книги из ГПНТБ / Марей, А. Н. Глобальные выпадения цезия-137 и человек

Таким образом, математическая модель позволяет рассчиты­ вать содержание Cs137 в организме человека, основываясь на информации о среднесуточном поступлении изотопа с рационом и константах метаболизма. Этот метод дает возможность опре­ делять средние значения для различных возрастных и половых контингентов и, таким образом, более детально исследовать радиационную обстановку и распределение дозовых нагрузок в зависимости от пола и возраста. Однако диапазон колебании биологических параметров свидетельствует о том, что исполь­ зование средних показателей может привести к существенным искажениям результатов и, помимо этого, не позволяет иссле­ довать статистические характеристики распределения уровней накопления изотопа у однородных групп населения. Кроме того, индивидуальные особенности питания населения также нивели­ руются при подобных расчетах, не говоря уже о том, что поступ­ ление Cs137 с рационом может существенно изменяться во времени.

В этом отношении более точным и приемлемым представ­ ляется расчет содержания Cs137 по выделению его с мочой и калом человека. Практически подобные расчеты достаточно основывать на выделении изотопа с мочой, поскольку, по дан­ ным многих исследователей, основное количество изотопа вы­ водится из организма человека преимущественно через почки. Среднее соотношение между содержанием Cs137 в моче и кале несколько колеблется, составляя у взрослых 3,1—3,3 [144], 3,4 [149], 4 [150]. Более высокое соотношение, а именно 5,7, уста­ новлено у детей [141].

Эти данные свидетельствуют о достаточной стабильности со­ отношения между экскрецией Cs137 с мочой н экскрецией его- с калом. Расчет содержания изотопа в организме производится по формуле:

содержание изотопа в организме находится в равновесном со­ стоянии. Для Cs137 каждый данный момент времени формально может рассматриваться как момент равновесного состояния, поскольку в организме происходит 100%-ное всасывание изо­ топа из желудочно-кишечного тракта, и выделение его пропор­ ционально общему содержанию в организме, но не поступлению в данный момент.

Рассмотренный выше метод позволяет определять содержа­ ние Cs137 в организме отдельных индивидуумов, но использова­ ние его для массового исследования и контроля ограничено техническими трудностями сбора экскрементов. К недостаткам

50

метода следует отнести то, что в расчетах используются средние значения метаболических параметров, колебание в значениях которых, как уже указывалось, может дать заметное расхожде­ ние с фактическими данными.

Согласно результатам некоторых исследований [151], коли­ чество Cs137 в организме может быть установлено измерением его в волосах, так как концентрации изотопа в волосах и орга­ низме находятся в определенном соотношении, в частности, при выражении концентраций в цезиевых единицах* эти показатели практически равны.

Однако этот метод имеет ограниченное применение ввиду

в организме поддерживалось постоянное содержание изотопа [151]. Такая ситуация возможна лишь в течение относительно коротких промежутков времени (месяца, года), так как тогда можно учесть колебания в поступлении Cs137 с рационом. Поэтому метод практически может быть использован только для мужского контингента, причем он позволяет определять лишь средние концентрации. Это обстоятельство, не существен­ ное для оценки средней дозы и характеристики радиационной обстановки в том или ином районе в целом, не дает возмож­ ности оценить индивидуальные колебания и особенности накоп­ ления изотопа у различных возрастных и половых групп на­ селения.

Всех недостатков косвенных методов лишены прямые ме­ тоды прижизненного измерения Cs137 по у-излучеиию всего тела. Для определения изотопного состава радиоактивных веществ, находящихся в человеческом теле обычно используют установки типа СИЧ. Измерения на этих установках чаще всего произво­ дят одним детектором в геометрии «кресла». Использование не­ скольких детекторов или перемещение их относительно тела че­ ловека позволяет определить распределение изотопа по организ­ му. Для снижения фона счетчик окружен защитой из железа, стали или чугуна толщиной 15—20 см, свинца — 10—15 см или воды— 150—200 см [145, 152, 153]. Обычные установки СИЧ, также как и счетчики типа БЖСС, довольно громоздки и исполь­ зуются, как правило, в стационарных условиях. Поэтому для обследования больших групп людей в местах их проживания возникла необходимость в передвижных установках. Такие уста­ новки были созданы и использовались, в частности, для измере­ ния активности тела эскимосов и других контингентов [154— 156]. К сожалению, дороговизна подобных вариантов СИЧ и обязательное наличие хороших дорог ограничивают сферу их ис­

4* 51

70x70 или 80X80 мм с ФЭУ-56. Детектор не окружен защитой от у-фоиов излучения, в связи с чем предел измерения опреде­

в организме жителей северных районов страны [144, 157] и некоторых изучавшихся районов Белорусско-Украинского по­ лесья. Способ измерения показан на рис. 3.2.

Калибровку прибора «Север» по Cs137 осуществляли как по водному фантому человека, так и путем непосредственного измерения в лабораторных условиях людей с известным содер­ жанием Cs137 в организме. Под «известным содержанием» имеется в виду содержание изотопа, определенное на установке СИЧ-2. Для этого человека, используемого в качестве эталона, помещали в измерительную камеру прибора СИЧ-2, чтобы уменьшитъ внешний фон, поскольку дополнительная активность в организм человека не вводилась и содержание Cs137 в теле находилось на уровне нескольких нанокюри.

Так как в цезиевый канал прибора «Север» определенный вклад вносит излучение, обусловленное К40, расчет численного значения калибровочного коэффициента производили с учетом этой поправки по следующим уравнениям:

Л^ = Л^ (Cs) 4- УДК),

52

N2 = Nn (Cs) + Nz (K),

где Ni и N2— общее число зарегистрированных прибором «Север» импульсов от двух человек, имп/мин\ Ni(Cs), N2(Cs) — число импульсов, обусловленное только Cs137, имп/мин-, JVt(К), Л'2(К )— число импульсов, обусловленное только К40, ими/мин.

Число импульсов, обусловленное Cs137 и К40, можно выра­ зить через содержание изотопов в организме, определенное на

калибровочные коэффициенты для Cs137 и К40, i i'<?RulBPa HUl J[L _

имп/мин

Всего было рассмотрено 17 пар уравнений: 12 пар для жен­ щин и 5 пар для мужчин. Практической разницы в значениях коэффициентов не наблюдалось, и средние значения составляли:

_ 2 2- ю - 10 К1°Ри1°РгаН1‘зм

’имп/мин

в камере людей, вклад К40 в цезиевый канал спектрометра составлял до 70% общего числа импульсов. У людей, проживаю­ щих в обследованных районах Полесья, удельный вклад К40 существенно ниже.

Расчет калибровочного коэффициента для детей был прове­ ден следующим образом: содержание Cs137 в организме детей определяли по выделению его с мочой по описанной ранее мето­ дике и полученное значение сопоставляли с числом импульсов, зарегистрированных при измерении этой же группы детей при­ бором «Север», с вычетом поправки, обусловленной К40. Эту поправку вводили, исходя из удельной концентрации калия в организме людей до 20-летнего возраста, равной 2,3 г/кг [148]. Коэффициент пересчета по К40 для детей принимали равным коэффициенту для взрослых. Значения ряда параметров были

53

9 в табл. 3.2. Как видно из таблицы, средний коэффициент пере-

Т а б л и ц а 3 . 2

Определение коэффициента пересчета от импульса к содержанию цезия-137 в организме детей

ных помещениях, уровень внешнего у-фона был относительно невысоким — 250—400 имп/мин. Это обстоятельство позволило определять содержание Cs137 в организме порядка 5 • 10~9 кюри/организм с погрешностью не более 20% при времени изме­ рения 10 мин. В ряде случаев было зарегистрировано и более низкое содержание Cs137 в организме, а именно в местах с наи­ меньшим уровнем внешнего у-фона. Однако при этом заметно возрастала погрешность определения за счет увеличившегося вклада излучения К4®-

54

Г Л А В А 4

ЦЕЗИЙ-137 В ПОЧВЕ И РАСТЕНИЯХ

ЦЕЗИЙ-137 В ПОЧВЕ

В связи с тем что по мере накопления радиоактивных ве­ ществ в почве и уменьшения уровней выпадения радиоактивных осадков удельная значимость почвенного пути загрязнения рас­ тений значительно возросла, изучение влияния почвенных фак­ торов на поведение радиоактивных веществ в почве приобретает серьезное значение.

Основные факторы, обусловливающие сорбционную способность почв

Почва представляет собой сложную полидисперсную систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. Твердая фаза играет в почвенных процессах роль сорбента. Она содер­ жит частицы разного диаметра, отличающиеся друг от друга не только размерами, но и минералогическим и химическим составом.

В зависимости от природных факторов горные породы в про­ цессе выветривания образуют первичные и вторичные минералы различного состава. К первичным минералам относятся поле­ вые шпаты, пироксены, роговые обманки, кварц, некоторые слюды. Поскольку эти минералы обладают неодинаковой устой­ чивостью к процессам выветривания, они распределяются по фракциям почвы. Так, крупный песок состоит в основном из кварца. В более тонких фракциях (0,25—0,05 мм) присутствуют кварц и полевые шпаты. Слюды накапливаются во фракции средней пыли, здесь же появляются уже и глинистые так назы­ ваемые вторичные минералы (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит и др.). Последние представляют собой продукты раз­ рушения первичных минералов под влиянием механических, химических и биологических факторов. Вторичные минералы преобладают во фракции ила (<0,001 мм). В соответствии с минералогическим составом меняется химический состав фрак­ ций. С увеличением дисперсности уменьшается содержание SiOz

иувеличивается содержание А120з, Fe2 0 3 , MgO и КаО [158—160].

Суменьшением размера частиц почвы увеличивается их

удельная поверхность. Если для крупного песка размер поверх-

56

ралы, в результате выноса ее с током воды. С нисходящим то­ ком воды из верхних слоев почвы выносятся такие основания,, как кальций, магний, калий, натрий, в результате чего в почве наблюдаются недостаток оснований и кислая реакция среды. В этих условиях гумусообразование протекает с преимуществен­ ным образованием фульвокислот. В верхних слоях слабопрони­ цаемых глинистых и черноземных почв в условиях умеренной

5Т

влажности и при отсутствии сквозного проветривания накапли­ ваются основания, мелкодисперсные фракции почвы и гумус

•с преимущественным содержанием гумииовых кислот [158, 160]. Кроме того, в зависимости от водного режима перемещение радиоизотопов по профилю почв будет происходить в резуль­ тате конвективного переноса их с током воды или под действием процесса диффузии. В увлажненных песчаных почвах преобла­ дает перенос с нисходящим током воды, в слабопронпцаемых глинистых почвах — ионная пли молекулярная диффузия [164—166]. Все эти факторы влияют на поведение радиоизото­ пов, осаждающихся на поверхности земли [12, 13, 8]. Основное количество их задерживается в верхнем слое почвы. Причем в зависимости от типа почв вертикальное распределение в них радионуклидов различно. Достаточно отметить, что в глинистых

В более легких почвах они проникают на глубину нескольких десятков сантиметров. Например, по данным некоторых авто­

хуже перемещается по ее профилю, нежели Sr90, считают, что

•58

стые.

Как показали результаты проведенных исследований в Бело­ русско-Украинском полесье, основная часть Cs137 в песчаных, супесчаных и суглинистых почвах изучавшихся районов нахо­ дится в слое 0—10 см, являющемся зоной размещения актив­ ных корней пастбищных растений. Причем 40—80% изотопа

Мещерской иизменности.

Результаты определения содержания Cs137 в почвах Бело­ русско-Украинского полесья и Мещерской низменности пред­ ставлены в табл. 4.2. Как видно из таблицы, среднее содержа-

Т а б л и ц а 4.2

Содержание цезия-137 в почвах Белорусско-Украинского полесья и Мещерской низменности, п к ю р и і к г

мне Cs137 в подгруппах почв Іа, Іб, Ів практически одинаково и несколько ниже среднего содержания изотопа в подгруппах Па и ІІб. Это вызвано, по-видимому, неодинаковой прочностью

•сорбции почвами разного типа.

В верхнем слое супесчаных и суглинистых почв в связи со

.значительной прочностью сорбции Cs137 задерживается большая

59