환경 방사능
Environmental radioactivity |
| 시리즈의 일부 |
| 오염 |
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환경 방사능은 인간 환경의 방사성 물질에 의해 생성된다.스트론튬-90(90Sr)과 테크네튬-99(99Tc)와 같은 일부 방사성 동위원소는 인간 활동의 결과로서만 지구에 존재하며, 칼륨-40(40K)3과 같은 일부 동위원소는 자연 과정과 인간 활동 모두에서 비롯된다.일부 천연 동위원소, 특히 우라늄-238(238U)의 농도와 위치는 인간의 활동에 의해 영향을 받을 수 있다.
토양의 배경 수준
방사능은 어디에나 존재하며, 지구가 형성되었을 때부터 존재해 왔다.토양에서 검출된 자연방사능은 주로 K, Ra, U, Th의 네 가지 자연방사능 동위원소 때문이다.토양 1kg에서 칼륨-40은 평균 370Bq의 방사선에 이르며, 그 외는 각각 약 25Bq의 방사선에 기여하며, 평균 범위는 10~50Bq([1]Th의 경우 7~50Bq)이다.일부 토양은 이러한 규범과 크게 다를 수 있다.
바다와 강의 진흙
세르비아의 사바 강에 대한 최근 보고서는 많은 강 실트가 약 100 Bq−1 kg의 천연 방사성 동위원소(226Ra, Th, U)[2]를 포함하고 있다고 시사한다.유엔에 따르면 토양 속 우라늄의 정상 농도는 300μg에서−1 11.7mg−1 [3]사이이다.과축적기라고 불리는 몇몇 식물들은 조직 내의 금속을 흡수하고 집중시킬 수 있다는 것은 잘 알려져 있다; 요오드는 프랑스에서 해초로부터 처음 분리되었고, 이것은 해초가 요오드 과축적기라는 것을 암시한다.
합성 방사성 동위원소는 실트에서도 검출할 수 있다.Busby는[citation needed] 갈랜드 외 연구진(1989)의 웨일스 조간 퇴적물의 플루토늄 활성에 대한 보고서를 인용했다. 이는 셀라필드에 가까운 장소일수록 실트 내 플루토늄 농도가 높다는 것을 시사한다.지수 곡선에 적합된 경우 거리와 활동 사이의 일부 관계를 데이터에서 볼 수 있지만 점의 산란이 큽니다(R2 = 0.3683).
인조성
인공방사능과 자연발생방사능물질(NORM)의 방출로 인한 인간활동으로 인한 생물권의 추가방사능은 몇 가지 세분류로 나눌 수 있다.
- 발전소 또는 인공 방사성 물질을 취급하는 공정의 정기 운전 중에 발생하는 정상적인 허가 방출.
- 예를 들어 병원 핵의학과에서 Tc의 방출은 Tc 촬상제를 투여받은 사람이 해당 약제를 배출했을 때 발생한다.
- 산업재해 또는 연구사고 중에 발생하는 인공방사성물질의 방출.
- 군사 활동의 결과로 발생하는 방출입니다.
- 예를 들어, 핵무기 실험입니다.
- 범죄의 결과로서 발생하는 해방.
- 예를 들어, 고이아니아 사고에서는 방사성 물질을 모르는 도둑이 의료 장비를 훔쳤고 그 결과 많은 사람들이 방사능에 노출되었다.
- 광업 등에 의한 자연발생 방사성물질(NORM)의 방출.
- 예를 들어, 발전소에서 연소될 때 석탄에서 우라늄과 토륨의 미량 방출이 그것이다.
농업과 축적된 방사능의 인간으로의 전달
방사성 동위원소가 토양 표면에 떨어진다고 해서 인간의 먹이사슬에 들어가는 것은 아니다.환경으로 방출된 후 방사성 물질은 다양한 경로로 인간에게 도달할 수 있으며, 원소의 화학 작용에 따라 가장 가능성이 높은 경로가 결정된다.
소
지아이 할라는 그의 교과서 "방사능, 이온화 방사선 및 핵 에너지"에서 소는 그들이 섭취하는 스트론튬, 세슘, 플루토늄, 아메리슘의 극소수만 우유와 고기를 먹는 사람에게 전달한다고 주장한다.우유를 예로 들면, 소의 일일 섭취량이 이전 동위원소 중 1000Bq인 경우, 우유는 다음과 같은 활동을 하게 된다.
- 90Sr, 2 Bq/L
- 137Cs, 5 Bq/L
- 239Pu, 0.001 Bq/L
- 241암, 0.001 Bq/L
흙
지아이 할라의 교과서에는 토양은 방사성 동위원소와 결합하는 능력이 매우 다양하며, 점토 입자와 후민산은 토양 물과 토양 사이의 동위원소 분포를 바꿀 수 있다고 기술되어 있다.분포 계수d K는 토양 방사능(Bq−1 g) 대 토양수(Bq−1 ml)의 비율이다.방사능이 토양에 있는 미네랄에 의해 단단히 결합되어 있다면, 토양에서 자라는 농작물과 풀로 흡수되는 방사능이 줄어들 수 있다.
삼위일체 검정
인공 방사능의 극적인 원천 중 하나는 핵무기 실험이다.첫 원자폭탄에 의해 만들어진 유리 모양의 트리니타이트는 중성자 활성화와 핵분열에 의해 형성된 방사성 동위원소를 포함하고 있다.또한 천연 방사성 동위원소도 존재한다.최근의 논문은[5] 트리니타이트의 장수명 방사성 동위원소 수치를 보고하고 있다.트리니타이트는 장석과 석영으로 만들어졌으며, 이 장석은 열에 의해 녹았다.트리니타이트의 두 샘플이 사용되었는데, 첫 번째 샘플(그래프의 왼쪽 막대)은 그라운드 제로에서 40~65m 떨어진 곳에서 다른 샘플은 그라운드 제로 포인트에서 더 멀리 떨어진 곳에서 채취되었다.
Eu(13.54년 반감기)와 Eu(8.59년 반감기)는 주로 토양에서 유로피움 중성자 활성화에 의해 형성되었으며, 이들 동위원소의 방사능 수준은 토양에 대한 중성자 선량이 클 때 가장 높은 것이 분명하다.Co(5.27년 반감기)의 일부는 토양에서 코발트가 활성화되어 생성되지만, 일부는 강철(100피트) 타워에서 코발트가 활성화되어 생성되기도 합니다.타워에서 나온 이 Co.는 토양 레벨의 차이를 줄이기 위해 현장에 흩어져 있을 것이다.
Ba(10.5년 반감기)와 Am(432.6년 반감기)은 폭탄 내부의 바륨과 플루토늄의 중성자 활성화에 기인한다.바륨은 사용된 화학 폭발물에 질산염 형태로 존재하는 반면 플루토늄은 사용된 핵분열 연료였다.
Cs 수치는 그라운드 제로 포인트에서 더 멀리 떨어진 표본에서 더 높다. 이는 137Cs(I와 Xe)의 전구체가 더 적고 세슘 자체가 휘발성이 낮기 때문으로 생각된다.유리 속의 천연 방사성 동위원소는 두 곳 모두 거의 같다.
활성화 제품
안정된 동위원소에 대한 중성자의 작용은 방사성 동위원소를 형성할 수 있다. 예를 들어 질소-14의 중성자 충격(중성자 활성화)은 탄소-14를 형성한다.이 방사성 동위원소는 핵연료 사이클에서 방출될 수 있다. 이는 원자력 산업 활동의 결과로 인구가 [citation needed]경험하는 선량의 대부분을 담당하는 방사성 동위원소이다.
핵폭탄 실험은 탄소의 특정 활성을 증가시킨 반면, 화석연료의 사용은 탄소의 활동을 감소시켰다.자세한 내용은 방사성 탄소 연대 측정 기사를 참조하십시오.
핵분열 생성물
핵연료 주기 내의 핵발전소 배출은 핵분열 생성물을 환경에 도입한다.핵 재처리 시설에서 방출되는 물질은 중수명 방사성 동위원소인 경향이 있다. 이는 핵연료가 질산에 용해되기 전에 몇 년 동안 냉각되도록 내버려 두기 때문이다.원자로 사고와 폭탄 폭발로부터의 방출에는 단수명 방사성 동위원소의 양이 더 많이 포함된다(활동 Bq로 표현될 때).
단명
단수명 핵분열 생성물의 예로는 요오드-131을 들 수 있으며, 텔루 중성자 활성화에 의해 활성화 생성물로도 형성할 수 있다.
폭탄 낙진과 발전로 사고로부터의 유출 모두에서 단수명 동위원소는 1일째의 선량률을 며칠 후 같은 현장에서 경험하게 될 선량률보다 훨씬 높게 만든다.이는 오염 제거 시도가 이루어지지 않더라도 그대로 유지됩니다.아래 그래프에는 총 감마 선량률과 체르노빌 사고로 방출된 각 주요 동위원소에 의한 선량의 몫이 표시된다.
미디엄수
30년의 반감기를 가진 C는 중생물의 한 예이다.세슘은 폭탄 낙진과 핵연료 사이클에서 방출된다.아일랜드해에서 발견된 굴의 방사능에 관한 논문이 작성되었으며, 감마 분광법에 의해 Ce, Ce, Ru, Ru, Cs, Zr 및 Nb가 [citation needed]검출되었다.또한 아연 활성화 생성물(65Zn)이 발견되었는데,[6] 이는 냉각 연못의 마그녹스 연료 피복 부식이 원인인 것으로 생각됩니다.셀라필드와 같은 핵 시설로 인한 아일랜드해의 모든 동위원소 농도는 최근 수십 년 동안 현저하게 감소했다.
체르노빌 유출의 중요한 부분은 세슘-137이었으며, 이 동위원소는 현장에서 발생한 (화재 후 최소 1년 후) 장기 외부 피폭의 대부분을 차지한다.낙진 속의 세슘 동위원소는 농사에 영향을 미쳤다.[2]
고이아니아 사고에서 많은 양의 세슘이 방출되었는데, 고이아니아 사고에서는 방사성 선원(의료용으로 만들어진)이 도난당한 후 고철로 바꾸려는 시도 중에 부서져 열렸다.사고는 여러 단계에서 멈출 수 있었다. 첫째, 선원의 마지막 법적 소유자가 선원을 안전하고 안전한 장소에 보관하기 위한 준비를 하지 못했으며, 둘째, 선원을 가져간 고철 작업자는 선원이 방사성 물체임을 나타내는 표시를 인식하지 못했다.
Soudek et al.은 2006년에 수경 재배 [7]조건에서 재배된 해바라기에서의 Sr과 Cs의 흡수에 대한 세부사항을 보고했다.세슘은 잎맥, 줄기, 꼭대기 잎에서 발견되었다.세슘의 12%가 식물에 들어갔고 스트론튬의 20%가 식물에 들어갔습니다.이 논문은 또한 칼륨, 암모늄, 칼슘 이온이 방사성 동위원소 흡수에 미치는 영향에 대한 자세한 내용을 보고한다.
세슘은 일라이트나 몬모릴로나이트와 같은 점토 광물에 단단히 결합되어 있습니다. 따라서 세슘은 얕은 뿌리를 가진 식물들이 접근할 수 있는 토양 상층에 남아 있습니다.따라서 풀과 버섯은 먹이사슬을 통해 사람에게 전달될 수 있는 상당한 양의 C를 운반할 수 있습니다.C에 대한 낙농의 가장 좋은 대책 중 하나는 땅을 깊게 갈아서 흙을 섞는 것이다.이것은 잔디의 얕은 뿌리로부터 Cs를 손이 닿지 않는 곳에 두는 효과가 있기 때문에 잔디의 방사능 수준이 낮아진다.또한 핵전쟁이나 심각한 사고 후에 토양의 상단 몇 cm를 제거하고 얕은 참호에 묻으면 감마 광자가 토양을 통과하는 과정에서 감쇠하기 때문에 Cs로 인한 인간에 대한 장기 감마 선량이 감소한다.참호가 인간으로부터 멀리 떨어져 있을수록, 그리고 참호가 깊어질수록, 인류에게 주어지는 보호의 정도는 더 좋아진다.
가축 사육에서 C에 대한 중요한 대책은 동물에게 약간의 프러시아 블루를 먹이는 것이다.이 시안화 철칼륨 화합물은 이온 교환기 역할을 한다.시안화물은 철분과 매우 밀접하게 결합되어 있어서 사람이 하루에 프러시아 블루 몇 그램을 먹어도 안전합니다.프러시아 블루는 세슘의 생물학적 반감기를 감소시킨다(핵 반감기와 혼동하지 말 것).Cs의 물리적 또는 핵적 반감기는 약 30년이며, 이것은 일정하고 변화할 수 없다. 그러나 생물학적 반감기는 발현되는 유기체의 성격과 습관에 따라 변화할 것이다.인간의 세슘은 보통 1개월에서 4개월 사이의 생물학적 반감기를 가지고 있다.프러시아 블루의 또 다른 장점은 배설물에서 동물로부터 벗겨진 세슘이 식물이 이용할 수 없는 형태라는 것이다.따라서 세슘이 재활용되는 것을 방지할 수 있습니다.사람이나 동물의 치료에 필요한 프러시아 블루의 형태는 특별한 등급이다.페인트에 사용되는 안료 등급을 사용하려는 시도는 성공하지 못했습니다.
오래오래
장수명 동위원소의 예로는 각각 1500만 년과 200,000 년의 핵 반감기를 가진 요오드-129와 Tc-99가 있다.
플루토늄 및 기타 악티니드
대중 문화에서, 플루토늄은 생명과 사지에 대한 궁극적인 위협으로 알려져 있는데, 이는 잘못된 것이다. 플루토늄을 섭취하는 것은 건강에 좋지 않을 것 같지만, 라듐과 같은 다른 방사성 동위원소는 인간에게 더 독성이 있다.그럼에도 불구하고 플루토늄과 같은 초우라늄 원소의 환경 유입은 가능한 한 피해야 한다.현재 핵 재처리 산업의 활동은 이 산업에 반대하는 사람들의 두려움 중 하나는 다량의 플루토늄이 잘못 관리되거나 환경에 방출될 것이라는 것이어서 큰 논쟁의 대상이 되어 왔다.
과거에 환경으로의 플루토늄의 가장 큰 방출 중 하나는 핵폭탄 실험이었다.
- 이러한 공중 실험은 플루토늄을 전 세계에 흩뿌렸다; 플루토늄의 엄청난 희석 작용은 각 사람이 아주 적은 양에 노출되기 때문에 각각의 노출된 사람들에 대한 위협은 매우 작았다.
- 지하 실험은 액티니드를 빠르게 식혀서 암석에 봉인시키는 녹은 암석을 형성하는 경향이 있어, 그래서 그들을 움직일 수 없게 만든다; 다시 한번 실험 장소를 파헤치지 않는 한 인간에 대한 위협은 작다.
- 폭탄이 모의 사고의 대상이 된 안전 시험은 사람들에게 가장 큰 위협이 된다; 그러한 실험에 사용된 땅의 일부 지역은 광범위한 오염 제거에도 불구하고 일반 용도로 완전히 개방되지 않았다.
자연의
우주선에 의한 활성화 생성물
우주 생성 동위원소(또는 우주 생성 핵종)는 고에너지 우주선이 현장 원자의 핵과 상호작용할 때 생성되는 희귀 동위원소이다.이 동위원소들은 암석이나 토양과 같은 지구 물질, 지구의 대기권, 그리고 운석과 같은 외계 물질에서 생산된다.우주 생성 동위원소를 측정함으로써 과학자들은 다양한 지질학적, 천문학적 과정에 대한 통찰력을 얻을 수 있다.방사성 동위원소와 안정적인 우주 생성 동위원소가 모두 있다.이러한 방사성 동위원소 중 일부는 삼중수소, 탄소-14, 인-32이다.
생산 모드
다음은 대기 중 우주선의 작용에 의해 형성된 방사성 동위원소 목록입니다. 또한 이 목록에는 동위원소의 생성 모드도 포함되어 있습니다.이러한 데이터는 SCOPE50 보고서에서 얻은 것입니다. 1장의 표 1.9를 참조하십시오.
| 동위원소 | 형성 방식 |
|---|---|
| δH (삼중수소) | 14N(n, C)h H |
| 7있다 | 파쇄(N 및 O) |
| 10있다 | 파쇄(N 및 O) |
| 11C. | 파쇄(N 및 O) |
| 14C. | 14N(n, p) C |
| 18에프 | 18O(p, n)18F 및 스팔레이션(Ar) |
| 22나 | 파쇄(Ar) |
| 24나 | 파쇄(Ar) |
| 28Mg | 파쇄(Ar) |
| 31시 | 파쇄(Ar) |
| 32시 | 파쇄(Ar) |
| 32P. | 파쇄(Ar) |
| 34m클론 | 파쇄(Ar) |
| 35S. | 파쇄(Ar) |
| 36클론 | 35Cl(n,36 )Cl |
| 37아르 | 37Cl(p, n)37Ar |
| 38클론 | 파쇄(Ar) |
| 39아르 | 38Ar(n,39 )Ar |
| 39클론 | 40Ar (n, np)39 Cl & spallation (Ar) |
| 41아르 | 40Ar(n,41 )Ar |
| 81Kr | 80Kr(n, ) Kr |
접지 전송
대기 중 베릴륨-7의 수준은 태양으로부터의 방사선이 대기 중 방사성 동위원소를 형성하기 때문에 태양 흑점 주기와 관련이 있다.공기에서 지상으로 이동하는 속도는 부분적으로 날씨에 의해 조절된다.
동위원소별로 나열된 지질학에서의 응용 프로그램
| 요소 | 덩어리 | 반감기(년) | 전형적인 응용 프로그램 |
|---|---|---|---|
| 헬륨 | 3 | - 안정적 - | 감람석을 함유한 암석 |
| 베릴륨 | 10 | 136만 | 석영 함유 암석의 노출 날짜, 침전물, 얼음 코어 날짜, 침식률 측정 |
| 카본 | 14 | 5,730 | 유기물의 연대 측정 |
| 네온 | 21 | - 안정적 - | 운석을 포함한 매우 안정적이고 긴 면의 연대 측정 |
| 알루미늄 | 26 | 720,000 | 암석, 퇴적물의 노출 연대 |
| 염소 | 36 | 308,000 | 암석 노출 연대 측정기, 지하수 추적기 |
| 칼슘 | 41 | 103,000 | 탄산염 암석 노출 연대 |
| 요오드 | 129 | 1,570만 | 지하수 추적기 |
데이트의 응용 프로그램
우주 생성 동위원소는 긴 반감기를 가지고 있기 때문에 과학자들은 지질 연대 측정에서 유용하다는 것을 발견한다.우주 생성 동위원소는 지구 표면 또는 그 근처에서 생성되므로 지형 및 퇴적 사건 및 과정의 나이와 속도를 측정하는 문제에 일반적으로 적용된다.
우주 생성 동위원소의 구체적인 적용 분야는 다음과 같다.
- 빙하로 긁힌 암반, 단층 스카프, 산사태 파편을 포함한 지표면 노출 날짜
- 퇴적물, 암반, 얼음의 매장 연월일
- 정상 침식률 측정
- 유기물의 절대 연대 측정법(카본 연대 측정법)
- 수량의 절대 연대 측정, 지하수 수송 속도 측정
- 운석, 달 표면의 절대 연대 측정
장수명 동위원소 측정방법
암석과 같은 고체 지구 물질 내에서 생성되는 우주 생성 동위원소를 측정하기 위해 일반적으로 샘플은 먼저 기계적 분리 과정을 거친다.샘플은 분쇄되고 특정 광물(Be-10의 경우 석영)과 같은 바람직한 물질은 리튬 텅스텐산나트륨(LST)과 같은 중액 매체에서 농도 분리를 사용하여 바람직하지 않은 물질과 분리된다.그런 다음 시료를 용해하고 일반적인 동위원소 운반체(Be-10의 경우 Be-9 운반체)를 첨가한 후 수용액을 산화물 또는 다른 순수한 고체로 정제한다.
마지막으로 가속기 질량 분석법을 사용하여 희귀 우주 발생 동위원소와 공통 동위원소의 비율을 측정한다.표본 내 우주 발생 동위원소의 원래 농도는 측정된 동위원소 비율, 표본 질량 및 표본에 추가된 운반체 질량을 사용하여 계산된다.
장수명 악티니드의 붕괴로 인한 라듐과 라돈
라듐과 라돈은 우라늄과 토륨의 붕괴 산물이기 때문에 환경 속에 존재한다.
공기 중에 방출되는 라돈(222Rn)은 Pb 및 기타 방사성 동위원소로 분해되어 Pb의 수치를 측정할 수 있다.이 방사성 동위원소의 퇴적 속도는 날씨에 따라 달라집니다.일본에서 [8]관찰된 퇴적률 그래프는 다음과 같습니다.
우라늄-납 연대 측정법
우라늄-납 연대 측정은 보통 광물 지르콘(ZrSiO4)에서 수행되지만 다른 물질을 사용할 수 있습니다.지르콘은 지르코늄 대체물로 우라늄 원자를 결정 구조에 포함시키지만 납을 강하게 거부한다.차단 온도가 높고 기계적 풍화에 강하고 화학적으로 불활성입니다.지르콘은 또한 변성 사건 동안 다중 결정층을 형성하며, 각각 사건의 동위원소 나이를 기록할 수 있다.이것들은 SHIMP 이온 마이크로프로브에 의해 연대를 알 수 있습니다.
이 방법의 장점 중 하나는 모든 샘플이 약 7억300만 년의 반감기를 가진 납-207에 대한 우라늄-235의 붕괴와 45억 년의 반감기를 가진 납-206에 대한 우라늄-238의 붕괴에 기초한 두 개의 시계를 제공한다는 것이다.납의 일부가 손실되더라도 말이죠.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ 2000년에 간행된 IAEA TECDOC 시리즈 번호 1162의 방사선 비상 시 평가 및 대응을 위한 일반 절차 [1]
- ^ Z. 부코비치, V. 십카, D.토도로비치와 S.스탄코비치, 방사선 분석 및 핵화학 저널, 2006, 268, 129–131.
- ^ 유엔 원자력 방사선의 영향에 관한 과학 위원회, 1993년, 뉴욕, 과학 부속서와 함께 총회에 보고
- ^ Hála, Jiří; Navratil, James D. (2003). Radioactivity, ionizing radiation, and nuclear energy (2nd ed.). Brno: Konvoj. ISBN 80-7302-053-X.
- ^ P.P. Parech, T.M. Semkow, M.A. Torres, D.K. Haines, J.M. Cooper, P.M. Rosenberg and M.E. Kito, 2006, 85, 103-120
- ^ 프레스턴, J.W.R.더튼과 B.R.하비, 네이처, 1968년, 218년, 689-690년
- ^ P. 수덱, S. 발렌노바, Z.바베시코바와 T.Vankk, 환경방사능저널, 2006, 88, 236-250
- ^ M. 야마모토 외, 환경방사능 저널, 2006, 86, 110-131)
우주 생성 동위원소 연대 측정 관련 참고 자료
- Gosse, John C., Phillips, Fred M. (2001)."지구의 위치 우주 발생 핵종:이론과 응용.제4기 과학 리뷰 20, 1475–1560.
- 그레인저, 대릴 E., 파벨, 데릭, 파머, 아서 N. (2001)매머드 동굴 퇴적물 중 우주원성 26Al과 10Be의 방사성 붕괴로 측정되는 켄터키주 그린강의 플리오센-프라이스토세 절개.미국 지질학회 회보 113(7), 825-836.
추가 정보
- J. Hala와 J.D.에 의한 방사능, 이온화 방사선 및 핵에너지.나브라틸
- 이 주제에 대한 검토는 환경 문제에 관한 과학 위원회 (SCOPE)에 의해 체르노빌 이후 SCOPE 50 방사능 생태학 보고서에 발표되었습니다.
