Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиационный контроль на продовольственных рынках. Учебное пособие.pdf
выведения (Т
ТТ
ТТ
). Уменьшение концентрации радионуклидов проис-
эфф
ходит за счет двух основных факторов – это радиоактивный распад
и обмен веществ.
Эффективный период полувыведения определяют по формуле:
·
=
физ биол
физ биол
Т
эфф
,
+
где Т
– физические процессы, обусловленные радиоактивным рас-
физ
падом, т.е. период полураспада радионуклида – время, за которое количество радионуклида за счет распада ядер уменьшится в два раза;
Т
– физиологические процессы, обусловленные обменом ве-
биол
ществ, т.е. биологический период полувыведения – время, за которое
выводится половина поступившего количества радионуклида.
Эффективный период полувыведения короткоживущих радионуклидов определяется периодом полураспада, долгоживущих –
биологическим периодом полувыведения.
Радионуклиды быстро выводятся из тканей с высокой скоростью обмена веществ, т.е. из мышечной ткани. Водорастворимые
и свободные радионуклиды, которые хорошо всасываются в кровь
(натрий, цезий, калий, йод), выводятся через почки. Радионуклиды,
которые плохо всасываются (кальций, стронций, барий, церий, кобальт), выводятся через желудочно-кишечный тракт. Эффективный
период полувыведения цезия-137 из мышечной ткани КРС составляет 20–30 суток, причем 35 % цезия-137 выводится через 3 суток.
Остеотропные радионуклиды выводятся очень медленно. Для выведения радионуклидов используют различные методы, ускоряющие выведение из первичных мест поступления, а также методы,
способствующие выведению радионуклидов из органов и тканей
организма.
Важным объектом исследования при радиохимическом анализе
на содержание цезия-137 является мясо разных животных. При исследовании трех видов мяса (говядины, баранины и свинины) наибольшая концентрация этого радионуклида установлена в баранине;
в говядине в 2 раза меньше, а в свинине – в 3 раза, а вот в оленине
в 10 раз выше, чем в мясе других животных. Высокое содержание
131
его в оленине обусловлено тем, что олени в зимний период питаются
мхами и лишайниками, в которых большая концентрация цезия-137.
При нахождении кур-несушек на загрязненной местности радиоактивные вещества попадают в яйцо. Суммарное количество радиоактивных веществ, выводимых из организма кур с яйцами, невелико
(сотые доли процента от поступившего количества радиоактивных
веществ в организм).
В яйце радиоактивные вещества распределяются неравномерно. Независимо от «возраста» радионуклидов, подавляющая доля
радиоактивности сосредоточивается в скорлупе. При этом по мере
отдаления срока яйцекладки после выпадения радиоактивных веществ их абсолютное содержание в яйцах убывает, но относительная
радиоактивная загрязненность скорлупы (по отношению к общему
количеству радиоактивных веществ в яйце) непрерывно нарастает,
в то время как в белке и желтке отмечается уменьшение загрязненности. В скорлупе откладывается стронций, в белок наиболее интенсивно включается цезий-137, причем его концентрация в белке
в 2–3 раза выше, чем в желтке. При длительном поступлении количество цезия-137 в яйцах быстро возрастает, равновесие наступает
примерно через неделю, причем в белке быстрее, нежели в желтке.
Концентрации цезия-137 в желтке и белке составляют соответственно 0,3–0,5 и 1,6–2,4 %. В желтке накапливается йод-131, концентрация которого в 20–50 раз больше, чем в белке и скорлупе.
5.4 Физико-химическое состояние радионуклидов в воде, почве, кормах, органах и тканях животных
Радионуклиды, попадая на земную поверхность из стратосферы и тропосферы, в осадках от подводных, надводных, надземных
и наземных ядерных взрывов, а также в продуктах аварийных выбросов и ядерных энергетических установок, могут, минуя почву, непосредственно поступать в растения и далее переходить в организм
животных и продукты животноводства. При этом содержание радионуклидов в кормах и продуктах животноводства (при одной и той
же плотности выпадений) оказывается в 10–1000 раз выше, чем при
поступлении через корневую систему в растения и далее в продукты
животноводства.
132
Поскольку в зависимости от характера выброса радиоактивных
веществ, атмосферных явлений, почвенного покрытия, химических
и физических свойств радионуклидов содержание их в сельскохозяйственных объектах может варьировать в широком диапазоне, для
специалистов сельского хозяйства крайне важно знать общие закономерности и средние значения параметров миграции радиоактивных веществ по пищевым цепям в связи с особенностями питания
растений и животных.
При непрерывных глобальных выпадениях радионуклидов
наибольшее содержание их обнаруживается в продуктах растениеводства.
Например, концентрация стронция-90 и цезия-137 в кормах
превосходит концентрацию их в молоке соответственно более чем
в 133 и 31 раз, а в мясе – в 50 и 9 раз. Наибольшей подвижностью
в цепи воздух – растения – животные – продукты животноводства
характеризуются стронций-90, йод-131, цезий-137, менее подвижны
рутений-106 и церий-144. Причины различного поведения радионуклидов в указанных звеньях миграции, очевидно, связаны с химической природой радионуклида, обуславливающей особенности
фиксации его на растениях и переход в молоко и мясо.
Оценка возможностей снижения содержания радионуклидов
в объектах внешней среды выдвигает необходимость знания состояния и формы их в этих объектах.
Так, 74 % стронция в глобальных выпадениях находится практически полностью в водорастворимой форме, а цезий в значительно меньших размерах – 45 %. В воде они образуют малорастворимые
соединения. Напротив, подвижность радиоактивных нуклидов выпадений в почве довольно высока: около 60 % стронция-90 обнаружено
в обменной форме, а церия-144 – около 13 %. В почве радионуклиды
находятся в разном физико-химическом состоянии. Поскольку накопление радионуклидов из почвы растениями определяется относительной биологической доступностью и изменением ее с течением
времени, необходимо располагать данными о состоянии и формах
нахождения радионуклидов в почвах. Это важно еще и потому, что
система почва – растение – это начальная ступень экологического
цикла, которая играет весьма важную роль в переносе радионуклидов из внешней среды в организм животных и человека.
133
106
137
При внесении 89Sr,
Ru,
144
Cs,
Се к четырем образцам почв,
имеющих различное содержание обменных катионов, обменного
кальция Са2+ и различающихся по величине рН, показано, что Sr
присутствует в почве в обменной, необменной и водорастворимой
формах. Количество водорастворимого Sr было наибольшим в почве
с низким рН и минимальным содержанием обменного Са+. Практически весь радиоактивный стронций находится в почве в подвижной
форме, в то же время как основная часть цезия сорбируется в почве
достаточно прочно и лишь 1 % его может переходить в водную вытяжку и менее одной трети – в раствор ацетата аммония.
Изучение форм соединений радионуклидов в почвах позволяет
понять механизмы поступления их в растения и наметить пути ограничения миграции в трофических цепях. В растительных продуктах, например, основное количество поступившего радиостронция
(50–80 %) входит во фракции гемицеллюлоз и крахмала, 6–40 % находится в легкорастворимой форме и менее 10 % связано с клетчаткой и другими фракциями. Цинк в кормах, богатых фитатами, представлен в форме кальций-цинк-фитата, которая очень трудно усваивается поросятами. Радиоизотопы таких микроэлементов, как Сu,
Со, I, Fe, Мn, могут находиться в кормовых продуктах в форме металлорганических или хелатных комплексов, обладающих меньшей
стабильностью, всасываются лучше. Нахождение железа в разных
физико-химических состояниях в злаковых и бобовых травах обуславливает разную его доступность в организме; из первых железо
более доступно, чем из вторых.
Сведений о физико-химических формах радионуклидов в кормовых растениях очень мало, но даже ограниченная информация
позволяет утверждать, что для оценки перехода радионуклидов из
рациона животных в продукты животноводства результаты одних
химических и радиохимических анализов кормов являются недостаточными. Для этого необходимы сведения о биологической доступности радионуклидов в кормах. Физико-химическое состояние радиоактивных продуктов и нейтронной активации в органах и тканях
животных исследовано более подробно, чем в кормах, хотя еще нет
общепринятых методов изучения минералорганических комплексов.
В то же время при разработке проблемы защиты животных от действия инкорпорированных радионуклидов первостепенное значение
134
имеет изучение процессов комплексообразования радионуклидов со
структурными элементами тканей. Последнее обстоятельство связано с тем, что обмен радионуклидов в органах и тканях зависит от
совокупности различных причин, в том числе и от физико-химического состояния элементов в них.
Распределение радионуклидов в организме млекопитающих
не зависит от вида животных, но для гидролизуемых элементов оно
тесно связано с рН исходного раствора. Переход таких элементов,
как иттрий, бериллий, церий, от молекулярно-дисперсного состояния к коллоидному сопровождается изменением типа распределения
от «скелетного» к «печеночному». При этом наблюдаются понижение отложения элемента в скелете, почках и увеличение накопления
в печени и селезенке.
Распределение радионуклидов по органам и тканям в ближайшие периоды после поступления в кровь может отличаться от распределения в условиях хронического введения в организм или отдаленные сроки после разового и хронического введения. Известно, что основным органом накопления йода является щитовидная
железа. Однако через сутки после разового орального поступления
йода-131 овцам в щитовидной железе откладывается не более 10 %,
а в остальных органах и тканях – около 50 % введенного количества
радионуклида. На 14-е сутки после введения йода-131 животным наблюдалась иная картина: вследствие перераспределения в щитовидной железе обнаружилось уже 18 %, а в остальных органах и тканях
– лишь 14 % поступившего в организм.
Изменяется распределение по органам и тканям со временем
после введения стронция-90. Так, через 24 часа после орального введения радионуклида кроликам и овцам в мягких тканях у молодых
животных было найдено до 3,9 %, у взрослых – до 35,5 % введенного
количества стронция-90. В опытах на свиньях, козах, крупном рогатом скоте и курах было показано, что при хроническом введении
93–99 % радионуклида, отложенного в организме, сосредоточивается в костной ткани.
Распределение молодых продуктов ядерного деления у крупного рогатого скота, забитого через 14 суток после поступления
радионуклидов, носило «печеночный» характер. Среди таких органов, как почки, печень, щитовидная железа, наибольшее количество
135
радионуклидов обнаружено в печени (более 10 % их содержания
в организме).
В основном это значение обусловлено присутствием в печени
молибдена-99. В отличие от этого на 4-е сутки после поступления
продуктов деления 5 % суммарного содержания радионуклидов
в организме также приходилось на печень, содержащую, главным
образом, теллур-132. Однако концентрация его быстро уменьшается
и на 11-е сутки после затравки не превышает 0,6 % общей радиоактивности указанного органа. Концентрация радионуклидов
в скелете и мышцах меньше, чем в паренхиматозных органах,
но в костной ткани она всегда выше, чем в мышцах. По общему содержанию молодых продуктов ядерного деления первое место занимает мышечная ткань, в связи с ее относительно большой массой,
а затем костная. У коров, овец и свиней, убитых в течение недели
после поступления смеси молодых радионуклидов с кормом, в мышцах обнаруживалось 20–40 %, а в скелете 10-30 % количества радионуклидов, обнаруженных в организме, т.е. в туше сосредоточивалось
более половины депонированных в организме радиоактивных веществ. В мышечной ткани в основном накапливается молибден-99,
а в костной – стронций-89, барий-140 и лантан-140.
Концентрация йода-131 в различных органах и тканях жвачных и их экскретах находится в определенном соотношении с концентрацией в крови. Концентрация йода-131 в крови составляет
37·1010 Бк/г, в мышцах, селезенке, поджелудочной железе – такая
же, а в других органах больше: в почках, печени, яичках в 2–3 раза;
в слюнной железе, моче в 3–5 раз; в молоке, кале в 5–15 раз и в щитовидной железе в 10 000 раз.
Основным местом отложения стронция в организме является
скелет, но часть нуклида задерживается в мышечной ткани и паренхиматозных органах. Наиболее высокие концентрации стронция-90
отмечены в почках, печени и легких, а минимальные – в сердце, селезенке и мышцах. Между возрастом животных и концентрацией
радионуклида в паренхиматозных органах и тканях имеется определенная взаимосвязь. Как правило, у 3-, 6-месячных телят стронций-90 в органах и тканях концентрируется в больших количествах,
чем у животных 18- и 23-месячного возраста. Поэтому при оценке
136
оптимального возраста и срока убоя крупного рогатого скота на мясо
после однократного орального поступления стронция-90 в организм
отмеченные различия необходимо учитывать, поскольку они могут
иметь важное практическое значение.
Всосавшийся в кровь кальций-45, так же как и стронций-90,
переходит в органы и ткани и депонируется, главным образом, в скелете. Уже через 1 сутки после проникновения радионуклида в организм крупного рогатого скота основное его количество откладывается в костной ткани. При этом чем старше животные, тем меньшее
количество радионуклида концентрируется в организме. Так, если
у 3-месячных телят в 1 кг костной ткани содержится 2,3 % введенного количества кальция-45, то у 18-месячных – в 7,7 раза меньше.
При пастбищном содержании и кормлении коров поступление
изотопов в молоко происходит наиболее интенсивно, особенно в условиях внешнего загрязнения растений. При среднем уровне травостоя корова в сутки потребляет корм со 160 м2 пастбища. В таких
условиях максимальная концентрация
131
I в молоке наблюдается на
4–5 сутки после выпадения.
Так как содержание радионуклидов в продукции животноводства находится в прямой зависимости от содержания их в растениях
и почвах, то для составления прогноза вероятного поступления радионуклидов в рационы животных необходимо располагать количественными характеристиками, связывающими концентрацию радионуклидов в почвах и продукции животноводства.
Под коэффициентом перехода понимают отношение содержания радионуклида в каждом последующем звене пищевой цепочки
к предыдущему.
Для звена почва – молоко по интенсивности перехода радионуклиды располагаются в следующей последовательности: калий –
кальций – цезий – стронций.
Вопросу распределения радионуклидов в животном организме
посвящено значительное число работ. Исследования в этом направлении необходимы не только для расчета тканевых доз, например, от
стронция-90 в различных участках скелета и окружающих его тканей, но и установления содержания радионуклида в целом скелете
по концентрации в отдельных костях.
137
Контрольные вопросы и задания
1. Какие научно-практические вопросы решает сельскохозяй-
ственная радиоэкология?
2. Под влиянием каких факторов формируются естественные
и искусственные источники ионизирующих излучений?
3. Какие источники ионизирующих излучений относятся к есте-
ственным?
4. Назовите наиболее опасные для биосферы продукты ядер-
ных взрывов.
5. Каким образом происходит радионуклидное загрязнение
окружающей среды?
6. Каковы характерные черты внешнего загрязнения расти-
тельности?
7. Как можно снизить поступление радионуклидов Сs-137
и Sr-90 в растениеводческую продукцию, от каких показателей почвы (физических, химических) зависит этот процесс?
8. Каким образом радионуклиды мигрируют в окружающей
среде?
9. Как радионуклиды поступают в организм сельскохозяйственных животных?
10. Каковы основные закономерности поступления радионуклидов в молоко?
138
Глава 6
Радиационная экспертиза
и радиологический мониторинг объектов
ветеринарно-санитарного надзора
6.1 Системы и методы радиологического контроля
Основная задача радиологических отделов и групп – контроль
за радиоактивной загрязненностью объектов ветеринарного надзора
и продуктов питания, выпускаемых предприятиями мясной и молочной промышленности, а также продукции животноводства и растениеводства, поступающей на рынки.
В целях выполнения задач по контролю за радиоактивной загрязненностью объектов ветеринарного надзора радиологические
отделы выполняют следующие функции: организуют отбор проб
объектов ветеринарного надзора и проводят исследования на наличие радиоактивных веществ; проводят по единым методикам радиометрические, радиохимические, спектрометрические исследования
основных компонентов рациона сельскохозяйственных животных,
в том числе птицы (грубые, сочные, концентрированные корма, корнеклубнеплоды), воды, используемой для поения животных, продуктов животноводства, животноводческого сырья в хозяйствах
и других учреждениях на территории республики, края, области,
района; обобщают и анализируют результаты радиометрических
и радиохимических исследований и на основе их принимают решения или дают предложения о возможности использования продуктов
животноводства. Также осуществляют контроль за уровнем радиоактивности объектов ветеринарного надзора, ввозимых из-за рубежа
и вывозимых за рубеж, и выдают рекомендации о возможности их
использования; анализируют радиационную обстановку животноводства республики, края, области, района; информируют органы
ветеринарной службы, а также здравоохранения о всех случаях обнаружения повышенной радиоактивности исследуемых объектов.
Специализированные радиологические группы осуществляют
контроль: за гамма-фоном на территории ветеринарных лабораторий, рынков, предприятий мясной и молочной промышленности;
139
за загрязненностью радиоактивными веществами производственных
и складских помещений, технологического оборудования, транспорта, тароупаковочных материалов.
Радиационный контроль обеспечивают радиологические отделы ветеринарных лабораторий. Его осуществляют в двух формах:
текущий и предупредительный. Текущему радиационному контролю подлежит продукция, поступающая от сельскохозяйственных
предприятий и населения на хранение, переработку или реализацию
через рыночную торговлю. В систему предупредительного радиационного контроля входят контрольные проверки на местах: во время вегетации растений для подтверждения правильности прогноза
содержания радионуклидов в ожидаемом урожае; для определения
содержания радионуклидов в пастбищной растительности и зеленой подкормке в летний период, а также в кормах, заготовленных на
стойловый период.
Подходы к организации текущего контроля могут быть различными, в зависимости от масштабов распространения радиоактивных
веществ и характера загрязнений окружающей среды.
В зависимости от поставленных задач текущий контроль осуществляют в масштабах страны (при стратосферных выпадениях),
отдельных регионов (при авариях с выбросом в окружающую среду
большого количества радиоактивных веществ) или в пределах ограниченных участков местности. Подходы к организации системы радиологического контроля в каждом случае различны, хотя цель одна.
При глобальных выпадениях контроль за радиационной обстановкой проводят с целью получения усредненных данных, характеризующих уровни загрязнения объектов ветеринарного надзора
и дозы излучения, получаемой животными на загрязненной территории (области, республике или стране). Поэтому систему контроля
строят на организации и проведении длительных систематических
наблюдений, имея в виду получение данных, характерных для достаточно обширных зон. Объекты контроля – радиоактивные осадки,
атмосферный воздух, почва, водоемы, растительность и продукты
животноводства. Определяют уровень загрязнения объектов ветеринарного надзора радиоактивными веществами, дозы ионизирующей
радиации на местности, а также проводят сбор материалов, позволяющих выявить особенности, установить закономерности и оценить
140