книги из ГПНТБ / Ершова З.В. Полоний и его применение

семейство актиноурана; M8Pb (ThD) — семейство тория. Конечный продукт превращения семейства нептуния — стабильный 209Bi.

Все элементы радиоактивных семейств генетически связаны, и многие из них находятся ,в природе в радио­ активном равновесии. Весовое соотношение элементов ряда урана — радия приведено в табл. 1.

Теория радиоактивных превращений дает возмож­ ность вычислить количество q' каждого из производных элементов, находящихся в равновесии с материнским веществом в количестве q. Если радиоактивный распад не разветвляется, то q' можно найти из соотношения

я'1я = а ,т \ 12 /а т 112,

где А и Л', Т ]/2 и Т [12— атомные веса и периоды полу­

распада материнского вещества и производного элемен­ та соответственно. Если ряд разветвляется, то период полураспада материнского вещества следует умножить на отношение разветвления, показывающее, какая часть атомов переходит в данную ветвь.

Родоначальники радиоактивных семейств, уран и то­ рий, сильно рассеяны в природе и входят в состав ра­ диоактивных минералов и рудных образований (табл. 2)

Ю

Представление о распространенности изотопов поло­ ния в окружающем пространстве может быть получено на основании имеющихся данных по распространению естественных радиоактивных элементов ![6]. Сводные дан­ ные по распространенности радия в биосфере и по со-

Магматические породы (по Гудмену и Ивансу)

*Среднее из 22 образцов.

**Среднее из 20 образцов.

12

Т а б л и ц а 5

Содержание радия, урана и тория в морской воде, г!см3 (по данным различных авторов)

держанию радия, урана и тория в различных рудах при­ ведены в табл. 3 и 4 [6, с. 128 и 134],

В табл. 5 и 6 показано содержание природных радио­ активных элементов в морской воде и в глубоководных океанических осадках, а в табл. 7 — содержание радия и радона в природных во­

дием.

Содержание радона в значительном избытке по срав­ нению с содержанием радия наблюдается в большин­ стве 1В0Д, за исключением некоторых пластовых.

При выделении из вод твердых осадков радиоактив­ ные элементы увлекаются ими в соответствии с их хими­ ческой природой. Так, установлено, что с железом вы­ падают преимущественно изотопы тория (RdTh, RdAc), с сульфатными и карбонатными осадками — изотопы ра-

П р и м е ч а н и е . 1 эман—10"1» кюри/л.

дня (Ra, MsThi, ThX, АеХ). Прямых анализов на содер­ жание в осадках изотопов полония не имеется. Однако, учитывая его высокую адсорбционную способность и склонность к образованию коллоидных осадков, можно предположить возможность образования крупных агре­ гатов—осадков, содержащих полоний и его материнское вещество RaD— vRaE. Концентрирование и накопление полония в них вполне реально в силу того, что процесс распада происходит непрерывно, а короткие периоды полураспада дочерних продуктов способствуют быстро­ му установлению радиоактивного равновесия.

Радиоактивные эманации, поступающие в атмосферу при диффузии их из рудоносных слоев, создают в воз­ духе повышенную ионизацию. Аналогичная загрязнен­ ность воздуха эманациями наблюдается в рудных шах­ тах и на предприятиях, занятых переработкой урановых и ториевых руд. Зная содержание эманаций в воздухе, можно подсчитать ожидаемое количество продуктов их распада, в том числе и короткоживущих изотопов по­ лония.

Атмосфера, имеющая однородный химический состав до значительной высоты, представляет собой своеобраз­ ную коллоидную среду, в которой находятся во взвешен­ ном состоянии мельчайшие пылинки, твердые и жидкие частицы, являющиеся центрами конденсации аэрозолей или коллоидных частиц. В табл. 8 представлено измене-

14

Пне числа ядер конденсации на различных высотах, а в табл. 9 — вертикальное раопределение торона и ра­ дона..

Содержание радона в воздухе вблизи земной поверх­ ности характеризуется следующими данными, кюри/л:

Содержание торона в атмосферном воздухе над су­ шей составляет 7 -ТО-14 кюри/л.

Радиоактивные эманации — радон, торон и актинон— поступают в атмосферу с поверхности почвы .в результа­ те газообмена между почвенным и атмосферным возду­ хом и переносятся воздушными течениями по горизон­ тальному и вертикальному направлениям, участвуя в общем турбулентном перемешивании атмосферного воздуха. Радиоактивность атмосферы не стоит в прямой связи с радиоактивностью горных пород, выходящих на поверхность. По В. И. Баранову i[6], отношение концен­

15

траций эманации в атмосферном воздухе ео и в почвен­ ном воздухе на значительной глубине Еоо определяется отношением коэффициента диффузии эманации в почве К к коэффициенту турбулентного перемешивания атмо­ сферы А:

*0 = °о У Щ -

Коэффициент турбулентного перемешивания атмосферы меняется с высотой по закону, зависящему от аэрологи­ ческих условий. Влияние турбулентного перемешивания на горизонтальное распространение эманации видно на рис. 2 [7].

Постоянное присутствие в воздухе и природных во­ доемах радона и его продуктов радиоактивного превра­

распада радона в тропосфере составляет 20 суток. RaD (210Pb), RaE (210Bi) и 2iop0 выпадают на поверхность земли вместе с осадками. Концентрация 210Ро в дожде­ вой воде составляет в среднем 1,36 пкюри/л с колеба­ ниями от 0,49 до 4,65 пкюри/л [9]. Присутствие 210Ро об­ наружено в продуктах питания человека и животных. Результаты анализа .некоторых продуктов питания на содержание 210Ро приведены в табл. 10 [10].

• Скорость выпадения из атмосферы RaD (210РЬ) со­ ставляет в год 1,7 мкюри/км2[II]. Среднее отношение 210Ро:

16

Т а б л и ц а lO

Конструкция 210Ро в различных пищевых продуктах,

пкюри/г [10]

RaD» 0,1. RaD обнаружен в почве различных районов ФРГ, его содержание составляет 1,8—15 пкюри/г. При­ сутствие RaD в минералах колеблется в широких пре­ делах в зависимости от их состава и возраста. Свинец, выделенный из радиоактивных минералов, в основном состоит из смеси изотопов “ ФЬ, 20ФЬ, 20ФЬ в соотноше­ нии 4:3:7. Астон (1933 г.), используя масс-спектромет- ричеокий метод анализа, обнаружил в составе обыкно­ венного свинца присутствие изотопа 21ФЬ (RaD) в коли­ честве 0,08%- Следовательно, в природном свинце возможно образование 210Ро. Например, в работе [12] ука­ зывается на присутствие 210Ро в черновом висмуте, вы­ деленном из руд месторождения касситерита SnCh. Содержание 210Ро в висмуте оказалось очень высоким, 10-6 кюри/г, что свидетельствует о присутствии в рудах урана и RaD1. Содержание , 210РЬ и 210Ро в различных

•природных образованиях j рбдсуашгшо в табл.- 11 [10]. Попадание 210Ро в атмс возмо-жноцкроме есте­ ственного кругооборота — } иффузвй ра^оначв. атмосферу

йз почвы, радиоактивного распада и выпадения продук­ тов >распада на поверхность земли — также за счет ава­ рийных случаев с ядерными реакторами [13] и при использовании полония в изотопных энергетических си­ стемах [14]. Отходы научно-исследовательских учрежде­ ний и производств, связанных с получением и примене­ нием полония, также являются источниками повышения радиоактивности среды.

Таблица 11

Содержание 210Ро и 210Pb (RaD) в различных природных образованиях (по данных различных авторов [10, с. 7—9]

* Равновесие с 22eRa нарушено, наличие полония объясняется присутствием 210РЬ.

Поведение радиоактивных элементов, и в том числе полония, в окружающей среде — предмет постоянного и тщательного исследования. Биологическое действие 210Ро изучается наиболее широко советскими и американски­ ми учеными [15]. Радиологическая токсичность полония обусловлена высокой относительной биологической эф­ фективностью его а-излучения.

3. ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЛОНИЯ

Источники получения полония могут быть разбиты на два вида: естественные радиоактивные элементы, при­ сутствующие в природных рудных образованиях; искус­ ственные радиоактивные элементы, образующиеся в ре-

18

зультате облучения мерадиоактивных элементов нейтро­ нами или ускоренными частицами (дейтронами, прото­ нами, ядрами гелия — сс-частицами).

ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Накопление изотопов полония в природных условиях

Изотопы полония, образующиеся в результате радио­ активного распада естественных радиоактивных элемен­ тов, накапливаются в различных природных образова­ ниях: горных породах и минералах, атмосферном воздухе и в водах минеральных источников и открытых водоемов.

Короткоживущие изотопы полония, продукты распа­ да радона, присутствующие в атмосферном воздухе, осаждаются на взвешенных аэрозолях и твердых части­ цах и являются источниками ионизации воздуха. В природных водах продукты распада радона растворя­ ются в воде или осаждаются в илах и донных отложе­ ниях.

Концентрация короткоживущих изотопов полония в атмосферном воздухе соответствует концентрации ра­ дона, которая в среднем составляет 10-12 кюри/л для воздуха над сушей и 10-10 кюри/л для почвенного воз­ духа. Концентрация радона в воде минеральных источ­ ников достигает 10~7 кюри/л. Весовая концентрация

226Ra находится в пределах 1-10—12—7-10-9 г/л.

Распространенность в природе 210Ро представляет ин­ терес с точки зрения возможности получения его в боль­ ших количествах. Радиоактивные руды, содержащие уран, в течение длительного времени были единственным источником получения полония, а также выделения его