Стронций-90

Стронций-90
Название, символ	Стронций-90, ^90Sr
Альтернативные названия	Радиостронций
Нейтронов	52
Свойства нуклида
Атомная масса	89,907738(3)[1] а. е. м.
Дефект массы	−85 941,6(29)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон)	8 695,90(3)[1] кэВ
Период полураспада	28,79(6)[2] лет
Продукты распада	^90Y
Родительские изотопы	^90Rb
Спин и чётность ядра	0^+[2]
Канал распада Энергия распада β^− 0,5459(14)[1] МэВ
Таблица нуклидов

Стро́нций-90 (лат. strontium-90) — радиоактивный нуклид химического элемента стронция с атомным номером 38 и массовым числом 90. Образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и ядерном оружии.

В окружающую среду ^90Sr попадает преимущественно при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.

Стронций является аналогом кальция и способен прочно откладываться в костях. Длительное радиационное воздействие ^90Sr и продуктов его распада поражает костную ткань и костный мозг (миелотоксичность), что приводит к развитию хронической лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей (радиогенная остеосаркома - крайне злокачественная и плохо поддающаяся лечению, отличается низкой радиочувствительностью). У беременных женщин накопленный в костях изотоп оказывает радиоактивное воздействие и на плод. С учётом этого и того, что стронций-90 обладает относительно длительным периодом полураспада, в основном используется как маркёрный при определении границ и уровней антропогенного радиоактивного загрязнения. При этом общий уровень ионизирующего излучения (включая γ- и α-) и суммарное содержания всех загрязняющих радионуклидов, в том числе короткоживущих, на данной территории может быть выше выявляемого стронция-90 или β-излучения[3].

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 5,1 ТБк.

Образование и распад

Стронций-90 является дочерним продуктом β^−-распада нуклида ^90Rb (период полураспада составляет 158(5)[2] c) и его изомеров[2] c:

${\displaystyle \mathrm {^{90}_{37}Rb} \rightarrow \mathrm {^{90}_{38}Sr} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.}$

В свою очередь, ^90Sr претерпевает β^−-распад, переходя в радиоактивный иттрий ^90Y (вероятность 100 %[2], энергия распада 545,9(14) кэВ[1]):

${\displaystyle \mathrm {^{90}_{38}Sr} \rightarrow \mathrm {^{90}_{39}Y} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.}$

Нуклид ^90Y также радиоактивен, имеет период полураспада в 64 часа и в процессе β^−-распада с энергией 2,28 МэВ превращается в стабильный ^90Zr[2].

Биологическое действие

Стронций является химическим аналогом кальция, поэтому он наиболее эффективно откладывается в костной ткани (в частности присутствие стронция-90 в детских зубах вследствие атмосферных ядерных испытаний было подтверждено исследованием канадского физика Урсулы Франклин, что стало одним из факторов принятия международного моратория на такие испытания[4]). В мягких тканях задерживается менее 1 %. За счёт отложения в костной ткани, он облучает костную ткань и красный костный мозг. Так как у красного костного мозга взвешивающий коэффициент в 12 раз больше, чем у костной ткани, то именно он является критическим органом при попадании стронция-90 в организм, что увеличивает риск заболеть лейкемией. А поступление большого количества изотопа может вызвать лучевую болезнь. Эти же факты подтверждены в клинике развития хронической лучевой болезни у населения, проживавшего в долине реки Течи и в зоне ВУРС[5].

Стронций-90 накапливается из загрязнённой им почвы растениями, далее по пищевой цепочке и происходит основное попадание в организм человека[6][7][8], так и других позвоночных животных, где накапливается откладываясь в костях.

Радиоактивное воздействие на биологические организмы радиоактивного изотопа стронция-90 не следует путать с относительно безопасным стабильным изотопом стронция. При этом они не отличаются в способах поступления в организм и в участии в биологических обменных процессах в качестве химического элемента.

Получение

Изотоп ^90Sr получают из радиоактивных продуктов распада ^235U в ядерных реакторах (выход достигает 3,5 % от продуктов деления)[9].

Применение

^90Sr применяется в производстве радиоизотопных источников энергии в виде титаната стронция (плотность 5,1 г/см³, энерговыделение около 5,7 Вт/см³).

Одно из широких применений ^90Sr — контрольные источники дозиметрических приборов, в том числе военного назначения и Гражданской обороны. Наиболее распространенный — типа «Б-8» исполнен как металлическая подложка, содержащая в углублении каплю эпоксидной смолы, содержащей соединение ^90Sr. Для обеспечения защиты от образования радиоактивной пыли через эрозию, препарат закрыт тонким слоем фольги. Фактически такие источники ионизирующего излучения являются комплексом ^90Sr — ^90Y, поскольку иттрий непрерывно образуется при распаде стронция. ^90Sr — ^90Y является практически чистым бета-источником. В отличие от гамма-радиоактивных препаратов, бета-препараты легко экранировать относительно тонким (порядка 1 мм) слоем стали, что обусловило выбор бета-препарата для проверочных целей — т. н. контрольный источник (КИ), начиная со второго поколения дозиметрической аппаратуры, активно применялся для военных нужд (КИ Б-8: ДП-5 и ИМД-5; КИ «Напёрсток»: ДП-12), гражданской обороны СССР (КИ Б-8: ДП-5 (все модификации, кроме ДП-5В и ДП-5ВБ), ДП-63(А) и ДП-64) и профессиональной деятельности (КИ от РМГЗ-01, КИ от ДП-2).

Примечания

1. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
2. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.
3. Аклеев А. В., Подтёсов Г. Н. и др. Челябинская область: ликвидация последствий радиационных аварий. / 2-е изд., испр. и доп. // Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство. — 2006 г. — 344 с. (12 илл.). ISBN 5-7688-0954-6.
4. Romi Levine and Jennifer Lanthier. In Memoriam: University Professor Emerita Ursula Franklin  (неопр.). University of Toronto (24 июля 2016). Дата обращения: 17 января 2017. Архивировано 7 апреля 2020 года.
5. Аклеев А. В., Подтёсов Г. Н. и др. Челябинская область: ликвидация последствий радиационных аварий. / 2-е изд., испр. и доп.. — Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство, 2006. — 344 с. — ISBN ISBN 5-7688-0954-6.
6. Москальчук Л. Н. Научное обоснование использования твёрдых отходов горных предприятий путём разработки технологии получения и применения органоминеральных сорбентов для реабилитации почв, загрянённых радионуклидами Архивная копия от 8 января 2022 на Wayback Machine / докторская диссертация по специальности 25.00.36 // Минск: «ОИЭЯИ-Сосны» НАНБ, 2015. — 366 с. Электронный образ на сайте ИПКОН РАН.
7. Кашпаров В. А. Загрязнение сельскохозяйственной продукции ^90Sr в Украине в отдаленный период после Чернобыльской аварии Архивная копия от 20 сентября 2021 на Wayback Machine / Научная статья DOI:10.7868/S0869803113060052 // Журнал «Радиационная биология. Радиоэкология», 2013, том 53, № 6, с. 639-650. ISSN 0869-8031. Электронный образ статьи на сайте МАГАТЭ.
8. Экологические последствия аварии на Чернобыльской АЭС и их преодоление: двадцатилетний опыт Архивная копия от 21 апреля 2021 на Wayback Machine / Доклад экспертной группы «Экология» Чернобыльского форума // Вена: МАГАТЭ, 2008. — 199 с. ISBN 978-92-0-409307-0. ISSN 1020-6566.
9. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4 (Пол-Три). — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.

Литература

1. Измеритель мощности дозы (рентгенметр) ДП-5Б. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЕЯ2.807.023 ТО
2. Рентгенметр «ДП-2». Описание и инструкция. Технический формуляр. 1964 г.
3. Гражданская оборона. Издание 8. М.: «Просвещение», 1975.