日本要放水了,水中氚活度测定教程
刘虎
科创仪表局,四川,成都
虎哥 2021-4-14原创 核技术与仪器科创茶话

日本即将把含氚废水排放到太平洋中,这件事引起了不小的舆论。

淘宝的商家已经开始备货盖格管,以迎接人民群众的采购高潮。

末日爱好者和核爱好者们也在热烈的讨论应该配备什么样的仪器来续命。

按照科创的调性,对于这样惊世骇俗的,事先有很长准备时间的核公共事件,但凡有一丝可以由爱好者实施监测的可能性,都会号召大家组织套件,开展监测。

弄个大新闻。

然而的确无能为力。

直接说结论:测不了。

因为以公布的预估年排放量,当扩散到中国之后,造成的环境氚活度浓度(以下简称氚活度)波动,低于日常氚活度的波动量;其对平均活度的影响,小于常用检测方法的不确定度。

用电子学的话说就是:信号低于噪音,并且低很多

就算小鬼子做假,实际排放量大三倍,上述结论依然成立。

世界上有土豪级的办法能够发现些微的差别,但爱好者就不要想了。

从盖格计数器到能谱仪,爱好者能买到的东西,对于这次事件来说,基本都是智商税。

不过,普及推广一些辐射测量设备并没有害处。如果大家手里都有简单的测试设备,人人都学习一点核知识,也就不用担心到处受到负离子粉的关爱了。对我国核电事业的未来发展,也将大有裨益。所以,他又不完全是智商税。

言归正传,为了满足大家的求知欲,这里要简明扼要的介绍一下如何测定水中的氚活度。

氚是气体,但排放的氚是氧化氚,就是俗话说的超重水。如果排放的是气体那就好了,它直接就飘到高空,逃逸到宇宙中去了,根本就不存在污染的问题。

氚是β衰变核素,而且放出的β射线能量很低,只有十多keV。众所周知,这种β射线,根本透不过哪怕一薄层水。所以,如果在水的外面探测,只能测到水表面的衰变,这就大大降低了灵敏度。

为了提高灵敏度,必须另辟蹊径。

常见的办法,是让“水”自己把β射线转变为可以轻松透过水的光子,使大部分衰变能被探测。

方法如下:

1、对水样进行净化,可以用各种方法,如反渗透、蒸馏、离子交换等,搞出十分纯净的水。

这一步是要去除水中的杂质,以免影响浓缩。

2、对水进行电解浓缩,例如浓缩100倍。

氚水(超重水)不太容易电解,而氕比较容易。通电以后,普通水变成氢气和氧气跑了,就剩下超重水。当把水从1L电解到只剩10mL时,剩下的水里面,氚的浓度就大约提高了100倍。

但是纯水不导电。因此,需要向水样中加入少许纯净的氢氧化钠,让它导电。

浓缩后的水就变成了浓碱液,必须去掉里面的氢氧化钠。

方法是向浓缩液中通入纯净的二氧化碳,使之变成碳酸钠。

然后:

3、对浓缩后的水进行蒸馏,去除碳酸钠,得到高度纯净的浓缩水。这一步比较考究,通常需要采用真空蒸馏,并避免空气中杂质的溶解。

4、配置液体闪烁体,或者购买商品液体闪烁体。

常用的液体闪烁体例如2,5-二苯基恶唑,C15H11NO。

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但这些闪烁体并不溶于水,所以很麻烦,需要先配置它的专用溶剂,把它溶解在里面;这种溶剂还要与水互溶,且溶解了水以后,闪烁试剂不能析出例如甲苯和赛默飞公司出的TritonX-100的混合物。同时,所有用到的试剂,都必须是“闪烁纯”的。这种等级的试剂估计大部分化学爱好者都没有听说过。由于比较考究,建议购买成品闪烁液。

5、配置试样

需要配置三种试样。

一是使用无氚水混合第4步配置的闪烁液,比例根据闪烁液说明书,或不高于1比2,制作多份。这样就得到本底试样。

    如前所述,无氚水可以用电解法自己DIY。

二是使用含氚量已知的标准氚水,按上述相同方法配置多份。得到校准试样。

    标准氚水只能买成品氚水,用无氚水稀释得到。

三是使用上面浓缩得到的样品氚水,得到被测试样。

需要注意的是,试样必须用透明的瓶子装(废话)。

6、闪烁计数或能谱

将三种样品放进暗室,充分黑暗。

使用光电倍增管分别探测。

使用本底试样和校准试样标定仪器。

然后测定被测试样的数据。

光电倍增管可以接多道分析仪,选取其中能量范围低于18.6keV的能量峰,以避免其他污染(例如C14的β能量均值为50keV)。

或者,直接买一台低本底液体闪烁计数器。

7、复杂的数据处理。

好了,经过上面这一通折腾,你就能测定低至2Bq/L的氚放射性活度了。如果把1吨水浓缩到100mL,灵敏度还能有所提高。

然而,水中氚的平均活度不足1Bq/L,并且波动很大,例如,“海阳核电厂运行前周边海水中氚的活度浓度的范围为0.287~0.748Bq/L,算数平均数为0.517Bq/L”。

卒。

非常希望大家献计献策,再抢救一下。

最后,向各位积极备货盖革管的商家道一声:恭喜发财。

详细方法流程请参考:

attachment icon 水中氚活度的测定.pdf 999.05KB PDF 154次下载 预览


[修改于 6 个月前 - 2021-04-15 03:23:14]

在下松田诚一
6个月16天前
1楼

资瓷,最近如果有时间必定支持一下虎哥工作。出个合成闪烁体的实验教程


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BSP
6个月16天前
2楼

啥时候能出一款能测出负离子粉的爱好者套件呀,很期待。

tb上卖的玄而又玄,碰都不敢碰。。。

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刺刀尖
6个月15天前
4楼

技术上安全可行,操作上问题重重,背后都是政治角力

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虎哥作者
6个月15天前 修改于 6个月15天前
5楼

如果想测,现在就得准备了,每天在确定的地点收集一罐水,持续一年,掌握排放之前的数据。这个数据只能自己收集,查其它机构的数据是不灵的,因为采样地点不同就会不一样,比如河水和湖水就不一样。并且测试方法的影响也很大,如果没有严格的计量学措施很难互相比较。

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1379号监听员
6个月14天前
6楼

准备盖革计数器还是有必要的,不算智商税,平时也可以检查身边有没有辐射超标物品,负离子粉只是其中之一,很多大理石也有问题。当然,电子设备甚至水产品也可以测测。

我有必要提醒大家, 水体的辐射污染物并不是主要矛盾,主要矛盾是,生物的富集效应!

海产品体内的辐射污染物可能是排放污水的几千倍几万倍,这绝对是危险的,而且如果人经常吃,人体内的浓度会比海产品的还高!

理论上战败国不经过安理会同意就采取此等危害世界的行为应当触发敌国条款的,海洋可不是任何国家的私有物。其实,按说应当是日本没能力处置自己的核事故的时候,就该换人接手了。

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UICalc
6个月14天前
7楼

请问大家有高性价比的盖革计数器推荐吗?预算不高,300以内.

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虎哥作者
6个月14天前 修改于 6个月14天前
8楼
引用UICalc发表于7楼的内容
请问大家有高性价比的盖革计数器推荐吗?预算不高,300以内.

这个问题真是太难了。

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口贝
6个月14天前
9楼
引用1379号监听员发表于6楼的内容
准备盖革计数器还是有必要的,不算智商税,平时也可以检查身边有没有辐射超标物品,负离子粉只是其中之一,...

如果日本的排放没有被制止和惩戒,那么后续别的国家做同类的事情就没有理由制止了

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huojunan2
6个月14天前
10楼

开了个很坏的头,以后大家都可以堂而皇之的往海里排了

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浪里黑条
6个月14天前
11楼
引用1379号监听员发表于6楼的内容
准备盖革计数器还是有必要的,不算智商税,平时也可以检查身边有没有辐射超标物品,负离子粉只是其中之一,...

氚基本不会被生物富集,关键是那些水里到底有没有重元素同位素,哪怕有一点点也是危险的。目前公布的情况(好像是)声称没有,但是以本子的尿性,我选择让子弹再飞一会儿

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虎哥作者
6个月14天前 修改于 6个月13天前
12楼
引用浪里黑条发表于11楼的内容
氚基本不会被生物富集,关键是那些水里到底有没有重元素同位素,哪怕有一点点也是危险的。目前公布的情况(...

那些元素容易去除,一次过滤就能脱掉95%。也容易监督,只要漏出去了很快就能被发现。所以这方面担心的必要性不大。

本帖探讨技术问题,除此之外一点都不要涉及。

我想问个问题,氚就化学性质而言有多大可能结合到有机物比如DNA中,在衰变以后变成氦气跑掉了,导致DNA缺损?为何各类实验体现出氚的内照射危害性也低于其它核素?

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性感铷铷
6个月13天前
13楼
引用虎哥发表于12楼的内容
那些元素容易去除,一次过滤就能脱掉95%。也容易监督,只要漏出去了很快就能被发现。所以这方面担心的必...

氚不是比氕的反应活性低不少吗

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paclab
6个月13天前
14楼
引用虎哥发表于12楼的内容
那些元素容易去除,一次过滤就能脱掉95%。也容易监督,只要漏出去了很快就能被发现。所以这方面担心的必...


比较不同放射性核素对生物组织的影响,有个专门的参数,叫相对生物效能(RBE);大概意思是吸收多少核素A的剂量产生的生物学效应,相当于多少使用参比核素在同等照射条件下照射的剂量所造成的结果。这里总结过数十篇相关论文,对比出累计内照射剂量>0.1Gy的若干组对比实验,与铯137作为标准γ源相比,氚的相对生物效能大约分布在0.5-3之间,看不太出氚的内照射危害性明显低于常见核素。

另一方面,法国、加拿大、英国前几年用小鼠做过低剂量率氚长期内照射的生物学效应研究,试验物质分为两类:氚代水(HTO)与有机结合氚(OBT);实验中采用的有机结合氚为自然界中常见的氚代甘氨酸、脯氨酸和丙氨酸。对照组则为钴60溶液;

实验将小鼠划分成三个剂量组,每个剂量组分别给予最小活度 0.01 MBq/L ,中等活度1 MBq/L 与高活度 20 MBq/L的核素溶液;在同一剂量组内的小鼠,分为三类分别注射HTO、OBT与钴60。值得注意的是,由于最小活度0.01MBq/L为世界卫生组织关于饮用水中含氚活度的上限值,这个活度大约是本底辐射活度的十分之一,或常见饮用水中氚活度的数百倍。因此最小活度剂量组无法使用钴60参照组进行对比实验。

实验结论:

·HTO与OBT的生物动力学效应相近

·相比于钴60参照组,HTO产生的辐射剂量-生物效应关系更明显;OBT甚之(可以得出在1~20MBq/L的活度下,氚的相对生物学效能仍然大于钴60);

·长期注射最低剂量组(WHO规定活度上限)HTO与OBT的小鼠没有产生可观察到的辐射生物学效应;

·实验观察到小鼠体内某些细胞与分子通道对氚核素的响应属于适应性响应,某些则是损伤性的;

·在同一剂量组内,小鼠的不同组织对氚核素的响应效率不同;


这个实验能够观察出,氚的内照射造成的生物学效应相当复杂,单看肾脏组织的影响,OBT会对细胞控制氧化还原反应基因表达产生破坏性作用,但HTO并没有明显效应;OBT会促进肾脏细胞DNA损失修复,产生辐射诱导适应性反应,而HTO不会;诸如此类的结论在文中图表有总结,但具体原因恐怕难以达成结论。

至于辐射诱导适应性反应的原理,为何被相对低剂量辐射照射后,能够减少继后的大剂量照射所造成的损伤,主流观点有DNA损伤修复假说,细胞信号传导假说、低剂量辐射激活抗自由基和抗氧化损伤假说、基因和蛋白质表达假说等。再扯远点就能和前不久讨论的富氢水是否是智商税有交集了,国内院校就有关于富氢水降低氚内照射损伤的相关研究,文中认为富氢水能够与细胞质的自由基结合,降低氚对细胞造成的氧化性损伤。具体论据是否成立我没有深究。


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虎哥作者
6个月13天前 修改于 6个月13天前
15楼
引用paclab发表于14楼的内容
比较不同放射性核素对生物组织的影响,有个专门的参数,叫相对生物效能(RBE);大概意思是吸收多少核素...

谢谢指正。我的提问是道听途说,最近事太多就没有考证。

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zxm852
6个月6天前 修改于 6个月6天前
16楼

土豪可以试试提炼 sticker

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kkagome
6个月1天前
17楼

测氚只能用液闪来测吧,盖格管拿来测不是只能听个响?

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虎哥作者
6个月1天前
18楼
引用kkagome发表于17楼的内容
测氚只能用液闪来测吧,盖格管拿来测不是只能听个响?

是的,液闪几乎是必须的,但也不排除可以用质谱等方法来测。

这里面的关键是对氚的浓缩,只要能足够的、准确的浓缩,测量环节的难度是会随着浓缩的程度而降低的。

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