Естественно-радиоактивные элементы

Находятся естественно-радиоактивные элементы в Земной коре преимущественно в урановых и ториевых рудах, и почти все они являются изотопами тяжелых элементов с атомным номером более 82. Ядра тяжелых элементов неустойчивы и претерпевают многократные последовательные ядерные превращения. В результате возникает целая цепочка радиоактивных распадов, в которой изотопы оказываются генетически связаны между собой. Такая цепочка называется радиоактивным семейством или рядом (Рис. 0.1).

В настоящее время известно три естественно-радиоактивных ряда:

1) урановый (Рис. 0.1.а). Исходный элемент семейства в результате 14 последовательных радиоактивных превращений переходит в устойчивый изотоп свинца . Поскольку это семейство включает в себя важный радиоактивный элемент – радий , то оно часто обозначается как семейство урана-радия.

2) ториевый (Рис. 0.1.б). Родоначальник семейства путем 10 последовательных превращений переходит в стабильный изотоп свинца .

3) актиноурановый (Рис. 0.1.в). Родоначальником этого ряда является изотоп урана , который раньше называли актиноураном AcU. Через 11 превращений переходит в стабильный изотоп свинца . Из-за присутствия среди членов ряда изотопа актиния это семейство иногда называют семейством актиния или актиния-урана.

В конце девятнадцатого – начале двадцатого веков еще не имели полного представления об изотопах, поэтому каждое вещество с новыми физико-химическими свойствами считали новым элементом и назначали ему свое имя. Этим объясняется присутствие собственных имен у многих членов радиоактивных семейств.

Предполагается, что содержание U и Th с приближением к ядру убывает примерно в 1000 раз.

В космических телах (каменных метеоритах, горных породах Венеры) р.н. обнаруживаются примерно с таким же содержанием, как и в соответствующих породах земной коры. Лунные породы несколько обеднены р.н. по сравнению с земными.

Среднемировое значение эффективной дозы внутреннего облучения за счет поступления долгоживущих природных радионуклидов уранового и ториевого рядов с продуктами питания и питьевой водой составляет 0,12 мЗв/год.

В течение нескольких десятков лет, например, глиноземы использовались в Швеции при производстве бетона, с применением которого было построено 350-700 тысяч домов. Затем неожиданно обнаружили, что глиноземы очень радиоактивны. В середине 70-х годов их применение было резко сокращено, а затем они вовсе перестали использоваться в строительстве.

Кальций-силикатный шлак – побочный продукт, получаемый при переработке фосфорных руд и обладающий, как выяснилось, довольно высокой удельной радиоактивностью,– применялся в качестве компонента бетона и других строительных материалов в Северной Америке (шт. Айдахо и Флорида) и в Канаде.

Фосфогипс – еще один побочный продукт, образующийся при другой технологии переработки фосфорных руд,– широко применялся при изготовлении строительных блоков, сухой штукатурки, перегородок и цемента. Он дешевле природного гипса, и его применение приветствовалось защитниками окружающей среды, поскольку фосфогипс относится к разряду промышленных отходов и, таким образом, его использование помогает сохранить природные ресурсы и уменьшить загрязнение окружающей среды. В одной только Японии в 1974 году строительная промышленность израсходовала 3 млн. тонн этого материала. Однако фосфогипс обладает гораздо большей удельной радиоактивностью, чем природный гипс, который он призван был заменить, и, по-видимому, люди, живущие в домах, построенных с его применением, подвергаются облучению, на 30% более интенсивному, чем жильцы других домов. Согласно полученным оценкам, ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза облучения в результате применения этого материала составляет ~ 300 000 чел-Зв.

Известны случаи применения в строительстве даже отходов урановых рудников. В 1952-1966 годах пустая порода из отвалов обогатительных фабрик, производящих урановый концентрат, применялась в качестве строительного материала и для засыпки строительных площадок под дома, особенно в городе Гранд-Джанкшен (шт. Колорадо). В канадском городе Порт-Хоп (провинция Онтарио) для строительных целей использовали отходы, остающиеся после извлечения радия из руды. В обоих случаях пришлось вмешаться правительству и привлечь виновных к судебной ответственности за ущерб, причиненный здоровью людей, которые подверглись ничем не оправданному облучению.

В некоторых случаях дома возводились прямо на старых отвалах горнодобывающих предприятий, содержащих радиоактивные материалы. Так, в США (шт. Колорадо) дома оказались построенными на отходах урановых рудников, в Швеции – на отходах переработки глинозема, в Австралии – на отходах, оставшихся после извлечения радия, во Флориде – на регенерированной после добычи фосфатов территории. Но даже и в менее экзотических случаях просачивающийся сквозь пол радон представляет собой главный источник радиоактивного облучения населения в закрытых помещениях.

Кроме радиоактивных семейств в природе существуют одиночные радионуклиды, которые, распадаясь, сразу дают устойчивые атомы (Таблица 0.1):

Таблица 0.1. Одиночные естественные радионуклиды.

Нуклид	Тип превращения	Массовая доля радионуклида от всех изотопов данного элемента, %	Период полураспада, лет	Продукты распада
K	β^–	0,012	1,484·10^9	Ca
К -захват	Ar
Rb	β^–	27,85	4,88·10^10	Sr
In	β^–	95,77	5,1·10^15	Sn
Sn	2β^–	6,11	1,5·10^17	Te
La	β^–	0,089	1,35·10^11	Ce
К -захват	Ba
Nd	β^–	5,62	10^16	Pm
Sm	α	15,07	1,08·10^11	Nd
Lu	β^–	2,59	3,6·10^10	Hf
К -захват	Yb
Re	β^–	62,93	5·10^10	Os

В организме человека массой 70 кг находится в среднем К-140 г; U-2∙10^-5 г; Ra-10^-10 г. Внутреннее облучение за счет ^40К 0,17 мЗв/год.

Неподалеку от города Посус-ди-Калдас в Бразилии, расположенного в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность. Как оказалось, здесь уровень радиации в 800 раз превосходит средний и достигает 250 мЗв/год. По каким-то причинам возвышенность оказалась необитаемой. Однако лишь чуть меньшие уровни радиации были зарегистрированы на морском курорте, расположенном в 600 км к востоку от этой возвышенности.

Гуарапари – небольшой город с населением 12 000 человек – каждое лето становится местом отдыха примерно 30 000 курортников. На отдельных участках его пляжей зарегистрирован уровень радиации 175 мЗв/год. Радиация на улицах города оказалась намного ниже – от 8 до 15 мЗв/год,– но все же значительно превышала средний уровень. Сходная ситуация наблюдается в рыбацкой деревушке Меаипе, расположенной в 50 км к югу от Гуарапари. Оба населенных пункта стоят на песках, богатых торием.

В другой части света, на юго-западе Индии, 70 000 человек живут на узкой прибрежной полосе длиной 55 км, вдоль которой также тянутся пески, богатые торием. Исследования, охватившие 8 513 человек из числа проживающих на этой территории, показали, что данная группа лиц получает в среднем 3,8 мЗв/год на человека. Из них более 500 человек получают свыше 8,7 мЗв/год. Около шестидесяти получают годовую дозу, превышающую 17 мЗв/год, что в 50 раз больше средней годовой дозы внешнего облучения от земных источников радиации.

Эти территории в Бразилии и Индии являются наиболее хорошо изученными «горячими точками» нашей планеты. Но в Иране, например в районе городка Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации до 400 мЗв/год. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

Рис. 0.1. Схемы радиоактивных превращений в урановом (а), ториевом (б) и актиноурановом (в) рядах.

Дата добавления: 2014-01-05