科普:放射性核素鈽簡介

2021-01-18 搜狐網

  人民網北京3月30日電(記者 王欲然)據共同社報導,東京電力公司28日深夜宣布,因日本大地震發生事故的福島第一核電站廠區內土壤檢測出微量的放射性物質「鈽」。另據日本時事社29日報導,這些土壤樣本採集於本月21日和22日,東京電力公司委託外部專門機構進行了檢測,並從中檢測出微量的鈽-238、鈽-239和鈽-240。目前檢測到放射性鈽的濃度不會影響到人體健康,但迄今尚不清楚這是來自哪一個機組反應堆的洩漏。

  本網記者從中華人民共和國環境保護部官方網站上查閱到放射性核素鈽的相關資料如下:

  超鈾元素鈽(Pu)的原子序數94,是核武器彈頭和核反應堆的重要原料。這種人工放射性核素屬於核燃料在裂變反應過程中的必然產物。放射性鈽的毒性很強,我國的放射防護基本標準《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》(GB 18871—2002),把放射性鈽-236、鈽-238、鈽-239、鈽-240和鈽-242均劃歸為劇毒組。放射性鈽的毒理作用呈重金屬特性,進入人體會沉積於肺部、骨骼等引發損傷,其內照射危害相當大。因為放射性鈽-239是高能量的α放射源,自發衰變時所發射的α粒子能量高達5兆電子伏特(M e V)以上,還有發射γ射線和X射線。鈽-239的物理半衰期長達24360年;而進入體內參與代謝的生物半排期:對骨骼100年,肝臟40年;則綜合起來進入體內後的有效半減期:對骨骼99.6年,肝臟39.9年。由此可見,放射性鈽會引起較大的內照射危害。

  放射性鈽不像放射性碘那樣易於流動和揮發,主要沉降在洩漏地區周圍,故其影響主要局限於核事故洩漏汙染的當地,一般先進入水中,再進入土壤。其2萬多年的半衰期和進入人體可導致較大的內照射危險,成為放射防護十分關注的重點。

  目前主要在福島核電站周圍檢測出量不大的放射性鈽,正如日本有關方面所指出,反映該核事故的事態嚴重性不容忽視。但按目前狀況放射性鈽尚不可能擴散到周邊國家和地區,不過值得進一步嚴重關注。

  另外,鈽是一種自然界中不應該存在的,可以通過反應堆生成的人工放射性核素,有多種同位素(232-246Pu)。由於239Pu是一種理想的裂變材料,可以用來做核武器材料,也可以與鈾混合製成鈾-鈽混合的核電反應堆使用的核燃料(MOX燃料)。

  在人們居住的正常環境中也有極微量的鈽的存在,其主要來源於上世紀40年代至80年代的一系列大氣層核試驗,核爆物質隨大氣運動擴散,最終沉降到地表。據統計全球大氣層核試驗共導致1.1×1016Bq的239+240Pu進入環境中。此外類似車諾比核電事故、SNAP-9A衛星核能發電機爆炸等核事件也會造成全球性的鈽汙染。

  大氣層核試驗後全球大氣放射性落下灰沉降造成的現今環境中鈽含量的水平是:土壤10-12g/g量級,水10-15g/L量級,空氣10-17g/m3量級。由於鈽具有α放射性,半衰期較長(239Pu:24000年,240Pu:6560年),存在於體外時不會對人體造成放射性影響,但當通過食入和吸入途徑攝入體內時會長期滯留體內,對人體造成內照射;同時鈽是一種重金屬,具有強化學毒性。雖然鈽是極毒組的核素,但是目前環境中存在的痕量水平的鈽不會對人體健康造成危害。

  與放射性碘、銫等核素相比,鈽更易於被固體顆粒吸附且不具有揮發性,在環境中遷移活性較弱,所以福島核事故核洩漏造成鈽核素的汙染範圍有限,應該不會對我國有影響。  

福島核事故為什麼土壤中會有鈽的檢出?

  鈽-239和鈾-235一樣因其理想的核裂變特性,可以用來作為核武器的材料。核電是通過可控鏈式反應來發電的,其核燃料是鈾-235。在核電站反應堆的燃料棒中,裂變材料鈾-235的濃度僅為3%-5%,其餘主要是鈾-238。反應堆工作時,鈾-235受中子轟擊發生裂變,同時釋放大量能量(裂變能)用來發電,存在於反應堆中的鈾-238也會吸收中子,變為新的元素錼-239,後者不穩定,衰變釋放貝塔射線後變為鈽-239,所以也可以說鈽-239是核電反應堆的副產物。

  反應堆正常工作狀態下,鈽這種副產物和其它裂變產物一起存在於燃料棒的覆蓋包殼中,不會進入冷卻水中,但一旦冷卻系統失靈事故發生的情況下,有可能發生燃料棒高溫下的融化,鈽就會和其它裂變產物一起進入冷卻水,進而洩漏到環境中去。

  所以此次福島核事故過程中,在其廠房周圍土壤中檢測出放射性核素鈽,是其堆芯發生融堆的佐證。

(責任編輯:UN002)

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