Какие химические элементы обладают природной радиоактивностью. Самое радиоактивное вещество

В том или ином виде все мы подвергаемся радиации каждый день. Однако в двадцати пяти местах, о которых мы вам расскажем ниже, уровень радиации значительно выше из-за чего они и попали в список 25 самых радиоактивных мест на Земле. Если вы решите посетить какое-либо из этих мест, не злитесь, если вы потом обнаружите лишнюю пару глаз, посмотревшись в зеркало…(ну, может, это и преувеличение…а может и нет).

25. Добыча щёлочноземельных металлов | Карунагаппалли (Karunagappally), Индия

Карунагаппалли это муниципалитет в округе Коллам (Kollam) индийского штата Керала (Kerala), где добываются редко встречающиеся металлы. Некоторые из этих металлов, особенно монацит, из-за эрозии превратились в пляжный песок и аллювиальные отложения. Благодаря этому, радиация в некоторых местах на пляже доходит до 70 мГр/год.

24. Форт Д"Обервильер (Fort d’Aubervilliers) | Париж, Франция


Тесты на радиоактивное излучение обнаружили довольно сильную радиацию в Форте Д"Обервильер. В 61 из хранящихся там баков были обнаружены цезий-137 и радий-226. Кроме того, 60 кубических метров его территории также оказались загрязнёнными радиацией.

23. Завод по переработке металлолома Ачеринокс (Acerinox Scrap Metal Processing Plant) | Лос-Барриос (Los Barrios), Испания


В этом случае источник цезия-137 оказался незамеченным контрольно-измерительными устройствами на свалке металлолома Ачеринокс. При расплавлении источник вызвал выброс радиоактивного облака с уровнями радиации, превышающими нормальные в 1000 раз. Загрязнение было позже зарегистрировано в Германии, Франции, Италии, Швейцарии и Австрии.

22. Полевая лаборатория НАСА Санта Сусанна (NASA Santa Susana Field Laboratory) | Сими Валли (Simi Valley), штат Калифорния


Городок Сими Валли в штате Калифорния является местом расположения полевой лаборатории НАСА Санта Сусанна и за многие годы неполадки выявлялись приблизительно на десяти ядерных реакторах малой мощности из-за нескольких пожаров с участием радиоактивных металлов. На данный момент на этом сильно загрязнённом месте проводятся операции по очистке.

21. Завод по добыче плутония «Маяк» | Муслимово, Советский Союз


Из-за завода по добыче плутония «Маяк», построенного в 1948 году, жители Муслимово на юге Уральских гор страдают от последствия употребления питьевой воды, загрязнённой радиацией, что привело к хроническим заболеваниям и физическим недостаткам.

20. Урановая обогатительная фабрика в Черч-Рок (Church Rock Uranium Mill) | Черч-Рок, (Church Rock) Нью-Мексико


Во время печально известной аварии на урановой обогатительной фабрике в Черч-Рок более тысячи тонн твёрдых радиоактивных отходов и 352043 кубических метров раствора кислотного радиоактивного отвала попало в реку Пуэрко (Puerco River). В результате уровни радиации увеличились в 7000 раз по сравнению с нормой. Исследование, проведённое в 2003 году, показало, что воды реки являются по-прежнему загрязнёнными.

19. Квартира | Краматорск, Украина


В 1989 году небольшая капсула, содержащая высокорадиоактивный цезий-137, была обнаружена внутри бетонной стены жилого дома в Краматорске, Украина. Поверхность этой капсулы обладала дозой гамма-радиации равной 1800 R/год. В результате погибло шесть человек и пострадало 17 человек.

18. Кирпичные дома | Янцзян (Yangjiang), Китай


Городской округ Янцзян пестрит домами, сделанными из кирпичей песка и глины. К сожалению, песок в этом регионе поставляется из частей холмов, которые содержат монацит, который распадается на радий, актиний и радон. Высокий уровень излучения этих элементов объясняет высокий показатель заболеваний раком в этом районе.

17. Естественный радиационный фон | Рамсар (Ramsar), Иран


В этой части Ирана наблюдается один из самых высоких уровней естественного радиационного фона на Земле. Уровни радиации в Рамсаре достигают 250 миллизивертов в год.

16. Радиоактивный песок | Гуарапари (Guarapari), Бразилия


Из-за эрозии естественного радиоактивного элемента монацита пески пляжей Гуарапари являются радиоактивными, причём уровни радиации, достигающие 175 миллизивертов, очень далеки от приемлемого уровня в 20 миллизивертов.

15. Радиоактивный участок Макклур (McClure Radioactive Site) | Скарборо (Scarborough), Онтарио


Радиоактивный участок Макклур, являвшийся жилищным кварталом в Скарборо, Онтарио, является заражённым радиацией местом ещё с 1940-ых годов. Загрязнение было вызвано радием, извлечённым из металлолома, который должен был использоваться для экспериментов.

14. Подземные источники Параланы (Subterranean Springs of Paralana) | Аркарула (Arkaroola), Австралия


Подземные источники Параланы протекают через породы богатые ураном и, согласно исследованиям, эти горячие источники выносят радиоактивный радон и уран на поверхность уже более миллиарда лет.

13. Институт лучевой терапии Гояса (Instituto Goiano de Radioterapia) | Гояс (Goias), Бразилия


Радиоактивное загрязнение Гояса, Бразилия произошло в результате радиоактивной радиационной аварии после кражи источника лучевой терапии из заброшенной больницы. Сотни тысяч людей погибли из-за загрязнения, и даже сегодня радиация по-прежнему носит угрожающий характер в нескольких областях Гояса.

12. Федеральный центр Денвера (Denver Federal Center) | Денвер, штат Колорадо


Федеральный центр Денвера использовался в качестве среды для захоронения разнообразных отходов, в том числе химических веществ, загрязнённых материалов и обломков сноса дорог. Эти отходы развозились по разным местам, что привело к радиоактивному загрязнению нескольких районов в Денвере.

11. База военно-воздушных сил Макгвайр (McGuire Air Force Base) | Округ Берлингтон (Burlington County), Нью-Джерси


В 2007 году база военно-воздушных сил Макгвайр была признана Агентством по охране окружающей среды США (United States Environmental Protection Agency) одной из самых загрязнённых авиабаз в стране. В том же году американские военные распорядились произвести очистку загрязняющих веществ на базе, однако загрязнение присутствует там до сих пор.

10. Хэнфордский комплекс (Hanford Nuclear Reservation Site) | Хэнфорд (Hanford), штат Вашингтон


Хэнфордский комплекс, являвшийся неотъемлемой частью американского проекта по производству атомных бомб, производил плутоний для атомной бомбы, которая в конечном итоге была сброшена на Нагасаки, Япония. Хотя запасы плутония были списаны, приблизительно две трети объема осталось в Ханфорде, вызвав загрязнение грунтовых вод.

9. Посреди моря | Средиземное море


Считается, что синдикат, контролируемый итальянской мафией, использует Средиземное море как свалку для опасных радиоактивных отходов. Считается, что около 40 кораблей с токсичными и радиоактивными отходами проплывают через Средиземное море, оставляя большое количество радиоактивных отходов в океанах.

8. Побережье Сомали | Могадишо (Mogadishu), Сомали


Некоторые утверждают, что почва незащищенного побережья Сомали использовалась мафией для захоронения ядерных отходов и токсичных металлов, которые включают в себя 600 бочек токсичных материалов. Это, к сожалению, оказалось правдой, когда в 2004 году на побережье обрушилось цунами и взорам людей открылись ржавеющие бочки, закопанные здесь несколько десятилетий назад.

7. Производственное объединение «Маяк» | Маяк, Россия


Маяк в России в течение многих десятилетий являлся местом расположения огромной атомной электростанции. Всё началось в 1957 году, когда приблизительно 100 тонн радиоактивных отходов было выпущено в окружающую среду в ходе катастрофы, которая привела к взрыву, загрязнившему огромную площадь. Тем не менее, об этом взрыве ничего не сообщалось до 1980 года, когда было обнаружено, что ещё с 50-ых годов, радиоактивные отходы электростанции сбрасываются на окружающей территории, в том числе в озеро Карачай. Загрязнение привело к тому, что высоким уровням радиации подверглись более 400 000 людей.

6. Атомный комплекс Селлафилд (Sellafield Power Plant) | Селлафилд (Sellafield), Великобритания


До того, как он был преобразован в коммерческую территорию, Селлафилд в Великобритании использовался для производства плутония для атомных бомб. На сегодняшний день около двух третей зданий, которые находятся в Селлафилде, считаются радиоактивно загрязнёнными. Этот объект выпускает около восьми миллионов литров загрязнённых отходов каждый день, загрязняя природу и становясь причиной смертей живущих неподалёку людей.

5. Сибирский химический комбинат | Сибирь, Россия


Точно также как Маяк, Сибирь также является местом расположения одного из самых больших химических комбинатов в мире. Сибирский химический комбинат вырабатывает 125 000 тонн твёрдых отходов, загрязняющих грунтовые воды окружающей области. Исследование также показало, что ветер и дождь разносят эти отходы в дикую природу, вызывая высокие уровни смертности среди диких животных.

4. Полигон | Семипалатинский испытательный полигон, Казахстан


Полигон в Казахстане лучше всего известен в связи с проектом атомной бомбы. Это безлюдное место было преобразовано в учреждение, где Советский Союз взорвал свою первую атомную бомбу. Полигон в настоящее время удерживает рекорд по самой большой концентрации ядерных взрывов в мире. Приблизительно 200 тысяч людей в настоящее время страдают от последствий этого излучения.

3. Западный горно-химический комбинат | Майлуу-Суу, Киргизия


Майлуу-Суу считается одним из самых загрязнённых мест в мире. В отличие от других радиоактивных мест, это место получает своё излучение не от ядерных бомб или электростанций, а от широкомасштабной горнодобывающей и перерабатывающей уран деятельности, выбрасывая приблизительно 1,96 миллиона кубических метров радиоактивных отходов в этом районе.

2. Чернобыльская атомная электростанция | Чернобыль, Украина


Сильно загрязнённый радиацией Чернобыль является местом происшествия одной из самых ужасных ядерных аварий в мире. На протяжении многих лет радиационная катастрофа в Чернобыле влияет на шесть миллионов людей, находящихся в этой области, и, по прогнозам, приведёт приблизительно к 4 - 93 тысячам смертей. Ядерная катастрофа в Чернобыле выбросила в атмосферу в 100 раз больше радиации, чем было выброшено в результате взрыва ядерных бомб в Нагасаки и Хиросиме.

1. Атомная электростанция Фукусима дай-ни (Fukushima Daini Nuclear Power Plant) | Фукусима (Fukushima), Япония


Последствия землетрясения в префектуре Фукусима в Японии, как говорят, станут самыми продолжительными в плане ядерной опасности в мире. Эта катастрофа, считающаяся самой страшной ядерной аварией после Чернобыльской катастрофы, вызвала расплавление трёх реакторов, что привело к сильной утечке радиации, которая была обнаружена в 322 километрах от электростанции.

2.2.2. Природные (естественные) радиоактивные вещества

Встречающиеся в природе радиоактивные элементы принято называть естественными. Большинство из них – тяжелые элементы с порядковыми номерами от 81 до 96. Природные радиоактивные элементы путем альфа- и бета-распада превращаются в другие радиоактивные изотопы. Эта цепь радиоактивных превращений называется радиоактивным рядом или семейством.

Тяжелые естественные радиоизотопы образуют четыре радиоактивных семейства: урана-радия; тория; актиния; нептуния. Массовые числа членов урано-радиевого ряда всегда четные и подчиняются закону: А = 4n + 2, где n изменяется от 51 до 59. Для ториевого ряда массовые числа четные и определяются по формуле: А = 4n, где n изменяется от 52 до 58. Для актиниевого ряда массовые числа элементов всегда нечетные и могут быть определены по формуле: А = 4n + 3, где n изменяется от 51 до 58. Массовые числа элементов ряда нептуния нечетные и определяются по формуле: А = 4n + 1, где n изменяется от 52 до 60.

Родоначальники каждого семейства характеризуются очень большими периодами полураспада (см. табл. 2), которые сопоставимы с временем жизни Земли и всей Солнечной системы.

Таблица 2 – Родоначальники естественных радиоактивных семейств

Самый большой период полураспада у тория (14 млрд лет), поэтому он со времени аккреации Земли сохранился почти полностью. Уран-238 распался в значительной степени, распалась подавляющая часть урана-235, а изотоп нептуния-232 распался весь. По этой причине в земной коре много тория (почти в 20 раз больше урана), а урана-235 в 140 раз меньше, чем урана-238. Поскольку родоначальник четвертого семейства (нептуний) со времени аккреации Земли весь распался, то в горных породах его почти нет. В ничтожных количествах нептуний обнаружен в урановых рудах. Но происхождение его вторичное и обязано бомбардировке ядер урана-238 нейтронами космических лучей. Сейчас нептуний получают с помощью искусственных ядерных реакций. Для эколога он не представляет интереса.

Периоды полураспада и типы распада членов естественных радиоактивных рядов приведены в таблице 2.

Естественные радиоактивные семейства обладают рядом общих особенностей, которые заключаются в следующем:

1. Родоначальники каждого семейства характеризуются большими периодами полураспада, находящимися в пределах 10 8 -10 10 лет.

2. Каждое семейство имеет в середине цепи превращений изотоп элемента, относящийся к группе благородных газов (эманацию).

3. За радиоактивными газами следуют твердые короткоживущие элементы.

4. Все изотопы трех радиоактивных семейств распадаются двумя путями: альфа- и бета-распадами. Причем короткоживущие ядра семейств испытывают конкурирующие альфа- и бета-распад, тем самым образуя разветвления рядов. Если при альфа- и бета-распадах ядра не переходят сразу в нормальное состояние, то эти акты сопровождаются гамма-излучением.

Ряды заканчиваются стабильными изотопами свинца с массовыми числами 206, 208 и 207, соответственно, для уранового, ториевого, актиноуранового ряда.

Семейства урана-радия и тория являются активными гамма-излучателями по сравнению с семейством актиния, мощность дозы гамма-излучения которого весьма невелика.

Таким образом, в радиоактивных семействах имеются альфа-, бета- и гамма-излучатели, причем мощность дозы каждого излучения в разных семействах неодинакова. Общее число излучателей того или иного рода для разных семейств приведено в таблице 3.

Таблица 3 – Количество излучателей естественных рядов

В ряду урана-238 всего 19 радионуклидов и один стабильный изотоп – свинец-206. Наиболее важные альфа-излучатели этого семейства: уран-238, уран-234, торий-230, радий-226, радон-222, полоний-218, полоний-214 и полоний-210. Относительное количество других альфа-излучателей ряда невелико, поэтому они не представляют практического интереса.

К числу существенных бета-излучателей ураново-радиевого ряда относятся: протактиний-234, свинец-214, висмут-214 и висмут-210. Причем, бета-излучение протактиния-234 составляет около 50% от
бета-излучения всех изотопов семейства.

Основную долю (97,9%) в мощность гамма-излучения этого семейства вносят продукты распада радия-226 (свинец-214 и висмут-214) и радона-218 (полоний-214). Торий-234 и протактиний-234 – продукты распада родоначальника семейства (урана-238), дают около 2,1% общей мощности гамма-излучения. Вклад остальных членов ряда в суммарную интенсивность гамма-квантов ничтожно мал.

В ряду актиния находится 14 радиоизотопов и один стабильный изотоп – свинец-207. Поскольку в природном уране актиноурана (урана-235) очень мало, альфа-излучение актиниевого семейства составляет не более 5%, а гамма-излучение – около 1,25% от интенсивности соответствующих лучей ураново-радиевого ряда.

Ряд тория содержит 12 радионуклидов и один стабильный изотоп – свинец-208. Главными альфа-излучателями здесь являются: торий-232,
торий-228, радий-224, радон-220, полоний-216, висмут-212 и полоний-212.

К основным бета-излучателям в ториевом ряду относятся: актиний-228, свинец-212, висмут-212 и таллий-208.

Основной вклад в гамма-излучение ряда тория вносят продукты распада тория-228 (полоний-216, свинец-212, висмут-212 и таллий-208). Их доля – 60,2% всей интенсивности гамма-квантов. Остальная мощность гамма-излучения (39,8%) принадлежит продукту распада радия-228 (актинию-228). Доля остальных гамма-излучателей в общей мощности гамма-излучения ничтожна.

Ниже приведена краткая характеристика важнейших радиоизотопов, входящих в естественные семейства.

Уран (U). Химический элемент с порядковым номером 92. Имеет три природных изотопа 238 U, 235 U и 234 U. Период полураспада первого 4,5×10 9 лет, второго – 7,13×10 8 лет, третьего – 2,52×10 5 лет. Их относительную распространенность в рудах можно выразить так: 99,28; 0,71; 0,006% соответственно.

Этот серебристо-белый металл открыт Клапротом в 1789 году. По внешнему виду металлический уран напоминает железо. Он окисляется в воздухе до самовоспламенения и горит ярким пламенем. Плотность урана 19 г/см 3 , температура плавления 1133°С. Хорошо растворяется в минеральных кислотах.

Уран широко распространен в земной коре. Он содержится в горных породах, почве, воде озер, рек и морей.

Уран-238 является родоначальником уранового семейства. В первичных минералах он практически всегда находится в равновесии со своими короткоживущими продуктами распада, а также со своим долгоживущим изотопом – ураном-235.

Уран-235 (актиноуран) является родоначальником актиноуранового семейства, которое в природе всегда сопутствует семейству урана-238. Актиноуран открыт сравнительно недавно (в 1935 г.), т.е. значительно позднее продуктов его распада, чем и объясняется несоответствие названий актиниевого семейства и его родоначальника.

Ядро урана-235 обладает замечательным свойством. Кроме спонтанного распада он способен делиться при захвате нейтрона с освобождением колоссальной энергии, поэтому является одним из ядерных горючих.

Уран, химически выделенный из руд (естественно, что это смесь всех трех природных изотопов урана) и приготовленный в виде окиси (U 3 O 8), является стабильным источником альфа-излучения. Примерно через год после его выделения устанавливается радиоактивное равновесие между ураном-238 и короткоживущими бета-активными продуктами его распада. Тогда этот препарат может служить в качестве стабильного источника бета-излучения.

Уран связан с рудами осадочного, гидротермального и магматического происхождения. Он содержится более чем в 100 минералах. Среди них наиболее часты окислы урана, соли фосфорной, ванадиевой, кремниевой, мышьяковой, титановой и ниобиевой кислот. Наиболее важные промышленные руды урана представлены первичным минералом – уранинитом (урановой смолкой), представляющим собой окисел урана черного цвета. Кроме того есть множество вторичных минералов урана, которые называются урановыми слюдками. Наиболее распространенные из них:
торбернит – Си(UО 2) 2 (PO 4) 2 ×nH 2 О, отенит – Са(UO 2) 2 (РО 4) 2 ×nН 2 О,
карнотит – K 2 (UО 2) 2 (VО 4) 2 ×3H 2 О, тюямунит – Ca(UO 2) 2 (VO 4) 2 ×8H 2 О.
Из урановых слюдок крупные промышленные скопления образуют только карнотит и тюямунит. Они же являются рудой для получения ванадия и радия.

Уран и радий в России впервые были получены из руды месторождения Тюя-Муюн в Фергане. Носителями этих металлов здесь оказались два минерала из группы урановых слюдок – тюямунит и ферганит. Первый минерал открыт К.А. Ненадкевичем в 1912 г., а второй – И.А. Антиповым в 1899 году.

Торий (Th ) . Химический элемент с порядковым номером 90. Это светло-серый металл с плотностью 11,72 г/см 3 и температурой плавления 1750°С, открытый Берцелиусом в 1828 году. Трудно поддается действию кислот. Он имеет 6 изотопов, из которых долгоживущие только два: торий-232 (Т физ. = 1,39×10 10 лет) и ионий-230 (Т физ. = 8×10 4 лет).

Скорость распада тория очень мала. За 14 миллиардов лет количество атомов тория-232 уменьшается только в 2 раза. Поскольку возраст Земли всего лишь 4,5 млрд лет, то можно полагать, что значительное количество этого элемента сохранилось со времени аккреации нашей планеты.

Руды тория по своему генезису являются магматическими. При разрушении таких месторождений образуются россыпи, обогащенные минералами тория. Основным источником тория служат пески, содержащие минерал монацит – (Се, La, Nd, Th) PО 4 . Особенно богаты монацитом морские россыпи. Промышленное значение имеет также минерал торит – ThSiО 4 .

Актиний (Ас ) . Химический элемент с порядковым номером 89. Серебристо-белый металл с температурой плавления 1050°С, имеющий два изотопа: актиний-227 (Т физ. = 21,8 года) и мезоторий-228 (Т физ. = 6,13 часа).

Актиний, претерпевая альфа- и бета-распад, образует одно из разветвлений ряда актиния. В основном он является бета-излучателем. Ядерных гамма-лучей этот радионуклид не имеет. В смеси с бериллием актиний служит для приготовления источников нейтронов. Актиний встречается в рудах урана и тория.

Радий (Ra ) . Химический элемент с порядковым номером 88. Это серебристо-белый блестящий металл с плотностью 6 г/см 3 и температурой плавления 700°С, открытый в начале XX века супругами Кюри, имеет 4 изотопа: радий-226 (Т физ. = 1602 года), мезоторий-228 (Т физ. = 6,7 года), актиний Х-223 (Т физ. = 11,4 сут.) и торий Х-224
(Т физ. = 3,64 сут.). По химическим свойствам радий близок к барию, изоморфно замещает последний в минералах: барите (сульфат бария) и витерите (карбонат бария). В природных водах радий встречается в виде хлорида.

В результате альфа-распада радия-226, сопровождаемого гамма-излучением, образуется радиоактивный газ – радон (эманация). В закрытом сосуде радон через 40 дней приходит в состояние радиоактивного равновесия с радием, находящимся в сосуде. После этого срока препарат можно использовать в качестве эталонного источника гамма-излучения.

Радон приходит в равновесие со своими короткоживущими продуктами распада (Ra A, Ra В, и Ra С) через 3 часа. Другой изотоп радия – мезоторий-1, обладает мягким бета-излучением, интенсивность гамма-излучения его невелика.

Изотопы радия широко распространены в горных породах и рудах, но в чрезвычайно малых концентрациях. На 3 тонны урана приходится 1 г равновесного радия. Поскольку в различных горных породах радий встречается в неодинаковых концентрациях, то это его свойство используется для диагностики петрографических разностей по гамма-лучам. Добывается радий из урановых руд. Он широко применяется в медицине для лучевой терапии.

Радон (Rn ) . Химический элемент с порядковым номером 86. Это тяжелый инертный радиоактивный газ с плотностью 9,73 г/л. Он бесцветен и хорошо растворяется в воде. Имеет 4 изотопа: радон-222
(Т физ. =3,823 дня), радон-218 (Т физ. =1,9´10 -2 с), торон-220 (Т физ. =54,5 с) и актинон-219 (Т физ. = 3,92 с). Все они принадлежат к группе благородных газов, обладают альфа-активностью и других излучений не имеют. Радоновая эманация является источником активных осадков. Радон в смеси с бериллием используется в научных исследованиях и медицине как источник нейтронов.

Астат (At ) . Химический элемент из группы галогенов с порядковым номером 85. В переводе с греческого «астат» означает «нестабильный», т.к. это единственный галоген, не имеющий стабильных изотопов. Все четыре изотопа астата радиоактивны: астат-210 (Т физ. = 8,3 ч), астат-218 (Т физ. = 2 с), астат-215 (Т физ. = 1×10 -4 с) и астат-216 (Т физ. =
= 3×10 -4 с).

В незначительных количествах астат входит во все три естественные радиоактивные семейства. Его изотопы альфа-активны. Небольшая часть астата претерпевает бета-распад.

Полоний (Ро ) . Химический элементе с порядковым номером 84. Это мягкий серебристо-белый металл с плотностью 9,3 г/см 3 и температурой плавления 254° С. Полоний имеет 8 радиоактивных изотопов: полоний-209 (Т физ. = 103 года), полоний-210 (Т физ. = 140 сут.), радий А-218 (Т физ. = 3,05 мин), торий А-216 (Т физ. = 0,158 с), актиний Ас-215 (Т физ. = = 1,83 × 10 -3 с), радий-214 (Т физ. = 1,55 × 10 -4 с), торий (Т физ. = 3 × 10 -7 с), актиний (Т физ. = 5 × 10 -3 с).

Полоний является чистым альфа-излучателем, что позволяет широко использовать его в лабораторных исследованиях. В смеси с бериллием он представляет собой лучший источник нейтронов.

Свинец (Рв ) . Химический элемент с порядковым номером 82. Представляет собой синевато-серый мягкий ковкий металл с плотностью 11,34 г/см 3 и температурой плавления 327,4°С, химически стойкий. Свинец имеет 3 устойчивых изотопа: свинец-206 (радий G), свинец-207 (актиний D), свинец-208 (торий D), и 4 радиоактивных: свинец-210 (радий D, Т = 22 года), свинец-212 (торий В, Т = 10,6 часа), свинец-211 (актиний В, Т = 36,1 мин), свинец-214 (радий В, Т = 26,8 мин).

Устойчивые изотопы свинца с массовыми числами 206, 207 и 208 являются конечными продуктами распада трех естественных радиоактивных рядов. Эти изотопы нерадиоактивны, но всегда присутствуют в радиоактивных рудах. Отношение количества нерадиоактивного свинца к содержанию радиоактивных элементов (урана, тория) в горных породах и рудах позволяет определить абсолютный возраст геологических образований. Остальные четыре изотопа свинца радиоактивны. Все они распадаются путем бета-излучения. Продукты распада радия D кроме бета-лучей выделяют альфа-лучи, поэтому из свинца-210 получают стандартные источники бета- и альфа-излучения.

Свинец применяют в качестве экранов и фильтров для гамма-излучения. Применение его для экранирования альфа- и бета-излучения нецелесообразно, поскольку в свинце всегда содержится некоторое количество радиоактивных изотопов, особенно радия D. В природе встречаются и другие радиоактивные изотопы свинца (с массовыми числами 200, 201 и 203), но количество их ничтожно.

Естественные радиоизотопы, не входящие в радиоактивные семейства. Кроме естественных радиоактивных элементов, являющихся членами трех рассмотренных выше естественных рядов, в природе имеются изотопы, генетически не связанные между собой, но обладающие радиоактивностью. Количество таких радиоизотопов превышает 200, период полураспада их колеблется от долей секунды до миллиардов лет.

Интерес для эколога представляют изотопы с большим периодом полураспада: калий-40, рубидий-87, самарий-147, углерод-14, лютеций-176 и рений-187. Радиоактивный распад ядер этих элементов представляет собой изолированный акт, т.е. после распада образуется устойчивый дочерний изотоп. Как видно из таблицы 4, все перечисленные ядра подвержены бета-распаду, за исключением самария, который претерпевает альфа-распад.

Таблица 4 – Естественные радиоактивные изотопы, не входящие в семейства

Из шести приведенных естественных радионуклидов наибольший интерес представляет калий-40, ввиду его большой распространенности в земной коре. Природный калий содержит три изотопа: калий-39, калий-40 и калий-41, из которых только калий-40 радиоактивен. Количественное соотношение этих трех изотопов в природе выглядит так: 93,08; 0,012; 6,91%.

Калий-40 распадается двумя путями. Около 88% его атомов испытывают бета-излучение и превращаются в атомы кальция-40. На один акт распада калия-40 приходится в среднем 0,893 бета-частиц с энергией 1311 кэВ и 0,107 гамма-квантов с энергией 1461 кэВ. Остальные 12% атомов, испытывая К-захват, превращаются в атомы аргона-40. На этом свойстве калия-40 основан калий-аргоновый метод определения абсолютного возраста горных пород и минералов.

Рубидий. Природный рубидий состоит из двух изотопов: рубидия-85 и рубидия-87. Радиоактивным является второй изотоп, который испускает мягкие бета-лучи с максимальной энергией 0,275 МэВ и гамма-лучи с энергией 0,394 МэВ.

Таким образом, наибольшее значение имеет 87 Rb, второе место по количеству занимает радиоизотоп 40 К, но радиоактивность 40 К в земной коре превышает радиоактивность суммы всех других естественных радиоактивных элементов за счет того, что распад 40 К сопровождается жестким бета- и гамма-излучением, а 87 Rb характеризуется мягким бета-излучением и имеет длительный период полураспада.

Таблица 5 – Концентрация некоторых радионуклидов и мощности
поглощенных доз в почвах различных типов

Самарий. Из семи известных изотопов этого элемента только самарий-147 является радиоактивным. Его доля в природном самарии составляет около 15%. Он испускает альфа-лучи с энергией 2,11 МэВ, пробег которых в воздухе составляет 11,6 мм.

Лютеций . Известно несколько его изотопов, но радиоактивен только лютеций-176. Подобно калию, он распадается двумя путями: бета-распадом и К-захватом. Максимальная энергия бета-лучей около 0,4 МэВ. Гамма-излучение обладает энергией 0,270 МэВ.

Рений . Радиоактивным является изотоп рений-187, доля которого в природном рении составляет 63%. Испускает бета-лучи с энергией 0,04 МэВ.

Особое место среди природных радиоизотопов занимает углерод. Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов, среди которых преобладает углерод-12 (98,89%). Остальная часть почти целиком приходится на изотоп углерод-14 (1,11%).

Помимо стабильных изотопов углерода известны еще пять радиоактивных. Четыре из них (углерод-10, углерод-11, углерод-15 и углерод-16) характеризуются весьма малыми периодами полураспада (секунды и доли секунды). Пятый радиоизотоп, углерод-14, имеет период полураспада 5730 лет.

В природе концентрация углерода-14 крайне мала. Например, в современных растениях один атом этого изотопа приходится на 10 9 атомов углерода-12 и углерода-13. Однако с появлением атомного оружия и ядерной техники углерод-14 получается искусственно при взаимодействии медленных нейтронов с азотом атмосферы, поэтому количество его постоянно растет.

Наиболее весомыми из всех естественных источников радиации
является невидимый, не имеющий запаха и вкуса, тяжелый (в 7,5 раза тяжелее воздуха) газ радон, который вместе с другими дочерними продуктами распада ответственен за 75% годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением от земных источников радиации и за 50% дозы от всех естественных источников радиации. Радон в виде 222 Rn и 220 Rn выделяется из земной коры повсеместно, но основную дозу человек получает находясь в закрытом, непроветриваемом помещении (уровень радиации выше в 8 раз, чем в наружном воздухе) за счет следующих источников: поступление из почвы, фундамента, перекрытия; высвобождение из строительных материалов жилых помещений составляет 60 кБк/сут., из наружного воздуха проникает 10 кБк/сут., высвобождается из воды, используемой в бытовых целях – 4 кБк/сут., выделяется из природного газа при его сгорании – 3 кБк/сут.

Больших концентраций радон достигает в помещениях, если дом стоит на грунте с повышенным содержанием радионуклидов или если при его строительстве использованы материалы с повышенной радиоактивностью.

Таблица 6 – Средняя удельная радиоактивность строительных материалов

Примечание. В таблице представлены материалы НКДАР ООН, 1982 год.

По сведениям ученых Марийского государственного университета (Новоселов Г.Н., Леухин А.В., Ситников Г.А., 1997) наиболее высокой удельной активностью обладал каменноугольный шлак (А эфф. =
= 437 Бк/кг), гранит. Более низкая удельная радиоктивность была у мрамора, керамического кирпича (А эфф. = 335 Бк/кг), силикатного кирпича (А эфф. = 856 Бк/кг), песка строительного (А эфф. = 114 Бк/кг). Для бетона характерен достаточно большой диапазон вариации удельной радиоактивности.

В качестве других источников земной радиации следует назвать каменный уголь, фосфаты и фосфорные удобрения, водоемы и др.

В целом естественные источники ИИ ответственны примерно за 90% годовой эффективной эквивалентной дозы облучения, из этой дозы на долю земных источников приходится 5/6 частей (в основном за счет внутреннего облучения), на долю космических источников – 1/6 часть (в основном путем внешнего облучения).

2.2.2.1. Радиоактивность оболочек Земли

Первые наблюдения радиоактивности почв и горных пород были проведены в самом начале XX века. Последующие исследования показали, что все объекты географической оболочки обладают определенной радиоактивностью. Общее представление о порядке наиболее часто наблюдаемых величин естественной радиоактивности почв, растений, земной коры и гидросферы можно видеть в таблице 7.

Таблица 7 – Среднее содержание естественных радионуклидов в разных объектах географической оболочки Земли (по А.П. Виноградову, Л.А. Перцову)

2.2.2.2. Радиоактивность горных пород

О распределении радиоактивных элементов в толще земной коры и литосферы в целом, на глубинах недоступных непосредственному наблюдению, можно судить только на основании косвенных фактов и общих представлений о строении Земли. В настоящее время наибольшим признанием пользуется концепция, согласно которой радиоактивность пород падает с глубиной, но все же остается измеримой до весьма значительных глубин. Резко выраженное накопление радиоактивных элементов в гранитном слое континентальной коры, установленное Стреттом еще в 1906 году, подтвердилось последующими исследованиями.

Средние значения концентраций радиоактивных элементов в горных породах приведены в таблице 8, а в таблице 9 дана удельная активность горных пород в отношении естественных радионуклидов по данным ВНИИФТРИ (1996). Из этих данных видна основная геохимическая закономерность уменьшения содержания радиоизотопов с увеличением основности магматических пород. Наибольшее содержание естественных радионуклидов наблюдается в изверженных породах кислого и щелочного состава, богатых калием. Основными носителями радиоактивных элементов в этих породах являются акцессорные минералы: циркон, монацит, ксенотим, ортит, апатит и сфен. Что касается главных породообразующих минералов, то установлено, что салические минералы (в первую очередь полевые шпаты) обладают в среднем в 3 раза большей радиоактивностью, чем фемические. Поэтому на практике существует эмпирическое правило: магматические породы светлых оттенков более радиоактивны, чем темные.

Таблица 8 – Распространеность радиоактивных элементов в горных породах,
мас. % (по А.П. Виноградову)

Таблица 9 – Удельная активность естественных радионуклидов в горных породах

Наиболее высокой радиоактивностью среди осадочных пород обладают глинистые сланцы и глины. Содержание радионуклидов в них приближается к таковому в кислых изверженных породах – гранитах. На основании анализа многочисленных диаграмм гамма-каротажа глубоких скважин и результатов лабораторного радиометрического изучения большого количества образцов осадочных горных пород было выявлено, что среди них наименьшей радиоактивностью обладают чистые химические и органические осадки (каменная соль, гипс, известняки, доломиты, кварцевые пески, кремнистые сланцы, яшмы). Морские осадки в целом более радиоактивны, чем континентальные.

2.2.2.3. Радиоактивность почв

Главным источником радиоактивных элементов в почвах следует считать почвообразующие породы. Поэтому почвы, развитые на кислых магматических породах, относительно обогащены радиоактивными элементами (ураном, радием, торием, калием), а почвы, образованные на основных и ультраосновных породах, бедны ими. Глинистые почвы почти везде богаче радиоизотопами, чем песчанистые.

Почвы, как рыхлые образования, по вещественному составу близки к осадочным породам, поэтому они во многом подчиняются закономерностям распределения естественных радионуклидов в отложениях этого генезиса. Тонкая коллоидная фракция почв, с которой связаны обменно-сорбционные процессы, обогащена радиоактивными элементами по сравнению с более крупными частицами. То же самое касается и органической составляющей почв. Однако прямой зависимости между радиоактивностью почв и количеством органического вещества в них не наблюдается. В таблице 10 приведена удельная активность основных типов почв по данным ВНИИФТРИ (1996). По данным А.П. Виноградова содержание радия в верхнем горизонте почв колеблется от 2,8 до 9,5×10 -10 %. Причем в большинстве почв наблюдается резкое смещение радиоактивного равновесия между ураном и радием в сторону последнего, что связано с выщелачиванием урана грунтовыми водами.

Таблица 10 – Удельная активность естественных радионуклидов в почвах

Таким образом, радиоактивность почв в основном обусловлена природными радиоизотопами 40 K и 87 Rb. Радиоизтоп калий-40 накапливается в пищевых продуктах растительного и животного происхождения в разной степени (табл. 11).

Таблица 11 – Содержание 40 К в пищевых продуктах

Под влиянием испытаний ядерного оружия и техногенных факторов почвы повсеместно загрязнены искусственными радионуклидами. Например, средняя плотность загрязнения верхних слоев почв северного полушария радиоактивным цезием составляет 0,12 Ки/км 2 .

2.2.2.4. Радиоактивность природных вод

Радиоактивность речных и озерных вод зависит от источника их питания. Дождевые, снеговые и ледниковые воды содержат небольшое количество солей, поэтому водоемы горных районов высоких широт, имеющие этот источник питания, практически стерильны в отношении естественных радионуклидов.

Природные радионуклиды поступают в открытые водоемы суши в основном с подземными водами. Грунтовые и межпластовые воды, питая озера и реки, определяют уровни природной радиоактивности воды этих водоемов. Поэтому радиоактивность воды рек и озер подвержена значительным колебаниям. Она напрямую зависит от химического и минерального состава дренируемых ими горных пород, в которых располагаются чаши озер или водосборы рек. К другому важному фактору, влияющему на степень радиоактивности воды открытых водоемов, относится климат, от которого зависит степень химического выветривания горных пород, являющихся основным поставщиком природных радионуклидов.

Наконец, концентрация радиоизотопов в озерах зависит от степени водного обмена. Бессточные озера в районах с засушливым климатом могут быть значительно обогащены радиоактивными элементами за счет сильного испарения застойной воды.

Если исключить реки, дренирующие урановые рудные районы, то можно считать, что речные воды отличаются пониженным относительно морских вод содержанием урана, радия, тория, калия и радона, хотя есть и исключения из этого правила (например, Сыр-Дарья). В таблице приведено содержание урана в некоторых реках, по данным Д.С. Николаева.

Таблица 12 – Содержание урана в воде некоторых рек

В период паводка радиоактивность речной воды снижается, а в межень – повышается. Зимой, когда реки покрываются льдом, наблюдается повышенное содержание в воде радиоактивных газов – радона и торона.

Подземные воды бывают значительно обогащены ураном, радием, торием и радоном по сравнению с поверхностными. Количество радиоактивных элементов в них зависит от вещественного состава вмещающих пород и химизма самих вод. В гидрогеологии принято выделять радоновые, радиевые и урановые воды, в зависимости от преобладания в их составе того или иного радиоактивного элемента. Существуют и смешанные воды: радоно-радиевые, урано-радиевые, радиево-мезоториевые. Концентрация радия в подземных водах может достигать 2,5´10 -11 %, а урана – 3´10 -5 %.

Еще в тридцатые годы XX столетия В.Г. Хлопиным была замечена повышенная концентрация радия в воде нефтяных месторождений. В настоящее время, в результате интенсивной эксплуатации месторождений углеводородного сырья это приводит к накоплению природных радионуклидов на технологическом оборудовании и трубопроводах нефтяных и газовых месторождений. На отдельных месторождениях мощность экспозиционной дозы от оборудования достигает 6 мР/ч, а удельная активность природных радионуклидов в шламе превышает 10 5 Бк/кг. Следствием этого является неконтролируемое облучение персонала и населения.

2.2.2.5. Радиоактивность атмосферного воздуха

Атмосфера Земли всегда содержит газообразные радиоактивные вещества в виде инертных газов – радона, торона и актинона, источником которых являются эманирующие горные породы. Радиоактивные эманации, попадая из почвы в атмосферный воздух, затем разносятся горизонтальными и вертикальными воздушными потоками. В свою очередь радиоактивные газы, претерпевая распад, превращаются в твердые радиоизотопы, которые выпадают на поверхность Земли в виде активных осадков.

Актинон и торон не являются долгоживущими. Период полураспада первой эманации равняется всего лишь 3,92 с, а второй – 54,5 с, поэтому они встречаются в небольших количествах лишь в самых нижних слоях атмосферы вблизи земной поверхности. Период полураспада радона более значителен (3,82 сут.), вследствие чего сама эманация и продукты ее распада транспортируются ветром на большие расстояния от места выделения.

Наблюдения показывают, что нижние слои атмосферы над континентами содержат 1-2 атома радона на 1 см 3 воздуха. Концентрация торона обычно в 10000 раз меньше. Атмосферный воздух над океаном содержит радона в 100 раз меньше, чем над сушей. Концентрация радона быстро убывает с высотой. Уже на высоте 1 км его количество в 2 раза, а на высоте 4 км – в 14 раз меньше, чем у земной поверхности.

Закономерность распределения продуктов распада радиоактивных эманаций совершенно иная. Многие из твердых радиоизотопов, следующих в естественных радиоактивных рядах за эманациями, почти равномерно распределены в нижних слоях атмосферы. К примеру, концентрация Ra D на уровне земной поверхности и на высоте 10 км почти одинакова.

Твердые радиоактивные частицы, содержащиеся в воздухе, захватываются конденсирующимися каплями воды и выпадают на поверхность Земли с атмосферными осадками. После обильных дождей и снегопада радиоактивность воздуха уменьшается.

Кроме радиоактивных эманации и твердых продуктов их распада в атмосфере присутствуют радиоизотопы, образующиеся под действием космических лучей. К таким радионуклидам относится в первую очередь углерод-14, количество которого в воздухе ничтожно мало.

Вклад отдельных естественных источников в образовании эффективных эквивалентных доз человека представлен в таблице 13.

Таблица 13 – Эффективные эквивалентные дозы человека от природных источников

  Цезий-137, Cs-137
  Цезий-137, известен также как радиоцезий - один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных выпадениях, 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 организме животных и человека.
  В организме животных 137Cs накапливается главным образом в мышцах и печени
  Выброс цезия-137 в окружающую среду происходит в основном в результате ядерных испытаний и аварий на предприятиях атомной энергетики
  Известны случаи загрязнения внешней среды в результате небрежного хранения источников цезия-137 для медицинских и технологических целей.
  Биологическое действие
  Внутрь живых организмов цезий-137 в основном проникает через органы дыхания и пищеварения. Хорошей защитной функцией обладает кожа

Поглощённая доза излучения измеряется энергией ионизирующего излучения, переданного массе облучаемого вещества.
  Единица поглощённой дозы – грей (Гр), равный 1 джоулю, поглощённому 1 кг вещества
  1 Гр = 1Дж/кг = 100 рад.

Способность Cs-137 вызывать мутации в половых клетках, будет являться в будущих поколениях основой для возникновения внутриутробной гибели зародыша, врожденных пороков развития, патологии плода и новорожденного, заболеваний взрослого организма, связанных с недостаточной генной активностью.

Это внутреннее облучение организма также чрезвычайно опасно и тем, что оно сочетается со способностью радионуклидов Cs-137 и продуктов их распада в виде бария, воздействовать на биологические структуры, взаимодействовать с рецепторным аппаратом клеточных мембран, изменять состояние регуляторных процессов.

Выявлена зависимость между частотой нарушений сердечной деятельности у детей и содержанием радионуклидов в их организме. Следует обратить особое внимание на то, что присутствие даже относительно небольших количеств Cs-137 в организме детей 10-30 Бк/кг (при этом, в ткани сердца концентрация данного радионуклида значительно большая) приводит к увеличению в два раза числа детей с электрокардиографическими нарушениями.
  В этой связи, факторы внешней среды, подавляющие функцию систем, регулирующих (стимулирующих) активность генетического аппарата клеток, будут являться индукторами (провокаторами) возникновения многих заболеваний. Cs-137 способен в относительно небольших количествах, подавлять активность регуляторных систем организма, и прежде всего, иммунной системы.
  Период полураспада цезия-137 составляет 30 лет.

  Радий, Ra-226
  радиоактивный изотоп химического элемента радия с атомным номером 88 и массовым числом 226. Принадлежит к радиоактивному семейству урана-238
  Наиболее устойчивым изотопом является радий-226 (226Ra), образующийся при распаде урана. Период полураспада радия-226 составляет 1600 лет, в процессе распада образуется радиоактивный газ радон.
  Радий-226 является источником альфа-излучения и считается потенциально опасным для костной ткани человека.
  В ничтожных концентрациях присутствует в природных водах.
  Применение
  Соли радия используются в медицине как источник радона (см. РАДОН) для приготовления радоновых ванн.

Развиваются опухоли костной ткани и органов, заключённых в костной капсуле (кроветворная ткань, гипофиз) или топографически близких к ней (слизистая ротовой полости, гайморова полость).

  Кобальт-60, Co-60
  Кобальт-60, радиокобальт - радиоактивный нуклид химического элемента кобальта с атомным номером 27 и массовым числом 60. В природе практически не встречается из-за малого периода полураспада. Открыт в конце 1930-х годов

Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 41,8 ТБк. Период полураспада кобальта-60 составляет 5,2 года
  Применение Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения с энергией около 1,3 МэВ, которые применяются для:
  - стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
  - активации посевного материала (для стимуляции роста и урожайности зерновых и овощных культур);
  - обеззараживания и очистки промышленных стоков, твёрдых и жидких отходов различных видов производств;
  - радиационной модификации свойств полимеров и изделий из них;
  - радиохирургии различных патологий (см. «кобальтовая пушка», гамма-нож);
  - гамма-дефектоскопии.
  Также Кобальт-60 используется в системах контроля уровня металла в кристализаторе при непрерывной разливке стали. Является одним из изотопов, применяющихся в радиоизотопных источниках энергии.
  Его лучи обладают высокой проникающей способностью. По мощности излучения 17 граммов радиоактивного кобальта эквивалентны 1 килограмму радия - самого мощного природного источника радиации. Вот почему при получении, хранении и транспортировке этого изотопа, как, впрочем, и других, тщательно соблюдают строжайшие правила техники безопасности, принимают все необходимые меры, чтобы надежно оградить людей от смертоносных лучей.

У радиоактивного кобальта много «профессий». Все более широкое применение в промышленности находит, например, гамма-дефектоскопия, т.е. контроль качества продукции путем просвечивания ее гамма-лучами, источником которых служит изотоп кобальт-60. Такой метод контроля позволяет с помощью сравнительно недорогой и компактной аппаратуры легко выявлять трещины, поры, свищи и другие внутренние дефекты массивных отливок, сварных швов, узлов и деталей, находящихся в труднодоступных местах. В связи с тем, что гамма-лучи распространяются источником равномерно во все стороны, метод дает возможность контролировать одновременно большое число объектов, а цилиндрические изделия проверять сразу по всему периметру.

Радиоактивный кобальт используют для контроля и регулирования уровня расплавленного металла в плавильных печах, уровня шихтовых материалов в домнах и бункерах, для поддержания уровня жидкой стали в кристаллизаторе установок непрерывной разливки.

Прибор, называемый гамма-толщиномером, быстро и с большой степенью точности определяет толщину обшивки судовых корпусов, стенок труб, паровых котлов и других изделий, когда к их внутренней поверхности невозможно подобраться и поэтому обычные приборы оказываются бессильны.

Находит кобальт применение и в медицине. Крупицы изотопа кобальт-60, помещенные в медицинские «пушки», не причиняя вреда организму человека, бомбардируют гамма-лучами внутренние злокачественные опухоли, губительно влияя на быстро размножающиеся больные клетки, приостанавливая их деятельность и тем самым ликвидируя очаги страшной болезни.
  В аппарате для облучения глубокозалегающих злокачественных опухолей, «кобальтовой пушке» ГУТ-400 (гамма-установка терапевтическая), количество кобальта-60 соответствует по своей активности 400 г радия. Это очень большая величина, такого количества радия нет ни в одной лаборатории. Но именно высокая активность позволяет предпринимать попытки лечения опухолей, расположенных в глубине организма больного.
  Однако, несмотря на свою столь обширную плезность радиация есть радиация и бесконтрольное облучение приводит к описанным выше печальным последствиям.

  Торий-232, Th-232
  Торий-232 - природный радиоактивный нуклид химического элемента тория с атомным номером 90 и массовым числом 232.
  Является наиболее долгоживущим изотопом тория, альфа-радиоактивен с периодом полураспада 1,405·10 10 (14 млрд.) лет.
  Торий-232 является альфа – излучателем
  Активность одного грамма этого нуклида составляет 4 070 Бк.
  В виде препарата торотраста суспензия диоксида тория использовалась в качестве контрастного вещества при ранней рентгенодиагностике. В настоящее время препараты тория-232 классифицируются как канцерогенные
  Поступление тория в желудочно-кишечный тракт (тяжелый металл, к тому же радиоактивный!) не вызывает отравления. Объясняется это тем, что в желудке – кислая среда, и в этих условиях соединения тория гидролизуются. Конечный продукт – нерастворимая гидроокись тория, которая выводится из организма. Острое отравление способна вызвать лишь нереальная доза в 100 г тория...
  Однако чрезвычайно опасно попадание тория в кровь. Следствием этого могут быть заболевания кроветворной системы, образование специфических опухолей.

  Плутоний-239, Pu-239
  Плутоний-239 (англ. plutonium-239) - радиоактивный нуклид химического элемента плутония с атомным номером 94 и массовым числом 239.
  В природе встречается в чрезвычайно малых количествах в урановых рудах.
  Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 2,3 ГБк.
  Плутоний-239 имеет период полураспада 24 100 лет.
  Плутоний-239 используют:
  - в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах на тепловых и особенно на быстрых нейтронах;
  - при изготовлении ядерного оружия;
  - в качестве исходного вещества для получения трансплутониевых элементов.
  Плутоний был открыт в конце 1940 г.
  Хотя плутоний, по-видимому, химически токсичен, как и любой тяжелый металл, этот эффект выражается слабо по сравнению с его радиотоксичностью. Токсические свойства плутония появляются как следствие альфа-радиоактивности. Альфа частицы представляют серьезную опасность только в том случае, если их источник находится в теле (т.е. плутоний должен быть принят внутрь). Хотя плутоний излучает еще и гамма-лучи и нейтроны, которые могут проникать в тело снаружи, уровень их слишком мал, чтобы причинить сильный вред.

Альфа-частицы повреждают только ткани, содержащие плутоний или находящиеся в непосредственном контакте с ним. Значимы два типа действия: острое и хроническое отравления. Если уровень облучения достаточно высок, ткани могут страдать острым отравлением, токсическое действие проявляется быстро. Если уровень низок, создается накопляющийся канцерогенный эффект.

Плутоний очень плохо всасывается желудочно-кишечным трактом, даже когда попадает в виде растворимой соли, впоследствии она все равно связывается содержимым желудка и кишечника. Загрязненная вода, из-за предрасположенности плутония к осаждению из водных растворов и к формированию нерастворимых комплексов с остальными веществами, имеет тенденцию к самоочищению.

Все известные радиоактивные элементы следует разделить на 2 группы (таблица 2.1): естественные и искусственные (техногенные) .

Среди естественных радиоактивных элементов выделяются долгоживущие (U, Th, K-40, Rb-87 и др.), короткоживущие продукты распада долгоживущих изотопов (радий, радон и т.д.) и нуклиды, постоянно образующиеся в природной среде за счет ядерных реакций (C-14, H-3, Be-7 и др.).

Искусственные радионуклиды могут быть подразделены на:

- осколочные (продукт деления ядер урана-235 под воздействием тепловых нейтронов по схеме):

90 Sr, 134 Cs, 137 Cs, 140 La, 131 I, 129 I, 99 Tc, 106 Ru, 141 Ce

- трансурановые радиоактивные элементы

- продукты активации – за счет взаимодействия нейтронов, гамма - квантов и т.д. с веществом:

56 Fe, 22 Na, 60 Co, 65 Zn, 32 P

8 Предельно допустимые дозы облучения на организм человека. Каковы основные тенденции в изменении этих нормативов?

Предельно допустимая доза (ПДД) ионизирующего излучения - гигиенический норматив, регламентирующий наибольшее допустимое значение индивидуальной эквивалентной дозы во всем теле человека или в отдельных органах, которое не вызовет в состоянии здоровья лиц, работающих с источниками ионизированного излучения, неблагоприятных изменений. Применяется в области радиационной безопасности, устанавливается законодательно. В Российской Федерации законодательным документом являются "Нормы радиационной безопасности". ПДД зависит от облучения всего тела, тех или иных групп т. н. критических органов и составляет от 5 до 30 бэр (50-300 мЗв) в год.

По отношению к облучению население делится на 3 категории.

Категория А облучаемых лиц или персонал (профессиональные работники) - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений.
Категория Б облучаемых лиц или ограниченная часть населения - лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений.

Для категории А вводятся предельно допустимые дозы -наибольшие значения индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при которой равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Для категории Б определяется предел дозы.

Устанавливается три группы критических органов:

1 группа - все тело, гонады и красный костный мозг.

2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1 и 3 группам.

3 группа - кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, голени и стопы.

Помимо основных дозовых пределов для оценки влияния излучения используют производные нормативы и контрольные уровни. Нормативы рассчитаны с учетом непревышения дозовых пределов ПДД (предельно допустимая доза) и ПД (предел дозы). Расчет допустимого содержания радионуклида в организме проводят с учетом его радиотоксичности и непревышения ПДД в критическом органе. Контрольные уровни должны обеспечивать такие низкие уровни облучения, какие можно достичь при соблюдении основных дозовых пределов.

Предельно допустимое годовое поступление ПДП радионуклида через органы дыхания;

Допустимое содержание радионуклида в критическом органе ДС А;

Допустимая мощность дозы излучения ДМД А;

Допустимая плотность потока частиц ДПП А;

Допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида в воздухе рабочей зоны ДК А;

Допустимое загрязнение кожных покровов, спецодежды и рабочих поверхностей ДЗ А.

Предел годового поступления ПГП радионуклида через органы дыхания или пищеварения;

Допустимая объемная активность (концентрация) радионуклида ДК Б в атмосферном воздухе и воде;

Допустимая мощность дозы ДМД Б;

Допустимая плотность потока частиц ДПП Б;

Допустимое загрязнение кожных покровов, одежды и поверхностей ДЗ Б.

Численные значения допустимых уровней в полном объеме содержатся в "Нормах радиационной безопасности".

Пределы допустимых экспозиционных доз с годами менялись, и в целом, по мере того, как увеличивающиеся знания о рисках заболевания раком в результате облучения указывали на то, что угроза, которую представляет облучение, -значительно больше, чем предполагалось ранее, наблюдалась тенденция к их понижению. Для того чтобы гарантировать, что персонал не подвергается вредному воздействию свыше нормы, необходимо должным образом контролировать наиболее важные пути этого воздействия. Необходимо также учитывать, что ионизирующее излучение оказывает воздействие на людей различными путями.

9 Трансурановые элементы – как радиационно-опасный фактор

Трансурановые радиоактивные элементы - химические элементы с атомным номером, больше чем у урана-92:

240 Pu, 239 Pu, 239 U, 239 Np, 247 Cm, 241 Am

Википедия:

Элементы с атомным номером более 100 называются трансфермиевыми элементами. Одиннадцать из известных трансурановых элементов (93-103) принадлежит к числу актиноидов. Трансурановые элементы с атомным номером более 103 называются трансактиноидами.

Все известные изотопы трансурановых элементов имеют период полураспада значительно меньший, чем возраст Земли. Поэтому трансурановые элементы практически отсутствуют в природе и получаются искусственно посредством различных ядерных реакций. Элементы до фермия включительно образуются в ядерных реакторах в результате захвата нейтронов и последующего бета-распада. Трансфермиевые элементы образуются только в результате слияния ядер.

Первый из трансурановых элементов нептуний Np (п. н. 93) был получен в 1940 г. бомбардировкой урана нейтронами. За ним последовало открытие плутония (Pu, п. н. 94), америция (Am, п. н. 95), кюрия (Cm, п.н. 96), берклия (Bk, п. н. 97), калифорния(Cf, п. н.98), эйнштейния (Es, п.н.99), фермия (Fm, п.н. 100), менделевия (Md, п. н. 101), нобелия (No, п. н. 102) и лоуренсия (Lr, п. н. 103). Получены также трансактиноиды с порядковыми номерами 104-118; в этом ряду имена присвоены элементам 104-112: резерфордий (Rf, 104), дубний (Db, 105), сиборгий (Sg, 106), борий (Bh, 107), хассий (Hs, 108), мейтнерий (Mt, 109), дармштадтий (Ds, 110), рентгений (Rg, 111), коперниций (Cn, 112). Элементы 113-118 пока имеют временные названия, производные от соответствующих латинских числительных: унунтрий (Uut, 113), унунквадий (Uuq, 114), унунпентий (Uup, 115), унунгексий (Uuh, 116), унунсептий (Uus, 117), унуноктий (Uuo, 118).

Химические свойства лёгких трансурановых актиноидов, получаемых в весовых количествах, изучены более или менее полно; трансфермиевые элементы (Md, No, Lr и так далее) изучены слабо в связи с трудностью получения и короткими временами жизни. Кристаллографические исследования, изучение спектров поглощения растворов солей, магнитных свойств ионов и других свойств показали, что элементы с п. н. 93-103 - аналоги лантаноидов. Из всех трансурановых элементов наибольшее применение нашёл нуклид плутония 239Pu как ядерное топливо.

Трансурановые элементы (ТУЭ).

все эти радионуклиды испытывают α-распад и все долгоживущие.

Трансурановые радионуклиды (элементы) образуются в результате последовательно повторяющихся актов захвата нейтронов (n,γ) и последующим β-распадом:

1. 235 U(n,γ) 236 U(n,γ) 237 U 237 Np(n,γ) 238 Np 238 Pu

2. 238 U(n,γ) 239 U 239 Np 239 Pu

3. 239 Pu(n,γ 240 Pu

4. 240 Pu(n,γ) 241 Pu 241 Am

5. 241 Pu(n,γ) 242 Pu

Здесь приведены только основные превращения, в результате которых образуются значимые для радиоэкологии радионуклиды.

С увеличением Z и A синтезируемого ядра его выход резко уменьшается. В отличие от ядерного взрыва, при котором синтез ТУЭ происходит за время 10 -6 ÷ 10 -8 с при очень высоком интегральном нейтронном потоке (до 10 23 ÷ 10 23 нн/см 2), в ядерном реакторе время синтеза может продолжаться в течение многих лет при меньшей интенсивности нейтронного потока. Наибольший выход имеет реакция 2. – выход 239 Np и 239 Pu при плотности потока нейтронов в реакторе 10 13 нн/см 2 с составляет 0,1 Ки/1 г U.

Реакция 238 U(n,γ) 239 U → 239 Np → 239 Pu может происходить и в природных условиях под действием нейтронов спонтанного деления U(s,f) и нейтронов из (α,n) реакции на уране, содержащемся в урановых рудах. Выход ядер 239 Pu в этом случае порядка (0,4 ÷ 15)·10 -12 относительно содержания ядер 238 U в рудах.

Трансурановые элементы наиболее интенсивно нарабатываются в ядерных реакторах (в том числе и энергетических) и являются одним из самых ценных продуктов переработки выгоревшего ядерного топлива. Кроме ЯТЦ и ЯВ источником выбросов ТУЭ явилась авария ЧАЭС.

Все трансурановые элементы химически очень активны. Характерная их особенность – способность образовывать соединения с водородом, азотом, кислородом, галогенами, а также комплексные соединения. Степени окисления их от 2 + до 7 + .

Валентность радионуклидов плутония от 2 + до 7 + (2 + наименее характерна). В большинстве случаев радионуклиды плутония образуют нерастворимые соединения. Окислы плутония PuO, Pu 2 O 3 ,PuO 2 и фазы переменного состава от Pu 2 O 3 до Pu 4 O 7 . В водных растворах образует ионы (от 3 + до 7 +), причем все ионы могут находиться в растворе одновременно (кроме 7 +). Они подвержены гидролизу (эта способность возрастает в ряду PuO

Валентность 241 Am от 2 + до 7 + , причем наименее характерны 2 + и 7 + , а устойчивые 3 + , в твердом состоянии и в виде комплексов в растворе – 4 + . Окислы AmO, Am 2 O 3 , и AmO 2 . Образует нитридAmN, сульфид Am 2 S, а также металлоорганическое соединение Am(C 5 H 5) 3 . Америций образует растворимые соединения с галогенами (AmCl 2 , AmBr, AmJ 3). Образует комплексные соединения с минеральными и органическими кислотами. В отличие от плутония соединения америция обладают бóльшей растворимостью и, следовательно, бóльшей миграционной способностью.

В степени окисления 3 + свойства ТУЭ подобны свойствам лантаноидов, но обладают более сильно выраженной способностью к комплексообразованию (она возрастает в ряду U

В степени окисления 4 + образуют оксиды, фториды, устойчивы в водных растворах (U, Np, Pu), в водных растворах образуют комплексы. Соединения (гидрооксиды, фториды, иодиды, фосфаты, карбонаты) труднорастворимые. Сильные комплексообразователи (склонность возрастает от U к Am).

В степени окисления 5 + существуют в виде диокислов MeO 2 + . Эта ионная форма определяет химические свойства – малую склонность к гидролизу и комплексообразованию. В степени окисления 6 + находятся в форме ионов MeO 2 2+ . Известно значительное число комплексных соединений.

В степени окисления 7 + наиболее устойчив Pu. В твердом состоянии существует в виде ионов MeO 5 5- , MeO 5 3- , 4- и MeO 4 - , а в растворах – в гидратированной форме аниона MeO 5 3+ .

В общем, закономерности миграции плутония и америция подобны. Поэтому достаточно рассмотреть особенность миграции радионуклидов плутония.

Они определяются растворимостью соединений плутония в природных средах и, особенно, первоначальная химическая форма. При ядерных взрывах такой формой являются практически нерастворимые окислы и, в основном, отдельные атомы, которые с глобальными выпадениями поступают на земную поверхность и только здесь могут образовывать растворимые соединения.

В выбросах ЯТЦ преобладают растворимые соединения плутония, а также его комплексные соединения с органическими лигандами.

Особо сложным составом отличались выбросы при аварии ЧАЭС. Их можно разделить на 4 группы :

А - механически выброшенные из активной зоны тонкодисперсные частицы топлива, близкие по радионуклидному составу к отработанному топливу; осели на земную поверхность в ближней зоне (R ≤ 60 – 70 км).

Б – мелкодисперсное топливо и другие продукты, умеренно обогащенные летучими радионуклидами; содержание радионуклидов плутония в ~ 2 раза больше ожидаемого; осели на земную поверхность в зоне R ≤ 100 км.

В – выбросы, сильно обогащенные летучими радионуклидами, в том числе плутонием; осели на земную поверхность в зоне R ≤ 150 км и далее.

Г – выбросы, обогащенные радионуклидами плутония до 200 раз, в том числе частично растворимые соединения плутония; осели на земную поверхность в дальней зоне.

Различия в этих группах выбросов обусловлены главным образом различием температур в аварийном реакторе к моменту взрыва. Содержание кислорастворимых форм плутония возрастает от группы А и Б к группам В, Г в 4 – 15 раз и доходит до 55 ÷ 85%.

В настоящее время основным резервуаром радионуклидов плутония и 241 Am являются поверхность почв и донные отложения (более 99% поступивших и поступающих от глобальных и чернобыльских выпадений и от выбросов предприятий ЯТЦ). В биологических объектах этих трансурановых элементов не более 1% (в основном в растениях, а в животных еще в 5 ÷ 10 4 раз меньше). Радионуклиды плутония находятся преимущественно в 4 + нерастворимой форме. Коэффициент диффузии в почве ~ 10 -9 см/с.

Только около ~ 10% этих радионуклидов может быть в растворимой доступной для растений форме. Из растений наибольшую концентрацию радионуклидов плутония имеют низкорастущие растения (травы, мхи, лишайники). Это следствие того, что радионуклиды плутония перераспределяются на земной поверхности в основном за счет ветрового переноса и эрозии. Коэффициент накопления трансурановых элементов растениями очень низкий (10 -1 ÷ 10 -3).

Изотопные отношения радионуклидов плутония, содержащихся в почве различных регионов, существенно различаются из-за различия источников их поступления (глобальный, от ЯТЦ, авария ЧАЭС). Так, отношение 240 Pu/ 239 Pu от ядерных взрывов – (0,05 ÷ 0,06); от глобальных выпадений - около 0,176; от выбросов ЯТЦ вместе с глобальными выпадениями – (0,049 ÷ 0,150), а от чернобыльских выпадений – (0,30 ÷ 0,35).

Изотопные отношения для различных регионов варьируют в следующих пределах:

Видно, что основным радионуклидом плутония в выбросах является 239 Pu. Очень малы выбросы 238 Pu и 242 Pu. Несмотря на относительно низкие выбросы 241 Pu, они играют особую роль, так как в результате распада этого радионуклида образуется долгоживущий 241 Am. Поэтому содержание 241 Am в окружающей среде непрерывно возрастает. Так, в период 1940 – 1990 гг. содержание 241 Am в атмосфере увеличилось в 2 раза.

Абсолютное содержание радионуклидов плутония в почвах и атмосферных аэрозолях очень сильно варьирует, особенно в зависимости от расстояния от ЧАЭС. Так в атмосферных аэрозолях содержание плутония уменьшается в 10 4 раз при переходе от ближней к дальней зоне (в которой содержание плутония находится на уровне 19 Бк/л), плотность выпадений уменьшается в ~ 170 раз (до уровня 1,25·10 5 Бк/м 2), содержание на поверхности почвы уменьшается в ~ 370 раз (до уровня ~ 10 Бк/м 2). В целом по мере удаления от ЧАЭС уровень загрязнения приближается к фону глобального загрязнения – для земной поверхности (10 ÷ 60) Бк/м 2 . Средняя удельная активность радионуклидов плутония в почвах для европейской части России ~ 140 Бк/кг при фоне глобального загрязнения около 60 Бк/кг.

Немногие знают, что радиоактивные вещества могут таиться в самых повседневных и, на первый взгляд, безопасных предметах. Более того, многие из нас ежедневно сталкиваются с ними, и результаты от подобных «встреч» бывают самыми разными. Поэтому каждый человек должен понимать, что именно подразумевают под данной формулировкой и где может скрываться опасность. Тем более что с каждым годом радиация окутывает нас всё более плотным покрывалом….

Смертельное излучение

Для начала разберёмся, какие вещества относятся к радиоактивным. Всем известно, что такое периодическая система химических элементов Менделеева. На сегодняшний день в неё входит около 120 веществ, каждое из которых содержит атомное ядро. Некоторые из них способны распадаться на материнское и дочернее. В ходе этого процесса происходит высвобождение опасного излучения.

Разные химические элементы характеризуются определённым периодом полураспада ядра. Разъяснение данного явления звучит так: «время, за которое количество выживших частиц снижается в два раза».

Процесс распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное и безопасное ядро. При этом в окружающую среду будут выделяться частицы, несущие разную степень опасности. Встречаются следующие их разновидности:

• альфа: самые слабые, они не способны преодолеть расстояние более 5 см и могут быть остановлены обычным бумажным листком;
• бета: способны проникать под кожу человека на глубину в несколько сантиметров;
• гамма-лучи (или изомерный переход): в состоянии проникнуть ко внутренним органам;
• нейтронное: в природе не существует, является делом человеческих рук; спрятаться от такой разновидности излучения практически невозможно.

Радиоактивные вещества – это все элементы, которые расположены после свинца (а он находится под номером 81). Время их полураспада может составлять от нескольких десятков секунд до миллиардов лет. Чем меньше этот показатель, тем опасней элемент: так он может быстрее попасть в клетки растений, животных и человека.

От того, насколько велика была доза, зависит многое. Радиация может накапливаться много лет, постепенно выводя из строя один орган за другим, а может нанести один мощный удар, в результате которого живое существо погибнет в короткие сроки.

От кальция до ливермория

Полный список радиоактивных веществ впечатляет! Ведь в нём не менее 80 позиций, среди которых встречаются те, которые далёкий от химии человек никогда бы не подумал заподозрить в наличии опасных свойств. К примеру, кальций, из которого состоит скелет каждого человека. Или калий, необходимый для нормальной работы сердца. Или селен – врачи называют его микроэлементом долголетия… Но есть и радиоактивные вещества, известные даже обывателю. Среди них:

• полоний;
• стронций;
• цезий;
• радий;
• висмут;
• франций;
• резерфордий;
• германий.

Некоторые радиоактивные вещества встречаются в природе. Как правило, они отличаются максимально продолжительным периодом распада и неспособны нанести большой вред человеку.

Другая группа химических элементов была создана в лабораторных условиях. Именно в ней встречаются наиболее опасные представители.

Так, самые опасные вещества на сегодняшний день – ливерморий и унунпентий. Широкому кругу людей они неизвестны, и это скорее хорошо, чем плохо.

Ведь эти элементы не встречаются в природе: они синтезированы искусственным путём. Время их распада – 61 и 87 секунд соответственно. Для сравнения: у всем известного и чрезвычайно опасного полония-210 данный показатель составляет 138 дней и 9 часов.

Невидимая опасность

Радиоактивные вещества обладают рядом специфических свойств.

• Отсутствие запаха, цвета, вкуса. Это делает их особенно опасными, ведь человек может жить рядом с источником радиации много лет и даже не подозревать об этом.
• Способность поражать на значительном расстоянии от источника. Оно может достигать нескольких сотен метров.
• Распад этих веществ не зависит от внешних факторов. Поэтому опасность нельзя устранить химическим, физическим или каким-нибудь другим путём.

Где же могут находиться радиоактивные вещества, опасные для человека? В первую очередь, в воде и воздухе. Оттуда они попадают в растения, которые являются частью рациона питания. Доказано, что чаще всего радионуклиды встречаются в капусте и свёкле.

Однако очистка овощей от кожуры и последующая термическая обработка способны уменьшить концентрацию опасных веществ почти вдвое.

Другое дело – радиоактивные вещества, находящиеся в стройматериалах. Существуют даже определённые нормативы, которые определяют максимально допустимую концентрацию урана, тория и калия-40 в минеральном сырье. Благонадёжные компании следуют этим стандартам. Однако на строительном рынке всегда существует риск столкнуться с теми, кто не готов усложнять свою жизнь какими-то нормативами. И в этом случае человек может приобрести квартиру или дом, которые были построены из опасных материалов.

За примерами не нужно далеко ходить! Так, при строительстве одного из омских домов был использован гранитный щебень, добытый на севере Казахстана, а точнее в Макинском массиве. Существуют данные, согласно которым этот щебень содержит до 20 г/т урана и до до 60 г/т тория. Как результат – нормативы по мощности гамма-излучения в этом доме были значительно превышены.

Осторожно, радиация!

Разумеется, человеку сложно защитить себя от радиации на все 100%. Однако, если быть внимательными и следовать некоторым правилам, можно свести возможность поражения к минимуму.

Для этого нужно время от времени осуществлять замеры в помещениях, где вы часто находитесь. Специальные дозиметры и радиометры помогут получить достоверные данные.

Кстати, эти же приборы позволят определить, есть ли радиоактивное вещество в продуктах питания.

Кроме того, желательно избавить дом от некоторых предметов. Например, часов со светящимся циферблатом: есть вероятность, что они произведены с участием радия. А при строительстве обязательно запрашивать у продавцов материалов документы, свидетельствующие о радиационной безопасности товара.

Конечно, полностью обезопасить себя не удастся, и риски есть всегда. Но задача каждого человека – внимательно следить за своим здоровьем, за тем, что он ест и в каких условиях проживает.

Источник:

РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

вещества, которые содержат (в высокой концентрации) радионуклиды.

Радиоактивные вещества

не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение.

Федеральный закон от 21.11.95 N 170-ФЗ, ст.3

РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

по определению ФЗ «Об использовании атомной энергии» от 20 октября 1995 г. «не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение».

Вещества радиоактивные

вещества в любом агрегатном состоянии, содержащие радионуклиды с активностью, на которые распространяются требования норм радиационной безопасности нрб-99 и санитарных правил сп 2.6.1.758-99.

Радиоактивные вещества

вещи (в т.ч. вещества),

радиоактивные отходы

(«Порядок организации таможенного контроля за радиоактивными

веществами», утв. приказом Государственного таможенного

комитета Республики Беларусь от 23.12.97 г. N 434-ОД)

РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

вещества естественного или искусственного происхождения, содержащие в своем составе радиоактивные изотопы. Это не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение. К ним относятся, напр., тритий, уран, торий, актиний, натрий22, стронций-89, технеций, цезий-137, радий-228 и др. радионуклиды, находящиеся в газообразном, жидком или твердом состоянии способные к самопроизвольному распаду и выделению вследствие этого альфа-, беттаи гамма-излучений. Многие Р. в. обладают повышенной поражающей способностью и способны причинить вред живым организмам (лучевая болезнь, ослабление иммунитета, интоксикация и т. п. патологические процессы) и заразить окружающую среду. Процесс распада в Р. в. осуществляется непрерывно, в связи с чем безопасное обращение с ними при их использовании и хранении возможно лишь с применением специальных средств защиты. В российском уголовном праве Р. в. являются предметами ряда преступлений, предусмотренных УК РФ.

Совершение преступления с использованием Р. в. признается обстоятельством, отягчающим наказание.

ВЕЩЕСТВА РАДИОАКТИВНЫЕ

вещества, содержащие естественные или искусственные радиоактивные изотопы. В больших количествах В.р. образуются при ядерных взрывах и работе ядерных реакторов. Попадая в окружающую среду, В.р. приводят к радиоактивному загрязнению местности (акватории) и атмосферы, опасному для здоровья людей и животных. Распад радиоактивных изотопов сопровождается ионизирующим излучением - электромагнитным (рентгеновские и гамма-лучи) и корпускулярным (альфа- и бета-частицы, поток нейтронов и протонов), проникающим в живые ткани и производящим ионизацию атомов и молекул. Рентгеновские лучи - электромагнитное излучение с длиной волны 10–5-102 нм, проникающие через некоторые материалы. Испускаются при торможении быстрых электронов в веществе и при переходах электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние. Источники - рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы, ускорители и накопители электронов. Приемники - фотопленки, люминисцентные экраны, детекторы ядерных излучений. Рентгеновские лучи применяют в медицине, дефектоскопии, рентгеновском структурном и спектральном анализе. Гамма-излучение - коротковолновое электромагнитное излучение, обладает большой энергией (до 5 Мэв у природных радиоактивных веществ и до 70 Мэв при искусственных ядерных реакциях) и может проникать через большие толщи вещества, для человека особенно опасно при внешнем облучении. Альфа-излучение - испускание ядер атомов гелия (альфа-частиц), которое ввиду малой проникающей способности (порядка долей миллиметра) практическую опасность представляет только при попадании внутрь организма. Альфа-частицы обладают большой энергией (от 2 до 9 Мэв) и высокой ионизирующей способностью. Бета-излучение - поток электронов или позитронов (бета-частиц), испускаемых атомными ядрами при бета-распаде радиоактивных изотопов. Проникающая способность бета-частиц не превышает нескольких мм, поэтому при внешнем облучении организма поражаются лишь поверхностные ткани. Нейтрон - нейтральная элементарная частица. Вместе с протонами образует атомное ядро. Протон - стабильная элементарная частица, имеющая положительный заряд. Мощный поток нейтронов и протонов, образующийся при ядерных реакциях деления и синтеза, обладает большой проникающей и ионизирующей способностью.

Радиоактивные элементы

Радиоактивные элементы, химическиеэлементы, все изотопы которых радиоактивны. К числу радиоактивных элементов принадлежат технеций (атомный номер 43), прометий (61), полоний (84) и все последующие элементы в периодической системе Менделеева. К 1975 известно 25 радиоактивных элементов. Те из них, которые расположены в периодической системе за ураном, называются трансурановыми элементами. 14 радиоактивных элементов с атомным номером 90-103 во многом сходны между собой; они составляют семейство актиноидов. Из природных радиоактивных элементов только два - торий (атомный номер 90) и уран (92) имеют изотопы, периоды полураспада которых (T 1 /2) сравнимы с возрастом Земли. Это 232 Th (T 1 /2 = 1,41×10 10 лет), 235 U (T 1 /2 = 7,13×10 8 лет) и 238 U (T 1 /2 = 4,51×10 9 лет). Поэтому торий и уран сохранились на нашей планете со времён её формирования и являются первичными радиоактивными элементами. Изотопы 232 Th, 235 U и 238 U дают начало естественным радиоактивным рядам, в состав которых входят в качестве промежуточных членов вторичные природные радиоактивные элементы с атомными номерами 84-89 и 91.

Периоды полураспадов всех изотопов этих элементов сравнительно невелики, и, если бы их запасы не пополнялись непрерывно за счёт распада долгоживущих изотопов U и Th, они давно бы уже полностью распались.

Радиоактивные элементы с атомными номерами 43, 61, 93 и все последующие называются искусственными, т.к. их получают с помощью искусственно проводимых ядерных реакций. Это деление радиоактивных элементов на природные и искусственные довольно условно; так, астат (атомный номер 85) был сначала получен искусственно, а затем обнаружен среди членов естественных радиоактивных рядов. В природе найдены также ничтожные количества технеция, прометия, нептуния (атомный номер 93) и плутония (94), возникающих при делении ядерурана - либо спонтанном, либо вынужденном (под действием нейтронов космических лучей и др.).

Два радиоактивных элемента - Th и U - образуют большое число различных минералов. Переработка природного сырья позволяет получать эти элементы в больших количествах. Радиоактивные элементы - члены естественных радиоактивных рядов - могут быть выделены радиохимическими методами из отходов производства Th и U, а также из торий- или урансодержащих препаратов, хранившихся долгое время. Np, Pu и др. лёгкие трансурановые элементы получают в атомных реакторах за счёт ядерных реакцийизотопа 238 U с нейтронами. С помощью различных ядерных реакций получают и тяжёлые трансурановые элементы Tc и Pm образуются в атомных реакторах и могут быть выделены из продуктов деления.

Многие радиоактивные элементы имеют важное практическое значение. U и Ри используют как делящийся материал в ядерных реакторах и в ядерном оружии. Облучение тория (его природного изотопа 232 Th) нейтронами позволяет получить изотоп 233 U - делящийся материал. Pm, Po, Pu и др. Радиоактивные элементы применяют для изготовления атомных электрических батареек со сроком непрерывной работы до нескольких лет. См. статьи об отдельных радиоактивных элементах, а также Радиоактивные минералы, Ториевые руды, Урановые руды.

Лит.: Несмеянов Ан. Н., Радиохимия, М., 1972.

С. С. Бердоносов.

Рис. к ст. Радиоактивные элементы.

Главная | Основы безопасности жизнедеятельности | Материалы к урокам | Материалы к урокам ОБЖ для 8 класса | План проведения занятий на учебный год |

Основы безопасности жизнедеятельности
8 класс

Урок 18

Последствия радиационных аварий

Для аварий на радиационно опасных объектах характерен выброс радиоактивных продуктов в окружающую среду . Он приводит к радиационному загрязнению воздуха, воды, почвы и, следовательно, к облучению персонала объекта, а в некоторых случаях и населения (см. схему 11). При этом из атомных реакторов выбрасываются в атмосферу радиоактивные вещества в виде мельчайших пылинок и аэрозолей. Может произойти разлив жидкости, приводящий к радиоактивному загрязнению местности, водоемов.

Радиоактивные вещества имеют специфические свойства:

— у них нет запаха, цвета, вкусовых качеств или других внешних признаков, из-за чего только приборы могут указать на заражение людей, животных, местности, воды, воздуха, предметов домашнего обихода, транспортных средств, продуктов питания;
— они способны вызывать поражение не только при непосредственном соприкосновении, но и на расстоянии (до сотен метров) от источника загрязнения;
— поражающие свойства радиоактивных веществ не могут быть уничтожены химическим и/или каким-либо другим способом, так как их радиоактивный распад не зависит от внешних факторов, а определяется периодом полураспада данного вещества.

Период полураспада - это время, в течение которого распадается половина всех атомов радиоактивного вещества. Период полураспада различных радиоактивных веществ колеблется в широких временных пределах.

При радиационной аварии происходит загрязнение продуктов питания, воды и водоемов, что влечет за собой возникновение у людей и животных различных форм лучевой болезни, тяжелых отравлений, инфекционных заболеваний.

В результате аварийного выброса радиоактивных веществ в атмосферу возможны виды радиационного воздействия на людей и животных, приведеиные на рисунке.

Особенности радиоактивного загрязнения (заражения) местности

Радиоактивное загрязнение при аварии на предприятии (объекте) ядерной энергетики имеет несколько особенностей:

— радиоактивные продукты легко проникают внутрь помещений, так большая часть их находится в парообразном или аэрозольном состоянии;
— наибольшую опасность представляет внутреннее облучение, обусловленное попаданием радиоактивных веществ внутрь организма;
— при большой продолжительности радиоактивного выброса, когда направление ветра может многократно меняться, возникает вероятность радиоактивного загрязнения местности практически во все стороны от источника аварии.

Рассмотрим характерные особенности радиоактивного загрязнения местности при авариях на АЭС в отличие от радиоактивного загрязнения местности при ядерных взрывах.

При наземном ядерном взрыве в его облако вовлекаются десятки тысяч тонн грунта. Радиоактивные частицы смешиваются с минеральной пылью, оплавляются и оседают на местности.

Воздух загрязняется незначительно. Формирование следа радиоактивного облака завершается за несколько часов. За это время метеорологические условия, как правило, резко не изменяются, и след облака имеет конкретные геометрические размеры и очертания. В этом случае главную опасность для людей, оказавшихся на следе радиоактивного облака, представляет внешнее облучение (90-95% общей дозы облучения). Доза внутреннего облучения незначительна. Она обусловлена попаданием внутрь организма радиоактивных веществ через органы дыхания и с продуктами питания.

При авариях на АЭС значительная часть продуктов деления ядерного топлива находится в парообразном или аэрозольном состоянии. Их выброс в атмосферу может продолжаться от нескольких суток до нескольких недель. Воздействие радиоактивного загрязнения окружающей среды на людей в первые часы и сутки после аварии определяется как внешним облучением от радиоактивного облака и радиоактивных выпадений на местности, так и внутренним облучением в результате вдыхания радионуклидов из облака выброса. В последующем в течение многих лет вредное воздействие и накопление дозы облучения у людей будет обусловлено вовлечением в биологическую цепочку выпавших радионуклидов и употреблением загрязненных продуктов питания и воды. Суммарную дозу облучения, прогнозируемую на 50 ближайших после аварии лет, в этом случае принято рассчитывать следующим образом: 15% -внешнее облучение, 85% - внутреннее облучение.

Характер поражения людей и животных.
Загрязнение сельскохозяйственных растений и продуктов питания

При авариях на ядерных энергетических установках сложно создать условия, полностью предохраняющие людей от облучения .

Однако, зная, что воздействие ионизирующих излучений на отдельные ткани и органы человека не одинаково, его можно значительно ослабить.

Итак, одни органы более чувствительны к воздействию ионизирующих излучений, другие - менее .

При сравнительно равномерном облучении организма ущерб здоровью определяют по уровню облучения всего тела, что соответствует первой группе критических органов.

К первой группе критических органов относят также половые органы и красный костный мозг.

Ко второй группе критических органов относят мышцы, щитовидную железу, жировую ткань, печень, почки, селезенку, желудочно-кишечный тракт, легкие, хрусталики глаз.

Третью группу критических органов составляют кожный покров, костная ткань, кисти рук, предплечья, голени и стопы.

При действиях на местности, загрязненной радиоактивными веществами, устанавливают определенные допустимые дозы облучения на тот или иной промежуток времени, которые, как правило, не должны вызывать у людей радиоактивных поражений.

Степень лучевых (радиационных) поражений зависит от полученной дозы излучения и времени , в течение которого человек ему подвергался. Не всякая доза облучения опасна. Если она не превышает 50 Р, то исключена даже потеря трудоспособности. Доза в 200-300 Р, полученная за короткий промежуток времени, может вызвать тяжелые радиационные поражения. Однако такая же доза, полученная в течение нескольких месяцев, не приведет к заболеванию: здоровый организм человека способен за это время вырабатывать новые клетки взамен погибших при облучении.

При определении допустимых доз облучения учитывают, что оно может быть однократным или многократным.

Однократным считают облучение, полученное за первые четверо суток. Оно может быть импульсивным (при воздействии проникающей радиации) или равномерным (при облучении на загрязненной местности).

Облучение, полученное за время, превышающее четверо суток, считают многократным.

Соблюдение установленных пределов допустимых доз облучения исключает возможность массовых радиационных поражений в зонах радиоактивного заражения местности. В табл. 9, 10 приведены возможные последствия острого однократного и многократного облучения организма человека в зависимости от полученной дозы.

Образовавшиеся в процессе аварии ядерной энергетической установки радиоактивные продукты в виде пыли, аэрозолей и других мельчайших частиц оседают на местности. Их разносит ветер, заражая все вокруг. Если запасы продовольствия окажутся не укрытыми или будет нарушена целостность их упаковки, то радиоактивные вещества загрязнят их. Радиоактивные вещества могут быть также занесены в пищу при ее обработке с зараженных поверхностей тары, кухонного инвентаря и оборудования, одежды и рук.

Радиоактивные вещества, попадающие на поверхность продуктов, если они не упакованы, или через щели и неплотности тары, проникают внутрь: в хлеб и сухари - на глубину пор; в сыпучие продукты (муку, крупу, сахарный песок, поваренную соль) - в поверхностные (10-15 мм) и нижележащие слои в зависимости от плотности продукта. Мясо, рыба, овощи и фрукты обычно загрязняются радиоактивной пылью (аэрозолями) с поверхности, к которой она весьма плотно прилипает. В жидких продуктах крупные частицы оседают на дно тары, а мелкие образуют взвеси.

Наибольшую опасность представляет попадание радиоактивных веществ внутрь организма с зараженной ими пищей и водой, причем поступление их в количествах более установленных величин вызывает лучевую болезнь. Поэтому в целях исключения опасного внутреннего облучения организма человека установлены допустимые пределы радиоактивного загрязнения продуктов питания и воды (табл. 11). Их соблюдение необходимо строго контролировать.

Примечание: удельная активность радионуклида - отношение активности радионуклида в образце к массе образца. Активность радионуклида в образце измеряют в кюри (Ки). 1 Ки = 3, 7 1010 ядерных превращений в секунду.