Характеристика радиоактивных излучений

Биологическое действие ⁹⁰Sr связано с характером его распределения в организме (накопление в скелете) и зависит от дозы b-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом ⁹⁰Y. При длительном поступлении ⁹⁰Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Существенные изменения в костной ткани наблюдаются при содержании " Sr в рационе около 1 мккюри на 1 г Ca. Заключение в 1963 в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от ⁹⁰Sr и уменьшению его подвижных форм в почве.

Источники радиоактивного стронция. Основным источником загрязнения внешней среды радиоактивным стронцием были испытания ядерного оружия и аварии на предприятиях топливно-ядерного цикла. Атмосфера — первичный резервуар ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr, откуда радионуклиды поступают на сушу и в гидросферу. Осаждение определяется гравитацией, адсорбцией на нейтральной пыли, постоянно присутствующей в атмосфере, и удалением атмосферными осадками (дождем, снегом). Время пребывания радиоактивных аэрозолей в атмосфере составляет 30–40 суток, в стратосфере — несколько лет. Вследствие различных периодов полураспада соотношение ⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr в выпадениях постоянно меняется. В начальный период после взрыва в выпадениях преобладает ⁸⁹Sr , а затем ⁹⁰Sr , поскольку отношение активности ⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr в начальный период равно 150. В начальный период ⁸⁹Sr является одним из компонентов загрязнения внешней среды в зонах ближних выпадений радионуклидов. Суммарное количество ⁸⁹Sr , поступившего в атмосферу, оценивается в 90 ЭБк, а ⁹⁰Sr в 600 ПБк. В эти величины не входит стронций локальных выпадений. Наблюдалась отчетливо выраженная зональность выпадений, зависящих от особенностей атмосферных течений. За период 1961–1969 гг. в умеренных широтах Северного полушария плотность выпадения ⁸⁹Sr составила 1.3 · 104Бк/м², а ⁹⁰Sr за период 1951–1980 гг. примерно 2.1 · 104Бк/м². Источником загрязнения внешней среды, как было отмечено, были и остаются предприятия атомной энергетики. В условиях нормальной эксплуатации АЭС выбросы радионуклидов незначительны. В основном они обусловлены газообразными радионуклидами (РБГ, ¹⁴С, тритием и йодом). В условиях аварий, особенно крупных, выбросы радионуклидов, в том числе радиоизотопов стронция, могут быть значительными. Примером являются известные аварии на промышленном реакторе в Уиндскейле (1957г.) и ЧАЭС (1986г.). В Уиндскейле произошел пожар и выброс и составил соответственно 29.6 · 10¹¹ и 33.3 · 10¹⁰Бк. На ЧАЭС в разрушенном реакторе по оценкам могло накопиться 22.6·10¹⁶Бк и 233.1·10¹⁶Бк. Выброс мог составить 4 и 3 % накопленной в реакторе активности. В 1957г. в результате нарушения режима хранения РАО в ПО "Маяк" произошел взрыв емкости, где хранились радионуклиды в количестве 74 · 10¹⁶Бк. При взрыве 74 · 10¹⁵Бк (10 %) активности в виде жидкой пульпы было поднято взрывом на высоту до 1км. В выброшенной активности на долю ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr пришлось 2.2 и 2.5 %, которые обусловили длительное загрязнение больших территорий ряда областей Южного Урала. Образовался Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). В начальный период работы ПО "Маяк" в результате сброса 10¹⁷Бк РАО в реку Теча произошло загрязнение ее поймы. В сбросах содержались радиоизотопы цезия, стронция и редкоземельных элементов. Оценивая опасность загрязнения внешней среды радиоактивным стронцием, следует кратко остановиться на его миграции в природных средах. Выпавший на поверхность Земли радиоактивный стронций включается под влиянием природных факторов в процессы миграции. После атмосферы почва становится его важнейшим депо. Радионуклиды мигрируют в горизонтальном и вертикальном направлениях. На их миграцию существенное влияние оказывают их физико-химические свойства, климатические условия, рельеф местности, вид почвы, гидрологический режим, характер растительности, агрохимические особенности ведения сельского хозяйства и др. ⁹⁰Sr. В глобальных выпадениях ⁹⁰Sr практически водорастворим и в почве находится в подвижной форме, что имеет принципиальное значение в процессах его миграции. Кратко остановимся лишь на некоторых вопросах миграции радио-стронция в биоценозах, поскольку пища растительного и животного происхождения является основным источником его поступления населению. В процессе миграции радионуклидов по пищевым цепочкам: растения → человек, растения → животные → человек, вода → гидробионты → человек обычно происходит их дискриминация, т.е. изменение содержания в звеньях. 
 
 

Ядерно-физические свойства

основных  радиоактивных изотопов стронция

Таблица 2

Почва → растения — начальное звено большинства пищевых цепочек экологического цикла переноса радиостронция из внешней среды человеку. В растения радионуклиды могут поступать в результате непосредственного загрязнения наземных их частей в момент выпадения, пылеобразования и поглощения из почвы через корневую систему. Задержка радиоаэрозолей определяется их дисперсностью и видовыми особенностями растений. Коэффициент задержки глобального радиостронция может достигать 25 %. Радиоактивные частицы с растений смываются дождем, сдуваются ветром и т.д. Время их удержания зависит от размера и вида растений. Для умеренного пояса оно составляет 1–5 недель, в среднем 2 недели. Осевший на растения радиостронций всасывается в результате активных биологических процессов. Интенсивность всасывания зависит от растворимости частиц и вида растений и может достигать нескольких процентов.

Усвоение  радиостронция из почвы определяется его биологической доступностью и прежде всего растворимостью, агрохимическими свойствами почвы, видом растений. Особое значение имеет содержание в почве обменного кальция. При оценке уровней загрязнения используют отношение ⁹⁰Sr : Ca, выраженное в стронциевых единицах (1 СЕ =10 ÷ 12 Ки ⁹⁰Sr на 1г Ca). Накопление достигает 300 ÷ 1000 пКи на 1 мКи/м². В больших количествах стронций накапливается в бобовых, корнеплодах, и в меньшей мере (в 3–7 раз) в злаковых.

Животным  радиоактивный стронций в основном поступает с кормом и в меньшей степени с водой (около 2 %). Переход нуклида зависит от его биологической доступности, видовых и возрастных особенностей животных и их физиологического состояния. У молодых животных всасываемость стронция выше. В возрасте нескольких дней она практически достигает 100 %, что связано с высокой проницаемостью стенок кишечника. С увеличением возраста всасываемость снижается. Так у взрослых животных крупного рогатого скота, овец, коз, свиней, кур всасываемость оценивается в 6÷16; 7÷10; 3÷14; 14; 50÷80 % соответственно. Максимальная концентрация нуклида в крови регистрировалась у коров, коз и свиней через 12–24; 12 и 6–12 ч. соответственно после поступления стронция в организм. В крови стронций циркулирует в некомплексной форме и лабильно связан с белками.

Стронций  относится к типичным остеотропным радионуклидам. По величине отложения нуклида в скелете сельскохозяйственных животных можно расположить в ряд: крупный рогатый скот < козы < овцы < свиньи < куры. Из костной ткани стронций выводится медленно. У молодых животных нуклид выводится значительно быстрее, чем у взрослых.

Увеличение  содержания кальция в корме ускоряет выведение. Помимо скелета наибольшая концентрация отмечена в печени и почках, минимальная — в мышцах и особенно в жире, где концентрация в 4–6 раз меньшая, чем в других мягких тканях.

В условиях хронического поступления стронция животным, что имеет практическое значение, кратность накопления (содержание нуклида в организме по сравнению с ежедневным поступлением) зависит от возраста животных и равна 10 ÷ 20. Содержание стронция в период равновесного состояния в 1кг мышц коров, овец, коз, свиней и кур достигает 4, 8, 20, 26 и 45 % суточного поступления. Содержание стронция при

хроническом поступлении у взрослых коров, овец, коз, свиней и кур составляло в скелете: 6; 950; 770; 220 и 16; мышцах: 3; 0.2; 0.4; 0.2 и 0.3; других органах: 0.4÷0.6; 0.3÷0.6; 0.2÷0.6; 0.2÷0.3 и 0.2÷0.8 % суточного поступления.

Ожидаемые дозы за счет

перорального  поступления ⁹⁰Sr

Таблица 3

У лактирующих  животных стронций в значительных количествах выводится с молоком. Суточное выведение у коров разной продуктивности достигает 0.2 ÷ 5 %, у коз 1.3 %, овец 1 ÷ 6 % в 1 литре от суточного поступления. Из глобальных выпадений содержание ⁹⁰Sr в молоке колеблется от 0.3÷0.8 % в 1л суточного поступления. Переход ⁹⁰Sr из корма в молоко коров оценивается в 0.1 % на 1л удоя, а при хроническом поступлении нуклида в 0.2 ÷ 0.3 % в 1 литре. Переход ⁹⁰Sr из рациона в яйцо не превышает 40 % суточного поступления радионуклида, а у низкопродуктивных кур может достигать 60 %. Содержание стронция в скорлупе достигает 96 %, в желтке и белке содержится соответственно 3.5 и 0.2 %.

Содержание  стронция в гидробионтах зависит  от концентрации нуклида в воде и степени ее минерализации. Так у рыб Балтийского моря содержание стронция в 5 раз больше, чем у рыб Атлантического океана. Коэффициент накопления достигает 10 ÷ 100, в основном стронций депонируется в скелете.

Радиоактивный стронций относится к остеотропным биологически опасным радионуклидам. Как чистый бета-излучатель основную опасность он представляет при поступлении в организм. В таблице 4 на с. 15 для сравнение приведена токсичность ⁸⁹Sr , ⁹⁰Sr и других биологически значимых α- и β-излучающих радионуклидов. Населению нуклид в основном поступает с загрязненными продуктами. Ингаляционный путь имеет меньшее значение. Не исключается поступление нуклида через раневые и ожоговые поверхности. Растворимые соединения стронция хорошо всасываются в кишечнике. Резорбция зависит от возраста человека, физиологического состояния, характера питания и особенно содержания в рационе кальция. Она колеблется от 10 до 60 %. В больших количествах стронций всасывается у детей. Для взрослого человека МКРЗ рекомендует величину всасывания равной 30 %. Радиостронций избирательно откладывается в костях, особенно у детей, подвергая кости и заключенный в них костный мозг постоянному облучению. В костях стронций накапливается неравномерно. В эпифизе и метафазе первоначальная концентрация нуклида примерно в 2.5 раза выше, чем в диафизе. В других органах и тканях стронций депонируется в значительно меньших количествах.

Выводится стронций из организма в основном через кишечник. Кинетику выведения можно описать суммой трех экспонент: 73, 10 и 17 % с периодом соответственно 3, 44 и 4000 суток. Быстро выводящиеся компонент отражает выведение нуклида из мягких тканей, медленно выводящий — из скелета.

Биологическое действие радиоактивного стронция многообразно и связано с распределением поступившего в организм нуклида и формируемых доз. При поступлении равных количеств ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr величины поглощенных доз и время их формирования различны, что связано с большим периодом полураспада ⁹⁰Sr и высокой β-энергией его дочернего нуклида ⁹⁰Y (Еβ = 2.26 МэВ). При поступлении ⁸⁹Sr доза формируется в течение сравнительно короткого времени, а при поступлении ⁹⁰Sr в течение многих лет. Дозовые коэффициенты Е для ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr равны соответственно для быстро выводящей фракции 1.0 ÷ 9 и 2.4 ÷ 9 Зв/Бк и для медленно выводящей — 7.5÷9 и 1.5÷7 Зв/Бк. Спустя 1 год доза от стронция ⁹⁰Sr в десять раз большая, а через 20 лет в 150 раз, чем от ⁸⁹Sr .