Каталог статей /

Плутоний :: Меры предосторожности

Плутоний · История · Свойства · Нахождение в природе · Изотопы · Сплавы · Меры предосторожности · Методы отделения · Применение · Цены на плутоний · Плутоний в художественных произведениях · Близкие статьи · Примечания · Официальный сайт ·


Токсичность

Все химические элементы в той или иной степени токсичны, если их концентрация в организме превышает установленные нормы. К примеру, некоторые лантаноиды цериевой группы могут находиться в молоке, крови и костях животных, а остальные в люпине, сахарной свекле, чернике, разных водорослях и др. Нахождение этих элементов в живых организмах объясняется в первую очередь стабильностью их изотопов, в то время как у актиноидов ситуация совсем другая. Все изотопы этой группы в той или иной степени, в том числе плутония, радиоактивны. Из этого можно сделать вывод, что нахождение элементов этой группы в живых организмах исключено. Данное свойство объясняется их радиоактивностью: , и -излучение пагубно воздействует на все живое, разрушая клетки организма.

Все соединения одного элемента данной группы — плутония — являются ядовитыми. Данные свойства проявляются как результат -излучения, поскольку зачастую приходится работать с -активными изотопами (к примеру, 239Pu). Альфа-частицы представляют серьёзную опасность в том случае, если их источник находится в теле зараженного. При том они повреждают окружающие элемент ткани организма. Не смотря на то, что плутоний способен излучать -лучи и нейтроны, которые могут проникать в тело снаружи, их уровень слишком мал для того, чтобы причинить вред здоровью. Разные изотопы плутония обладают разной токсичностью, например типичный реакторный плутоний в 8—10 раз токсичнее чистого 239Pu, так как в нём преобладают нуклиды 240Pu, который является мощным источником альфа-излучения.

Плутоний самый радиотоксичный элемент из всех актиноидов, но в тоже время считается отнюдь не самым опасным элементом. Если принять радиологическую токсичность 238U за единицу, этот же показатель для плутония и некоторых других элементов образует ряд:

235U (1,6) — 239Pu (5,0·104) — 241Am (3,2·106) — 90Sr (4,8·106) — 226Ra (3,0·107),

из которого следует вывод, что радий почти в тысячу раз опаснее самого ядовитого изотопа плутония — 239Pu.

При поступлении элемента вместе с водой и пищей плутоний менее ядовит, чем такие вещества как кофеин, ацетаминофен, некоторые витамины, псевдоэфедрин и множество растений и грибов. Он чуть менее вреден, чем этиловый спирт, но вреднее табака и всех запрещенных наркотиков. С химической точки зрения он ядовит так же как свинец. С точки зрения ингаляции плутоний — это рядовой токсин (примерно соответствует парам ртути). За всю историю ядерной индустрии достоверно известно об одном случае гибели человека от плутония, а смерти из-за плутония, попавшего в организм человека через лёгкие или желудок, в настоящий момент ни разу не случилось (при том в счет не берутся данные о гибели 26 граждан США, которые погибли от передозировки, и, кроме этого, 18 добровольцев, которые подвергались изучению темпов выведения плутония из организма).

При ингаляции плутоний обладает канцерогенными свойствами и способен вызвать рак лёгких. Но в тоже время следует помнить, что при попадании с пищей 14C и 40K гораздо более канцерогенны. Тем не менее, плутоний токсичен, так как имеет свойство концентрироваться в кроветворных участках костей и может вызвать заболевания через много лет после его попадания.

Альфа-частицы обладают относительно малой проникающей способностью: для 239Pu пробег -частиц в воздухе составляет 3,7 см, а в мягкой биологической ткани 43 мкм. В совокупности с высокой полной ионизацией (1,47·107 пар ионов на одну -частицу) небольшая величина пробега обуславливает значительную величину плотности ионизации; а чем выше её плотность, тем выше воздействие на организм. В связи с тем, что -излучение приводит к необратимым изменениям в скелете, печени, селезёнке и почках, все изотопы элемента относят к группе элементов с особо высокой радиотоксичностью (группа A токсичности). Эти изменения трудно диагностировать; они не проявляются настолько быстро, что можно констатировать о нахождении элемента в организме. Несмотря на малую проникающую способность, плутоний-239, в условиях эксперимента оказался способен вызывать хромосомные мутации и микроядра в клетках растений при контакте с живой тканью.. Плутоний-238 в эксперименте по воздействию на клетки китайского хомяка, оказался способен повышать частоту хромосомных аберраций и сестринских хроматидных обменов при дозе в 0,5 рад (0,005 грей)

Плутоний склонен к образованию аэрозолей. Хотя плутоний и является металлом, он очень летуч. Например, стоит пронести его образец по комнате, как допустимое содержание элемента будет превышено. Поэтому в процессе дыхания он склонен проникать в легкие и бронхи. Значимы два типа воздействия: острое и хроническое отравление. Если уровень облучения достаточно высок, ткани могут страдать острым отравлением и токсическое воздействие проявляется очень быстро. Если уровень облучения мал, то образуется накопляющийся канцерогенный эффект.

Попавшее количество элемента определяется коэффициентом всасывания, составляющим K = 1·10-3. Для биологически связанного элемента коэффициент выше: K = 1·10-2, причем коэффициент всасывания возрастает в 10—100 раз для детей по сравнению к взрослым. Плутоний может попадать в организм через раны и ссадины, путём вдыхания или заглатывания. Однако наиболее опасным путем попадания в организм является поглощение из легких.

Попавший в лёгкие плутоний частично оседает на поверхности лёгких, частично переходит в кровь, а после в лимфоузлы и костный мозг. Примерно 60 % попадает в костную ткань, 30 % в печень и 10 % выводится естественным путем. Количество попавшего в организм плутония зависит от величины аэрозольных частиц и растворимости в крови.

Плутоний очень плохо всасывается через желудочно-кишечный тракт. Плутоний в четырёхвалентном состоянии в течение нескольких суток на 70—80 % отлагается в печени человека и на 10—15 % в костных тканях. Попавший в организм элемент менее ядовит, чем такие известные яды как цианид или стрихнин. Поглощение всего 0,5 г плутония привело бы к смерти за несколько дней или недель за счет острого облучения пищеварительной системы (для цианида это значение составляет 0,1 г). Вдыхание 0,1 г плутония в виде частиц оптимального размера для удержания в лёгких приведет к смерти из-за отёка лёгких за 1—10 дней. Вдыхание 0,2 г приведет к смерти от фиброза за один месяц. Для намного меньших величин, попавших в организм, возникает высокий риск появления хронического канцерогенного эффекта.

Самой вероятной формой попадания плутония в организм является его практически не растворимый в воде оксид. Он используется на АЭС в качестве источника электроэнергии. Следовательно, плутоний, из-за нерастворимости его оксида, имеет большие показатели полувыведения из организма.

В природе плутоний наиболее часто находится в четырёхвалентном состоянии, которое по своим химическим свойствам напоминает трехвалентное железо. Если он проникает в систему кровообращения, то с большой вероятностью начнет концентрироваться в тканях, содержащих железо: костный мозг, печень, селезёнка. Организм путает плутоний с железом, следовательно белок трансферина забирает плутоний вместо железа, в результате чего останавливается перенос кислорода в организме. Микрофаги растаскивают плутоний по лимфоузлам. Если 0,14 г разместятся в костях взрослого человека, то риск ухудшения иммунитета будет очень велик и через несколько лет может развиться рак. Проведенные исследования элемента на токсичность показали, что для человека весом 70 кг смертельная доза составляет 0,22 г

Попавший в организм плутоний выводится из него очень долго — на протяжении 50 лет из организма выведется всего 80 %. Период биологического полувыведения из костной ткани составляет 80—100 лет. Получается, что его концентрация в костях практически постоянна. Период полувыведения из печени составляет 40 лет. Максимально безопасным значением количества плутония в организме для 239Pu составляет 0,047 мкКи что эквивалентно 0,0075 г. Молоко выводит плутоний в 2—10 раз активнее воды.

Критическая масса

Критическая масса — минимальная масса делящегося вещества, при которой в нём может происходить самоподдерживающаяся ядерная реакция деления. Если масса вещества ниже критической, то слишком много нейтронов, необходимых для реакции деления, теряется, и цепная реакция не идёт. При массе больше критической цепная реакция может лавинообразно ускоряться, что приводит к ядерному взрыву.

Критическая масса зависит от размеров и формы делящегося образца, так как они определяют утечку нейтронов из образца через его поверхность. Минимальную критическую массу имеет образец сферической формы, так как площадь его поверхности наименьшая. Критическая масса чистого металлического плутония-239 сферической формы 11 кг (диаметр такой сферы 10 см), чистого урана-235 — 47 кг (диаметр сферы 17 см). Отражатели и замедлители нейтронов, окружающие делящееся вещество, могут существенно снизить критическую массу. Критическая масса также зависит от химического состава образца и его плотности.

Самовоспламенение

В мелкодисперсном состоянии плутоний, как и все актиниды, пребывает в состоянии пирофорности. Во влажной среде плутоний на его поверхности образует гидриды переменного состава; реагируя с кислородом плутоний воспламеняется даже при комнатной температуре. В результате окисления плутоний расширяется на 70 % и может повредить содержащий его контейнер. Радиоактивность плутония является препятствием для тушения. Песок из оксида магния наиболее результативный материал для тушения: он охлаждает плутоний, а также блокирует доступ кислорода. Плутоний следует хранить либо в атмосфере инертного газа, либо при наличии циркулирующего воздуха (учитывая, что 100 г плутония-239 выделяют 0,2 Вт тепла). Элемент имеет исключительно высокую пирофорность при нагреве до 470—520 °C.

  • Russian to English Russian to German Russian to French Russian to Spanish Russian to Italian Russian to Japanese

Информация на сайте из открытых источников. Основа ВикипедиЯ. | Пожалуйста, внимательно прочитайте эту страницу!