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水体核污染,如何检测?

发表时间:2022-12-13      点击次数:516

背景

2021413日,日本政府正式决定,计划从2023年开始,福岛第一核电站核污水经过滤并稀释后将排入大海,国际原子能机构(IAEA)调查团分别于20222月和11月两次赴日调查排海问题。

 

我们感兴趣的放射性物质是什么?

以下列出了一些值得关注的主要物种及其各自的半衰期。半衰期是指一半同位素衰变并趋于稳定所需的时间。

放射性核素

半衰期(年)

3H

12.4

90Sr

29.1

134Cs

2.1

137Cs

30.0

部分放射性核素及其半衰期改编自(Buesseler Science 2020)。

氢的一种同位素,是水中最丰富的放射性核素,其浓度至少比其他放射性核素高3-4个数量级。然而,多核素去除设备(ALPS)无法有效地去除氚,因为氚本身就是水分子的一部分。尽管无法有效地从水中去除氚,但是不用担心,因为氚是一种低能的贝塔辐射核素这个辐射水平的氚被广泛认为是安全的(Buesseler Science 2020)。

除氚外,铯是含量仅次于氚的污染物。铯也特别值得关注,因为它极易溶于水,而且很容易在地表水和地下水中转移。此外,半衰期的长度也是一个问题。铯同时发射贝塔和伽马射线,摄入铯对人体有害。铯的生物分布倾向于肌肉等组织。这些组织随后会受到高能伽马辐射(CDC)的损害。

与铯类似,锶很难从水中去除,而且半衰期同样长。与其他放射性核素不同,锶很难通过ALPS去除。锶是也是一种发射射线的物质。摄入后,锶倾向于在骨骼中沉积,增加骨肿瘤形成的可能性(Uesugi, M.; et. al.; Talanta 2018)。

如何检测?

这些放射性核素的测试方法已被广泛发展和接受。ALPS除去的62种放射性核素的清单中包含了贝塔和伽马辐射的混合物。水样中的伽马辐射浓度可以用伽马射线能谱法测量,而伽马辐射通常用液体闪烁法测量。

样品制备的问题如何解决?

在样品制备方面,氚是一种特殊的情况,它很难从水中分离出来进行测量,但已经存在足够高的浓度,可以直接从水样中测量。其他放射性核素通常需要提取和浓缩步骤 测量的放射性物质。

EmporeTM是一个有30年历史的固相萃取(SPE)耗材品牌,由美国CDS Analytical公司(Oxford, Pennsylvania, USA)生产。其中,EmporeTM RAD系列产品专门用于选择性地提取放射性铯和锶。EmporeTM RAD 固相萃取膜片使用分子识别技术选择性提取和富集放射性物质,如铯和锶。

实例一:

在这种方法中首先使用EmporeTMRAD膜片从水样中选择性地提取锶-90,然后采用液体闪烁分析仪法进行检测。EmporeTM萃取盘的使用此检测方法的关键,此检测方法快速、精度和重现性此方法的检测过程和结果,如下图所示。(Uesugi, M.; et. al.; Talanta 2018)。

 

   
 

 

使用Empore辐射SPE盘(左图)提取锶的过程,以及测量的锶的回收率和放射性(右图)。

实例二:

在本方法中,科学家采用EmporeTM RAD锶固相萃取膜片,从水样中选择性地提取 134137铯,然后使用伽马射线能谱法测量。下图中的结果显示了一个孤立的湖泊在4年的时间里铯放射性的衰败。研究人员认为,铯同位素可以通过湖底转移到福岛核电站周围的其他地区。利用这些方法,科学家们正在证明通过地下水系统跟踪放射化学物质运动的可能性(Hirayama, Y.; et. al.; J. Environ. Radioact. 2020)。










 

 

 

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