ストロンチウム90

ストロンチウム90
錫入りストロンチウム90試験線源
一般的な
シンボル90シニア
名前ストロンチウム90
陽子（Z）38
中性子（N）52
核種データ
自然の豊かさシン
半減期（t 1/2）28.91歳[ 1 ]
同位体質量89.907728 [ 2 ]ダ
崩壊生成物90歳
減衰モード
減衰モード崩壊エネルギー( MeV )
ベータ崩壊0.546 [ 3 ]
ストロンチウムの同位体核種の完全な表

ストロンチウム90（90Sr）は、核分裂によって生成されるストロンチウムの放射性同位体であり、半減期は28 . 91年である。β崩壊により 90崩壊エネルギーが0.546 MeVのY。90Srは医療や産業に応用されており、核兵器、核兵器実験、原子力事故による放射性降下物中の懸念される同位体である。[ 4 ]

放射能

天然に存在するストロンチウム（88Srは環境中に通常存在するレベルでは非放射性で無毒であるが、90Srは放射線の危険性がある。[ 5 ]90Srはβ崩壊を起こし、半減期は28.91 年、崩壊エネルギーは0.546 MeVで、電子、反ニュートリノ、イットリウム同位体に分配される。 90Yはβ崩壊を起こし、半減期は64.05 時間、崩壊エネルギーは2.28 MeVで、電子、反ニュートリノ、そして時にはガンマ線に分配され、安定な90Zr [ 6 ]ガンマ線を放出する分枝は非常に弱いため、ほとんどの用途では90シニアと90Y は純粋なベータ粒子放出体とみなすことができます。

中半減期核分裂生成物
核種 t 1 ⁄ 2収率質問[ a 1 ]βγ
（あ）（％）[ a 2 ]（keV）
155ユーロ4.740.0803 [ a 3 ]252 βγ
85クローネ10.730.2180 [ a 4 ]687 βγ
113m CD13.90.0008 [ a 3 ]316 β
90シニア28.914.5052826 [ a 5 ]β
137セシウム30.046.3371176 β γ
121m Sn43.90.00005390 βγ
151スモール94.60.5314 [ a 3 ]77 β
  1. ^崩壊エネルギーはβ、ニュートリノ、 γ（存在する場合）の間で分割されます。
  2. ^ 235 Uの熱中性子核分裂65回と239 Puの熱中性子核分裂35回あたり。
  3. ^ a b c中性子毒。熱中性子炉では、大部分はさらなる中性子捕獲によって破壊されます。
  4. ^質量85の核分裂生成物の1/4未満は、ほとんどが基底状態を迂回します： 85 Br → 85m Kr → 85 Rb。
  5. ^崩壊エネルギーは 546 keV です。崩壊生成物の90 Yは崩壊エネルギーが 2.28 MeV で、弱いガンマ分岐を持ちます。

核分裂生成物

90 Srは核分裂生成物です。使用済み核燃料、原子炉からの放射性廃棄物、そして核実験による放射性降下物に多量に含まれています。今日の原子力発電所における熱中性子核分裂では、ウラン235からの核分裂生成物収率は5.7%、ウラン233からは6.6%ですが、プルトニウム239からはわずか2.0%です[ 7 ]（商用原子炉は、ウラン235とプルトニウム239の両方から同程度のエネルギーを得ています）。

核廃棄物

90Srは高レベル廃棄物に分類されています。半減期は29年であるため、無視できるレベルまで崩壊するには数百年かかる可能性があります。汚染された水や食品からの曝露は、白血病や骨肉腫のリスクを高める可能性があります。[ 8 ]報道によると、数百万キュリーの放射性ストロンチウムを含む数千個のカプセルが、ハンフォード・サイトの廃棄物カプセル・貯蔵施設に保管されています。[ 9 ]

修復

藻類は研究でストロンチウムに対する選択性を示しているが、バイオレメディエーションに使用されるほとんどの植物はカルシウムとストロンチウムの選択性を示さず、しばしばカルシウムで飽和状態になる。カルシウムは量が多く、核廃棄物にも存在する。[ 8 ]

研究者らは、模擬廃水中の藻類Scenedesmus spinosusによるストロンチウムの生体蓄積について調査した。この研究では、 S. spinosusがストロンチウムに対して高い選択性を示すことが示されており、核廃水への利用に適している可能性が示唆されている。[ 10 ] 

安定したストロンチウムを用いた池の藻類Closterium moniliferumの研究では、水中のバリウムとストロンチウムの比率を変えることでストロンチウムの選択性が向上することがわかった。 [ 8 ]

生物学的影響

生物活性

90Srは「骨をめぐる運動」を起こし、次に軽い第2族元素であるカルシウムと似た生化学的挙動を示す。[ 5 ] [ 11 ]汚染された食物や水を介して体内に取り込まれた後、摂取量の約70～80%が排泄される。[ 4 ]残りのほとんどが90Srは骨と骨髄に沈着し、残りの1%は血液と軟部組織に残ります。[ 4 ]骨に存在すると、骨がん、周辺組織のがん、白血病を引き起こす可能性があります。[ 12 ] 90 Srへの曝露は生物学的検定、最も一般的なのは尿検査によって検査できます。[ 5 ]

生物学的半減期は90ヒトにおけるストロンチウムの半減期は、14  ～600 日、[ 13 ] [ 14 ] 1,000 日、[ 15 ] 18 年、[ 16 ] 30 年[ 17 ]上限では49 年と報告されている。[ 18 ]公表されている生物学的半減期の数値が広範囲にわたるのは、ストロンチウムの体内での複雑な代謝によるものである。しかし、すべての排泄経路を平均すると、生物学的半減期は約18 年と推定される。[ 19 ]

除去率90Srは骨代謝の違いにより、年齢と性別に大きく影響されます。[ 20 ]

セシウム同位体とともに134Csと137Csとヨウ素同位体131私、90チェルノブイリ原発事故後の健康影響に関して、ストロンチウムは最も重要な同位体の一つであった。ストロンチウムはカルシウムと同様に副甲状腺細胞のカルシウム感知受容体に親和性を持つため、チェルノブイリ原子力発電所の作業員が原発性副甲状腺機能亢進症を発症するリスクが高まったのは、ストロンチウムの結合によるものと説明できる。90シニア[ 21 ]​

用途

放射性同位元素熱電発電機（RTG）

放射性崩壊90Srは 、純粋なストロンチウム金属として0.920 W/g、またはチタン酸ストロンチウム として0.445 W/gというかなりの量の熱を発生し[ 22 ]、代替の金属よりも安価である。238Puは、ロシア/ソ連の多くの放射性同位元素熱電発電機の熱源として、通常はチタン酸ストロンチウムの形で使用されています。 [ 23 ]また、米国の「Sentinel」シリーズのRTGにも使用されていました。 [ 24 ]新興企業のZeno Powerは、国防総省 のストロンチウム90を使用したRTGを開発しており、2026年までに製品を出荷することを目指しています。 [ 25 ]

産業用途

90Srは厚さ計の放射性物質として産業界で使用されています。[ 4 ]

医療用途

90Srは、一部の癌の表面放射線療法における放射源として医療で広く使用されています。制御された量の90シニアまたは89Srは骨肉腫の治療や、血管密封小線源治療による冠動脈再狭窄の治療に用いられる。また、医療や農業において放射性トレーサーとしても利用されている。 [ 4 ]

航空宇宙アプリケーション

90Srは、中空のブレードスパーを持つ一部のヘリコプターにおいて、亀裂が形成されているかどうかを示すブレード検査方法として使用されています。 [ 26 ]

放射線戦争

1943年4月、エンリコ・フェルミはロバート・オッペンハイマーに、濃縮の際の放射性副産物を利用してドイツの食糧を汚染する可能性を提案した。背景には、ドイツの原子爆弾計画が既に進展していたことへの懸念があり、フェルミ自身も当時、原子爆弾が十分な速さで開発できるかどうか懐疑的だった。オッペンハイマーはこの提案についてエドワード・テラーと協議し、テラーは核燃料の使用を提案した。90ジェームズ・ブライアント・コナント師とレスリー・R・グローブス師も説明を受けたが、オッペンハイマーは50万人を殺害するのに十分な量の食物を兵器で汚染できる場合にのみ計画を進めることを望んだ。[ 27 ]

環境中のストロンチウム90の汚染

90Srはそれほど可能性は高くない137Csは揮発性が低いため原子炉事故で放出される可能性は低いが、核兵器から放出される放射性降下物の中で最も危険な成分であると考えられる。 [ 28 ]

ルイーズ・リース博士とその同僚が乳歯調査の一環として収集した数十万本の乳歯の研究では、901950年代から1960年代初頭にかけてのSrレベル。研究の最終結果によると、1963年にミズーリ州セントルイスで生まれた子どもたちは、90乳歯中のSr濃度 は、大規模な核実験が行われる前の1950年に生まれた子供たちの50倍に相当した。この研究の査読者は、放射性降下物の影響で、放射性降下物を吸収した人々の疾患発症率が上昇すると予測した。90Srを骨に埋め込むという研究結果が発表された。[ 29 ]しかし、被験者に対する追跡調査は行われていないため、この主張は検証されていない。

この研究の初期結果をまとめた論文は1961年にジョン・F・ケネディ米大統領に配布され、ケネディ大統領がイギリスとソ連との部分的核実験禁止条約に署名し、大気中に最も多くの核放射性降下物を放出する地上核兵器実験を終わらせるきっかけとなった。[ 30 ]

チェルノブイリ原発事故では、約10PBq、つまり炉心貯蔵量の約5%が放出された。 90Srを環境に放出した。[ 31 ]キシュティムの災害で放出された90Srやその他の放射性物質が環境に放出された。推定20MCi  （800PBq  ）の放射能が放出された。福島第一原発事故では、事故発生から2013年までに0.1 ～1PBqの放射能が放出された。90汚染された冷却水の形でSrが太平洋に放出される。[ 32 ]

参照

参考文献

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