환경 중의 플루토늄

Plutonium in the environment
시리즈의 일부
오염
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20세기 중반 이후, 환경의 플루토늄은 주로 인간의 활동에 의해 생산되었다.냉전 원자폭탄에 사용할 플루토늄을 생산한 최초의 공장은 워싱턴의 핸포드 핵시설과 러시아 첼랴빈스크주의 마야크 핵시설이었다.40년 [1]동안, "둘 다 주변 환경에 2억 퀴리 이상의 방사성 동위원소를 방출했는데,[2] 이는 각각의 경우 체르노빌 재난에서 배출된 양의 두 배이다."

플루토늄 동위원소의 대부분은 지질학적 시간 [3]척도로 단명하지만,[4] 수명이 긴 Pu 동위원소의 흔적은 여전히 자연에 존재한다고 주장되어 왔다.이 동위원소는 달의 토양,[5] 운석,[6] 그리고 Oklo 천연 [7]원자로에서 발견되었다.반면 핵 재처리 시설은 238Pu과 241Pu 지구의 바다에서 현재의 대부분을 책임 진다 하지만, 해양 퇴적물에 해양 퇴적물에 플루토늄을 위한 하나의 종이, 원자 폭탄 여파는 239의 66%그리고 59%240Pu이 영국 해협에서 찾은,(핵무기 시험은 6.5와 16.5%o. 책임이 있다f이 iso토핑)[8]을 클릭합니다.

플루토늄원

플루토늄 생산

핸포드 현장은 국내 고준위 방사성 폐기물의 3분의 2에 해당한다.1960년 1월 컬럼비아 강을 따라 핸포드 사이트에 원자로가 강둑에 늘어서 있다.

워싱턴 리치랜드는 미국의 핵무기에 전력을 공급하기 위해 인근 핸포드 핵시설에서 플루토늄 생산을 지원하기 위해 설립된 최초의 도시였다.러시아의 오제르스크는 마야크 원자력 발전소의 소련 핵 무기에 전력을 공급하기 위해 플루토늄 생산을 지원했다.이들은 냉전 원자폭탄에 사용할 [2]플루토늄을 생산한 세계 최초의 두 도시였다.

이 두 황폐한 도시의 역사에 관한 2013년 책 플루토피아: Nuclear Families, Atomic Citys, and Great Semic and American Plutonum Disasters(Oxford)의 케이트 브라운은 미국과 러시아의 영향을 받는 시민들의 건강과 발전소가 위치한 환경을 여전히 위협하는 "슬로 모션 재해"를 조사합니다.브라운에 따르면, 핸포드와 마야크의 발전소는 40년 동안 "두 곳 모두 체르노빌 재난에서 배출된 양의 두 배인 2억 퀴리 이상의 방사성 동위원소를 주변 환경에 방출했다"[2]고 한다.

핸포드와 마야크에서 수년간 이 방사능 오염의 대부분은 정상 운전의 일부였지만, 예기치 못한 사고가 발생했고, 오염이 수그러들지 않고 계속되었기 때문에 발전소 관리는 이 사실을 비밀로 유지했다.오늘날에도 건강과 환경에 대한 오염 위협이 지속되고 있는 가운데,[2] 정부는 공공으로부터 관련 위험에 대한 지식을 유지하고 있다.

폭탄 폭발

유리 덩어리에 대한 감마 분광법으로 측정한 두 개의 다른 샘플에서 얻은 트리니타이트 유리 내 방사능 수준.아메리슘 함량은 현재 함량이고 다른 모든 동위원소들은 폭발 순간 직후로 계산되었다.
폭발 전후에 플루토늄의 동위원소 표식입니다

원자폭탄 실험에 의해 약 3.5톤의 플루토늄이 환경으로 방출되었다.이것은 많은 양처럼 들릴지 모르지만 지구상의 대부분의 사람들에게 아주 적은 양의 양만을 가져왔다.전반적으로 핵분열 생성물의 건강상의 영향은 핵폭탄 폭발로 방출되는 액티니드의 영향보다 훨씬 크다.폭탄의 연료에서 나온 플루토늄은 고연소 산화물로 변환되어 공기 중으로 높이 운반된다.지구 전체의 낙진으로서 서서히 지구로 떨어져 용해되지 않고, 그 결과 이 플루토늄을 섭취하면 유기체에 흡수되기 어렵다.이 플루토늄의 대부분은 호수, 강, 바다의 퇴적물로 흡수된다.그러나 폭탄 폭발로 인한 플루토늄의 약 66%는 우라늄-238의 중성자 포획에 의해 형성된다. 이 플루토늄은 더 느리게 형성되기 때문에 폭탄에 의해 고연소 산화물로 변환되지 않는다.이 형성된 플루토늄은 용해성이 더 높고 [9]낙진처럼 더 해롭다.

일부 플루토늄은 폭발 지점 근처에 축적될 수 있다.트리니티 폭탄에 의해 형성된 유리 같은 트리니타이트는 어떤 액티니드와 다른 방사성 동위원소를 포함하고 있는지를 결정하기 위해 조사되었다.2006년[10] 논문은 트리니타이트의 장수명 방사성 동위원소 수치를 보고하고 있다.152Eu와 Eu는 주로 토양에서 유로피움의 중성자 활성화에 의해 형성되었으며, 이러한 동위원소의 방사능 수준은 토양에 대한 중성자 선량이 클 때 가장 높다.Co의 일부는 토양에서 코발트가 활성화되어 생성되었지만, 일부는 폭탄이 서 있던 철탑(100피트)에서 코발트가 활성화되어 생성되었다.타워에서 나온 이 Co.는 토양 레벨의 차이를 줄이기 위해 현장에 흩어져 있을 것이다.133Ba와 Am은 폭탄 안에 있는 바륨과 플루토늄의 중성자 활성화에 의해 만들어졌다.바륨은 사용된 화학 폭발물에 질산염 형태로 존재하는 반면 플루토늄은 사용된 핵분열 연료였다.

삼위일체폭발 때 240Pu/Pu 비율이 약간밖에 변하지 않았기 때문에 대부분의 원자폭탄(일본에서는 토양 내 Pu/240Pu 비율이 보통 0.17~0[12].19)의 동위원소 비율이 나가사키에 투하된 폭탄과 크게 다르다는 지적이[11] 있다.

폭탄 안전성 시험

두 가지 기본적인 핵분열 무기 설계.

플루토늄은 또한 안전 시험으로 환경에 방출되었다.이 실험에서, 핵폭탄은 화학 폭발물의 비정상적인 시작과 함께 모의 사고를 당하거나 폭파되었다.비정상적인 내폭은 플루토늄 피트를 압축하게 되는데, 플루토늄 피트는 장치의 설계 압축보다 덜 균일하고 작습니다.핵분열이 없거나 거의 일어나지 않는 이 실험에서 플루토늄 금속은 시험장 주변에 흩어져 있었다.이러한 시험들 중 일부는 지하에서 행해진 반면, 다른 시험들은 야외에서 행해졌다.20세기 프랑스 핵폭탄 실험에 의해 섬에 남겨진 방사성 동위원소에 관한 논문은 국제원자력기구에 의해 인쇄되었으며, 이 보고서의 일부는 그러한 실험으로 [13]인한 플루토늄 오염을 다루고 있다.

다른 관련 시험들은 정상적인 폭탄 폭발과 "안전 시험"이 모두 실시된 사우스오스트레일리아주 마링가에서 이루어졌다.핵분열 생성물로부터의 활동은 거의 완전히 소멸되었지만(2006년 현재) 플루토늄은 활성 [14][15]상태를 유지하고 있다.

공간

Cassini 프로브에 사용된 RTG의 다이어그램

플루토늄은 또한 원자 배터리를 포함한 인공위성의 재진입을 통해 환경에 도입될 수 있다.그러한 사건들이 여러 번 있었고, 가장 두드러진 것은 아폴로 13호 미션이다.달 탐사선에 실려 있던 아폴로 달 표면 실험 패키지가 남태평양 상공으로 재진입했다.많은 원자 배터리가 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG) 유형이었다.RTG에 사용되는 플루토늄-238의 반감기는 88년인데 반해 핵무기와 원자로에 사용되는 플루토늄-239의 반감기는 24,100년이다.[full citation needed]1964년 4월, SNAP-9A는 궤도에 오르지 못하고 분해되어 약 1킬로그램(2.2파운드)의 플루토늄-238을 모든 대륙에 분산시켰다.대부분의 플루토늄은 남반구에 떨어졌다.약 6300GBq 또는 2100man-Sv의 방사선이 방출되어 NASA의 태양광 에너지 기술 [20][better source needed]개발로 이어졌다.

(대부분) 열적으로 절연된 RTG 펠릿이 노후로 인해 붉게 빛나는 이미지.

연쇄반응은 RTG 내부에서 일어나지 않기 때문에 원자로 용융은 불가능하다.실제로 일부 RTG는 핵분열이 전혀 발생하지 않도록 설계되어 있으며, 다른 방사성 붕괴를 촉발할 수 없는 방사성 붕괴 형태가 대신 사용된다.그 결과, RTG의 연료는 훨씬 더 느리게 소비되고 훨씬 적은 전력을 생산한다.RTG는 여전히 방사능 오염의 잠재적 원천이다. 연료를 보관하는 용기가 누출되면 방사능 물질이 환경을 오염시킬 것이다.가장 우려되는 것은 만약 발사 중이나 이후 지구 근처 우주선의 통과 중에 사고가 발생한다면, 유해 물질이 대기 중으로 방출될 수 있다는 것이다.단, 현재 RTG 캐스크 [full citation needed]설계에서는 이 이벤트가 발생할 가능성은 매우 낮습니다.

방사성 물질 방출 위험을 최소화하기 위해 연료는 일반적으로 자체 방열장치를 갖춘 개별 모듈러 유닛에 저장된다.그것들은 이리듐 금속 층으로 둘러싸여 있고 고강도 흑연 블록으로 둘러싸여 있습니다.이 두 가지 재료는 부식 및 내열성이 있습니다.흑연 블록 주위에는 지구 대기에 재진입하는 열로부터 전체 어셈블리를 보호하기 위해 설계된 에어로셸이 있습니다.플루토늄 연료는 열에 강한 세라믹 형태로 저장되므로 기화 및 에어로졸화의 위험을 최소화합니다.세라믹은 또한 매우 [full citation needed]불용성입니다.

미국 에너지부는 해수 시험을 실시해 재진입에 견딜 수 있도록 설계된 흑연 케이싱이 안정적이며 플루토늄이 방출되지 않아야 한다고 판단했다.그 후의 조사에서는, 그 지역의 자연방사선의 증가는 발견되지 않았다.이번 아폴로 13호 사고는 시슬루나 우주에서 귀환하는 우주선의 재진입 속도가 빨라 극단적인 시나리오다.이 사고는 차세대 RTG의 설계가 매우 안전하다는 것을 검증하는 데 도움이 되었다.

핵연료 사이클

플루토늄은 핵 재처리 및 우라늄 농축 시설에서 수용액으로 환경에 방출되었다.이 플루토늄의 화학작용은 핵폭탄 폭발에 의해 형성된 금속산화물의 화학작용과는 다르다.

플루토늄이 토양에 유입된 현장의 한 예는 록키 평원이다. 록키 평원은 최근 XANES(X-ray Spectrocopy)를 사용하여 토양 [21]내 플루토늄의 화학적 성질을 파악한 바 있다.XANES는 플루토늄의 산화 상태를 측정하는 데 사용되었고 EXAFS는 토양과 [22]콘크리트에 존재하는 플루토늄 화합물의 구조를 조사하는 데 사용되었다.

XANES 실험은 토양 속 플루토늄, 콘크리트 및 다양한 산화 상태의 기준에 대해 이루어졌다.

체르노빌

다음 항목도 참조하십시오.체르노빌 참사

플루토늄 산화물은 휘발성이 매우 높기 때문에, 원자로에 있는 플루토늄의 대부분은 화재 중에 방출되지 않았다.하지만 출시된 것은 측정할 수 있습니다.V.I. 요셴코 외 연구진은 풀과 산불은 세슘, 스트론튬, 플루토늄을 공기 중에 다시 [23]이동시킬 수 있다고 보고했다.

후쿠시마

다음 항목도 참조하십시오.후쿠시마 제1원자력발전소·후쿠시마 제1원자력발전소

이 현장에서 현재 진행 중인 위기에는 복잡한 MOX 및 플루토늄 생산물과 함께 원소에 노출된 상층 사용후 핵연료 저장조가 포함된다.일본 정부 태스크포스(TF)는 현재 진행 [25]중인 오염수 문제에 대해 국제원자력폐로연구소에[24] 제출을 요청했다.

핵범죄

IAEA가 [26]확인한 고농축우라늄(HEU)과 플루토늄의 도난 또는 분실 사건은 18건이다.

독일 남성이 자신이 일하던 소규모 재처리 공장인 WAK(Wederaufbereitungsanlage Karlsruhe)에서 훔친 플루토늄으로 전처를 독살하려 한 사례가 있다.그는 많은 양의 플루토늄을 훔치지 않았다. 단지 표면을 닦는 데 사용되는 누더기와 소량의 액체 폐기물을 훔쳤다.그 남자는 그의 [27]범죄로 감옥에 보내졌다.적어도 두 명의 사람들이 [citation needed]플루토늄에 오염되었다.Rhinland-Palatinate의 두 아파트도 [28]오염되었다.이것들은 나중에 2백만 유로를 들여 청소되었다.

환경화학

개요

다른 악티니드와 같은 플루토늄은 쉽게 이산화 플루토닐 코어(PuO)를2 형성한다.환경에서 이 플루토닐 코어는 탄산염뿐만 아니라 다른 산소 부분(OH−, NO2−, NO3−, SO42−)과 쉽게 복합되어 [citation needed]토양에 대한 친화력이 낮은 하전 복합체를 형성한다.

  • PuO2(CO3)12−
  • PuO2(CO3)24−
  • PuO2(CO3)36−

고산성 질산용액을 중화시켜 형성한2 PuO는 복합화에 강한 고분자 PuO를2 형성하는 경향이 있다.플루토늄은 또한 +3, +4, +5, +6 상태를 쉽게 이동시킨다.용액에 포함된 플루토늄의 일부가 이러한 모든 상태에서 [citation needed]평형 상태로 존재하는 것은 흔한 일이다.

토양에 대한 결합

플루토늄은 토양 입자에 매우 강하게 결합하는 것으로 알려져 있다(토양 및 콘크리트 내 플루토늄에 대한 X선 분광 연구는 위 참조).세슘은 악티늄과 화학 작용이 매우 다르지만, 세슘과 많은 악티늄이 토양에 있는 미네랄에 강하게 결합한다는 것은 잘 알려져 있습니다.따라서 토양에서 Pu와 Cs의 이동을 연구하기 위해 Cs 라벨 부착 흙을 사용하는 것이 가능해졌다.콜로이드 수송 프로세스는 폐기물 격리 파일럿 플랜트의 토양에서 Cs의 이동(및 Pu의 이동 제어)을 제어하는 것으로 나타났습니다.휘커와 S.A.Ibrahim.[29] J.D. Chaplin et al.는 최근 담수 [30]및 바닷물뿐만 아니라 토양에서 생체적으로 이용 가능한 유연한 플루토늄을 측정하는 방법을 제공한 박막 기술의 확산 구배에서 진보를 보고했다.

미생물화학

매리 뉴(미국 로스앨러모스의)는 박테리아가 플루토늄을 축적할 수 있다는 것을 시사하는 연구를 했다. 왜냐하면 박테리아가 사용하는 철 수송 시스템이 플루토늄 수송 [31][32][33]시스템으로도 기능하기 때문이다.

생물학

사람에 의해 섭취되거나 주입된 플루토늄은 트랜스페린 기반 철(III) 수송 시스템으로 운반되어 철 저장소의 간(페리틴)에 저장되며, 플루토늄에 노출된 후에는 [35][36]DTPA의 칼슘[34] 착체와 같은 킬레이트제를 피험자에게 신속하게 주입하는 것이 중요하다.이 해독제는 글로브 박스 작업자가 플루토늄에 오염된 물체에 손을 베었을 때 발생하는 것과 같은 단일 노출에 유용합니다.칼슘 복합체는 아연 복합체보다 금속 결합 동력이 빠르지만 칼슘 복합체를 오래 사용하면 중요한 미네랄을 제거하는 경향이 있다.아연 복합체는 이러한 영향을 덜 일으킨다.

사람에 의해 흡입된 플루토늄은 폐에 축적되어 림프절로 천천히 이동한다.흡입된 플루토늄은 실험동물에서 [37]폐암을 일으키는 것으로 나타났다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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