ناتج الانشطار النووي
تتضمن هذه المقالة قائمة بالمراجع العامة ، لكنها تفتقر إلى الاستشهادات المضمنة الكافية . ( نوفمبر 2021 ) |
| الفيزياء النووية |
|---|
نواتج الانشطار النووي هي الشظايا الذرية المتبقية بعد خضوع نواة ذرية كبيرة للانشطار النووي . عادةً ما تنشطر نواة كبيرة مثل نواة اليورانيوم عن طريق الانقسام إلى نواتين أصغر حجمًا، مع عدد قليل من النيوترونات ، وإطلاق طاقة حرارية ( طاقة حركية للنواة)، وأشعة جاما . النواتان الأصغر حجمًا هما نواتج الانشطار . (انظر أيضًا نواتج الانشطار (حسب العنصر) ).
حوالي 0.2% إلى 0.4% من الانشطارات هي انشطارات ثلاثية ، وتنتج نواة خفيفة ثالثة مثل الهيليوم-4 (90%) أو التريتيوم (7%).
إن نواتج الانشطار نفسها عادة ما تكون غير مستقرة وبالتالي مشعة. ونظرًا لكونها غنية بالنيوترونات نسبيًا بالنسبة لرقمها الذري، فإن العديد منها يخضع بسرعة لتحلل بيتا . وهذا يطلق طاقة إضافية في شكل جسيمات بيتا ، ومضادات نيوترينو ، وأشعة جاما . وبالتالي، فإن أحداث الانشطار تؤدي عادةً إلى إشعاع بيتا وإشعاع جاما إضافي يبدأ بعد ذلك مباشرة، على الرغم من أن هذا الإشعاع لا ينتج مباشرة عن حدث الانشطار نفسه.
تختلف أعمار النصف للنويدات المشعة الناتجة ، وبالتالي تختلف في النشاط الإشعاعي . على سبيل المثال، يتم إنتاج السترونشيوم-89 والسترونشيوم -90 بكميات مماثلة في الانشطار، ويتحلل كل نواة عن طريق انبعاث بيتا . لكن عمر النصف للنويدات 90 هو 30 عامًا، وعمر النصف للنويدات 89 هو 50.5 يومًا. وبالتالي، في غضون 50.5 يومًا، يستغرق تحلل نصف ذرات السترونشيوم 89 ، مما ينبعث منه نفس عدد جسيمات بيتا كما حدث من التحللات، وقد تحلل أقل من 0.4٪ من ذرات السترونشيوم 90 ، مما ينبعث منه 0.4٪ فقط من بيتا. يكون معدل الانبعاث الإشعاعي هو الأعلى للنويدات المشعة الأقصر عمرًا، على الرغم من أنها تتحلل أيضًا بشكل أسرع. بالإضافة إلى ذلك، فإن منتجات الانشطار الأقل استقرارًا أقل عرضة للتحلل إلى نويدات مستقرة، بل تتحلل بدلاً من ذلك إلى نويدات مشعة أخرى، والتي تخضع لمزيد من التحلل وانبعاث الإشعاع، مما يزيد من الناتج الإشعاعي. إن منتجات الانشطار قصيرة العمر هذه هي الخطر المباشر للوقود المستنفد، كما أن الناتج من الطاقة الإشعاعية يولد أيضًا حرارة كبيرة يجب مراعاتها عند تخزين الوقود المستنفد. نظرًا لوجود مئات من النويدات المشعة المختلفة التي تم إنشاؤها، فإن مستوى النشاط الإشعاعي الأولي يتلاشى بسرعة مع تحلل النويدات المشعة قصيرة العمر، لكنه لا يتوقف تمامًا أبدًا حيث تشكل النويدات المشعة الأطول عمرًا المزيد والمزيد من الذرات غير المستقرة المتبقية. [1] في الواقع، تكون المنتجات قصيرة العمر مهيمنة لدرجة أن 87 بالمائة منها تتحلل إلى نظائر مستقرة خلال الشهر الأول بعد إزالتها من قلب المفاعل. [2]
التكوين والاضمحلال
إن مجموع الكتلة الذرية للذرتين الناتجتين عن انشطار ذرة انشطارية واحدة يكون دائمًا أقل من الكتلة الذرية للذرة الأصلية. وذلك لأن بعض الكتلة تُفقد على هيئة نيوترونات حرة ، وبمجرد إزالة الطاقة الحركية لمنتجات الانشطار (أي تبريد المنتجات لاستخراج الحرارة الناتجة عن التفاعل)، فإن الكتلة المرتبطة بهذه الطاقة تُفقد أيضًا في النظام، وبالتالي يبدو أنها "مفقودة" من منتجات الانشطار المبردة.
نظرًا لأن النوى التي يمكن أن تخضع للانشطار بسهولة غنية بالنيوترونات بشكل خاص (على سبيل المثال 61٪ من النيوكليونات في اليورانيوم 235 هي نيوترونات)، فإن منتجات الانشطار الأولية غالبًا ما تكون غنية بالنيوترونات أكثر من النوى المستقرة التي لها نفس كتلة منتج الانشطار (على سبيل المثال الزركونيوم المستقر -90 يحتوي على 56٪ نيوترونات مقارنة بالسترونشيوم غير المستقر -90 بنسبة 58٪). لذلك قد تكون منتجات الانشطار الأولية غير مستقرة وعادة ما تخضع لتحلل بيتا للتحرك نحو تكوين مستقر، وتحويل النيوترون إلى بروتون مع كل انبعاث بيتا. (لا تتحلل منتجات الانشطار عن طريق تحلل ألفا .)
تتحلل بعض نواتج الانشطار الأولية الغنية بالنيوترونات وقصيرة العمر عن طريق تحلل بيتا العادي (وهذا هو مصدر نصف العمر الملموس، وعادة ما يكون بضعة أعشار من الثانية إلى بضع ثوان)، يتبع ذلك انبعاث فوري لنيوترون بواسطة المنتج الابن المثار. هذه العملية هي مصدر ما يسمى بالنيوترونات المتأخرة ، والتي تلعب دورًا مهمًا في التحكم في المفاعل النووي .
إن تحللات بيتا الأولى سريعة وقد تطلق جسيمات بيتا عالية الطاقة أو إشعاعات جاما . ومع ذلك، مع اقتراب نواتج الانشطار من الظروف النووية المستقرة، قد يكون للتحلل الأخير أو الثاني عمر نصف طويل ويطلق طاقة أقل.
النشاط الإشعاعي مع مرور الوقت
تبلغ أعمار النصف لمنتجات الانشطار 90 عامًا ( الساماريوم-151 ) أو أقل، باستثناء سبعة منتجات انشطارية طويلة العمر تبلغ أعمار نصفها 211100 عام ( التكنيشيوم-99 ) أو أكثر. لذلك، ينخفض النشاط الإشعاعي الكلي لمزيج من منتجات الانشطار النقية بسرعة خلال أول مئات السنين (تتحكم فيه المنتجات قصيرة العمر) قبل أن يستقر عند مستوى منخفض يتغير قليلاً لمئات الآلاف من السنين (تتحكم فيه المنتجات السبعة طويلة العمر).
يتناقض هذا السلوك لمنتجات الانشطار النقية مع إزالة الأكتينيدات، مع تحلل الوقود الذي لا يزال يحتوي على الأكتينيدات . يتم إنتاج هذا الوقود في ما يسمى دورة الوقود النووي "المفتوحة" (أي بدون إعادة معالجة نووية ) . يبلغ عمر النصف لعدد من هذه الأكتينيدات في النطاق المفقود من حوالي 100 إلى 200000 عام، مما يسبب بعض الصعوبة في خطط التخزين في هذا النطاق الزمني للوقود غير المعاد معالجته في الدورة المفتوحة.
يستخدم أنصار دورات الوقود النووي التي تهدف إلى استهلاك جميع الأكتينيدات الخاصة بهم عن طريق الانشطار، مثل المفاعل السريع المتكامل ومفاعل الملح المنصهر ، هذه الحقيقة للزعم بأنه في غضون 200 عام، لن تكون نفايات الوقود الخاصة بهم أكثر إشعاعًا من خام اليورانيوم الأصلي . [3]
تصدر نواتج الانشطار إشعاعات بيتا ، في حين تصدر الأكتينيدات إشعاعات ألفا بشكل أساسي . كما يصدر العديد من كل منهما إشعاعات جاما .
أَثْمَر

تنتج كل انشطار لذرة رئيسية مجموعة مختلفة من ذرات نواتج الانشطار. ومع ذلك، في حين لا يمكن التنبؤ بالانشطار الفردي، فإن نواتج الانشطار يمكن التنبؤ بها إحصائيًا. تسمى كمية أي نظير معين يتم إنتاجه لكل انشطار "عائده"، والذي يتم التعبير عنه عادةً كنسبة مئوية لكل انشطار رئيسي؛ وبالتالي، فإن العائد الإجمالي هو 200٪، وليس 100٪. (الإجمالي الحقيقي في الواقع أكبر قليلاً من 200٪، بسبب حالات نادرة من الانشطار الثلاثي .)
في حين أن منتجات الانشطار تشمل كل عنصر من الزنك إلى اللانثانيدات ، فإن غالبية منتجات الانشطار تحدث في ذروتين. تحدث إحدى الذرات عند حوالي (معبر عنها بالكتل الذرية من 85 إلى 105) من السترونشيوم إلى الروثينيوم بينما تكون الذروة الأخرى عند حوالي التيلوريوم إلى النيوديميوم (معبر عنها بالكتل الذرية من 130 إلى 145). يعتمد العائد إلى حد ما على الذرة الأم وأيضًا على طاقة النيوترون المبتدئ.
بشكل عام، كلما زادت طاقة الحالة التي تخضع للانشطار النووي، زادت احتمالية أن يكون لمنتجي الانشطار كتلة متشابهة. وبالتالي، مع زيادة طاقة النيوترون و/أو زيادة طاقة الذرة الانشطارية ، يصبح الوادي بين القمتين أكثر ضحالة. [4] على سبيل المثال، منحنى الخضوع مقابل الكتلة لـ 239 Pu له واد أكثر ضحالة من ذلك الذي لوحظ لـ 235 U عندما تكون النيوترونات نيوترونات حرارية . تميل منحنيات انشطار الأكتينيدات اللاحقة إلى تكوين وديان أكثر ضحالة. في الحالات القصوى مثل 259 Fm ، لا يُرى سوى ذروة واحدة؛ وهذا نتيجة لهيمنة الانشطار المتماثل بسبب تأثيرات القشرة . [5]
يوضح الشكل المجاور توزيعًا نموذجيًا لمنتج الانشطار من انشطار اليورانيوم. لاحظ أنه في الحسابات المستخدمة لعمل هذا الرسم البياني، تم تجاهل تنشيط منتجات الانشطار وافترض أن الانشطار يحدث في لحظة واحدة بدلاً من فترة زمنية. في هذا الرسم البياني الشريطي، تظهر النتائج لأوقات تبريد مختلفة (الوقت بعد الانشطار). نظرًا لاستقرار النوى ذات الأعداد الزوجية من البروتونات و/أو النيوترونات ، فإن منحنى العائد ضد العنصر ليس منحنى سلسًا ولكنه يميل إلى التناوب. لاحظ أن المنحنى مقابل عدد الكتلة سلس. [6]
إنتاج
تتشكل كميات صغيرة من نواتج الانشطار بشكل طبيعي نتيجة إما للانشطار التلقائي لليورانيوم الطبيعي، والذي يحدث بمعدل منخفض، أو نتيجة للنيوترونات الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي أو التفاعلات مع جسيمات الأشعة الكونية . تُستخدم المسارات المجهرية التي تتركها نواتج الانشطار هذه في بعض المعادن الطبيعية ( الأباتيت والزركون بشكل أساسي) في تأريخ مسارات الانشطار لتوفير أعمار التبريد (التبلور) للصخور الطبيعية. تتمتع هذه التقنية بنطاق تأريخ فعال يتراوح من 0.1 مليون سنة إلى >1.0 مليار سنة اعتمادًا على المعدن المستخدم وتركيز اليورانيوم في هذا المعدن.
منذ حوالي 1.5 مليار سنة في كتلة من خام اليورانيوم في أفريقيا، عمل مفاعل انشطار نووي طبيعي لبضع مئات الآلاف من السنين وأنتج حوالي 5 أطنان من منتجات الانشطار. كانت منتجات الانشطار هذه مهمة في تقديم دليل على حدوث المفاعل الطبيعي. يتم إنتاج منتجات الانشطار في انفجارات الأسلحة النووية ، وتعتمد الكمية على نوع السلاح. أكبر مصدر لمنتجات الانشطار هو المفاعلات النووية . في مفاعلات الطاقة النووية الحالية ، يتم تحويل حوالي 3٪ من اليورانيوم في الوقود إلى منتجات انشطارية كمنتج ثانوي لتوليد الطاقة. تظل معظم منتجات الانشطار هذه في الوقود ما لم يكن هناك فشل في عنصر الوقود أو حادث نووي ، أو تتم إعادة معالجة الوقود .
مفاعلات الطاقة
تعمل مفاعلات الانشطار النووي التجارية في حالة دون حرجة سريعة الانطفاء . تتحلل بعض نواتج الانشطار على مدى ثوانٍ إلى دقائق، مما ينتج عنه نيوترونات متأخرة إضافية ضرورية للحفاظ على الحالة الحرجة. [7] [8] ومن الأمثلة على ذلك البروم-87 بنصف عمر يبلغ حوالي دقيقة واحدة. [9] عند التشغيل في هذه الحالة الحرجة المتأخرة ، تتغير الطاقة ببطء كافٍ للسماح بالتحكم البشري والآلي. على غرار مخمدات الحريق التي تغير حركة الجمر الخشبي نحو الوقود الجديد، يتم تحريك قضبان التحكم مع احتراق الوقود النووي بمرور الوقت. [10] [11] [12] [13]
في مفاعل الطاقة النووية، المصادر الرئيسية للإشعاع هي نواتج الانشطار إلى جانب الأكتينيدات ومنتجات التنشيط . تشكل نواتج الانشطار معظم الإشعاع خلال أول مئات السنين، بينما تهيمن الأكتينيدات لمدة 10 3 إلى 10 5 سنوات تقريبًا بعد استخدام الوقود.
تظل أغلب نواتج الانشطار محجوزة بالقرب من نقاط إنتاجها. وهي مهمة لتشغيل المفاعل ليس فقط لأن بعضها يساهم في إنتاج نيوترونات متأخرة مفيدة للتحكم في المفاعل، ولكن بعضها الآخر عبارة عن سموم نيوترونية تمنع التفاعل النووي. يعد تراكم سموم النيوترونات مفتاحًا لمدى إمكانية الاحتفاظ بعنصر وقود معين في المفاعل . كما يولد تحلل نواتج الانشطار حرارة تستمر حتى بعد إغلاق المفاعل وتوقف الانشطار. تتطلب حرارة الانشطار هذه الإزالة بعد الإغلاق؛ أدى فقدان هذا التبريد إلى إتلاف المفاعلات في جزيرة ثري مايل وفوكوشيما .
إذا تطورت ثقوب في غلاف الوقود المحيط بالوقود، فقد تتسرب نواتج الانشطار إلى سائل التبريد الأساسي . واعتمادًا على الكيمياء، فقد تستقر داخل قلب المفاعل أو تنتقل عبر نظام التبريد، ويتم توفير أنظمة التحكم الكيميائية لإزالتها. في مفاعل الطاقة المصمم جيدًا والذي يعمل في ظل ظروف طبيعية، تكون إشعاعات سائل التبريد منخفضة للغاية.
النظير المسؤول عن معظم التعرض لأشعة جاما في محطات إعادة معالجة الوقود (وموقع تشيرنوبيل في عام 2005) هو السيزيوم-137 . اليود-129 هو نظير مشع رئيسي يتم إطلاقه من محطات إعادة المعالجة. في المفاعلات النووية، يوجد كل من السيزيوم-137 والسترونشيوم -90 في مواقع بعيدة عن الوقود لأنهما يتكونان من تحلل بيتا للغازات النبيلة ( زينون-137 ، بنصف عمر يبلغ 3.8 دقيقة، وكريبتون -90 ، بنصف عمر يبلغ 32 ثانية) مما يتيح ترسبهما بعيدًا عن الوقود، على سبيل المثال على قضبان التحكم .
سموم المفاعلات النووية
تتحلل بعض منتجات الانشطار مع إطلاق النيوترونات المتأخرة ، وهو أمر مهم للتحكم في المفاعل النووي.
تتميز نواتج الانشطار الأخرى، مثل الزينون-135 والساماريوم -149 ، بمقطع امتصاص نيوتروني مرتفع . ونظرًا لأن المفاعل النووي يجب أن يوازن بين معدلات إنتاج وامتصاص النيوترونات، فإن نواتج الانشطار التي تمتص النيوترونات تميل إلى "تسمم" المفاعل أو إغلاقه؛ ويتم التحكم في ذلك باستخدام السموم القابلة للاشتعال وقضبان التحكم. قد يؤدي تراكم الزينون-135 أثناء الإغلاق أو التشغيل منخفض الطاقة إلى تسميم المفاعل بدرجة كافية لإعاقة إعادة التشغيل أو التدخل في التحكم الطبيعي في التفاعل أثناء إعادة التشغيل أو استعادة الطاقة الكاملة. لعب هذا دورًا رئيسيًا في كارثة تشيرنوبيل .
الأسلحة النووية
تستخدم الأسلحة النووية الانشطار إما كمصدر جزئي أو رئيسي للطاقة. واعتمادًا على تصميم السلاح والمكان الذي يتم تفجيره فيه، فإن الأهمية النسبية لنشاط نواتج الانشطار الإشعاعي ستختلف مقارنة بنشاط نواتج التنشيط الإشعاعي في إجمالي نشاط التساقط الإشعاعي.
إن المنتجات الانشطارية المباشرة الناتجة عن انشطار الأسلحة النووية هي في الأساس نفس المنتجات الناتجة عن أي مصدر انشطار آخر، وذلك اعتمادًا بشكل طفيف على النويدة المنشطرة. ومع ذلك، فإن الإطار الزمني القصير جدًا للتفاعل يحدث فرقًا في المزيج الخاص من النظائر المنتجة من القنبلة الذرية.
على سبيل المثال، توفر نسبة السيزيوم 134 /السيزيوم 137 طريقة سهلة للتمييز بين الغبار الناتج عن القنبلة ونواتج الانشطار من مفاعل الطاقة. لا يتشكل السيزيوم 134 تقريبًا عن طريق الانشطار النووي (لأن الزينون 134 مستقر). يتكون السيزيوم 134 عن طريق تنشيط النيوترونات للسيزيوم 133 المستقر الذي يتكون عن طريق تحلل النظائر في خط تساوي الضغط (A = 133). لذا في حالة حرجة لحظية، بحلول الوقت الذي يصبح فيه تدفق النيوترونات صفرًا، يكون قد مر وقت قصير جدًا لوجود أي سيزيوم 133. بينما يوجد في مفاعل الطاقة متسع من الوقت لتحلل النظائر في خط تساوي الضغط لتكوين السيزيوم 133 ، لا يمكن تنشيط السيزيوم 133 المتشكل بهذه الطريقة لتكوين السيزيوم 134 إلا إذا كان الوقت بين بداية ونهاية الحالة الحرجة طويلاً.
وفقًا لكتاب جيري هالا المدرسي، [14] فإن النشاط الإشعاعي في خليط نواتج الانشطار في القنبلة الذرية يحدث في الغالب بسبب النظائر قصيرة العمر مثل اليود-131 والباريوم -140 . بعد حوالي أربعة أشهر، يمثل السيريوم-141 والزركونيوم-95 / النيوبيوم-95 والسترونشيوم -89 الحصة الأكبر من المواد المشعة. بعد عامين إلى ثلاثة أعوام، يكون السيريوم-144 / البراسيوديميوم -144 والروثينيوم-106 / الروديوم-106 والبروميثيوم -147 مسؤولين عن الجزء الأكبر من النشاط الإشعاعي. بعد بضع سنوات، يهيمن السترونشيوم-90 والسيزيوم-137 على الإشعاع، بينما في الفترة ما بين 10000 ومليون عام، يهيمن التكنيشيوم-99 .
طلب
تُستخدم بعض نواتج الانشطار (مثل السيزيوم 137 ) في المصادر المشعة الطبية والصناعية . يمكن لأيون 99 TcO 4 − ( بيرتكنيتات ) أن يتفاعل مع الأسطح الفولاذية لتكوين طبقة مقاومة للتآكل . وبهذه الطريقة تعمل أنيونات الميتالوكسو هذه كمثبطات للتآكل الأنودي - مما يجعل سطح الفولاذ سلبيًا. إن تكوين 99 TcO 2 على الأسطح الفولاذية هو أحد التأثيرات التي ستؤخر إطلاق 99 Tc من براميل النفايات النووية والمعدات النووية التي فقدت قبل إزالة التلوث (على سبيل المثال مفاعلات الغواصات النووية التي فقدت في البحر).
وبنفس الطريقة، يمكن تأخير إطلاق اليود المشع في حادث خطير في مفاعل للطاقة عن طريق الامتصاص على الأسطح المعدنية داخل المحطة النووية. [15] وقد تم إنجاز الكثير من العمل الآخر على كيمياء اليود التي قد تحدث أثناء وقوع حادث سيئ. [16]
فساد


بالنسبة لانشطار اليورانيوم 235 ، فإن المنتجات الانشطارية المشعة السائدة تشمل نظائر اليود والسيزيوم والسترونشيوم والزينون والباريوم . يصبح التهديد أصغر بمرور الوقت. أصبحت المواقع التي كانت حقول الإشعاع فيها تشكل تهديدات مميتة فورية، مثل جزء كبير من محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية في اليوم الأول من الحادث ومواقع القصف الذري الأمريكي في اليابان (بعد 6 ساعات من التفجير) آمنة نسبيًا الآن لأن النشاط الإشعاعي انخفض إلى مستوى منخفض. تتحلل العديد من المنتجات الانشطارية من خلال نظائر قصيرة العمر جدًا لتكوين نظائر مستقرة ، ولكن عددًا كبيرًا من النظائر المشعة لها عمر نصف أطول من يوم واحد.
إن النشاط الإشعاعي في خليط نواتج الانشطار يحدث في البداية في الغالب بسبب النظائر قصيرة العمر مثل 131I و 140 Ba؛ وبعد حوالي أربعة أشهر ، يأخذ 141Ce و 95 Zr/ 95Nb و 89 Sr الحصة الأكبر، بينما بعد حوالي عامين أو ثلاثة يأخذ 144Ce / 144Pr و 106 Ru/ 106Rh و 147 Pm الحصة الأكبر . وفي وقت لاحق، أصبح 90Sr و 137 Cs النظائر المشعة الرئيسية، يليهما 99Tc . وفي حالة إطلاق النشاط الإشعاعي من مفاعل طاقة أو وقود مستعمل، يتم إطلاق بعض العناصر فقط؛ ونتيجة لذلك، فإن التوقيع النظيري للنشاط الإشعاعي يختلف كثيرًا عن التفجير النووي في الهواء الطلق ، حيث يتم تشتيت جميع نواتج الانشطار.
تدابير مواجهة التداعيات
| Part of a series on |
| Pollution |
|---|
الغرض من الاستعداد للطوارئ الإشعاعية هو حماية الناس من آثار التعرض للإشعاع بعد وقوع حادث نووي أو قنبلة. الإخلاء هو الإجراء الوقائي الأكثر فعالية. ومع ذلك، إذا كان الإخلاء مستحيلاً أو حتى غير مؤكد، فإن الملاجئ المحلية والتدابير الأخرى توفر أفضل حماية. [18]
اليود

هناك على الأقل ثلاثة نظائر لليود مهمة. اليود 129I ، اليود 131I (اليود المشع)، اليود 132I . وقد أدت التجارب النووية في الهواء الطلق وكارثة تشيرنوبيل إلى إطلاق اليود 131.
تعتبر النظائر قصيرة العمر لليود ضارة بشكل خاص لأن الغدة الدرقية تجمع وتركز اليوديد - المشع وكذلك المستقر. يمكن أن يؤدي امتصاص اليود المشع إلى تأثيرات حادة ومزمنة ومتأخرة. تشمل التأثيرات الحادة من الجرعات العالية التهاب الغدة الدرقية ، بينما تشمل التأثيرات المزمنة والمتأخرة قصور الغدة الدرقية وعقيدات الغدة الدرقية وسرطان الغدة الدرقية . وقد ثبت أن اليود النشط المنطلق من تشيرنوبيل وماياك [19] أدى إلى زيادة في حالات سرطان الغدة الدرقية في الاتحاد السوفيتي السابق .
أحد التدابير التي تحمي من خطر اليود المشع هو تناول جرعة من يوديد البوتاسيوم (KI) قبل التعرض لليود المشع. "يشبع" اليوديد غير المشع الغدة الدرقية، مما يتسبب في تخزين كمية أقل من اليود المشع في الجسم. يقلل إعطاء يوديد البوتاسيوم من آثار اليود المشع بنسبة 99٪ وهو مكمل حكيم وغير مكلف للملاجئ النووية . البديل منخفض التكلفة لأقراص اليود المتوفرة تجاريًا هو محلول مشبع من يوديد البوتاسيوم. عادة ما يكون التخزين طويل الأمد لـ KI في شكل بلورات بدرجة الكاشف . [18]
يمكن أيضًا استخدام إعطاء مواد مسببة للتضخم الغدة الدرقية كوقاية لتقليل الامتصاص الحيوي لليود (سواء كان اليود غير المشع الغذائي 127 أو اليود المشع، اليود المشع - الأكثر شيوعًا اليود 131 ، حيث لا يستطيع الجسم التمييز بين نظائر اليود المختلفة ). لقد ثبت أن أيونات البيركلورات ، وهي ملوث شائع للمياه في الولايات المتحدة بسبب صناعة الطيران ، تقلل من امتصاص اليود وبالتالي يتم تصنيفها على أنها مسببة للتضخم الغدة الدرقية . أيونات البيركلورات هي مثبط تنافسي لعملية ترسب اليوديد بنشاط في الخلايا الجريبية للغدة الدرقية. وقد أثبتت الدراسات التي أجريت على متطوعين بالغين أصحاء أنه عند مستويات أعلى من 0.007 مليجرام لكل كيلوجرام يوميًا (ملجم/كجم · يوم)، يبدأ البيركلورات في تثبيط قدرة الغدة الدرقية مؤقتًا على امتصاص اليود من مجرى الدم ("تثبيط امتصاص اليوديد"، وبالتالي فإن البيركلورات هي مادة معروفة بتضخم الغدة الدرقية). [20] إن تقليل تجمع اليوديد بواسطة البيركلورات له تأثير مزدوج - تقليل تخليق الهرمون الزائد وفرط نشاط الغدة الدرقية، من ناحية، وتقليل تخليق مثبطات الغدة الدرقية وقصور الغدة الدرقية من ناحية أخرى. يظل البيركلورات مفيدًا جدًا كتطبيق جرعة واحدة في الاختبارات التي تقيس تصريف اليوديد المشع المتراكم في الغدة الدرقية نتيجة للعديد من الاضطرابات المختلفة في عملية التمثيل الغذائي لليوديد في الغدة الدرقية. [21]
كان علاج تسمم الغدة الدرقية (بما في ذلك مرض جريفز) بجرعة 600-2000 مجم من بيركلورات البوتاسيوم (430-1400 مجم من بيركلورات البوتاسيوم) يوميًا لفترات تمتد لعدة أشهر أو أكثر ممارسة شائعة في السابق، وخاصة في أوروبا، [20] [22] ويستمر استخدام بيركلورات البوتاسيوم بجرعات أقل لعلاج مشاكل الغدة الدرقية حتى يومنا هذا. [23] على الرغم من استخدام 400 مجم من بيركلورات البوتاسيوم مقسمة إلى أربع أو خمس جرعات يومية في البداية ووجدت فعاليتها، فقد تم تقديم جرعات أعلى عندما تم اكتشاف أن 400 مجم / يوم لا تتحكم في تسمم الغدة الدرقية في جميع الأشخاص. [20] [21]
تتضمن الأنظمة العلاجية الحالية لتسمم الغدة الدرقية (بما في ذلك مرض جريفز)، عندما يتعرض المريض لمصادر إضافية من اليود، عادةً 500 مجم من بيركلورات البوتاسيوم مرتين يوميًا لمدة 18-40 يومًا. [20] [24]
وُجِد أن الوقاية باستخدام الماء المحتوي على البيركلورات بتركيزات 17 جزء في المليون ، وهو ما يعادل 0.5 مجم/كجم يوميًا من المدخول الشخصي، إذا كان وزن الشخص 70 كجم ويستهلك 2 لتر من الماء يوميًا، تقلل من امتصاص اليود المشع الأساسي بنسبة 67٪ [20] وهذا يعادل تناول إجمالي 35 مجم فقط من أيونات البيركلورات يوميًا. وفي دراسة أخرى ذات صلة حيث شرب المشاركون لترًا واحدًا فقط من الماء المحتوي على البيركلورات يوميًا بتركيز 10 جزء في المليون، أي تم تناول 10 مجم من أيونات البيركلورات يوميًا، لوحظ انخفاض متوسط في امتصاص اليود بنسبة 38٪. [25]
ومع ذلك، عندما يتم تقدير متوسط امتصاص البيركلورات لدى عمال مصنع البيركلورات المعرضين لأعلى مستوى من التعرض بنحو 0.5 مجم/كجم/يوم، كما هو الحال في الفقرة أعلاه، فمن المتوقع حدوث انخفاض بنسبة 67% في امتصاص اليود. ومع ذلك، فشلت الدراسات التي أجريت على العمال المعرضين بشكل مزمن حتى الآن في الكشف عن أي خلل في وظيفة الغدة الدرقية، بما في ذلك امتصاص اليود. [26] وقد يكون هذا راجعًا إلى التعرض اليومي الكافي أو تناول اليود-127 الصحي بين العمال ونصف العمر البيولوجي القصير للبيركلورات في الجسم والذي يبلغ 8 ساعات. [20]
إن منع امتصاص اليود 131 تمامًا عن طريق الإضافة المتعمدة لأيونات البيركلورات إلى إمدادات المياه للسكان، بهدف جرعات 0.5 مجم / كجم يوميًا، أو تركيز مائي يبلغ 17 جزءًا في المليون، سيكون غير كافٍ تمامًا للحد حقًا من امتصاص اليود المشع. يجب أن تكون تركيزات أيونات البيركلورات في إمدادات المياه في المنطقة أعلى بكثير، على الأقل 7.15 مجم / كجم من وزن الجسم يوميًا، أو تركيز مائي يبلغ 250 جزءًا في المليون ، على افتراض أن الناس يشربون 2 لتر من الماء يوميًا، لتكون مفيدة حقًا للسكان في منع التراكم البيولوجي عند التعرض لبيئة اليود المشع، [20] [24] بغض النظر عن توافر أدوية اليودات أو اليوديد .
إن التوزيع المستمر لأقراص البيركلورات أو إضافة البيركلورات إلى إمدادات المياه لابد وأن يستمر لمدة لا تقل عن 80 إلى 90 يوماً، وذلك بعد اكتشاف الإطلاق الأولي لليود المشع. وبعد مرور 80 إلى 90 يوماً، يكون اليود المشع-131 المنطلق قد تحلل إلى أقل من 0.1% من كميته الأولية، وفي ذلك الوقت يكون الخطر الناجم عن الامتصاص الحيوي لليود-131 قد انتهى بشكل أساسي. [27]
وفي حالة تسرب اليود المشع، فإن تناول يوديد البوتاسيوم الوقائي، إن وجد، أو حتى اليودات، سوف يكون له الأولوية على تناول البيركلورات، وسوف يكون بمثابة خط الدفاع الأول في حماية السكان من تسرب اليود المشع. ولكن في حالة تسرب اليود المشع على نطاق واسع وضخم بحيث لا يمكن السيطرة عليه بالمخزون المحدود من أدوية الوقاية من اليودات واليودات، فإن إضافة أيونات البيركلورات إلى إمدادات المياه، أو توزيع أقراص البيركلورات سوف يكون بمثابة خط دفاع ثانٍ رخيص وفعال ضد التراكم البيولوجي لليود المشع المسبب للسرطان .
إن تناول أدوية علاج تضخم الغدة الدرقية، مثل يوديد البوتاسيوم، ليس خالياً من المخاطر، مثل قصور الغدة الدرقية . ولكن في كل هذه الحالات، وعلى الرغم من المخاطر، فإن فوائد الوقاية من التدخل باليوديد أو اليودات أو البيركلورات تفوق خطر الإصابة بالسرطان الشديد الناجم عن التراكم البيولوجي لليود المشع في المناطق التي تسبب فيها اليود المشع في تلويث البيئة بدرجة كافية.
السيزيوم
لقد تسبب حادث تشيرنوبيل في إطلاق كمية كبيرة من نظائر السيزيوم والتي انتشرت على مساحة واسعة. السيزيوم 137 هو نظير يثير القلق على المدى الطويل لأنه يبقى في الطبقات العليا من التربة. تميل النباتات ذات أنظمة الجذور الضحلة إلى امتصاصه لسنوات عديدة. وبالتالي يمكن للعشب والفطر أن يحملا كمية كبيرة من السيزيوم 137 ، والتي يمكن أن تنتقل إلى البشر من خلال السلسلة الغذائية .
إن أحد أفضل التدابير المضادة للسيزيوم 137 في مزارع الألبان هو خلط التربة عن طريق حرثها بعمق. وهذا من شأنه أن يبعد السيزيوم 137 عن الجذور الضحلة للعشب، وبالتالي ينخفض مستوى النشاط الإشعاعي في العشب. كما أن إزالة بضعة سنتيمترات من التربة ودفنها في خندق ضحل من شأنه أن يقلل من الجرعة التي يتعرض لها البشر والحيوانات، حيث أن أشعة جاما من السيزيوم 137 سوف تضعف بمرورها عبر التربة. وكلما كان الخندق أعمق وأبعد، كلما كانت درجة الحماية أفضل. ويمكن استخدام الأسمدة المحتوية على البوتاسيوم لتخفيف السيزيوم والحد من امتصاصه من قبل النباتات.
في تربية الماشية ، هناك إجراء مضاد آخر ضد السيزيوم 137 وهو إطعام الحيوانات الأزرق البروسي . يعمل هذا المركب كمُبادل أيوني . يرتبط السيانيد بإحكام بالحديد بحيث يكون من الآمن للإنسان أن يستهلك عدة جرامات من الأزرق البروسي يوميًا. يقلل الأزرق البروسي من نصف العمر البيولوجي (يختلف عن نصف العمر النووي ) للسيزيوم. يبلغ نصف العمر الفيزيائي أو النووي للسيزيوم 137 حوالي 30 عامًا. يبلغ عمر النصف البيولوجي للسيزيوم في البشر عادةً ما بين شهر إلى أربعة أشهر. ميزة إضافية للأزرق البروسي هي أن السيزيوم الذي يتم تجريده من الحيوان في الفضلات يكون في شكل غير متاح للنباتات. وبالتالي فإنه يمنع إعادة تدوير السيزيوم. شكل الأزرق البروسي المطلوب لعلاج الحيوانات، بما في ذلك البشر هو درجة خاصة. لم تنجح محاولات استخدام درجة الصبغ المستخدمة في الدهانات . [28]
السترونشيوم
إن إضافة الجير إلى التربة الفقيرة بالكالسيوم يمكن أن تقلل من امتصاص النباتات للسترونشيوم . وبالمثل في المناطق التي تكون فيها التربة منخفضة البوتاسيوم ، فإن إضافة سماد البوتاسيوم يمكن أن تثبط امتصاص النباتات للسيزيوم. ومع ذلك، لا ينبغي إجراء مثل هذه المعالجات بالجير أو البوتاس باستخفاف لأنها يمكن أن تغير كيمياء التربة بشكل كبير، مما يؤدي إلى تغيير في بيئة النباتات في الأرض. [29]
المخاوف الصحية
بالنسبة لإدخال النويدات المشعة إلى الجسم، فإن الابتلاع هو الطريق الأكثر أهمية. لا يتم امتصاص المركبات غير القابلة للذوبان من الأمعاء ولا تسبب سوى إشعاع موضعي قبل إفرازها. ومع ذلك، تظهر الأشكال القابلة للذوبان نطاقًا واسعًا من نسب الامتصاص. [30]
| النظير | إشعاع | نصف العمر | امتصاص الجهاز الهضمي |
|---|---|---|---|
| سترونشيوم-90 / إتريوم-90 | بيتا | 28 سنة | 30% |
| السيزيوم-137 | بيتا، غاما | 30 سنة | 100% |
| بروميثيوم-147 | بيتا | 2.6 سنة | 0.01% |
| السيريوم-144 | بيتا، غاما | 285 يوما | 0.01% |
| الروثينيوم-106 / الروديوم-106 | بيتا، غاما | 1.0 سنة | 0.03% |
| الزركونيوم 95 | بيتا، غاما | 65 يوما | 0.01% |
| سترونشيوم-89 | بيتا | 51 يوما | 30% |
| الروثينيوم-103 | بيتا، غاما | 39.7 يوما | 0.03% |
| نيوبيوم-95 | بيتا، غاما | 35 يوما | 0.01% |
| السيريوم-141 | بيتا، غاما | 33 يوما | 0.01% |
| الباريوم-140 / اللانثانوم-140 | بيتا، غاما | 12.8 يوما | 5% |
| اليود-131 | بيتا، غاما | 8.05 يوما | 100% |
| التريتيوم | بيتا | 12.3 سنة | 100% [أ] |
انظر أيضا
ملحوظات
- ^ يمكن امتصاص الماء المعالج بالتريتيوم أيضًا من خلال الجلد. لاحظ أن عمر النصف الفعال (مزيج عمر النصف البيولوجي وعمر النصف للتحلل) قصير نسبيًا: حوالي 10 أيام (10 أيام و13 عامًا). [31]
مراجع
- ^ ف. ويليام ووكر، د. جورج جيه كيرواك، فرانسيس م. روورك. 1977. مخطط النويدات ، الطبعة الثانية عشرة. مختبر نولز للطاقة الذرية، شركة جنرال إلكتريك.
- ^ "ماذا يحدث للنفايات النووية في الولايات المتحدة؟". 19 نوفمبر 2019.
- ^ "مقدمة لبرنامج IFR التابع لـ ANL". 9 أكتوبر 2007. مؤرشف من الأصل في 9 أكتوبر 2007.
- ^ نيوتن، آموس س. (1 يناير 1949). "انشطار الثوريوم مع جسيمات ألفا". المراجعة الفيزيائية . 75 (1): 17-29. رمز Bibcode :1949PhRv...75...17N. doi :10.1103/PhysRev.75.17. S2CID 93655149.
- ^ Paşca, H.; Andreev, AV; Adamian, GG; Antonenko, NV (2018). "توزيعات الشحنة لشظايا الانشطار من الانشطار منخفض وعالي الطاقة لنظائر Fm وNo وRf". Physical Review C. 97 ( 3): 034621–1–034621–12. Bibcode :2018PhRvC..97c4621P. doi :10.1103/PhysRevC.97.034621.
- ^ "عائد الانشطار النووي". مؤرشف من الأصل في 28 مايو 2007. اطلع عليه بتاريخ 13 مايو 2009 .
- ^ "الفيزياء الأولية للتحكم في المفاعلات" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 12 يوليو 2019. تم الاسترجاع 15 أبريل 2018 .
- ^ "الانشطار النووي - تفاعل الانشطار". الطاقة النووية .
- ^ "النيوترونات السريعة والمتأخرة". nuclearpowertraining.tpub.com .
- ^ النيوترونات الفورية والمتأخرة إن حقيقة إنتاج النيوترون من خلال هذا النوع من الاضمحلال، ووقوعه بعد أوامر من حيث الحجم مقارنة بانبعاث النيوترونات الفورية، تلعب دورًا مهمًا للغاية في التحكم في المفاعل.
- ^ ""نظرًا للتركيز المنخفض جدًا لليورانيوم المستخدم، فمن غير الممكن أن ينفجر مفاعل نووي تجاري مثل القنبلة الذرية من منظور الفيزياء. سيكون القياس الجيد هو مقارنة المشروبات الكحولية بالبيرة. تحتوي المشروبات الكحولية، مثل الفودكا، عادةً على نسبة كحول 40٪، وهي قابلة للاشتعال بدرجة كبيرة. البيرة، التي تحتوي عمومًا على نسبة كحول أقل من 5٪، لا تحترق."". مؤرشف من الأصل في 1 أغسطس 2018 . تم الاسترجاع 15 أبريل 2018 .
- ^ "شرح الطاقة النووية من خلال أمثلة الاستعارة القياسية". www.metamia.com .
- ^ التعليم النووي لطلاب المدارس الابتدائية والثانوية خرافات حول الطاقة النووية من المستحيل أن ينفجر المفاعل النووي مثل السلاح النووي؛ إذ تحتوي هذه الأسلحة على مواد خاصة للغاية في تكوينات محددة للغاية، ولا يوجد أي منها في المفاعل النووي.
- ^ هالة جيري. جيمس د. نافراتيل (2003). النشاط الإشعاعي والإشعاع المؤين والطاقة النووية . برنو: كونفوج. رقم ISBN 80-7302-053-X.
- ^ H. Glänneskog. تفاعلات I2 و CH3I مع المعادن التفاعلية تحت ظروف الحوادث الشديدة في مفاعلات الماء المغلي، Nucl . Engineering and Design ، 2004، 227 ، 323-329
- ^ ورشة عمل حول جوانب اليود في إدارة الحوادث الخطيرة. الملخص والاستنتاجات. وكالة الطاقة النووية. لجنة سلامة المنشآت النووية. منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية. 7 مارس/آذار 2000.
- ^ "مختبر تقييم البيانات النووية" . تم الاسترجاع في 13 مايو 2009 .
- ^ ab C. Kearney, مهارات البقاء في الحرب النووية، معهد أوريغون للعلوم والطب، http://www.oism.org/
- ^ G. Mushkacheva، E. Rabinovich، V. Privalov، S. Povolotskaya، V. Shorokhova، S. Sokolova، V. Turdakova، E. Ryzhova، P. Hall، AB Schneider، DL Preston، و E. Ron، "التشوهات الدرقية المرتبطة بالتعرض المطول للطفولة لليود 131 من الانبعاثات الجوية من منشأة ماياك للأسلحة في روسيا"، أبحاث الإشعاع ، 2006، 166 (5)، 715-722
- ^ abcdefg Greer, Monte A.; Goodman, Gay; Pleus, Richard C.; Greer, Susan E. (2002). "تقييم التأثيرات الصحية للتلوث البيئي بالبيركلورات: استجابة الجرعة لتثبيط امتصاص اليود المشع في الغدة الدرقية لدى البشر". Environmental Health Perspectives . 110 (9): 927–37. doi :10.1289/ehp.02110927. PMC 1240994. PMID 12204829 .
- ^ ab Wolff, J (1998). "بيركلورات والغدة الدرقية". المراجعات الدوائية . 50 (1): 89–105. PMID 9549759.
- ^ بارزيلاي، د؛ شينفيلد، م (1966). "المضاعفات المميتة بعد استخدام بيركلورات البوتاسيوم في تسمم الغدة الدرقية. تقرير عن حالتين ومراجعة للأدبيات". مجلة العلوم الطبية الإسرائيلية . 2 (4): 453-6. 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.
- ^ ab Bartalena, L.; Brogioni, S; Grasso, L; Bogazzi, F; Burelli, A; Martino, E (1996). "علاج فرط نشاط الغدة الدرقية الناتج عن الأميودارون، تحدٍ صعب: نتائج دراسة مستقبلية". مجلة الغدد الصماء والتمثيل الغذائي السريرية . 81 (8): 2930–3. doi : 10.1210/jcem.81.8.8768854 . PMID 8768854.
- ^ لورانس، جيه إي؛ لام، إس إتش؛ بينو، إس؛ ريتشمان، كيه؛ برافيرمان، إل إي (2000). "تأثير جرعة منخفضة قصيرة الأمد من بيركلورات على جوانب مختلفة من وظيفة الغدة الدرقية". الغدة الدرقية . 10 (8): 659-63. doi :10.1089/10507250050137734. PMID 11014310.
- ^ لام، ستيفن هـ.؛ برافرمان، لويس إي.؛ لي، فينج شياو؛ ريتشمان، كينت؛ بينو، سام؛ هاويرث، جريجوري (1999). "حالة صحة الغدة الدرقية لدى عمال بيركلورات الأمونيوم: دراسة مقطعية للصحة المهنية". مجلة الطب المهني والبيئي . 41 (4): 248-60. doi :10.1097/00043764-199904000-00006. PMID 10224590.
- ^ "الكيمياء النووية: نصف العمر والتأريخ الإشعاعي".
- ^ لمزيد من التفاصيل حول استخدام اللون الأزرق البروسي، يرجى الاطلاع على تقرير الوكالة الدولية للطاقة الذرية حول حادث جويانيا .[1]
- ^ التنمية، مكتب البحوث و. "دراسات كاملة النطاق وعلى مستوى المختبر حول إزالة السترونشيوم من الماء (ملخص)". cfpub.epa.gov . تم الاسترجاع في 14 يونيو 2019 .
- ^ Baratta, Edmond J.; Nations, Food and Agriculture Organization of the United Nations (10 February 1994). Manual of Food Quality Control: Radionuclides in food. Food & Agriculture Org. ISBN 9789251035788- عبر كتب Google.
- ^ "نصف العمر، فعال". www.euronuclear.org . مؤرشف من الأصل في 9 يوليو 2014 . تم الاسترجاع 25 ديسمبر 2012 .
فهرس
بول رويس، فيزياء النيوترون ، الفصل 2.10.2، ص 75
روابط خارجية
- دراسات تساقط اليود في الولايات المتحدة
الرسم البياني المباشر للنويدات - الوكالة الدولية للطاقة الذرية خريطة ملونة لعوائد المنتجات، وبيانات مفصلة عند النقر على النويدة.
