Давно интересовал вопрос - если радиация на одежде имеет естественное происхождение, то каким образом это могло произойти? Один из возможных механизмов - адсорбция радиоактивных катионов из водного раствора (т.е. из воды ручья #1) материалом, из которого сделана одежда (шeрсть, хлопок). Думал, что имеется куча исследований нa этот счет, но обнаружил в базе данных CAS только несколько статей. Наиболее полезная из того, что удалось найти, прикреплена. К сожалению, исследована не шерсть, а хлопок, а с точки зрения химии - это совершенно разные вещи - хлопок, это грубо говоря, целлюлоза, а шерсть - белок. Но пока что пренебрежем этой разницей. В прилагаемой статье исследована адсорбция различных катионов, включая цезий и стронций, хлопком. Механизм адсорбции - катионный обмен с карбоксильными группами -СООH, и гидроксильными группами -ОH, которых навалом на поверхности целлюлозы. Маскимальное поглощение (или так называемая "адсорбционная емкость") имеет величину порядка 10-6 мол/г хлопка, и если сравнить это с количеством радиоактивных атомов, рассчитанным исходя из цифры 9000 распадов/мин - 10-9 на кг свитера, или 10-12 на г, то видим, что первая цифра на 6 порядков превышает вторую. Т.е. количество радионуклидов меньше количества доступных для адсорбции мест в миллион раз. Т.е. с этой точки зрения адсорбция из воды ручья запросто возможна. Адсорбция, естественно, обратимый процесс, и при промывании чистой водой идет обратный процесс - ионный обмен Cs/Sr на Nа/Mg/Ca/Fе/H, или что там в водопроводной воде г.Свердловска имелось.
Теперь про осложнения:
1) в исследовании японцев концентрация катионов в растворе была достаточно высокой - около 10-4 моль/л. Для воды ручья #1 это полюбому очень и очень много. Думаю, что концентрация радиоактивных катионов, если они там и правда были, была на несколько порядков меньше. По идее, более низкая концентрация катиона в растворе влияет на адсорбционную емкость (уравнение 5 в статье можно переписать в таком виде: а=[RМ]*([H+]/К/[М+] +1), где а и К - константы, а концентрацию ионов водорода в воде ручья [H+] тоже можно полагать константой (=10-7); соответственно, уменьшение [М+] обязано уменьшить и [RМ], т.е. количество цезия, адсорбированного на хлопке). Так что количественная оценка того, сколько цезия может сесть на хлопок, исходя из данных этой работы, затруднена. Если совсем приближенно, то используя данные для катиона кобальта (рис. 6), значение константы равновесия можно оценить примерно в 4*10-5, и полагая [H+]=10-7, и а=10-3 моль/г, то из уравнения (5) получаем, что при [М+]=10-6 значение [RМ] равно примерно 1.3*10-7, и при уменьшении [М+] до 10-9 [RМ] уменьшается до 10-10. Соответственно, если уже совсем приближенно, то поскольку у нас есть запас в 6 порядков, то изначальная концентрация катионов в воде ручья может быть всего 10-10 мол/л, но при этом мы все еще получим максимальную адсорбционную емкость, которая будет равняться, или превышать, концентрацию радионуклидов на свитере (=10-12 на г). Извиняюсь, что получается немного сложновато и заумно, но без цифр тут никак нельзя.
2) конкурентная адсорбция - если в воде ручья присутствуют другие катионы - Cu, Zn, Cо, возможно и некоторые другие - то они будут вытеснять и стронций, и особенно цезий. Т.е. если например хим. анализ покажет присутствие в воде ручья значительных концентраций меди, то в таких условиях адсорбция Cs и Sr может и не наблюдаться. Плохо, что японцы не исследовали конкурентную адсорбцию катионов железа - железо всегда есть в воде, и было бы полезно знать, вытесняет ли железяка цезий и стронций. Исходя из общих соображений - если медь, цинк, и кобальт вытесняют, то и железяка тоже должна вытеснять.
3) ткани у нас окрашенные. Если в состав красителей входят неорганические соли (а они очень часто входят), то эти неорганические соли значительно улучшают адсорбцию Cs, и др. - пример показан во втором прикрепленном файле: берлинская лазурь, нанесенная на хлопок, является очень эффективным адсорбентом (опять-таки, по механизму ионного обмена - входящий в состав берлинской лазури Nа очень легко меняется на Cs). Проблема в том, что красителей, в том числе коричневых для шерсти, великое множество, и понять, что входит в состав этих красителей, и как вообще происходит процесс окрашивания, мне пока не удалось
Тема: Адсорбция радиоактивных катионов одеждой (Прочитано 10192 раз)