碘-129(英文名稱:碘129)是元素碘的長壽命放射性同位素,元素符號為129I,半衰期為1.57×107年。129I通過β衰變為穩定129Xe。宇宙射線與大氣中的129Xe反應生成途徑是天然129I的主要來源,大氣核試驗過程中核裂變,核事故以及核燃料循環是環境中129I的主要來源。129I在測定年代、判斷核活動、作為地下水示蹤劑和環境示蹤劑等領域應用廣泛。
2019年,美國伍茲霍爾海洋研究所稱,核廢水中含碘-129、-90、釕-106、碳-14等放射性元素。其中,碘-129可以導致甲狀腺癌。
來源
在自然界中,129I通過地殼中238U自發裂變、235U的中子誘發裂變和128Te的中子俘獲以及大氣中宇宙射線與的相互作用生成。 地表環境中99%以上的129I都來自人類核活動,如核彈試驗、核事故、核燃料后處理廠、核反應堆和核電站運行時的釋放。20世紀50年代以來的大氣核武器試驗產生了約50-150 kg的129I,使得全球129I的水平提高了至少100倍。蘇聯的切爾諾貝利核事故和日本的福島核事故釋放的129I約有7.2 kg。而位于歐洲的Sellafield(英國)和La Hague(法國)的兩大核燃料后處理廠自20世紀60年代以來向環境中釋放了超過6000 kg的129I,是129I的最大來源,造成歐洲,特別是北歐的129I水平比中國環境水平還要高100倍。當然,在核燃料后處理的過程中,還有很大量的129I(超過14 噸)被封存處置,還沒有被排放到環境中,但是處置容器的腐蝕破損、處置地理環境的變化都有可能造成放射性物質的泄漏,是環境中129I的潛在來源。一般來講,核事故和核燃料后處理廠造成的129I水平增加是區域性,只有在氣候地理條件適宜的時候才會向全球大范圍擴散,核彈試驗尤其是大氣核武器試驗是放射性物質全球性傳輸擴散的重要因素。
應用領域
年代測定
人工放射性核素的年代學主要應用于海洋和湖泊沉積物測年。隨著大當量核試驗時代的過去,多用的短壽命的人工放射性核素在環境中的濃度越來越低,人們思考用長壽命的人工放射性核素進行現代沉積物年代測定,129I是較為合適的核素,在海洋沉積年代學研究中得到應用。核試驗和核事故近似以脈沖的方式向環境中釋放放射性核素,釋放時間可能成為測年的參考時間。核試驗在全球范圍散落人工放射性核素,所以在全球范圍內可以利用核試驗產生的129I 進行年代學研究。
判斷核活動
由于碘具有高的溶解度,易揮發,加速器質譜方法測定又有高的靈敏度,129I可能成為核活動,包括核安全核查有用的指示核素。129I與其他核素,像137Cs、99Tc的含量比可用來研究放射性物質源項和種類,判斷環境中的放射性物質是核事故還是故意的排放等。
地下水示蹤劑
利用129I可以測定油田膽巴、熱水、碳氫化合物的年齡,測定年限為3-80Ma;在石油示蹤研究中它是最理想的工具,利用129I可以模擬核廢料地下永久貯存的安全性,進行核污染的環境監測以及研究不同來源古老地下水的混合作用等。
環境示蹤劑
環境中的129I輻射危害極小,但因與核活動主要釋放的131I來源相似、性質相同,可用來重建核活動釋放的131I水平,評價核活動對生態環境造成的輻射影響。同時因為碘具有高水溶性、遷移性和親生物性,129I也是一種獨特的環境示蹤劑,可以用來示蹤放射性污染物及其他性質相似污染物的環境擴散和行為。
其他
129I還可以用作醫療用γ計數器檢查源;作為穆斯堡爾核素,制備穆斯堡爾源;實驗室用γ參考源。
理化性質
129I是唯一長壽命放射性碘同位素,半衰期為1.57×107年。129I通過β衰變為穩定129Xe,釋放出最大能量為154 keV的β射線,并釋放能量為39.6 keV(強度7.5%)的γ射線,同時伴隨能量為29.5 keV(20.4%)和29.8 keV(37.7%)的X射線的釋放。
安全事宜
健康危害
2019年,美國伍茲霍爾海洋研究所稱,核廢水中含碘-129、鍶-90、釕-106、碳-14等放射性元素。其中,碘-129可以導致甲狀腺癌。人類處于食物鏈埃及金字塔的頂端,海鮮等生物富集的放射性元素,會通過食物鏈的傳遞影響到人類。人類通過食用海產品,間接地攝取海水中的各種放射性同位素。實驗證明,如果長期、大量食用放射性污染海產品,有可能使體內放射性物質積累超過允許量,引起慢性射線病等疾病,造成血器官、內分泌系統、神經系統等損傷。
預防
核與輻射突發事件發生后,人有可能攝入放射性碘,并集中在甲狀腺內,使這個器官受到較大劑量的照射;此時服用穩定性碘就可減少甲狀腺吸收放射性的碘。如果在吸入放射性碘的同時服用穩定性碘,就能阻斷90%放射性碘在甲狀腺內的沉積。在吸入放射性碘數小時內服用穩定性碘,仍可使甲狀腺吸收放射性碘的量降低一半左右。對成年人推薦的服用量為100mg碘,對孕婦和3~12歲的兒童,服用量為50mg,3歲以下兒童服用量為25mg。
環境遷移
129I環境行為和生物過程與131I、穩定碘127I完全相同。不管是大氣釋放還是液體釋放,最終129I會進入海洋。進入海洋的129I會由于微生物活動以有機碘形態進入大氣,在陽光作用下有機129I分解成無機化合物碘,而后經干沉降或濕沉降過程進入陸地環境。土壤中的129I主要分表明其向土壤中的轉移相對較慢。
監測方法
放化分析法
①濃集分離。放射性碘的常用濃集和分離方法有共沉淀法、溶劑萃取法和離子交換法等。植物樣品一般先用0.5mol/LNaOH溶液浸泡,然后以H2O2作助灰化劑,在450℃時灰化,CCl4萃取,AgI沉淀制源測量。
水樣和牛奶樣品可先用強堿性陰離子交換樹脂濃集,再用CCl4萃取純化,制成Agl沉淀源測量。牛奶中的放射性碘主要以陰離子形式存在,可不經處理直接上柱交換吸附。而水樣中的放射性碘則可能以幾種不同的價態存在,需引入氧化還原步驟,使所有碘成為陰離子后再進行陰離子交換吸附分離。
大氣中放射性碘的采集使用活性炭、浸滲了Br和TEDT的活性炭以及浸滲了銀的沸石為填料的取樣器,它們對碘的取樣效率幾乎為100%。
②測定方法。直接測量法:所用的儀器有井型或薄Nal(TI)γ譜儀、液體閃爍計數器、本征鍺探測器和硅鋰探測器。Nal(TI)γ譜儀設備簡單,但分辨率較差;液體閃爍計數器靈敏度較高,其計數效率可達95%;本征鍺探測器的分辨率很高,可以區分129I和125I放出的KαX(129I的為29.7keV和29.4keV,125I的為27.5keV和27.2keV)射線;硅鋰探測器對低能γ或X射線更靈敏且分辨率高,可以直接用來測量129I和125I。
γ譜儀直接測量法。
可用低本底γ譜儀或液體閃爍譜儀直接測量,但靈敏度低,易受131I和125I的干擾。
人體內污染量的檢測方法
活體測量:利用全身計數器測量人體甲狀腺內放射性核素種類和活度,探測下限為100Bq。
β計數:取尿液放化分離,測量,探測下限為1Bq/L。
參考資料 >
Iodine-129.PubChem.2023-08-24
Iodine.Pubchem.2023-02-21
研究快報:西安9月發現顯著提高的放射性碘-129——是否與朝鮮第六次核試驗有關?.中國科學院地球環境研究所.2023-08-24
日本核廢水排向大海,還能放心吃海鮮嗎?.中國海洋發展研究中心.2023-08-24
地球環境所揭示我國典型時間序列載體中碘-129的長期變化及其示蹤意義.中國科學院.2023-08-24
放射防護中的碘知識問答.中國科學院.2023-08-27