نواتج الانشطار النووي
نواتج الانشطار النووي هي الشظايا الذرية المتبقية بعد انشطار نواة ذرية كبيرة. عادةً، تنشطر نواة كبيرة مثل نواة اليورانيوم إلى نواتين أصغر، مصحوبةً بانطلاق عدد قليل من النيوترونات ، وطاقة حرارية ( طاقة حركية للنواتين)، وأشعة غاما . هاتان النواتان الأصغر هما نواتج الانشطار . (انظر أيضًا: نواتج الانشطار (حسب العنصر) ).
حوالي 0.2٪ إلى 0.4٪ من الانشطارات هي انشطارات ثلاثية ، تنتج نواة خفيفة ثالثة مثل الهيليوم-4 (90٪) أو التريتيوم (7٪).
تكون نواتج الانشطار النووي غير مستقرة في العادة، وبالتالي مشعة. ونظرًا لغناها بالنيوترونات نسبيًا مقارنةً بعددها الذري، فإن العديد منها يخضع سريعًا لتحلل بيتا . وينتج عن ذلك إطلاق طاقة إضافية على شكل جسيمات بيتا ، ومضادات نيوترينو ، وأشعة غاما . لذا، ينتج عن أحداث الانشطار عادةً إشعاع بيتا وإشعاع غاما إضافي يبدأ فورًا بعد حدوثها، حتى وإن لم يكن هذا الإشعاع ناتجًا مباشرةً عن حدث الانشطار نفسه.
تختلف النويدات المشعة الناتجة في أعمارها النصفية ، وبالتالي تختلف في نشاطها الإشعاعي . على سبيل المثال، يُنتج السترونتيوم-89 والسترونتيوم -90 بكميات متقاربة في الانشطار، وتتحلل كل نواة منهما بانبعاث جسيمات بيتا . لكن عمر النصف للسترونتيوم -90 يبلغ 30 عامًا، بينما يبلغ عمر النصف للسترونتيوم -89 50.5 يومًا. لذا، خلال 50.5 يومًا، يتحلل نصف ذرات السترونتيوم -89 ، مُصدرةً نفس عدد جسيمات بيتا الناتجة عن التحلل، بينما يتحلل أقل من 0.4% من ذرات السترونتيوم -90 ، مُصدرةً 0.4% فقط من جسيمات بيتا. يكون معدل الانبعاث الإشعاعي أعلى ما يكون بالنسبة للنويدات المشعة الأقصر عمرًا، على الرغم من أنها تتحلل أيضًا بشكل أسرع. بالإضافة إلى ذلك، فإن نواتج الانشطار الأقل استقرارًا أقل عرضةً للتحلل إلى نويدات مستقرة، بل تتحلل إلى نويدات مشعة أخرى، والتي تخضع لمزيد من التحلل وانبعاث الإشعاع، مما يزيد من ناتج الإشعاع. تُشكّل نواتج الانشطار قصيرة العمر هذه الخطر المباشر للوقود المستهلك، كما يُولّد ناتج الطاقة الإشعاعية حرارةً كبيرةً يجب أخذها في الاعتبار عند تخزين هذا الوقود. ونظرًا لتكوّن مئات النظائر المشعة المختلفة، يتلاشى مستوى النشاط الإشعاعي الأولي بسرعة مع تحلّل النظائر قصيرة العمر، ولكنه لا يتوقف تمامًا، إذ تُشكّل النظائر طويلة العمر نسبةً متزايدةً من الذرات غير المستقرة المتبقية. [ 1 ] في الواقع، تُهيمن النواتج قصيرة العمر لدرجة أن 87% منها تتحلّل إلى نظائر مستقرة خلال الشهر الأول بعد إخراجها من قلب المفاعل. [ 2 ]
التكوين والتحلل
إن مجموع الكتلة الذرية للذرتين الناتجتين عن انشطار ذرة واحدة قابلة للانشطار يكون دائمًا أقل من الكتلة الذرية للذرة الأصلية. ويعود ذلك إلى فقدان جزء من الكتلة على شكل نيوترونات حرة ، وعندما تُزال الطاقة الحركية لنواتج الانشطار (أي بعد تبريد النواتج لاستخلاص الحرارة الناتجة عن التفاعل)، فإن الكتلة المرتبطة بهذه الطاقة تُفقد أيضًا من النظام، وبالتالي تبدو وكأنها "مفقودة" من نواتج الانشطار المبردة.
بما أن النوى التي تخضع للانشطار بسهولة غنية بالنيوترونات (مثلًا، 61% من النيوكليونات في اليورانيوم-235 هي نيوترونات)، فإن نواتج الانشطار الأولية غالبًا ما تكون أغنى بالنيوترونات من النوى المستقرة ذات الكتلة نفسها (مثلًا، يحتوي الزركونيوم -90 المستقر على 56% نيوترونات مقارنةً بالسترونتيوم -90 غير المستقر الذي يحتوي على 58%). لذلك، قد تكون نواتج الانشطار الأولية غير مستقرة، وعادةً ما تخضع لتحلل بيتا للوصول إلى حالة استقرار، حيث يتحول نيوترون إلى بروتون مع كل انبعاث بيتا. (معظم نواتج الانشطار لا تتحلل عبر تحلل ألفا ).
تتحلل بعض نواتج الانشطار الأولية الغنية بالنيوترونات وقصيرة العمر عن طريق تحلل بيتا العادي (وهذا هو مصدر عمر النصف الملحوظ، والذي يتراوح عادةً بين بضعة أعشار من الثانية وبضع ثوانٍ)، ويتبع ذلك انبعاث فوري لنيوترون من الناتج الوليد المُثار. تُعد هذه العملية مصدر ما يُسمى بالنيوترونات المتأخرة ، والتي تلعب دورًا هامًا في التحكم في المفاعل النووي .
تكون عمليات الاضمحلال بيتا الأولى سريعة وقد تُطلق جسيمات بيتا عالية الطاقة أو إشعاع غاما . ومع ذلك، عندما تقترب نواتج الانشطار من ظروف نووية مستقرة، قد يكون للاضمحلال الأخير أو الاضمحلالين الأخيرين عمر نصف طويل ويُطلقان طاقة أقل.
النشاط الإشعاعي بمرور الوقت
تتمتع نواتج الانشطار بنصف عمر يبلغ 90 عامًا ( الساماريوم-151 ) أو أقل، باستثناء سبعة نواتج انشطار طويلة العمر يبلغ نصف عمرها 211,100 عام ( التكنيتيوم-99 ) أو أكثر. ولذلك، ينخفض النشاط الإشعاعي الكلي لمزيج من نواتج الانشطار النقية بسرعة خلال المئات الأولى من السنين (بفعل النواتج قصيرة العمر) قبل أن يستقر عند مستوى منخفض لا يتغير كثيرًا لمئات الآلاف من السنين (بفعل النواتج السبعة طويلة العمر).
يتناقض هذا السلوك لمنتجات الانشطار النقية بعد إزالة الأكتينيدات مع تحلل الوقود الذي لا يزال يحتوي على الأكتينيدات . يُنتج هذا الوقود في دورة الوقود النووي "المفتوحة" (أي بدون إعادة معالجة نووية ) . يبلغ عمر النصف لعدد من هذه الأكتينيدات ما بين 100 و200 ألف سنة، مما يُسبب بعض الصعوبات في خطط التخزين ضمن هذا النطاق الزمني للوقود غير المُعاد معالجته في الدورة المفتوحة.
يستخدم مؤيدو دورات الوقود النووي التي تهدف إلى استهلاك جميع الأكتينيدات عن طريق الانشطار، مثل المفاعل السريع المتكامل ومفاعل الملح المنصهر ، هذه الحقيقة للادعاء بأنه في غضون 200 عام، لن تكون نفايات الوقود الخاصة بهم أكثر إشعاعًا من خام اليورانيوم الأصلي . [ 3 ]
تُصدر نواتج الانشطار بشكل أساسي إشعاع بيتا ، بينما تُصدر الأكتينيدات بشكل أساسي إشعاع ألفا . كما يُصدر العديد من كليهما إشعاع جاما .
أَثْمَر
ينتج عن كل انشطار لذرة أصلية مجموعة مختلفة من ذرات نواتج الانشطار. ومع ذلك، فبينما لا يمكن التنبؤ بالانشطار الفردي، يمكن التنبؤ إحصائيًا بنواتج الانشطار. تُسمى كمية أي نظير معين ينتج عن كل انشطار "مردوده"، ويُعبر عنه عادةً كنسبة مئوية من الانشطار الأصلي؛ لذا، فإن مجموع المردودات يصل إلى 200%، وليس 100%. (في الواقع، يكون المجموع الحقيقي أكبر بقليل من 200%، نظرًا لحالات الانشطار الثلاثي النادرة ).
بينما تشمل نواتج الانشطار جميع العناصر من الزنك إلى اللانثانيدات ، فإن معظمها يظهر في قمتين. تقع إحداهما عند نطاق كتل ذرية يتراوح بين 85 و105 (من السترونتيوم إلى الروثينيوم ) ، بينما تقع الأخرى عند نطاق كتل ذرية يتراوح بين 130 و145 (من التيلوريوم إلى النيوديميوم ). ويعتمد ناتج الانشطار إلى حد ما على الذرة الأصلية، وكذلك على طاقة النيوترون المُحفِّز.
بشكل عام، كلما زادت طاقة الحالة التي تخضع للانشطار النووي، زاد احتمال تشابه كتلة ناتجي الانشطار. وبالتالي، مع ازدياد طاقة النيوترون و/أو طاقة الذرة القابلة للانشطار ، يصبح الوادي بين الذروتين أقل عمقًا. [ 4 ] على سبيل المثال، منحنى ناتج الانشطار مقابل الكتلة للبلوتونيوم -239 له وادٍ أقل عمقًا من ذلك الملاحظ لليورانيوم -235 عندما تكون النيوترونات حرارية . تميل منحنيات انشطار الأكتينيدات اللاحقة إلى إظهار وديان أكثر عمقًا. في حالات متطرفة مثل الفيرميوم -259 ، تُلاحظ ذروة واحدة فقط؛ وهذا نتيجة لسيطرة الانشطار المتناظر بسبب تأثيرات الغلاف النووي . [ 5 ]
يُظهر الشكل المجاور توزيعًا نموذجيًا لمنتجات انشطار اليورانيوم. تجدر الإشارة إلى أنه في الحسابات المستخدمة لرسم هذا المخطط، تم تجاهل تنشيط منتجات الانشطار، وافتُرض أن الانشطار يحدث في لحظة واحدة وليس على مدى فترة زمنية. يعرض هذا الرسم البياني الشريطي النتائج لفترات تبريد مختلفة (الزمن بعد الانشطار). نظرًا لاستقرار النوى ذات الأعداد الزوجية من البروتونات و/أو النيوترونات ، فإن منحنى الناتج مقابل العنصر ليس منحنىً أملسًا، بل يميل إلى التناوب. لاحظ أن المنحنى مقابل العدد الكتلي أملس. [ 6 ]
إنتاج
تتشكل كميات ضئيلة من نواتج الانشطار بشكل طبيعي نتيجةً للانشطار التلقائي لليورانيوم الطبيعي، الذي يحدث بمعدل منخفض، أو نتيجةً للنيوترونات الناتجة عن التحلل الإشعاعي أو التفاعلات مع جسيمات الأشعة الكونية . تُستخدم الآثار المجهرية التي تخلفها هذه النواتج في بعض المعادن الطبيعية (وخاصةً الأباتيت والزركون ) في تقنية التأريخ بآثار الانشطار لتحديد أعمار تبريد (تبلور) الصخور الطبيعية. وتتراوح دقة هذه التقنية من 0.1 مليون سنة إلى أكثر من 1.0 مليار سنة ، وذلك تبعًا لنوع المعدن المستخدم وتركيز اليورانيوم فيه.
قبل حوالي 1.5 مليار سنة، في رواسب خام اليورانيوم في أفريقيا، عمل مفاعل انشطار نووي طبيعي لبضع مئات الآلاف من السنين، وأنتج ما يقارب 5 أطنان من نواتج الانشطار. كانت هذه النواتج مهمة في إثبات وجود المفاعل الطبيعي. تُنتج نواتج الانشطار في انفجارات الأسلحة النووية ، وتختلف كميتها باختلاف نوع السلاح. يُعدّ المفاعل النووي المصدر الأكبر لنواتج الانشطار. في مفاعلات الطاقة النووية الحالية ، يتحول حوالي 3% من اليورانيوم الموجود في الوقود إلى نواتج انشطار كمنتج ثانوي لتوليد الطاقة. تبقى معظم هذه النواتج في الوقود ما لم يحدث عطل في أحد عناصر الوقود أو حادث نووي ، أو يُعاد معالجة الوقود .
مفاعلات الطاقة
تُشغَّل مفاعلات الانشطار النووي التجارية في حالة دون حرجة فورية ، وهي حالة تنطفئ ذاتيًا في الأحوال العادية. تتحلل بعض نواتج الانشطار خلال ثوانٍ إلى دقائق، مُنتجةً نيوترونات متأخرة إضافية ضرورية للحفاظ على الحالة الحرجة. [ 7 ] [ 8 ] ومن الأمثلة على ذلك البروم-87 الذي يبلغ عمر النصف له حوالي دقيقة واحدة. [ 9 ] عند التشغيل في هذه الحالة الحرجة المتأخرة ، تتغير الطاقة ببطء كافٍ يسمح بالتحكم البشري والآلي. وكما هو الحال في مخمدات الحريق التي تُغير حركة جمر الخشب نحو وقود جديد، تُحرَّك قضبان التحكم مع احتراق الوقود النووي بمرور الوقت. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
في مفاعل الطاقة النووية، تُعدّ نواتج الانشطار، إلى جانب الأكتينيدات ونواتج التنشيط ، المصادر الرئيسية للإشعاع . وتشكل نواتج الانشطار الجزء الأكبر من الإشعاع خلال القرون القليلة الأولى، بينما تهيمن الأكتينيدات بعد حوالي 10³ إلى 10⁵ سنوات من استخدام الوقود.
تُحتجز معظم نواتج الانشطار بالقرب من مواقع إنتاجها. وهي مهمة لتشغيل المفاعل، ليس فقط لأن بعضها يُساهم في توفير نيوترونات متأخرة مفيدة للتحكم في المفاعل، بل لأن بعضها الآخر يُعدّ مُثبِّطات للنيوترونات تُعيق التفاعل النووي. ويُعدّ تراكم هذه المُثبِّطات عاملاً أساسياً في تحديد مدة بقاء عنصر وقود مُعين في المفاعل . كما يُولِّد تحلل نواتج الانشطار حرارة تستمر حتى بعد إيقاف تشغيل المفاعل وتوقف الانشطار. وتتطلب حرارة التحلل هذه إزالتها بعد الإيقاف؛ وقد أدى فقدان هذا التبريد إلى تلف المفاعلات في ثري مايل آيلاند وفوكوشيما .
إذا ظهرت ثقوب في غلاف الوقود المحيط به، فقد تتسرب نواتج الانشطار إلى سائل التبريد الأساسي . وبحسب التركيب الكيميائي، قد تستقر هذه النواتج داخل قلب المفاعل أو تنتقل عبر نظام التبريد، ولذا تُزوَّد أنظمة التحكم الكيميائي لإزالتها. في مفاعل طاقة مصمم جيدًا ويعمل في ظروف التشغيل العادية، يكون مستوى الإشعاع في سائل التبريد منخفضًا جدًا.
يُعد السيزيوم-137 النظير المسؤول عن معظم التعرض لأشعة غاما في محطات إعادة معالجة الوقود النووي (وموقع تشيرنوبيل عام 2005). أما اليود-129 فهو نظير مشع رئيسي ينبعث من هذه المحطات. في المفاعلات النووية، يتواجد كل من السيزيوم-137 والسترونتيوم-90 في مواقع بعيدة عن الوقود، وذلك لأنهما يتكونان من تحلل بيتا للغازات النبيلة ( الزينون-137 ، بنصف عمر يبلغ 3.8 دقيقة، والكريبتون-90 ، بنصف عمر يبلغ 32 ثانية)، مما يسمح بترسيبهما بعيدًا عن الوقود، على سبيل المثال على قضبان التحكم .
سموم المفاعلات النووية
تتحلل بعض نواتج الانشطار مع إطلاق النيوترونات المتأخرة ، وهو أمر مهم للتحكم في المفاعل النووي.
تتميز نواتج الانشطار الأخرى، مثل الزينون-135 والساماريوم -149 ، بمقطع عرضي عالٍ لامتصاص النيوترونات . ولأن المفاعل النووي يجب أن يوازن بين معدلات إنتاج النيوترونات وامتصاصها، فإن نواتج الانشطار التي تمتص النيوترونات تميل إلى "تسمم" المفاعل أو إيقافه؛ ويتم التحكم في ذلك باستخدام مواد سامة قابلة للاحتراق وقضبان تحكم. وقد يؤدي تراكم الزينون-135 أثناء الإيقاف أو التشغيل بطاقة منخفضة إلى تسميم المفاعل بدرجة كافية تعيق إعادة التشغيل أو تتداخل مع التحكم الطبيعي في التفاعل أثناء إعادة التشغيل أو استعادة الطاقة الكاملة. وقد لعب هذا دورًا رئيسيًا في كارثة تشيرنوبيل .
الأسلحة البيئية
تستخدم الأسلحة النووية الانشطار النووي كمصدر جزئي أو رئيسي للطاقة. وبحسب تصميم السلاح ومكان تفجيره، تختلف الأهمية النسبية للإشعاع الناتج عن الانشطار مقارنةً بالإشعاع الناتج عن التنشيط في إجمالي الإشعاع المتساقط.
تتشابه نواتج الانشطار المباشر الناتجة عن انشطار الأسلحة النووية بشكل أساسي مع تلك الناتجة عن أي مصدر انشطار آخر، مع اختلاف طفيف في نوع النظير المنشطر. ومع ذلك، فإن الفترة الزمنية القصيرة جدًا للتفاعل تُحدث فرقًا في التركيبة المحددة للنظائر الناتجة عن القنبلة الذرية.
على سبيل المثال، تُعدّ نسبة السيزيوم -134 إلى السيزيوم -137 طريقةً سهلةً للتمييز بين التساقط النووي الناتج عن قنبلة نووية ونواتج الانشطار النووي من مفاعل طاقة. يكاد السيزيوم-134 لا يتكوّن عن طريق الانشطار النووي (لأن الزينون -134 مستقر). يتكوّن السيزيوم -134 من خلال التنشيط النيوتروني للسيزيوم -133 المستقر ، والذي يتكوّن بدوره من تحلل النظائر في نفس الكتلة (A = 133). لذا، في حالة حرجة لحظية، عندما يصبح تدفق النيوترونات صفراً، يكون الوقت غير كافٍ لتكوّن السيزيوم -133 . بينما في مفاعل الطاقة، يتوفر وقت كافٍ لتحلل النظائر في نفس الكتلة لتكوين السيزيوم -133 ، إلا أن السيزيوم -133 المتكوّن بهذه الطريقة لا يمكن تنشيطه لتكوين السيزيوم -134 إلا إذا كانت الفترة الزمنية بين بداية الحالة الحرجة ونهايتها طويلة.
بحسب كتاب جيري هالا [ 14 ] ، فإن النشاط الإشعاعي في خليط نواتج الانشطار في القنبلة الذرية ينتج في الغالب عن نظائر قصيرة العمر مثل اليود-131 والباريوم -140 . بعد حوالي أربعة أشهر، يُشكّل السيريوم-141 والزركونيوم -95 / النيوبيوم-95 والسترونتيوم -89 النسبة الأكبر من المواد المشعة. بعد سنتين إلى ثلاث سنوات، يُصبح السيريوم-144 / البراسيوديميوم-144 والروثينيوم-106 / الروديوم-106 والبروميثيوم -147 مسؤولاً عن الجزء الأكبر من النشاط الإشعاعي. بعد بضع سنوات، يهيمن السترونتيوم-90 والسيزيوم-137 على الإشعاع، بينما في الفترة ما بين 10000 ومليون سنة، يهيمن التكنيتيوم -99 .
طلب
تُستخدم بعض نواتج الانشطار النووي (مثل السيزيوم-137) في المصادر الإشعاعية الطبية والصناعية . يتفاعل أيون البيرتكنيتات -99 ( 99TcO₄⁻ ) مع أسطح الفولاذ مُشكِّلاً طبقة مقاومة للتآكل . وبهذه الطريقة، تعمل هذه الأنيونات المعدنية كمثبطات للتآكل الأنودي ، مما يجعل سطح الفولاذ خاملاً. يُعدّ تكوّن البيرتكنيتات -99 على أسطح الفولاذ أحد العوامل التي تُبطئ إطلاق التكنيتيوم-99 من براميل النفايات النووية والمعدات النووية التي فُقدت قبل عملية التطهير (مثل مفاعلات الغواصات النووية التي فُقدت في البحر).
وبالمثل، يمكن إبطاء إطلاق اليود المشع في حادث خطير في مفاعل الطاقة عن طريق امتصاصه على الأسطح المعدنية داخل المحطة النووية. [ 15 ] وقد أُنجزت معظم الدراسات الأخرى المتعلقة بكيمياء اليود التي قد تحدث أثناء حادث خطير. [ 16 ]
فساد
بالنسبة لانشطار اليورانيوم-235 ، تشمل نواتج الانشطار المشعة السائدة نظائر اليود والسيزيوم والسترونتيوم والزينون والباريوم . يتضاءل الخطر بمرور الوقت. فالمواقع التي كانت تشكل فيها الحقول الإشعاعية تهديدًا مباشرًا بالأرواح، مثل معظم محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية في اليوم الأول للحادث ، ومواقع التفجيرات الذرية الأمريكية في اليابان ( بعد ست ساعات من الانفجار) ، أصبحت الآن آمنة نسبيًا لانخفاض مستوى الإشعاع فيها. تتحلل العديد من نواتج الانشطار عبر نظائر قصيرة العمر لتكوين نظائر مستقرة ، ولكن عددًا كبيرًا من النظائر المشعة لها عمر نصف أطول من يوم.
تُعزى معظم النشاط الإشعاعي في خليط نواتج الانشطار في البداية إلى نظائر قصيرة العمر مثل اليود -131 والباريوم -140 ؛ وبعد حوالي أربعة أشهر ، تُصبح السيريوم -141 والزركونيوم -95 /النيوبيوم -95 والسترونتيوم -89 هي النظائر المشعة الرئيسية، بينما بعد حوالي سنتين أو ثلاث سنوات، تُصبح السيريوم -144 / البراسيوديميوم-144 والروثينيوم -106 /الروديوم -106 والبروموثيوم -147 هي النظائر المشعة الرئيسية . لاحقًا ، يُصبح السترونتيوم -90 والسيزيوم -137 النظائر المشعة الرئيسية، يليهما التكنيتيوم -99 . في حالة انبعاث النشاط الإشعاعي من مفاعل طاقة أو وقود مستهلك، لا تُطلق سوى بعض العناصر؛ ونتيجة لذلك، تختلف البصمة النظيرية للنشاط الإشعاعي اختلافًا كبيرًا عن البصمة الناتجة عن تفجير نووي في الهواء الطلق ، حيث تتشتت جميع نواتج الانشطار.
تدابير مضادة للتساقط النووي
يهدف التأهب لحالات الطوارئ الإشعاعية إلى حماية الأفراد من آثار التعرض للإشعاع بعد وقوع حادث نووي أو تفجير قنبلة نووية. ويُعدّ الإخلاء الإجراء الوقائي الأكثر فعالية. مع ذلك، إذا كان الإخلاء مستحيلاً أو حتى غير مؤكد، فإن الملاجئ المحلية المقاومة للإشعاع وغيرها من التدابير توفر أفضل حماية. [ 18 ]
اليود
هناك ثلاثة نظائر على الأقل من اليود مهمة، وهي: اليود -129 ، واليود -131 (اليود المشع)، واليود -132 . وقد أدى كل من التجارب النووية في الهواء الطلق وكارثة تشيرنوبيل إلى إطلاق اليود-131.
تُعدّ نظائر اليود قصيرة العمر ضارةً للغاية، لأن الغدة الدرقية تجمع وتُركّز اليود ، سواءً كان مشعًا أو مستقرًا. ويمكن أن يؤدي امتصاص اليود المشع إلى آثار حادة ومزمنة ومتأخرة. تشمل الآثار الحادة الناتجة عن الجرعات العالية التهاب الغدة الدرقية ، بينما تشمل الآثار المزمنة والمتأخرة قصور الغدة الدرقية ، وعُقيدات الغدة الدرقية ، وسرطان الغدة الدرقية . وقد ثبت أن اليود النشط المنبعث من محطتي تشيرنوبيل وماياك [ 19 ] قد تسبب في زيادة معدل الإصابة بسرطان الغدة الدرقية في الاتحاد السوفيتي السابق .
من التدابير الوقائية ضد مخاطر اليود المشع تناول جرعة من يوديد البوتاسيوم (KI) قبل التعرض له. يعمل هذا اليود غير المشع على تشبيع الغدة الدرقية، مما يقلل من كمية اليود المشع المخزنة في الجسم. يقلل تناول يوديد البوتاسيوم من آثار اليود المشع بنسبة 99%، وهو مكمل غذائي حكيم وغير مكلف للملاجئ . يُعد محلول يوديد البوتاسيوم المشبع بديلاً منخفض التكلفة لأقراص اليود المتوفرة تجارياً . عادةً ما يُخزن يوديد البوتاسيوم على المدى الطويل على شكل بلورات نقية . [ 18 ]
يمكن استخدام تناول المواد المعروفة بتأثيرها المُثبِّط للغدة الدرقية كإجراء وقائي لتقليل امتصاص اليود (سواءً كان اليود-127 غير المشع أو اليود المشع، وهو الأكثر شيوعًا اليود-131 ، نظرًا لعدم قدرة الجسم على التمييز بين نظائر اليود المختلفة ). وقد ثبت أن أيونات البيركلورات ، وهي ملوث شائع للمياه في الولايات المتحدة الأمريكية بسبب صناعة الطيران ، تُقلل من امتصاص اليود، ولذلك تُصنف ضمن المواد المُثبِّطة للغدة الدرقية . تُعد أيونات البيركلورات مُثبِّطًا تنافسيًا لعملية ترسب اليود في خلايا جريبات الغدة الدرقية. وقد أظهرت الدراسات التي أُجريت على متطوعين بالغين أصحاء أن البيركلورات، عند مستويات أعلى من 0.007 ملليغرام لكل كيلوغرام في اليوم، تبدأ في تثبيط قدرة الغدة الدرقية على امتصاص اليود من مجرى الدم بشكل مؤقت ("تثبيط امتصاص اليود"، وبالتالي تُعتبر البيركلورات مادة مُثبِّطة للغدة الدرقية). [ 20 ] يؤدي تقليل مخزون اليود بواسطة البيركلورات إلى تأثيرين: تقليل فرط إنتاج الهرمونات وفرط نشاط الغدة الدرقية من جهة، وتقليل إنتاج مثبطات الغدة الدرقية وقصور الغدة الدرقية من جهة أخرى. ولا يزال البيركلورات مفيدًا جدًا عند استخدامه بجرعة واحدة في الاختبارات التي تقيس إطلاق اليود المشع المتراكم في الغدة الدرقية نتيجةً للعديد من الاضطرابات المختلفة في استقلاب اليود في الغدة الدرقية. [ 21 ]
كان علاج فرط نشاط الغدة الدرقية (بما في ذلك داء غريفز) بجرعات تتراوح بين 600 و2000 ملغ من بيركلورات البوتاسيوم (430-1400 ملغ من البيركلورات) يوميًا لفترات تمتد لعدة أشهر أو أكثر ممارسة شائعة في الماضي، لا سيما في أوروبا، [ 20 ] [ 22 ] ولا يزال استخدام البيركلورات بجرعات أقل لعلاج مشاكل الغدة الدرقية مستمرًا حتى اليوم. [ 23 ] على الرغم من استخدام 400 ملغ من بيركلورات البوتاسيوم مقسمة على أربع أو خمس جرعات يومية في البداية، وثبتت فعاليتها، فقد تم اللجوء إلى جرعات أعلى عندما تبين أن جرعة 400 ملغ/يوم لا تسيطر على فرط نشاط الغدة الدرقية لدى جميع المرضى. [ 20 ] [ 21 ]
تشمل الأنظمة العلاجية الحالية لفرط نشاط الغدة الدرقية (بما في ذلك داء غريفز)، عند تعرض المريض لمصادر إضافية لليود، عادةً تناول 500 ملغ من بيركلورات البوتاسيوم مرتين يوميًا لمدة تتراوح بين 18 و40 يومًا. [ 20 ] [ 24 ]
أظهرت دراسة أن الوقاية باستخدام مياه تحتوي على البيركلورات بتركيز 17 جزءًا في المليون ، وهو ما يعادل 0.5 ملغم/كغم/يوم من الاستهلاك الشخصي، إذا كان وزن الشخص 70 كغم ويستهلك لترين من الماء يوميًا، تُقلل امتصاص اليود المشع الأساسي بنسبة 67% [ 20 ]. وهذا يُعادل تناول 35 ملغم فقط من أيونات البيركلورات يوميًا. وفي دراسة أخرى ذات صلة، حيث شرب المشاركون لترًا واحدًا فقط من المياه المحتوية على البيركلورات يوميًا بتركيز 10 أجزاء في المليون، أي ما يعادل تناول 10 ملغم من أيونات البيركلورات يوميًا، لوحظ انخفاض متوسط في امتصاص اليود بنسبة 38% [ 25 ] .
مع ذلك، عند تقدير متوسط امتصاص البيركلورات لدى عمال مصانع البيركلورات المعرضين لأعلى مستويات التعرض بحوالي 0.5 ملغم/كغم-يوم، كما ورد في الفقرة السابقة، يُتوقع انخفاض امتصاص اليود بنسبة 67%. إلا أن الدراسات التي أُجريت على العمال المعرضين للبيركلورات بشكل مزمن لم ترصد حتى الآن أي خلل في وظائف الغدة الدرقية، بما في ذلك امتصاص اليود. [ 26 ] وقد يُعزى ذلك إلى كفاية التعرض اليومي أو تناول كميات كافية من اليود-127 الصحي لدى العمال، وإلى قصر عمر النصف البيولوجي للبيركلورات في الجسم، والذي يبلغ 8 ساعات. [ 20 ]
إنّ منع امتصاص اليود-131 بشكل كامل عن طريق إضافة أيونات البيركلورات عمدًا إلى مياه الشرب، بجرعات تصل إلى 0.5 ملغم/كغم/يوم، أو تركيز 17 جزءًا في المليون، لن يكون كافيًا على الإطلاق للحدّ من امتصاص اليود المشع. لذا، يجب أن تكون تركيزات أيونات البيركلورات في مياه الشرب أعلى بكثير، لا تقل عن 7.15 ملغم/كغم من وزن الجسم يوميًا، أو تركيز 250 جزءًا في المليون ، بافتراض أن الأفراد يشربون لترين من الماء يوميًا، حتى يكون ذلك مفيدًا حقًا للسكان في منع التراكم الحيوي عند التعرض لبيئة ملوثة باليود المشع، [ 20 ] [ 24 ] بغض النظر عن توافر أدوية اليودات أو اليوديد .
يجب أن يستمر توزيع أقراص البيركلورات أو إضافة البيركلورات إلى إمدادات المياه لمدة لا تقل عن 80-90 يومًا، بدءًا من اللحظة التي يتم فيها الكشف عن الانطلاق الأولي لليود المشع. بعد مرور 80-90 يومًا، يكون اليود المشع-131 المنطلق قد تحلل إلى أقل من 0.1% من كميته الأولية، وعندها يزول خطر امتصاص اليود-131 بيولوجيًا بشكل أساسي. [ 27 ]
في حال حدوث تسرب لليود المشع، يُفضّل تناول يوديد البوتاسيوم كوقاية، إن وُجد، أو حتى اليودات، بدلاً من إعطاء البيركلورات، ويُعدّ ذلك خط الدفاع الأول لحماية السكان من تسرب اليود المشع. مع ذلك، في حال حدوث تسرب لليود المشع واسع النطاق بحيث يتعذر السيطرة عليه بالمخزون المحدود من أدوية الوقاية باليود واليودات، فإن إضافة أيونات البيركلورات إلى إمدادات المياه، أو توزيع أقراص البيركلورات، يُشكّل خط دفاع ثانٍ فعالاً واقتصادياً ضد التراكم الحيوي لليود المشع المسرطن .
إن تناول الأدوية المُسببة لتضخم الغدة الدرقية، شأنه شأن يوديد البوتاسيوم، لا يخلو من المخاطر، مثل قصور الغدة الدرقية . ومع ذلك، في جميع هذه الحالات، ورغم المخاطر، فإن فوائد الوقاية باستخدام اليود أو اليودات أو البيركلورات تفوق خطر الإصابة بالسرطان الناتج عن التراكم الحيوي لليود المشع في المناطق التي تلوثت فيها البيئة بشكل كافٍ باليود المشع.
السيزيوم
أدى حادث تشيرنوبيل إلى إطلاق كمية كبيرة من نظائر السيزيوم التي انتشرت على مساحة واسعة. يُعدّ السيزيوم -137 نظيرًا مثيرًا للقلق على المدى الطويل، إذ يبقى في الطبقات العليا من التربة. تميل النباتات ذات الجذور السطحية إلى امتصاصه لسنوات عديدة. لذا، يمكن أن تحمل الأعشاب والفطر كمية كبيرة من السيزيوم -137 ، والتي يُمكن أن تنتقل إلى الإنسان عبر السلسلة الغذائية .
من أفضل التدابير الوقائية في مزارع الألبان ضد السيزيوم -137 تقليب التربة بحرثها بعمق. يؤدي ذلك إلى إبعاد السيزيوم -137 عن متناول جذور العشب السطحية، وبالتالي خفض مستوى الإشعاع فيه. كما أن إزالة الطبقة السطحية من التربة (بضعة سنتيمترات) ودفنها في خندق ضحل يقلل من الجرعة الإشعاعية التي يتعرض لها الإنسان والحيوان، حيث تتضاءل أشعة غاما المنبعثة من السيزيوم -137 أثناء مرورها عبر التربة. وكلما كان الخندق أعمق وأبعد، كان مستوى الحماية أفضل. ويمكن استخدام الأسمدة المحتوية على البوتاسيوم لتخفيف تركيز السيزيوم والحد من امتصاصه من قبل النباتات.
في تربية المواشي ، يُعدّ إطعام الحيوانات بالأزرق البروسي إجراءً مضادًا آخر للسيزيوم -137 . يعمل هذا المركب كمبادل أيوني ، حيث يرتبط السيانيد بالحديد بقوة شديدة تجعل تناول الإنسان لعدة غرامات من الأزرق البروسي يوميًا آمنًا. يُقلل الأزرق البروسي من نصف العمر البيولوجي (المختلف عن نصف العمر النووي ) للسيزيوم، والذي يبلغ حوالي 30 عامًا. أما نصف العمر البيولوجي للسيزيوم في جسم الإنسان فيتراوح عادةً بين شهر وأربعة أشهر. ومن مزايا الأزرق البروسي أيضًا أن السيزيوم المُستخلص من روث الحيوان يكون في صورة غير قابلة للامتصاص من قِبل النباتات، مما يمنع إعادة تدويره. يُذكر أن نوع الأزرق البروسي المُستخدم في علاج الحيوانات، بما في ذلك البشر، هو نوع خاص، إذ لم تُكلل محاولات استخدام النوع المُستخدم في الدهانات بالنجاح. [ 28 ]
السترونتيوم
يمكن أن يؤدي إضافة الجير إلى التربة الفقيرة بالكالسيوم إلى تقليل امتصاص السترونتيوم من قِبل النباتات. وبالمثل، في المناطق التي تعاني من نقص البوتاسيوم في التربة ، يمكن أن يؤدي إضافة سماد البوتاسيوم إلى تثبيط امتصاص السيزيوم من قِبل النباتات. ومع ذلك، لا ينبغي اللجوء إلى هذه المعالجات بالجير أو البوتاس إلا بعد دراسة متأنية، لأنها قد تُغير التركيب الكيميائي للتربة بشكل كبير، مما يؤدي إلى تغيير في بيئة النباتات في الأرض. [ 29 ]
مشكلة صحية
يُعدّ الابتلاع أهمّ مسار لدخول النويدات المشعة إلى الكائن الحي. لا تُمتصّ المركبات غير القابلة للذوبان من الأمعاء، وتُسبّب تشعيعًا موضعيًا فقط قبل إخراجها. أما الأشكال القابلة للذوبان، فتُظهر نطاقًا واسعًا من نسب الامتصاص. [ 30 ]
| النظير | إشعاع | نصف العمر | امتصاص الجهاز الهضمي |
|---|---|---|---|
| السترونتيوم-90 / الإيتريوم-90 | β | 28 سنة | 30% |
| السيزيوم-137 | β، γ | 30 سنة | 100% |
| بروميثيوم-147 | β | 2.6 سنة | 0.01% |
| السيريوم-144 | β، γ | 285 يومًا | 0.01% |
| الروثينيوم-106 / الروديوم-106 | β، γ | سنة واحدة | 0.03% |
| الزركونيوم-95 | β، γ | 65 يومًا | 0.01% |
| سترونتيوم-89 | β | 51 يومًا | 30% |
| الروثينيوم-103 | β، γ | 39.7 يومًا | 0.03% |
| النيوبيوم-95 | β، γ | 35 يومًا | 0.01% |
| سيريوم-141 | β، γ | 33 يومًا | 0.01% |
| الباريوم-140 / اللانثانوم-140 | β، γ | 12.8 يومًا | 5% |
| اليود-131 | β، γ | 8.05 أيام | 100% |
| التريتيوم | β | 12.3 سنة | 100% [ أ ] |
انظر أيضاً
ملحوظات
- ↑ يمكن امتصاص الماء المُشعّ بالتريتيوم عبر الجلد. تجدر الإشارة إلى أن نصف العمر الفعال (مجموع نصف العمر البيولوجي ونصف عمر التحلل) قصير نسبيًا: حوالي 10 أيام (10 أيام و13 سنة). [ 31 ]
مراجع
- ↑ ف. ويليام ووكر، د. جورج ج. كيرواك، فرانسيس م. رورك. 1977. مخطط النوى ، الطبعة الثانية عشرة. مختبر نولز للطاقة الذرية، شركة جنرال إلكتريك.
- ↑ "ماذا يحدث للنفايات النووية في الولايات المتحدة؟" . 19 نوفمبر 2019.
- ↑ "مقدمة لبرنامج IFR التابع لمختبر أرغون الوطني" . 9 أكتوبر 2007. مؤرشف من الأصل في 9 أكتوبر 2007.
- ↑ نيوتن، آموس س. (1 يناير 1949). "انشطار الثوريوم بجسيمات ألفا" . مجلة Physical Review . 75 (1): 17-29 . Bibcode : 1949PhRv...75...17N . doi : 10.1103/PhysRev.75.17 . S2CID 93655149 .
- ↑ باشكا، هـ.؛ أندرييف، أ.ف.؛ أداميان، ج.ج.؛ أنتونينكو، ن.ف. (2018). "توزيعات الشحنة لشظايا الانشطار الناتجة عن انشطار نظائر الفيرميوم والنو والراديوم عند طاقات منخفضة وعالية" . مجلة Physical Review C. 97 ( 3): 034621–1–034621–12. Bibcode : 2018PhRvC..97c4621P . doi : 10.1103/PhysRevC.97.034621 .
- ↑ "مردود الانشطار النووي" . مؤرشف من الأصل في 28 مايو 2007. تم الاطلاع عليه في 13 مايو 2009 .
- ↑ "الفيزياء الأساسية للتحكم في المفاعل" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 12 يوليو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أبريل 2018 .
- ↑ "الانشطار النووي - تفاعل الانشطار" . الطاقة النووية .
- ↑ "النيوترونات الفورية والمتأخرة" . nuclearpowertraining.tpub.com .
- ↑ النيوترونات الفورية والمتأخرة إن حقيقة أن النيوترون يتم إنتاجه من خلال هذا النوع من الاضمحلال وأن هذا يحدث بعد عدة مراتب مقارنة بانبعاث النيوترونات الفورية، تلعب دورًا بالغ الأهمية في التحكم في المفاعل.
- ↑ "نظراً لانخفاض تركيز اليورانيوم المستخدم، فمن غير الممكن فيزيائياً أن ينفجر مفاعل نووي تجاري مثل قنبلة ذرية. ويمكن تشبيه ذلك بمقارنة المشروبات الكحولية بالبيرة. فالمشروبات الكحولية، مثل الفودكا، تحتوي عادةً على نسبة كحول تصل إلى 40%، وهي شديدة الاشتعال. أما البيرة، التي تحتوي عموماً على نسبة كحول أقل من 5%، فهي غير قابلة للاشتعال.تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي في 1 أغسطس 2018. تم الاطلاع عليه في 15 أبريل 2018 .
- ↑ "شرح الطاقة النووية من خلال أمثلة التشبيه والاستعارة " . www.metamia.com
- ↑ التعليم النووي لطلاب المرحلة الابتدائية والثانوية خرافات حول الطاقة النووية من المستحيل أن ينفجر المفاعل مثل السلاح النووي؛ تحتوي هذه الأسلحة على مواد خاصة جدًا في تكوينات محددة جدًا، ولا يوجد أي منها في المفاعل النووي .
- ↑ هالة، جيري؛ جيمس د. نافراتيل (2003). النشاط الإشعاعي والإشعاع المؤين والطاقة النووية . برنو: كونفوي. رقم ISBN 80-7302-053-X.
- ↑ هـ. غلانيسكوغ. تفاعلات اليود (I₂) وميثيل اليود ( CH₃I ) مع المعادن النشطة في ظل ظروف الحوادث الخطيرة في مفاعلات الماء المغلي، الهندسة النووية والتصميم ، 2004، 227 ، 323-329
- ↑ ورشة عمل حول جوانب اليود في إدارة الحوادث الخطيرة. ملخص واستنتاجات . وكالة الطاقة النووية. لجنة سلامة المنشآت النووية. منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية. 7 مارس/آذار 2000.
- ↑ "مختبر تقييم البيانات النووية" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 مايو 2009 .
- 1 2 سي. كيرني، مهارات البقاء على قيد الحياة في الحرب النووية، معهد أوريغون للعلوم والطب، http://www.oism.org/
- ↑ جي. موشكاتشيفا، إي. رابينوفيتش، في. بريفالوف، إس. بوفولوتسكايا، في. شوروخوفا، إس. سوكولوفا، في. تورداكوفا، إي. ريزوفا، بي. هول، إيه بي شنايدر، دي إل بريستون، وإي. رون، "تشوهات الغدة الدرقية المرتبطة بالتعرض المطول في مرحلة الطفولة لليود 131 من الانبعاثات الجوية من منشأة ماياك للأسلحة في روسيا"، بحوث الإشعاع ، 2006، 166 (5)، 715-722
- 1 2 3 4 5 6 7 جرير، مونتي أ.؛ غودمان، غاي؛ بلوس، ريتشارد س.؛ جرير، سوزان إي. (2002). "تقييم الآثار الصحية لتلوث البيئة بالبيركلورات: استجابة الجرعة لتثبيط امتصاص اليود المشع في الغدة الدرقية لدى البشر" . منظورات الصحة البيئية . 110 (9): 927-37 . Bibcode : 2002EnvHP.110..927G . doi : 10.1289/ehp.02110927 . PMC 1240994. PMID 12204829 .
- 1 2 وولف، ج. (1998). "البيركلورات والغدة الدرقية". المراجعات الدوائية . 50 (1): 89-105 . doi : 10.1016/S0031-6997(24)01350-4 . PMID 9549759 .
- ↑ بارزيلاي، د؛ شينفيلد، م (1966). "مضاعفات مميتة عقب استخدام بيركلورات البوتاسيوم في علاج فرط نشاط الغدة الدرقية. تقرير حالتين ومراجعة للأدبيات". المجلة الإسرائيلية للعلوم الطبية . 2 (4): 453-456 . PMID 4290684 .
- ^ وينكهاوس، يو. جيرليش، سي. (2005). "العلاج والوقاية من فرط نشاط الغدة الدرقية" [ العلاج والوقاية من فرط نشاط الغدة الدرقية ] . دير الباطني (باللغة الألمانية). 46 (12): 1318–23 . دوى : 10.1007 / s00108-005-1508-4 . بميد 16231171 . S2CID 13214666 .
- 1 2 بارتالين، ل.؛ بروجيوني، س.؛ غراسو، ل.؛ بوغازي، ف.؛ بوريلي، أ.؛ مارتينو، إ. (1996). "علاج فرط نشاط الغدة الدرقية الناجم عن الأميودارون، تحدٍّ صعب: نتائج دراسة مستقبلية" . مجلة الغدد الصماء والتمثيل الغذائي السريرية . 81 (8): 2930-2933 . doi : 10.1210/jcem.81.8.8768854 . PMID 8768854 .
- ↑ لورانس، جيه إي؛ لام، إس إتش؛ بينو، إس؛ ريتشمان، كيه؛ برافرمان، إل إي (2000). "تأثير جرعات منخفضة من البيركلورات على المدى القصير على جوانب مختلفة من وظائف الغدة الدرقية". الغدة الدرقية . 10 (8): 659-663 . doi : 10.1089/10507250050137734 . PMID 11014310 .
- ↑ لام، ستيفن هـ.؛ برافرمان، لويس إي.؛ لي، فينغ شياو؛ ريتشمان، كينت؛ بينو، سام؛ هاوورث، غريغوري (1999). "الحالة الصحية للغدة الدرقية لدى عمال بيركلورات الأمونيوم: دراسة مقطعية للصحة المهنية". مجلة الطب المهني والبيئي . 41 (4): 248-260 . doi : 10.1097/00043764-199904000-00006 . PMID 10224590 .
- ↑ "الكيمياء النووية: فترات نصف العمر والتأريخ الإشعاعي" .
- ↑ لمزيد من التفاصيل حول استخدام اللون الأزرق البروسي، يرجى الاطلاع على تقرير الوكالة الدولية للطاقة الذرية بشأن حادثة غويانيا .
- ↑ مكتب التطوير والبحوث. "دراسات واسعة النطاق ومخبرية حول إزالة السترونتيوم من الماء (ملخص)" . cfpub.epa.gov . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28 ديسمبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يونيو 2019 .
- ↑ باراتا، إدموند ج.؛ الأمم المتحدة، منظمة الأغذية والزراعة (10 فبراير 1994). دليل مراقبة جودة الأغذية: النويدات المشعة في الغذاء . منظمة الأغذية والزراعة. ISBN 9789251035788– عبر كتب جوجل.
- ↑ "نصف العمر، فعال" . www.euronuclear.org . مؤرشف من الأصل في 9 يوليو 2014. تم الاطلاع عليه في 25 ديسمبر 2012 .
فهرس
بول رويس، فيزياء النيوترونات ، الفصل 2.10.2، صفحة 75
روابط خارجية
- دراسات حول تساقط اليود في الولايات المتحدة
مخطط النظائر المشعة المباشر - خريطة ألوان الوكالة الدولية للطاقة الذرية لإنتاجية المنتج، وبيانات مفصلة بالنقر على النظير المشع.
- التلوث الإشعاعي
- التكنولوجيا النووية
- الكيمياء النووية
- الفيزياء النووية
- الانشطار النووي
- الكيمياء غير العضوية
- علم الأحياء الإشعاعي
- نواتج الانشطار