Strontium-90
Strontium-90 (90Sr) on strontiumin radioaktiivinen isotooppi, jonka atomin ytimessä on 38 protonia ja 52 neutronia. Sitä syntyy raskaiden ydinten fissiossa, ja sen puoliintumisaika on 28,8 vuotta. Se hajoaa beetahajoamisella yttrium-90:ksi, jolloin ytimestä vapautuu energiaa 0,546 MeV.[1] Strontium-90 on pitkäikäisyytensä vuoksi pahimpia radioaktiivisia saasteita,[2] joita on levinnyt ympäristöön ydinkokeissa ja ydinvoimalaonnettomuuksissa, mutta sillä on myös hyötykäyttöä lääketieteessä ja teollisuudessa[3], muun muassa ydinparistoissa.[2]
Radioaktiivisuus
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Luonnon strontium ei ole radioaktiivista eikä myrkyllistä, mutta 90Sr on radioaktiivisuutensa vuoksi vaarallista. Se muuttuu 28,79 vuoden puoliintumisajalla beetahajoamisen vaikutuksesta yttrium-90:ksi (90Y), ja tällöin vapautuu energiaa 0,546 MeV, joka jakautuu hajoamisessa syntyvän elektronin, antineutriinon ja yttiumytimen kesken. Yttrium-90 on edelleen beeta-aktiivista ja hajoaa 64 tunnin puoliintumisajalla zirkonium-90:ksi (90Zr), elektroniksi ja antineutriinoksi. Zirkonium-90 sen sijaan on vakaa nuklidi, joka siis ei enää ole radioaktiivinen.[4]. Strontium-90 ja yttrium-90 ovat lähes yksinomaan beetasäteilyn lähteitä; 90Y:n hajoamisessa saattaa tosin joskus syntyä myös gammafotoni, mutta niin harvoin, ettei sitä yleensä tarvitse ottaa huomioon.
Strontium-90 fissiotuotteena
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]| Nuklidi | Puoliin- tumis- aika vuosia |
Osuus hajoamis- tuotteista % |
Hajoamis- energia keV |
Hajoamis- tapa |
|---|---|---|---|---|
| 155Eu | 4,76 | 0,0803 | 252 | βγ |
| 85Kr | 10,76 | 0,2180 | 687 | βγ |
| 113mCd | 14,1 | 0,0008 | 316 | β |
| 90Sr | 28,9 | 4,505 | 546 | β |
| 137Cs | 30,23 | 6,337 | 546 | βγ |
| 121mSn | 43,9 | 0,00005 | 390 | βγ |
| 151Sm | 96,6 | 0,5314 | 77 | β |
Strontium-90 syntyy raskaiden ydinten fissiosa. Sitä on merkittäviä määriä ydinvoimaloiden käytetyssä polttoaineessa, ydinreaktorien radioaktiivisissa jätteissä ja ydinkokeissa syntyvässä radioaktiivisessa laskeumassa. Termisten neutronien vaikutuksesta, joita käytetään nykyisissä ydinvoimaloissa, noin 5,8 % uraani-235-ytimistä, 6,8 % uraani-233-ytimistä ja 2,1 % plutonium-239-ytmistä hajoaa sillä tavoin, että hajoamistuotteena syntyy strontium-90-ydin.
Biologiset vaikutukset
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Biologinen aktiivisuus
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Maa-alkalimetallina strontium ja myös sen isotooppi 90Sr muistuttaa kemiallisilta ominaisuuksiltaan kalsiumia, ja biokemiallisesti sillä on kalsiumin tavoin taipumus kerääntyä luustoon. Jos se joutuu eliöön, tavallisimmin saastuneen ravinnon tai veden mukana, noin 70–80 % siitä ulostuu. Lähes kaikki strontium-90 päätyy luustoon ja luuytimiin, vain noin 1 % vereen ja pehmeisiin kudoksiin. Sen esiintyminen luissa voi aiheuttaa luusyöpää, syöpää lähellä oleviin kudoksiin ja leukemiaa. Altistuminen strontium-90:lle voidaan todeta biotesteillä, tavallisimmin virtsanäytteestä. Strontium-90 on todennäköisesti ydinaseiden käytössä syntyvän radioaktiivisen laskeuman vaarallisin komponentti.
Strontium-90:n biologinen puoliintumisaika ihmisessä on eri tutkimusten mukaan 14 ja 600 päivän välillä [5][6] 1 000 päivää,[7] 18 vuotta,[8] 30 vuotta[9] tai eräiden arvioiden mukaan jopa 49 vuotta[10] Eri tutkimuksissa saatujen biologisten puoliintumisaikojen suuri vaihtelu johtuu siitä, että isotoopin käyttäytyminen aineenvaihdunnassa on varsin monimutkaista, mutta keskiarvo, joka saadaan ottamalla huomioon sen kaikki mahdolliset poistumistiet, on noin 18 vuotta.[11]
Cesiumisotooppien 134Cs ja 137Cs sekä jodi-isotoopin 131I ohella strontium-90 oli yksi Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuuden yhteydessä eniten terveyshaittoja aiheuttaneista isotoopeista.
Koska strontium vaikuttaa lisäkilpirauhasen kalsiumia havaitseviin reseptoreihin samaan tapaan kuin kalsium, niillä henkilöillä (likvidaattoreilla), jotka Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuuden jälkeen saivat tehtäväkseen selvittää onnettomuuden seurauksia, on todennäköisesti juuri tästä syystä ollut muita suurempi riski sairastua primaariin hyperparathyroidoaan.[12]
Lääketieteellinen käyttö
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Strontium-90:llä on laajaa käyttöä lääketieteessä joidenkin syöpälajien pinnallisessa radioterapiassa. Sopivina määrinä isotooppeja 90Sr ja 89 voidaan käyttää luusyövän hoitoon. Sitä käytetään myös radioaktiivisena merkkiaineena lääketieteessä ja maataloudessa.
Strontium-90 radioaktiivisessa laskeumassa
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Ydinvoimalaonnettomuuksissa strontium-90 ei leviä ympäristöön yhtä herkästi kuin cesium-137, koska se ei haihdu läheskään yhtä helposti, mutta se on todennäköisesti ydinaseiden radioaktiivisen laskeuman vaarallisin aines.[1]
Louise Reissin johtama tutkimusryhmä tutki 1950-luvulla ja 1960-luvun alussa satojatuhansia maitohampaita ja totesi niiden sisältävän enenevässä määrin strontium-90:tä. Tutkimuksen lopputuloksena todettiin, että vuonna 1963 syntyneillä lapsilla sitä oli maitohampaissa noin 50 kertaa niin paljon kuin vuonna 1950 eli ennen laajamittaisia ydinkokeita. Tutkimuksen kommentoijat sanoivat, että laskeuma todennäköisesti aiheuttaisi enemmän sairaustapauksia niillä, jotka ovat saaneet strontium-90:tä luihinsa.[13]
Tutkimuksen alkuperäisten tulosten perusteella laadittu artikkeli toimitettiin vuonna 1961 Yhdysvaltojen presidentti John F. Kennedylle, ja osittain sen vaikutuksesta hän allekirjoitti osittaista ydinkoekieltoa koskevan sopimuksen yhdessä Yhdistyneen kuningaskunnan ja Neuvostoliiton kanssa. Sopimus teki lopun maanpäällistä ydinkokeista, jotka olivat levittäneet ilmakehään eniten radioaktiivista laskeumaa.[14]
Käyttö teollisuudessa ja ilmailussa
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Teollisuudessa strontium-90:tä käytetään säteilyn lähteenä eräissä paksuuden mittauslaitteissa.
Termosähkögeneraattorien lämmönlähde
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Strontium-90:n radioaktiivisessa hajoamisessa syntyy merkittävästi lämpöä. Sitä syntyy noin 0,921 watin teholla grammaa kohti, tai sen esiintyessä jonakin yhdisteenä, tyypillisesti noin 0,536 watin teholla grammaa kohti tätä yhdistettä.[15] Koska se on halvempaa kuin samaan tarkoituksiin käyttökelpoinen plutonium-238, sitä on käytetty lämmönlähteenä monissa radioisotooppisissa termosähkögeneraattoreissa (RTG) varsinkin Venäjällä ja entisessä Neuvostoliitossa, tavallisimmin strontiumfluoridina. Yhdysvalloissa sitä on käytetty samaan tarkoitukseen strontiumtitanaattina.[16]
Leviämisvaara
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Jos metalliromun sekaan joutuu vahingossa strontiumpitoisia radioaktiivisia aineita, sitä metallien kierrätykseen käytettäessä voi tuloksena olla radioaktiivista terästä. Käytöstä poistetut radioisotooppiset termosähkögeneraattorit ovatkin huomattava strontium-90-saasteen lähde entisen Neuvostoliiton alueella.
Lähteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ a b Nuclear Fission Fragments hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Viitattu 15.8.2013.
- ↑ a b ”Strontium”, Otavan iso Fokus, 6. osa (Ra-Su), s. 3927. Otava, 1973. ISBN 951-1-01236-3
- ↑ Strontium | Radiation Protection | US EPA 24.4.2012. EPA. Viitattu 15.8.2013.
- ↑ National National Nuclear Data Center Brookhaven National Laboratory, USA. Viitattu 15.8.2013.
- ↑ http://hanford-site.pnnl.gov/envreport/2001/env01_45.pdf (Arkistoitu – Internet Archive)
- ↑ http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/10136486-6sLptZ/native/10136486.pdf
- ↑ http://www.areaivenvirothon.org/freshwaterecology.htm (Arkistoitu – Internet Archive)
- ↑ http://www.epi.alaska.gov/eh/radiation/RadioisotopesInFood.pdf
- ↑ http://www.gsseser.com/FactSheet/Strontium.pdf (Arkistoitu – Internet Archive)
- ↑ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nuclear/biohalf.html
- ↑ http://www.fourmilab.ch/etexts/www/effects/eonw_12.pdf#zoom=100 Glasstone and Dolan The effects of Nuclear Weapons 1977 page 605
- ↑ The Parathyroid as a Target for Radiation Damage s. 676–678. New England Journal of Medicine. PubMed:21848480 doi:10.1056/NEJMc1104982 Viitattu 15.8.2013.
- ↑ Strontium-90 in U.S. Children. The Nation, 25.4.1959, 188. vsk, nro 17, s. 355–357.
- ↑ Hevesi, Dennis. "Dr. Louise Reiss, Who Helped Ban Atomic Testing, Dies at 90", The New York Times, 10.1.2011
- ↑ Properties of Selected Radioisotopes NASA. Viitattu 15.8.2013.
- ↑ Power Sources for Remote Arctic Applications kesäkuu 1994. Washington DC: Yhdysvaltain kongressi, Office of Technology Assessment.
Aiheesta muualla
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- NLM Hazardous Substances Databank – Strontium, Radioactive (englanniksi)
- Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Strontium-90 (englanniksi)