二是人工产生的,包括核反应堆、核武器和核试验等。在反应堆中,氚主要产生于燃料、控制棒、可燃毒物和冷却剂中[2]。燃料中的三裂变和中子活化反应生成氚,一般认为产率为(4.22 - 9.21)×1011Bq•MW-1•a-1。主要反应式为:
235U+n→3H+X+Y (2)
在碳化硼控制棒中发生反应:
7Li(n,nα)3H (3)
一根控制棒十五年间的平均产量约为3.5×1011Bq•MW-1•a-1。在冷却剂中,氚由由氕、硼、锂等活化产生。反应式如下:
6Li(n,α)3H (4)
2H+n→3H (5)
10B(n,2α)3H (6)
氚与水分子中的氢原子交换生成氚化水分子[3]。因而反应堆释放的氚大多以HTO蒸气或液体形式存在[4]。氚是一种纯β放射体,半衰期为12.26a,发生β衰变:
放出的β粒子能量范围是0-18.6keV,平均能量5.69keV[5]。由于能量比较低,用一张普通白纸即能挡住所有β粒子。这些β粒子在组织中的射程为0.7μm,最大射程6μm。而一般的细胞大小为10-20μm,所以氚放出的β粒子不能穿透皮肤层,即氚对人体没有外照射伤害[6]。
但是氚可以通过呼吸作用和摄入进入人体,对人体产生内照射伤害[7]。
1.2 环境中氚的形态及迁移行为
环境中的3H存在三种形态:氚化水、分子氚(molecular tritium, HT)和氚化甲烷(tritiated methane, CH3T)。氚比较容易以组织自由水氚(tissue free-water tritium, TFWT)的形式进入生物体内,然后经过新陈代谢作用转化为有机结合氚(organically bound tritium, OBT)。由于TFWT能够与全球生物系统快速的达到平衡,所以用TFWT表示氚浓度的即时水平[8]。相反的,OBT能够在生物体内停留较长时间,所以通常用于回顾测量、生物调查、大气污染评价或者对人类的剂量估计。
气载氚可能以HTO、HT和OBT的形式传输。 它们在大气环境中的弥散行为和其它核素一样,在地面空气中的浓度可以用通常的太气弥散模式计算;计算公众的个人吸入剂量时应该用年度的气象参数;而计算公众的个人食入剂量时则应该使用生长季节的气象数据[9]。
氚在空气水、土壤水和植物水中的浓度梯度导致了氚的干沉降。HT能够转化为HTO,但是它在空气和植物中的转化速度很慢。当它进入土壤中,会被酶催化转化为HTO,转化率取决于土壤颗粒成分、化学性质、温度、pH值及微生物量。HTO的沉降率取决于空气动力学特性、边界层性质和表面阻力大小。
HTO从空气水扩散到单个雨滴中,随降水降落到地面上,此过程叫做氚的湿沉降。扩散率取决于HTO在空气水与雨滴之间的浓度梯度,沉降率取决于释放高度、降水强度和下风距离。
氚从空气中进入土壤或者植物中,可能经过蒸腾作用再次进入大气。氚通过干湿沉降、蒸腾和再释放循环。由于土壤浅表的HTO较多,所以它的初始再释放率比HT高。但是经湿沉降后HTO很容易进入土壤深部,降低了其再释放率。
土壤中氚的浓度影响因素有降水、凝结、灌溉、蒸腾、重力和毛线现象等,氚在土壤中的垂直分布受存在形态和干湿沉降的影响。通常,土壤中HTO浓度接近于雨水中浓度,而低于空气水中浓度。
植物中的氚以自由水氚或者有机结合氚的形态存在。氚可以通过两条途径进入植物:叶子上的小孔从空气中吸收和根系从土壤中吸收。氚的浓度梯度导致了叶子与空气的氚交换。由于植物的自动与环境适应性,它会与空气和土壤中的水分建立平衡关系,这也就决定了氚的迁移率。换句话说就是蒸腾水中氚浓度反映了根系摄入水中氚的浓度。
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