ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ (лекция)
ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ. ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ
РАДИОНУКЛИДОВ В ОРГАНИЗМ.
6.1. Источники загрязнения внешней среды радиоактивными веществами.
До середины XX в. природные источники ионизирующих излучений были
единственными в облучении человека, создавая естественный радиационный фон
(ЕРФ). В среднем доза облучения от всех естественных источников ионизирующего
излучения составляет в год около 200 мР, хотя это значение может колебаться в разных
регионах земного шара от 50 до 1000 мР/год и более (табл. 1).
Таблица 1. Природные источники ионизирующего излучения.
Источники
Средняя годовая доза
Вклад в дозу,
%
мбэр
мЗв
Космос (излучение на
30
0,30
15,1
уровне моря)
Земля (грунт, вода,
строительные материалы)
50...130
0,5...1,3
68,8
Радиоактивные элементы,
содержащиеся в тканях тела
30
0,30
15,1
человека (40К, 14С и др.)
Другие источники
2
0,02
1,0
Средняя суммарная
200,0
2,0
-
годовая доза
Основным дозообразующим компонентом ЕРФ является 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 обуславливают, по данным разных
авторов, примерно от 50 до 68% естественного радиационного фона.
Основное значение во внутреннем облучении имеют поступающие с воздухом,
водой и продуктами питания радионуклиды семейств урана-238 и тория-232, их
многочисленные дочерние продукты, а также изотоп калия
- калий-40. Средняя
величина эффективной эквивалентной дозы внутреннего облучения при неизменном
фоне составляет
0,72 мЗв/год, из которых основная часть приходится на долю
семейства урана
(56%), калия-40
(25%) и семейства тория
(16%). Основным
источником природных радиоактивных элементов, поступающих в организм человека,
являются пищевые продукты (таблица 2).
Таблица 2. Удельная радиоактивность Бк/кг отдельных пищевых продуктов и воды по
калию- 40 и радию -226
Удельная радиоактивность Бк/кг
Продукты
По калию -40
По радию
-
226
Пшеница
148,0
0,074-0,096
Картофель
129,5
0,022-0,044
Горох
273,8
0,090-0,870
Говядина
85,1
0,029-0,074
Рыба
77,7
0,015-0,027
46
Молоко
44,4
0,001- 0,009
Свинина
33,3
-
Масло сливочное
3,7
0,037-0,0011
Вода речная
0,037-0,592
0,009-0,080
Удельная активность изотопов свинца210 Рb и полония
210Ро в растительной пище
составляет от 0,02 до 0,37 Бк/кг.
Особенно высокая активность 210 Рb и 210Ро обнаружена в чае (до 30,5 Бк/кг). В
продуктах животного происхождения (молоке) удельная активность 210 Рb колеблется в
пределах от 0,013 до 0,18 Бк/кг, а 210 Ро - от 0,13 до 3,3 Бк/кг.
Таким образом, суммарная радиоактивность растений в 10 раз выше, чем тканей
животных.
Следует отметить, что поверхностные водоисточники могут содержать
повышенное количество радионуклидов. Так, в водах курортов Цхалтубо активность
радия 226Ra составляет до 3,7 Бк/л, а в водах курортов Белокурихи, Железноводска
активность радона 222Rn достигает до 48 Бк/л.
В настоящее время естественный радиоактивный фон
(ЕРФ) в результате
деятельности человека качественно и количественно изменился. Повышение ЕРФ под
влиянием новых видов технологической деятельности человека получило название
«техногенного усиленного фона». Примерами такой деятельности являются широкое
применение минеральных удобрений, содержащих примеси урана
(например,
фосфатных); увеличение добычи урановых руд; массовое увеличение числа
авиационных перевозок, при которых космическое облучение растет (табл. 3).
Приведенные данные свидетельствуют о том, что в результате сочетания
перечисленных факторов произошло повышение дозы облучения, которая способствует
увеличению естественного фона.
Таблица 3. Искусственные источники излучения
Источники
Годовая доза
Доля от природного
Мбэр
мЗв
фона, % (до 20 мбэр)
Медицинские приборы
100...150
1,0...1,5
50...75
(флюорография 370 мбэр,
рентгенография зуба 3 мбэра,
рентгеноскопия легких 2...8
мбэр)
Полеты в самолете
2,0«2,5
0,02«0,05
1,0«2,5
(расстояние 2000 км, высота
12 км) - 5 раз в год
Телевизор (просмотр
1,0
0,01
0,5
программ по 4 ч в день)
АЭС (при стабильной
0,1
0,001
0,05
работе)
47
ТЭЦ (на угле) на
0,6..6,0
0,006«0,06
0,3..3,0
расстоянии 20 км
Глобальные осадки от
2,5
0,02
1,0
испытаний ядерного оружия в
окружающей среде
Другие источники (добыча
40
-
-
нефти, руды, строительных и
дорожных материалов)
ИТОГО
150...200
Среднегодовая эквивалентная доза облучения всего тела человека
естественными источниками ионизирующих излучений примерно была равна 1 мЗв
(100 мбэр). Однако с учетом техногенно усиленного фона, по данным ООН, значение
эффективной эквивалентной дозы облучения увеличилось в 2 раза - до 2 мЗв (200 мбэр)
в год (1982 г.).
Следует отметить, что в наиболее развитых странах уровень фоновой радиации
достигает 3...4 мЗв в год. Кроме того, за 15 лет (с 1971 по 1986 г.) в 14 странах мира на
предприятиях атомной промышленности произошло
152 аварии разной степени
сложности, с разными последствиями для населения и окружающей среды. Крупные
аварии произошли в Великобритании, США и бывщего СССР, где самой крупной по
масштабам загрязнения окружающей среды явилась авария, которая произошла в 1986
г. на Чернобыльской АЭС. Выбросы в атмосферу при аварии на ЧАЭС имели
специфический состав - в первые недели после взрыва основным был радиоактивный
йод, затем - радиоизотопы цезия-137, цезия-134, стронция-90.
Для случаев возникновения радиационных аварий были разработаны временно
допустимые уровни (ВДУ) и допустимые уровни (ДУ) поступления радионуклидов
внутрь организма с учетом интегральных поглощенных доз за ряд последующих лет
(табл. 4,5).
Таблица 4. ВДУ активности йода-131 в пищевых продуктах и питьевой воде.
Продукт. Питьевая вода
ВДУ активности йода-131
Масса
Бк/кг
среднемаксимального
потребления продукта в сутки
Молоко
3700
1л
Творог
37000
100г
Сметана
18500
200г
Сыр
74000
50г
Масло сливочное
74000
50г
Рыба
37000
100г
Зелень столовая
37000
100г
Вода питьевая
3700
1л
Таблица 5. ВДУ суммарной активности цезия-134, цезия-137, стронция-90 в продуктах
48
питания и питьевой воде.
Продукты, питьевая вода
Активность 137Cs и 134
Cs,
Активность90
Sr,
Бк/л,
Бк/л, (Бк/кг)
(Бк/кг)
Хлеб и хлебопродукты,
370
37
крупы, мука и сахар
Молоко и кисломолочные
370
37
продукты, сметана, творог,
сыр
Молоко сгущенное и
1110
111
концентрированное
Молоко сухое
1850
185
Мясо говяжье, свиное,
740
-
баранье, птицы, рыба, яйца
(меланж)
Картофель, корнеплоды,
592
37
овощи, столовая зелень,
фрукты, ягоды
Сухофрукты
2960
-
Детское питание всех
185
37
видов
Грибы свежие,
1480
-
дикорастущие ягоды, чай
Грибы сушеные
7400
-
Лекарственные растения
7400
-
Вода питьевая
18,5
3,7
Величину ВДУ активности радиоактивных веществ в продуктах питания в этих
условиях рассчитывают, исходя из того, чтобы интегральные дозы облучения тела
человека не превысили 0,1 Зв/год, а дозы облучения щитовидной железы - 0,3 Зв/год.
Следует отметить, что допустимый уровень (ДУ) активности радиоактивного
цезия в молочных продуктах, принятый в странах Европы, колеблется в пределах от
370 Бк/кг
(ФРГ) до 4000 Бк/кг
(Великобритания, Франция, Испания). В Японии
величина принятого ДУ активности радиоактивного цезия в молочных продуктах
наименьшая - 37 Бк/кг.
Комиссия Codex Alimentarius ФАО/ВОЗ приняла, что допустимые уровни
радиоактивных веществ в загрязненных пищевых продуктах, реализуемых на
международном рынке и предназначенных для всеобщего потребления, составляют:
для цезия и йода - 1000 Бк/кг, для стронция - 100 Бк/кг, для плутония и америция — 1
Бк/кг.
Для молока и продуктов детского питания допустимые уровни активности
составляют: для цезия - 1000 Бк/ кг, для стронция и йода - 100 Бк/кг, для плутония и
америция - 1 Бк/ кг. По мнению ВОЗ, предлагаемые уровни основаны на критериях,
обеспечивающих охрану здоровья и безопасность населения.
49
Следует, однако, подчеркнуть, что, поскольку у человека в процессе эволюции
не выработались специальные защитные механизмы от ионизирующих излучений, с
целью предотвращения неблагоприятных последствий для населения, по рекомендации
Международной комиссии по радиационной защите ожидаемая эффективная
эквивалентная доза не должна превышать
5 мЗв за любой год радиоактивного
воздействия.
6.2. Пути поступления радионуклидов в организм
Пути поступления радионуклидов в организм человека с пищей достаточно
сложны и разнообразны. Можно выделить следующие из них: растение — человек;
растение — животное - молоко — человек; растение - животное - мясо - человек;
атмосфера
— осадки - водоемы — рыба — человек; вода — человек; вода —
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 наземной 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 физико-химическими
свойствами радиоактивных веществ, составом почвы, физиологическими
особенностями растений. Радионуклиды, выпавшие на поверхности почвы на
протяжении многих лет остаются в ее верхнем слое, постоянно мигрируя 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.
Большой интерес, на наш взгляд, представляют данные о степени накопления
радионуклидов в тканях растений, используемых человеком и животными в пищу.
Растения по степени накопления радиоактивных веществ располагаются в
следующем порядке: табак
(листья)
> свекла
(корнеплоды)
> картофель
(клубнеплоды) > пшеница (зерно) > естественная травяная растительность (листья и
стебли). Быстрее всего из почвы в растения поступает стронций-90, стронций-89,
йод-131, барий-140 и цезий-137.
Кроме пищевого имеются многие другие пути поступления радионуклидов в
организм. К основным путям относят воздушный и кожный. Однако наибольшее
значение имеет пищевой
(алиментарный) путь. Лишь в период рассеивания
радионуклидов после аварии или выброса в атмосферу наиболее опасен воздушный
путь из-за большого объема легочной вентиляции и высокого коэффициента захвата и
усвоения организмом изотопов из воздуха. В зависимости от природы радионуклида и
химических его соединений процент всасывания его в пищеварительном тракте
колеблется от нескольких сотых
(цирконий, ниобий, редкоземельные элементы,
включая лантаниды) до нескольких единиц (висмут, барий, полоний), десятков (железо,
кобальт, стронций, радий) и до сотен (тритий, натрий, калий) процентов. Всасывание
через неповрежденную кожу, как правило, незначительно. Только тритий легко
всасывается в кровь через кожу. Затем радионуклиды распределяются в организме
человека в соответствии с их химическими свойствами.
50