Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы радиационной безопасности. Пособие для студентов инженерно-технических специальностей
.pdf
Во-первых, из-за длительного истечения (10 дней) радиоактивной струи менялся состав выбросов. С первым и вторым выбросом из
реактора вышли радиоактивные газы (Кr, Хе, Н
3
) и радионуклиды,
входящие в состав ядерного топлива и образовавшиеся при его частичном распаде. Продолжавшееся несколько суток горение графита
постепенно расплавило активную зону, и при высокой температуре
начали испаряться тугоплавкие элементы (Zr, Ba, Sr). Для того чтобы
прекратить горение графита в реакторе, с воздуха в него было сброшено несколько тысяч тонн различных материалов, в том числе и
свинец. Последний, имея низкую температуру плавления, испарялся
и загрязнял окружающую среду. Так было и с другими веществами,
которые сбрасывались в раскаленный реактор. В воздух поднимались сотни килограммов аэрозольных частиц и пыли, которые и сами
становились радиоактивными, и способствовали увеличению выхода
радиоактивности в атмосферу.
Во-вторых, с изменением направления ветра менялось и направ-
ление движения радиоактивного облака.
В-третьих, происходило неравномерное очищение атмосферы от
радиоактивных изотопов. Легкие частицы поднялись высоко и осаждались медленно (месяцами) по северному полушарию. Более тяжелые аэрозоли оказались в приземном слое атмосферы, откуда с дождями опустились на землю за дни или недели. Анализ загрязненности
территорий позволил выявить два основных типа радиационного
загрязнения почвы.
Первый тип характерен для 30-километровой зоны и примыкающих к ней районов. Он определяется значительной долей трудно растворимых частиц топливной композиции и оплавленных силикатных, карбонатных, графитовых, битумных и других частиц с
включенными в них продуктами деления ядерного топлива.
Второй тип – загрязнение дальней зоны аварии, протянувшейся на несколько десятков и сотен километров от источника выброса.
Для этой зоны характерны выпадения легко- и среднелетучих
нуклидов, сконденсировавшихся на частицах атмосферной пыли, перенесенных ветром на большие расстояния и выпавших на почву с
атмосферными осадками. Районы с таким типом загрязнения обнаруживаются в Могилёвской, Брестской, Гродненской, Минской и на
севере Гомельской области (табл. 7.2).
Наиболее загрязненной территорией Республики Беларусь является юг Гомельской области. Для нее были характерны высокие уровни мощности γ-излучения в первые дни после аварии за счет выпадения йода-131 и других короткоживущих изотопов, а также наличия
стронция-90 и изотопов плутония. Наиболее загрязненными цезием-137
в Гомельской области являются территории населенных пунктов
2
Пенное (72 Ки/км
), Вылево (60 Ки/км2) в Добрушском районе, Ше-
91
Таблица 7.2
Основные показатели загрязнения территории цезием-137 за 1989 г.
Респуб-
лика
Вид с.-х.
угодий
Пашня 256,1 125,7 16,3 2,4
Луга
и пастбища 152,6 87,8 12,1 2,0 86,0
Беларусь
Всего 411,0 216,0 28,3 4,4
Пашня 157,0 26,3 8,0 4,0
Луга
и пастбища 59,2 9,9 4,8 2,9 57,4
Украина
Всего 220,0 54,0 11,0 6,9
Пашня 204,1 44,4 14,1 0,3
Луга
и пастбища 84,3 23,7 3,1 0,1 0,4
Россия
Всего 288,4 68,6 17,2 0,4
Площадь с.-х. угодий, тыс. га, при
уровне загрязнения, Ки/км
5–15 15–40 40–80 >80
Изъято из земле-
2
пользования,
тыс. га
петовичи (60 Ки/км2) в Чечерском районе, Костюковка (60 Ки/км2)
в Кормянском районе.
В Могилевской области наиболее загрязненным цезием-137 является целый ряд населенных пунктов в Костюковичском (60–92 Ки/км2) и
Чериковском (65–146,5 Ки/км2) районах. Пятна незначительного загрязнения цезием-137 (5–15 Ки/км2) обнаружены в Брестской (Лунинецкий, Столинский и Пинский районы) и Минской (Воложинский и Солигорский районы) областях. На территории семи районов
Минской области (Воложинского, Солигорского, Борисовского, Березинского, Логойского, Молодечненского и Вилейского) обнаружено загрязнение почвы цезием-137 от 1 до 5 Ки/км2.
В Гродненской области выше 5 Ки/км2 по цезию-137 загрязнение
почвы не обнаружено. В Ивьевском, Новогрудском, Дятловском, Кореличском районах обнаружено загрязнение почвы до 5 Ки/км2.
Только в Витебской области загрязнения почв цезием-137 выше
1 Ки/км2 не обнаружено.
В настоящее время и в перспективе основную радиационную опасность представляют, главным образом, как уже отмечалось ранее, цезий-137 и 134 (табл. 7.3), стронций-90 и плутониевые радионуклиды,
входящие в состав «горячих» частиц. «Горячие», или топливные частицы, – это сравнительно крупные (десятки и более микрон) частички ядерного топлива, выброшенные взрывом, с исключительно высокой радиоактивностью. Помимо плутония и урана, в них содержится
осколочная радиоактивность.
92
Таблица 7.3
Загрязнение Беларуси цезием-137
Показатель
Площадь загрязнения, тыс. км
Проживает населения, тыс. чел. 1263,7 267,4 95,6 9,4
Количество населенных пунктов 1467 929 330 69
2
Уровень загрязнения цезием-137, Ки/км
1–5 5–15 15–40 > 40
22,7 10,3 4,6 2,5
2
В основном «горячие» частицы выпали в южной части Гомельской
области недалеко от АЭС, но в небольшом количестве обнаружены
и в других местах. Большинство стронция-90 также сосредоточено в
30-километровой зоне и вокруг нее.
В результате аварии на ЧАЭС наибольшему загрязнению подверглись леса, особенно хвойные. В них выпало радионуклидов в 5–10
раз больше, чем на пашне, поскольку лес служил естественным фильтром, задерживающим радиоактивные аэрозоли. Площадь загрязненных лесов в Беларуси составляет 910 тыс. га (9,9 % от всей площади
лесов). Основное количество радиоактивного цезия сконцентрировано в подстилке (76 % общего содержания цезия в лесах), в верхнем
20-сантиметровом слое почвы – 22 %, коре – 1, хвое – 0,5, древесине – 0,4 %. Наиболее загрязненными являются леса Наровлянского,
Хойницкого и Брагинского районов.
Луга в результате аварии на ЧАЭС оказались загрязненными в
меньшей степени, чем леса, поскольку ветровые потоки, не испытывая сопротивления на открытых местах, уносили радиоактивные аэрозоли на большие расстояния от места аварии.
7.2. Миграция радионуклидов в природе и при
производстве сельскохозяйственной продукции
Если радиоактивные вещества заброшены в верхние слои атмосферы, то закономерности их переноса и распределения такие же, как
и после ядерных взрывов в атмосфере: многократное огибание Земли
и накопление между тридцатым и пятидесятым градусами широты в
северном и южном полушариях независимо от географического положения места их истечения.
Под миграцией радионуклидов в почве понимают совокупность
процессов, приводящих к перемещению радионуклидов в почве по
глубине и в горизонтальном направлении. К движущим силам, приводящим к миграции радионуклидов в почвах, относятся:
1 – конвективный перенос (фильтрация атмосферных осадков
при их движении в глубь почвы, капиллярный перенос влаги к поверхности в результате испарения);
93
2 – диффузия свободных и адсорбированных ионов;
3 – перенос по корневым системам растений;
4 – роющая деятельность почвенных животных;
5 – хозяйственная деятельность человека.
В результате перемещения радионуклидов в почве и последующего корневого поглощения радиоактивные вещества поступают в части растений, представляющие пищевую и кормовую ценность, и тем
самым включаются в наземные пищевые цепочки.
Накопление радионуклидов в растениях может происходить за
счет:
− удержания части радиоактивных выпадений из атмосферы на
поверхности растений (аэральный путь загрязнения);
− поступления радионуклидов из почвы (основной фактор);
− механического загрязнения растений в процессе уборки урожая
или в результате вторичного ветрового подъема радионуклидов с поверхности почвы.
В настоящее время радиоактивные вещества мигрируют в растения из почвы через корневую систему. Для оценки поступления радионуклидов из почвы в растения наиболее часто используют такой
показатель, как коэффициент накопления (КН), который представляет собой отношение содержания радионуклида в единице массы
растений и почвы соответственно. Из почвы в растения поступают
лишь те изотопы, которые растворяются в воде. Среди выпавших
после аварии на ЧАЭС такими являются изотопы стронция-90 и стронция-89 (КН = 0,02 … 12). Затем из оставшихся к настоящему времени
в почве основных радиоактивных изотопов следует цезий-137 и 134
(КН = 0,02 … 1,1). В гораздо меньшей степени накапливаются расте-
ниями трансурановые элементы, и в частности изотопы плутония.
На накопление радионуклидов сельскохозяйственными растениями влияют их биологические особенности, межвидовые и межсортовые различия, характер почвы, на которой они произрастают.
По аккумуляции цезия-137 и стронция-90 сельскохозяйственные культуры делят на три группы:
− зерновые (ячмень, пшеница, овес) – слабонакапливающие;
− крупяные (просо, гречиха ) – средненакапливающие;
− зернобобовые (фасоль, горох, бобы) – сильнонакапливающие.
Сильнее бобовых накапливают радионуклиды лишайники, мхи,
грибы. Опенки накапливают радионуклиды меньше, чем другие грибы.
Наиболее интенсивно накопление радионуклидов идет в стеблях
и листьях и значительно слабее в плодах. Так, например, в созревших
растениях фасоли стронций-90 распределяется следующим образом:
в листьях 53–68 %, стеблях – 15–28, створках бобов – 12–25 и в зерне – 7–14 %.
94
По концентрации цезия-137 в хозяйственно-ценной части урожая
овощные культуры располагаются в порядке убывания следующим
образом: капуста, картофель, свекла, морковь, огурцы, томаты.
По концентрации стронция-90 эти культуры располагаются в порядке убывания следующим образом: свекла, огурцы, морковь, капуста, томаты, картофель.
Хуже всего радиоактивные элементы всасываются из черноземов.
Далее по этому признаку следуют каштановые почвы, сероземы, серые лесные почвы. Наибольшее количество радионуклидов накапливается в растениях, произрастающих на торфо-болотистых почвах.
7.3. Радионуклиды в организме человека
и животных
В организм человека и животных радионуклиды могут поступать
с пищей и водой (пероральный путь), с воздухом (ингаляционный
путь) и через кожные покровы (перкутанный путь).
Пероральным путем радиоактивные изотопы попадают в организм животного вследствие потребления растений с осевшими на них
радиоактивными частицами; растений, содержащих радионуклиды в
результате корневого поступления; кормов, полученных с использованием загрязненной растительности; частиц загрязненной почвы.
В организм человека радионуклиды поступают вместе с продуктами питания растительного и животного происхождения. Различают
следующие основные пищевые цепочки поступления радионуклидов
в организм человека:
− растительные продукты – человек;
− растения – животные – мясо – человек;
− вода – рыба – человек.
С водой в организм попадает не более 5 % радионуклидов от их
общего содержания в рационе.
С вдыхаемым воздухом поступает примерно 1 % всех попадающих в человеческий организм радионуклидов. Но в некоторых случаях эта величина может быть и более существенной. За сутки взрослый
человек фильтрует через легкие около 22 кубометров воздуха. При
прохождении радиоактивного облака или поднятой с загрязненной
радионуклидами поверхности земли пыли в воздухе может оказаться много взвешенных радиоактивных частиц. Пылевые частицы, на
которых сорбированы радионуклиды, при вдыхании воздуха проходят через верхние дыхательные пути и частично оседают в полости
рта и носоглотке. Отсюда они поступают в пищеварительный тракт.
Остальные частицы вместе с воздухом попадают в легкие, где задерживаются легочными тканями. Крупные частицы размером более 1 мкм
эффективно задерживаются верхними дыхательными путями. В этом
95
случае в легких оседает 20 % вдыхаемых аэрозолей. Если размер частиц менее 1 мкм, то в легких оседает до 90 % вдыхаемых с воздухом
частиц.
В настоящее время наибольшую опасность представляет пероральное поступление в организм стронция-90 и цезия-137.
Радионуклиды, попавшие в организм, поступают в кровь и транспортируются к различным органам и тканям, где частично задерживаются и избирательно концентрируются. В зависимости от этого
распределения различают изотопы, накапливающиеся:
− в скелете (фосфор-32, кальций-45, стронций-90, иттрий-90, цир-
коний-95, барий-140, радий-226, уран-238);
− в отдельных органах и тканях (йод-131 – в щитовидной железе,
железо-59 – в эритроцитах, цинк-65 – в поджелудочной железе, молибден-90 – в радужной оболочке глаз);
− равномерно распределяющиеся по всем органам и тканям (три-
тий, калий-40, углерод-14, рубидий-85, ниобий-95, рутений-106, цезий-137).
В условиях длительного поступления радионуклидов в организм
концентрация их в органах и тканях увеличивается, но через определенный период времени устанавливается равновесие между величиной поступления радионуклидов и их выделением. Начиная с некоторого момента времени, несмотря на продолжающееся поступление
радионуклидов, дальнейшего увеличения их концентрации в мясе,
молоке или яйце не происходит. Например, равновесное состояние
стронция-90 устанавливается на 5–7-е сутки в мягких тканях коров,
овец, коз и на 30–90-е сутки – в мягких тканях свиней, кур. Для цезия-137 равновесие наступает позднее: у овец – через 105 суток, а у
коров – через 150 суток после начала введения. У свиней, получающих стронций-90 с рождения, наибольшая его концентрация в скелете наблюдается через 48 месяцев, в скелете коз и овец – через 105–120
суток, а у коров – через 260–270 суток послеродовой жизни. Наибольшая концентрация в щитовидной железе животных йода-131
при длительном его поступлении в организм наблюдается на 10–15е сутки. Накопление йода-131 щитовидной железой по сравнению с
другими органами примерно в 100 раз больше.
Переход радионуклидов в мясо и субпродукты из рациона животных определяется физико-химическими свойствами радионуклидов,
а также видовыми особенностями и возрастом животных.
При всасывании из желудочно-кишечного тракта радиоактивных
изотопов вводится понятие коэффициента всасывания. Он характеризует долю вещества, поступающую из желудочно-кишечного
тракта в кровь. Коэффициент всасывания зависит от природы и химических особенностей изотопа и может колебаться от сотых долей
(цирконий, ниобий, редкоземельные элементы) до нескольких (руте-
96
ний, полоний) десятков (фосфор, стронций, радий) и более ста (тритий, калий, йод, цезий) процентов.
Влияние физико-химических особенностей радионуклидов на их
способность накапливаться в разной степени хорошо иллюстрируется на примере кур и яиц. Переход стронция-90 из рациона кур в
яйцо не превышает 40–60 % суточного поступления радионуклида.
Максимально его содержание в скорлупе (96 %), далее следует желток (3,5 %), а минимальное количество приходится на белок (0,5 %).
У кур-несушек, длительно получавших с кормом цезий-137, с одним
яйцом из организма выделяется 1,6 % этого радионуклида от суточного его поступления. При этом 68,7 % его содержится в белке, 25 – в
желтке и 6,3 % – в скорлупе. При введении курам-несушкам йода-131
в одно яйцо переходит не более 9 % суточного поступления радионуклида. Распределяется йод-131 по компонентам яйца следующим
образом: желток – 99,23 %, белок – 0,64 и скорлупа – 0,13 %.
Таким образом, стронций-90 концентрируется преимущественно
в скорлупе, цезий-137 – в белке, йод-131 – в желтке.
Молодые растущие организмы задерживают радионуклиды всегда интенсивнее, чем взрослые.
Радионуклиды, поступающие в организм, не только концентрируются в органах и тканях, но и выводятся из них через желудочнокишечный тракт, почки, легкие, кожу и молочные железы. Наиболее
быстро удаляются из организма йод-131, цезий-137 и другие радионуклиды преимущественно через почки. Радионуклиды стронций-90,
89, рутений-106, церий-144 удаляются в основном через желудочнокишечный тракт.
Время пребывания радионуклидов в организме определяется, с
одной стороны, периодом полураспада Т
, а с другой – периодом их
1/2
полувыделения из организма ТБ, представляющего время, в течение
которого количество радиоактивных изотопов в организме уменьшается вдвое (табл. 7.4).
С учетом этого вводится эффективный период Тэф, представляющий время, в течение которого активность изотопа уменьшается
вдвое:
Т
эф
ТТ
1/2
=
ТТ
+
1/2
Á
.
Á
Данные об эффективном периоде полувыделения радионуклидов
организмом человека приведены в таблице 7.5.
При отсутствии поступления извне радионуклиды удаляются из
мышечной и нервной тканей за 5–30 дней, из печени, почек, селезенки – за 1–2 месяца, из лимфатических узлов – за 2–3 года.
Для оценки суммарного содержания радионуклида в организме
служит отношение максимально накопленного количества данного
элемента в организме или органе к величине ежедневного поступле-
97
Коэффициенты всасывания и периоды полувыведения радиоактивных
Таблица 7.4
изотопов
Элемент Изотоп
Тр ит и й H
Углерод C
Калий K
Стронций Sr
Йод I
Цезий C
Плутоний Pu
3
14
40
, K
90
131
137
239
Коэффициент всасывания
из желудка и
кишечника
из легких
1,0 1,0 12 12,3
1,0 0,75 10 6730
42
1,0 0,75 58 1,29 · 10
0,3 0,45 18 000 29,1
1,0 0,75 120 8,04 сут
s 1,0 0,75 70 30
0,0005 0,25 65 000 2,4 · 10
Т
Б
сут
,
T
лет
1/2
,
9
4
Таблица 7.5
Эффективный период полувыделения радионуклидов некоторыми
критическими органами
, сут
Т
Орган
Sr
90
эф.
131
I
Cs
137
Все тело 5700 7,6 70
Мышцы – – 138
Кости 6400 – 138
Легкие – – 138
Щитовидная железа – 5,6 –
ния. Это отношение называется кратностью накопления, которая зависит от всасывания изотопа, скорости его выведения из организма,
периода полураспада (табл. 7.6).
Если кратность накопления велика, то это означает, что элементы
способны накапливаться в отдельных органах и причинять вред организму.
Рассмотрим кратко поведение в организме человека основных
радионуклидов, формирующих в настоящее время дозу внутреннего
облучения.
Радиоактивный изотоп стронция-90, всасываясь через кишечную
стенку, избирательно накапливается в костной ткани. Его β-излуче ние
особенно опасно тем, что стронций-90 концентрируется по соседству с
самым радиочувствительным органом человеческого тела – костным
мозгом. При этом поражается система кроветворения, страдает иммунитет и могут развиться злокачественные перерождения крови –
лейкозы. Этот радионуклид очень медленно выводится из организма,
прочно фиксируясь в костях. При этом костная ткань детей, особенно
98
Таблица 7.6
Кратность накопления радионуклида в критических органах
Орган или ткань Элемент Кратность накопления
Щитовидная железа
Скелет
Мышцы К
в расчете на 1 кг массы
131
I
90
Sr
226
Ra
137, 134
Cs
40
164
91
46
2,6
1,4
в возрасте 1-2 года, накапливает его в 4 раза быстрее, чем взрослых.
Общее количество стронция-90 в организме при постоянном поступлении с пищей увеличивается с течением времени, и его вклад в дозу
внутреннего облучения становится все более весомым.
Изотопы цезия-137 и 134 являются основными дозообразующими
изотопами после аварии на ЧАЭС вследствие очень большого выброса, длительного периода полураспада и высокой химической активности. Внутреннее облучение этими изотопами в основном обусловлено поступлением их по пищевому тракту, а в сильно загрязненных
районах – и с вдыхаемой пылью. В организме человека изотопы цезия быстро проникают в кровь и равномерно распределяются по всем
органам и тканям. Большая часть этих изотопов попадает в мышцы.
Выводятся изотопы цезия через почки и кишечник (в соотношении
4:1), причем половина поступивших радиоактивных веществ при прекращении поступления в организм у взрослых выводится за 80–170
дней, а у детей – вдвое быстрей.
В настоящее время изотопы цезия продолжают поступать в организм с пищевыми продуктами, и их воздействие на организм зависит
от соотношения скоростей поступления и выведения. В результате
радиоактивного распада цезий-137 испускает электроны и γ-кванты, которыми все тело человека облучается практически равномерно
вследствие большой проникающей способности γ-излучения. Большая концентрация в организме изотопов цезия обычно приводит к
угнетению кроветворной, сердечно-сосудистой, эндокринной систем,
а в дальнейшем – к развитию опухолей.
Поведение изотопов плутония-238, 239, 240, 241 в организме человека изучено пока недостаточно. Известно, что они накапливаются
преимущественно в скелете. Изотопы плутония являются источником α-излучения, радиационное воздействие которого обычно характеризуется коэффициентом качества, равным 20, что свидетельствует о высокой степени опасности этого излучения. Экспериментально обнаружено, что плутониевые радионуклиды входят в состав так
называемых "горячих" частиц, обладающих исключительно высокой
99
радиоактивностью. Попадая в легкие с вдыхаемым воздухом, "горячие" частицы могут "прожигать" и "омертвлять" близлежащие ткани.
Поскольку водород и углерод являются основой органической
жизни, их радиоактивные изотопы тритий и углерод-14 при попадании в организм человека равномерно разносятся по всем органам и
тканям и включаются в биологические процессы жизнедеятельности
организма, несмотря на то, что являются источниками β-излучения.
Вопросы для самоконтроля
1. Когда произошла авария на Чернобыльской АЭС, что явилось причиной
этой аварии?
2. Какие стадии различают в аварии на Чернобыльской АЭС?
3. Чем обусловлена неравномерность загрязнения радионуклидами террито-
рий вокруг Чернобыльской АЭС?
4. Какие радионуклиды, выброшенные из реактора Чернобыльской АЭС, за-
грязняют в настоящее время территорию Гомельской области?
5. Что является причиной миграции радионуклидов в почвах?
6. Что такое эффективный период полувыведения радионуклидов?
7. Какие пути поступления радионуклидов в организм животных и человека?
8. Где в организме животных и человека концентрируются радионуклиды
стронция?
9. Чем количественно описывается скорость выделения радионуклидов из ор-
ганизма?
8. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ
Проводимые в течение почти 100 лет научные исследования комплексного воздействия радиации на живую ткань человека помогли
многое понять и сузить круг неясных вопросов в области радиобиологии человека. Это понимание пришло в результате проведения
многочисленных экспериментов на животных, хорошо документированных эпидемиологических обследований людей, переживших атомные
бомбардировки Хиросимы и Нагасаки в 1945 г., а также групп лиц,
получивших относительно высокие дозы радиации при проведении
радиотерапии, на производстве и во время аварий.
В теоретическую основу радиобиологии положена модель воздействия радиации на живую материю и ряд принципов, устанавливающих связь между количественными величинами модели и данными о последствиях облучения для здоровья, полученных в результате
облучения животных и людей.
Под биологическим воздействием ионизирующих излучений понимают совокупность морфологических и функциональных изменений в живом организме, связанных с излучением.
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]