Йод-129
Радиоизотоп йода
Йод-129, 129я
Общий
Символ129 Я
Именайод-129, 129I, I-129
Протоны ( Z )53
Нейтроны ( N )76
Данные по нуклидам
Естественное изобилиеСлед
Период полураспада ( t 1/2 )1,614(12) × 10 7  лет [1]
Масса изотопа128.9049836(34) [2] Да
Продукты распада129 Хе
Режимы распада
Режим распадаЭнергия распада ( МэВ )
β −0,189
Изотопы йода
Полная таблица нуклидов

Йод-129 ( 129I ) — долгоживущий радиоизотоп йода , который встречается в природе, но также представляет особый интерес для мониторинга и изучения воздействия продуктов ядерного деления , образующихся в результате деятельности человека , где он служит как индикатором, так и потенциальным радиоактивным загрязнителем.

Формирование и распад

Долгоживущие продукты деления
Нуклидт 1 ⁄ 2УрожайВ [а 1]βγ
( Ма )(%) [а 2]( кэВ )
99 Тс0,2116.1385294β
126 Сн0.2300,10844050 [а 3]β γ
79 Сэ0,3270,0447151β
135 Сс1.33 6.9110 [а 4]269β
93 Зр1.53 5.457591βγ
107 Пд6.5  1.249933β
129I16.14  0,8410194βγ
  1. ^ Энергия распада делится между β , нейтрино и γ, если таковые имеются.
  2. ^ На 65 делений тепловыми нейтронами 235 U и 35 делений 239 Pu .
  3. ^ Имеет энергию распада 380 кэВ, но продукт его распада 126Sb имеет энергию распада 3,67 МэВ.
  4. ^ Ниже в тепловых реакторах, поскольку 135Xe , его предшественник, легко поглощает нейтроны .

129 I является одним из семи долгоживущих продуктов деления . Он в основном образуется при делении урана и плутония в ядерных реакторах . Значительные количества были выброшены в атмосферу в результате испытаний ядерного оружия в 1950-х и 1960-х годах, в результате аварий на ядерных реакторах и в результате как военной, так и гражданской переработки отработанного ядерного топлива. [3]

Он также естественным образом производится в небольших количествах из-за спонтанного деления природного урана , расщепления следовых количеств ксенона в атмосфере под действием космических лучей и столкновения мюонов космических лучей с теллуром -130. [4] [5]

129I распадается с периодом полураспада 16,14 миллионов лет с низкоэнергетическим бета- и гамма- излучением до стабильного ксенона-129 ( 129Xe ). [6]

Долгоживущий продукт деления

129 I является одним из семи долгоживущих продуктов деления , которые производятся в значительных количествах. Его выход составляет 0,706% на деление 235 U. [7] Производятся большие пропорции других изотопов йода, таких как 131 I , но поскольку все они имеют короткие периоды полураспада, йод в охлажденном отработанном ядерном топливе состоит примерно из 5/6 129 I и 1/6 единственного стабильного изотопа йода, 127 I.

Поскольку 129 I является долгоживущим и относительно мобильным в окружающей среде, он имеет особое значение в долгосрочном управлении отработанным ядерным топливом. В глубоком геологическом хранилище для непереработанного отработанного топлива 129 I, вероятно, будет радионуклидом с наибольшим потенциальным воздействием в течение длительного времени.

Поскольку 129I имеет скромное сечение поглощения нейтронов , равное 30  барн [8] , и относительно не разбавлен другими изотопами того же элемента, его изучают на предмет утилизации методом ядерной трансмутации путем повторного облучения нейтронами [9] или гамма-облучения. [10]

Выход , % на деление [7]
ТермальныйБыстрый14 МэВ
232 Тысячане делящийся0,431 ± 0,0891,68 ± 0,33
233 У1,63 ± 0,261,73 ± 0,243,01 ± 0,43
235 У0,706 ± 0,0321,03 ± 0,261,59 ± 0,18
238 Уне делящийся0,622 ± 0,0341,66 ± 0,19
239 Pu1,407 ± 0,0861,31 ± 0,13?
241 Pu1,28 ± 0,361,67 ± 0,36?

Выброс при переработке ядерного топлива

Большая часть 129 I, содержащегося в отработанном топливе, выбрасывается в газовую фазу, когда отработанное топливо сначала измельчается, а затем растворяется в кипящей азотной кислоте во время переработки. [3] По крайней мере, для гражданских перерабатывающих заводов специальные скрубберы должны удерживать 99,5% (или более) йода путем адсорбции, [3] прежде чем отработанный воздух будет выпущен в окружающую среду. Однако Северо-Восточная лаборатория радиологического здоровья (NERHL) обнаружила во время своих измерений на первом гражданском перерабатывающем заводе США, который эксплуатировался компанией Nuclear Fuel Services, Inc. (NFS) в Западном Нью-Йорке, что «от 5 до 10% от общего количества 129 I, доступного из растворенного топлива», было выброшено в выхлопную трубу. [3] Они также написали, что «эти значения превышают прогнозируемый выход (таблица 1). Этого ожидалось, поскольку йодные скрубберы не работали во время контролируемых циклов растворения». [3]

Прямая линия: отложения I-129 на леднике Фишерхорн (Швейцария):
пунктирная линия: оценка скорости отложения I-129 на основе увеличения концентрации Kr-85 в атмосфере;
штрихпунктирная линия: расчетные выпадения бомб
; треугольники: по данным о Cs-137; расчетные выпадения I-129;
круги: данные о годичных кольцах деревьев Карлсруэ

Северо-восточная радиологическая лаборатория здоровья далее заявляет, что из-за ограничений их измерительных систем фактический выброс 129 I мог быть даже выше, «поскольку потери [ 129 I] [путем адсорбции], вероятно, происходили в трубопроводах и воздуховодах между дымовой трубой и пробоотборником». [3] Кроме того, система отбора проб, используемая NERHL, имела барботажную ловушку для измерения содержания трития в газовых пробах перед йодной ловушкой. Только после отбора проб NERHL обнаружила, что «барботажная ловушка удерживала от 60 до 90% отобранного 129 I». [3] NERHL пришла к выводу: «Барботеры, расположенные выше ионообменников, удаляли большую часть газообразного 129 I до того, как он достигал ионообменного пробоотборника. Способность барботера удалять йод была ожидаемой, но не в той степени, в которой она имела место». Задокументированный выброс «от 5 до 10% от общего количества 129I , содержащегося в растворенном топливе» [3] не корректируется с учетом этих двух недостатков измерений.

Военная изоляция плутония из отработанного топлива также привела к выбросу 129 I в атмосферу: «Более 685 000 кюри йода 131 было выброшено из труб разделительных установок в Хэнфорде за первые три года работы». [11] Поскольку 129 I и 131 I имеют очень похожие физические и химические свойства, а разделение изотопов в Хэнфорде не проводилось, 129 I также должен был быть выброшен там в больших количествах во время Манхэттенского проекта. Поскольку в Хэнфорде перерабатывалось «горячее» топливо, облученное в реакторе всего несколько месяцев назад, активность выделившегося короткоживущего 131 I, период полураспада которого составлял всего 8 дней, была намного выше, чем активность долгоживущего 129 I. Однако, хотя весь 131 I, выброшенный во время Манхэттенского проекта, к настоящему времени распался, более 99,999% 129 I все еще находится в окружающей среде.

Данные по ледяным скважинам, полученные в университете Берна на леднике Фишерхорн в Альпийских горах на высоте 3950 м, показывают довольно устойчивый рост скорости отложения 129 I (показано на изображении сплошной линией) со временем. В частности, самые высокие значения, полученные в 1983 и 1984 годах, примерно в шесть раз превышают максимум, измеренный в период испытаний атмосферной бомбы в 1961 году. Этот сильный рост после завершения испытаний атмосферной бомбы указывает на то, что переработка ядерного топлива была основным источником атмосферного йода-129 с тех пор. Эти измерения продолжались до 1986 года. [12]

Приложения

Датирование возраста грунтовых вод

129 I не производится намеренно для каких-либо практических целей. Однако его длительный период полураспада и относительная мобильность в окружающей среде сделали его полезным для различных приложений датирования. Они включают в себя идентификацию более старых грунтовых вод на основе количества присутствующего природного 129 I (или его продукта распада 129 Xe), а также идентификацию более молодых грунтовых вод по возросшим антропогенным уровням 129 I с 1960-х годов. [13] [14] [15]

Датировка возраста метеорита

В 1960 году физик Джон Х. Рейнольдс обнаружил, что некоторые метеориты содержат изотопную аномалию в виде избыточного содержания 129 Xe. Он предположил, что это должен быть продукт распада давно распавшегося радиоактивного 129 I. Этот изотоп в большом количестве производится в природе только при взрывах сверхновых . Поскольку период полураспада 129 I сравнительно короток по астрономическим меркам, это показало, что между сверхновой и временем, когда метеориты затвердели и захватили 129 I , прошло всего несколько минут. Предполагается, что эти два события (сверхновая и затвердевание газового облака) произошли в раннюю историю Солнечной системы , поскольку изотоп 129 I, вероятно, образовался до того, как образовалась Солнечная система, но не задолго до этого, и засеял изотопы солнечного газового облака изотопами из второго источника. Этот источник сверхновой также мог вызвать коллапс солнечного газового облака. [16] [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ Ван, Мэн; Хуан, ВДж; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки». Chinese Physics C. 45 ( 3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  3. ^ abcdefgh «ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ВЫБРОСОВ С ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗАВОДА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА».
  4. ^ Эдвардс, RR (1962). «Йод-129: его встречаемость в природе и его применение в качестве трассера». Science . 137 (3533): 851–853. Bibcode :1962Sci...137..851E. doi :10.1126/science.137.3533.851. PMID  13889314. S2CID  38276819.
  5. ^ «Радиоактивные вещества, пропавшие с Земли».[ постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ https://www.nndc.bnl.gov/nudat3/decaysearchdirect.jsp?nuc=129I&unc=nds, Таблица нуклидов NNDC, излучение распада I-129, дата обращения 7 мая 2021 г.
  7. ^ ab http://www-nds.iaea.org/sgnucdat/c3.htm Кумулятивные выходы деления, МАГАТЭ
  8. ^ http://www.nndc.bnl.gov/chart/reColor.jsp?newColor=sigg Архивировано 24 января 2017 г. на Wayback Machine , Карта нуклидов NNDC, Сечение захвата тепловых нейтронов I-129, дата обращения 16 декабря 2012 г.
  9. ^ Rawlins, JA; et al. (1992). "Разделение и трансмутация долгоживущих продуктов деления". Труды Международной конференции по управлению высокоактивными радиоактивными отходами . Лас-Вегас, США. OSTI  5788189.
  10. ^ Мэгилл, Дж.; Шверер, Х.; Эвальд, Ф.; Гали, Дж.; Шенкель, Р.; Зауэрбрей, Р. (2003). «Лазерная трансмутация йода-129». Прикладная физика Б . 77 (4): 387–390. Бибкод : 2003ApPhB..77..387M. дои : 10.1007/s00340-003-1306-4. S2CID  121743855.
  11. ↑ Гроссман, Дэниел (1 января 1994 г.). «Хэнфорд и его ранние выбросы радиоактивных веществ в атмосферу». The Pacific Northwest Quarterly . 85 (1): 6–14. doi :10.2307/3571805. JSTOR  40491426. PMID  4157487.
  12. ^ Ф. Стампфли: Ионнохроматографический анализ и Eisproben aus einem hochgelegenen Alpengletscher. Лицензиатсарбайт, Инст. аорган. анальный. и физ. Химия, Бернский университет, 1989.
  13. ^ Уотсон, Дж. Трок; Роу, Дэвид К.; Селенков, Герберт А. (1 января 1965 г.). «Йод-129 как «нерадиоактивный» трассер». Radiation Research . 26 (1): 159–163. Bibcode : 1965RadR...26..159W. doi : 10.2307/3571805. JSTOR  3571805. PMID  4157487.
  14. ^ Santschi, P.; et al. (1998). "129Йод: новый трассер для взаимодействия поверхностных и грунтовых вод" (PDF) . Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе . OSTI  7280.
  15. ^ Snyder, G.; Fabryka-Martin, J. (2007). "I-129 и Cl-36 в разбавленных углеводородных водах: морские космогенные, in situ и антропогенные источники". Applied Geochemistry . 22 (3): 692–714. Bibcode : 2007ApGC...22..692S. doi : 10.1016/j.apgeochem.2006.12.011.
  16. ^ Клейтон, Дональд Д. (1983). Принципы звездной эволюции и нуклеосинтеза (2-е изд.). Издательство Чикагского университета. С. 75. ISBN 978-0226109534.
  17. ^ Bolt, BA; Packard, RE; Price, PB (2007). "John H. Reynolds, Physics: Berkeley". Калифорнийский университет, Беркли . Получено 01.10.2007 .

Дальнейшее чтение

  • Snyder, GT; Fabryka-Martin, JT (2007). "129I и 36Cl в разбавленных углеводородных водах: морские космогенные, in situ и антропогенные источники". Applied Geochemistry . 22 (3): 692. Bibcode : 2007ApGC...22..692S. doi : 10.1016/j.apgeochem.2006.12.011.
  • Snyder, G.; Fehn, U. (2004). «Глобальное распределение 129I в реках и озерах: последствия для круговорота йода в поверхностных водоемах». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 223–224: 579–586. Bibcode : 2004NIMPB.223..579S. doi : 10.1016/j.nimb.2004.04.107.
  • Информационный листок ANL
  • Мониторинг йода-129 в пробах воздуха и молока, собранных вблизи объекта в Хэнфорде: исследование исторических данных мониторинга йода
  • Исследования с природными и антропогенными изотопами йода: распределение и круговорот йода в глобальной окружающей среде
  • Некоторые публикации с использованием данных 129I из IsoTrace, 1997-2002 гг. Архивировано 19 января 2014 г. на Wayback Machine
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Йод-129&oldid=1250089554#Датировка_возраста_метеорита"