История открытия цезия 137

Цезий имеет интересную историю открытия. В 1860г. в лабораторию немецкого ученого Бунзепа врачи прислали воду со шварцвальских источников. Испаривши воду, ученый внес раствор в пламя газовой горелки и стал рассматривать в спектроскоп. Обнаружил, что в пламени появилось новое вещество цвета небесной голубизны. Оно было названо цезием, что в переводе с латинского обозначает «небесно голубой» цезий – один из очень редких элементов, который находится в горных породах, морской воде, небольшая часть его находится в сахарной свекле, зернах какао, чайных листах. Знаком с ним и курильщик: об этом свидетельствует 2 голубые линии в спектре табачного дыма.

Цезий давно изучается учеными. Ученые с индийского института геофизических исследований пришли к выводу, что высокая концентрация в воде может быть приметой магматической активности недров.

Повышенная концентрация радиоактивного изотопа Cs-137 обнаружено в деревьях, которые сохранились в районах Тунгунского взрыва, причем изменения характерные для тех слоев ствола, которые относятся к 1908 г., когда это произошло.

Общая характеристика цезия 137

Изотоп Cs-137 является фактически единственным источником гамма-излучения, применяющимся в агрономических исследованиях для определения плотности и влажности почв, несмотря на то, что имеются и другие источники гамма-излучения. Удобство этого источника усиливается еще и тем, что он имеет 30-летний период полураспада, вследствие чего отпадает необходимость в ежедневной корректировке радиоактивного распада. Относительно низка также стоимость этого изотопа. Радиоактивные изотопы цезия, являющиеся химическими аналогами калия, отличаются высокой биологической подвижностью. При наличии в почвах они интенсивно поступают в растение. Размеры перехода радионуклидов из почвы в растения часто определяют величиной коэффициента накопления (КН) растениями.

Коэффициент накопления представляет собой отношение содержания радионуклида в единице растительной массы (Ср) к содержанию радионуклида в единице массы почвы (Сп):

В таблицу 1 занесены коэффициенты о накоплении радионуклидов в соломе на различных видах почвы.

Таблица 1- Коэффициент накопления радионуклидов в соломе

Так, при поступлении из почвы в растения коэффициент накопления Cs-137 может достигать 2.

Исходя из пяти основных рационов КРС, полученных из кормов, выращенных на основных четырех типах почв (дерново-подзолистые песчаные, супесчаные, суглинистые, и торфяно-болотные) проведены расчеты предельно-допустимого уровня (ПДУ) загрязнения сельскохозяйственных угодий радионуклидами Cs-137 в зависимости от содержания обменного калия в почве (80-500 мг/кг).

ПДУ Cs-137, где в почве содержалось 80 и менее мг/кг калия для дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв составили 0,37-1,09 МБк/м 2 , суглинистых 0,51-1,53 МБк/м 2 ,торфяно-болотистых (калий 250 мг/кг и менее) 0,09-0,14 МБк/м 2 .

Цезий – химический элемент 1 группы периодической системы Д.И.Менделеева. Щелочной металл. Атомная масса 132,91. В природе существует один стабильный изотоп Cs-133. Встречается главным образом в рассеянном состоянии в минералах лепирлите и карполлите. Образует и самостоятельные минералы поллуцит и родицит.

Цезий серебристо-белый металл, мягкий, тягучий. Во всех соединениях одновалентен. Плотность 1,903 г/см 3 (при 20º С), температура плавления

28,5ºС, температура кипения 670ºС. Обладает селективным фотоэлектрическим эффектом. На воздухе моментально воспламеняется с образованием перекиси Сs 2 Оз. Воспламеняется при взаимодействии с галогенами. С серой и фосфором взаимодействует со взрывом, так же протекает взаимодействие его с кислотой и водой. При 300ºС разрушает стекло и кварц, вытесняя кремний. Простые соли цезия (хлориды, сульфаты и др.), хорошо растворимы в воде, двойные и комплексные – плохо. Цезий извлекается из природных минералов вместе с рубидием. В разных почвах действие цезия различно: в глинистых, выщелоченных, обедненных калием он закрепляется прочно, плохо поступает из них в корни растений, в почвах, богатых органикой, хорошо усваивается корневой системой растений (частично этому способствует большая обменная катионная емкость органических почв). Цезий легко передвигается в самих растениях. Накапливается в лишайниках (иногда в 10 раз больше, чем в растениях юга), осоке, хвощах.

Среднее содержание его в растениях примерно 0,022% сухого вещества. В значительных количествах он накапливается в организме беспозвоночных животных – 0,0138% (на сухое вещество), в организме позвоночных его в 4 раза меньше. Цезий поступает в организм животных преимущественно с растительной пищей, легко всасывается в желудочно-кишечном тракте (50-80%) и свободно циркулирует по всему телу. Основная часть его депонируется в мышцах (80%) и костях (около 8%). Причем более активные мышцы поглощают цезий в больших количествах. У лактирующих животных значительная доля цезия переходит в молоко, у кур - в яйца. Выводится из организма с мочой и калом. Жвачные выводят цезий в больших количествах, чем другие животные.

Из пищевых продуктов цезием богаты хлеб, картофель, различная зелень. При парентеральном введении в организм выведение его с мочой и калом значительно увеличивается при обогащении рациона калием, и наоборот, снижение содержания калия в рационе приводит к снижению выведения цезия. О токсическом действии цезия в условиях его непрерывного поступления в организм с рационом данных нет. У разных видов животных уровни накопления различные. Например, в тканях коровы цезия значительно больше, чем в тканях овцы, поскольку масса мягких тканей у коровы примерно в 7 раз больше.

Радиоактивный изотоп Cs-137бета - излучатель. Распадается с испусканием двухкомпонентного бета-спектра. Ев = 511,7 кэВ (94,8%), Ев = 1173,4 кэВ (5,2%). Максимальная энергия 0,52 Мэв, средняя 179 кэВ. Этому изучению сопутствует гамма-излучение, испускаемое дочерним радиоактивным барием, с энергией 661,662 кэВ и рентгеновские лучи с энергией 32-36,5 кэВ. Поскольку цезий при попадании в организм циркулирует по всему телу, дозы облучения всех органов примерно одинаковы, и поэтому возможны генетические и соматические повреждения. Влияние Cs-137 на продолжительность жизни и другие эффекты одинаково при разных путях поступления в организм. При попадании на кожу Cs-137 всасывается по кровеносным сосудам и лимфатическим капиллярам, период полувыведения его из кожи равен одним суткам. Период полувыведения Cs-137 из организма различен у разных видов животных, например, у собак он равен 42 суткам, а у крыс 6. При инкорпорации Cs-137 в организм возможно развитие лейкемии, рака молочной железы и печени, подавление лимфоидного кроветворения, угнетение функции костного мозга, опухоли кожи.

Допустимые уровни активности Cs-137 в открытых водоемах 1,5 10-8 Ки/л (555 Бк/л), воздуха рабочей зоны – 1,4 10 –11 Ки/л (0,52 Бк/л), в атмосферном воздухе – 4,9 10-13 Ки/л (0,02 Бк/л).



В природе цезий встречается в виде стабильного изотопа ‘ззСб. Однако у него существуют и радиоактивные изотопы, из которых наиболее известен ^Cs.

Цезий-137 (радиоцезий) - радиоактивный нуклид химического элемента цезия Z=55, N=82, А- 137, атомная масса 136,9070895 а.е.м., избыток массы - 86545,6 кэВ, образуется при /Рраспаде ‘ 3 7 Хе (T=3,8i8 мин) по схеме:

Период полураспада 1=30,1071 лет, максимальная энергия

электронов 1,17563 МэВ, спин и чётность 7/2+, продукт распада - стабильный ^Ва.

В 94,4% случаев распад происходит с промежуточным образованием ядерного изомера бария J 37»>Ba (Г= 2,55 м), который в свою очередь переходит в основное состояние с испусканием у-кванта с энергией 661,7 кэВ (или конверсионного электрона с энергией 661,7 кэВ, уменьшенной на величину энергии связи электрона). Суммарная энергия, выделяющаяся при 0-распаде одного ядра *37Cs, составляет 1175,63 кэВ. Активность 1 г этого нуклида равна з,2*ю 12 Бк.

Рис. 1.

Изотоп wCs образуется при делении ядер урана в ядерных реакторах и при ядерном взрыве. Относится к долгоживущим продуктам. Из растворов, полученных при переработке радиоактивных отходов ядерных реакторов, *37Cs извлекается методами соосаждения с гексацианоферратами железа, никеля, цинка или фторовольфраматом аммония, а так же методами ионного обмена и экстракции. Этот изотоп также нарабатывается на ускорителях заряженных частиц.

Радиоизотопы цезия применяются в химических исследованиях, в гамма-дефектоскопии, в радиационной технологии, в радиобиологических экспериментах, измерительной технике, для радиационной стерилизации пищевых продуктов, медицинских средств и лекарственных препаратов. >37Cs используется в производстве радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде хлорида цезия (плотность 3,9 г/см 3 , эиерговыделение 1,27 Вт/см 3), в датчиках уровнемеров сыпучих веществ в непрозрачных бункерах, а также как источник излучения для контактной и дистанционной лучевой терапии для лечения злокачественных опухолей. *37Cs имеет определенные преимущества перед радиоактивным 6 °Со: более длительный период полураспада и менее жёсткое у-излучение. Поэтому приборы на основе *37Cs долговечнее, а защита от излучения менее громоздка.

Ядерная энергетика является источником поступления *37Cs в окружающую среду. В 2000 реакторами АЭС всех стран мира в атмосферу было выброшено 22,2-ю 19 Бк *37Cs. Выброс >37Cs осуществляется не только в атмосферу, но и в океаны с атомных подводных лодок, танкеров, ледоколов, оснащенных ядерно-энергетическими установками. Суммарная активность продуктов деления, образовавшихся в ядерном реакторе атомной подводной лодки мощностью 6о МВт при его непрерывной работе в течение одного года, достигает более 3,7-ю* 7 Вк, в том числе *37Cs - 24-ю* 4 Бк.

После аварии на Чернобыльской АЭС во внешнюю среду поступило 1.0 МКи *37Cs. В настоящее время это основной дозообразующий радионуклид на территориях, пострадавших от аварии на ЧАЭС. От его содержания и поведения во внешней среде зависит пригодность загрязненных территорий для полноценной жизни. Почвы Украинско-Белорусского Полесья имеют специфическую особенность - *37Cs плохо фиксируется ими, и он легко поступает в растения через корневую систему. После аварии на ЧАЭС людей пришлось отселять из наиболее пострадавших районов вовсе не изза опасно высокого радиационного фона - там стало невозможным ведение сельского хозяйства.

Цезий-137, испускающий, как(3-, так и у-излучение - один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных осадках, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организмах животных и человека. Коэффициент накопления 137 Cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных 137 Cs накапливается в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и водоплавающих птиц. Накапливается в грибах.

Цезий - постоянный химический микрокомпонент организма растений и животных.

Внутрь живых организмов 137 Cs проникает через органы дыхания и пищеварения. Хорошей защитной функцией обладает кожа (через неповрежденную поверхность кожи проникает 0,007% нанесённого препарата цезия, через обожжённую - 20 %; при нанесении препарата цезия на рану всасывание 50% препарата наблюдается в течение первых ю мин, 90% всасывается только через 3 часа).

Изотопы цезия при любом пути поступления в организм хорошо всасываются. Всасывание 137 Cs в ЖКТ животных и человека составляет юо%. В отдельных участках ЖКТ всасывание 137 Cs происходит с различной интенсивностью: в желудок поступает 7% 137 Cs, введенного в организм, в двенадцатиперстную кишку - 77%, в тощую - 76%, в подвздошную - 78%, в слепую - 13%, в поперечно-ободочную кишку - 39%.

Через дыхательные пути в организм человека поступление I37 Cs составляет 0,25% величины, поступающей с пищей. 8о% попавшего в организм цезия накапливается в мышцах, 8% - в скелете, а 12% распределяются по другим органам (в первую очередь концентрируются в сердце и печени). Накопление цезия в органах и тканях происходит до определенного предела, при этом интенсивная фаза накопления сменяется равновесным состоянием, когда содержание цезия в организме остается постоянным. Время достижения равновесного состояния зависит от возраста и вида животных. Равновесное состояние у сельскохозяйственных животных наступает через юч-30 дн, у человека через 430 дн. Цезий-137 выводится через почки и кишечник. Через месяц после прекращения поступления цезия из организма выводится 8о% введённого количества, однако в процессе выведения значительные количества цезия повторно всасываются в кровь в нижних отделах кишечника. Биологический период полувыведения 137 Cs для человека равен 70 дн.

При равномерном распределении 137 Cs в организме человека с удельной активностью 1 Бк/кг мощность поглощенной дозы варьирует от 2,14 до 3,16 мкГр/год. Вследствие относительно равномерного распределения этого нуклида в организме органы и ткани облучаются равномерно. Этому также способствует высокая проникающая способность у-излучения нуклида 137т Ва, образующегося при распаде,37 Cs: длина пробега у-квантов в мягких тканях человека достигает 12 см.

Развитие радиационных поражений у человека можно ожидать при поглощении дозы более 2 Гр. Симптомы во многом схожи с острой лучевой болезнью при у-облучении: угнетённое состояние и слабость, диарея, снижение массы тела, внутренние кровоизлияния. Лучевая реакция отмечается уже при дозах, равным единицах МБк. На рабочем месте без разрешения санэпидемслужбы могут находиться открытые препараты цезия с активностью 0,37ч- 3,7 мБк (ЮтЮО мкКи).

Для *37Cs группа радиационной опасности В, МЗА=з,7 ю 6 Бк. Допустимое поступление wCs в организм человека не должно превышать 7,4*ю 2 Бк/сутки. Допустимое годовое поступление wCs в организм персонала через органы дыхания составляет 13,3-104 Бк/год. Допустимая концентрация wCs в воздухе рабочих помещений 5,18-ю 1 Бк/л, в воде -

5,5-ю 2 Бк/л, в атмосферном воздухе 18-юз Бк/л.

Неотложная помощь предусматривает дезактивацию кожи водой с мылом, промывание полости рта и носоглотки водой или физиологическим раствором. Для ускорения выведения цезия из организма рекомендуют применять сорбенты: ферроцианид или бентонит, с последующим вызыванием рвоты (1%-ный апоморфин - 0,5 мл для инъекций подкожно), или обильное промывание желудка водой.

Говоря о радионуклидах в продуктах питания, мы прежде всего подразумеваем опасные Стронций-90 и Цезий-137. Именно они в больших количествах попадают в окружающую среду во время аварий на атомных станциях и ядерных взрывов. А учитывая их сравнительно большой период полураспада (около 30 лет) они рано или поздно могут попасть в наш обед.

Из атомного реактора - в тарелку с фруктами

Организм человека имеет замечательное свойство - он умеет распознавать «своих» и «чужих». К примеру, порция желе - переварится и почти полностью усвоится, а случайно проглоченная жвачка - нет. 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.

Стронций-90 - вред для человека

Вред стронция 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. 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 своем пути она, как выпущенная с большой скоростью пуля, может повреждать структуры клетки и - что самое опасное - ДНК, «основной закон» 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.

Цезий-137 - вред для человека

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 поглощенного 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.

Хорошая новость - цезий, в отличии от стронция, выводится из организма человека со временем. В этом основная заслуга принадлежит почкам. Именно поэтому рекомендовано принимать мочегонные средства в случаях, когда в организм попала порция радиоактивного цезия - после аварий и т.п.

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.

Никогда не приобретайте ягоды, грибы, овощи и молокопродукты, если происхождение их неизвестно. Относитесь осторожно к продуктам, происходящим из:
— областей, загрязненных вследствие аварии на АЭС - например, Брянской;
— Южного Урала;
— Барнаула и Новосибирска.

Накапливать радионуклиды может и речная рыба. В случае минимальных сомнений - требуйте у продавца документы, подтверждающие качество товара. Радиоактивность - один из показателей, который обязательно проверяется у пищевых продуктов.

Радиоактивный стронций-90

Источники загрязнения окружающей среды. Наиболее значимый источник загрязнения внешней среды стронцием-90 — испытания ядерного оружия, причем отмечается отчетливо выраженная локальность выпадений (плотность выпадений зависит от физико-географических и климатических особенностей определенных районов). Поступает во внешнюю среду этот радионуклид также с АЭС и заводов по переработке отработанного ядерного топлива (находится в выбросах в легкорастворимой форме). В условиях нормальной эксплуатации АЭС выбросы радиоактивного стронция незначительны.

Радиоизотопы стронция характеризуются большим выходом в реакциях деления урана и плутония и высокой подвижностью в экологических цепях природной среды. Все это должно быть учтено в конструкции атомных реакторов, при определении продолжительности их эксплуатации и системы обращения с радиоактивными отходами.

Пищевые пути (цепи). Основные пищевые цепи миграции радиоактивного стронция: атмосфера — растения — человек; атмосфера — почва — растения — человек; атмосфера — почва — растения — животные — человек; атмосфера — водоемы — питьевая вода — человек; атмосфера — водоемы — гидробионты — рыба — человек;

сточные воды — почва — растения — человек; сточные воды — почва — растения — животные — человек; сточные воды — гидробионты — рыба — человек.

Стронций накапливается в зеленых растениях, в частности в злаковых (зерно), ис хлебопродуктами поступает в организм человека. Через сено (корм) он попадает в ткани животных (коров). Поэтому молоко — второй после хлеба путь поступления стронция в организм человека. Наконец, радиоактивный стронций, выпавший на поверхность водоемов или смытый туда поверхностными стоками, легко поглощается одноклеточными водорослями (фитопланктон), по пищевой цепи накапливается рачками и другими мелкими животными (зоопланктон), а затем рыбой.

Концентрация стронция по мере продвижения по пищевой цепи возрастает, в теле некоторых рыб она может быть в десятки тысяч раз выше, чем в воде. Таким образом, рыба, в особенности ее скелет,— другой распространенный пищевой канат поступления стронция в организм человека. Наконец, важным источником радиоактивного стронция являются овощи и плоды.

Стронций по своим качествам, как уже говорилось, весьма близок к кальцию и циркулирует в биосфере вместе с ним. Атмосферный воздух является первичным резервуаром, откуда стронций поступает в водоемы и на сушу. Осаждение радионуклидов из воздуха определяется гравитацией, оседанием на инертной пыли, постоянно присутствующей в атмосфере, и удалением атмосферными осадками (дождем, снегом). Время пребывания частиц радиоактивного стронция в атмосфере составляет 30—40 сут, а в стратосфере — несколько лет.

Почва имеет особое значение как депо радиоактивного стронция (почти весь он находится в подвижной форме). Вначале он скапливается на ее поверхности, а затем медленно перераспределяется по ее профилю. Стронций усваивается твердой фазой почвы значительно слабее, чем радиоактивный цезий. На миграцию радиоактивного стронция в почве влияют: климатические условия, рельеф местности, гидрологический режим, характер растительности, агротехнические мероприятия и вид почвы. Почвы по степени возрастания поглотительной способности радиоактивного стронция, в свою очередь, можно расположить в следующий ряд: чернозем — каштановые — дерново-подзолистые.

В растения радиоактивный стронций может поступать вследствие непосредственного загрязнения наземной их части (в момент выпадения радионуклида и вторичного пылеобразования), поглощения из почвы через корневую систему и орошения водами, его содержащими. Степень задерживания радионуклида на растительном покрове обусловлена особенностями растений, размерами радиоактивных частиц и метеорологическими условиями. Осевший на поверхность растений стронций-90 может ею всасываться. Коэффициент задержки радионуклидов глобальных выпадений дикой и сельскохозяйственной растительностью равен примерно 25 % . Время удаления (дождем, ветром и др.) с травянистых растений 50 % задержанных радионуклидов для зон умеренного климата составляет 1—5 нед. Накопление радиоактивного стронция обратно пропорционально количеству обменного кальция в почве, кроме того, оно зависит от вида и сорта растений. Так, больше всего его накапливается в бобовых, при этом в семенах, плодах и клубнях значительно меньше, чем в листьях и стеблях.

Радиоактивный стронций в основном поступает в организм животных с кормами. Переход радионуклида в продукты животного происхождения зависит от его биологической доступности, видовых и возрастных особенностей животных и их физиологического состояния. У телят, ягнят, козлят и поросят всасывание стронция в несколько раз больше, чем у взрослых животных. Основная часть радиоактивного стронция накапливается в костях, преимущественно в эпифазах (суставах). Таким образом, наибольшее накопление стронция возможно в растущем организме, причем этот радионуклид, осевший в костях, крайне трудно удаляется из организма. По степени его накопления в скелете сельскохозяйственных животных их можно расположить в следующий ряд: крупный рогатый скот — козы — овцы — свиньи — куры. Наибольшее накопление радионуклида отмечается в паренхиматозных органах — печени, почках, легких, минимальное — в мышцах, а особенно — в сапе. По степени отложения радиоактивного стронция в мышцах и паренхиматозных органах сельскохозяйственных животных их также можно составить в ряд: крупный рогатый скот — овцы — куры. У взрослых животных стронций в мягких тканях накапливается в большем количестве, чем у молодых, но у молодых животных он выводится значительно быстрее, чем у взрослых. Увеличение в рационе питания животных кальция ускоряет выведение стронция-90. У лактирующих животных радионуклид в значительных количествах выводится с молоком.

До 96 % радиоактивного стронция содержится в скорлупе яиц, 3,5 — в желтке и 0,5 % — в белке.

Водоемы представляют особую опасность, поскольку в них радиоактивный стронций накапливается. Гидробионтами, в частности рыбами, он усваивается по пищевой цепи и непосредственно из воды. При этом содержание стронция-90 в гидробионтах зависит не только от его концентрации в воде, но и от степени ее минерализации: с ее уменьшением накопление радионуклидов в гидробионтах повышается.

В итоге можно сделать вывод о том, что основным источником поступления радиоактивного стронция в организм человека являются продукты растительного и животного происхождения. Растворимые формы стронция хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте. Особую опасность радионуклид представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в больших количествах в костях. С возрастом усвояемость радиоактивного стронция снижается. Высокое содержание в рационе питания кальция препятствует всасыванию радиоактивного стронция, который относится к наиболее опасным высокотоксичным радионуклидам. Большие его дозы вызывают у человека острую лучевую болезнь, длительное воздействие небольших доз приводит к развитию хронической ее формы. Для последней характерно поражение в отдаленные сроки кроветворной системы, развитие болезней крови (лейкозы) и костных опухолей.

Радиоактивный цезий-137

Среди техногенных радионуклидов особую опасность представляют радиоактивные изотопы цезия, особенно долгоживущий цезий-137 с периодом полураспада 30±0,2 года. Для этого радионуклида характерна высокая подвижность в экологических цепях природной среды и способность накапливаться в ее отдельных звеньях.

Источники загрязнения окружающей среды. Основным источником образования цезия-137 являются испытания ядерного оружия и предприятия ядерной энергетики. В больших количествах радионуклид накапливается в ядерных реакторах в процессе их эксплуатации. В условиях нормальной эксплуатации АЭС радиоактивные выбросы незначительны и зависят от конструкции ядерного реактора, типа систем очистки от радиоактивных веществ и выбрасываемого из станции воздуха, времени эксплуатации реактора и др. Загрязнителями окружающей среды цезием-137 могут также быть заводы по переработке отработавших твэлов. Потенциальные источники поступления цезия-137 в природную среду — сбросы из АЭС радиоактивных веществ в открытые пресноводные водоемы и хранилища радиоактивных отходов. Дозы облучения населения за счет выбросов предприятий топливно-ядерного цикла в условиях их нормальной эксплуатации незначительны и ниже рекомендованных нормативов.

Большая опасность загрязнения окружающей среды радиоактивным цезием возникает при авариях АЭС, когда значительно увеличиваются его выбросы. Дозы облучения при этом резко возрастают и колеблются в зависимости от масштабов аварии и эффективности мероприятий по ее ликвидации. Поступление цезия-137 в большой степени определяет радиационную опасность на протяжении длительного времени. Уровень загрязнения радиоактивным цезием окружающей среды зависит также от физико-географических и климатических особенностей районов, распределения атмосферных осадков и др. Например, в отдельных районах (украинско-белорусское Полесье, субарктические районы) уровни поступления цезия-137 с продуктами животного и растительного происхождения более высокие, чем в других. На Севере этому способствуют особенности роста лишайников (основной корм оленей), благоприятствующие задержке этого радионуклида и аккумуляции его в течение длительного времени.

Пищевые пути (цепи). Как и радиоактивный стронций, цезий-137 отличает высокая подвижность во внешней среде, особенно в первое время после его выпадения, а также по пищевым цепям, которые аналогичны миграции стронция-90. Еще одна возможная пищевая цепь миграции радионуклидов: источник загрязнения — лекарственные растения — лекарственное растительное сырье — лекарственный препарат — человек. Следует признать, что данная пищевая цепь миграции радионуклидов пока еще изучена недостаточно. В этом отношении представляют интерес данные исследования дикорастущего лекарственного растительного сырья в южных районах Калужской области, подвергнувшихся радиоактивному загрязнению. В результате оказалось, что плоды древесных пород на открытых местах обитания фактически не накапливают цезий-137. Наиболее низкие значения загрязнения почв для заготовки произрастающих на них лекарственных растений с безопасным содержанием цезия-137 выделены для многолетних кустарников и полукустарников, выросших на лугах (тимьян ползучий) и в лесу (брусника обыкновенная, багульник болотный).

Выпавший на поверхность почвы радиоактивный цезий мигрирует в горизонтальном и вертикальном направлениях, при этом важное значение приобретает его растворимость. В почве цезий-137 легко переходит в трудноусвояемую форму, образуя плохорастворимые соли. Поэтому его поступление в растения через корни происходит с трудом. Выпадение кислотных дождей облегчает переход цезия-137 в растворимую форму. На миграцию радионуклида в почве существенное влияние оказывают рельеф местности, гидрологический режим, вид почвы, характер растительности, проводимые агротехнические мероприятия и прочность связи радионуклида с почвой. По степени увеличения поглотительной способности цезия почвы можно расположить в ряд: черноземы — каштановые — дерново-подзолистые.

В растения радиоактивный цезий может поступать в результате непосредственного загрязнения листьев, стеблей, соцветий и плодов, а также усваиваться из почвы через корневую систему. Уровни поверхностного загрязнения растений зависят от их морфологических особенностей, плотности выпадений осадков, физико-химических свойств аэрозолей. По степени концентрирования цезия-137 растения могут быть расположены в следующий ряд: капуста — свекла — картофель — пшеница— естественное разнотравье. Уменьшение загрязненности пастбищной растительности (за счет дождя, ветра, прироста биомассы) происходит за период, равный примерно 14 сут. Более 90 % осевшего радионуклида удаляется в первые 2 мес. Растворимый цезий-137 поглощается корнями растений из почвенного раствора и прочно закрепляется в почве. По степени возрастания перехода цезия-137 в растения можно выстроить следующий ряд почв: дерново-подзолистые — красноземы — лу-гово-карбонатные — черноземы — сероземы. Больший переход радиоактивного цезия наблюдается в регионах с торфянисто-болотными почвами (украинско-белорусское Полесье). По степени накопления этого радионуклида в клубнях и зернах растения можно расположить в ряд: ячмень — просо — пшеница — гречиха — фасоль — овес —-чумиза — картофель — бобы. Величина накопления цезия-137 в растениях зависит от их вида, типа почвы и характера агротехнических мероприятий. При этом концентрация радиоактивного цезия в генеративных и вегетативных органах растений примерно одинакова.

Источниками цезия-137 для человека могут быть растительные (хлеб, овощи, фрукты) и животные (мясо, рыба, молоко и т. п.) продукты. Поскольку этот радионуклид имеет некоторые общие свойства с калием, то ткани растительного и животного происхождения накапливают и калий, и радиоактивный цезий. В организм животных цезий-137 в основном поступает с кормом, а выводится радионуклид преимущественно через почки. Основное количество его накапливается в мышцах (свыше 80 %), на втором месте находится скелет (около 10 %). Содержание радионуклида в 1 кг мышц коров, овец, коз, свиней и кур составляет соответственно 4, 8, 20, 26 и 45 % от суточного поступления. Радиоактивный цезий в значительных количествах выводится с молоком у лактирующих животных. При длительном поступлении радионуклида коровам содержание его в молоке достигает 0,8 — 1,2 % в 1 л от ежесуточного поступления, у коз — 10 — 20 %, у овец — 5 — 15 %. Эти различия связаны с физиологическими особенностями животных, характером корма и условиями их содержания.

Куриные яйца также являются источником поступления цезия-37 в организм человека, причем в белке радиоактивного цезия содержится в 2—3 раза больше, чем в желтке, а в скорлупе — 1—2 % от общего количества радионуклида в яйце.

Радиоактивный цезий в больших количествах накапливается в гидробионтах. Рыба усваивает цезий-137 непосредственно из воды и главным образом с кормом. Степень накопления этого радионуклида обусловлена биологическими и физиологическими особенностями каждого вида рыб. Слабая минерализация воды способствует более высокому накоплению цезия-137. В рыбе пресноводных водоемов радиоактивного цезия содержится в десятки — сотни раз больше, чем в морской. В то же время в промысловой рыбе Атлантического океана — в 10—30 раз ниже, чем в рыбе внутренних морей (например, Каспийского). Водные растения в зависимости от накопления цезия-137 могут быть расположены в следующий ряд: водоросли — растения, погруженные в воду,— прибрежно-водные растения — растения, плавающие на поверхности.

Радиоактивный цезий обладает достаточно высокой радиотоксичностью. В организм человека он может поступать через органы дыхания, кожные покровы, раны и ожоговые поверхности. Однако главный путь — с пищей. Радиоактивный цезий, подобно калию, равномерно распределяется в тканях и органах человека (что приводит к относительно равномерному их облучению), однако большая его часть концентрируется в мышечной ткани (80 % и лишь 10 % в костях). Цезий-137 относительно легко удаляется из организма. Выводится он преимущественно с мочой и частично — с калом. Период полувыведения этого радионуклида из организма — 65—100 сут. Скорость его выведения из организма обусловлена индивидуальными различиями людей в скорости обмена веществ и зависит от возраста, пола, характера питания, а также от многочисленных факторов внешней среды. Следует иметь в виду, что цезий-137 в значительных количествах переходит из организма матери через плаценту в плод (а в период вскармливания — с молоком к новорожденным).

Биологические свойства цезия-137 (137 Сs) - одного из наиболее биологически важных радионуклидов поступивших в окружающую среду после аварии на ЧАЭС.

Свойства радионуклида 137 Сs

Цезий-137 - бета-излучатель с периодом полураспада 30.174 года. 137 Сs открыт в 1860 г. немецкими учеными Кирхгофом и Бунзеном. Название получил от латинского слова caesius - голубой, по характерной яркой линии в синей области спектра. В настоящее время известно несколько изотопов цезия. Наибольшее практическое значение имеет 137 Сs , один из наиболее долгоживущих продуктов деления урана.

Ядерная энергетика является источником поступления 137 Сs в окружающую среду. Согласно опубликованным данным в 2000 году реакторами АЭС всех стран мира в атмосферу было выброшено около 22,2 х 10 19 Бк 137 Сs . Выброс 137 Сs осуществляется не только в атмосферу, но и в океаны с атомных подводных лодок, танкеров, ледоколов, оснащенных ядерно-энергетическими установками. Суммарная активность продуктов деления, образовавшихся в ядерном реакторе атомной подводной лодки мощностью 60 МВт при его непрерывной работе в течение одного года, достигает более 3,7 х 10 17 Вк, в том числе 137 Сs - приблизительно 24 х 10 14 Бк. Естественно, что при крупных авариях, происшедших с двумя атомными подводными лодками США («Третер» в 1963 году и «Скорпион» в 1967), большая часть радиоактивных веществ, включая 137 Сs , могла поступить в воду и явиться источником длительного загрязнения.

По своим химическим свойствам цезий близок к рубидию и калию - элементам 1 группы. Радиоизотопы цезия применяются в химических исследованиях, в гаммадефектоскопии, в радиационной технологии, в радиобиологических экспериментах. 137 Сs используется как источник -излучения для контактной и дистанционной лучевой терапии, а также для радиационной стерилизации. Изотопы цезия при любом пути поступления в организм хорошо всасываются.

После аварии на ЧАЭС во внешнюю среду поступило 1.0 МКи цезия-137. В настоящее время это основной дозообразующий радионуклид на территориях, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС . От его содержания и поведения во внешней среде зависит пригодность загрязненных территорий для полноценной жизни.

Почвы Украинско-Белорусского Полесья имеют специфическую особенность - цезий-137 плохо фиксируется ими и, как следствие, он легко поступает в растения через корневую систему. Поэтому еще в доаварийные времена содержание этого радионуклида в выращенной здесь продукции было в 35-40 раз выше, чем в центральных районах страны. После аварии на ЧАЭС людей пришлось отселять из наиболее пострадавших районов вовсе не из-за опасно высокого радиационного фона - там стало невозможным ведение сельского хозяйства.

В Украине есть места, где нельзя получать чистую продукцию даже при уровне загрязнения цезием-137 в 1 Ки/км 2 .

Биологическое действие 137 Сs

Изотопы цезия, являясь продуктами деления урана, включаются в биологический круговорот и свободно мигрируют по различным биологическим цепочкам. В настоящее время 137 Сs обнаруживается в организме различных животных и человека. Следует отметить, что стабильный цезий входит в состав организма человека и животных в количествах от 0,002 до 0,6 мкг на 1 г мягкой ткани.

Всасывание 137 Сs в ЖКТ животных и человека составляет 100%. В отдельных участках ЖКТ всасывание 137 Сs происходит с различной скоростью. По данным ученых через час после введения всасывается по отношению к введенной дозе: в желудке всасывается 7% 137 Сs , в двенадцатиперстной кишке-77%, в тощей-76%, в подвздошной-78%, в слепой-13%, в поперечно-ободочной кишке-39%.

Через дыхательные пути в организм человека поступление 137 Сs составляет 0,25% величины, поступающей с пищевым рационом. После перорального поступления цезия значительные количества всосавшегося радионуклида секретируются в кишечник, затем реабсорбируются в нисходящих отделах кишечника. Степень реабсорбции цезия может существенно различаться у разных видов животных. Поступив в кровь, он сравнительно равномерно распределяется по органам и тканям. Путь поступления и вид животного не влияют на характер распределения изотопа.

Л. А. Булдаков, Г. К. Королев считают, что изотопы цезия больше всего накапливаются в мышцах. По данным Ю. И. Москалева после внутривенного введения 137 Сs быстро покидает кровяное русло. В первые 10 - 30 мин максимальная концентрация его регистрируется в почках (7-10% в 1 грамме ткани). Затем происходит перераспределение его, и основные количества - до 52,2% - задерживаются в мышечной ткани.

Проводили исследования по распределению 137 Сs в организме свиней. Свиньям скармливали 137 Сs с пищей однократно или повторно в течение 7 суток в суммарных дозах 2,9 или 1,6 кБк. На 1, 7, 14, 28 и 60 суток после введения изотопа животных забивали и исследовали содержание 137 Сs в мышечной ткани. Содержание активности в мышечной ткани животных, получавших 137 Сs в дозе 2,967 кБк, было почти в 2 раза выше, чем у животных, получавших 137 Сs в дозе 1,609 кБк. Уменьшение радиоактивности в мышечной ткани было наиболее выражено в первые 14 суток при обеих дозах радионуклида. Выведение 137 Сs из организма свиней осуществлялось главным образом с мочой. Скорости выведения 137 Сs при однократном и повторных введениях существенно различались. Период полувыведения изотопа при однократном введении составлял 5 суток, а при повторных- 14 суток.

В организме северных оленей, после однократного введения, 137 Сs распределятся таким образом. В мышцах накапливается 100%, в почках - 79, сердце - б7, селезенке - 60, легких - 55, печени - 48 %.

В опытах на собаках, проведенных в 1968 году, было установлено, что при однократным внутри-венным введением 137 Сs в количестве 3,5 – 14 х 10 7 Бк/кг изучал распределение по органам. Показано, что наибольшие количества 137 Сs через 19-81 суток содержатся в скелетных мышцах, печени, почках. Важно отметить, что введенная доза 137 Сs и пол животных не влияют на распределение нуклида по органам и тканям.

Определение 137 Сs в организме человека проводят по измерению гамма-излучения от тела и бета-, гамма-излучению от выделений (моча, кал). Для этой цели используют бета-гамма-радиометры и счетчик излучений человека (СИЧ). По отдельным пикам спектра, соответствующим различным гамма-излучателям, можно определить их активность в организме. С целью профилактики радиационных поражений 137 Сs все работы с жидкими и твердыми соединениями рекомендуется проводить в герметичных боксах. Для предупреждения попадания цезия и его соединений внутрь организма необходимо использовать средства индивидуальной защиты и соблюдать правила личной гигиены.

На рабочем месте без разрешения санэпидемслужбы могут находиться открытые препараты цезия с активностью 0,37- 3,7 мБк (10-100 мкКи).

Неотложная помощь при остром поражении изотопами цезия

Неотложная помощь при поражении изотопами 137 Сs заключается в дезактивации рук и лица водой с мылом, моющими порошками «Эра», «Астра». Необходимо провести промывание носоглотки и ротовой полости водой или физиологическим раствором.

Для ускорения выведения цезия из организма рекомендуют применять в качестве сорбентов: ферроцин, 1,0: 100 мл воды, или бентонит, 20,0: 200 мл воды, с последующим вызыванием рвоты (1 % -ный апоморфин - 0,5 мл под кожу), или обильное промывание желудка водой. После очистки желудка повторное назначение курса лечения ферроцином (1,0 г 2-3 раза в сутки в течение 15-20 суток). В тяжелых случаях гемодиализ (применение аппарата «Искусственная почка»). Всемерное повышение водносолевого обмена. Назначение ацетата калия, 30,0: :200,0, по 1 столовой ложке 5 раз в день. Калиевая диета (изюм, курага) Внутривенное введение лимоннокислого натрия 10% -ного – 2 - З мл. Мочегонные с водной нагрузкой. Внутрь димедрол 0,05 г, антибиотики.

Допустимое поступление 137 Сs в организм человека не должно превышать 7,4 х 10 2 Бк/сутки. Допустимое годовое поступление 137 Сs в организм персонала через органы дыхания составляет 13,3 х 10 4 Бк/год. Допустимая концентрация 137 Сs в воздухе рабочих помещений 5,18 х 10 -1 Бк/л, в воде - 5,5 х 10 2 Бк/л, в атмосферном воздухе 18 х 10 -3 Бк/л.

Миграция 137 Сs в почвах

Выпавший, после аварии на ЧАЭС , на почву 137 Сs прочно удерживается в верхнем гумусированном слое. Со временем происходят его физико-химические превращения, осуществляется миграция по почвенному профилю, накопление растительностью. Для цезия характерно поглощение минеральной частью почв. Элемент внедряется в кристаллические решетки глинистых минералов, прочно связываясь там самой тонкодисперсной частью почвы. Наиболее интенсивно цезий поглощается вермикулитом, флогопитом, гидрофлогопитом, асканитом, гумбрином. Сорбция цезия почвенным поглощающим комплексом после его выпадения в почву осуществляется в первое время крупнодисперсными частицами, смещаясь затем в сторону поглощения мелкодисперсной фракцией. За семь лет доля цезия, фиксированного минеральной частью почвы, увеличилась в серых лесных почвах в 2,5 раза, дерново-подзолистых -4,5 раза, в черноземных - 7 раз и может достигать 80-95% валового содержания элемента в почве. Прочно связывается цезий почвенной органикой, образуя, в частности, гуматы и фульваты. Последние характеризуются значительно большей подвижностью. Увеличивают подвижность металла водорастворимые органические вещества, образующиеся при разложении растительности. При миграции цезия в глубь почвенного горизонта выделяют два типа массопереноса - быстрый (обусловленный передвижением металла вместе с тонкодисперсными частицами) и медленный (обусловленный передвижением водорастворимых форм). В суглинистых разностях дерново-подзолистых почв наблюдается только медленный перенос, в супесчаных и песчаных - и медленный, и быстрый с преобладанием последнего. В среднем доля быстрого переноса составляет 15% всех мигрирующих форм цезия.

Н. В. Тимофеевым-Ресовским с соавторами 137 Сs выделен в отдельную группу изотопов по характеру поведения в системе почва - раствор - в группу, обладающую признаками обменного и необменного поведения. Наиболее важным фактором миграции цезия в системе почва - раствор является изменение его собственной концентрации (он по-разному мигрирует в почвах-грунтах в зависимости от того, в каком количестве находится в них: поведение цезия в системе необменное при микроконцентрациях и обменное в области макроконцентраций).

В силу незначительной гидролизации сорбция 137 Сs слабо зависит от рН почвенного раствора.

Отмечено накопление 137 Сs в пойменных почвах, обусловленное дополнительным привнесением с механическими взвесями во время паводков. В пойменных почвах 137 Сs , как правило, задерживается в верхнем 5-сантиметровом слое. Однако в тех случаях, когда поверхностные горизонты пойменных почв представлены слоями легкого механического состава с низким содержанием гумуса, 137 Сs выщелачивается из этих горизонтов и задерживается в нижележащих. Миграционная способность 137 Сs повышена и в некоторых торфяных почвах, где он энергично поступает в растения. Японские исследователи отмечают факты проникновения 137 Сs в породы (невыветрелые базальты) на глубину 3-5 см.

Накопление радионуклида 137 Сs растениями

Цезий хорошо поглощается растительностью, коэффициент накопления элемента в урожае сельскохозяйственных культур может достигать 100%; накопление идет в основном в надземной фитомассе (до 60% поглощенного элемента). На супесчаных почвах 137 Сs в 7 раз более доступен для растений, чем 137 Сs . Интенсивное вовлечение элемента в биологический круговорот обусловлено кислотностью полесских ландшафтов, благоприятствующих физиологическому накоплению металла организмами, подвижностью металла, а также его аналогией с калием – биохимически активным элементом, дефицит которого в полесских ландшафтах ярко выражен, но который жизненно необходим растениям.

Литература:

• Бударников В.А., Киршин В.А., Антоненко А.Е. Радиобиологический справочник. – Мн.: Уражай, 1992. – 336 с.
• Чернобыль не отпускает… (к 50-летию радиоэкологических исследований в Республике Коми). – Сыктывкар, 2009 – 120 с.
• Журавлев В.Ф. Токсикология радиоактивных веществ. – 2-е, изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 336 с.