Protactinium
Protactinium ist ein silbermetallisches Element, das zur Gruppe der Actinide gehört. Es ist verformbar, glänzend, silbergrau und radioaktiv. Es läuft an der Luft nicht schnell an, wird von Sauerstoff, Wasserdampf und Säuren angegriffen, nicht aber von Laugen. Bei Temperaturen unter 1,4 K ist es supraleitend.
Anwendungen
Aufgrund seiner Knappheit, hohen Radioaktivität und Toxizität gibt es derzeit keine Anwendungen für Protactinium außerhalb der wissenschaftlichen Grundlagenforschung.
Protactimium in der Umwelt
Protactimium-231 kommt natürlich in Uranerzen wie Pechblende vor, in einigen Erzen in Zaire bis zu 3 ppm. Protactinium ist natürlicherweise in Boden, Gestein, Oberflächenwasser, Grundwasser, Pflanzen und Tieren in sehr geringen Konzentrationen vorhanden (in der Größenordnung von 1 ppt oder 0,1 Picocurie (pCi)/g).
Gesundheitliche Auswirkungen von Protactinium
Protactinium spielt keine biologische Rolle.
Protactinium kann mit der Nahrung, dem Trinkwasser oder der Atemluft in den Körper aufgenommen werden. Wenn Protactinium eingeatmet wird, kann ein signifikanter Anteil von der Lunge über das Blut in andere Organe gelangen, abhängig von der Löslichkeit der Verbindung.
Gastrointestinale Absorption aus der Nahrung oder dem Wasser ist eine wahrscheinliche Quelle für intern abgelagertes Protactinium in der allgemeinen Bevölkerung. Der größte Teil des mit der Nahrung aufgenommenen Protactiniums verlässt den Körper sofort mit den Fäkalien; nur etwa 0,05 % der aufgenommenen Menge wird aus dem Magen-Darm-Trakt in den Blutkreislauf aufgenommen. Nach Verlassen des Darms oder der Lunge lagern sich ca. 40 % des in den Blutkreislauf gelangenden Protactiniums im Skelett ab, ca. 15 % in der Leber, ca. 2 % in den Nieren und der Rest wird ausgeschieden. Die biologische Halbwertszeit im Skelett beträgt etwa 50 Jahre. Von dem in der Leber abgelagerten Protactinium wird angenommen, dass 70 % mit einer biologischen Halbwertszeit von 10 Tagen zurückgehalten werden, die restlichen 30 % haben eine biologische Halbwertszeit von 60 Tagen. Von dem in den Nieren abgelagerten Protactinium wird angenommen, dass 20 % mit einer biologischen Halbwertszeit von 10 Tagen zurückgehalten werden, wobei die restlichen 80 % eine biologische Halbwertszeit aufweisen.
Primäre gesundheitliche Auswirkungen: Protactinium ist im Allgemeinen nur dann gesundheitsgefährdend, wenn es in den Körper aufgenommen wird, obwohl ein geringes externes Risiko durch die von Protactinium-231 emittierte Gammastrahlung und eine Reihe von kurzlebigen Zerfallsprodukten von Actinium-227 besteht. Die Hauptexpositionswege sind die Aufnahme von protactiniumhaltigen Nahrungsmitteln und Wasser sowie das Einatmen von protactiniumkontaminiertem Staub. Die Ingestion ist im Allgemeinen die bedenkliche Exposition, es sei denn, es gibt eine nahegelegene Quelle für kontaminierten luftgetragenen Staub. Da Protactinium viel leichter in den Körper aufgenommen wird, wenn es eingeatmet und nicht eingenommen wird, können beide Expositionswege wichtig sein.
Das größte Gesundheitsrisiko ist Krebs, der durch die ionisierende Strahlung von Protactinium entsteht, das sich im Skelett, der Leber und den Nieren ablagert. Die Gesundheitsrisiken, die mit Protactinium-234m verbunden sind, werden mit denen für Uran-238 zusammengefasst. Protactinium-234m zerfällt unter Aussendung eines energiereichen Betateilchens, so dass beim Umgang mit Uran Vorsichtsmaßnahmen gegen diese Strahlung erforderlich sind; zum Beispiel werden schwere Gummihandschuhe zum Schutz der Hände und Unterarme getragen.
Der Risikofaktor für das Einatmen von Protactinium-231 stellt einen der größten Risikofaktoren für alle Radionuklide dar. Actinium-227 und seine Zerfallsprodukte machen mehr als 80 % dieses Inhalationsrisikos aus. Obwohl der Risikofaktor für die Ingestion viel niedriger ist als für die Inhalation, ist die Ingestion im Allgemeinen der häufigste Weg des Eintritts in den Körper.
Ähnlich wie bei anderen Radionukliden liegt der Risikokoeffizient für Leitungswasser bei etwa 75 % desjenigen für die Nahrungsaufnahme.
Zusätzlich zu den Risiken durch interne Exposition besteht ein Risiko durch externe Gamma-Exposition gegenüber Protactinium-231.
Wenn man die externen Gamma-Risikokoeffizienten zur Abschätzung des Lebenszeit-Krebssterblichkeitsrisikos verwendet und annimmt, dass 100.000 Menschen kontinuierlich einer dicken Bodenschicht mit einer anfänglichen durchschnittlichen Konzentration von 1 pCi/g Protactinium-231 ausgesetzt sind, dann würden 8 dieser 100.000 Menschen voraussichtlich eine tödliche Krebserkrankung erleiden. Was die innere Exposition betrifft, so geht ein Großteil dieses Risikos von Actinium-227 und seinen Zerfallsprodukten aus.
Auswirkungen von Protactinium auf die Umwelt
Protactinium haftet vorzugsweise recht gut am Boden, und die mit sandigen Bodenpartikeln assoziierte Konzentration ist typischerweise 550-mal höher als im interstitiellen Wasser (Wasser im Porenraum zwischen den Bodenpartikeln); bei Lehm- und Tonböden sind die Konzentrationsverhältnisse noch höher (etwa 2.000 und mehr).
Protactinium ist im Allgemeinen keine größere Verunreinigung an DOE-Standorten (Department Of Energy) und stellt kein Problem für das Grundwasser dar.
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