Çevrede aktinit

Çevrede aktinitler, dünya ortamındaki aktinitlerin kaynakları, çevresel davranışları ve etkileri ile ilgilidir. Çevresel radyoaktivite yalnızca aktinitlerle sınırlı değildir; radon ve radyum gibi aktinit olmayanlar da dikkat çekicidir. Tüm aktinitler radyoaktif olsa da, yer kabuğunda uranyum ve toryum gibi birçok aktinit vardır. Bu mineraller, karbon tarihleme ve çoğu dedektör için, X-ışınları ve daha fazlası gibi birçok yönden faydalıdır.

Genel olarak, yüksek ateşlenmiş uranyum dioksit ve karışık oksit (MOX) yakıtı gibi yutulan çözünmeyen aktinit bileşikleri, vücut tarafından çözünemedikleri ve emilemeyecekleri için sindirim sisteminden çok az etki ile geçmektedirler. Bununla birlikte, solunan aktinit bileşikleri, akciğerlerde kaldıkları ve akciğer dokusunu zedeledikleri için daha zararlı olacaktır.

Sindirilen düşük ateşli oksitler ve nitrat gibi çözünür tuzlar kan dolaşımına katılabilir. Solunurlarsa katının çözünmesi ve akciğerleri terk etmesi mümkündür. Bu nedenle, çözünür form için akciğerlere verilen doz daha düşük olmalıdır.

Aktinyum, uranyum cevherlerindeki eser miktarda 227-Ac, yarı ömrü 21.773 yıl olan bir α ve β yayıcı olarak doğal olarak bulunmaktadır. Bir ton uranyum cevheri, bir gram aktinyumun yaklaşık onda birini içermektedir. Daha yaygın olarak, bir nükleer reaktörde 226-Ra'nın nötron ışınlaması ile miligram miktarlarında yapılmaktadır. Doğal olarak oluşan aktinyum, 1 radyoaktif izotoptan oluşur; 227-Ac en bol olanıdır.

Hindistan'da, özellikle Tamil Nadu kıyı bölgelerinde, Batı ve Doğu kıyı kumullarının plaser yataklarında monazit şeklinde büyük miktarda toryum cevheri bulunabilir. Bu bölgenin sakinleri, dünya ortalamasının on katı kadar, doğal olarak oluşan radyasyon dozuna maruz kalmaktadır.

Toryumun, uranyumdan yaklaşık üç kat daha bol olduğu ve kurşun kadar yaygın olduğu bilinmektedir. Çoğu kaya ve toprakta düşük seviyelerde bulunmaktadır. Toprak genellikle ortalama olarak milyonda 6 olarak (ppm) toryum içermektedir. Toryum birkaç mineralde bulunmaktadır. En yaygını yaklaşık %12'ye kadar toryum oksit içeren nadir toprak toryum-fosfat mineralli monazittir. 232Th çok yavaş bozunur, yarı ömrü dünyanın yaşının yaklaşık üç katıdır. Toryumun diğer izotopları, toryum ve uranyum bozunma zincirlerinde bulunmaktadır. Bunların çoğu kısa ömürlüdür. Bu nedenle 232Th'den çok daha radyoaktiftir, ancak kütle bazında ihmal edilebilirler.

Toryum karaciğer kanseri ile ilişkilendirilmiştir. Geçmişte toria (toryum dioksit) tıbbi X-ray radyografisi için bir kontrast maddesi olarak kullanılmaktaydı, ancak kullanımı durdurulmuştur. Thorotrast adı altında satılmıştır.

Protactinium-231, bazı cevherlerde 3 ppm'ye kadar, pitchblend gibi uranyum cevherlerinde doğal olarak bulunmaktadır. Protaktinyum doğal olarak toprakta, kayada, yüzey suyunda, yeraltı suyunda, bitkilerde ve hayvanlarda çok düşük konsantrasyonlarda bulunmaktadır (1 ppt veya 0.1 pikokori (pCi)/g düzeyinde).

Uranyum, yaygın olarak bulunan doğal bir metaldir. Hemen hemen tüm topraklarda bulunur ve antimon, berilyum, kadmiyum, altın, cıva, gümüş veya tungstenden daha bol ve arsenik veya molibden kadar boldur. Fosfat kaya yatakları gibi bazı maddelerde ve uranyumca zengin cevherlerdeki linyit ve monazit kumları gibi minerallerde önemli konsantrasyonlarda uranyum oluşmaktadır (ticari olarak bu kaynaklardan geri kazanılmaktadır).

Uranyum (VI) çözünür karbonat kompleksleri oluşturduğundan, deniz suyu ağırlıkça milyarda yaklaşık 3,3 kadar uranyum içermektedir. Uranyumun deniz suyundan çıkarılması, elementi elde etmenin bir yolu olarak kabul edilmektedir. Uranyumun çok düşük özgül aktivitesi olması nedeniyle, canlılar üzerindeki kimyasal etkileri, çoğu zaman radyoaktivitesinin etkilerinden daha ağır olabilmektedir. Nükleer yakıt çevrimi ve tükenmiş uranyumun mühimmatta kullanılması sonucunda bazı yerlerde çevreye ilave uranyum eklenmiştir.

Plütonyum gibi, neptünyum da toprak için yüksek bir afiniteye sahiptir. Bununla birlikte, uzun vadede nispeten hareketlidir. Neptünyum-237'nin yeraltı suyundaki difüzyonu, kullanılmış nükleer yakıtın kalıcı olarak depolanması için derin bir jeolojik depo tasarlamada önemli bir konudur. 237Np, 2.144 milyon yıllık bir yarı ömre sahiptir ve bu nedenle uzun vadeli bir sorundur; ancak yarı ömrü hala uranyum-238, uranyum-235 veya uranyum-236'dan çok daha kısadır ve bu nedenle 237Np bu nüklidlerden daha yüksek spesifik aktiviteye sahiptir. Sadece bir laboratuvarda nötronlarla bombardıman edildiğinde Pu-237 yapmak için kullanılmaktadır.

Plütonyum, diğer aktinitlerde olduğu gibi, kolayca bir plütonyum dioksit (plütonil) çekirdeği (PuO2) oluşturmaktadır. Çevrede, bu plütonil çekirdeği karbonat ve diğer oksijen parçaları (OH−, NO2−, NO3− ve SO42−) ile kolayca kompleks oluşturarak, toprağa düşük afinite ile kolayca hareket edebilen yüklü kompleksler oluşturmaktadır.

Yüksek asidik nitrik asit çözeltilerinin nötralize edilmesinden oluşan PuO2, kompleksleşmeye dirençli polimerik PuO2 oluşturma eğilimindedir. Plütonyum ayrıca +3, +4, +5 ve +6 durumları arasındaki değerleri kolayca değiştirmektedir. Çözeltideki plütonyumun dengedeki bir kısmının tüm bu hallerde bulunması yaygındır.

Plütonyumun toprak parçacıklarına çok güçlü bir şekilde bağlandığı bilinmektedir. Sezyum, aktinitlerden çok farklı bir kimyaya sahipken, hem sezyumun hem de aktinitlerin çoğunun topraktaki minerallere güçlü bir şekilde bağlandığı iyi bilinmektedir. Bu nedenle, Pu ve Cs topraklarının göçünü incelemek için 134Cs etiketli toprak kullanmak mümkün olmuştur. Atık İzolasyon Pilot Tesisinde, kolloidal taşıma süreçlerinin toprakta Cs'nin göçünü kontrol ettiği (ve Pu'nun göçünü kontrol edeceği) gösterilmiştir.

Amerikyum genellikle çöplüklere atılan duman dedektörlerinden girmektedir. Duman dedektörlerinin imhasıyla ilgili kurallar çoğu belediyede çok rahattır. Örneğin, Birleşik Krallık'ta, amerikyum içeren bir duman dedektörünü normal ev çöpleriyle birlikte çöp kutusuna atarak atılmasına izin verilir, ancak her çöp kutusu değerinde çöp yalnızca bir duman dedektörü içermekle sınırlıdır. Amerikyum içeren ürünlerin (duman dedektörleri gibi) yanı sıra nükleer reaktörler ve patlamalar da amerikyumu çevreye salabilir.

1999'da Fransa'da 900 duman dedektörü taşıyan bir kamyonun alev aldığı bildirildi; bunun çevreye amerikyum salınımına yol açtığı iddia ediliyor. ABD'de, "Radyoaktif İzci" David Hahn, kalan fiyatlarla binlerce duman dedektörü satın alabildi ve Amerika'yı onlardan konsantre edebilmiştir.

Amerikyuma maruz kalan insanlar olmuştur. En kötüsü, bir kazadan sonra aşırı yüksek dozda americium-241'e maruz kalan Harold McCluskey'di. Daha sonra şelasyon tedavisi ile tedavi edilmiştir. Kendisine verilen tıbbi bakımın hayatını kurtardığı düşünülmektedir. Benzer biyolojik dağılıma ve plütonyuma toksisiteye rağmen, iki radyoaktif elementin farklı çözelti-durum kimyaları vardır. Amerikyum +3 oksidasyon durumunda stabildir, plütonyumun +4 oksidasyon durumu ise insan vücudunda oluşabilir.

En yaygın izotop americium-241 432 yıllık yarılanma ömrü sonunda bozunmaktadır. Çok daha uzun bir yarı ömre sahip olan neptunium-237'ye dönüşmektedir, bu nedenle uzun vadede, neptunyum için yukarıda tartışılan konular geçerlidir.

Çevreye salınan amerikyum, nispeten sığ derinliklerde toprakta ve suda kalma eğilimindedir ve büyüme sırasında hayvanlar ve bitkiler tarafından alınabilmektedir. Karides gibi kabuklu deniz ürünleri, kabuklarında americium-241'i alır ve tahıl bitkilerinin parçalarına maruz kalma ile kontamine olabilmektedir.

Atmosferik küriyum bileşikleri, yaygın çözücülerde az çözünmektedir ve çoğunlukla toprak parçacıklarına yapışmaktadır. Toprak analizi, kumlu toprak partiküllerinde toprak gözeneklerinde bulunan suya göre yaklaşık 4.000 kat daha yüksek küriyum konsantrasyonunu ortaya çıkarmıştır. Tınlı topraklarda yaklaşık 18.000'lik veya daha yüksek bir oran ölçülmüştür.