Лекция №9
Тема: «Дозиметрия инкорпорированных радионуклидов»
Вопросы:
Загрязнение Республики Беларусь радионуклидами. Закономерности формирования радиоактивного загрязнения территории Республики Беларусь. Пути поступления радионуклидов внутрь организма. Радионуклиды в организме человека. Формирование дозы излучения инкорпорированных радионуклидов. Кинетика формирования дозы. Экспериментальная дозиметрия излучения инкорпорированных радионуклидов.1. Загрязнение Республики Беларусь радионуклидами.
В соответствии с Законом РБ «О правовом режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие катастрофы на ЧАЭС» к зонам радиоактивного загрязнения относятся территории, где загрязнение почвы 137Cs составляет 37 кБк/м2 и более, 90Sr 5,5 кБк/м2 и более, 238, 239, 240Pu – 0,37 кБк/м2 и более. После аварии на ЧАЭС на 66% территории РБ уровни загрязнения 137Cs превышали 10 кБк/м2 (до аварии загрязнение почвы 137Cs составляло 1,5 кБк/м2 и лишь в некоторых точках оно доходило до 3,7 кБк/м2). Загрязнения 90Sr выше, чем 5,5 кБк/м2, обнаружены на ~ 10% территории РБ. В Ветковском районе Гомельской области обнаруженная загрязнённость 90Sr составляла 137 кБк/м2. Загрязнение изотопами 238Pu, 239Pu, 240Pu более, чем 0,37 кБк/м2, охватывает ~ 2% площади республики (преимущественно в Брагинском, Наровлянском, Хойникском, Речицком, Добрушском и Лоевском районах Гомельской области и в Чериковском районе Могилёвской области).
Радиационный мониторинг показывает, что Pэксп γ-излучения по сравнению с 1986 г значительно снизилась (в Брагине в 470 раз, в Мозыре и Славгороде – в 80 раз, в Пинске – в 70 раз). Прогноз показывает, что, например, в Брагине Pэксп достигнет доаварийного значения (менее 10 мкР/ч) приблизительно через 65 лет после аварии на ЧАЭС, в Чечерске, Славгороде – через ~ 25 лет.
Прогноз радиационной обстановки также показывает, что будет возрастать загрязнение окружающей среды 241Am и достигнет своего максимума к 2060 году. В момент аварии удельная активность 241Am была меньше удельной активности суммы изотопов плутония (Pu-238, -239, -240, -241) примерно в 22,5 раза. В 2006 г эти величины должны сравняться, а в период достижения максимума удельная активность 241Am превысит сумму изотопов плутония более, чем в два раза. В связи с этим необходимо продолжить радиационный мониторинг трансурановых элементов, в том числе америция-241. Анализ изменения площадей загрязнения территории РБ цезием-137 показывает, что эти площади со временем уменьшаются медленно (от 23,7% в 1986 г (с загрязнением более 1 кБк/м2) до 21% – в 2001 году, до ~ 18% (ожидается) к 2010 году и до 14% – в 2020 г.).
На загрязнённой территории располагалось более 3600 населённых пунктов, в том числе 27 городов, с численностью населения 2,2 ∙ 106 человек, 26,9% из которых составляли дети и подростки. Жители этих территорий подверглись острому «йодному удару» в первые недели после катастрофы. Кроме того, для ликвидации последствий аварии были привлечены несколько сот тысяч человек. Все они в той или иной степени подверглись воздействию вредных для здоровья факторов. Радиационные эффекты многокомпонентного и пролонгированного действия ионизирующего излучения усугубились разнообразными факторами социального, психологического и антропогенного происхождения и непосредственно оказали деструктивное воздействие на все стороны жизнеобеспечения и жизнедеятельности человека.
2. Закономерности формирования радиоактивного загрязнения территории Республики Беларусь.
Основные уровни загрязнения почвы в результате глобальных выпадений на территории РБ сформировались в середине 70-х годов после интенсивных ядерных испытаний, когда плотность годовых выпадений плутония достигла максимальных значений: 10 – 15 Бк. В воздухе концентрация 239+240Pu достигла десятков мкБк/м3, что привело к повышенному ингаляционному поступлению трансурановых элементов (ТУЭ) в организм жителей РБ и к моменту аварии на ЧАЭС содержание 239+240Pu в организме жителей РБ составляло 7 Бк. В мае 1981 г на северо-западе РБ концентрация 137Cs возросла с 4 мкБк/м3 до 130 мкБк/м3. Для 239+240Pu это повышение составило от 57 нБк/м3 до 2300 нБк/м3 (результат стратосферных выпадений от последнего 26-го китайского наземного ядерного испытания, проведенного в октябре 1980 г). Максимальное содержание 239+240Pu и 137Cs наблюдалось в середине мая и составило 3500 нБк/м3 и 220 мкБк/м3 соответственно. Для глобальных выпадений соотношение по активности на апрель 1986 г наиболее значимых актинидов было равно: 238Pu : 239Pu : 240Pu : 241Pu : 241Am = 0,043 : 1,0 : 0,57 : 20 : 0,5.
В динамике загрязнения территории РБ радионуклидами после аварии на ЧАЭС можно выделить следующие стадии:
1. Йодно-нептуниевый этап. Длительность – около месяца после выброса. Содержание радионуклидов в приземном воздухе в этот период возросло более, чем в 106 раз по сравнению с глобальными уровнями. Отношение активностей 137Cs/239+240Pu возросло со 100 до 105. На этой стадии содержание «чернобыльского» Pu-238+239+240 в организме жителей Гомельской области оценивается величиной 15 Бк. Радиационная обстановка определялась 131I, хотя в первые дни аварии существенный вклад в дозу внесли и короткоживущие изотопы 132Te, 132I, 133I, 135I, а также 91Y, 99Mo, 99mTc, 140La, 140Ba, 95Zr, 95Nb, 89Sr, 242Cm, 239Np. Среднее соотношение активностей «чернобыльских» актинидов в пересчёте на момент выброса (26.04.1986 г) составляло: 238Pu : 239Pu : 240Pu : 241Pu : 241Am : 239Np : 242Cm = 1,2 : 1,0 : 1,5 : 210 : 0,17 : 56000 : 40.
2. Этап стабилизации радиационной обстановки.
3. Цезиево-стронциевый этап. Характеризуется тем, что в сотни и тысячи раз снизилось радиоактивное загрязнение радионуклидами с периодом полураспада оголо 1 года. Началась деструкция топливных частиц и повышенная миграция 90Sr. Радиационная обстановка на этом этапе в основном обусловлена 137Cs и 90Sr. Происходит заметное накопление 241Am за счёт распада 241Pu.
4. Актинидный этап. В сотни раз снизилось загрязнение 241Pu, 137Cs, 90Sr. Загрязнение в основном определяется актинидами 239,240Pu и 241Am, причём загрязнение 241Am превышает загрязнение 239,240Pu. Опасные уровни загрязнения располагаются локально в радиоактивных пятнах ближнего следа. Наблюдается постоянный рост содержания 241Am во всех компонентах экосистемы Беларуси в результате распада 241Pu. Максимальный уровень загрязнения 241Am установится к 2060 году и превысит загрязнение 239+240Pu в 2,7 раза, при этом территории с уровнем загрязнения 238+239+240Pu + 241Am до 1000 Бк/м2, возможно, выйдут за пределы 30-километровой зоны.
Через 15 лет после аварии на ЧАЭС более 70% «чернобыльского» урана находилось в верхнем (0 –10 см) слое почвы. Средняя скорость вертикальной миграции для различных типов почв ~ 1 мм в год. Установлено, что накопление растительностью 90Sr преобладает над таковым для 137Cs, а поступление 241Am в луговую растительность на порядок выше, чем 239,240Pu.
3. Пути поступления радионуклидов внутрь организма.
Инкорпорированными называют радионуклиды, попавшие внутрь живого организма ингаляционным, пероральным путями и через кожу. В течение некоторого времени радионуклиды находятся в органах дыхания, пищеварения и на коже, в так называемых входных депо. Из депо часть радионуклидов попадает в кровь и с кровью разносится по внутренним органам и тканям, непосредственно не связанным с внешней средой. Дальнейшая судьба радионуклидов зависит от их физико-химических свойств и от процессов, происходящих в организме. В конечном итоге радионуклиды частично распадаются, частично выводятся из организма в результате биологических обменных процессов. В течение некоторого времени они создают внутреннее облучение. Поглощенная доза при внутреннем облучении может быть сопоставлена с биологическими последствиями и может являться мерой радиационной опасности излучения инкорпорированных радионуклидов. Радиоактивные и стабильные изотопы одного и того же элемента имеют одинаковые физико-химические свойства. Основные дозообразующие радионуклиды 137Cs и 90Sr химически очень активны. По химическим свойствам Sr близок к Ca, а Cs – к K. Sr более подвижен, чем Cs, хорошо вымывается водой, попадая в водоёмы, характеризуется большей вертикальной (вглубь почвы) и горизонтальной (по поверхности земли) миграцией.
В растения радионуклиды попадают из почвы, при фотосинтезе (
) и во время атмосферных осадков. У лиственных деревьев накопление радионуклидов меньше, чем у хвойных. В настоящее время радионуклиды в растения поступают главным образом из почвы и особенно те, которые хорошо растворимы в воде. По убыванию растворимости некоторые радионуклиды можно выстроить в ряд: 90Sr, 131I, 140Ba, 137Cs, 134Cs. Лишайники, мхи, грибы, бобовые, злаки являются сильными концентраторами (накопителями) радионуклидов. В табл 14 приведены результаты исследования накопления радиоактивного Cs некоторыми сельскохозяйственными (с/х) культурами:
Табл. 14 Накопление 137CS различными видами с/х культур при плотности радиоактивного загрязнения 25-30 Ки/км2.
Видовой состав культур | НКи/кг | |
Зерно (корнеплоды) | Солома (вегетативная масса) | |
Озимая рожь | 0,70 | 2,2 |
Озимая пшеница | 0,30 | 1,3 |
Ячмень | 0,61 | 2,6 |
Овес | 0,98 | 2,4 |
Люпин | 52,0 | 39,0 |
Горох | 24,2 | 15,3 |
Рапс озимый | 19,2 | 1,2 |
Сахарная свекла | 1,25 | 6,5 |
Картофель | 1,10 | - |
Кукуруза | 0,55 | 1,6 |
Повышено содержание Cs и Sr в укропе, петрушке, шпинате, щавеле, но их вклад в суммарную активность невысок. Высокой концентрацией радионуклидов характеризуются луговые травы (пастбища). Поэтому высоко содержание радионуклидов и в организме животных. В табл. 15 приведено содержание 137Cs и 90Sr у совхозных (совхоз “Звезда” Чериковского р-на, 1993) животных:
Табл. 15 Содержание радионуклидов в органах и тканях крупного рогатого скота, Бк/кг.
Органы и ткани | Радионуклиды | Органы и ткани | Радионуклиды | ||
Cs-137 | Sr-90 | Cs-137 | Sr-90 | ||
Мышечная ткань | 1700 | <0,1 | Легкие | 430 | 0,9 |
Язык | 1600 | 0,9 | Мозги | 211 | 2,1 |
Почки | 1140 | 0,7 | Вымя | 313 | 0,8 |
Сердце | 1040 | 0,4 | Трахея | 59 | 4,5 |
Пищевод | 460 | 2,0 | Кровь | 132 | 0,6 |
Селезенка | 630 | 0,3 | Кости пластинчатые | 300 | 1269 |
Печень | 490 | 1,1 | Кости трубчатые | 63 | 746 |
При дыхании радионуклиды из воздуха поступают в легкие. Человек за день отфильтровывает через легкие ~20-25м3 воздуха. С воздухом в организм поступает ~1% всей радиоактивности. С питьевой водой – еще ~5%. Основная масса радионуклидов попадает в организм с пищей. Пищевые цепочки: растение (овощи, фрукты) – человек; растение, мясо (молоко), человек; придонные животные – рыба – человек. Выводятся радионуклиды через выделительные органы. В табл. 16 приведены некоторые характеристики ряда радионуклидов, в том числе и период полувыведения (время, в течение которого из организма выводится половина радионуклидов Т1/2(б)). В таблице 16 также приведены период полураспада Т1/2(ф), значения эффективной энергии (Еэф), поглощенной в критическом органе взрослого условного человека на один акт распада радионуклида, доля нуклида, попадающая в орган (кровь) алиментарным путем или при вдыхании.
Табл. 16 Характеристики ряда радионуклидов.
нуклид | Орган, его масса, эффективный радиус | Периоды полураспада и полувыведения, сутки. | Эффективная энергия, МэВ/расп | Доля нуклида, попадающая в рассматриваемый орган | |||
перорально, в кровь, f1 | при вдыхании fa, | от общего кол-ва в организ-ме, f2 | |||||
3H | Все тело, 7∙104г, 30см (равномерное распределение в ‘воде’ всего тела) | 4,5∙103 | 10 | 0,01 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
137Cs | --//-- | 1,1∙104 | 140 | 0,437 | --//-- | --//-- | --//-- |
14C | Все тело | 2∙106 | 10 | 0,54 | 1,0 | 0,75 | 1,0 |
Жировая ткань | --//-- | 12 | 0,54 | 1,0 | 0,38 | 0,6 | |
Скелет | --//-- | 40 | 2,7 | 1,0 | 0,02 | 0,1 | |
24Na | Все органы (кроме скелета) | 0,63 | 10 | 2,7 | 1,0 | 0,7 | 0,7 |
Скелет | --//-- | --//-- | --//-- | 1,0 | -- | 0,3 | |
32P | Мягкие ткани | 14,3 | 19 | 0,69 | 0,8 | 0,6 | 0,4 |
Плазма крови; 3,1∙103г | --//-- | 0,5 | 0,04 | --//-- | 0,15 | 0,15 | |
Скелет | --//-- | 1500 | 3,5 | 0,3 | 0,13 | 0,3 | |
35S | Все органы и ткани (равномерное) | 87,1 | 20 | 0,056 | 0,8 | 0,75 | 0,15 |
89Sr | Скелет | 50,5 | 1,8∙104 | 2,8 | 0,3 | 0,28 | 0,97 |
90Sr | --//-- | 104 | --//-- | 1,1 | 0,3 | 0,12 | --//-- |
131I | Все тело (кроме щитовидной железы) | 8,05 | 12 | 0,41 | 1,0 | 0,7 | 0,7 |
Щитовидная железа | --//-- | 120 | 0,20 | --//-- | 0,23 | 0,3 | |
210Po | Все тело (кроме почки, селезенки, печени) | 138,4 | 50 | 55 | 0,1 | 0,28 | 0,7 |
Почки; 310г, 7см | --//-- | --//-- | --//-- | --//-- | 0,02 | 0,1 | |
Селезенка | --//-- | --//-- | --//-- | --//-- | 0,01 | --//-- | |
Печень | --//-- | --//-- | --//-- | --//-- | 0,05 | --//-- | |
226Ra | Все тело (кроме скелета) | 5,9∙105 | 8,1∙103 | 110 | 0,2 | 0,4 | 0,17 |
Скелет | --//-- | 1,64∙104 | 196 | --//-- | 0,03 | 0,83 | |
239Pu | Все тело | 8,9∙106 | 6,5∙104 | 53 | 10-4 | 0,25 | 0,1 |
Скелет | --//-- | 3,6∙104 | 270 | --//-- | 0,20 | 0,45 | |
Печень | --//-- | 1,4∙104 | 53 | --//-- | 0,04 | --//-- | |
241Am | Скелет | 1,6∙105 | 3,6∙104 | 27 | 5∙10-4 | 0,2 | 0,45 |
Печень | 1∙105 | 1,4∙104 | 19,2 | --//-- | 0,04 | 0,45 | |
42K | Все органы и ткани (равномерное распределение) | 0,52 | 30 | 1,6 | 1,0 | 0,75 | 1,0 |
4. Радионуклиды в организме человека.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 |
