فیزیک جهان هستی و نجوم در قرآن

بررسي رفتار پلوتونيوم در محيط زيست و اندازه گيري آكتيويته آن در رسوبات دريا به يك روش سريع و حساس آناليز كه به وسيله آن بتوان در مورد اندازه گيري كليه نمونه هاي آكتيو در محيط زيست استفاده كرد ضروري است. روش هايي كه تا كنون از نظر كاربردي مورد استفاده قرار گرفته است، فقط برخي روش ها براي حد شناسايي پلوتونيم در نمونه هاي زيست محيطي قابل استفاده است. چه روش هاي ارائه شده به زمان زياد نياز داشته و براي كليه نمونه هاي زيست محيطي مناسب نمي باشد روش جوشان با تيزاب سلطاني براي پلوتونيم در نمونه هاي رسوبي sediment با خواص تبادل يوني روش مناسبي است. چه با اين روش مي توان آكتيويته پلوتونيم را به طور دقيق تعيين كرده، جهت انجام اين فرايند نمونه رسوب را كه در كوره الكتريكي كاملا سرخ شده است. به وسيله ‌اسيدنيتريك و HF حل مي كنيم پس از اضافه كردن H3BO3 500ميلي‌ليتر از محلول نمونه به وسيله تري‌اكتيل‌فسفين اكسيد در سيكلو هگزان پلوتونيم را از فاز آبي از نظر كمي استخراج و جداسازي مي كنيم.
از استخراج برگشت توسط اسيدآسكوربيك و HCl استفاده كرده و براي آماده سازي نمونه جهت طيف سنجي آلفا از فرايند ترسيب الكتريكي با استفاده از آمونيم اگزالات (NH4)2C2O4 كه راندمان خوبي را از نظر الكتروليز از خود نشان مي دهد استفاده مي شود. راندمان فرايند جداسازي از نظر شيميايي مابين 70 تا 80 درصد است. حد شناسايي با اين روش طبق آزمايش هاي انجام شده، براي نمونه هاي زيست محيطي 1/0فانتوكوري (fci 1/0) براي هرگرم مي‌باشد. در اين مقاله آزمايش‌هايي بر روي رسوبات ساحل درياي خزر (منطقه محمودآباد) انجام و نتايج آناليز با استفاده از استاندارد آژانس بين المللي انرژي اتمي ثابت شده است و نشان مي دهد كه اكتيويته پلوتونيم 238 و پلوتونيم 139-240 در حد مجاز مي باشد.

گردآورندگان:

1-ايرج بيات، دكتراي راديوشيمی

2-  سيدحسین امیدیانی، دكترای فيزيك هسته‌ای

چكيده:

 بررسي رفتار پلوتونيوم در محيط زيست و اندازه گيري آكتيويته آن در رسوبات دريا به يك روش سريع و حساس آناليز كه به وسيله آن بتوان در مورد اندازه گيري كليه نمونه هاي آكتيو در محيط زيست استفاده كرد ضروري است. روش هايي كه تا كنون از نظر كاربردي مورد استفاده قرار گرفته است، فقط برخي روش ها براي حد شناسايي پلوتونيم در نمونه هاي زيست محيطي قابل استفاده است. چه روش هاي ارائه شده به زمان زياد نياز داشته و براي كليه نمونه هاي زيست محيطي مناسب نمي باشد روش جوشان با تيزاب سلطاني براي پلوتونيم در نمونه هاي رسوبي sediment با خواص تبادل يوني روش مناسبي است. چه با اين روش مي توان آكتيويته پلوتونيم را به طور دقيق تعيين كرده، جهت انجام اين فرايند نمونه رسوب را كه در كوره الكتريكي كاملا سرخ شده است. به وسيله ‌اسيدنيتريك و HF حل مي كنيم پس از اضافه كردن H3BO3 500ميلي‌ليتر از محلول نمونه به وسيله تري‌اكتيل‌فسفين اكسيد در سيكلو هگزان پلوتونيم را از فاز آبي از نظر كمي استخراج و جداسازي مي كنيم.
 از استخراج برگشت توسط اسيدآسكوربيك و HCl استفاده كرده و براي آماده سازي نمونه جهت طيف سنجي آلفا از فرايند ترسيب الكتريكي با استفاده از آمونيم اگزالات (NH4)2C2O4 كه راندمان خوبي را از نظر الكتروليز از خود نشان مي دهد استفاده مي شود. راندمان فرايند جداسازي از نظر شيميايي مابين 70 تا 80 درصد است. حد شناسايي با اين روش طبق آزمايش هاي انجام شده، براي نمونه هاي زيست محيطي 1/0فانتوكوري (fci 1/0) براي هرگرم مي‌باشد. در اين مقاله آزمايش‌هايي بر روي رسوبات ساحل درياي خزر (منطقه محمودآباد) انجام و نتايج آناليز با استفاده از استاندارد آژانس بين المللي انرژي اتمي ثابت شده است و نشان مي دهد كه اكتيويته پلوتونيم 238 و پلوتونيم 139-240 در حد مجاز مي باشد.
مقدمه
 مقدار پلوتونيوم-235 طبيعي در سنگ معدن اورانيوم در پوسته‌ي زمين به طور تقريب ده كيلوگرم حدس زده مي شود.
 در راكتورهاي طبيعي كه از انباشته شدن سنگ معدن اورانيوم در منطقه اوكلو در گابن افريقا (Oklo/Gaban) قبل از دوميليارد سال پيش به كار افتاده به طور دقيق 4 تن پلوتونيوم-235 تشكيل شده است. در سال 1971 پلوتونيوم-244 طبيعي كشف گرديد.
شناخت امروزي درباره سميت پرتوهاي پلوتونيوم از نتيجه آزمايش هايي كه بر روي حيوانات انجام گرفته به دست آمده است. نتايج اين بررسي ها نشان مي دهد كه استنشاق پلوتونيوم به سرطان شش و استخوان مي انجامد.
 پلوتونيوم جزء سمي ترين عناصر راديواكتيو است كه سوخت راكتورهاي اتمي بوده و يك ماده استراتژي است و از ايزوتوپ هاي آن براي باطري هاي راديوايزوتوپ و دستگاه تنظيم ضربان قلب استفاده مي شود. پلوتونيوم به علت ساطع كردن پرتوهاي آلفا با انرژي بالا، آلودگي داخلي نسبت به آن بي اندازه خطرناك است، چه ذرات آلفا با برد كمي كه دارند مي توانند انرژي خود را بدون كم و كاست به سلول منتقل كرده و باعث مرگ سلول مي شوند. براي پرتوهاي آلفا از نظر دوز اكي والانس فاكتور كيفيت بالايي را از نظر تأثير بيولوژيكي در نظر مي گيرند چنانچه پلوتونيوم از طريق هوا توسط انفجارات اتمي آزاد شود. مي تواند از طريق دستگاه تنفسي آب آشاميدني، مواد غذايي، داخل بدن انسان شود و ايجاد سرطان شش و استخوان نمايد. چگونه پلوتونيوم از اين راه ها داخل بدن انسان مي‌شود، تابع رفتار پلوتونيوم در محيط زيست است. دانشمندان رفتار پلوتونيوم در محيط زيست را بررسي كرده اند براي رفتار پلوتونيوم در محيط زيست، بايد آزمايش هاي بي شماري دقيقا پس از نمونه برداري و آماده سازي نمونه انجام پذيرد.
 براي اين منظور نمونه را پس از كربن زدايي، به وسيله اسيدنيتريك و اسيدفلوريدريك در داخل بمب تفلن به وسيله دستگاه ماكروويو به مدت چند دقيقه حل كرده و با اضافه كردن آلومينيوم برميد AlBr3 يا اسيدبوريك محلول كاملا روشن و شفافي حاصل مي شود.
 سپس پلوتونيوم و اورانيوم را به وسيله ToPo تري اكتيل فسفين اكسيد استخراج مي كنيم. براي اندازه‌گيري پلوتونيوم به روش آلفا اسپكتروسكپي بايستي عناصر مزاحم كه در ترسيب الكتريكي ايجاد مزاحمت مي كند جداسازي شوند. عمده ترين عناصر موجود در ماتريكس شامل Al3+, Ca2+, K+, Na+ و همچنين مقدار كمي آهن مي‌باشد كه به علت پايين بودن ضريب پخش آنها با محلول ToPo استخراج نمي شوند و در فاز آبي باقي مي مانند.
 براي استخراج برگشت پلوتونيوم از فاز آلي به فاز آبي از اسيدآسكوربيك و اسيدكلريدريك نرمال استفاده مي شود. براي جداسازي راديوكليدهاي ساطع كننده پرتو آلفا از نظر راديوشيميايي محلول نمونه را با LaF3 و يك رزين تبادل آنيوني محيط و جداسازي مزاحمت ها استفاده مي كنيم.
فرايند ترسيب (رسوب كردن) الكتريكي با استفاده از آمونيم اگزاليك (NH4)2C2O4 و HCl انجام مي شود.
چه اين روش از نظر كمي و همراه نبودن مزاحمت ها در نمونه روش مناسبي است.

پلوتونيوم در آب و در رسوبات: 
پلوتونيوم در اكوسيستم آبي مانند اكوسيستم خاكي داراي منشأ مشابهي مي باشد و آن مربوط به ريزش آزمايش هاي سلاح هاي هسته و نشر پلوتونيوم از تأسيسات هسته اي مانند بازيابي سوخت هاي مصرف شده مي‌باشد.
از نتايج اين فرايندها پلوتونيوم داخل آب هاي سطحي درياها و اقيانوس ها شده و عملا در كليه توده آب هاي طبيعي پلوتونيوم به مقدار قابل اندازه گيري وجود دارد.
حلاليت پلوتونيوم در آب خيلي محدود است، در محلول آبي پلوتونيوم به صورت Pu (v1), Pu(v) موجود است. پلوتونيوم (III) و پلوتونيوم (1v) مهمترين فرم شيميايي قابل جذب است. طبق گزارش هاي منتشر شده غلظت پلوتونيوم در آب در گستره 10-2-10-8Bq/L است. غلظت ها تابع نوع شدت، فاصله از چشمه، مخلوط شدن سيستم آبي و تابع تأثيرات مكانيسم فرايند رسوب در اكوسيستم هاي آبي مختلف مي باشد.
 غلظت پلوتونيوم در رسوبات ساحلي sediment از پراكندگي بيشتري برخوردار است. يعني از غلظتي غيرقابل اندازه گيري تا چهل بكرل بر گرم (40Bq/g) . تبادل مابين آب و رسوب در گستره هاي مختلف از هم مي باشند، و تابع عمق آب، نرخ رسوب گذاري، غلظت مواد كمپلكس دهنده و غيره مي باشند در مناطق ساحلي در زمان كوتاهي قسمت اعظم پلوتونيوم بيش از 90 درصد از توده آب جدا شده و بر روي رسوب انباشته مي شود. در اقيانوس ها اين انباشتگي كمتر صورت مي گيرد مهمترين مكانيسم اين انباشتگي عمل هيدروليز و تشكيل كلوئيد تشخيص داده شده مكانيسم انباشته شدن پلوتونيوم در رسوبات به طور كامل قابل رفت و برگشت نمي باشد، علت آن ويژگي هاي رفتار تشكيل رسوب، تشكيل كلوئيد و تغييراتي در حالت اكسيداسيون آن مي باشد.
 عدم مهاجرت پلوتونيوم از رسوبات ساحلي به طور كامل بررسي شده (رفرانس) در رسوبات ساحلي صرفنظر از يك غشاء نازك اكسيد بر روي سطح كه عمدتا بي هوازي است، پلوتونيوم تحت تأثير اين شرايط به طور كامل غيرقابل تحرك در نظر گرفته مي شود. بررسي هاي دقيق در عمل نشان مي دهد كه به عنوان مثال در رسوبات ساحلي انگلستان بيش از چندين دهه است كه بدون تغيير باقي مانده است. به منظور تشريح رفتار پلوتونيوم در آب و رسوبات كه خواص تبادل يوني دارد از تعيين ضريب بخش Distribution Koefficient آنها استفاده مي شود. ضريب پخش را طبق بررسي هاي به عمل آمده برابر 5.104ml/g براي آب دريا و آب هاي تازه اطراف آن مي توان انتظار داشت. كه از آب هاي ساحلي فقط درصد كمي از پلوتونيوم در محلول آبي باقي مي ماند. پلوتونيوم در رسوبات انباشته خواهد شد.

D=(Av-An)/Av * ml/mg

Av آكتيويته قبل
An آكتيويته بعد از تبادل
ml : حجم آب
mg : وزن رسوب
D : ضريب پخش

 
روش آزمايشگاهي
  نمونه رسوب را پس از غربال كردن در يك كوره الكتريكي تا 450 درجه حرارت سرخ مي كنيم تا تركيبات آلي كاملا تجزيه شود صد گرم از نمونه را تزريق كرده و در يك بمب تفلني مي ريزيم و به آن اسيدنيتريك اضافه مي‌كنيم و مقدراي هم از محلول  HF ، 40درصد اضافه كرده واكنش در بمب تفلون انجام مي شود در ماكرويو به مدت سه دقيقه نمونه را بيرون آورده و در يك بشر مي جوشانيم تا واكنش كاملا انجام شود. در محلول نمونه فلور به صورت CaF2 رسوب مي كند، كه محلول نمونه كمي تيره است به آن AlBr3 يا Al(NO3)3 اضافه مي كنيم فلور با آلومينيوم تشكيل كمپلكس مي دهد و يك نمونه شفاف و كاملا روشن حاصل مي شود.
در اين نمونه پلوتونيوم به صورت چهار ظرفيتي يا شش ظرفيتي موجود است. با استفاده از محلول (ToPo) تري اكتيل فسفين اكسيد در گزيلن پلوتونيوم را استخراج مي كنيم. عناصر موجود در Matrix مانند اورانيوم و توريم ايجاد مزاحمت مي كند. عمل رسوب گري را به وسيله LaF3 انجام داده و پس از فيلتر كردن محلول خارج شده را كه محتوي پلوتونيوم است از طريق دستگاه الكترود پوزيت بر روي فولاد ضد زنگ تركيب نموده و آكتيويته آن را توسط دستگاه طيف سنجي آلفا مجهز به آشكار Sarface-Borriev با قدرت تفكيك 15 كيلو الكترون ولت اندازه گيري مي‌كنيم و آكتيويته آن را نسبت به يك كيلوگرم رسوب محاسبه مي كنيم. لازم به ذكر است كه به منظور محلول الكتروليتر از روش اسيداگزاليك HCl استفاده مي شود كه در آزمايش هاي به عمل آمده، قادر است كمترين غلظت پلوتونيوم را از نظر اندازه گيري امكان پذير نمايد. براي نمونه شاهد از پلوتونيوم 236 استفاده شده است كه اكتيويته آن بر حسب Bq/Kg داده شده است. آكتيويته پلوتونيوم طبق رابطه زير برحسب بكرل به گرم يا بكرل به كيلوگرم محاسبه مي شود.

بحث و نتيجه گيري
 اندازه گيري پلوتونيوم در نمونه هاي رسوب درياي خزر در منطقه محمودآباد به عمل آمده است. آزمايش‌ها اجام شده آكتيويته پلوتونيوم 240.239-Pu, 238 را در گستره حد مجاز نشان ميد هد. براي استاندارد از نمونه هاي آژانس بين المللي انرژي اتمي استفاده شده Pu-242 پس از نمونه برداري و خشك كردن نمونه آن ها را غربال كرده و در كوره الكتريكي تا 451 درجه سانتگيراد حرارت داده ايم تا تركيبات آلي به كلي از بين برده شود. سپس نمونه پس از توزين در اسيدنيتريك 8 ملارو HF در بمب تفلني حل كره و پس از خاتمه واكنش به آن محلول AlB3 اضافه كرده ايم. تا محلول روشني حاصل شود. پس از ترسيب الكتريكي نمونه ها را توسط دستگاه طيف سنجي آلفا شمارش و آماده مي نمائيم. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد كه اكتيويته پلوتونيوم 238 و پلوتونيوم 239-240 در حد مجاز است. براي انجام آزمايش از استخراج مايع از مايع توسط ToPo استفاده شده است و ناخالصي ها به وسيله رسوب گيري توسط LaF3 از عناصر مزاحم جداسازي گرديده است.

جدول شماره1: نتايج اندازه گيري عناصر نرانس پلوتونيوم در خاك هاي سواحل درياي خزر

(منطقه محمودآباد در سال 2003)

جدول شماره2: غلظت پلوتونيوم در خاك هاي سواحل درياي خزر (منطقه محمودآباد)

به روش طيف سنجي آلفا پس از فرايندهاي جداسازي بر حسب Bq/Kg

گردآورندگان:

1-ايرج بيات، دكتراي راديوشيمی

2-  سيدحسین امیدیانی، دكترای فيزيك هسته‌ای

[استفاده از مقاله  با ذکر  منبع مجاز می باشد]