بررسي يك عنصر راديواكتيو، خواص، و اندازه گيري ميزان خطرات آن

تريتيم
معرفي:
يكي از موادراديواكتيو موجود در طبيعت گاز تريتيم است كه يك ماده پرتوزاي گسيلنده بتا مي باشد. تريتيم به عنوان يك گاز راديو اكتيو در تهران همواره پرتوهاي بتايي را از خود گسيل مي نمايد.

اولين عنصر شيميايي جدول تناوبي هيدروژن است كه گازي بي رنگ و بي مزه بوده و با نماد H نشان داده مي شود. هيدروژن داراي ۳ ايزوتوپ مي باشد: (ايزوتوپ به ويژه هسته هايي گفته مي شود كه داراي عدد اتمي يكسان بوده ولي در تعداد نوترونها با هم فرق دارند)
۱٫ هيدروژن با نماد H و جرم اتمي يك كه %۹۸/۹۹ اين عنصر را تشكيل مي هد.

۲٫دوتريم با نماد D و جرم اتمي دو، دومين ايزوتوپ عنصر هيدروژن مي باشد كه ۰۲/۰% فراواني دارد.
۳٫تريتيم با نماد T و جرم اتمي سه، تنها ايزوتوپ راديو اكتيو هيدروژن است كه در حالت طبيعي بسيار كم بوده، اما بطور مصنوعي از طريق واكنشهاي مختلف هسته اي در شتابدهنده ها و راكتورها توليد مي شود كه علت تهيه آن كاربردهاي وسيع آن مي باشد. تريتيم مانند هيدروژن بصورت دو مولكولي يعني T2 مي باشد و در شرايط عادي گازي شكل است. تفاوتهاي T2 و H2 در جدول زير نمايش داده شده است:

T2 H2 خواص
۵۴/۲۵۲ – ۲۰/۲۵۹ – نقطه ذوب (°C)
12/248 – 77/252 – نقطه جوش در فشار يك اتمسفر(°C)
333 216 گرماي بخار (cal/mol)
393 247 گرماي تصعيد (cal/mol)

از نظر شيميايي، تريتيم مشابه هيدروژن عمل مي كند، اما از آنجاييكه تريتيم جرم بزرگتري دارد، در بسياري از واكنشها، خيلي كندتر از هيدروژن جايگزين
مي شود. با توجه به اينكه تريتيم يك راديوايزوتوپ است (راديوايزوتوپ به ايزوتوپهايي از عناصر گفته مي شود كه به علت ناپايدار بودن ساختار هسته اي از خود فوتون و ذرات مختلف گسيل مي كنند) لذا با ساطع نمودن پرتوهاي بتاي منفي (تبديل يك نوترون به پروتون) به هليم با عدد جرمي ۳ تبديل مي شود و در اين فرآيند به هيچ وجه نشر اشعه گاما رخ نمي دهد. تريتيم ساطع كننده پرتو b با ماكزيمم انرژي

kev 18 (كيلو الكترون ولت = kev) است كه اين ذرات b توسط لايه اي از هوا با ضخامت mm 7 يا كاغذي با ضخامت mm 01/0 كاملاً متوقف مي شوند. نيمه عمر فيزيكي تريتيم ۳/۱۲سال مي باشد.

گاز تريتيم بطور طبيعي در هوا وجود دارد درحالت طبيعي بصورت گاز(بخار) بوده وقابليت حل در آب را نيز دارد و به ازاي هر ۱۰۱۸ اتم هيدروژن يك اتم تريتيم در اتمسفر وجود دارد كه منشاء تهيه طبيعي آن بطور عمده از بمباران نيتروژن در قسمتهاي فوقاني اتمسفر توسط نوترون و پروتون حاصل از اشعه هاي كيهاني مانند واكنش ذيل منشاء مي گيرد

البته تريتيم عمدتا به شكل بخار تركيباتي از اكسيژن (DTO,HTO,….) در هوا وجود دارد.بعد از شروع ازمايشات سلاح هاي هسته اي در سال ۱۹۵۴ غلظت اين گاز راديواكتيو در اتمسفر افزايش يافت بطوري كه قبل از شورع اين آزمايشات آب باران تقريباً شامل ۱۰-۱ اتم تريتيم در ۱۰۱۸ اتم هيدرژن بود كه اين مقدار اكنون به حدود ۵۰۰ اتم تريتيم به ازاي ۱۰۱۸اتم هيدروژن افزايش يافته است. به علت كاربردهاي وسيع اين ماده راديواكتيو براي تهيه آن از شتابدهنده ها و راكتورها از طريق واكنشهاي مختلف استفاده مي كنند.
اهميت اندازه گيري ميزان تريتيم:

اندازه گيري تريتيم موجود در هوا وتريتيم موجود درآب از لحاظ مسائل پرتوگيري ومحاسبه ميزان آلودگيهاي راديواكتيو كه از مهمترين عوامل مضراين مواد هستند بسيار حائز اهميت مي باشد و بسياري از سازمانهاي بين المللي كه مرتبط با سلامتي افراد ومحيط زيست و مواد راديواكتيو هستند براي اندازه گيري آن اقدام
مي كنندوقوانين بسيار زيادي را براي تمام مواد راديواكتيو از لحاظ حد مجاز آنها در محيط (هواو آب و خاك و غيره)وضع كرده اند.بررسي، تهيه و كاربردهاي

تريتيم،خواص تريتيم ،سميت تريتيم و اثرات آن (شامل اثرات بيولوژيكي و ژنتيكي) و ….بسيار گسترده و وسيع و خارج از موضوع اين بحث است.البته بر روي اين موارد تحقيقات بسيار وسيع در سطح بين المللي صورت گرفته كه نتايج آنها موجود است.روشهاي مختلف اندازه گيري تريتيم موجود در هوا و آب و اثار مختلف تريتيم نيز بصورت تئوري و كاربردي در سطح دنيا موجود است كه از آنها استفاده مي شود. امروزه براي اندازه گيري گازتريتيم درمحيط وبخصوص دراطرا ف

نيروگاهها كه غلظت اين گازنسبتا زياداست وممكن است براي پرسنل نيروگاهها خطرناك باشد دستگاههاي پيشرفته اي وجود دارد كه بااستفاده ازآنها درظرف چند دقيقه مقدارغلظت اين گازدرمحيط مشخص مي شود.اما اساس كارتمام اين دستگاه بصورت مراحل مذكوراست.

روش اندازه گيري :
با توجه به مقدمه فوق و اهميت اندازه گيري مواد راديو اكتيو موجود در تمام محيط ها شامل هوا و آب و خاك و … يك سري آزمايشات براي اندازه گيري مقدارگاز تريتيم موجود در هوا صورت گرفت كه البته با توجه به خطاي نسبتا زياد اين روش ولي در عين حال نتيجه قابل قبول آن، به شرح آن مي پردازيم:

اساس اين اندازه گيري برمبناي مكش وسپس حل گاز تريتيم موجود در هوا
( كه اغلب به صورت (DTO,HTO,…. درداخل آب و استفاده از روشهاي متداول براي تعيين غلظت تريتيم موجود در آب است.
همانگونه كه قبلا نيز اشاره شد چون اغلب تريتيم موجود در هوا به صورت تركيباتي مشابه بخار آب در هوا مي باشند لذا اين تركيبات كه اساسا هم خانواده با آب H2O مي باشند در اثرعبور از آب در داخل آن حل مي شوند.در واقع اگر به هر طريق ديگري هم بتوانيم بخار موجود در هوا را بصورت مايع در آوريم بايد انتظار داشته باشيم كه مقدار تريتيم موجود در هوا را از اين طريق هم بتوانيم اندازه بگيريم.
شيوه انجام اندازه گيري بدين صورت است كه در ابتدا با برقرار نمودن يك سيستم آزمايشگاهي شامل دو بابلرbubler)) و يك پمپ،شرايط مكش هوا به داخل آب فراهم شد.بابلر اول كه Degassing Vessel (ظرف حباب ساز) نام دارديك ظرف شيشه اي استوانه اي شكل كاملآ بسته با حجم cc 200 و شامل يك مسير ورودي در بالا كه هواي ورودي را مستقيمآ به انتهاي ظرف هدايت و مسير خروجي در كناره بالائي آن كه هواي خارج شده از آب را به طرف پمپ هدايت مي كند .در انتهاي لوله ورودي ظرف اول يك فيلتر شيشه اي(glass filter)قرار دارد كه جهت ايجاد حباب بكارمي رود.هرچقدر كه مش فيلتر (تعدادروزنه ها درواحد سطح)بيشتر باشد حبابهاي ريزتري ايجادمي شود كه در نتيجه گازهاي(و بخارهاي)موجوددر هوا در هنگام عبور از داخل آب بهتر حل مي شوند به عبارتي احتمال حل شدن آنها افزايش مي يابد.بابلر دوم كه Security vessel (ظرف ايمني) نام دارد نيز يك ظرف شيشه اي مشابه ظرف اول اما با طول لوله ورودي كوتاهتر و بدون فيلتر شيشه اي است كه به منظور ايمن سازي سيستم به كار مي رود.چنانچه در اثر مكش پمپ رطوبت يا آبي از ظرف اول خارج شود در داخل آن به دام مي افتد و مانع آسيب رسيدن به پمپ
مي شود.مسير ورود هوا با روشن شدن پمپ در شكل فوق نمايش داده شده است.پمپ مورد استفاده در اين آزمايش يك پمپ كوچك مكش با فلوي (مقدار مكش هوا در واحد زمان) حداكثر lit/min 1 است.
پس از برقراري سيستم فوق ابتدا در داخل ظرف اول مقدار cc 100 آب مقطر مي ريزيم. سپس پمپ را در فلوي lit/min 5/0 تنظيم نموده آن را روشن مي كنيم و همزمان با روشن كردن زمان را نيز يادداشت مي كنيم. هر چه مدت زمان مكش بيشتر شود حجم بيشتري از هوا از داخل آب عبور مي كند كه در نتيجه دقت آزمايش بيشتر مي شود. البته رنج اين مدت زمان بايد در حدود چند روز به طور پيوسته باشد كه از جمله عوامل خطا در اين آزمايش گسسته و كم بودن زمان به علت محدوديت زمان كاري بوده است.پس از خاموش كردن پمپ مي توان اظهار داشت كه در حال حاضر آب مقطر داخل ظرف Degassing Vessel ممكن است حاوي گازها و ذرات معلق مختلف موجود در هوا با ضرايب حلاليت مختلف در آب، باشند .
اما با توجه به اينكه تنها گاز راديو اكتيو بتا زا موجود در هوا تريتيم است لذا اندازه گيري آن مسير مشخص خود را دارد و وجود احتمالي ساير موارد تاثيري بر اندازه گيري تريتيم ندارد.
در مرحله بعد از نمونه فوق به مقدار CC 2 به عنوان نمونه (ويال شماره ۱ ) برداشته شده و در داخل يك ويال(ظرفهاي استوانه اي شكل پلي اتيلني با در پوش كه جهت قرار دادن نمونه هاي مايع مواد شيميايي به كار مي رود) با حجم CC 20 ريخته مي شود.چون قرار است نمونه فوق با يك آشكارساز مخصوص شمارش بتا شمارش شود لذا CC 18 از مايع سنتيلاسيون (Liquid Scintillationn) به آن اضافه
مي كنيم. مايع سنتيلاسيون مايعي است كه از مولكولهاي بزرگ آلي شامل حلقه هاي فنيل و نفتالين و …تشكيل شده است. اين مايع غير اكتيو است و كار آن به علت ساختارشيميايي جذب ذرات بتاي گسيل شده از نمونه محلول در آن و در مقابل ساطع كردن فوتونهايي در ناحيه مرئي مي باشد.علت انتخاب CC 18 مايع سنتيلاسيون و CC 2 نمونه استفاده از نتايج تحقيقات در اين زمينه بوده است كه با چنين نسبتي بهترين نتايج بدست آمده است.