Контакты | Реклама | Подписка
Начало > Эко новости > Новые аспекты в дозиметрии трития и радиоуглерода

Новые аспекты в дозиметрии трития и радиоуглерода

08/10/2013 13:27 / 👁 1220 / Поделиться:
Выявлены новые аспекты, связанные с заменой стабильного водорода тритием и с заменой стабильного углерода С-12 радиоуглеродом С-14 в органических соединениях. Пути миграции трития и радиоуглерода пересекаются в органических веществах, в органически связанном тритии ОСТ. Пути миграции трития и радиоуглерода пересекаются в органических веществах, в органически связанном тритии ОСТ.

Тритий открыли в 1934 г. Э. Резерфорд, М. Олифант и П. Хартек. В 1956 г. К. Вильцбах установил, что тритий может быть легко введен в состав соединений с водородом просто при выдерживании вещества в газообразном тритии в течение нескольких дней или недель, так как бета-излучение трития индуцирует необратимый обмен атомов водорода. При 3500С тритий замещает водород в гидриде лития. При 7000С восстанавливает хлорид серебра. При УФ - облучении тритий реагирует с галогенами – фтором, бромом, йодом. Тритий окисляется кислородом при обычной температуре и без катализаторов вследствие его бета-распада. Замещение водорода тритием в органических и неорганических соединениях происходит вследствие выделения энергии при радиоактивном распаде трития, а скорость замещения зависит от концентрации трития, а также от присутствия катализаторов. Ниже представлены некоторые современные направления исследований по замещению водорода тритием в органических соединениях:

1.1. Получение соединений, меченных тритием, методом Вильцбаха (метод экспозиции в газообразном тритии). Принцип метода и его модификации. Аппаратурное оформление. Механизм включения трития в молекулы.

1.2. Основные способы введения трития в молекулы органических веществ. Реакции восстановления газообразным тритием, тритийсодержащими боргидридом и литийалюмогидридом. Гидрирование ненасыщенных соединений. Гидролиз тритиевой водой. Гидратация непредельных соединений. Каталитическое дегалоидирование. Получение алифатических и ароматических соединений на основе простых тритийорганических веществ. Каталитические синтезы.

1.3. Получение меченых соединений при бета-распаде 14C и 35S. Получение аминов и аминокислот, меченных тритием и 14C, исходя из кратномеченных углеводородов и карбоновых кислот. Синтез хлористого этила высокой удельной активности при бета - распаде 35S в молекуле диэтилсульфида, одновременно меченного 14C и 35S.

1.4. Метод термической активации трития.
Способы получения атомарного трития. Каталитическая диссоциация водорода на вольфраме. Факторы, определяющие интенсивность потока атомарного трития на мишень и его энергетические характеристики.

1.5. Химические процессы в мишени, приводящие к образованию меченых соединений под действием атомарного трития. Основные и побочные реакции. Влияния свойств мишени, энергетических характеристик атомарного потока и его интенсивности на выход меченого продукта.

1.6. Реакционная способность атомарного трития. Энергетический барьер для реакции отрыва атома водорода атомарным тритием в углеводородах. Активационный и туннельный механизм реакции и их соотношение при различных температурах. Низкотемпературный предел скорости реакции, как проявление квантовых свойств материи.

1.7. Взаимодействие атомарного трития с функциональными группами. Реакции дезаминирования, декарбоксилирования, замещения галогенов, гидроксильных и тиольных групп. Побочные продукты, пути минимизации их образования. Специфика очистки меченых соединений, полученных по методу термической активации трития. Получение меченых соединений с высокой молярной радиоактивностью путем модификации материнского соединения.

1.8. Энергия связи С-Н и скорость замещения протия на тритий в разных положениях молекулы. Влияние функциональных групп и стерических затруднений. Внутримолекулярное распределение трития.

1.9. Применение метода термической активации трития для получения меченых соединений различных классов. Получение меченых биологически активных соединений. Аппаратурное оформление, требования к классу работ в лаборатории.

1.10. Глубина проникновения атомарного трития в мишень. Изменение энергии атомов при взаимодействии с молекулами мишени. Реакционные и нереакционные столкновения. Теоретические оценки глубины зоны реакции и их экспериментальные подтверждения. Явление преимущественного включения трития в поверхностные участки макромолекул.

1.11. Тритиевая планиграфия. Возможности метода в исследовании доступной поверхности белков. Моделирование пространственной структуры белков по данным доступности аминокислотных остатков атомарному тритию. Исследование структуры рибосомы, вируса табачной мозаики, вируса гриппа.

1.12. Использование атомарного трития для исследования адсорбционных слоев поверхностно активных веществ ПАВ. Техника постановки эксперимента и возможности метода. Исследование состава адсорбционного слоя для смеси ПАВ.

1.13. Тритиевый зонд в исследовании материалов. Выявления неоднородностей в структуре металлов, сплавов, композиционных материалов. Использование метода авторадиографии для этих исследований.

1.14. Радиационный синтез. Использование внешнего облучения или излучения радионуклида, входящего в состав исходной смеси веществ. Преимущества и недостатки метода. Примеры радиационного синтеза. Образование кислородсодержащих органических соединений, меченных14C, при облучении 14CО и 14CО2.

2. Помимо образования тритиевой воды, оксида трития - НТО, тритий также способен вытеснять нерадиоактивный водород в других видах органических и неорганических соединений; и образовывать, например: тритированную угольную и соляную кислоту, тритиды металлов, тритированный спирт и тимидин. Замещение водорода тритием в органических и неорганических соединениях происходит вследствие выделения энергии при бета-распаде трития с максимальной энергией электронов 18,6кэВ, а скорость замещения зависит от концентрации трития (в основном в виде газа НТ).

3. Тритий, являющийся составной частью связи углерод-тритий, уже сложно удалить, и поэтому он относится к необратимому органически связанному тритию ОСТ. С помощью фильтрации мы изучаем частный случай ОСТ в поверхностной и грунтовой воде и во влаге воздуха.

Поэтому ОСТ - это находящиеся в природной воде, во влаге воздуха органические вещества, содержащие тритий.

Органические вещества, находящиеся в окружающей среде ОС, подразделяются на:

  • входящие в состав живых организмов, населяющих воду или влагу воздуха;
  • органические вещества, являющиеся продуктом распада и деятельности этих живых организмов.

К первой группе относятся вещества, входящие в состав многочисленных водных организмов: зоо и фитопланктона и различных микроорганизмов.

Ко второй группе принадлежит многочисленные тритированные органические вещества, являющиеся по сложности химического состава и строения промежуточными между живыми органическими веществами и простыми неорганическими соединениями.

Как известно, особым примером явного влияния ОСТ является тритированный тимидин. Эксперименты показывают, что тритированный тимидин, как органическое соединение, которое может быть инкорпорировано в состав ДНК, на определенных стадиях эмбрионального развития у мышей наносит вреда более чем в 1000 раз по сравнению с тритиевой водой при одинаковых концентрациях (при одинаковых объёмных активностях трития). Такая огромная разница не может быть примером для всех форм ОСТ, поскольку тимидин – это предшественник ДНК. Но появление тритированного тимидина в природной воде не должно быть неожиданным и описывается простой биохимической реакцией:
6НТО+6СО2 = С6 Н6 Т6 О6 + 6О2 (при условии воздействия солнечного света).

4. Тритий, входящий в состав пород, почвы в виде НТО, ОСТ и НТМ, размывается ручьями, реками, подземной, грунтовой водой. Затем в виде РОВ, содержащих тритий (в основном в виде ОСТ и НТО) попадает в питьевую воду, в растительность и представляет опасность для человека. Различная опасность вида трития определяется различными периодами полувыведения НТО, ОСТ и НТМ из организма. Преобразование НТО в ОСТ гуминовых веществ для почвы осуществляется при простом нагреве. Все растения выделяют при дыхании углекислый газ, который растворяясь в воде дождей и снегов, образует угольную кислоту НТСО3 и тем самым усиливает разъедающее влияние воды на почву и породы. Кроме того, отмершие части растений – стебли, листья, корни – гниют и при этом образуют другие кислоты (гуминовые), которые также попадают в воду и также разъедают породу и почву. Такие процессы с участием бактерий сопровождаются выделением газов, которые можно измерить и которые содержат тритий, например тритированный метан. С другой стороны в выбросах ядерных установок образуются НТ, НТО и ОСТ.

5.Радиоуглерод как составная часть ОСТ.
Соединение радиоуглерода 14С с тритием 3Н (общая формула соединения 14Сх 3НуОz 1Н) – это частный случай органически связанного трития (ОСТ), но именно эти соединения реализуются на АЭС. Оксид трития 1Н3НО можно рассматривать как частный случай органической формы трития 14(12)Сх 3НуОz 1Н при х=0, у=1, z=1. Тритий и радиоуглерод образуется в результате реакции нейтронов на азоте в природе – в верхних слоях атмосферы или в техногенных устройствах – в реакторах. Но т.к. средняя энергия бета-распада радиоуглерода примерно в 10 раз больше, чем у трития, радиоуглерод в большей степени способствует замене стабильного водорода тритием. В ряде загрязнителей внешней среды радиоактивный углерод 14С занимает особое место, поскольку он обладает длительным периодом полураспада - 5730лет (для трития Т1/2=12.3года). Опасность радиоуглерода определяется его распространением в виде газа 14СО2 или угольной кислоты во влаге воздуха 3Н214СО3 - это одно из соединений трития 3Н и радиоуглерода 14С. Прямая и обратная реакция перехода угольной кислоты в углекислый газ широко известны. Затем с помощью фотосинтеза или другим способом эти и другие соединения внедряются в органические вещества.

Пути миграции трития и радиоуглерода пересекаются в органических веществах, в органически связанном тритии ОСТ. Процессы в цепочке миграции С-14 растянуты во времени и довольно сложные: фотосинтез, рост, разложение биологических клеток и т.д. Глобальный природный фон концентраций трития и радиоуглерода по величине активности совпадают – единицы Бк/кг. Вблизи предприятий с ядерными установками происходит накопление радиоуглерода-14 и трития в растительности, в животных (а также и в воде) до уровней несколько десятков Бк/кг. С-14 поступает в организм человека с вдыхаемым воздухом, с продуктами питания и водой.

Интервал для реальных годовых доз населения, проживающего в районах размещения АЭС, за счёт углерода-14, поступающего в атмосферу с их газо-аэрозольными выбросами, приблизительно 1-70 мкЗв/год. Что составляет 0.1- 7% от предела дозы (1мЗв/год). Уровень вмешательства для углерода-14 в воде и в пище составляет 240Бк/кг. Современные жидкосцинтилляционные счётчики типа Tri-Carb3180 и Quantulus1220 следует использовать для одновременного контроля трития и углерода-14.

Учитывая, что дозовый фактор для радиоуглерода больше дозового фактора трития приблизительно в 100раз, следует ожидать, что дозы для персонала и населения от углерода 14С приблизительно в 100 раз больше, чем от трития. Для выброса радиоуглерода в виде органической формы 14CxHy - углеводорода метана характерно (в частности анаэробное, с помощью бактерий) окисление метана: СН4+2О2 => СО2+2Н2О; СО2+Н2О => Н2СО3; H2CO3+ H2O => H3O+ + HCO3–. Т.е при окислении метана образуется тритированная радиоуглеродная угольная кислота 3Н214СО3 - соединение трития и радиоуглерода.

Старший научный сотрудник ФМБЦ ФМБА
Фомин Геннадий Васильевич

Последние новости

Популярные новости