Strontium-90

Strontium-90 (90Sr) on strontiumin radio­aktiivinen isotooppi, jonka atomin ytimessä on 38 protonia ja 52 neutronia. Sitä syntyy raskaiden ydinten fissiossa, ja sen puoliintumisaika on 28,8 vuotta. Se hajoaa beeta­hajoamisella yttrium-90:ksi, jolloin ytimestä vapautuu energiaa 0,546 MeV. Strontium-90 on pitkä­ikäisyytensä vuoksi pahimpia radio­aktiivisia saasteita, joita on levinnyt ympäristöön ydin­kokeissa ja ydin­voimala­onnettomuuksissa, mutta sillä on myös hyöty­käyttöä lääke­tieteessä ja teollisuudessa, muun muassa ydinparistoissa.

Radioaktiivisuus 
Luonnon strontium ei ole radio­aktiivista eikä myrkyllistä, mutta 90Sr on radio­aktiivisuutensa vuoksi vaarallista. Se muuttuu 28,79 vuoden puoliintumis­ajalla beeta­hajoamisen vaikutuksesta yttrium-90:ksi (90Y</sup>), ja tällöin vapautuu energiaa 0,546 MeV, joka jakautuu hajoamisessa syntyvän elektronin, antineutriinon ja yttium­ytimen kesken. Yttrium-90 on edelleen beeta-aktiivista ja hajoaa 64 tunnin puoliintumis­ajalla zirkonium-90:ksi (90Zr), elektroniksi ja anti­neutriinoksi. Zirkonium-90 sen sijaan on vakaa nuklidi, joka siis ei enää ole radioaktiivinen..  Strontium-90 ja yttrium-90 ovat lähes yksin­omaan beetasäteilyn lähteitä; 90Y:n hajoamisessa saattaa tosin joskus syntyä myös gamma­fotoni, mutta niin harvoin, ettei sitä yleensä tarvitse ottaa huomioon.

Strontium-90 fissiotuotteena 

Strontium-90 syntyy raskaiden ydinten fissiosa. Sitä on merkittäviä määriä ydin­voimaloiden käytetyssä poltto­aineessa, ydinreaktorien radio­aktiivisissa jätteissä ja ydin­kokeissa syntyvässä radio­aktiivisessa laskeumassa. Termisten neutronien vaikutuksesta, joita käytetään nykyisissä ydin­voimaloissa, noin 5,8 % uraani-235-ytimistä, 6,8 % uraani-233-ytimistä ja 2,1 % plutonium-239-ytmistä hajoaa sillä tavoin, että hajoamis­tuotteena syntyy strontium-90-ydin.

Biologiset vaikutukset

Biologinen aktiivisuus 
Maa-alkalimetallina strontium ja myös sen isotooppi 90Sr muistuttaa kemiallisilta ominaisuuksiltaan kalsiumia, ja biokemiallisesti sillä on kalsiumin tavoin taipumus kerääntyä luustoon. Jos se joutuu elävään organismiin, tavallisimmin saastuneen ravinnon tai veden mukana, noin 70–80 % siitä ulostuu. Lähes kaikki strontium-90 päätyy luustoon ja luuytimiin, vain noin 1 % vereen ja pehmeisiin kudoksiin. Sen esiintyminen luissa voi aiheuttaa luusyöpää, syöpää lähellä oleviin kudoksiin ja leukemiaa. Altistuminen strontium-90:lle voidaan todeta bio­testeillä, tavallisimmin virtsanäytteestä. Strontium-90 on toden­näköisesti ydinaseiden käytössä syntyvän radio­aktiivisen laskeuman vaarallisin komponentti.

Strontium-90:n biologinen puoliintumisaika ihmisessä on eri tutkimusten mukaan 14 ja 600 päivän välillä
 1 000 päivää, 18 vuotta, 30 vuotta tai eräiden arvioiden mukaan jopa 49 vuotta Eri tutkimuksissa saatujen biologisten puoliintumis­aikojen suuri vaihtelu johtuu siitä, että isotoopin käyttäytyminen aineen­vaihdunnassa on varsin moni­mutkaista, mutta keski­arvo, joka saadaan ottamalla huomioon sen kaikki mahdolliset poistumis­tiet, on noin 18 vuotta.

Cesiumisotooppien 134Cs ja 137Cs sekä jodi-isotoopin 131I ohella strontium-90 oli yksi Tšernobylin ydin­voimala­onnettomuuden yhteydessä eniten terveys­haittoja aiheuttaneista iso­toopeista.

Koska strontium vaikuttaa lisä­kilpi­rauhasen kalsiumia havaitseviin reseptoreihin samaan tapaan kuin kalsium, niillä henkilöillä (likvidaattoreilla), jotka Tšernobylin ydin­voimala­onnettomuuden jälkeen saivat tehtäväkseen selvittää onnettomuuden seurauksia, on toden­näköisesti juuri tästä syystä ollut muita suurempi riski sairastua primaariin hyper­para­thyroidoaan.

Lääketieteellinen käyttö
Strontium-90:llä on laajaa käyttöä lääke­tieteessä joidenkin syöpä­lajien pinnallisessa radioterapiassa. Sopivina määrinä isotooppeja 90Sr ja 89 voidaan käyttää luu­syövän hoitoon. Sitä käytetään myös radio­aktiivisena merkki­aineena lääke­tieteessä ja maa­taloudessa.

Strontium-90 radioaktiivisessa laskeumassa 
Ydin­voimala­onnettomuuksissa strontium-90 ei leviä ympäristöön yhtä herkästi kuin cesium-137, koska se ei haihdu läheskään yhtä helposti, mutta se on toden­näköisesti ydin­aseiden radioaktiivisen laskeuman vaarallisin aines. 

Louise Reissin johtama tutkimus­ryhmä tutki 1950-luvulla ja 1960-luvun alussa satoja­tuhansia maito­hampaita ja totesi niiden sisältävän enenevässä määrin strontium-90:tä. Tutkimuksen loppu­tuloksena todettiin, että vuonna 1963 syntyneillä lapsilla sitä oli maito­hampaissa noin 50 kertaa niin paljon kuin vuonna 1950 eli ennen laaja­mittaisia ydin­kokeita. Tutkimuksen kommentoijat sanoivat, että laskeuma toden­näköisesti aiheuttaisi enemmän sairaustapauksia niillä, jotka ovat saaneet strontium-90:tä luihinsa. 

Tutkimuksen alku­peräisten tulosten perusteella laadittu artikkeli toimitettiin vuonna 1961 Yhdysvaltojen presidentti John F. Kennedylle, ja osittain sen vaikutuksesta hän alle­kirjoitti osittaista ydin­koe­kieltoa koskevan sopimuksen yhdessä Yhdistyneen kuningas­kunnan ja Neuvosto­liiton kanssa. Sopimus teki lopun maan­päällistä ydin­kokeista, jotka olivat levittäneet ilmakehään eniten radio­aktiivista laskeumaa.

Käyttö teollisuudessa ja ilmailussa 
Teollisuudessa strontium-90:tä käytetään säteilyn lähteenä eräissä paksuuden mittaus­laitteissa.

Termosähkögeneraattorien lämmönlähde 
Strontium-90:n radio­aktiivisessa hajoamisessa syntyy merkittävästi lämpöä. Sitä syntyy noin 0,921 watin teholla grammaa kohti, tai sen esiintyessä jonakin yhdisteenä, tyypillisesti noin 0,536 watin teholla grammaa kohti tätä yhdistettä. Koska se on halvempaa kuin samaan tarkoituksiin käyttö­kelpoinen plutonium-238, sitä on käytetty lämmönlähteenä monissa radio­isotooppisissa termo­sähkö­generaattoreissa (RTG) varsinkin Venäjällä ja entisessä Neuvosto­liitossa, tavallisimmin strontiumfluoridina. Yhdysvalloissa sitä on käytetty samaan tarkoitukseen strontiumtitanaattina.

Leviämisvaara 
Jos metalliromun sekaan joutuu vahingossa strontium­pitoisia radio­aktiivisia aineita, sitä metallien kierrätykseen käytettäessä voi tuloksena olla radio­aktiivista terästä. Käytöstä poistetut radio­isotooppiset termo­­sähkö­­generaattorit ovatkin huomattava strontium-90-saasteen lähde entisen Neuvosto­liiton alueella.

Lähteet

Aiheesta muualla 
NLM Hazardous Substances Databank – Strontium, Radioactive 
Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Strontium-90 

Isotoopit