Полная версия

Главная arrow Экология arrow Биогеохимия радионуклидов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

БИОГЕОХИМИЯ ПРИРОДНЫХ РАДИОНУКЛИДОВ

Естественные радиоактивные элементы — уран, радий, калий, торий и другие — широко распространены в природе и в рассеянном состоянии встречаются во всех природных образованиях — почвах, породах, воздухе и входят в состав тканей живых организмов.

Д.М. Гродзинский, 1965

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Природными, или естественными, называются все радионуклиды (ПРФ или ЕРФ), встречающиеся в природе и не изготовленные человеком. Разумеется, это совсем не означает, что они не могут быть искусственно получены. Между природными и искусственными радионуклидами нет принципиальных различий, поскольку их свойства не зависят от способа образования.

Природные радиоактивные элементы планеты Земля можно условно разделить на две группы: космогенные и первичные. Первую группу составляют радиоактивные элементы, возникающие в настоящее время в результате ядерных реакций, протекающих в земной атмосфере под действием космического излучения, например тритий 3Н и радиоуглерод 14С. К этой же группе можно отнести продукты ядерных реакций, возникающих под действием нейтронов космических лучей.

Космическое излучение — составляющая природного радиационного фона Земли, которая испытывает постоянное воздействие потоков частиц, предположительно образующихся в Галактике при взрывах сверхновых звезд. Галактическое излучение состоит из частиц с очень высокими значениями энергии (около 104, иногда до 1013 МэВ). В основном это — ядра водорода, т.е. протоны (-86%), а также ядра гелия (-13%) и других элементов, от С до Ге (-1%). При прохождении через атмосферу первичные космические частицы образуют мощные ливни вторичного излучения, в результате чего на верхней границе атмосферы, на высотах около 40 км, общая интенсивность излучения начинает возрастать и достигает максимального, приблизительно удвоенного значения на высоте около 20 км. Ниже, в плотных слоях атмосферы, происходит быстрый спад интенсивности излучения из-за поглощения его компонентами воздуха, а у

поверхности Земли плотность потока становится примерно в 50 раз меньше, чем на высоте 20 км. В магнитном поле Земли положительно заряженные частицы отклоняются в сторону полюсов, поэтому у экватора интенсивность космического излучения ниже (приблизительно на 15%), а в высоких широтах выше, чем в средних.

После прохождения атмосферы космическое излучение существенно трансформируется и на уровне моря состоит в основном из мюонов (-80%) и электронов (-20%), а также нейтронов и фотонов. Мюон — неустойчивая частица с массой около 210 массы электрона. Мюоны образуются от взаимодействия нуклонов и у- фотонов очень высоких энергий. Мюонные потоки представляют собой очень жесткое излучение, способное проходить даже через метровые слои свинца; некоторая часть этого излучения обнаруживается на глубине до нескольких километров от поверхности Земли или океана. Нейтронная компонента космического излучения является преобладающей на высотах более 6 км. Нейтроны, образующиеся при взаимодействии космического излучения со стабильными ядрами, ответственны за образование космогенных нуклидов.

Часть космического излучения в виде протонов — солнечного происхождения («солнечный ветер»), но она очень мала по сравнению с галактическими излучениями. Увеличение активности Солнца приводит к изменениям магнитного поля Земли («магнитным бурям»), что в некоторой степени влияет на интенсивность космического излучения. Периодические вспышки солнечной активности приводят к временному повышению интенсивности на высотах около 10—12 км — там, где проходят трассы дальних авиаполетов. Но даже при спокойном Солнце во время высотных рейсов пилоты получают значительную дозовую нагрузку от ионизирующего излучения. В еще большей степени это касается астронавтов, выполняющих космические полеты.

Космическое излучение вносит существенный вклад в дозовую нагрузку ионизирующих излучений на человека — около 15% от суммы воздействия всех источников.

Космогенные радионуклиды сравнительно многочисленны (табл. 4.1). Однако только единицы из них имеют значимое экологическое значение, в частности — первые 4 представителя таблицы. Остальные образуются в очень небольших количествах — 1,4*10-3 атомов на см2 поверхности Земли в секунду и менее.

Первичные радионуклиды образовались в догеологический период эволюции земного вещества, когда происходил синтез химических элементов, в том числе радиоактивных изотопов. За последние 3—5 млрд лет в земных условиях они испытывали только необратимый процесс радиоактивного распада.

Та бл и ца 4.1

Характеристика естественных радионуклидов, индуцированных космическим

излучением (Алексахин и др., 1991)

Радио

нуклид

Скорость образования, ат./(см2*с)

т

1 1/2

Радио

нуклид

Скорость образования, ат./(см2*с)

т

* 1/2

Зн

0,20

12,34 года

32 р

8,1 • 10-4

14,3 сут.

7Ве

8,1 • 10-2

53,2 сут.

33 р

6,8 • 10-4

25,3 сут.

10 Ве

4,5 • 10~2

1,6 • Ю6 лет

35Б

1,4- 10-3

87,5 сут.

|4С

2,5

5730 лет

38Б

4,9- 10“5

2,84 ч

22]Ч1а

8,6- 10-5

2,6 года

34тС1

2,0- 10-4

32,0 мин

24

О

О ел

15 ч

36С1

1,1 • ю-3

3,01 ? 10элет

28М§

1,7- 10-4

20,9 ч

38С1

1

О

о_

сч

37,2 мин

26А1

1,4- 10-4

7,2*105 лет

39С1

1,4-10-3

55,6 мин

31Б1

4,4 • 10-4

157,3 мин

39Аг

5,6 • 10-3

269 лет

32Б1

1,6- і о-4

155 лет

81Кг

1,5- 10“7

2,29 ? 105 лет

Первичные радионуклиды можно разделить на 2 группы. В первую группу входят элементы не связанные генетически, т.е. не образующие радиоактивных семейств: 40К, 87ЯЬ, 48Са, %7г, 1131п, 1151п, 1248п, 130Те, 138Ьа, 144Ш, |475ш, 176Ьи,|80^ |87Яе, 209Ей и другие. Кроме 40К, имеющего важное значение в биогеохимических процессах, большинство этих элементов мало распространены в природе, характеризуются большим периодом полураспада, и сумма выделяемой ими энергии не имеет практического значения (табл. 4.2). Ко второй группе относятся радионуклиды, входящие в состав трех радиоактивных семейств:238У, 235и и 232ТЬ.

Характеристика некоторых естественных радионуклидов

Таблица 4.2

Радио

нуклид

% в смеси изотопов

Ту2, год

Тип

распада

Радио

нуклид

% в смеси изотопов

Тщ, год

Тип

распада

48Са

0,185

1,9- 1018

г

138Ьа

0,089

О

о

р-

50у

0,24

1,5- 1017

р-, э.з.

144Ш

23,87

2,3- 1015

а

113Сс1

12,26

9,3- 1015

р-

|47

15,07

1,06- 10й

а

1151п

95,77

4,4- 1014

р-

187 Яе

62,93

  • 44.
  • 44.

о

о

р-

130Те

34,49

1,0- 1021

р-

90р{

0,0127

6,5- 10"

а

Примечание: э.з. — электронный захват.

Преобладающее число естественных радионуклидов относится к тяжелым металлам (7. = 82—90), причем радионуклиды от полония (7 = 84) до урана включительно (7 = 90) в стабильном состоянии вообще не известны. Это так называемые радиоактивные элементы, все изотопы которых радиоактивны. Всего в настоящее время известно свыше 70 природных радионуклидов, относящихся к 38 элементам. Не исключено, что по мере повышения чувствительности измерительных приборов и радиохимических методов список природных радионуклидов еще несколько пополнится.

Природные радионуклиды формируют неодинаковую дозовую нагрузку на человека (табл. 4.3). Так, космическое излучение ответственно за 15% внешнего облучения, а вклад радиоуглерода очень мал — менее 1%. Более половины — 51% — вклад в облучение (внутреннее) составляет 222Яп и 7% — его изотоп 220Яп (конечно, за счет очень короткого времени существования — период полураспада этого радиоизотопа — 56 с). Соотношение между воздействием излучений на человека от естественных источников при внешнем и внутреннем облучении приблизительно 1/3 и 2/3 соответственно.

Таблица 4.3

Средние значения дозы от естественных источников (НКДАР ООН, 1988)

Источники облучения

Внешнее облучение

Внутреннее облучение

В сумме

мЗв/год

%

мЗв/год

%

%

Космогенные

Космические лучи

0,36

15

15

|4с

0,015

0,6

0,6

Радионуклиды элементов, входящих в состав земной коры

40 К

0,15

6

0,18

8

14

Семейство 238и (без 222Яп)

0,10

4

0,02

0,8

5

222 Ют

1,22

51

51

Семейство 232ТЬ (без 220Яп)

0,16

7

0,02

0,8

8

220 Яп

0,16

7

7

Всего

~0,8

32

~1,6

68

-100

Естественные радиоактивные элементы в рассеянном состоянии содержатся во всех природных образованиях. Обнаруживаются они и в тканях растений, животных и человека. Радиоактивность растений обусловлена накоплением радиоактивных веществ, находящихся в почве, подстилающих породах и в воздухе. Из растений, воды и воздуха природные радионуклиды по пищевым цепям поступают в организм животных и человека.

При изучении естественной радиоактивности живых организмов необходимо помнить, что на протяжении всей эволюции жизни на Земле их развитие происходило при непременном содержании в субстратах естественных радиоактивных элементов и обусловленном ими облучении. Естественная радиоактивность представляет собой природный фактор среды, в которой происходит как онтогенетическое развитие организмов, так и их филогенез.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>