СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ РАДИОЛОГИЯ

Учебное пособие подготовлено в соответствии с рабочей программой по сельскохозяйственной радиологии для студентов, обучающихся по направлению 110900.62 – «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» и составлено с учетом многолетнего научно-педагогического опыта в области организации и проведения учебного процесса по курсу «Сельскохозяйственная радиология».

В современных условия обучения, когда расширяется объем времени, предназначенного для самостоятельной работы студентов, требуется создание методической основы для ее организации и углубления.

Работа с учебником, как основная форма самостоятельного освоения материала, в сочетании с тестовыми вопросами и задачами, приведенными в настоящем пособии, поможет студенту глубже и целенаправленнее овладевать знаниями.

Изучаемый материал в пособии дифференцирован по разделам, отражающим последовательность изложения материала на лекционных и практических занятиях. В каждом разделе приводятся основные теоретические сведения и тестовые задания разных форм (выбор правильного ответа, дополнение требуемой информации, поиск соответствия двух множеств, установление правильной последовательности). Кроме того пособие содержит расчетные задачи и примеры их решения. В конце пособия помещены ответы, к которым студент может обратиться в случае затруднений или для проверки своих решений, необходимые справочные материалы и рекомендуемая литература.

Контроль самостоятельной работы студентов очной формы обучения может осуществляться путем ускоренного индивидуального опроса на занятиях на основе предварительного выбора преподавателем из предлагаемых в пособии вопросов разной степени сложности, которые могут быть предложены студенту на бумажном носителе или в электронном виде с использованием системы компьютерного тестирования. Последнее является наиболее эффективным вариантом мониторинга учебных достижений, так как позволяет быстро оценивать результат работы, точно определять темы, в которых имеются пробелы знаний, разгружает преподавателей от рутинной работы по выдаче индивидуальных контрольных заданий и проверке правильности решения. Кроме того, появляется возможность более частого контроля знаний, в том числе и самоконтроля, что стимулирует повторение и закрепление учебного материала.

Настоящее учебное пособие представляет собой дополненный и исправленный «Сборник вопросов и задач по сельскохозяйственной радиологии», составленный автором в 2010 г.

Атом – наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его свойства и входящая в состав молекул простых и сложных веществ. В нормальном состоянии отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра, то есть, атом электронейтрален.

Любой атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Ядро состоит из протонов и нейтронов – нуклонов (от лат. nucleus – ядро). Сумму протонов и нейтронов в ядре называют массовым числом (А).

Электроны в атомах обладают неодинаковой энергией и в соответствии с ней располагаются на разных расстояниях от ядра, образуя энергетические уровни или электронные слои. Число электронов на каждом уровне определяется по формуле:

ē=2n²,

где ē – число электронов, n – главное квантовое число (номер энергетического уровня).

Протон имеет положительный заряд, нейтрон заряда не имеет. Поэтому заряд ядра любого химического элемента определяется числом протонов и равен атомному номеру (Z) элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Ядра всех химических элементов принято называть нуклидами.

Ядра одного и того же химического элемента содержат одинаковое число протонов, а число нейтронов в них может быть различным (уран-238 содержит 92 протона, 146 нейтронов, уран-235 – тоже 92 протона, но 143 нейтрона). Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, называются изотопами одного и того же химического элемента. Радиоактивные изотопы химических элементов называют радионуклидами. Первыми из них были открыты U, Th, Po, Ra.

Наконец, есть еще один тип ядер, у которых равны не только суммы, но и отдельные числа протонов и нейтронов, но способность к радиоактивности у них различна. Такие ядра называют изомерами. Пример таких ядер – изомерные ядра протактиния-234. Возбужденные ядра протактиния-234 распадаются с периодом полураспада (Т_1/2) 1,18 мин, невозбужденные – с Т_1/2 = 6,4 час. В процессе распада возбужденное ядро переходит в невозбужденное состояние. Сейчас известно около 200 изомерных пар.

Радиоактивностью называют самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием ионизирующих среду элементарных частиц и невидимого излучения.

Ионизирующим называют излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации его атомов и молекул. Различают электромагнитное (рентгеновское, гамма-излучение) и корпускулярное излучение (поток частиц, характеризующихся массой, зарядом и скоростью – электронов, позитронов, нейтронов, протонов, альфа-частиц).

К основным видам радиоактивного распада относятся α-распад, β^– и β⁺-распад, электронный захват и спонтанное деление ядер. Часто эти виды радиоактивного распада сопровождаются испусканием γ-лучей, т.е. жесткого (с малой длиной волны) электромагнитного излучения.

Примером альфа-распада может служить распад изотопа урана-238:

Альфа-частицы в состав ядра не входят. По современным представлениям они образуются в момент радиоактивного распада при встрече движущихся внутри ядра двух протонов и двух нейтронов.

Бета-распад проявляется в двух видах:

β⁺–частица – позитрон (е⁺) – обладает массой электрона и зарядом, равным заряду электрона, но противоположным по знаку.

β^––распаду предшествует процесс превращения в ядре нейтрона в протон:

Поэтому при испускании электрона заряд ядра увеличивается на единицу, а массовое число не изменяется. Дочернее ядро – изобар исходного – принадлежит атому элемента, смещенного на одну клетку вправо в периодической системе от места материнского элемента:

Бета-электронный распад характерен для ядер с избыточным числом нейтронов. Примером электронного бета-распада может служить распад изотопа стронция-90:

Позитронный распад. Позитронному процессу предшествует ядерный процесс превращения протона в нейтрон:

Число протонов в ядре при позитронном распаде уменьшается на единицу, а массовое число не изменяется. Образующееся ядро – изобар исходного ядра – принадлежит элементу, смещенному от материнского элемента на одну клетку влево в периодической системе:

Позитронный бета-распад характерен для ядер с избыточным числом протонов. Примером позитронного бета-распада может служить распад радионуклида натрия:

Выброс бета-частицы может сопровождаться испусканием одного или более гамма-квантов. Наиболее распространенный вид радиоактивных превращений – электронный бета-распад (β^–).

Таким образом, радиоактивный распад происходит в соответствии с правилами смещения, являющимися следствиями двух законов сохранения– сохранения электрического заряда и массового числа: сумма зарядов (массовых чисел) возникающих ядер и частиц равна заряду (массовому числу) исходного ядра.

Электронный захват – самопроизвольное превращение атомного ядра, которое захватывает электрон из электронной оболочки атома ( К , реже – L слоя). В результате образуется атомное ядро другого химического элемента с атомным номером Z–1, т.к, протон при взаимодействии с электроном превращается в нейтрон:

Масса ядра при этом остается прежней. Дочернее ядро принадлежит химическому элементу (изобару исходного элемента), смещенному по отношению к материнскому в периодической системе на одну клетку влево.

Примером электронного захвата может служить следующая реакция:

При переходе периферийных электронов на освободившееся в К-слое место выделяется энергия в виде кванта рентгеновского излучения.

Спонтанное деление ядер наблюдается лишь у наиболее тяжелых атомов и состоит в распаде ядра атома на два осколка (реже – три) со средними массовыми числами, который сопровождается испусканием двух–трех нейтронов. Этот процесс описывается неравенством:

Закон радиоактивного распада: число атомов (dN), распадающихся за бесконечно малый промежуток времени (dt), пропорционально числу атомов N в момент времени t:

dN = λNdt

Коэффициент пропорциональности ( λ ) –, носит название постоянной распада и характеризует вероятность распада за единицу времени

Скорость, с которой распадаются радиоактивные ядра, зависит от их числа в данный момент времени и выражаются соотношением:

Распад радиоактивных изотопов представляет собой экспоненциальную зависимость и описывается уравнением:

A_t = A_o × e^−λt,

где

A_t и A_o - активность образца в момент времени t и в начальный момент ( t = 0 ); e - основание натурального логарифма (2,7183); λ - постоянная распада; е^λt - поправка на радиоактивный распад.

Период полураспада (Т_1/2) – время, в течение которого количество ядер данного радионуклида в результате самопроизвольных ядерных превращений уменьшается в два раза. Эта величина обратно пропорциональна постоянной распада (λ) и выражается в единицах времени:

Для оценки стабильности радионуклидов вводят понятие среднего времени жизни (τ) радионуклида:

τ = 1/λ.

Период полураспада и среднее время жизни связаны соотношением:

Т_1/2 = (ln2) ∙ τ = 0,693∙ τ

Процесс радиоактивного превращения элементов всегда сопровождается выбросом элементарных частиц. Это могут быть как заряженные частицы (альфа-, бета-частицы, протоны), нейтральные частицы (нейтроны, нейтрино), так и гамма кванты различных энергий. Все они при прохождении через вещество оказывают на него ионизирующее действие.

При взаимодействии ионизирующего электромагнитного излучения с веществом имеют место: фото-эффект, эффект Кόмптона, возникновение электронно-позитронных пар. При малых энергиях γ-квантов (до 100 кэВ) в материалах с большим Z основную роль играет фото-эффект, при средних (100 кэВ – 1,02 МэВ) – Комптон-эффект, а при энергиях более 1,02 МэВ – эффект образования электронно-позитронных пар. Наряду с процессом образования пар происходит их аннигиляция с образованием двух гамма-квантов.

Гамма-кванты с энергией, превышающей несколько МэВ, могут выбивать протоны из стабильных ядер, т. е., вызывать ядерные реакции.

При всех трех видах взаимодействия γ-излучения с веществом образуются быстрые электроны, которые приводят к ионизации атомов и молекул среды. Важным отличием рентгеновского и гамма-излучения от других видов излучений является равномерная ионизация вещества.

При ядерных реакциях происходит изменение состава ядер атомов химических элементов. С помощью ядерных реакций из атомов одних элементов можно получить атомы других элементов. Превращения атомных ядер записывают в виде уравнений ядерных реакции. Суммы массовых чисел и алгебраические суммы зарядов частиц в левой и правой части уравнения должны быть равны.

Пример. Изотоп углерода ¹¹С образуется при бомбардировке протонами ядер атомов ¹⁴N. Уравнение этой ядерной реакции:

Корпускулярное излучение. Наибольшей ионизирующей способностью обладают сравнительно большие альфа-частицы. Средняя плотность ионизации ими воздуха составляет около 30 000 пар ионов на 1 см пути пробега. Пролетая через вещество, альфа-частицы постепенно теряют свою энергию, затрачивая ее на ионизацию вещества. Причем в начале пути, когда энергия альфа-частиц велика, удельная ионизация меньше, чем в конце пути.

Ионизирующая способность бета-частиц значительно меньше (в среднем в 100 раз), но проникающая способность их во столько же раз выше, чем у альфа-частиц. Путь, проходимый бета-частицей в веществе представляет собой не прямую линию, как у альфа-частиц, а ломаную. Взаимодействуя с веществом среды бета-частицы проходят вблизи ядер. В поле положительно заряженного ядра отрицательно заряженная бета- частица резко тормозится и теряет при этом часть своей энергии. Эта энергия излучается в виде тормозного рентгеновского излучения. С увеличением энергии бета-частиц и атомного номера вещества интенсивность рентгеновского излучения возрастает.

Нейтроны имеют нулевой заряд и поэтому не взаимодействуют с электронной оболочкой атакуемых атомов и могут проникать вглубь их. Приникающая способность нейтронов велика, они могут либо поглощаться атомами, либо рассеиваться на них. Процесс радиационного захвата нейтронов ядром используется в технике для получения искусственных радиоактивных нуклидов, например, кобальта-60:

В атмосфере под действием нейтронов, присутствующих в космическом излучении протекает реакция образования радиоактивного углерода ¹⁴С, имеющего период полураспада 5730 лет:

По содержанию радиоуглерода в останках организмов можно определить их возраст.

Заряженные частицы, постепенно теряя энергию и скорость, вызывают неравномерную ионизацию вещества. На глубину проникновения ионизирующего излучения влияет состав и плотность облучаемого вещества. Чем выше его плотность, тем меньше глубина проникновения излучения. Зная линейный коэффициент ослабления (ослабление излучения в слое вещества толщиной 1 см), нетрудно рассчитать толщину материала для биологической защиты.

Число пар ионов, возникающих на единице пути частицы или фотона в веществе, называют линейной плотностью ионизации (ЛПИ) или удельной ионизацией. Самая высокая ЛПИ у альфа-частиц. В воздухе, пробегая до 10 см, альфа частица в расчете на 1 см образует несколько десятков тысяч пар ионов, а бета-частица, пробегая 25 см, – 50–100 пар ионов. Гамма и рентгеновские лучи в воздухе образуют несколько пар ионов (до 10) на 1 см пути при пробеге несколько сотен метров.

Таким образом, рентгеновские, гамма- лучи и β-частицы, имеющие энергию излучения до 3 МэВ, являются редко ионизирующим излучением, нейтроны, протоны и α-частицы, имеющие энергию излучения до 10 МэВ, являются плотно ионизирующим излучением.

Линейная передача энергии (ЛПЭ) – количество энергии, теряемой на единице длины пробега частицы. Самая высокая ЛПЭ у альфа-частиц, затем в порядке убывания следуют бета-частицы, рентгеновское и гамма- излучение. Эта величина важна в проявлении радиобиологических реакций организма.

Относительная биологическая эффективность излучений (ОБЭ) или коэффициент качества – доза испытуемого излучения по сравнению с дозой стандартного излучения, вызывающей такой же радиобиологический эффект:

где Д_о - доза стандартного излучения; Д_х - доза испытуемого излучения

С ростом линейной плотности ионизации относительная биологическая эффективность излучения увеличивается. По отношению к рентгеновскому, гамма- и бета–излучению (с энергией до 3 МэВ), ОБЭ которых принята за единицу, коэффициент ОБЭ нейтронов и протонов (с энергией до 10 МэВ) равен 10, альфа-частиц с такой же энергией – 20.

При одновременном воздействии нескольких видов излучения с разными коэффициентами качества (k_i) эквивалентная доза (H) определяется как сумма эквивалентных доз для всех видов излучения ®:

Коэффициент ОБЭ используется при определении вероятности возникновения эффектов лучевого поражения, оценке степени риска при облучении, прогнозировании тяжести лучевой болезни и др.

НАЙДИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ:

ДОПОЛНИТЕ:

НАЙДИТЕ СООТВЕТСТВИЕ:

РАСПОЛОЖИТЕ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ:

ОПРЕДЕЛИТЕ:

Различают локальные и глобальные выпадения радионуклидов после взрыва.. Крупные радиоактивные частицы под действием силы тяжести довольно быстро (в течение 10–20 часов) оседают на расстоянии до нескольких сотен километров от эпицентра взрыва, создавая местное (локальное) загрязнение. Такие выпадения называют локальными.

Часть радионуклидов попадает в тропосферу и стратосферу. Осадки, выпавшие из тропосферы и стратосферы, приводят к глобальному загрязнению и их называют глобальными выпадениями. Они оседают на поверхность земли в течение от двух месяцев после взрыва (тропосферные) до двух–трех лет (стратосферные). За это время средне- и короткоживущие изотопы успевают распасться, и основное загрязнение формируют долгоживущие изотопы ⁹⁰Sr (28 лет), ¹³⁷Cs (30 лет).

Стронций-90 в основном закрепляется в почве по типу ионного обмена, как и кальций, а цезий-137 – кроме того, фиксируется необменно в кристаллических решетках глинистых минералов. По разным оценкам доля прочносвязанного цезия в загрязненных почвах составляет 76–98% от общего его содержания.

На поведение радионуклидов в почве влияет:

Размеры внутрипрофильной миграции радионуклидов невелики. На песчаных почвах следует ожидать продвижения радионуклидов на бόльшую глубину, чем на суглинистых почвах. При механической обработке почв радионуклиды перемещаются на значительную глубину, и становится возможным проникновение их в подпахотный горизонт почвы.

Выпавшие на поверхность почвы радиоактивные вещества включаются в биологический цикл естественного круговорота веществ и по трофическим цепям доходят до организма человека. Основной вклад в поглощенную дозу вносят γ-излучение (у животных и человека) и β- излучение (у растений).

Перенос по пищевым цепям происходит очень быстро (в течение нескольких суток). Загрязненные растения – главный источник поступления радионуклидов в организм сельскохозяйственных животных. С растительной и животной пищей они поступают в организм человека, при этом до 50% радионуклидов – с растительной пищей. Из животной пищи основной вклад в дозовую нагрузку дает молоко.

Различают некорневое (аэральное) и корневое поступление радионуклидов в растения.

Степень удерживания радиоактивных частиц растениями при аэральном загрязнении характеризуется величиной коэффициента первичного удерживания, который представляет собой отношение количества осевших на растения радиоактивных частиц к общему их количеству, выпавшему из атмосферы. Он может изменяться от нескольких процентов до 95 %.

Первичное удерживание радиоактивных частиц зависит от плотности растительного покрова, морфологии растений, размеров и агрегатного состояния радиоактивных частиц, метеорологических условий в момент выпадения радиоактивных осадков, урожайности надземной биомассы в период их выпадения.

Зерно кукурузы, бобовых культур, клубни картофеля, подземная часть корнеплодов надежно защищены от загрязнения радиоактивными осадками аэральным путем.

Снижение радиоактивности загрязненных растений, обусловленное всеми факторами, кроме радиоактивного распада радионуклидов, принято называть полевыми потерями.

По аналогии с периодом полураспада введено понятие периода полупотерь – время, в течение которого активность загрязненных растений снижается в два раза.

Концентрация радиоактивных веществ в созревшей растительной массе растений бывает наиболее низкой при загрязнении их в ранние фазы развития, так как длительность полевых потерь в этом случае наибольшая. С точки зрения опасности получения загрязненной радионуклидами продукции при аэральном загрязнении злаковых культур критическими являются периоды колошения, цветения, молочной спелости.

Стронций-90 метаболически менее активен, чем цезий-137 и йод-131. Он слабо передвигается внутрь растения при попадании на листья (как и и его химический аналог кальций). Поэтому концентрация стронция в листьях больше, чем в зерне, клубнях, корнеплодах, стеблях. По этой причине не загрязняется зерно культур с закрытыми семенами (гороха, кукурузы), клубни картофеля, корнеплоды, которые защищены почвой от попадания непосредственно на них радиоактивных осадков. Вместе с тем, попадание стронция-90 на овощные культуры – очень опасно, так как плоды этих культур не защищены (томаты, огурец, капуста, листовые овощи).

Цезий-137 интенсивно перемещается в ткани растений через лист и накапливается в урожае (как калий). Йод-131 тоже интенсивно передвигается по растению при аэральном загрязнении, затем с кормом попадает в молоко и далее – в организм человека. При коротком периоде полураспада (8,05 суток) йод имеет очень высокую активность и вклад в общую дозу облучения в первые недели после выпадения.

⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs имеют высокую подвижность в почве и легко переходят в растения. Поведение этих радиоизотопов в системе почва–растение различно и имеет много общего с поведением их химических аналогов – кальция и калия. Переход ⁹⁰Sr из почвы в растения почти в 10 раз превосходит переход ¹³⁷Cs (кроме торфяных и малоплодородных дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава, где переход ¹³⁷Cs в растения имеет преимущество перед ⁹⁰Sr ).

На поступление в растения радиоизотопов стронция и цезия большое влияние оказывает содержание гумуса, гранулометрический состав, степень увлажнения почв, наличие в почве достаточного количества питательных элементов (для ¹³⁷Сs –особенно калия, для ⁹⁰Sr – кальция).

В целом наиболее высокие уровни загрязнения растений наблюдаются на дерново-подзолистых почвах, особенно легкого гранулометрического состава, самые низкие – на черноземах.

Лесные насаждения сильнее реагируют на ионизирующие излучения, чем травы, что связано с более высокой удерживающей способностью радиоактивных выпадений древесной растительностью и более медленным (в 10–25 раз) очищением ее от радионуклидов.

Наблюдается определенное сходство в поступлении ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr и их химических аналогов – калия и кальция. Максимальная концентрация ⁹⁰Sr всегда обнаруживается у видов растений и в органах животных, богатых кальцием (растения-кальциефилы – бобовые, представители семейства розоцветных и лютиковых; костная ткань животных, скорлупа яиц, раковины моллюсков). Максимальная концентрация ¹³⁷Сs – в растениях- калиефилах (овощной перец, картофель, свекла, капуста, кукуруза, овес, виноград) и мышечной ткани млекопитающих.

Распределение радионуклидов в надземных органах растений показывает, что чем дальше от корня находится орган по транспортной цепи, тем меньше он накапливает радионуклидов. Поэтому зерно – самая чистая продукция, клубни, корнеплоды, луковицы – более загрязненные.

Мерой аккумуляции радиоактивных веществ в организме служит коэффициент накопления (КН), представляющий собой отношение их содержания в организме к содержанию в окружающей среде:

Таким образом, радионуклиды поступают в растения двумя путями:

Эти пути поступления следует отличать друг от друга, так как:

Различают три возможных пути попадания радионуклидов внутрь организма человека и животных: с пищей, через дыхательные пути, через повреждения на коже. Основной путь – оральный с пищей (кормами) и водой. При пастбищном содержании животных определенное количество радионуклидов может поступать в организм с частичками земли и дернины. Поступление радионуклидов через органы дыхания бывает значительным лишь в период выпадения радиоактивных осадков.

Большую опасность представляют продукты питания и корма, содержащие изотопы плутония и америция, которые обладают альфа– активностью. Альфа излучение имеет высокую степень ионизации и , следовательно, поражающую способность для биологических тканей.

Попавшие в кровь радионуклиды, разносятся по организму и избирательно концентрируются в определенных органах. Радиоактивные изотопы кальция, стронция, бария, радия, плутония, урана распределяются в организме по скелетному типу. Радионуклиды калия, натрия, цезия, рубидия, водорода, азота, углерода, полония распределяются по диффузному типу более или менее равномерно. Спецификой обмена ¹³¹I является концентрирование его в щитовидной железе.

Отложение ⁹⁰Sr в организме животных зависит от уровня содержания кальция в рационе. Насыщение рациона кальцием позволяет снизить накопление ⁹⁰Sr в скелете примерно в 2–4 раза. Концентрация ⁹⁰Sr в сале, внутреннем жире, как правило, в несколько раз ниже, чем в мышечной ткани, а в мышцах и субпродуктах – в сотни раз ниже, чем в костной ткани. После перевода животных на «чистые» корма содержание ⁹⁰Sr быстрее снижается в мягких тканях, чем в скелете.

¹³⁷Cs равномерно распределяется по организму и сравнительно быстро выводится из него.

Для характеристики интенсивности выведения радионуклидов из организма человека и животных используют показатель период эффективного полувыведения (Т_эфф), обозначающий время, в течение которого активность снижается вдвое за счет процессов метаболизма и физического распада радионуклидов.

Существует понятие биологический период полувыведения (Т_б) – время, в течение которого активность объекта снижается вдвое в результате процессов метаболизма.

Проникшие в организм животных (человека) и зафиксированные в его органах и тканях радиоактивных вещества называют инкорпорированными. Инкорпорированные радионуклиды имеют особенности по лучевому поражению (внутреннему облучению):

Определенная часть радионуклидов, попавших в организм животных, переходит в продукцию животноводства. Так как терапевтические средства выведения радионуклидов из организма практически не эффективны, то основным путем защиты от инкорпорированных радионуклидов является предотвращение их поступления в организм на этапах почва – растение и растение – животное. Первому из них отводится особая роль.

При оценке степени радиоактивного загрязнения местности и объектов внешней среды используют единицы радиоактивности. Единицей активности радиоактивного вещества в международной системе СИ является беккерель, Бк (один распад в секунду). Внесистемная единица измерения активности– кюри (Кu). Чаще применяют милликюри (1мКu = 10^-3 Кu), микрокюри (1мкКu 10^-6 Кu). Для перевода активности из одних единиц в другие используют следующее соотношение: 1 Кu = 3,7⋅10¹⁰ Бк или 1 Бк = 27⋅10^-12 Кu = 27 пКu.

Плотность радиоактивного загрязнения территории выражают в Кu/км². При плотности загрязнения почвы 1 Ku/км² (37 кБк/м²) на квадратном метре каждую секунду.происходит распад 37000 атомов

Степень загрязнения радиоактивными веществами продуктов питания, воды, воздуха выражают в единицах активности в расчете на единицу массы (пКu/кг, мкКu/кг, кБк/кг и т.п.) или на единицу объема (пКu/м³, пКu/л, кБк/л и т.п.). Для характеристики миграции ⁹⁰Sr и ¹³⁷Сs по пищевым цепям часто используют так называемые стронциевые единицы (1 с. е. = 1 пКu ⁹⁰Sr/1 г Са) и цезиевые единицы ( 1 ц. е. = 1 пКu ¹³⁷Cs/1 г К).

При переходе радионуклида из одного звена миграционной цепи в другое отношение между ним и его химическим аналогом может изменяться, проявляется так называемая дискриминация. Для оценки переноса радиоактивного элемента относительно его химического аналога используют коэффициент дискриминации, который показывает изменение соотношения радионуклида и его химического аналога (цезиевых и стронциевых единиц) при миграции по биологическим цепям, который определяется по формулам:

где С – концентрация цезия-137, стронция-90 или калия и кальция в почве и растении.

Дискриминация цезия по отношению к калию наиболее значима в цепи почва–растение, дискриминация стронция по отношению к кальцию наиболее значима в цепи корм – животное.

Степень опасности поражения людей определяется дозой излучения, т.е. энергией, переданной организму излучением. Повреждение живого организма, вызванное излучением, будут тем сильнее, чем больше энергии излучения передано тканям.

Следует различать энергию излучения, падающую на объект и энергию излучения, поглощенную объектом. В связи с этим различают экспозиционную дозу, поглощенную, которая вызывает радиобиологические эффекты, и эквивалентную дозу, которую используют при облучении разными видами ионизирующих излучений.

В международной системе СИ единицей экспозиционной дозы является 1 кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген (Р), (1 Кл/кг = 3876 Р). Рентген – единица экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения, при прохождении которого через 0,001239 г воздуха (масса 1 см³ при нормальных условиях) образуется 2,08 × 10⁹ пар ионов.

Поглощающая способность объекта может сильно меняться в зависимости от энергии излучения, ее вида, интенсивности, свойств поглощающего объекта. За единицу поглощенной дозы в системе СИ принят грей (Гр) - 1 Дж/кг вещества. Внесистемная единица – рад (radiation absorbed dose) (1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад; 1 рад = 100 эрг/г = 10^-2 Гр). Часто используют понятие интегральной дозы, т.е. энергии, суммарно поглощенной во всем объеме объекта. Интегральная доза измеряется в Джоулях (1 Гр × кг = 1 Дж)

При одинаковой поглощенной дозе в тканях организма биологическое воздействие различных видов излучения отличается, так как они имеют разную относительную биологическую эффективность (ОБЭ) или коэффициенты качества (величина ОБЭ альфа-излучения в 20, а бета- излучения – в 10 раз больше, чем рентгеновского или гамма-излучения). Это значит, что при попадании внутрь организма α-частицы в 20 раз опаснее, чем γ- излучение. Для учета биологической эффективности различных излучений в радиобиологии введено понятие эквивалентная доза.

Эквивалентную дозу определяют умножением поглощенной дозы данного вида ионизирующего излучения на соответствующий коэффициент качества излучения (k).

В системе Си единицей измерения эквивалентной дозы излучения служит зиверт (Зв), несистемной единицей является биологический эквивалент рентгена (бэр). 1 Зв = 100 бэр; 1 бэр = 10^-2 Зв. В практике используют дольные единицы миллибэр (1 мбэр = 10^-3 бэр) микробэр (1 мкбэр = 10^-6 бэр), нанобэр (1 нбэр = 10^-9 бэр).

Полезно помнить, что экспозиционной дозе в 100 Р в случае γ- излучения соответствует эквивалентная доза в 1 Зв.

Так как чувствительность разных частей (органов, тканей) тела не одинакова, то дозы их облучения следует учитывать с разными коэффициентами радиационного риска (табл. 1).

Умножив эквивалентную дозу на соответствующие коэффициенты и просуммировав их по всем органам и тканям, получим эффективно- эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма. Она также измеряется в зивертах.

Основные дозиметрические единицы приведены в приложении 2.

В соответствии с международной нормой радиационной безопасности, допустимой эффективной дозой облучения является 0,1 Бэр в год, что равно 1 мЗв в год. Таким образом, за жизнь человека предельная доза накопления составляет 7 Бэр или 70 мЗв.

Важной дозиметрической величиной является мощность дозы, которая характеризует дозу ионизирующего излучения в единицу времени. Мощность эквивалентной дозы – Зв/с, бэр/с; мощность экспозиционной дозы – Р/с, Кл/кг/с; мощность поглощенной дозы – рад/с, Гр/с. Используют и производные указанных единиц мощности: миллибэр в час (1мбэр/ч); микробэр в час (мкбэр/ч); рентген в час (Р/ч); миллирентген в час (мР/ч); микрорентген в час (мкР/ч).

В зависимости от мощности дозы различают острое и хроническое облучение.

Острое облучение – это кратковременное облучение в течение нескольких секунд, минут, реже – часов при высокой мощности дозы (10– 100 Гр в минуту, час).

Хроническое облучение – продолжительное облучение в течение нескольких десятков часов, суток, недель, лет при низкой мощности дозы (доли Гр в час)

Доза хронического облучения может в 3–6 и более раз превышать дозу острого облучения при одинаковом биологическом действии.

Различают также облучение однократное и многократное (фракционированное). При фракционированном облучении эффективность зависит от числа фракций дозы и продолжительности интервалов между ними. С их увеличением эффективность уменьшается, так как наблюдается восстановление (репарация) структур клеток, организма. Это подтверждает существование процессов пострадиационного восстановления повреждений в живых организмах.

Пределы поступления радионуклидов с пищей составляют:

В зависимости от вида излучения, величины дозы, способа облучения можно наблюдать разные реакции организма на излучение – от ускорения роста и развития до его гибели.

НАЙДИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ:

ДОПОЛНИТЕ:

НАЙДИТЕ СООТВЕТСТВИЕ:

Радиочувствительность различных организмов очень широко колеблется. Малая доза для одних организмов может оказаться смертельной для других.

По отношению к малым дозам принято говорить о радиочувствительности, а к высоким – о радиоустойчивости, выражая их показателями ЛД₅₀, ЛД₇₀, ЛД₁₀₀ (летальная доза для 50, 70 и 100% облученных особей).

Для растений семейства лилейных ЛД₅₀ составляет не более 1 Гр, для бактерий и вирусов – десятки тысяч грей. Лилия является самой радиочувствительной из растений (в состоянии вегетации), за ней следуют сосна и ель. Наибольшее количество данных о радиочувствительности растений в состоянии семян.

Среди высших растений максимальной радиоустойчивостью характеризуются растения семейства капустных. ЛД₅₀ для семян редьки, редиса, брюквы в 50–150 раз выше, чем для семян самых радиочувствительных видов. Высокой радиоустойчивостью обладают семена льна, горчицы, донника.

В фазе проростка радиочувствительность растений возрастает в 15–20 раз, и остается на этом уровне до конца их вегетации (с некоторыми колебаниями).

Радиочувствительность разных сортов одного и того же вида растения может различаться в 2–5 раз.

Живой организм очень чувствителен к действию ионизирующей радиации. Чем выше на эволюционной лестнице стоит живой организм, тем он более радиочувствителен. Из всего многообразия организмов наиболее радиочувствительными являются млекопитающие. Молодые особи более чувствительны к радиации, чем взрослые.

Если человек перенес общее облучение дозой 1–2 Гр, то у него спустя несколько дней появятся признаки лучевой болезни в легкой форме. Средняя степень тяжести лучевой болезни с летальным исходом у 20% облученных наблюдается у лиц, получивших дозу 2,5–3,5 Гр. При получении дозы 4–6 Гр развивается тяжелая форма лучевой болезни. Летальный исход болезни 50%. Очень тяжелая форма лучевой болезни со 100%-ным летальным исходом возникает при получении дозы 6 Гр.

Из позвоночных у птиц радиоустойчивость более высокая, чем у млекопитающих. Из пресмыкающихся наиболее радиочувствительны черепахи (ЛД₅₀ – 15–20 Гр), наиболее радиоустойчивы – змеи (ЛД₅₀ – 80– 200 Гр).

Беспозвоночные характеризуются еще более высокой устойчивостью к радиации. У насекомых ЛД₅₀ составляет 50–300 Гр, ЛД₁₀₀ – 100–500, иногда 1000 Гр. Радиоустойчивость насекомых растет в направлении: яйцо - куколка – взрослая особь.

Самые радиоустойчивые организмы – микроорганизмы – бактерии и вырусы. ДЛ₅₀ для большинства бактерий составляет 300–2000 Гр, для вирусов – 4000–7000 Гр в репродуктивном состоянии, а в период покоя – еще выше. Но существуют еще более устойчивые к радиации организмы – низшие растения: некоторые виды сине-зеленых водорослей, мхи, лишайники.

Почвенная микрофлора обычно не страдает при дозах, губительных для высших растений и животных. Это наиболее устойчивый к облучению компонент биогеоценоза.

Знание радиочувствительности и радиоустойчивости насекомых и микроорганизмов необходимо для подбора доз радиации, предназначенных для обеззараживания материалов, консервации продуктов растениеводства и животноводства. В отдельных случаях эти дозы достигают 20–25 тыс. Гр.

Для фитоценозов более опасным является хроническое облучение, а не острое, так как, действуя на растения в течение ряда поколений, оно приводит к суммированию отклонений в развитии того или иного вида.

После острого облучения фитоценоз может быстро восстановиться. Повреждающие дозы при остром облучении ниже, чем при хроническом облучении.

В агрофитоценозе малейшее подавление роста культурных растений может привести к усилению роста сорняков. И наоборот, стимуляция роста культуры – к подавлению роста сорняков. Это может наблюдаться даже при малых дозах облучения.

Выделяют две группы факторов, от которых зависит радиочувствительность организмов: структурные и функциональные.

К структурным факторам относится объем ядер и хромосом, число хромосом, плоидность.

К функциональным факторам относится функциональное состояние отдельных структур клетки, физиологическое состояние клетки, этап онтогенеза, содержание различных нативных соединений (антиоксидантов, макроэргов, физиологически активных веществ и др.), способность к пострадиационному восстановлению, физиологические ритмы.

Виды растений с меньшим объемом ядра, как правило, отличаются более высокой радиоустойчивостью. Более тесная связь установлена между радиочувствительностью растений и объемом хромосом: чем меньше объем хромосомы, тем ниже радиочувствительность. При одном и том же объеме ядра, но разном числе хромосом различна и радиочувствительность: вид с бόльшим числом хромосом – более устойчив. Здесь играет роль величина объема ядра в расчете на одну хромосому: чем она меньше, тем выше устойчивость.

Полиплоидные виды более устойчивы к радиационному поражению, чем диплоидные.

Существует корреляция между радиочувствительностью и содержанием в семенах и растениях жира и ненасыщенных жирных кислот, аскорбиновой кислоты, ауксинов, сульфгидрильных соединений. Очень важна способность организма к пострадиационному восстановлению.

Наиболее повреждаемыми являются клетки, находящиеся в состоянии деления.

В 1906 г. французские ученые Бергонье и Трибондо сформулировали один из важнейших принципов радиобиологии, имеющий силу закона: чувствительность клеток к излучению прямо пропорциональна их способности делиться и обратно пропорциональна степени их дифференциации.

При хроническом облучении проявляется обратная зависимость: чем

выше скорость роста, тем меньше угнетаются растения, так как быстро делящиеся клетки за время одного клеточного цикла накапливают меньшую дозу и повреждаются, следовательно, слабее. Поэтому любой фактор, увеличивающий продолжительность митоза или мейоза в период облучения сублетальными дозами, усиливает радиационное поражение.

Повреждения в структуре и функциях ДНК являются основной причиной возникновения радиобиологических эффектов (морфологических изменений, лучевой болезни, генетических изменений, гибели и др.).

Синтез ДНК является очень радиочувствительным процессом. Причина этого – в повреждении его структуры, возникновении «ошибок» при передаче информации и в других последствиях, порой фатальных для организма.

Синтез РНК – сравнительно радиоустойчивый процесс (но для разных РНК – неодинаковый).

Высокой радиоустойчивостью обладает синтез большинства белков и ферментов. Подавляющее большинство белков более радиоустойчивы, чем нуклеиновые кислоты.

Под критическими органами понимают жизненно важные органы или системы, первыми выходящие из строя при облучении, что обусловливает гибель организма в определенные сроки после облучения.

Для животных – это кроветворные (в т. ч. костный мозг), эпителий ЖКТ, эндотелий сосудов, хрусталик глаза, половые железы и некоторые другие. Для растений – меристемы и генеративные органы.

В процессе роста и развития растений их радиочувствительность существенно меняется. Наиболее чувствительными являются меристематические и эмбриональные ткани.

Наиболее чувствительными периодами растений являются период прорастания семян и переход растений от вегетативного к генеративному развитию, когда закладываются органы плодоношения. В это время наиболее высока интенсивность клеточного деления, метаболическая активность. Наиболее устойчивыми к радиации являются период созревания и период физиологического покоя семян.

Для злаковых уязвимыми для радиации фазами развития являются фазы кущения, выхода в трубку, колошения; для зерновых бобовых – бутонизации; капусты, свеклы, моркови – появление всходов.

Этапы радиационного воздействия на биологические объекты можно резюмировать следующим образом: поглощение энергии (физический этап) → образование свободных радикалов (химический этап) → первичное действие облучений (прямое и косвенное) → биомолекулярные повреждения (изменение белков, липидов и др.) → биологические изменения (гибель клеток и др. – биологический этап) → физиологические изменения (нарушение функций и др.).

Эффекты воздействия ионизирующих излучений могут длиться от долей секунды до столетий. Их разделяют на соматические, которые возникают в организме, непосредственно подвергшемся облучению, и генетические, проявляющиеся у его потомков.

Соматические проявления радиационного поражения могут носить характер острого и хронического поражения. Это радиационная стимуляция, морфологические изменения, лучевая болезнь, сокращение продолжительности жизни, гибель.

Генетические (мутагенные) эффекты - хромосомные аберрации, генные мутации, которые приводят к наследственным заболеваниям.

Мутагенные эффекты радиации используются в сельскохозяйственном производстве в области радиационного мутагенеза, благодаря которому внедрено более 1000 сортов культурных растений.

НАЙДИТЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ:

ДОПОЛНИТЕ:

НАЙДИТЕ СООТВЕТСТВИЕ

Прогнозирование поступления радионуклидов в растения и животный организм. Дозовые нагрузки на население, проживающее на загрязненной радионуклидами территории, в отдаленный после аварийной ситуации период (два и более лет) складывается из дозы внешнего и внутреннего облучения. Основным источником внешнего облучения является ¹³⁷Сs (γ-излучатель), а внутреннего - ¹³⁷Сs и ⁹⁰Sr, поступающие в организм человека, главным образом, с продуктами питания.

Внешнее облучение формируется под действием γ-излучателей. Главным источником внешнего облучения после Чернобыльской катастрофы является ¹³⁷Сs, распад которого сопровождается β- и γ- излучениями. Радионуклиды ⁹⁰Sr и ²³⁹Pu не представляют опасности, так как проникающая способность β- и α-излучений невелика.

Для примерного расчета дозы внешнего облучения при известной плотности радиоактивного загрязнения территории (а_s) используют эмпирическую формулу:

D_внешн [мкЗв/год] = 100 × а_s

Так, при плотности загрязнения территории ¹³⁷Сs в 3 Кu/км² D_внешн=100×3=300 мкЗв/год.

Для прогноза загрязненности сельскохозяйственной продукции необходима как минимум следующая информация:

Уровни загрязнения продукции растениеводства и животноводства сопоставляют с действующими нормативами СанПиН-01 и ВДУ-93 (приложения 10 и 11).

В практике для прогнозной оценки загрязнения продукции растениеводства радионуклидами используют не коэффициенты накопления (КН), а коэффициенты перехода (КП) радионуклидов из почвы в растения (приложение 4, 5), которые численно равны удельной активности растения (а_р) в Бк/кг при уровне поверхностного загрязнения почвы (а_s) в 1 Кu/км²:

КП = а_р/а_s

По смыслу этот коэффициент мало отличается от коэффициента накопления, но более удобен в использовании, т.к. чаще имеется информация о плотности поверхностного загрязнения почвы, а не о ее массовой удельной активности (а_п), но при необходимости можно легко перейти от одного показателя к другому: 1 Кu/км²=123 Бк/кг почвы.

Например, для оценки уровня загрязнения радионуклидами зерна (а_р) при известной плотности загрязнения почвы (а_s) проводят следующий расчет:

a_р (Бк/кг) = КП×а_s

При переработке сырья часть радионуклидов удаляется с отходами. Для определения загрязненности конечного продукта используют К_пп. Так как для зерна К_пп=0,5, то загрязненность конечного продукта после переработки снизится в два раза (a_р×К_пп).

Продукция животноводства загрязняется через корм животных. Причем это загрязнение, как правило, выше при аэральном, чем при корневом поступлении радионуклидов в кормовые культуры. Для оценки степени загрязнения продукции животноводства нужна информация о плотности загрязнения почвы кормовых угодий, КП радионуклидов из почвы в растения, суточного рациона животных и коэффициентов перехода радионуклидов из суточного рациона кормов в продукцию животноводства (КП_рац, прил. 16).

Учитывая годовое потребление человеком соответствующих продуктов питания (ГП) и дозовые коэффициенты (К_D) для радионуклидов, которыми они загрязнены, определяют годовую дозовую нагрузку от внутреннего облучения. Для ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs при их поступлении в организм с пищей и водой значения К_D составляют 0,080 и 0,013 мкЗв/Бк соответственно. Более высокое значение К_D для ⁹⁰Sr связано, прежде всего, с его более медленным выведением из организма по сравнению с ¹³⁷Сs.

Кроме продуктов питания радионуклиды попадают внутрь организма и с водой. Современные нормы содержания радионуклидов в питьевой воде составляют для β-излучателей 1 Бк/л (СанПиН-01). При годовом потреблении воды 1000 л, даже если все загрязнение будет представлено ⁹⁰Sr, доза внутреннего облучения не превысит 80 мкЗв/год.

Рассмотрим пример прогнозного расчета содержания радионуклидов в продукции растениеводства и животноводства в условиях плотности поверхностного загрязнения (а_s) дерново-подзолистой легкосугнинистой почвы 3 Ku/км² по ¹³⁷Сs и 1 Кu/км²по ⁹⁰Sr. Используя приложение 4, расчет выполним только для картофеля, молока и мяса крупного рогатого скота (табл. 2, 3).

*Основу концентрированных кормов составляет зерно ячменя

Суммарная допустимая дозовая нагрузка сверх естественного фона в соответствии с НРБ-99/2009 составляет 1000 мкЗв/год (1 мЗв/год). В ней учтено внутреннее и внешнее облучение.

Когда уровни облучения превышают допустимые (1000 мкЗв/год) важно дать оценку структуры дозовых нагрузок, что позволяет не только дать общую ее оценку, но и является основой для выбора и разработки системы мероприятий для снижения отрицательного влияния на население радионуклидного загрязнения территории.

Для этого ставят задачу снижения содержания радионуклидов до допустимых уровней, а в случае невозможности – по перепрофилированию производства. В любом случае требуются мероприятия по максимальной минимизации содержания радионуклидов в продукции, даже если их содержание находится в пределах действующих нормативов.

Таким образом, выбор и целесообразность проведения мероприятий определяются следующими факторами:

Предотвращение поступления и накопления радиоактивных веществ в продукции и ее дезактивация. Выделяют пять основных комплексных систем снижения поступления радиоактивных веществ в растения, включающих как общепринятые, так и специальные механические, агротехнические, агрохимические, химические и биологические приемы: обработка почвы; применение удобрений; введение в севооборот новых культур; управление режимами орошения, внесение специальных веществ и соединений.

Обработка почвы:

Применение удобрений.

При использовании удобрений снижение радиоактивного загрязнения продукции происходит по следующим причинам:

Известкование кислых почв. Внесение извести повышает концентрацию ионов кальция в почве и отношение Sr:Ca становится более широким, что затрудняет поступление ⁹⁰Sr в растения: в картофель в 10–20 раз, сено бобовых – в 6–8, зерно – в 2–4, солому злаков – в 3–4, овощи – в 5–7, ягоды – в 4–6 раз. Содержание ¹³⁷Cs снижается в меньшей степени или даже возрастает из-за нарушения соотношения Са:К в пользу кальция и снижения степени обеспеченности растений калием.

Калийные удобрения. Так как калий и цезий являются химическими аналогами, то с повышением запасов калия в среде поступление цезия снижается в 2–20 раз за счет явлений антагонизма ионов К⁺ и Сs⁺.

Внесение калийных удобрений особенно необходимо под культуры- калиефилы, которые накапливают больше Сs, чем другие культуры.

Фосфорные удобрения. Фосфорная кислота способна образовывать со стронцием, как и с другими металлами второй группы, нерастворимые соединения. Поэтому, а также за счет повышения урожайности, внесение фосфорных удобрений существенно снижает переход ⁹⁰Sr из почвы в растения (в 2–20 раз в зависимости от дозы фосфора). Более эффективными оказываются удобрения, содержащие фосфаты кальция и калия.

Азотные удобрения. На загрязненных радионуклидами почвах азотные удобрения следует использовать крайне осторожно. Есть немало данных о повышении на их фоне содержания ⁹⁰Sr в растениях, особенно при несбалансированном соотношении с фосфорными и калийными удобрениями.

Дозы азотных удобрений определяют с учетом потребности на планируемый урожай и корректируют по результатам почвенно- растительной диагностики. В любом случае в зоне радиоактивного загрязнения почв фосфор и калий должны преобладать над азотом.

Микроудобрения. Влияние микроэлементов на переход радионуклидов из почвы в растения изучено слабо. Исходя из химических свойств, можно предположить, что никель и медь будет препятствовать поступлению в растения ¹³⁷Сs, а цинк –⁹⁰Sr.

Органические удобрения обогащают почву органическим веществом, основаниями, питательными элементами, снижают кислотность почвы, повышают емкость поглощения, микробиологическую активность. Это способствует снижению перехода радионуклидов в растения в 1,5–2 раза.

Дозы органических удобрений рекомендуются те же, что и на незагрязненных радионуклидами почвах. Особенно эффективно сочетание внесения органических удобрений и известкования кислых почв.

Введение в севооборот новых культур. Существует видовая и сортовая специфика поглощения и накопления радионуклидов растениями, поэтому следует обращать внимание на подбор культур в севообороте и выбор сортов возделываемых растений.

Такие кальциефильные растения, как люпин, люцерна, клевер, вика, горох и другие бобовые культуры интенсивно поглощают ⁹⁰Sr, тогда как злаки, поглощающие кальций в сравнительно небольших количествах, мало накапливают и ⁹⁰Sr. Калиефильные растения (люпин, кукуруза, капуста, овощной перец, картофель, свекла) интенсивно поглощают ¹³⁷Cs.

Обычно скороспелые сорта накапливают радионуклидов в 1,6–2 раза больше, чем позднеспелые.

Внесение специальных веществ и соединений. Для снижения перехода радионуклидов из почвы в растения может быть рекомендовано внесение в почву минералов, обладающих высокой сорбционной способностью – иллиты, вермикулиты, монтмориллониты, каолиниты.

Снизить поступление радиоактивных веществ в сельскохозяйственные растения и другие живые организмы можно опрыскиванием почв и растительности растворами специальных хими- ческих соединений, образующих на них труднорастворимые в воде полимерные пленки.

Главным источником поступления радиоактивных веществ в организм животных является корм (более 90%), и вода. Если в выпадениях присутствуют короткоживущие радионуклиды, то необходимо временное прекращение выпаса, а траву использовать для производства сена, силоса, гранул с выдерживанием этой продукции до распада радионуклидов.

Стойлово-выгульное содержание животных по сравнению с пастбищным содержанием уменьшает поступление ¹³⁷Cs в рацион и молоко в 3–5 раз, в мясо – в 2–3 раза, ⁹⁰Sr и ¹³¹I – в 10 раз. Если нет чистых кормов, возможно голодание животных в течение 4–8 суток.

К сожалению, набор приемов, способствующих уменьшению перехода радионуклидов из рациона животных в продукты животноводства, ограничен. Практически он сводится к двум мероприятиям: правильному составлению рационов и включению в них добавок и препаратов, препятствующих такому переходу.

Обогащение рациона кормами, содержащими кальций, например люцерной и другими бобовыми травами, добавление минеральных подкормок в виде углекислых и фосфорнокислых солей кальция является дешевым и доступным средством, препятствующим загрязнению продукции животноводства ⁹⁰Sr.

Бобовые, кормовые злаковые травы, картофель, все виды свеклы, в том числе и кормовая, кукуруза, подсолнечник содержат кальция больше, чем другие виды кормовых растений.

Обогащение рациона за счет кормов богатых калием будет способствовать снижению накопления в продукции радионуклида ¹³⁷Cs (бобовые, корнеплоды, злаковые травы, картофель, свекла, кукуруза, подсолнечник).

Известны также препараты, способные снижать переход радиоактивных веществ из корма в ткани животных (альгинаты натрия, калия, кальция, магния). Добавление их к рациону животных способно снизить отложение ⁹⁰Sr в тканях в 1,5–5 раз.

Необычайно высокой эффективностью для ограничения всасывания ¹³⁷Cs в желудочно-кишечном тракте млекопитающих и уменьшения его накопления в организме обладают ферроцианиды. Известно, что при введении их вместе с кормом усвояемость радионуклидов животными снижается в 100–200 раз. Но эти соединения чрезвычайно токсичны и, обладая специфическим вкусом, неохотно поедаются животными.

Снизить поступление радиоактивных веществ в продукцию животноводства можно и разрешив проблему их выведения из организма.

Дезактивация продукции сельского хозяйства. Содержание радионуклидов в продукции животноводства и растениеводства регламентируется санитарными правилами и нормами (СанПиН) (см приложения 10, 11, 12). Всякая технологическая переработка, предусматривающая отделение воды путем отжима, фильтрования, центрифугирования (но не высушивания), будет приводить к дезактивации продукта.

Дезактивация продукции растениеводства. Выделяют три категории приемов обработки продуктов и сырья:

Первые две категории приемов пригодны только при поверхностном загрязнении фруктов, овощей, корне- и клубнеплодов, листовых овощей и др. При корневом загрязнении требуется кулинарная обработка – варка, засолка, консервирование.

Весьма высокой степени очистки можно достичь при переработке загрязненного радиоактивными веществами картофеля на крахмал, углеводсодержащих продуктов растениеводства в этиловый спирт, сахарной свеклы – в сахар, семян подсолнечника, льна, сои, конопли, хлопчатника, кукурузы и других культур – для получения растительных масел. Непригодная для скармливания скоту загрязненная свежая вегетативная масса растений, может быть использована для прямого получения пищевого и кормового белка.

Примерами дезактивации продукции растениеводства с помощью технологических переработок являются технологии выделения углеводов, ферментов, аминокислот, органических кислот, биологически активных соединений.

Оставшиеся после извлечения основного продукта высокорадиоактивные отходы могут быть использованы для получения этилового спирта, а также как питательные среды для получения кормового белка с помощью микроорганизмов, дрожжей, грибов, обладающих невысокими коэффициентами накопления радиоактивных веществ.

Дезактивацию овощей и фруктов надо начинать с механической очистки их поверхности от земли и промывания в теплой проточной воде. Перед мытьем капусты, лука, чеснока необходимо удалить верхние наиболее загрязненные листья. Более полная дезактивация овощей происходит после варки. Самый «грязный» картофель можно употреблять в пищу, если воду сливать трижды после того, как она закипит. Промывка в проточной воде картофеля, томатов, огурцов снижает степень загрязнения радионуклидами в 5–7 раз, удаление кроющих листьев у капусты – в 40 раз, срезание венчика у корнеплода – в 15–20 раз.

Среди ягод и фруктов меньше содержат радионуклидов яблоки и груши, более загрязненные – красная и черная смородина. Перед употреблением огородные культуры, не требующие кулинарной обработки, следует тщательно мыть под проточной водой, снимая кожуру 3–5 мм. Механическая очистка позволяет удалить 50% радионуклидов, находящихся на поверхности. Засолка овощей и фруктов уменьшает это количество на 30–40%, рассол употреблять нельзя. В процессе варки овощей количество радионуклидов еще больше уменьшается, но необходимо чаще сливать воду.

Дезактивация продукции животноводства. Выпас откормочного скота разрешается на местности, где радиоактивность не превышает 5 Кu/км², но за 1,5–2 месяца до убоя их кормят «чистыми» кормами. Однако, это не всегда гарантирует чистоту мясных продуктов. В мясе и мясных продуктах накапливаются радионуклиды цезия и стронция. Цезий накапливается прежде всего мышечной тканью, в почках, печени, сердце, стронций – в костях, особенно молодых. Количество радионуклидов в мясе можно значительно снизить, если провести его дезактивацию одним или несколькими способами. Например, промывка в проточной воде уменьшает радиацию в 1,5–3 раза, вымачивание в 85% растворе поваренной соли в течение не менее, чем 2-х часов уменьшает радиацию не менее, чем в 3 раза. При этом, чем более измельчено мясо и дольше происходит вымачивание, тем больше радионуклидов уходит из мяса. Но следует помнить и другое: чем больше времени происходит вымачивание и чаще сливается вода, тем больше теряется питательных веществ.

Эффективным способом дезактивации мяса является слив отвара после в варки течение 10 минут В этом случае радиация уменьшается примерно в 2 раза, а после варки в течение 30–40 минут радиация уменьшается в 3–6 раз. При засолке и вымачивании солонины (четырех разовая обработка со сменой рассола) радиация может быть уменьшена в 100 раз. Кости говядины для приготовления бульонов использовать не рекомендуется.

Перетопка сала сопровождается переходом свыше 95% ¹³⁷Cs в шквару, в результате чего концентрация его в топленом жире снижается в 20 раз.

Жарение загрязненных радионуклидами мясных продуктов не рекомендуется, так как в готовом блюде концентрация радионуклидов может увеличиться из-за выпаривания жидкости. По этой же причине не рекомендуется вяление и копчение мяса.

Куриное мясо, как правило, достаточно «чистое» и специальной обработки не требует. Если кур кормят относительно чистыми продуктами, но баранина примерно такая же «грязная», как говядина, и ее дезактивация обязательна.

Молочные продукты. Основной радионуклид, аккумулирующийся в молочных продуктах – цезий-137. После сепарирования цельного коровьего молока до 90 % радионуклидов остается в сыворотке и обрате. Наиболее безопасный способ пить молоко – разбавлять сливки кипяченой водой. Дальнейшая переработка показывает, что в твороге обезжиренном остается 10% цезия и 12 % стронция, в сливочном масле – 2,5 % цезия и 1,5 % стронция, в топленом масле – 0. Двух-трехкратная промывка сливок теплой водой и обезжиренным молоком снижает содержание в них ⁹⁰Sr еще в 50– 100 раз.

Технологический способ заключается в переработке молока на сливки, сметану, масло, творог, сыр, сухое и сгущенное молоко. При этом основное количество радионуклидов остается в сыворотке и в пахте. Эта переработка позволяет устранить загрязнение продуктов короткоживущими радионуклидами (¹³¹I, ⁸⁹Sr). В твороге обезжиренном остается 10% ¹³⁷Cs и 12% ⁹⁰Sr. Поэтому очевидно, что из загрязненного радиоактивными веществами молока целесообразно получать сливки и масло, особенно топленое.

Для получения казеина, творога и сыра необходимо провести свертывание молока. В этом случае в сыр российский, голландский, костромской переходит до 80 % стронция-90. В случае использования кислотного способа в сыре сохраняется до 80% цезия-137, но стронций практически отсутствует.

Существуют также методы, с помощью которых можно проводить очистку молока от радиоактивных веществ без существенного изменения его химического состава и свойств. Так, использование пирофосфата, связывающего стронций, позволяет в течение суток удалить из молока до 83% ⁹⁰Sr. Дезактивация молока путем ионного обмена и применения сорбентов дает коэффициент очистки 100%. Для этого созданы специальные установки.

Электродиализный метод очистки молока удаляет до 90% ⁹⁸Sr и до 99% ¹³⁷Cs, а на электродиализной установке с анионо-обменными мембранами может быть удалено 70–90 % ¹³¹I.

Чем на более раннем этапе будет решена задача по предотвращению поступления и накопления радиоактивных веществ в продукции сельского хозяйства, тем более эффективной окажется защита человека и его потомков от облучения инкорпорированными радионуклидами.

Рыба. Наибольшее содержание радионуклидов находится в голове и во внутренностях. Свежую рыбу необходимо очистить от чешуи, удалить внутренности, а у донных рыб и хребет. Затем рыбу разрезать на куски и вымочить в течение 10–15 часов, сменяя периодически воду. Этот способ уменьшает загрязненность цезием на 70–75%. Следует помнить, что в рыбе озер радионуклидов больше, чем в рыбе рек. При отварах количество радионуклидов в рыбе уменьшается в 2 раза по сравнению с очищенной. Жареная и особенно вяленая рыба содержит больше радионуклидов, чем отварная.

НАЙДИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ:

ДОПОЛНИТЕ

НАЙДИТЕ СООТВЕТСТВИЕ:

РАСПОЛОЖИТЕ В ПРАВИЛЬНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ:

Примеры решения задач

Пример 1. Закончите уравнения реакции радиоактивного распада:

Решение:

Уравнения должны удовлетворять правилу равенства суммы индексов:

Пример 2. Период полураспада некоторого радиоактивного изотопа равен 3 часам. Какая масса его останется не распавшейся через 18 часов, если первоначальная масса изотопа составляла 2 г?

Решение: За время хранения радиоактивного изотопа прошло 18/3 = 6 периодов полураспада (n = 6). Отсюда масса не распавшегося изотопа, оставшаяся после 18 часов хранения, равна:

M = m₀ ∙1/2ⁿ =200 ∙ 1/2⁶ = 2/64 = 31,25м г

Ответ: Останется 31,25мг.

Пример 3. Определить активность (Бк) образца железа, 10 мг которого содержит 10^-3 % ²¹²Рb.

Определим массу ²¹²Рb в образце: 10 ∙ 10^-3 : 100 = 10^-4 мг. Далее, используя постоянную Авогадро, определим число атомов ²¹²Рb в этой массе:

Зная период полураспада ²¹²Рb (10,6 сут.=915840 с), определяем активность образца железа:

Ответ: активность образца равна 2,15 ∙10¹² Бк

Пример 4. Найти поправку на радиоактивный распад радиоактивного натрия (Т=14,8 ч) по истечении 4 ч.

Решение: A_t = A₀ ∙ е^-λt = A₀/е^0,693∙t/T = A₀ / К

Определим, какую часть периода полураспада составляет 4 ч.

t/Т = 4 : 14,3 = 0,27 (периода полураспада)

По приложению 15находим значение поправки К, соответствующее времени t = 0,27 периода полураспада. Она равна 1,2.

Ответ: поправка на радиоактивный распад равна 1,2.

Пример 5. Исходная активность препарата ⁸⁶Вr (Т=34ч) равна 120 имп./мин. Найти его активность через 26 ч.

Решение: 26 час это 0,76 периода полураспада (26 : 34)

По таблице находим поправку на радиоактивный распад К (1,69), это означает, что к моменту времени t= 26 ч активность уменьшилась в 1,69 раза, т. е. стала 1200/1,69 = 710 имп./мин.

Ответ: Через 26 ч активность препарата соответствовала 710 имп./мин.

Пример 6. При выращивании растений томата внесено 350 мкКu ³²Р. Сухая масса растений через 45 сут. составила 70 г, а активность 0,2 г растительной массы составила 200 Бк. Период полураспада ³²Р равен 14,3 сут. Определить коэффициент использования фосфора растениями (%).

Решение: Т.к. 1 Кu = 3,7 ∙10¹⁰ Бк, то 350 мкКu = 1295∙10⁴ Бк

Активность всей сухой массы растений через 45 суток (А_t) равна:

А_t = 200 Бк : 0,2 г × 70 г = 7∙10⁴ Бк

Учитывая, что в течение 45 суток (t) происходил распад поглощенного радиоактивного фосфора, можно определить исходную его активность (А₀), используя формулу: А₀ = А_t×е^λt=А_t×К.

Значение К находим по приложению 15. Для этого определим, сколько периодов полураспада ³²Р прошло за 45 сут (t:T)= 45:14,3=3,15.

Тогда К =7,62.

А = 7 ⋅10⁴ × 7,62 = 53,34⋅10⁴ Бк

Находим А₀ в процентах от внесенного ³²Р:

Ответ: Коэффициент использования фосфора растениями равен 4,1 %.

Пример 7. Сколько β-активного ³²Р необходимо добавить к 10 г неактивного, чтобы удельная активность препарата стала равной 1 Кu/г? Период полураспада ³²Р равен 14,3 сут.

Решение: 1 Кu =3,7 ∙10¹⁰ Бк. Используя формулу: А=λN и выразив 14,3 сут в секундах, находим число радиоактивных атомов (N), которое необходимо добавить к 1 г стабильного фосфора: N = A/λ

Используя массовое число изотопа (М) и постоянную Авогадро (М_А), определяем массу указанного числа атомов ³²Р:

Следовательно, к 10 г стабильного фосфора необходимо добавить: 3,5 ∙10^-5 г ³²Р.

Ответ: масса ³²Р равна 3,5∙10^-5 г

Пример 8. Как изменится заряд и массовое число ядра при протекании следующей ядерной реакции: (n; pn)?

Решение: Нейтрон не имеет заряда, протон – несет один положительный заряд. Массы протона и нейтрона примерно одинаковы. В процессе ядерной реакции при поглощении ядром нейтрона массовое число ядра увеличивается на единицу, зарядовое число– не изменяется.

При испускании ядром одного протона и одного нейтрона зарядовое число ядра уменьшается на единицу, массовое число – на две единицы. В итоге образуется дочернее ядро с массовым числом (М–1) и зарядовым – (Z–1). Получится изотоп химического элемента, стоящего в Периодической системе Д.И. Менделеева на одну клетку левее исходного.

Пример 9. Определить время допустимого нахождения человека на открытой местности в период аварийной ситуации при интенсивности радиационного заражения 1 Зв/час. Предельно допустимая доза радиации – 10 бэр.

Решение: 1 Зв = 100 бэр. Отсюда время нахождения на открытой местности: 10 бэр : 100 бэр/час = 0,1 часа или 6 минут.

Ответ: 6 минут.

Пример 10. Определить допустимое число 8-часовых смен нахождения человека в поле, если дозовый предел составляет 1000 мкЗв/год, дозовая постоянная – 0,07 (мкЗв/ч)/(Кu/км²), плотность радиоактивного загрязнения территории ¹³⁷Сs – 10 Кu/км², ⁹⁰Sr – 4 Ku/км² и дозе годового внутреннего облучения 400 мкЗв.

Решение: Основной вклад в поглощенную дозу внешнего облучения человека вносит гамма-излучение. Так как ⁹⁰Sr является β – излучателем, в формировании дозы внешнего облучения он не учитывается. Число смен (n) определяют исходя из плотности загрязнения территории ¹³⁷Сs, являющегося гамма-излучателем, по формуле:

Ответ: 107 смен.

Пример 11. На рабочем месте имеем радионуклид ¹³¹I (Кγ = 2,3 Р/ч) активностью 37 мКu. Какую дозу получит экспериментатор за 2 часа работы, если он находится на расстоянии 0,5 м от объекта? Предельно допустимая доза (ПД) составляет 17 мР/сут.

Ответ: За 2 часа экспериментатор получит дозу 68 мР, что в 4 раза превышает предельно допустимую суточную дозу.

Пример 12. Определить эквивалентную дозу при одновременном гамма- и нейтронном облучении, если поглощенная доза гамма-излучения равна 0,5 рад, доза тепловых нейтронов – 0,2 рад и доза быстрых нейтронов – 0,1 рад.

Решение: При одновременном воздействии нескольких видов излучения с разными коэффициентами качества (k_i) эквивалентная доза (H) определяется как сумма эквивалентных доз для всех видов излучения ®:

Коэффициент качества для гамма излучения равен 1, для тепловых нейтронов – 3, для быстрых нейтронов – 10. Поэтому эквивалентная доза будет равна: 0,5 ×1 + 0,2 × 3 + 0,1 × 10 = 2,1 рад

Ответ: 2,1 рад.

РЕШИТЕ ЗАДАЧИ:

Обозначения:

КП – коэффициент перехода – пересчета от плотности загрязнения почвы (Кu/км²) к ожидаемому содержанию в урожае (Бк/кг);

k_пп – коэффициент потерь радионуклидов в процессе переработки;

ГП – годовое потребление продукта населением по среднестатистическим данным (кг);

а_прод – ожидаемое содержание радионуклида в продукции растениеводства.

Обозначения:

КП_рац – коэффициент перехода нуклидов из кормов в продукты животноводства (в расчете на 1 л (кг) продукта);

а_прод – ожидаемое содержание (активность) нуклида в продукции животноводства

Сделайте заключение:

ОТВЕТЫ