долгоживущих радиоизотопов в тринитите. Eu и Eu в основном образовались нейтронной активацией европия в почве, и уровень радиоактивности для этих изотопов является самым высоким там, где доза нейтронов для почвы была больше. Некоторая часть Co была образована при активации кобальта в почве, но некоторая часть была также образована активацией кобальта в стальной (100-футовой) башне, на которой размещена бомба. стоял. Этот Co из башни был бы разбросан по территории, уменьшая разницу в уровнях почвы. Ba и Am были созданы нейтронной активацией бария и плутония внутри бомбы. барий присутствовал в форме нитрата в используемых химических взрывчатых веществах, в то время как плутоний был в качестве делящегося топлива.

Поскольку соотношение Pu / Pu незначительно изменилось во время взрыва Trinity, было отмечено, что это соотношение изотопов для большинства атомных бомб (в Японии соотношение Pu / Pu в почве обычно находится в диапазоне 0,17 до 0,19) сильно отличается от бомбы, сброшенной на Нагасаки.

Испытания безопасности бомбы

Две основные конструкции оружия деления.

Плутоний также выбрасывался в окружающую среду в ходе испытаний на безопасность. В этих экспериментах ядерные бомбы были подвергнуты моделированию аварий или взорваны с ненормальным инициированием их химических взрывчатых веществ. Аномальное сжатие приведет к сжатию плутониевой ямы, которое будет менее однородным и меньшим, чем расчетное сжатие в устройстве. В этих экспериментах, где ядерное деление не происходит или происходит очень мало, металлический плутоний был разбросан вокруг полигонов. Некоторые из этих испытаний проводились под землей, другие - на открытом воздухе. Документ о радиоизотопах, оставленных на острове в результате французских испытаний ядерных бомб в 20 веке, был напечатан Международным агентством по атомной энергии и отделом в этом отчете рассматривается загрязнение плутонием в результате таких испытаний.

Другие связанные испытания были проведены в Маралинге, Южная Австралия, где проводились как обычные взрывы бомб, так и «испытания на безопасность». Несмотря на то, что активность продуктов деления почти полностью исчезла (по состоянию на 2006 г.), плутоний остается активным.

Космос

Схема РИТЭГ, использованного на зонде Кассини

Плутоний также может быть введенным в окружающую среду посредством входа в атмосферу искусственных спутников, содержащих атомные батареи. Таких инцидентов было несколько, самым известным из которых была миссия Аполлон-13. Пакет для экспериментов на Лунной поверхности Аполлона, находившийся на лунном модуле, снова вошел в атмосферу над южной частью Тихого океана. Многие атомные батареи относятся к типу радиоизотопного термоэлектрического генератора (РТГ). Плутоний-238, используемый в РИТЭГах, имеет период полураспада 88 лет, в отличие от плутония-239, используемого в ядерном оружии и реакторах, которые имеют период полураспада 24 100 лет. В апреле 1964 года он не смог выйти на орбиту и рассыпался, рассыпав примерно 1 килограмм (2,2 фунта) 9 плутония-238 26 по всем континентам. Больше всего плутония выпало в южном полушарии. Было выпущено около 6300 ГБк или 2100 человеко-зивертов радиации, что привело к разработке НАСА технологии солнечной фотоэлектрической энергии.

Изображение (в основном) термически изолированной гранулы РИТЭГа, раскаленной докрасна из-за накал.

Цепные реакции внутри РИТЭГов не происходят, поэтому ядерный расплав невозможен. Фактически, некоторые РИТЭГи спроектированы так, что деления не происходит вообще; вместо этого используются формы радиоактивного распада, которые не могут вызвать другие радиоактивные распады. В результате топливо в РИТЭГе расходуется намного медленнее и вырабатывается гораздо меньше энергии. РИТЭГи по-прежнему являются потенциальным источником радиоактивного загрязнения : если контейнер с топливом протекает, радиоактивный материал загрязняет окружающую среду. Основная проблема заключается в том, что если во время запуска или последующего пролета космического корабля рядом с Землей произойдет авария, вредные вещества могут быть выброшены в атмосферу. Однако это событие крайне маловероятно при существующих конструкциях контейнеров с РИТЭГами.

Чтобы минимизировать риск выброса радиоактивного материала, топливо обычно хранится в отдельных модульных блоках с их собственной тепловой защитой. Они окружены слоем металла иридий и заключены в высокопрочные блоки графита. Эти два материала устойчивы к коррозии и жаропрочные. Графитовые блоки окружает аэрозольная оболочка, предназначенная для защиты всей сборки от тепла, возникающего при повторном входе в атмосферу Земли. Плутониевое топливо также хранится в керамической форме, которая является термостойкой, что сводит к минимуму риск испарения и аэрозолизации. Керамика также очень нерастворима.

. Министерство энергетики США провело испытания в морской воде и установило, что графитовый кожух, который был спроектирован так, чтобы выдерживать повторный вход, является стабильным и не должно происходить выброса плутония. Последующие исследования не выявили увеличения естественного радиационного фона в этом районе. Авария Аполлона-13 представляет собой экстремальный сценарий из-за высоких скоростей входа в атмосферу корабля, возвращающегося из окололунного пространства. Эта авария подтвердила высокую безопасность конструкции РИТЭГов более позднего поколения.

Ядерный топливный цикл

Плутоний был выпущен в окружающую среду в водном растворе с ядерных установок и обогащения урана. Химический состав этого плутония отличается от химического состава оксидов металлов, образовавшихся при взрывах ядерной бомбы.

Одним из примеров места попадания плутония в почву является Скалистые равнины, где в недавнем прошлом XANES (рентгеновская спектроскопия) был использован для определения химической природы плутония в почве. XANES использовался для определения степени окисления плутония, в то время как EXAFS был использован для исследования структуры соединения плутония, присутствующего в почве и бетоне.

. Эксперименты XANES, проведенные с плутонием в почве, бетоне и стандартах различных степеней окисления.

Чернобыль

Поскольку оксид плутония очень нелетучий, большая часть плутоний в реакторе не выделился во время пожара. Однако то, что было высвобождено, можно измерить. В.И. Ёщенко и др. сообщили, что травяные и лесные пожары могут заставить цезий, стронций и плутоний снова стать подвижными в воздухе.

Фукусима

Продолжающийся кризис на этом объекте включает бассейны отработавшего топлива на верхних этажах, подверженные воздействию элементов со сложными продуктами МОКС и плутония. Целевая группа правительства Японии запросила материалы в Международный научно-исследовательский институт по снятию с эксплуатации ядерных объектов в отношении продолжающихся проблем с загрязненной водой.

Ядерные преступления

Было 18 случаев кражи или потери высокообогащенный уран (ВОУ) и плутоний подтвержден МАГАТЭ.

Имеется один случай, когда немец пытался отравить своего бывшего жена с плутонием, украденным из WAK (Wiederaufbereitungsanlage Karlsruhe ), небольшого завода по переработке, на котором он работал. Он не украл большое количество плутония, только тряпки для протирки поверхностей и небольшое количество жидких отходов. За совершенное преступление мужчина был отправлен в тюрьму. По крайней мере, два других человека были заражены плутонием. Две квартиры в земле Рейнланд-Пфальц также были загрязнены. Позднее они были очищены за два миллиона евро.

Химия окружающей среды

Обзор

Плутоний, как и другие актиниды, легко образует диоксид-плутониловое ядро ​​(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) с образованием заряженных комплексов, которые могут быть легко мобильными с низким сродством к почве.

  • PuO 2 (CO 3)1
  • PuO 2 (CO 3)2
  • PuO 2 (CO 3)3

PuO 2, образованный в результате нейтрализации высококислотных растворов азотной кислоты, имеет тенденцию к образованию полимерного PuO 2, устойчивого к комплексообразованию. Плутоний также легко изменяет валентности между состояниями +3, +4, +5 и +6. Обычно некоторая доля плутония в растворе существует во всех этих состояниях в равновесии.

Связывание с почвой

Плутоний, как известно, очень прочно связывается с частицами почвы (см. Выше рентгеноспектральное исследование плутония в почве и бетоне ). Хотя цезий имеет очень отличный химический состав от актинидов, Хорошо известно, что цезий и многие актиниды прочно связываются с минералами в почве. оказалось возможным использовать почву, меченную Cs, для изучения миграции Pu и Cs в почвах. Было показано, что коллоидные процессы транспорта контролируют миграцию Cs (и будут контролировать миграцию Pu) в почве на опытной установке по изоляции отходов согласно RD Whicker и SA Ibrahim.

Микробиологическая химия

Мэри Ной (Лос-Аламос в США) провела некоторую работу, которая предполагает, что бактерии могут накапливать плутоний, потому что системы транспортировки железа, используемые бактериями, также функционируют как системы транспортировки плутония.

Биология

Плутоний, попадающий в организм человека или вводимый человеку, переносится в трансферрине на основе системы транспорта железа (III), а затем хранится в печени в хранилище железа (ферритин ), после воздействия плутония важно быстро ввести субъекту хелатирующий агент, такой как кальций комплекс DTPA. Это противоядие полезно при однократном облучении, например, если бы работник перчаточного ящика порезал руку предметом, загрязненным плутонием. Комплекс кальция имеет более быструю кинетику связывания металлов, чем комплекс цинк, но если комплекс кальция используется в течение длительного времени, он имеет тенденцию удалять важные минералы из организма человека. Комплекс цинка менее способен вызывать эти эффекты.

Плутоний, который вдыхается людьми, оседает в легких и медленно перемещается в лимфатические узлы. Было показано, что вдыхаемый плутоний приводит к развитию рака легких у экспериментальных животных.

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-02 08:40:22
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте