Чем опасны радионуклиды Стронций-90, Цезий-137, америций-241

Чем опасны радионуклиды, пути их распространения, а также полезные рекомендации по радиационной безопасности.

В первые десятилетия после Чернобыля самой большой угрозой для здоровья населения стали цезий-137 и стронций-90. Период их полураспада – 30 лет. Половина этих радионуклидов уже перестала быть опасной. В следующие 30 лет распадётся ещё половина от оставшегося объёма и так далее. Для полного распада радиоактивных цезия и стронция нужно десять периодов по 30 лет – то есть три столетия. Относительно плутония-241 ситуация следующая.

С момента аварии прошло почти 35 лет, и большая часть плутония-241 уже превратилась в америций-241. Осталось распасться около 20% изотопа. По подсчётам учёных, пиком его образования (а значит, самой большой опасности) станет 2056 год.

Проблема радионуклидов в том, что наш организм воспринимает их как необходимые ему микроэлементы. Они усваиваются и участвуют в обмене веществ. Аналогично усваиваются радионуклиды и сельскохозяйственными растениями и животными. Таким образом, с мясом, молоком и фруктами они попадают на наш стол.

С продуктами питания радионуклиды поступают в организм человека, где накапливаются в различных органах и тканях. Известно, что

• Цезий-137 накапливается в мышечной ткани и во внутренних органах.
• Стронций-90 – преимущественно в костной ткани.
• Америций-241 накапливается в основном в костях и дополнительно в надкостнице.

Ионизирующие излучения, возникающие при радиоактивном распаде ядер радионуклидов, находящихся в организме, формируют дозу внутреннего облучения человека.

Пути распространения радионуклидов

Выпавший на поверхность земли радиоактивный нуклид перемещается под воздействием природных факторов в горизонтальном и вертикальном направлениях.

• Горизонтальная миграция происходит при ветровой эрозии почв, смывании атмосферными осадками в низменные бессточные участки. Скорость миграции зависит от гидрометеорологических факторов, рельефа местности, вида почв и растительности и физико-химических свойств нуклида.
• Вертикальный перенос нуклидов происходит с фильтрационными токами воды и связан с деятельностью почвенных животных и микроорганизмов, выносом из корнеобитаемого слоя почвы в наземные части растений и др.

В первые годы после выпадения радионуклиды в основном содержатся в верхнем, 5-10-сантиметровом, слое почвы независимо от её вида. Удержание нуклида происходит благодаря высокому содержанию в верхнем слое мелкодисперсных фракций (особенно глинистых) и органических веществ, повышающих сорбционные свойства почвы.

Проникновение радиоактивного нуклида на глубины 30-50 см, очевидно, занимает десятки и сотни лет, однако перераспределение его по профилю почвы может произойти и быстрее – в результате сельскохозяйственной деятельности. В этом случае нуклид относительно равномерно рассредоточивается в пределах всего пахотного слоя.

Как правило, «путешествие» по пищевым цепочкам начинается с растений, куда нуклид может попасть непосредственно в момент радиоактивных выпадений, либо косвенно – через листья, стебли и корневую систему с пылью и водой.

До 60 % нуклида накапливается в надземных частях растительного организма. При этом в почвах, бедных калием, эффект накопления заметно увеличивается.

Особенно высокое содержание радионуклидов отмечено у лишайников, чая и хвойных деревьев, что связано с их биологическими особенностями. Относительно аэрозольного цезия установлено, что более всего он накапливается в капусте, далее по убыванию – свёкле, картофеле, пшенице и естественной травянистой растительности.

Основной источник поступления радионуклидов в организм человека – загрязненные нуклидом продукты питания животного происхождения.

Например, содержание радиоактивного цезия-137 в литре коровьего молока достигает 0.8-1.1% от суточного поступления нуклида, козьего и овечьего – 10-20%. Однако в основном он накапливается в мышечной ткани животных: в 1 кг мяса коров, овец, свиней и кур содержится 4, 8, 20 и 26% (соответственно) от суточного поступления нуклида. В белок куриных яиц попадает меньше – 1.8-2.1%. Ещё в больших количествах нуклид накапливается в мышечных тканях гидробионтов: активность 1 кг пресноводных рыб может превышать активность 1 л воды более чем в 1000 раз (у морских – ниже).

Основной источник радионуклидов для населения Украины, России – мясные, молочные и зерновые продукты, в странах Европы и США нуклид поступает в основном с молочными и мясными продуктами и меньше – с зерновыми и овощными.

Стронций-90

Вред стронция-90 для человека прежде всего в том, что наш организм ошибочно принимает его за кальций. Попадая в организм, радионуклид занимает место необходимого нам кальция в костях, нарушая их структуру.

Длительное радиационное воздействие и продуктов распада стронция поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию хронической лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей (радиогенная остеосаркома).

Опасность этого легко представить:

вообразите дом, сложенный из одинаковых стандартных кирпичей. А теперь представьте себе, что часть из них заменена газобетонными блоками, вдвое превышающими размер кирпича.

Костная ткань, в которой кальций заменился стронцием, подвержена переломам, но это не единственная опасность. Со стопроцентной вероятностью со встроившимся в кости стронцием случится радиоактивный распад. Это означает, что он превратится в атом другого элемента, при этом испустив бета-частицу – то, что мы называем «радиацией», «излучением» и т. п. На своём пути она, как выпущенная с большой скоростью пуля, может повреждать структуры клетки и – что самое опасное – ДНК, нашего организма. От таких повреждений информация, записанная в ней может исказиться, и такая клетка может дать начало злокачественной опухоли. Учитывая то, что стронций в организме человека предпочитает находиться в костях, больше всего страдает от таких радио-повреждений костный мозг.

Если стронций уже попал в организм, вывести его очень сложно, ведь костная ткань не обновляется ежеминутно. Именно поэтому главное в профилактике всех радиоактивных проблем – это осторожный подбор продуктов питания.

Америций-241

Этот продукт распада ещё только начинает появляться. И чем больше времени будет происходить распад, тем больше его будет появляться. Его фиксировать начали, скажем, лет 10 назад – он ещё был в маленьких концентрациях, в течение ближайших 10–15 лет он будет набирать силу. Он активно мигрирует, он может попасть в грунтовые воды, он будет распространятся дождями, снегом и так далее. Он считается гораздо более агрессивным, чем цезий и стронций.

Период полураспада америция-241 составляет 432 года. То есть должно пройти минимум от восьми до десяти таких периодов, чтобы этот изотоп перестал быть опасным. А это – 4330 лет!

Биологический (в теле человека) период полураспада 241 Am составляет 50 лет в костях и 20 лет в печени, тогда как в яичках и яичниках он сохраняется постоянно. Во всех этих органах америций способствует образованию раковых клеток в результате своей радиоактивности. 

Главная опасность америция – во внутреннем действии на организм при попадании с пищей. 80-90% полученных населением доз облучения сегодня, а также связанных с радиацией заболеваний, – результат именно внутреннего облучения.

Как и другие изотопы плутония, америций-241 находится в верхнем слове почвы. Америций больше накапливается в вегетативных органах растений чем в корнях. Коэффициент перехода америция в системе корм – молоко составляет 10-5 – 10-8.

Изотопы урана и америция являются долгоживущими альфа-излучающими нуклидами, представляющими опасность за счёт внутреннего облучения. Сравнительная оценка биологической эффективности изотопов урана и америция и других нуклидов показала, что они в 20-100 раз токсичнее Стронция-90. 

Цезий-137

Цезий-137, наряду с другими радиоактивными изотопами, были выброшены в окружающую среду во время почти всех испытаний ядерного оружия и некоторых ядерных аварий , в первую очередь Чернобыльской катастрофы и Фукусима.

По состоянию на 2016 год цезий-137 в Чернобыле распался вдвое, но он мог быть локально сконцентрирован гораздо более серьёзными факторами. Это очень устойчивый элемент, период полураспада которого составляет 30 лет. За этот продолжительный период его активность падает всего лишь в два раза. Для полного исчезновения лучевой активности цезия-137 понадобится примерно 240-300 лет.

Накопление цезия в органах и тканях происходит до определённого предела (при условии его постоянного поступления), при этом интенсивная фаза накопления сменяется равновесным состоянием, когда содержание цезия в организме остаётся постоянным. Равновесное состояние у сельскохозяйственных животных наступает примерно через 10–30 дней, у человека приблизительно через 430 суток.

Радиоактивный цезий является двойником калия, поэтому попав в организм, подменяет его во всех процессах. Это в первую очередь касается мышц – именно здесь накапливается большая часть поглощённого цезия.

Вред цезия-137 для человека в первую очередь связан с его радиоактивностью. На пути своих радиоактивных превращений он будет облучать окружающие ткани гамма- и бета-лучами, вызывая мутации и повреждения на клеточном уровне.

Биологический период полувыведения накопленного цезия-137 для человека принято считать равным 70 суткам. Тем не менее, скорость выведения цезия зависит от многих факторов – физиологического состояния, питания и др. (например, приводятся данные о том, что период полувыведения для пяти облучённых человек существенно различался и составлял 124, 61, 54, 36 и 36 суток).

Постоянное влияние цезия-137 на человека в долгосрочной перспективе может вызвать появление злокачественных опухолей. Поглощение больших доз (при авариях и взрывах) вызывает лучевую болезнь, но это проблема скорее радиационной, а не пищевой безопасности.

Рекомендации по радиационной безопасности

Никогда не приобретайте ягоды, грибы, овощи и молокопродукты, если происхождение их неизвестно. Относитесь осторожно к продуктам, происходящим из областей, загрязненных вследствие аварии на АЭС. Накапливать радионуклиды может и речная рыба. 

Не ленитесь изучать карты радиационного загрязнения.

Несложные процедуры, такие, как тщательная мойка овощей, фруктов, ягод, грибов, а также снятие кожуры и кроющих листьев, позволяют снизить содержание в них радионуклидов на 30–50%. При разделке рыбы, когда удаляются чешуя, жабры, голова, внутренности, плавники, большая часть радионуклидов устраняется с этими отходами.

Обработка пищевых продуктов, содержащих радионуклиды, без добавления (обжаривание) или с добавлением в небольшом количестве воды снижает содержание радионуклидов в готовом продукте только на 15–20% от исходного уровня.

Действия по обеззараживанию условно чистых продуктов

• Овощи, фрукты, ягоды. Употреблять после тщательного промывания и вымачивания (4 ч) в воде с солью. Кожуру необходимо снимать, овощи тушить.
• Мясо животных и птицы. После предварительного замачивания (подсоленная вода) мясо кипятят в чистой воде 10 мин. Бульон варят в новой воде.
• Молоко. Продукту необходима переработка (сливки, сыр). Сыворотка или пахта, как водная субстанция, подлежат утилизации.
• Грибы. Поскольку грибы накапливают радионуклид. От их употребления лучше отказаться.
• Рыба. Рыбу из местных водоёмов подвергают тщательной очистке изнутри и снаружи. Готовят после промывки в нескольких водах.

Дмитрий Лео

Источники

• Гусев Н.Г. Радиоактивные выбросы в биосфере: Справочник. М., 1986.
• Ионизирующее излучение: источники и биологические эффекты // Докл. за 1982 г. Нью-Йорк: Научный ком. по действию атомной радиации при ООН, 1982. Т.1.
• Моисеев А.А. Цезий-137: Окружающая среда. Человек. М., 1980.
• Гусев Н.Г. // Атомная энергия. 1976. Вып.41. Nљ4. С.254-260.
• Павлоцкая Ф.И. Миграция продуктов глобальных выпадений в почвах. М., 1974.
• Марей А.Н., Зыкова А.С., Сауров М.М. Радиационная коммунальная гигиена. М., 1984.
• Книжников В.А., Бархударов Р.М., Брук Г.Я. и др. Медицинские аспекты аварии на Чернобыльской атомной электростанции // Материалы науч. конф. 11-13 мая 1988, Киев, 1988. С.66-76.
• Василенко И.Я. // Вопр. питания. 1988. N 4. С.4-11.
• И другие.