سترونتيوم-90

السترونتيوم-90 ( 90السترونتيوم-90 (Sr ) هو نظير مشع للسترونتيوم ينتج عن الانشطار النووي ، ويبلغ عمر النصف له 28.91  سنة. ويخضع لتحلل بيتا السالب إلى 90Y بطاقة اضمحلال تبلغ 0.546 ميغا إلكترون فولت. 90يُستخدم السترونتيوم في الطب والصناعة، وهو نظير مثير للقلق في التساقط الإشعاعي الناتج عن الأسلحة النووية ، وتجارب الأسلحة النووية ، والحوادث النووية . [ 4 ]

النشاط الإشعاعي

السترونتيوم الموجود بشكل طبيعي ( 88السترونتيوم (Sr ) غير مشع وغير سام بالمستويات الموجودة عادةً في البيئة، ولكن 90يُعد السترونتيوم مصدرًا للإشعاع. [ 5 ] 90يخضع السترونتيوم لتحلل بيتا السالب بنصف عمر يبلغ 28.91  سنة وطاقة تحلل تبلغ 0.546 ميغا إلكترون فولت موزعة على إلكترون ، ومضاد نيوترينو ، ونظير الإيتريوم 90 يخضع Y بدوره لتحلل بيتا السالب بنصف عمر يبلغ 64.05 ساعة وطاقة تحلل تبلغ 2.28 ميغا إلكترون فولت موزعة على إلكترون، ومضاد نيوترينو، وأحيانًا أشعة غاما ، تاركًا 90 مستقرًاالزركونيوم [ 3 ] فروع انبعاث أشعة غاما ضعيفة للغاية لدرجة أنها تُستخدم في معظمالأغراض 90Sr و 90يمكن اعتبار Y مصادر نقية لانبعاث جسيمات بيتا .

نوكليودنصفأَثْمَرس [ أ 1 ]βγ
( أ )(%) [ a 2 ]( كيلو إلكترون فولت )
155 يورو4.740.0803 [ a 3 ]252βγ
85 كرونة10.730.2180 [ a 4 ]687βγ
113 متر Cd13.90.0008 [ a 3 ]316β
90 Sr28.914.5052826 [ أ 5 ]β
137 سيزيوم30.046.3371176β γ
121 متر قصدير43.90.00005390βγ
151 سم94.60.5314 [ a 3 ]77β
  1. يتم تقسيم طاقة الاضمحلال بين جسيمات بيتا والنيوترينووجسيمات غاما إن وجدت.
  2. لكل 65 انشطارًا حراريًا بالنيوترونات من 235 U و 35 من 239 Pu .
  3. 1 2 3 سم النيوترونات ؛ في المفاعلات الحرارية، يتم تدمير معظمها عن طريق التقاط النيوترونات بشكل أكبر.
  4. أقل من ربع كتلة منتجات الانشطار 85 حيث أن معظمها يتجاوز الحالة الأرضية: 85 Br → 85m Kr → 85 Rb.
  5. طاقة اضمحلالها 546 كيلو إلكترون فولت؛ ناتج اضمحلالها 90 Y لديه طاقة اضمحلال 2.28 ميجا إلكترون فولت مع تفرع غاما ضعيف.

نواتج الانشطار

يُعدّ السترونتيوم -90 أحد نواتج الانشطار النووي . وهو موجود بكميات كبيرة في الوقود النووي المستهلك ، والنفايات المشعة من المفاعلات النووية ، والتساقط النووي الناتج عن التجارب النووية . في حالة الانشطار النيوتروني الحراري كما هو الحال في محطات الطاقة النووية الحالية، تبلغ نسبة نواتج الانشطار من اليورانيوم-235 5.7%، ومن اليورانيوم-233 6.6% ، بينما لا تتجاوز 2.0% من البلوتونيوم-239 [ 6 ] (تستمد المفاعلات التجارية الطاقة من كلٍّ من اليورانيوم-235 والبلوتونيوم-239 بكميات متقاربة).

النفايات الجديدة

90يُصنّف السترونتيوم ضمن النفايات عالية الإشعاع. ونظرًا لعمر النصف الطويل الذي يبلغ 29 عامًا، فقد يستغرق تحلله إلى مستويات ضئيلة مئات السنين. وقد يزيد التعرض له من خلال المياه والغذاء الملوثين من خطر الإصابة بسرطان الدم وسرطان العظام . [ 7 ] وتشير التقارير إلى وجود آلاف الكبسولات من السترونتيوم المشع، التي تحتوي على ملايين الكوري، مخزنة في منشأة تغليف وتخزين النفايات في موقع هانفورد . [ 8 ]

المعالجة

أظهرت الطحالب انتقائية للسترونتيوم في الدراسات، في حين أن معظم النباتات المستخدمة في المعالجة الحيوية لم تُظهر انتقائية بين الكالسيوم والسترونتيوم، وغالبًا ما تصبح مشبعة بالكالسيوم، وهو العنصر الأكثر وفرة والموجود أيضًا في النفايات النووية. [ 7 ]

درس الباحثون التراكم الحيوي للسترونتيوم بواسطة طحلب Scenedesmus spinosus في مياه الصرف الصحي المُحاكاة. وتشير الدراسة إلى قدرة امتصاص حيوي انتقائية عالية للسترونتيوم لدى هذا الطحلب ، مما يوحي بأنه قد يكون مناسبًا للاستخدام في معالجة مياه الصرف الصحي النووية. [ 9 ] 

أظهرت دراسة أجريت على طحلب البركة Closterium moniliferum باستخدام السترونتيوم المستقر أن تغيير نسبة الباريوم إلى السترونتيوم في الماء يحسن انتقائية السترونتيوم. [ 7 ]

التأثيرات البيولوجية

النشاط البيولوجي

90يُعدّ السترونتيوم عنصرًا " مُسهِمًا في العظام " يُظهر سلوكًا بيوكيميائيًا مشابهًا للكالسيوم ، وهو العنصر الأخف التالي في المجموعة الثانية . [ 5 ] [ 10 ] بعد دخوله الجسم، غالبًا عن طريق تناوله مع طعام أو ماء ملوث، يتم إخراج حوالي 70-80% من الجرعة. [ 4 ] أما النسبة المتبقية البالغة 90% فتُطرح بالكامل تقريبًا.يترسب السترونتيوم في العظام ونخاع العظم ، بينما تبقى نسبة 1% المتبقية في الدم والأنسجة الرخوة. [ 4 ] قد يؤدي وجوده في العظام إلى الإصابة بسرطان العظام ، وسرطان الأنسجة المجاورة، وسرطان الدم (اللوكيميا) . [ 11 ] يمكن الكشف عن التعرض للسترونتيوم -90 عن طريق فحص حيوي ، وأكثرها شيوعًا تحليل البول . [ 5 ]

نصف العمر البيولوجي 90تفاوتت التقارير المنشورة حول عمر النصف البيولوجي للسترونتيوم  في البشر، حيث تراوحت بين 14 و600  يوم، [ 12 ] [ 13 ] و 1000  يوم، [ 14 ] و 18  عامًا، [ 15 ] و 30  عامًا ، [ 16 ] ووصلت في أقصى تقدير إلى 49  عامًا. [ 17 ] يُعزى هذا التباين الكبير في قيم عمر النصف البيولوجي المنشورة إلى عملية التمثيل الغذائي المعقدة للسترونتيوم داخل الجسم. ومع ذلك، وبحساب متوسط ​​جميع مسارات الإخراج، يُقدّر عمر النصف البيولوجي الإجمالي بحوالي 18  عامًا. [ 18 ]

معدل الاستبعاد 90يتأثر السترونتيوم بشدة بالعمر والجنس، وذلك بسبب الاختلافات في استقلاب العظام . [ 19 ]

بالإضافة إلى نظائر السيزيوم 134السيزيوم و 137السيزيوم ونظير اليود 131أنا ، 90كان السترونتيوم من بين أهم النظائر المشعة فيما يتعلق بالتأثيرات الصحية بعد كارثة تشيرنوبيل . ونظرًا لأن السترونتيوم له ألفة لمستقبلات استشعار الكالسيوم في خلايا الغدة الدرقية مشابهة لألفة الكالسيوم، فإن زيادة خطر إصابة عمال تنظيف محطة تشيرنوبيل للطاقة بفرط نشاط الغدة الدرقية الأولي يمكن تفسيره بارتباط السترونتيوم بمستقبلات استشعار الكالسيوم في خلايا الغدة الدرقية.السيد [ 20 ]

الاستخدامات

مولدات الطاقة الكهروحرارية بالنظائر المشعة (RTGs)

الاضمحلال الإشعاعي لـ 90يُنتج السترونتيوم كمية كبيرة من الحرارة، 0.920  واط/غرام في صورة معدن السترونتيوم النقي أو 0.445  واط/غرام في صورة تيتانات السترونتيوم [ 21 ] ، وهو أرخص من البديل 238البلوتونيوم . يُستخدم كمصدر حراري في العديد من مولدات الطاقة الكهروحرارية الروسية/السوفيتية التي تعمل بالنظائر المشعة، وعادةً ما يكون على شكل تيتانات السترونتيوم. [ 22 ] كما استُخدم أيضًا في سلسلة مولدات الطاقة الكهروحرارية الأمريكية "سنتينل". [ 23 ] تعمل شركة زينو باور الناشئة على تطوير مولدات طاقة كهروحرارية تستخدم السترونتيوم-90 من وزارة الدفاع الأمريكية ، وتهدف إلى شحن المنتج بحلول عام 2026. [ 24 ]

التطبيقات الصناعية

90يُستخدم السترونتيوم في الصناعة كمصدر مشع لأجهزة قياس السماكة. [ 4 ]

التطبيقات الطبية

90يُستخدم السترونتيوم على نطاق واسع في الطب كمصدر مشع للعلاج الإشعاعي السطحي لبعض أنواع السرطان. كميات مضبوطة من 90كبير أو من 89يمكن استخدام السترونتيوم في علاج سرطان العظام ، وفي علاج تضيق الشرايين التاجية المتكرر عن طريق المعالجة الإشعاعية الموضعية للأوعية الدموية . كما يُستخدم كمتتبع إشعاعي في الطب والزراعة. [ 4 ]

تطبيقات الفضاء الجوي

90يُستخدم السترونتيوم كطريقة لفحص شفرات بعض المروحيات ذات الشفرات المجوفة لتحديد ما إذا كان قد تشكل شق. [ 25 ]

الحرب الإشعاعية

في أبريل 1943، اقترح إنريكو فيرمي على روبرت أوبنهايمر إمكانية استخدام النواتج الثانوية المشعة من تخصيب اليورانيوم لتلويث الإمدادات الغذائية الألمانية. كان الدافع وراء ذلك هو الخوف من أن مشروع القنبلة الذرية الألمانية قد وصل إلى مراحل متقدمة، كما كان فيرمي متشككًا آنذاك في إمكانية تطوير قنبلة ذرية بالسرعة الكافية. ناقش أوبنهايمر الاقتراح مع إدوارد تيلر ، الذي اقترح استخدام 90كما تم إطلاع كل من السيد جيمس براينت كونانت وليزلي ر. غروفز على الأمر، لكن أوبنهايمر أراد المضي قدماً في الخطة فقط إذا أمكن تلويث كمية كافية من الطعام بالسلاح لقتل نصف مليون شخص. [ 26 ]

تلوث البيئة بالسترونتيوم -90

90إن احتمالية وجود السترونتيوم أقل بكثير من احتمالية وجوده في 137من المتوقع أن ينطلق السيزيوم كجزء من حادث مفاعل نووي لأنه أقل تطايرًا بكثير، ولكنه ربما يكون المكون الأكثر خطورة في التساقط الإشعاعي الناتج عن سلاح نووي. [ 27 ]

وجدت دراسة أجريت على مئات الآلاف من الأسنان اللبنية ، والتي جمعتها الدكتورة لويز ريس وزملاؤها كجزء من مسح أسنان الأطفال ، زيادة كبيرة في 90مستويات السترونتيوم خلال الخمسينيات وأوائل الستينيات. أظهرت النتائج النهائية للدراسة أن الأطفال الذين ولدوا في سانت لويس، ميسوري ، عام 1963 كانت لديهم مستويات 90بلغت نسبة السترونتيوم في أسنانهم اللبنية 50  ضعفًا مقارنةً بتلك الموجودة لدى الأطفال المولودين عام 1950، قبل بدء التجارب النووية واسعة النطاق. وتوقع مراجعو الدراسة أن يؤدي التساقط الإشعاعي إلى زيادة معدل الإصابة بالأمراض لدى أولئك الذين امتصوا 90[ 28 ] ومع ذلك، لم تُجرَ أي دراسات متابعة على هذه الحالات، لذا فإن هذا الادعاء غير مُختَبَر .

تم تعميم مقال يتضمن النتائج الأولية للدراسة على الرئيس الأمريكي جون إف. كينيدي في عام 1961، وساعد ذلك في إقناعه بتوقيع معاهدة الحظر الجزئي للتجارب النووية مع المملكة المتحدة والاتحاد السوفيتي ، مما أنهى تجارب الأسلحة النووية فوق سطح الأرض التي تسببت في إطلاق أكبر كميات من التلوث الإشعاعي النووي في الغلاف الجوي. [ 29 ]

أدت كارثة تشيرنوبيل إلى إطلاق ما يقرب من 10 بيتابيكريل ، أو حوالي 5% من مخزون المفاعلات النووية البالغ 90 السترونتيوم في البيئة. [ 30 ] تسببت كارثة كيشتيم في إطلاق 90تسرب السترونتيوم ومواد مشعة أخرى إلى البيئة. وتشير التقديرات إلى أنه أطلق 20  ميغا كوري (800  بيتابيكريل) من النشاط الإشعاعي. ومنذ وقوع كارثة فوكوشيما دايتشي وحتى عام 2013، أطلق ما بين 0.1 و1 بيتابيكريل من النشاط الإشعاعي.السترونتيوم على شكل مياه تبريد ملوثة في المحيط الهادئ . [ 31 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. كونديڤ، إف جي؛ وانغ، إم؛ هوانغ، دبليو جي؛ نعيمي، إس؛ أودي، جي. (2021). "تقييم NUBASE2020 للخواص النووية" (ملف PDF) . الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  2. وانغ، مينغ؛ هوانغ، دبليو جيه؛ كونديڤ، إف جي؛ أودي، جي؛ نعيمي، إس. (2021). "تقييم الكتلة الذرية AME 2020 (الجزء الثاني). الجداول والرسوم البيانية والمراجع". الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  3. 1 2 المركز الوطني لبيانات الطاقة النووية . "قاعدة بيانات NuDat 3.0" . مختبر بروكهافن الوطني .
  4. 1 2 3 4 5 "السترونتيوم | الحماية من الإشعاع | وكالة حماية البيئة الأمريكية" . وكالة حماية البيئة . 24 أبريل 2012. مؤرشف من الأصل في 11 مايو 2012. تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2012 .
  5. 1 2 3 الملف السمّي للسترونتيوم (ملف PDF) ، وكالة تسجيل المواد السامة والأمراض، أبريل 2004، مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 7 مايو 2021 ، تم استرجاعه في 13 أكتوبر 2014
  6. "مخطط حي - جدول النوى - بيانات التركيب النووي والتحلل" . الوكالة الدولية للطاقة الذرية. مؤرشف من الأصل في 23 مارس 2019. تم الاطلاع عليه في 13 أكتوبر 2014 .
  7. 1 2 3 بوتيرا، كارول (2011). "النفايات الخطرة: طحالب البرك تحجز السترونتيوم-90" . مجلة منظورات الصحة البيئية . 119 (6): A244. doi : 10.1289/ehp.119-a244 . PMC 3114833. PMID 21628117 .  
  8. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/04/f14/OAS-L-14-04.pdf مؤرشف بتاريخ 10 أكتوبر 2023 في أرشيف الإنترنت "التخزين طويل الأجل للسيزيوم والسترونتيوم في موقع هانفورد" تقرير المفتش العام رقم OAS-L-14-04. مارس 2014.
  9. ليو، مينغشوي؛ دونغ، فاكين؛ كانغ، وو؛ صن، شييونغ؛ وي، هونغفو؛ تشانغ، وي؛ ني، شياوكين؛ غو، يوتينغ؛ هوانغ، تينغ؛ ليو، يوانيوان (2014). "الامتصاص الحيوي للسترونتيوم من مياه الصرف النووي المحاكاة بواسطة طحلب Scenedesmus spinosus في ظروف الاستزراع: عمليات ونماذج الامتصاص والتراكم الحيوي" . المجلة الدولية لبحوث البيئة والصحة العامة . 11 (6): 6099-6118 . doi : 10.3390/ijerph110606099 . PMC 4078568. PMID 24919131 .  
  10. "هيئة التنظيم النووي: مسرد المصطلحات - الباحث عن العظام" . هيئة التنظيم النووي الأمريكية . 7 مايو 2014. مؤرشف من الأصل في 1 أبريل 2019. تم الاطلاع عليه في 13 أكتوبر 2014 .
  11. "سترونتيوم-90" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 22 مايو 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 ديسمبر 2020 .
  12. تيلر، بي إل (2001)، "4.5 مراقبة الأسماك والحياة البرية" (ملف PDF) ، التقرير البيئي لموقع هانفورد لعام 2001 ، وزارة الطاقة الأمريكية، مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 11 مايو 2013 ، تم استرجاعه في 14 يناير 2014
  13. درايفر، سي جيه (1994)، مراجعة أدبيات السمية البيئية لملوثات مختارة من موقع هانفورد (ملف PDF) ، وزارة الطاقة الأمريكية، doi : 10.2172/10136486 ، OSTI 10136486 ، مؤرشف من الأصل في 22 أكتوبر 2021 ، تم استرجاعه في 14 يناير 2014 
  14. "علم البيئة المائية وتأثير الإنسان" . المنطقة الرابعة، إنفيروثون. مؤرشف من الأصل في 1 يناير 2014. تم الاطلاع عليه في 14 يناير 2014 .
  15. "النظائر المشعة التي قد تؤثر على الموارد الغذائية" (ملف PDF) . قسم علم الأوبئة، الصحة والخدمات الاجتماعية، ولاية ألاسكا. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 21 أغسطس 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يناير 2014 .
  16. "صحيفة حقائق صحة الإنسان: السترونتيوم" (ملف PDF) . مختبر أرغون الوطني. أكتوبر 2001. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 24 يناير 2014. تم الاطلاع عليه في 14 يناير 2014 .
  17. "نصف العمر البيولوجي" . هايبرفيزيكس. مؤرشف من الأصل في 14 ديسمبر 2021. تم الاطلاع عليه في 14 يناير 2014 .
  18. غلاستون، صموئيل؛ دولان، فيليب ج. (1977). "الثاني عشر: الآثار البيولوجية" (ملف PDF) . آثار الأسلحة النووية . ص 605. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 10 مارس 2023. تم الاطلاع عليه في 14 يناير 2014 . 
  19. شاجينا، ن.ب.؛ بوغروف، ن.غ.؛ ديغتيفا، م.و.؛ كوزيوروف، ف.ب.؛ تولستيك، إ.إ. (2006). "تطبيق تقنية العد الحيوي لكامل الجسم لدراسة استقلاب السترونتيوم وإعادة بناء الجرعة الداخلية لسكان نهر تيتشا" . مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات . 41 (1): 433-440 . Bibcode : 2006JPhCS..41..433S . doi : 10.1088/1742-6596/41/1/048 . ISSN 1742-6588 . 
  20. بوهم، ب. أو.، روزينجر، س.، بيلي، د.، ديتريش، ج. و. (أغسطس 2011). "الغدة جارات الدرقية كهدف للضرر الإشعاعي" . مجلة نيو إنجلاند الطبية . 365 (7): 676-678 . doi : 10.1056/NEJMc1104982 . PMID 21848480 . 
  21. محسوبة من طاقات اضمحلال NNDC، ومتوسط ​​العمر (نصف العمر / log 2)، وثوابت أخرى.
  22. ستاندرينغ، دبليو جيه إف؛ سيلناس، أو جي؛ سنيف، إم؛ فين، آي إي؛ حسيني، إيه؛ أموندسن، آي؛ ستراند، بي (2005)، تقييم العواقب البيئية والصحية والسلامة المترتبة على إيقاف تشغيل مولدات الطاقة الحرارية بالنظائر المشعة (RTGs) في شمال غرب روسيا (ملف PDF) ، أوستيراس: الهيئة النرويجية للحماية من الإشعاع ، مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 3 مارس 2016 ، تم استرجاعه في 14 يناير 2014
  23. "مصادر الطاقة للتطبيقات القطبية النائية" (ملف PDF) . واشنطن العاصمة: الكونغرس الأمريكي، مكتب تقييم التكنولوجيا. يونيو 1994. OTA-BP-ETI-129. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 9 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه في 19 أكتوبر 2012 .
  24. "قوة زينو" . قوة زينو . مؤرشف من الأصل في 2 مارس 2024. تم الاسترجاع في 2 مارس 2024 .
  25. "نظام وعملية مراقبة الشفرات اللاسلكية" . مؤرشف من الأصل في 17 أبريل 2021. تم الاطلاع عليه في 31 مايو 2018 .
  26. رودس، ريتشارد (2012). صناعة القنبلة الذرية . سايمون وشوستر . ص 510 وما بعدها. ISBN  978-1-4711-1123-5. OCLC 1096260191 . 
  27. "شظايا الانشطار النووي" . هايبرفيزيكس. مؤرشف من الأصل في 15 يونيو 2012. تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2012 .
  28. شناير، والتر (25 أبريل 1959). "السترونتيوم-90 لدى الأطفال الأمريكيين". مجلة ذا نيشن . 188 (17): 355-357 .
  29. هيفيسي، دينيس. "وفاة الدكتورة لويز ريس، التي ساعدت في حظر التجارب النووية، عن عمر يناهز 90 عامًا". مؤرشف في 19 أبريل 2019 في Wayback Machine ، صحيفة نيويورك تايمز ، 10 يناير 2011. تم الاطلاع عليه في 10 يناير 2011.
  30. "الجزء الثاني: إطلاق وانتشار وترسب النويدات المشعة" ، تشيرنوبيل: تقييم الآثار الإشعاعية والصحية (ملف PDF) ، وكالة الطاقة النووية ، 2002، مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 22 يونيو 2015 ، تم استرجاعه في 13 أكتوبر 2014
  31. بوفينيك، ب.ب.؛ أوياما، م.؛ بيدولف، د.؛ وآخرون . (2013). "السيزيوم واليود والتريتيوم في مياه شمال غرب المحيط الهادئ - مقارنة بين تأثير فوكوشيما والتساقط النووي العالمي" . علوم الأرض الحيوية . 10 (8): 5481-5496 . Bibcode : 2013BGeo...10.5481P . doi : 10.5194/bg-10-5481-2013 . hdl : 1912/6245 . ISSN 1726-4189 .