Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экология продуктов питания. Учебное пособие
.pdf
3. ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОГО
СЫРЬЯ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Немногим более ста лет назад человечество впервые узнало о существовании ионизирующего излучения и радиоактивности. В 1896 году
французский физик Антуан Анри Беккерель обнаружил, что любые
минералы, в состав которых входят соединения урана, испускают ранее неизвестное науке излучение, которое назвали радиоактивным.
Позднее ученые Пьер и Мария Кюри установили, что торий, полоний
радий тоже радиоактивны. В настоящее время общее число известных
радионуклидов превышает 1800.
В результате биологического действия радиации на живые организмы нарушаются нормальные биохимические процессы. Поэтому
для предупреждения попадания радиоактивных веществ в организм
человека необходим постоянный контроль их концентрации в продуктах питания, особенно в районах с неблагоприятной экологической
обстановкой.
3.1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАДИОАКТИВНОСТИ
И ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЯХ
и
Радиоактивность – это самопроизвольный распад атомных ядер
некоторых элементов, приводящий к изменению их атомного номера и
массового числа. Радиоактивный распад не может быть остановлен
или ускорен, он осуществляется со строго определенной скоростью.
Вещества, имеющие в своем составе радиоактивные нуклиды,
называют радиоактивными.
Распад радиоактивных
зирующих излучений, каждое из которых характеризуется своими физико-химическими свойствами (рис. 5):
альфа
заряженных частиц, скорость которых может достигать 20 000 км/с;
вследствие наличия положительного заряда
магнитном поле (к северному полюсу) (рис. 6);
-излучение представляет собой поток положительно
()
элементов сопровождается потоками иони-
частицы отклоняются в
-
31
Рис. 5. Разделение излучения радиоактивных
веществ в магнитном поле
238
92
U →
4
He +
2
Рис. 6
234
Th+Q
90
бета (β)-излучение – поток отрицательно заряженных частиц,
движущихся со скоростью света; вследствие наличия отрицательного
заряда электроны отклоняются в магнитном поле (к южному полюсу)
(рис. 7);
гамма (γ)-излучение – коротковолновое магнитное излучение,
близкое по свойствам к рентгеновскому; распространяется со скоростью света, в магнитном поле не отклоняется
, обладает высокой
энергией – от нескольких тысяч до нескольких миллионов электронвольт (рис. 8).
32
40
K → β-+
19
Рис. 7
Рис. 8
40
Ca+ν
20
Различают естественную радиоактивность, присущую радионуклидам, встречающимся в природе, и искусственную, свойственную
радионуклидам, полученным искусственно в результате ядерных реакций.
Физическая величина, характеризующая число радиоактивных распадов в единицу времени, называется активностью нуклида: чем
больше радиоактивных превращений происходит в радиоактивном веществе – нуклиде в единицу времени, тем больше его активность.
Радиоактивные вещества обладают радиоактивностью только до
тех пор, пока в них происходят ядерные превращения. По истечении
определенного времени они становятся нерадиоактивными, превращаясь в стабильные изотопы. Для оценки продолжительности жизни радионуклида введено понятие «период полураспада».
Период полураспада – это время, в течение которого радиоактивность вещества в среднем уменьшается вдвое. Период
полураспада
различных радионуклидов колеблется в широких пределах.
Периоды полураспада некоторых радионуклидов: йод-133 – 20,8 ч;
йод-131 – 8,05 суток; цезий-144 – 284 суток; рутений-106 – 1 год; цезий-134 – 2,1 года; цезий-137 – 30 лет; стронций-90 – 28 лет; плутоний-239 – 20 000 лет.
33
Принято считать, что вещество становится нерадиоактивным по
истечении 10 периодов полураспада.
Для измерения радиации существуют старые единицы (бэр, рад,
кюри) и новые – беккерель, грей, зиверт.
Беккерель (Бк) – единица радиоактивности, равная одному ядерному превращению (или распаду) в секунду. Для определения количества (концентрации) радиоактивного вещества в единице массы, объема
или на единицу площади используют беккерели на килограмм,
литр, квадратный или кубический метр в зависимости от среды, в которой проводятся измерения (Бк/кг, Бк/л, Бк/м
2
, Бк/м3).
Грей (Гр) – единица измерения поглощенной дозы излучения,
т. е. величины энергии, поглощенной единицей массы облучаемого
вещества. В соответствии с системой СИ 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.
Зиверт (Зв) – единица измерения эквивалентной дозы ионизи-
рующего излучения, применяется для оценки уровня облучения населения. Один зиверт – это эквивалентная доза любого вида
излучения,
поглощенная биологической тканью массой 1 кг и создающая такой же
биологический эффект, что и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения.
Эквивалентная доза – понятие, посредством которого учитывается
неодинаковая биологическая активность различных видов излучения с
помощью безразмерных оценочных коэффициентов, характеризующих
радиационную биологическую активность – коэффициентов качества
излучения. Эквивалентная доза равна произведению поглощенной до
зы на средний коэффициент качества ионизирующего излучения K
(для
-излучения – 10…20; β, γ-излучений – 1) в данном элементе
объема биологической ткани, т. е. 1 Гр × K = 1 Зв.
Для оценки ущерба здоровью человека при неравномерном облучении введено понятие эффективной эквивалентной дозы Н
, приме-
эф
няемой при оценке возможных злокачественных образований, которая
рассчитывается по формуле
-
(1)
, Зв,
mm
где
Зв;
Н WH
эф
– среднее значение эквивалентной дозы в органе или ткани,
H
m
– взвешенный коэффициент, равный отношению ущерба облу-
W
m
чения органа или ткани к ущербу облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах. Значения данного коэффициента для человека приведены в табл. 2.
34
Таблица 2
Значения взвешенного коэффициента
Орган или ткань
Половые железы 0,25 Щитовидная железа 0,03
Молочные железы 0,15 Кость (поверхность) 0,03
Красный костный мозг 0,12 Остальные органы (ткани) 0,30
Легкие 0,12 – –
W
m
Орган или ткань
W
m
W
m
Для оценки ущерба от стохастических эффектов воздействия ионизирующих излучений на персонал или население используют коллективную эквивалентную дозу S, равную произведению индивидуальных
эквивалентных доз на число лиц, подвергшихся облучению.
Летальная доза – доза, определяющая процент смертности после
радиационного облучения. Например,
30
ЛД
50
означает, что в результате
облучения погибнет 50 % в течение 30 суток. Для людей эта доза
находится в пределах 4…5 Зв.
3.2. ИСТОЧНИКИ И ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ
РАДИОНУКЛИДОВ В ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ
До середины ХХ века природные источники ионизирующих излучений были единственными в облучении человека, создавая естественный радиационный фон (ЕРФ). Современный радиационный фон Земли
складывается из трех следующих компонентов:
космическое излучение;
естественные радионуклиды, содержащиеся в почве, воде, воз-
духе, других объектах окружающей среды;
искусственные радионуклиды, образовавшиеся в результате дея-
тельности человека (например, при ядерных испытаниях): радиоактивные отходы, отдельные радиоактивные вещества, используемые в медицине, технике, сельском хозяйстве.
К природным источникам облучения
относят следующие.
Космическое излучение. Доза космогенных радионуклидов прак-
тически полностью обусловлена воздействием изотопа углерода-14,
образующегося при взаимодействии космического излучения с атмосферным воздухом, и составляет 12 мкЗв/год.
35
Ингаляция. Большой вклад в суммарную дозу облучения населе-
ния дает ингаляция долгоживущих природных радионуклидов уранового ряда изотопов радия, их короткоживущих дочерних продуктов,
находящихся в воздухе помещений и атмосферном воздухе, а также
радионуклидов ториевого ряда. Эта доза обусловлена облучением легочного эпителия продуктами радона-222, а также дозой, полученной
за счет растворения
газообразного радона-222 в крови и последующего
облучения внутренних органов человека. Суммарная эффективная доза
при ингаляции составляет около 1260 мкЗв/год.
Потребление пищи и воды. Доза облучения за счет поступления
природных радионуклидов с водой и пищей включает две составляющие.
Доза, обусловленная воздействием калия-40. Эта доза практически одинакова для всех людей и не может быть существенно изменена.
Содержание стабильного калия-39 в организме человека регулируется
водно-солевым балансом. Калий-40 поступает и выводится из орга
низма в постоянном соотношении со стабильным калием. Поэтому содержание калия-40 в организме человека постоянно и не зависит от его
поступления в организм.
Доза, создаваемая радионуклидами уранового и ториевого ряда.
Эта доза пропорциональна годовому поступлению указанных радионуклидов с продуктами питания и водой. Среди радионуклидов уранового и ториевого
ряда наибольший вклад в облучение людей вносит
свинец-210, который возникает при распаде радона-222 и его дочерних
продуктов, содержащихся в атмосферном воздухе. Свинец-210 и образующиеся при его распаде висмут-210 и полоний-210 осаждаются на
земную поверхность, создавая глобальные выпадения природных радионуклидов, что приводит к радиоактивному загрязнению воды, поверхности водоисточников,
травы и сельскохозяйственных растений.
Основной дозообразующий компонент ЕРФ – это земное излучение
от естественных радионуклидов, существующих на протяжении всей
истории Земли. От этих источников человек подвергается воздействию
как внешнего (в результате излучения радионуклидов, находящихся в
окружающей среде), так и внутреннего облучения (за счет радионуклидов, попадающих внутрь организма с воздухом, водой и
продуктами питания). Большинство исследователей считают, что наибольшее
значение имеют источники внутреннего облучения, которые обусловливают примерно от 50 до 68 % ЕРФ.
-
36
Все же основным источником природных радиоактивных элементов, поступающих в организм человека, являются пищевые продукты
(табл. 3).
Таблица 3
Удельная радиоактивность отдельных пищевых продуктов и воды
Продукт
Пшеница 148,0 0,074…0,096
Картофель 129,5 0,022…0,044
Горох 270,8 0,090…0,870
Говядина 85,1 0,029…0,074
Рыба 77,7 0,015…0,027
Молоко 44,4 0,001…0,009
Свинина 33,3 –
Масло сливочное 3,7 0,037…0,110
Вода речная 0,037…0,592 0,009…0,080
Удельная радиоактивность, Бк/кг
по калию-40 по радию-226
Удельная активность изотопов свинца-210 и полония-210 в растительной пище составляет от 0,02 до 0,37 Бк/кг.
Особенно высокая активность свинца-210 и полония-210 обнаружена в чае (до 30,5 Бк/кг). В продуктах животного происхождения
(молоке) удельная активность свинца-210 колеблется в пределах от
0,013 до 0,18 Бк/кг, а полония-210 – от 0,13 до 3,3 Бк/кг.
Таким
образом, суммарная радиоактивность растений в 10 раз вы-
ше, чем тканей животных.
Поверхностные водоисточники могут содержать повышенное количество радионуклидов. Так, в водах курортов Белокурихи, Железноводска активность радона-222 достигает 48 Бк/л.
В настоящее время ЕРФ в результате деятельности человека качественно и количественно изменился. Повышение ЕРФ под влиянием
новых видов
технологической деятельности человека получило название «техногенно усиленный фон». Примерами такой деятельности
служат широкое применение минеральных удобрений, содержащих
примеси урана; увеличение добычи урановых руд; массовое увеличение числа авиационных перевозок, при которых растет космическое
облучение (табл. 4).
37
Искусственные источники облучения
Таблица 4
Годовая доза
Источник
Медицинские приборы (флюорография 370 мбэр, рентгенография зуба 3 мбэра, рентгеноскопия легких 2…8 мбэр)
Полеты в самолете (расстояние
2000 км, высота 12 км) – 5 раз
в год
Телевизор (просмотр программ
по 4 ч в день)
АЭС (при стабильной работе) 0,1 0,001 0,05
ТЭЦ (на угле) на расстоянии
20 км
Глобальные осадки от испыта-
ния ядерного оружия в окружающей среде
Другие источники (добыча
нефти, руды, строительных
и дорожных материалов)
мбэр мЗв
100…150 1,0…1,5 50…75
2,5…5,0 0,02…0,05 1,0…2,5
1,0 0,01 0,5
0,6…6,0 0,006…0,06 0,3…3,0
2,5 0,02 1,0
40 – –
Доля от
природного
фона, %
(до 20 мбэр)
Приведенные данные свидетельствуют о том, что в результате сочетания перечисленных факторов произошло повышение дозы облучения, что способствует увеличению естественного фона.
Среднегодовая эквивалентная доза облучения всего тела естественными источниками ионизирующих излучений была примерно
равна 1 мЗв (100 мбэр). Однако с учетом техногенно усиленного фона
значение эффективной эквивалентной дозы облучения увеличилось в
два раза – до 2 мЗв (200 мбэр) в год.
Следует отметить, что в наиболее развитых странах уровень фоновой радиации достигает 3…4 мЗв в год. Кроме того, с 1971 по 1986 годы
в 14 странах мира на предприятиях атомной промышленности произошло 152 аварии разной степени сложности, с разными последствиями
для населения и окружающей среды.
Для случаев
возникновения радиационных аварий были разработа-
ны временно допустимые уровни (ВДУ) и допустимые уровни (ДУ)
38
поступления радионуклидов внутрь организма с учетом интегральных
(
)
(
)
р
р
р
р
р
фру
фру
–
–
–
поглощенных доз за ряд последующих лет (табл. 5 и 6).
Таблица 5
ВДУ активности йода-131 в пищевых продуктах и питьевой воде
Продукт
Молоко 3700 1 л
Творог 37 000 100 г
Сметана 18 500 200 г
Сыр 74 000 50 г
Масло сливочное 74 000 50 г
Рыба 37 000 100 г
Зелень столовая 37 000 100 г
Вода питьевая 3700 1 л
ВДУ суммарной активности цезия-134, цезия-137,
стронция-90 в продуктах питания и питьевой воде
Продукт
Хлеб и хлебопродукты, крупа, мука и саха
Молоко и кисломолочные продукты, сметана, тво
Молоко сгущенное и концентри-
ованное
Молоко сухое 1850 185
Мясо говяжье, свиное, баранье,
птицы;
Картофель, корнеплоды, овощи,
столовая зелень,
Сухо
Детское питание 185 37
Грибы свежие, дикорастущие ягоды, чай
Грибы сушеные 7400
Лекарственные растения 7400
Вода питьевая 18,5 3,7
ог, сы
ыба, яйца
кты 2960
ВДУ активности
йода-131, Бк/год
цезия-134, цезия-137,
кты,ягоды
Масса среднемаксимального
потребления продукта в сутки
Таблица 6
Активность
Бк/л
Бк/кг
370 37
370 37
1110 111
740 –
582 37
1480 –
Активность
стронция-90,
Бк/л
Бк/кг
39
Величину ВДУ активности радиоактивных веществ в продуктах
питания в этих условиях рассчитывают так, чтобы интегральные дозы
облучения тела человека не превысили 0,1 Зв/год, а дозы облучения
щитовидной железы – 0,3 Зв/год.
Допустимые уровни радиоактивных веществ в загрязненных пищевых продуктах, реализуемых на международном рынке и предназначенных для всеобщего потребления, согласно требованиям
Codex
Alimentarius составляют: для цезия и йода – 1000 Бк/кг, для стронция –
100 Бк/кг, для плутония и америция – 1 Бк/кг.
Однако, поскольку у человека в процессе эволюции не выработались специальные защитные механизмы от ионизирующих излучений
согласно радиационной защите, ожидаемая эффективная эквивалентная доза не должна превышать 5 мЗв за любой год радиоактивного
воздействия.
Пути поступления радионуклидов в организм человека с пищей достаточно сложны и разнообразны:
растение
растение
растение
атмосфера
вода
вода
человек;
животное молоко человек;
животное мясо человек;
осадки водоемы рыба человек;
человек;
гидробионты рыба человек.
Различают поверхностное (воздушное) и структурное загрязнение
пищевых продуктов радионуклидами.
При поверхностном загрязнении радиоактивные вещества, переносимые воздушной средой, оседают на поверхности продуктов, частично проникая внутрь растительной ткани. Более эффективно радиоактивные вещества удерживаются на растениях с ворсистым покровом и
с разветвленной надземной частью, в складках листьев и соцветиях.
При этом задерживаются не только растворимые формы радиоактивных соединений, но и нерастворимые. Однако поверхностное загрязнение относительно легко удаляется даже через несколько недель.
Структурное загрязнение радионуклидами обусловлено физикохимическими свойствами радиоактивных веществ, составом почвы,
физиологическими особенностями растений. Радионуклиды, выпавшие
на поверхности почвы, на протяжении многих лет остаются в ее верх
нем слое, проникая на несколько сантиметров в год в более глубокие
слои. Это в дальнейшем приводит к их накоплению в большинстве
растений с хорошо развитой и глубокой корневой системой.
-
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]