Радиоактивный стронций-90
Источники загрязнения окружающей среды.
Наиболее значимый источник загрязнения внешней среды стронцием-90 — испытания ядерного оружия, причем отмечается отчетливо выраженная локальность выпадений (плотность выпадений зависит от физико-географических и климатических особенностей определенных районов). Поступает во внешнюю среду этот радионуклид также с АЭС и заводов по переработке отработанного ядерного топлива (находится в выбросах в легкорастворимой форме). В условиях нормальной эксплуатации АЭС выбросы радиоактивного стронция незначительны.
Радиоизотопы стронция характеризуются большим выходом в реакциях деления урана и плутония и высокой подвижностью в экологических цепях природной среды. Все это должно быть учтено в конструкции атомных реакторов, при определении продолжительности их эксплуатации и системы обращения с радиоактивными отходами.
Пищевые пути (цепи).
Основные пищевые цепи миграции радиоактивного стронция: атмосфера — растения — человек; атмосфера — почва — растения — человек; атмосфера — почва — растения — животные — человек; атмосфера — водоемы — питьевая вода — человек; атмосфера — водоемы — гидробионты — рыба — человек;
сточные воды — почва — растения — человек; сточные воды — почва — растения — животные — человек; сточные воды — гидробионты — рыба — человек.
Стронций накапливается в зеленых растениях, в частности в злаковых (зерно), ис хлебопродуктами поступает в организм человека. Через сено (корм) он попадает в ткани животных (коров). Поэтому молоко — второй после хлеба путь поступления стронция в организм человека. Наконец, радиоактивный стронций, выпавший на поверхность водоемов или смытый туда поверхностными стоками, легко поглощается одноклеточными водорослями (фитопланктон), по пищевой цепи накапливается рачками и другими мелкими животными (зоопланктон), а затем рыбой.
Концентрация стронция по мере продвижения по пищевой цепи возрастает, в теле некоторых рыб она может быть в десятки тысяч раз выше, чем в воде. Таким образом, рыба, в особенности ее скелет,— другой распространенный пищевой канат поступления стронция в организм человека. Наконец, важным источником радиоактивного стронция являются овощи и плоды.
Стронций по своим качествам, как уже говорилось, весьма близок к кальцию и циркулирует в биосфере вместе с ним. Атмосферный воздух является первичным резервуаром, откуда стронций поступает в водоемы и на сушу. Осаждение радионуклидов из воздуха определяется гравитацией, оседанием на инертной пыли, постоянно присутствующей в атмосфере, и удалением атмосферными осадками (дождем, снегом). Время пребывания частиц радиоактивного стронция в атмосфере составляет 30—40 сут, а в стратосфере — несколько лет.
Почва имеет особое значение как депо радиоактивного стронция (почти весь он находится в подвижной форме). Вначале он скапливается на ее поверхности, а затем медленно перераспределяется по ее профилю. Стронций усваивается твердой фазой почвы значительно слабее, чем радиоактивный цезий. На миграцию радиоактивного стронция в почве влияют: климатические условия, рельеф местности, гидрологический режим, характер растительности, агротехнические мероприятия и вид почвы. Почвы по степени возрастания поглотительной способности радиоактивного стронция, в свою очередь, можно расположить в следующий ряд: чернозем — каштановые — дерново-подзолистые.
В растения радиоактивный стронций может поступать вследствие непосредственного загрязнения наземной их части (в момент выпадения радионуклида и вторичного пылеобразования), поглощения из почвы через корневую систему и орошения водами, его содержащими. Степень задерживания радионуклида на растительном покрове обусловлена особенностями растений, размерами радиоактивных частиц и метеорологическими условиями. Осевший на поверхность растений стронций-90 может ею всасываться. Коэффициент задержки радионуклидов глобальных выпадений дикой и сельскохозяйственной растительностью равен примерно 25 % . Время удаления (дождем, ветром и др.) с травянистых растений 50 % задержанных радионуклидов для зон умеренного климата составляет 1—5 нед. Накопление радиоактивного стронция обратно пропорционально количеству обменного кальция в почве, кроме того, оно зависит от вида и сорта растений. Так, больше всего его накапливается в бобовых, при этом в семенах, плодах и клубнях значительно меньше, чем в листьях и стеблях.
Радиоактивный стронций в основном поступает в организм животных с кормами. Переход радионуклида в продукты животного происхождения зависит от его биологической доступности, видовых и возрастных особенностей животных и их физиологического состояния. У телят, ягнят, козлят и поросят всасывание стронция в несколько раз больше, чем у взрослых животных. Основная часть радиоактивного стронция накапливается в костях, преимущественно в эпифазах (суставах). Таким образом, наибольшее накопление стронция возможно в растущем организме, причем этот радионуклид, осевший в костях, крайне трудно удаляется из организма. По степени его накопления в скелете сельскохозяйственных животных их можно расположить в следующий ряд: крупный рогатый скот — козы — овцы — свиньи — куры. Наибольшее накопление радионуклида отмечается в паренхиматозных органах — печени, почках, легких, минимальное — в мышцах, а особенно — в сапе. По степени отложения радиоактивного стронция в мышцах и паренхиматозных органах сельскохозяйственных животных их также можно составить в ряд: крупный рогатый скот — овцы — куры. У взрослых животных стронций в мягких тканях накапливается в большем количестве, чем у молодых, но у молодых животных он выводится значительно быстрее, чем у взрослых. Увеличение в рационе питания животных кальция ускоряет выведение стронция-90. У лактирующих животных радионуклид в значительных количествах выводится с молоком.
До 96 % радиоактивного стронция содержится в скорлупе яиц, 3,5 — в желтке и 0,5 % — в белке.
Водоемы представляют особую опасность, поскольку в них радиоактивный стронций накапливается. Гидробионтами, в частности рыбами, он усваивается по пищевой цепи и непосредственно из воды. При этом содержание стронция-90 в гидробионтах зависит не только от его концентрации в воде, но и от степени ее минерализации: с ее уменьшением накопление радионуклидов в гидробионтах повышается.
В итоге можно сделать вывод о том, что основным источником поступления радиоактивного стронция в организм человека являются продукты растительного и животного происхождения. Растворимые формы стронция хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте. Особую опасность радионуклид представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в больших количествах в костях. С возрастом усвояемость радиоактивного стронция снижается. Высокое содержание в рационе питания кальция препятствует всасыванию радиоактивного стронция, который относится к наиболее опасным высокотоксичным радионуклидам. Большие его дозы вызывают у человека острую лучевую болезнь, длительное воздействие небольших доз приводит к развитию хронической ее формы. Для последней характерно поражение в отдаленные сроки кроветворной системы, развитие болезней крови (лейкозы) и костных опухолей.
Радиоактивный цезий-137
Среди техногенных радионуклидов особую опасность представляют радиоактивные изотопы цезия, особенно долгоживущий цезий-137 с периодом полураспада 30±0,2 года. Для этого радионуклида характерна высокая подвижность в экологических цепях природной среды и способность накапливаться в ее отдельных звеньях.
Источники загрязнения окружающей среды. Основным источником образования цезия-137 являются испытания ядерного оружия и предприятия ядерной энергетики. В больших количествах радионуклид накапливается в ядерных реакторах в процессе их эксплуатации. В условиях нормальной эксплуатации АЭС радиоактивные выбросы незначительны и зависят от конструкции ядерного реактора, типа систем очистки от радиоактивных веществ и выбрасываемого из станции воздуха, времени эксплуатации реактора и др. Загрязнителями окружающей среды цезием-137 могут также быть заводы по переработке отработавших твэлов. Потенциальные источники поступления цезия-137 в природную среду — сбросы из АЭС радиоактивных веществ в открытые пресноводные водоемы и хранилища радиоактивных отходов. Дозы облучения населения за счет выбросов предприятий топливно-ядерного цикла в условиях их нормальной эксплуатации незначительны и ниже рекомендованных нормативов.
Большая опасность загрязнения окружающей среды радиоактивным цезием возникает при авариях АЭС, когда значительно увеличиваются его выбросы. Дозы облучения при этом резко возрастают и колеблются в зависимости от масштабов аварии и эффективности мероприятий по ее ликвидации. Поступление цезия-137 в большой степени определяет радиационную опасность на протяжении длительного времени. Уровень загрязнения радиоактивным цезием окружающей среды зависит также от физико-географических и климатических особенностей районов, распределения атмосферных осадков и др. Например, в отдельных районах (украинско-белорусское Полесье, субарктические районы) уровни поступления цезия-137 с продуктами животного и растительного происхождения более высокие, чем в других. На Севере этому способствуют особенности роста лишайников (основной корм оленей), благоприятствующие задержке этого радионуклида и аккумуляции его в течение длительного времени.
Пищевые пути (цепи).
Как и радиоактивный стронций, цезий-137 отличает высокая подвижность во внешней среде, особенно в первое время после его выпадения, а также по пищевым цепям, которые аналогичны миграции стронция-90. Еще одна возможная пищевая цепь миграции радионуклидов: источник загрязнения — лекарственные растения — лекарственное растительное сырье — лекарственный препарат — человек. Следует признать, что данная пищевая цепь миграции радионуклидов пока еще изучена недостаточно. В этом отношении представляют интерес данные исследования дикорастущего лекарственного растительного сырья в южных районах Калужской области, подвергнувшихся радиоактивному загрязнению. В результате оказалось, что плоды древесных пород на открытых местах обитания фактически не накапливают цезий-137. Наиболее низкие значения загрязнения почв для заготовки произрастающих на них лекарственных растений с безопасным содержанием цезия-137 выделены для многолетних кустарников и полукустарников, выросших на лугах (тимьян ползучий) и в лесу (брусника обыкновенная, багульник болотный).
Выпавший на поверхность почвы радиоактивный цезий мигрирует в горизонтальном и вертикальном направлениях, при этом важное значение приобретает его растворимость. В почве цезий-137 легко переходит в трудноусвояемую форму, образуя плохорастворимые соли. Поэтому его поступление в растения через корни происходит с трудом. Выпадение кислотных дождей облегчает переход цезия-137 в растворимую форму. На миграцию радионуклида в почве существенное влияние оказывают рельеф местности, гидрологический режим, вид почвы, характер растительности, проводимые агротехнические мероприятия и прочность связи радионуклида с почвой. По степени увеличения поглотительной способности цезия почвы можно расположить в ряд: черноземы — каштановые — дерново-подзолистые.
В растения радиоактивный цезий может поступать в результате непосредственного загрязнения листьев, стеблей, соцветий и плодов, а также усваиваться из почвы через корневую систему. Уровни поверхностного загрязнения растений зависят от их морфологических особенностей, плотности выпадений осадков, физико-химических свойств аэрозолей. По степени концентрирования цезия-137 растения могут быть расположены в следующий ряд: капуста — свекла — картофель — пшеница— естественное разнотравье. Уменьшение загрязненности пастбищной растительности (за счет дождя, ветра, прироста биомассы) происходит за период, равный примерно 14 сут. Более 90 % осевшего радионуклида удаляется в первые 2 мес. Растворимый цезий-137 поглощается корнями растений из почвенного раствора и прочно закрепляется в почве. По степени возрастания перехода цезия-137 в растения можно выстроить следующий ряд почв: дерново-подзолистые — красноземы — лу-гово-карбонатные — черноземы — сероземы. Больший переход радиоактивного цезия наблюдается в регионах с торфянисто-болотными почвами (украинско-белорусское Полесье). По степени накопления этого радионуклида в клубнях и зернах растения можно расположить в ряд: ячмень — просо — пшеница — гречиха — фасоль — овес —-чумиза — картофель — бобы. Величина накопления цезия-137 в растениях зависит от их вида, типа почвы и характера агротехнических мероприятий. При этом концентрация радиоактивного цезия в генеративных и вегетативных органах растений примерно одинакова.
Источниками цезия-137 для человека могут быть растительные (хлеб, овощи, фрукты) и животные (мясо, рыба, молоко и т. п.) продукты. Поскольку этот радионуклид имеет некоторые общие свойства с калием, то ткани растительного и животного происхождения накапливают и калий, и радиоактивный цезий. В организм животных цезий-137 в основном поступает с кормом, а выводится радионуклид преимущественно через почки. Основное количество его накапливается в мышцах (свыше 80 %), на втором месте находится скелет (около 10 %). Содержание радионуклида в 1 кг мышц коров, овец, коз, свиней и кур составляет соответственно 4, 8, 20, 26 и 45 % от суточного поступления. Радиоактивный цезий в значительных количествах выводится с молоком у лактирующих животных. При длительном поступлении радионуклида коровам содержание его в молоке достигает 0,8 — 1,2 % в 1 л от ежесуточного поступления, у коз — 10 — 20 %, у овец — 5 — 15 %. Эти различия связаны с физиологическими особенностями животных, характером корма и условиями их содержания.
Куриные яйца также являются источником поступления цезия-37 в организм человека, причем в белке радиоактивного цезия содержится в 2—3 раза больше, чем в желтке, а в скорлупе — 1—2 % от общего количества радионуклида в яйце.
Радиоактивный цезий в больших количествах накапливается в гидробионтах. Рыба усваивает цезий-137 непосредственно из воды и главным образом с кормом. Степень накопления этого радионуклида обусловлена биологическими и физиологическими особенностями каждого вида рыб. Слабая минерализация воды способствует более высокому накоплению цезия-137. В рыбе пресноводных водоемов радиоактивного цезия содержится в десятки — сотни раз больше, чем в морской. В то же время в промысловой рыбе Атлантического океана — в 10—30 раз ниже, чем в рыбе внутренних морей (например, Каспийского). Водные растения в зависимости от накопления цезия-137 могут быть расположены в следующий ряд: водоросли — растения, погруженные в воду,— прибрежно-водные растения — растения, плавающие на поверхности.
Радиоактивный цезий обладает достаточно высокой радиотоксичностью. В организм человека он может поступать через органы дыхания, кожные покровы, раны и ожоговые поверхности. Однако главный путь — с пищей. Радиоактивный цезий, подобно калию, равномерно распределяется в тканях и органах человека (что приводит к относительно равномерному их облучению), однако большая его часть концентрируется в мышечной ткани (80 % и лишь 10 % в костях). Цезий-137 относительно легко удаляется из организма. Выводится он преимущественно с мочой и частично — с калом. Период полувыведения этого радионуклида из организма — 65—100 сут. Скорость его выведения из организма обусловлена индивидуальными различиями людей в скорости обмена веществ и зависит от возраста, пола, характера питания, а также от многочисленных факторов внешней среды. Следует иметь в виду, что цезий-137 в значительных количествах переходит из организма матери через плаценту в плод (а в период вскармливания — с молоком к новорожденным).
Радиоактивный цезий-137
Об авторе
Иван Яковлевич Василенко, доктор медицинских наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР, ведущий научный сотрудник Государственного научного центра РФ - Института биофизики. Область научных интересов - токсикология продуктов ядерного деления, радиационная гигиена.
Введение
Среди антропогенных радионуклидов , глобально загрязняющих биосферу , особого к себе внимания требует радиоактивный цезий - один из основных источников, формирующих дозы внешнего и внутреннего облучения людей. Известно 34 изотопа цезия с массовыми числами 114-148, из них только один ( 133 Cs ) стабильный , остальные - радиоактивны.
133 Cs относится к рассеянным элементам. В незначительных количествах он содержится практически во всех объектах внешней среды. Кларковое (среднее) содержание нуклида в земной коре - %, в почве - %. Цезий - постоянный микроэлемент растительных и животных организмов: в живой фитомассе содержится в количестве %, в организме человека - примерно 1 г. Этот нуклид поступает в основном с пищей в количестве 10 мкг/сут. Выводится из организма преимущественно с мочой (в среднем 9 мкг/сут). Биологическая роль цезия до сих пор окончательно не раскрыта.
Из радиоактивных изотопов цезия наиболее интересен 137 Cs с периодом полураспада 30 лет. 137 Cs - -излучающий нуклид со средней энергией -частиц 170.8 кэВ. Его дочерний нуклид 137m Ba имеет период полураспада 2.55 мин и испускает -кванты с энергией 661 кэВ. 137 Cs широко применяется в медицине (для диагностики и лечения), радиационной стерилизации, дефектоскопии и во многих других технологиях. Другие радиоизотопы цезия имеют меньшее значение.
Известно, что выброс радиоактивного цезия в окружающую среду происходит в основном в результате испытаний ядерного оружия и аварий на предприятиях атомной энергетики. В реакторах выход 137 Cs зависит от делящегося материала и энергии нейтронов , вызывающих деление, и составляет по активности 5.1-6.3%. Относительное содержание радиоцезия в продуктах деления меняется с их "возрастом" (табл.1).
Таблица 1Испытание ядерного оружия - один из наиболее значимых источников радиоактивного загрязнения планеты, в том числе 137 Cs . К началу 1981 г. суммарная активность поступившего в окружающую среду 137 Cs достигла 960љПБк. Плотность загрязнения в Северном и Южном полушариях и в среднем на земном шаре составляла соответственно 3.42; 0.86 и 3.14 кБк/м 2 , а на территории бывшего СССР в среднем - 3.4љкБк/м 2 .
В ядерных реакторах в процессе их эксплуатации накапливаются продукты деления (фиссиум) и трансурановые элементы , суммарная активность которых огромна. Среди радионуклидов фиссиума радиоизотопы цезия занимают значительное место (табл.2). На 1љМВт (эл. мощности ) этого радионуклида за год образуется столько, что его активность составляет 130 ТБк (Т, тера - 1012). Суммарное накопление нуклида в реакторах всего мира (в пересчете на активность) к концу столетия достигнет 900 ЭБк (Э, экса - 1018), что примерно в тысячу раз больше количества поступивших во внешнюю среду радионуклидов при ядерных взрывах.
Таблица 2Известно, что при нормальных условиях эксплуатации АЭС выбросы радионуклидов, в том числе радиоактивного цезия, незначительны. Подавляющее количество продуктов ядерного деления остается в топливе. По данным дозиметрического контроля, концентрация цезия в районах расположения АЭС лишь незначительно превышает концентрацию нуклида в контрольных районах, где загрязнение среды происходит за счет испытаний ядерного оружия . Объем выбросов радионуклидов зависит от конструктивных особенностей реакторов, времени их эксплуатации, способа очистки и состояния оборудования. Источником загрязнения могут быть и радиохимические заводы (РХЗ) по переработке отработанных твэлов , и хранилища радиоактивных отходов. По прогнозу Научного комитета по действию атомной радиации при ООН (НКДАР), выбросы радиоцезия к 2000љг. могут достигнуть 1.5-5.2 ТБк.
Чрезвычайно сложные ситуации возникают после аварий, когда во внешнюю среду поступает огромное количество радионуклидов и загрязнению подвергаются большие территории. Например, при аварии на Южном Урале в 1957 г. произошел тепловой взрыв хранилища радиоактивных отходов, и в атмосферу поступили радионуклиды с суммарной активностью 74 ПБк, в том числе 0.2 ПБк 137 Cs . При пожаре на РХЗ в Уинденейле в Великобритании в 1957љг. произошел выброс 12 ПБк радионуклидов, из них 46 ТБк 137 Cs . Технологический сброс радиоактивных отходов предприятия "Маяк" на Южном Урале в р.Течу в 1950 г. составил 102љПБк, в том числе 137 Cs 12.4 ПБк. Ветровой вынос радионуклидов из поймы оз.Карачай на Южном Урале в 1967љг. составил 30 ТБк. На долю 137 Cs пришлось 0.4 ТБк. Настоящей катастрофой стала в 1986 г. авария на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС): из разрушенного реактора было выброшено 1850 ПБк радионуклидов, при этом на долю радиоактивного цезия пришлось 270 ПБк. Распространение радионуклидов приняло планетарные масштабы. На Украине, в Белоруссии и Центральном экономическом районе Российской Федерации выпало более половины от общего количества радионуклидов, осевших на территории СНГ. Известны случаи загрязнения внешней среды в результате небрежного хранения источников радиоактивного цезия для медицинских и технологических целей.
Миграция во внешней среде
Цезий легко мигрирует во внешней среде, чему способствуют два обстоятельства. Во-первых, 137 Cs
- конечный продукт цепочки распадов:
,
в которой йод
и ксенон
присутствуют в газовой фазе
. При ядерных взрывах образуются мелкодисперсные частицы, адсорбирующие цезий и медленно выпадающие на поверхность земли. Процесс выпадения ускоряют атмосферные осадки и агрегация частиц с образованием более крупных. Во-вторых, при всех (кроме подземных) ядерных взрывах и аварийных выбросах предприятий атомной энергетики выпадения содержат цезий в хорошо растворимой форме, что имеет принципиальное значение в процессах его миграции. При наземных взрывах на силикатных почво-грунтах образуются слаборастворимые частицы. Содержание радионуклида в атмосферных осадках при ядерных взрывах в слаборастворимой форме колебалось в широких пределах - 3.3-82.4% (мас).
Выпавший на поверхность земли радиоактивный цезий перемещается под воздействием природных факторов в горизонтальном и вертикальном направлениях. Горизонтальная миграция происходит при ветровой эрозии почв, смывании атмосферными осадками в низменные бессточные участки. Скорость миграции зависит от гидрометеорологических факторов (скорости ветра и интенсивности атмосферных осадков), рельефа местности, вида почв и растительности и физико-химических свойств нуклида.
Вертикальный перенос цезия происходит с фильтрационными токами воды и связан с деятельностью почвенных животных и микроорганизмов, выносом из корнеобитаемого слоя почвы в наземные части растений и др. Подвижность и биологическая доступность нуклида со временем снижается в результате перехода в "слабообменное" состояние.
В первые годы после выпадения цезий в основном содержится в верхнем, 5-10-сантиметровом, слое почвы независимо от ее вида. Удержание нуклида происходит благодаря высокому содержанию в верхнем слое мелкодисперсных фракций (особенно глинистых) и органических веществ, повышающих сорбционные свойства почвы. Проникновение радиоактивного цезия на глубины 30-50 см, очевидно, занимает десятки и сотни лет, однако перераспределение его по профилю почвы может произойти и быстрее - в результате сельскохозяйственной деятельности. В этом случае нуклид относительно равномерно рассредоточивается в пределах всего пахотного слоя.
Как правило, "путешествие" 137 Cs по пищевым цепочкам начинается с растений, куда нуклид может попасть непосредственно в момент радиоактивных выпадений, либо косвенно - через листья, стебли и корневую систему с пылью и водой. Уровни поверхностного загрязнения растений определяются их морфологическими особенностями и физико-химическими свойствами выпадающих аэрозолей . Известно, что растения способны задерживать аэрозоли с размером частиц менее 45 мкм. Особенно высокое содержание радионуклидов отмечено у лишайников, чая и хвойных деревьев, что связано с их биологическими особенностями. Относительно аэрозольного цезия установлено, что более всего он накапливается в капусте, далее по убыванию - свекле, картофеле, пшенице и естественной травянистой растительности. Накопление цезия в растительном покрове (разнотравье) относительно содержания этого нуклида в окружающией среде в средней полосе колеблется от 0.1 до 0.36. Со временем уровни загрязнения растений снижаются в результате прямых потерь (под действием дождя и ветра) и прироста биомассы: так, примерно в течение двух недель содержание нуклидов в пастбищной растительности уменьшается вдвое.
3 часа назад при взрыве грязной бомбы в автомобиле террористом-смертником погибло 30 случайных прохожих и 80 были ранены. Национальная гвардия обнаружила опасный уровень радиоактивного изотопа цезий 137 в нескольких кварталах с ветреной стороны. Цезий 137 – это побочный продукт работы ядерного реактора. Он даёт как бета, так и гамма излучения. Однако последние более опасны. Высокая доза цезия 137 может вызывать ожоги, острую лучевую болезнь и даже летальный исход.
Информация поступает в медицинский центр штата Мен. Симптомом радиоактивного облучения очень часто является тошнота и рвота, которые могут проявиться через несколько часов или пару дней. Когда гамма-лучи проходят через тело человека, то они могут оставлять незначительный уровень радиоактивности в тканях. Период полураспада цезия – 30 лет. Он способен излучать радиацию десятилетиям.
Период полураспада – это срок, за который распадается половина вещества. Он указывает на то, как долго ядро сохраняет форму, прежде чем распасться. К счастью, есть лекарство, которое может помочь.
Если человек вдохнул или проглотил цезий, то существует продукт, способных разложить его. Он называет берлинская лазурь. Но в медицинском центре штата Мен есть лишь небольшой запас этого вещества. Она была изобретена в качестве краски.
В ранний период фармакологических открытий обнаружили, что она помогает выводить талий – крысиный яд. Нам известно, что она также помогает от цезия – связывая его в кишечнике и помогая выводить его смет со стулом. Берлинская лазурь выводит цезий и должна помочь в лечении острой лучевой болезни, снизив уровень радиации в организме больных.
Через 4 часа после взрыва в приёмном отделении больницы возникает новый кризис. Оно переполнено людьми, которые жалуются на плохое самочувствие. Есть люди, которые уверены, что получили дозу облучения . У них ухудшается самочувствие, возникают головные боли. Это нормально для любой тревожной ситуации. Те, кто беспокоится и нервничает, сам генерирует симптомы болезни для своего же организма.
Персонал больницы старается успокоить толпу, но ситуация быстро ухудшается. По мере того, как распространяются новости о грязной бомбе, тысячи автомобилей выезжают на дороги. Жители Портленда спасаются от радиации бегством, но их машины и одежда уже заражены. Власти закрывают паромные переправы и автобусные сообщения, чтобы не допустить дальнейшего распространения невидимых, но очень опасных частиц.
Аэропорт также закрыт. Всё, что осталось в зоне шлейфа подлежит дезактивации до того, как сможет двигаться дальше. Корабли, поезда, автомобили. Нужно убедиться в том, что радиоактивное вещество не будет распространяться дальше. Конечно, чем дальше то эпицентра взрыва, тем меньше концентрация. На достаточном расстоянии уровень радиации не является опасным.
Берлинская лазурь — противоядие
Спустя 6 часов после взрыва у некоторых раненых наблюдается паление уровня лейкоцитов. Эти составляющие крови помогают иммунной системе организма бороться с болезнями и инфекциями. Чем ниже их уровень – тем больше риск заболеть. Если пострадавший получил достаточно большую дозу радиации, то врачам необходимо тщательно сделать за этим показателем в крови.
Наш мир сегодня озабочен вопросами загрязнения окружающей среды. И это понятно - состав воздуха, которым мы дышим, и пища, которую мы употребляем, уже давно перестала быть экологически чистой. С момента первого испытания ядерного оружия (1945 год) наша планета загрязнена различными радионуклидами с антропогенными свойствами. И один из них - цезий-137. Период полураспада его огромен, а воздействие на человеческий организм разнообразно. Об этом и многом другом расскажем в данной статье.
Один из множества
Цезий в периодической таблице Дмитрия Менделеева относится к главной подгруппе первой группы шестого периода и имеет атомный номер 55. Химический символ элемента - Cs (Caesium), и свое название он получил благодаря наличию в спектре относительной интенсивности электромагнитного излучения двух синих линий (от латинского слова caesius, что означает "небесно-голубой").
Как простое вещество цезий представляет собой мягкий серебристо-желтый металл с выраженными щелочными особенностями.
Открыли этот элемент в 1860 году два ученых из Германии Р. Бунзен и Г. Кирхгоф. Они использовали метод спектрального анализа, и цезий стал первым элементом, который был обнаружен данным способом.
Многоликий цезий
В природе цезий встречается исключительно в виде стабильного изотопа Cs-133. Но современная физика знает 39 искусственно созданных радионуклидов (радиоактивных изотопов).
Напомним, что изотопы - это разновидности атома элемента с различным количеством нейтронов в их ядрах.
Дольше всех (до 2,3 миллиона лет) живет изотоп Cs-135, второй по периоду полураспада - цезий-137. Именно последний является виновником радиационного загрязнения нашей планеты. Период полураспада цезия-137 в секундах - 952066726, что составляет 30,17 года.
Данный изотоп образуется при распаде ядер в ядерном реакторе, а также при испытаниях оружия с ядерными боеголовками.
Нестабильный радионуклид
В результате периода полураспада цезия-137 он проходит стадию бета-распада и превращается в нестабильный барий-137m, а затем в стабильный барий-137. При этом выделяется гамма-излучение.
Именно полный период полураспада цезия-137 равен 30 лет, а до бария-137m он распадается за 2,55 минуты. Суммарная энергия этого процесса равна 1175,63 ± 0,17 кэВ.
Формулы, описывающие период полураспада цезия-137, сложны и являются частью распада урана.
Физические и химические свойства
О физических свойствах изотопа и особенностях его распада мы уже писали. По химическим свойствам данный элемент близок с рубидием и калием.
Все изотопы (в том числе и цезий-137 с периодом полураспада 30,17 года) при попадании в живой организм любым способом прекрасно всасываются.
Главный поставщик биосферного радионуклида
Источником биосферного радиоактивного нуклида цезия-137 с периодом полураспада больше 30 лет является ядерная энергетика.
Статистика неумолима. По данным 2000 года, всеми реакторами атомных электростанций мира в атмосферу выброшено порядка около 22,2 × 10 19 Бк цезия-137, период полураспада которого - более 30 лет.
Загрязняется не только атмосфера. С танкеров и ледоколов с атомными установками, с подводных атомных лодок в год в океан попадает данный радионуклид. Так, по подсчетам специалистов, в течение работы одного реактора подводной лодки в течение одного года в океан попадет порядка 24 х 10 14 Бк. Если учесть время полураспада цезия-137, это становится опасным источником очень длительного загрязнения окружающей среды.
Самые известные выбросы
Прежде чем перейти к воздействию радионуклидного цезия на организм человека, напомним о нескольких крупных катастрофах, сопровождавшихся выбросами этого элемента в биосферу.
Немногие знают, но в 1971 году в районе Иваново (деревня Галкино) были проведены работы по глубинному зондированию коры нашей планеты. Это были подземные ядерные взрывы, после одного из которых из одной скважины вырвался грязевой фонтан. И сегодня в месте этих работ фиксируется излучение в 3 миллирентгена в час, а радионуклиды стронций-90 и цезий-137 все еще выходят на поверхность Земли.
О катастрофе в Чернобыле в 1986 году известно всем. Но не все знают, что тогда в атмосферу поступило около 1850 ПБк радиационных элементов. И 270 ПБк из них - цезий-137.
В 2011 году, когда авария произошла на японской АЭС «Фукусима», 15 ПБк цезия-137 с периодом полураспада, равным 30 годам, поступило в воды Тихого океана.
Что происходит потом
С радиоактивными осадками и отходами цезий-137 попадает в почву, откуда поступает в растения, у которых наблюдается коэффициент его поглощения на уровне 100 %. При этом до 60 % нуклида накапливается в надземных частях растительного организма. При этом в почвах, бедных калием, эффект накопления цезия-137 заметно увеличивается.
Наибольшие коэффициенты накопления этого нуклида отмечены в пресноводных водорослях, лишайниках и растительных организмах арктической зоны. В теле животных этот радионуклид накапливается в мышцах и печени.
Наиболее высокие его концентрации отмечались у северных оленей и водоплавающих птиц арктических побережий.
Аккумулируют цезий и грибы. Особенно маслята, польские грибы, моховики и свинушки на протяжении всего периода полураспада.
Биологические свойства цезия-137
Природный цезий - это один из микроэлементов организма животных. В нашем организме цезий содержится в количестве 0,0002-0,06 мкм в расчете на 1 грамм мягких тканей.
Радионуклид цезия, как уже говорилось, включается в круговорот веществ в биосфере и свободно перемещается по биологическим трофическим цепочкам.
При пероральном попадании в организм человека в желудочно-кишечном тракте происходит 100%-е всасывание этого нуклида. Однако в разных отделах скорость этого процесса разная. Так, через час после поступления в организм в желудке человека всасывается до 7 % цезия-137, в двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишке - до 77 %, в слепой кишке - до 13 %, а в последнем отделе кишечника (поперечно-ободочном) - до 40 %.
Доля цезия-137, который попадает через дыхательные пути, составляет 25 % от количества, поступающего с пищей.
Через кровь - в мышцы
После реабсорбции в кишечнике цезий-137 приблизительно равномерно распределяется в тканях организма.
Последние исследования на свиньях показали, что наибольших концентраций данный нуклид достигает в мышечных тканях.
При изучении северных оленей было установлено, что цезий-137 после однократного введения распределяется следующим образом:
- Мышцы - 100 %.
- Почки - 79 %.
- Сердце - 67 %.
- Легкие - 55 %.
- Печень - 48 %.
Период полувыведения составляет от 5 до 14 суток и осуществляется преимущественно с мочой.
Что происходит в организме человека
Главные пути попадания цезия в организм - через пищеварительный тракт и дыхательные пути. При наружном попадании цезия-137 на неповрежденную кожу проникает внутрь 0,007 %. При попадании внутрь организма 80 % его накапливается в скелетных мышцах.
Выводится элемент через почки и кишечник. В течение месяца выводится до 80 % цезия. В соответствии с данными Международной комиссии по радиологической защите период полувыведения радионуклида составляет семьдесят дней, но скорость зависит от состояния организма, возраста, питания и других факторов.
Радиационные поражения, схожие по симптоматике с лучевой болезнью, развиваются при получении дозы более 2 Гр. Но уже при единицах МБк наблюдаются признаки легкого лучевого поражения в виде диареи, внутренних кровотечений, слабости.
Как уберечься от заражения
Для определения количества цезия-137 в организме человека проводят измерение бета-гамма-радиометрами или счетчиками излучений человека (СИЧ) гамма-излучения от тела или от выделений.
При анализе пиков спектра, которые соответствуют данному радионуклиду, определяют его активность в организме.
Профилактика заражений жидкими или твердыми соединениями цезия-137 заключается в проведении манипуляций исключительно в герметичных боксах. Для предотвращения попадания элемента внутрь используют средства индивидуальной защиты.
При этом стоит помнить, что период полураспада цезия-137 равен 30 годам. Так, в 1987 году в Бразилии (город Гояния) произошла кража детали из установки радиотерапии. В течение 2 недель заражению подверглось порядка 250 человек, четверо из них умерли в течение месяца.
Допустимые нормы и неотложная помощь
Допустимыми поступлениями данного элемента считается 7,4 х 10 2 Бк в течение суток и 13,3 х 10 4 Бк в год. Содержание в воздухе не должно превышать 18 х 10 -3 Бк на 1 кубический метр, а в воде - 5,5 х 10 2 Бк на литр.
При превышении указанных норм необходимо применить меры по ускорению выведения элемента из организма. В первую очередь следует провести мероприятия по дезактивации поверхностей (лица и рук) водой с мылом. При попадании вещества через дыхательные пути - промыть носоглотку физиологическим раствором.
Ускорит выведение элемента применение сорбентов и мочегонных средств с водной нагрузкой.
В тяжелых случаях проводится гемодиализ и назначается специфическая терапия.
Но есть и польза
В химических исследованиях, гаммадефектоскопии, в радиационных технологиях и при проведении различных радиобиологических опытах ученые нашли применение этому антропогенному элементу с излучающими свойствами.
Цезий-137 применяется в контактной и лучевой терапии, в стерилизации медицинского инструментария, пищевых продуктов.
Этот элемент нашел свое применение при изготовлении радиоизотопных источников тока и в уровнемерах сыпучих веществ, где он используется в непрозрачных герметичных емкостях.
Загрузка...
