Искусственная радиоактивность

Ядра стабильных элементов можно бомбардировать также нейтро­нами. В настоящее время известно свыше 900 радионуклидов, получаемых искусственным путем. Особенно много искусственных радионуклидов по­лучают в ядерных реакторах, в т.ч. и реакторах АЭС. Большинство из них являются α–излучателями и имеют большие периоды полураспада.

Искусственные радионуклиды появились в связи с деятельностью человека. Они подразделяются на три группы.

К первой группе относятся радиоактивные продукты ядерного деления. Они возникают при реакциях деления ядер ²³⁵U, ²³⁸U, ²³⁹Pu и т.д., которые происходят в резуль­тате действия на них нейтронов. Источники этой группы радионуклидов в атмосфере – испытания ядерного оружия, работа предприятий ядерного топливного цикла и атомной промышленности – ядерно–энергетические ус­тановки, радиохимические заводы и т. д. При ядерных взрывах образует­ся около 250 изотопов 35 элементов. К радиоактивным продуктам деления (РПД) относятся ¹³¹J, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ¹⁴⁰Ва, ¹³³Хе и многие другие. Период по­лураспада РПД от нескольких секунд до нескольких десятков лет.

Большинство образующихся радионуклидов являются β– и g–излучателями ¹³¹J, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁰Ва, остальные испускают или только β–частицы – ⁹⁰Sr, ¹³⁵Cs, или α–частицы – ¹⁴⁴Nd, ^l47Sm.

Вторую группу составляют радиоактивные трансурановые элементы, возникающие в ядерно–энергетических установках и при ядерных взрывах в результате последо­вательных ядерных реакций с ядрами атомов делящегося вещества и по­следующего радиоактивного распада образующихся сверхтяжелых ядер. К этим радионуклидам относятся ²³⁷Np, ²³⁹Pu, ^24lAm, ²⁴²Cm и др. В основном, они α–активны, характеризуются очень большим периодом полураспада, отсутствием стабильных изотопов.

К третьей группе относятся продукты наведенной радиоактивности, образующиеся в результа­те ядерных реакций элементарных частиц. Нейтроны, образующиеся при цепной реакции деления урана или плутония, воздействуют на ядра ста­бильных элементов окружающей среды, превращая их в радиоактивные (реакция активации). К этим радионуклидам относятся ⁴⁵Са, ²⁴Na, ²⁷Mg, ²⁹Al, ³¹Si, ⁶⁵Zn, ⁵⁴Fe и др. Большая часть их распадается с испусканием β–частиц и g– излучения.

Основными компонентами, составляющими искусственный радиа­ционный фон (ИРФ), являются:

1. Глобальные выпадения искусственных радионуклидов, связанные с испытанием ядерного оружия. В мире было проведено более 400 ядерных испыта­ний. Это привело к глобальному повышению облучения на­селения Земли. Большая часть радионуклидов попадает в стратосферу, где они остаются на многие месяцы, и даже годы, медленно опускаясь и рас­сеиваясь по всей поверхности земного шара. Это приводит к изменению радиационного фона в различных точках земного шара, удаленных на де­сятки тысяч км от места взрыва. При ядерных взрывах в окружающую сре­ду поступают радионуклиды деления, неразделившаяся часть ядерного за­ряда, нейтроны. Образуется также наведенная радиоактивность.

Воздействие на человека радиоактивных выпадений включает β– и g–облучение за счет радионуклидов, присутствующих в приземном воздухе и выпавших на поверхность земли; за счет загрязнения радионуклидами кожных покровов и одежды; за счет внутреннего облучения от попавших в организм радионуклидов с вдыхаемым воздухом, пищей, водой.

2. Загрязнения локального, регионарного и глобального характера, обусловленные неаварийными выбросами АЭС и радиоактивными отхода­ми, и особенно при авариях на АЭС. При работе ядерных реакторов, как и при ядерных взрывах, образуется большое количество радионуклидов – продукты деления ²³⁵U, ²³⁴Pu. Основная масса продуктов деления задер­живается и остается непосредственно в топливной композиции. Радиоак­тивные отходы могут быть в виде газов, аэрозолей, жидкостей и в твердом виде. Для задержки газоаэрозольного выброса АЭС устанавливаются фильтры, используются камеры выдержки, радиохроматографические сис­темы. Газоаэрозольный выброс – по­ступление радиоактивных веществ в вытяжную трубу высотой 100–150 м. Рассеиваясь в атмосфере, они образуют облако выброса. При движении облака в атмосфере происходит облучение людей β– и g– излучением. Аэ­розольные частицы, выпадая из облака, оседают на местности и мигриру­ют в окружающей среде. Часть радионуклидов, поступивших с пищей, обусловливает внутреннее облучение. Если в оболочке тепловыводящих элементов (ТВЭЛов) образуются дефекты, то продукты деления могут поступать в теплоноси­тель. Жидкие отходы могут попасть в реки и озера.

При работе предприятий урановой промышленности возможно за­грязнение окружающей среды радионуклидами на каждом из этапов про­изводства – добыча, переработка, обогащение урана, приготовление ядерно­го топлива. На рудниках окружающая среда загрязняется радионук­лидами семейства урана–235, в основном радоном и продуктами его распа­да. Отвалы бедных руд вблизи обогатительных фабрик также являются источником эмиссии в атмосферу радона и продуктов его распада. При регенерации ядерного топлива на ра­диохимических заводах в выбросах могут быть ³Н, ¹⁴С, ¹³⁷Cs и др.

3. Использование открытых источников ионизирующих излучений в промышленном производстве, сельском хозяйстве, в научно-исследовательских учреждениях, меди­цине и т.д. Радиоактивные изотопы широко применяются в промышленно­сти.

Широкое применение нашли радионуклиды в медицине. С их помо­щью диагностируют состояние отдельных органов – печени, легких, щито­видной железы и т.д. с применением ³²Р, ⁵⁷Се, ¹³¹J, ¹³³Xe и др. Их используют для диагностики и лечения опухолей. С этой целью в организм вводят ¹³¹J, так как обмен веществ в опухоли происходит быстрей, чем в здоровых тканях, ра­диоизотоп йода быстрее накапливается в опухоли.

Нашли применение радионуклиды и в сельском хозяйстве. Облучение семян повышает их всхожесть и уро­жайность. Применяют излучения также для дезинсекции зерна, консервации сельхозпродуктов. Радиоактивные вещества применяются и в археологии, геологии, геохимии и в др. отраслях.

5.5. Характеристика основных естественных и искусствен­ных радионуклидов

Уран. Природный уран состоит из смеси трех изотопов: урана–234, урана–235, урана–238. Искусственные радиоактивные изотопы – с массовыми числами 227–240. Период полураспада урана–235 – 7 ∙ 10⁸ лет, урана–238 –4,5 ∙ 10 лет. При распаде урана и дочерних радионуклидов испускаются α–и β–излучения, а также g–кванты. Проникает уран в организм разными путями, в том числе и через кожу. Растворимые соединения быстро всасыва­ются в кровь и разносятся по органам и тканям, накапливаясь в почках, костях, печени, селезенке. Биологический период полувыведения из легких – 118–150 суток, из скелета – 450 суток. За счет урана и продуктов его рас­пада годовая эквивалентная доза составляет 1,34 мЗв.

Торий. Торий–232 – инертный газ. Продукты его распада – твердые радиоактивные вещества. Период полураспада – 1,4 ∙ 10¹⁰ лет. При пре­вращениях тория и продуктов его распада выделяются α– и β– частицы, а также γ– кванты. В минерале торианита содержится до 45–88% тория. Из сплава тория с обогащенным ураном изготавливаются ТВЭЛы. В организм поступает через легкие, желудочно–кишечный тракт, кожу. Накапливается в костном мозге, селезенке. Биологический период полувыведения из большинства органов – 700 суток, из скелета – 68 лет.

Радий. Радий–226 является важнейшим радиоактивным продуктом распада урана–238. Период полураспада 1622 года. Это серебристо–белый металл. Широко применяется в медицине в качестве источника α–частиц для лучевой терапии. Поступает в организм через органы дыхания, желу­дочно–кишечный тракт и кожу. Большинство поступившего радия депони­руется в скелете. Биологический период полувыведения из костей около 17 лет, из легких – 180 дней, из других органов выводится в первые двое су­ток. При попадании в организм человека вызывает повреждение костной ткани, красного костного мозга, что приводит к нарушению состава крови, пе­реломам, образованию и развитию опухолей. В течение одних суток 1г радия дает при распаде 1 мм³ радона.

Радон. Радон–222 – бесцветный газ без запаха. Период полураспада 3,83 суток. Продукт распада радия–226. Радон – α– излучатель. Он образу­ется в месторождениях урана, в радиоактивных рудах, содержится в газе, грунтовых водах и т.д. Может выходить и по трещинам горных пород, в плоховентилируемых шахтах, рудниках его концентрация может достигать больших величин. Радон встречается во многих строительных материалах. В атмосферу поступает также при вулканической деятельности, при про­изводстве фосфатов, работе геотермальных энергетических станций.

В лечебных целях применяется в виде радоновых ванн при лечении заболеваний суставов, костей, периферической нервной системы, хрониче­ских гинекологических заболеваний и др. Применяется также в виде инга­ляций, орошений, приема внутрь воды, содержащей радон. В организм по­ступает, в основном, через органы дыхания. Период полувыведения из ор­ганизма в пределах суток. Радон дает ³/₄ годовой эквивалентной дозы зем­ных источников облучения и около ¹/₂ дозы от всех естественных источ­ников радиации.

Калий. Калий–40 – серебристо–белый металл, в свободном виде не встречается, так как очень химически активен. Период полураспада 1,32 ∙ 10⁹ лет. При распаде излучает β– частицы. Является типичным биологическим элементом. Потребность человека в калии — 2–3 мг на кг веса в сутки. Много калия содержится в картофеле, свекле, помидорах. В орга­низме всасывается 100% поступившего калия, распределяется равномерно по всем органам, относительно больше его в печени, селезенке. Период полувыведения около 60 суток.

Йод. Йод–131 образуется в реакциях деления урана и плутония, а также при облучении теллура нейтронами. Период полураспада 8,05 дней. Поступает в организм через органы дыхания, желудочно–кишечный тракт (всасывается 100% поступившего йода), кожу. Накапливается, в основном, в щитовидной железе, концентрация его в железе в 200 раз выше, чем в дру­гих тканях. Распадаясь, йод выделяет β–частицу и 2 g–кванта. Период по­лувыведения из щитовидной железы 138 дней, из других органов 10–15 су­ток.

Цезий. Цезий–137 – щелочной металл серебристо-белого цвета, мягкий, тягучий. В воздухе мгновенно воспламеняется. В почвах, бедных калием, он закрепляется прочно, а в почвах, богатых органикой, хорошо усваивается корневой системой, легко распространяется в самих растениях. Накапливается в организме человека и животных. Цезия много в зерне, стеблях картофеля, зелени и других растениях. В организм человека поступает через желудочно-кишечный тракт и свободно циркулирует по всему телу. Основная часть этого элемента накапливается в мышцах (около 80 %). Период биологического выведения из организма взрослого человека до 3-х месяцев, у детей – от 20 до 50 суток. Цезий-137 – бета-излучатель. Период полураспада 30,2 года. распадается с испусканием двухкомпонентного бета-спектра, максимальная энергия которого составляет Е = 0,5 МэВ. Этому излучению сопутствует гамма-излучение, испускаемое дочерним радиоактивным барием с энергией Е = 660 КэВ, а также рентгеновские лучи с энергией Е = 36 КэВ.

При попадании в организм приводит к заболеваниям органов дыхания и нервной системы, вызывает подавление системы кроветворения, приводит к заболеваниям сердечно-сосудистой и костно-мышечной системы, а также органов пищеварения и эндокринной системы. Иногда может привести к злокачественным новообразованиям.

Стронций. Стронций–90 – серебристо-белый металл, лёгкий, ковкий, пластичный. Является бета-излучающим элементом с периодом полураспада 28,1 года. Стронция много в зерне, молоке, зелени и других растениях. Основная часть этого элемента накапливается в костях, в большей степени откладывается в молодых. Период биологического полувыведения составляет около 20 лет. Вследствие этого стронций-90 является более опасным радионуклидом по сравнению с цезием-137 и приводит к различным видам заболеваний.

Плутоний. Плутоний–239 является α–излучателем. Металл серого цвета. Период полураспада 24 400 лет. Обладает также и слабым гамма-излучением. Особенно опасен при попадании в органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и на кожу. При дефиците кальция избирательно накапливается в костях. При попадании в кровеносное русло задерживается в печени. Как и стронций-90, очень трудно выводится из организма. Плутоний-239 выпал только в Брагинском, Светлогорском и Рогачёвском районах. Вследствие того, что плутоний-239 является альфа-излучателем, он при попадании в организм человека вызывает лейкемию, рак печени, молочной железы и т.д.

Америций. Америций–241 – продукт распада плутония–241 (период полураспада ²⁴¹Pu составляет – 14,4 года). Период полураспада америция–241 составляет 432,2 года, при распаде выделяется α– частица. Америций растворяется в воде значительно лучше плутония, а поэтому отличается большей миграционной способностью. Накапливается до 99% на поверхно­стных слоях почвы, 10% америция находится в растворенной форме и лег­ко усваивается растениями. Концентрируется у человека в скелете, печени, почках. Период полувыведения из скелета – до 30 лет, из печени – до 5 лет.

Дата добавления: 2014-11-29