Тритиевая вода можно пить

Тритиевая вода

Тритиевая вода – это опасная для человека жидкость, содержащая радиоизотоп водорода – тритий. Синтезированная лишь в 1951 году, она не так хорошо исследована, как дейтериевая вода, и до сих пор остается большой загадкой для ученых. Основная причина малой изученности тритиевой воды заключается в трудности количественного измерения, идентификации и детектирования ее основного компонента – природного трития, который дает слишком слабое бета-излучение.

Тритиевая вода: что это?

Тритиевая вода – сверхтяжелая вода, получаемая путем ядерных реакций и концентрируемая несколькими методами: электролизом, термодиффузией и фракционной перегонкой. Она обладает особыми физическими свойствами, которые отличаются от параметров обычной воды:

• температура замерзания – 4-9 °С;
• температура кипения – 104 °С;
• плотность – 1,33 г/см3.

Тритиевая вода имеет уникальное качество – не поглощается нейтроны, благодаря чему применяется в ядерных реакторах в качестве как теплоносителя, так тормозного соединения для нейтронов. Также ее активно применяют в виде изотопного индикатора при изучении химических, биологических и гидрологических процессов.

Как образуется сверхтяжелая вода?

Сверхтяжелая вода образуется в верхних слоях атмосферы из космогенного трития (99%) и поступает вместе с дождем и снегом в океаны, моря, почву, частично откладываясь в растениях и животных. Большая ее часть концентрируется в водных источниках, причем очень неравномерно: больше трития фиксируется в пресной, а не в морской и океанической воде. В среднем, в 1 литре воды содержится 3,2х10-10 г сверхтяжелого водорода. По результатам многолетних исследований, проводимых Росгидрометром, в атмосферных осадках находится до 4,4 Бк/л трития, а в морях, омывающих территорию России, – 4-10 Бк/л. Резкое повышение концентрации этого изотопа регистрировалось в 1978-1988 годах сразу после Чернобыльской аварии, в результате которой произошло радиоактивное загрязнение огромных территорий.

Питьевая и тритиевая вода

Все питьевые источники содержат небольшую долю сверхтяжелой воды. Вместе с питьем и едой она постоянно поступает в организм человека, почти полностью всасывается в тонком кишечнике (спустя 2-9 минут фиксируется в венозной крови). Большая ее часть, почти 75%, вместе с выдыхаемым воздухом, потом и фекалиями выводится из организма в течение 10 суток. Остальная часть тритиевой воды задерживается на более длительное время, становясь внутренним источником опасных бета-частиц и внося свой вклад в накопление общей жизненной дозы облучения.

Интересный факт
Известно, что большинство российских долгожителей проживает в Якутии и Дагестане: на миллион населения приходится 324 и 353 человека, тогда как в остальных регионах эта цифра составляет 8 человек. В Болгарии насчитывается 41 долгожитель на миллион жителей, причем большая их часть живет в горах. Еще в 1960-1965 годах сотрудник Томского мединститута Г. Бердышев связал долголетие бурятов, алтайцев и якутов с водой горных источников, используемой ими для питья и приготовления пищи. Он предположил, что в реликтовой воде, которая образуется из горных ледников, содержится минимальное количество изотопа водорода – дейтерия.

Нормы содержания трития в воде

Несколько десятилетий назад уровень трития в воде составлял 1Бк/л. Этот показатель принимался за норму для всех водных источников. Но после проведения испытаний термоядерного оружия и нескольких крупных техногенных катастроф, произошло 35-кратное увеличение концентрации трития в атмосфере. Вследствие этого нормативы менялись несколько раз. На сегодняшний день с учетом принятых в России санитарных норм НРБ-99/2009, верхний предел трития в воде значительно увеличен и составляет 7,7х103 Бк/кг, в воздухе – 1,9х103 Бк/м3.

Существуют рекомендации МАГАТЭ по нормам содержания тритиевой воды в питьевой воде для ряда стран:

• США – 700 Бк/л;
• Канада – 7000 Бк/л;
• Европа – 100 Бк/л.

Как видно, установленные в России пределы по тритию являются самыми высокими, хотя и пересматривались несколько раз.

Источники тритированной воды

Природный тритий – одно из самых редких веществ на планете. Мировые запасы радионуклида составляют всего 30 кг. В воздухе его содержание чрезвычайно мало – 1 молекула трития на 20 куб. сантиметров воздуха. Образуясь в верхних слоях атмосферы, он растворяется в осадках и в виде сверхтяжелой воды поступает на землю, включаясь в круговорот воды.

Дожди, содержащие максимальное количество трития, выпадают в средних полосах Земли, наименее концентрированные – идут над океаном, так как их источником является океаническая вода с невысоким содержанием изотопа. Он почти отсутствует в глубинном льде вечной мерзлоты, поскольку за прошедшие тысячелетия уже успел разложиться.

Еще один источник поступления сверхтяжелой воды в окружающую среду – атомные электростанции, ежегодно выбрасывающие десятки килограммов газообразного трития и сверхтяжелой воды. Этот изотоп водорода образуется при работе атомных реакторов всех типов. Всего в мире работает свыше 500 станций, которые,по мнению зарубежных исследователей, являются причиной увеличения раковых заболеваний у детей в Германии, США и Франции, проживающие в районе работы атомных электростанций.

Существенное количество сверхтяжелой воды дают заводы, получающие тритий для нужд промышленности, научных и оборонных предприятий. Общее его количество, поступившее в атмосферу, составляет 1900-8000 МКи, причем на долю северного полушария приходится до 80% радионуклида.

Чем опасна сверхтяжелая вода?

На протяжении многих тысячелетий содержание трития в атмосфере оставалось постоянным. Потери из-за его естественного распада компенсировались непрерывным ядерным синтезом в верхних слоях атмосферы. Но ситуация изменилась в 1954 года с началом многочисленных испытаний термоядерных бомб, что привело к накоплению сотен килограммов трития в биосфере. После прекращения термоядерных взрывов его содержание начало снижаться, но пока не достигло исходного значения. На сегодняшний день в водоемах Земли содержится около 100 кг техногенного трития.

Поступающая в организм тритированная вода почти полностью усваивается организмом и равномерно распределяется во всех органах и тканях. Спустя два часа содержание трития становится одинаковым в поте, крови, слюне, моче и выдыхаемом воздухе. Обладая радиоактивными свойствами, сверхтяжелая вода представляет серьезную угрозу для здоровья человека. По своей токсичности она превосходит газообразный тритий в 500 раз! Почему? Все дело в том, что содержащийся в ней сверхтяжелый изотоп замещает водород в белках, жирах и углеводах. Проникая в цитоплазму клеток всех органов и тканей, он испускает бета-излучение, разрушающее как на внутренние органы человека, так и на генетический материал половых клеток.

Негативное воздействие тритиевой воды усиливается тем, что при распаде трития образуется газообразный гелий, который разрывает водородные связи и нарушает процесс синтеза структурных компонентов клетки. В результате у человека:

• снижается обмен веществ;
• замедляется интенсивность тканевого дыхания;
• повышает вязкость цитоплазмы;
• индуцируются мутации;
• ускоряется старение клеток.

При остром поражении тритиевой водой возникает дистрофическое изменение клеток всех внутренних органов.

Острое облучение тритиевой водой
В литературе описан единичный случай облучения человека тритиевой водой в дозе 3,5х1011 Бк. Больной жаловался на общую слабость, повышенная утомляемость, апатию и боли во рту при жевании. При этом у него наблюдался ярко-выраженный геморрагический синдром – изменение состава крови, опустошение костного мозга и резкая деградация сосудистой стенки из-за включения трития Доза внутреннего облучения составила 12 Зв, причем 2/3 дозы сформировалась в первые две недели после приема тритиевой воды.

Биологическое воздействие ОСТ на организм

Как показывают исследования на животных, 98-99% тритированной воды переходит в водную фазу и лишь 1-2% – в тканевые структуры, образуя органический связанный тритий (ОСТ). При этом его большая часть аккумулируется в печени, затем в мышцах и коже, а меньшее количество органического трития откладывается в костях. Именно ОСТ считается наиболее опасным, поскольку дольше всего удаляется из организма – от 21 и до 76 дней, а некоторые молекулы могут находиться до 280-550 дней. Проникая в половые клетки, они вызывают повреждения молекул ДНК и мутации у последующего поколения. Но особенно опасен ОСТ для эмбриона: интенсивность его воздействия в четыре раза превышает степень влияния на взрослого человека.

Тритиевое загрязнение

В последние десятилетия тритиевая проблема стала актуальной для всех стран, включая Россию. В нашей стране высокое содержание трития фиксируется в Уральском регионе, поскольку на его территории работают мощные источники техногенного трития – Белоярская АЭС и ПО «Маяк», занимающейся производством и переработкой трития, а также изготовлением тритиевых узлов ядерных зарядов. Ситуация усложняется сильным загрязнением почвы, воды, воздуха тяжелыми металлами и другими химическими соединениями антропогенного происхождения. Северные районы Уральского региона находятся в зоне влияния ядерных испытаний, проводимых на Новоземельском полигоне.

В 1957 году на производственном объединении «Маяк» произошла крупнейшая радиационная катастрофа, которая привела к загрязнению тритием всего севера Челябинской области и юга Свердловской области. В результате взрыва нитратно-ацетатной смеси на территорию площадью около 20000 кв. км, на которой на тот момент проживало 272000 человек, произошел выброс радиоактивных веществ. Впоследствии пострадавший район назвали Восточно-Уральским радиоактивным следом (ВУРС). Многолетние исследования показали повышенное содержание трития в организмах детей, проживающих от ПО «Маяк» на расстоянии 150 км.

Трудности измерения мощности тритиевого облучения

Сверхтяжелая вода, как и газообразный тритий, негативно влияет на весь организм человека и относится к важнейшим дозообразующим радионуклидам. К сожалению, до сих пор плохо изучено воздействие малых концентраций тритированной воды на организм человека. Связано это с методическими трудностями определения содержания трития в природной среде и высокой стоимостью измерительной аппаратуры. Реальные дозы полученного облучения обычно определяют по содержанию трития в моче, но и в этой методике имеются недоработки:

• контролируется только активность оксида трития, без учета активности органических соединений трития.
• при расчете доз не учитываются экспериментальные данные ОСТ с периодом выведения более года и оксида трития – 10 дней.
• нормы ОСТ согласно НРБ в 2-3 раза меньше, чем пределы по оксиду трития.

Максимальный пробег бета-частиц трития в воздухе составляет всего 5 мм, что исключает использование измерительных приборов, где исследуемый объект отделяется от рабочего вещества какими-либо пленками.

Источник

Тритированная вода

Тритированная вода
Молекула оксида трития
Удостоверение личности
Название ИЮПАК	оксид трития
Н о CAS	14940-65-9
PubChem	104752
Улыбки
Появление	жидкость
Химические свойства
Формула	³H 2 O T 2 O
Молярная масса	22,0315 ± 0,0003 г / моль ³H 27,38%, O 72,62%,
Физические свойства
Т ° плавления	4,48 ° С
T ° кипения	101,51 ° С
Меры предосторожности
Радиоактивное соединение
Единицы СИ и СТП, если не указано иное.
редактировать

В химически чистой форме вода , содержащая тритий (или сверхтяжелая вода ), представляет собой форму воды, в которой все или часть атомов протия заменены тритием . Не следует путать тритированную воду с тяжелой водой , которая представляет собой оксид дейтерия . Поскольку тритий сам по себе является радиоизотопом с периодом действия 12,32 года, чистая вода, содержащая тритий, очень радиоактивна.

Тритиевая вода может относиться к очень разным веществам в зависимости от концентрации трития, которая может варьироваться по шкале от 1 до 10 15 . В контексте окружающей среды то , что называется «вода, содержащая тритий», — это вода, загрязненная тритием, при степени разбавления менее 10 -12 .

Резюме

Оксид трития

В чистом виде (T ₂ O или 3 H ₂ O) его также называют сверхтяжелой водой или оксидом трития , реже оксидом дитрития .

В этой форме все атомы водорода замещены тритием . Водород необязательно остается в следовых количествах, что приводит к смеси T ₂ O и HTO в различных пропорциях.

В чистом виде T ₂ O чрезвычайно радиоактивен с удельной активностью 97 ТБк / г. Это сильно коррозионное вещество из-за радиолиза .

Гидроксид трития

В разбавленной форме, как только доля трития становится незначительной, вода, содержащая тритий, состоит в основном из нормальной воды H ₂ O и большего или меньшего количества гидроксида трития (формулы HTO: 3 HOH). Гидроксид трития не может существовать в чистом виде из-за атомных обменов внутри раствора. Они приводят к обмену между H ₂ O, HTO и T ₂ O и сохраняют следы T ₂ O, чем меньше доля трития.

Активность по массе от HTO тритием воды (предполагается, что чистый) является 54,1 ТБк / г (54 100 ТБк / л).

Концентрированная вода, насыщенная тритием

Вода, содержащая 0,34% трития (185 ТБк / л, или 5000 Ки / л), продается в небольших количествах и используется в биологических науках.

Стоки, образующиеся в результате этих экспериментов, сильно загрязняют окружающую среду. При этой концентрации капля тритированной воды (порядка 1 мм 3 ) имеет активность 185 МБк , что более чем достаточно, чтобы сделать десять кубометров воды непригодными для питья.

Тритированная вода «низкой активности»

Вода, содержащая тритий, относится к категории LSA-II «с низкой удельной активностью» для перевозки опасных материалов, если ее активность составляет менее 0,8 ТБк / л (20,0 Ки / л). Это порядок величины сточных вод, меченных тритием.

Вода с «низкой активностью» 20 Ки / л содержит 15 мг HTO на литр воды (15 частей на миллион).

Тем не менее, это «большое разбавление» демонстрирует активность 0,74 ТБк · л -1 : этого достаточно, чтобы поднять температуру воды на полградуса менее чем за час.

Коэффициент дозы для тритиевой воды составляет 1,8 × 10 -11 Зв / Бк , поэтому вода, заряженная при 0,8 × 10 12 Бк / л, имеет радиотоксичность 14,4 зиверта на литр : при такой скорости разбавления вода, содержащая тритий, остается опасным веществом. которого достаточно случайно выпить несколько кубических сантиметров (небольшой стакан), чтобы получить эффективную дозу в один зиверт , порядка величины, которая объективно угрожает здоровью.

Тритированный водный раствор

Меченый тритий вод , используемый для изучения биологического эффекта воздействия трития может иметь активность порядка мег беккерелей на литр (МКи / л). Разбавление трития при этих концентрациях того же порядка, что и урана в морской воде : порядка одной миллиардной.

Увеличение хромосомных аберраций наблюдалось после воздействия in vitro на культивируемые эмбриональные клетки на очень ранней стадии развития (доимплантационный период) и после воздействия высокой активности (> кБк / мл) и / или предшественников ДНК, меченных тритием.

Такой раствор имеет радиотоксичность 1,8 · 10 -11 Зв / Бк · 1 · 10 6 Бк / л , т.е. 18 · 10 -6 Зв / л : при такой степени разбавления вода, содержащая тритий, больше не представляет непосредственной опасности по сравнению с случайными случайными потребления, поскольку необходимо было бы выпить около пятидесяти литров, прежде чем достичь эффективной дозы в один зиверт и подвергнуть себя реальной опасности. С другой стороны, эта вода явно не пригодна для питья: для ежедневного употребления берется двойной запас прочности; эффективная доза должна быть в тысячу раз ниже (миллизиверт) и рассчитана на совокупное потребление за один год (порядка кубического метра).

Вода, загрязненная тритием, и аспекты здоровья

Тритий — это важные радиоактивные отходы, которые создают проблемы с точки зрения радиационной защиты, поскольку они имеют длительный период биологического полураспада, когда они органически связаны (OBT). Хроническое воздействие низких доз тритиевой воды (HTO) «вызывает беспокойство» .

Вода сильно загрязнена тритием может иметь большую активность , чем один килограмм Беккерель на литр (кБк / л).

В недавнем исследовании (2019 г.) клетки фибробластов подвергались воздействию различных доз тритированной воды, чтобы изучить их поведение в условиях низких доз радиации. Защитный эффект индуцируется при промежуточной дозе 100 мГр ( «сторонний наблюдатель» и адаптивный эффект ). Замечено, что β- и γ-лучи меченной тритием воды приводят к более длительному дефосфорилированию белка H2AX с появлением «сложных кластеров двухцепочечных разрывов ДНК, индуцированных β-лучами трития при низкой дозе, изменяя эффективную эффективность. восстановление повреждений ДНК, ответственных за сохранение остаточных очагов » . Похоже, что эти клетки при воздействии низких доз радиации от тритиевой воды стремятся уничтожить поврежденную популяцию, чтобы предотвратить повреждение ДНК, увеличивающее вероятность мутации.

• ВОЗ рекомендует, чтобы доза из — за присутствия радионуклида в питьевой воде не превышает 0,1 мЗв / год. Эта доза может быть достигнута у взрослых при ежедневном потреблении двух литров тритированной воды при уровне 7,8 кБк / л (рекомендованное ВОЗ значение для этого радиоэлемента).
• Во Франции нормативы сохраняют предел в 10 кБк / л (т. Е. 10 МБк / м 3 ). Ниже этих концентраций (которые достигают порядка естественных концентраций) мы говорим о «следах трития в воде».

Тритиевый блок

Единица трития (TU, по-английски «единица трития») определяется как разбавление одного атома трития на 10 18 атомов водорода.

Таким образом, эта степень разбавления составляет одну часть на миллион частей на миллион частей на миллион. Вода метили ТУ обладает активностью 0,118 Бк кг -1 . Таким образом, предыдущий нормативный порог пригодности для питья составляет 84 745 TU.

Именно с помощью этого устройства оценивается диффузия трития в атмосфере или гидросфере.

Уровень трития в дождевой воде обычно составляет порядка 5-10 TU из-за его космогенного синтеза в верхних слоях атмосферы в результате реакции (n, T) на атоме азота. В 1960-х годах в северном полушарии оно временно выросло до значений выше 1000 в результате ядерных испытаний в атмосфере . Он очень быстро упал до более низких значений, так как атмосферный тритий улавливался и растворялся в океанских водах.

Приложения

Инструмент знакомств

Тритированная вода иногда используется в области наук о жизни в качестве индикатора для исследований биологического цикла воды. Вдобавок тритий, введенный в результате ядерных испытаний в атмосфере, обнаруживается в бесконечно малых количествах в виде меченной тритием воды в гидросфере и биосфере, пик которой позволяет датировать различные объекты, подвергшиеся воздействию атмосферы в конце периода. XX — го века , как возраст вина или вина , что океанические массы.

Tracer

Тритированная вода (в очень высоких концентрациях) может использоваться для измерения общего объема воды в организме. Фактически, тритированная вода ведет себя как обычная вода в биологической сфере и относительно быстро распределяется по всем частям тела. После достижения равновесия концентрация тритиевой воды в моче соответствует таковой во всем организме. Зная изначально проглоченное количество и эту конечную концентрацию, легко рассчитать соответствующий объем воды:

• количество меченной тритием воды (мг) = концентрация меченной тритием воды (мг / мл) × объем воды, содержащейся в организме (мл);
• объем воды, содержащейся в организме (мл) = [количество проглоченной воды (мг) — количество выделенной воды (мг)] / концентрация тритированной воды (мг / мл).

Источник