proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2022 год
  Агентство  ПРоАтом. 25 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[07/06/2011]     Дозообразующие радионуклиды. Часть 2


М.Н. Тихонов, эксперт журнала «Атомная стратегия»
М.И.Рылов, генеральный директор ООО "РЭС-центр" вице-президент РЗК, Санкт-Петербург

Продолжение. Начало - здесь

Приведены основные характеристики дозообразующих радионуклидов. Основной упор сделан на изложение потенциальной опасности радионуклидов. В целях безопасности применения рассмотрены радиотоксические и радиобиологические эффекты воздействия радиоизотопов на организм и окружающую среду. Изложенное даёт возможность более осознанно относиться к радиационной опасности дозообразующих радионуклидов.


Изотопы тория

Торий (Th - thorium), химический элемент III группы периодической системы элементов, металл, относится к актиноидам, атомный номер 90, атомная масса 232,0381. Торий радиоактивен, стабильных изотопов не имеет, наиболее долгоживущие изотопы 230Th (период полураспада 7,5 104 лет) и 232Th (период полураспада 1,4 1010 лет). В природе наиболее распространен изотоп 232Th, его содержание в земной коре 8 10 %, примерно столько же, сколько свинца [3, 4, 14].

Впервые торий выделен И. Берцелиусом в 1828 г. из минерала, позже получившим название торит (содержит сульфат тория), торий - был назван его первооткрывателем по имени бога грома Тора в скандинавской мифологии. Чистый препарат тория был  получен лишь в 1882 г. другим известным шведским химиком - первооткрывателем скандия Ларсом Фредериком Нильсоном. Следующее важное событие в истории элемента № 90 произошло в 1898 г., когда независимо друг от друга и практически одновременно Мария Склодовская-Кюри и немецкий ученый Герберт Шмидт обнаружили, что торий радиоактивен.

Со временем были обнаружены достаточно многочисленные продукты алхимических превращений тория. Резерфорд изучил их и установил генетические связи. На основе этих исследований им был сформулирован закон радиоактивных превращений, а в мае 1903 г. ученый предложил схему последовательных распадов естественного радиоактивного ряда тория.

Торий оказался родоначальником довольно большого семейства (рис. 3).


Рис. 3. Радиоактивное семейство 232Th

Большинство изотопов ториевого ряда «живет» всего дни, часы, минуты, секунды, а иногда миллисекунды. Конечный продукт распада тория-232 – свинец, как и у урана. Но «урановый» свинец и «ториевый» свинец не совсем одно и то же. Торий в конце концов превращается в свинец-208, а уран-238 – в свинец-206. Постоянство скорости распада и совместное присутствие в минералах материнских и дочерних изотопов (в определенном радиоактивном равновесии) позволили еще в 1904 г. установить, что с их помощью можно измерять геологический возраст. Первым эту идею высказал один из светлейших умов своего времени – Пьер Кюри.

Вторым широко распространенным ЕРН после урана является торий-232 (232Th), находящийся в природе в состоянии равновесия со своими многочисленными, как правило, короткоживущими дочерними продуктами радиоактивного распада (ДПР).

Хотя чистый 232Th с периодом полураспада 1,45·1010 лет является только α-излучателем (с энергией 3,95-4,01 МэВ), практически в зонах его распространения ПРФ повышен за счет электронов (β-излучение с энергией от 0,05 до 2,26 МэВ) и гамма-лучей (с энергией от 0,2 до 2,6 МэВ), излучаемых ДПР, в первую очередь такими, как β-излучатель мезоторий 1 (MsTh1) – радий-228 с периодом полураспада в 5,8 лет; α- и γ-излучатель радиоторий 228Th с периодом полураспада 1,9 лет; α- и γ-излучатель торий X (ThX) – радий-224 с периодом полураспада 3,66 сут и др. (табл.7). Склодовская-Кюри еще в 1898 г. отметила, что активность чистого тория выше активности урана. Именно радиоактивность - основная причина повышенного интереса к элементу №90. Торий все шире используется в атомной энергетике как сырье для получения первичного ядерного горючего [25].

Таблица 7
Основные характеристики изотопов тория
Изотоп
Основной вид
излучения
Период
полураспада, T
1/2
Значение УВвода,
Бк/дм3
Природные вариации ОА в водах (min-max), Бк/дм3
232Th
α(Еα= 4010 кэВ)
1,405·109 лет

0,60 (НРБ-99)

n·10-5-n

230Th
α(Еα= 4685 кэВ)
7,54·104 лет

0,66 (НРБ-99)

n ·10-4-n

228Th
α(Еα= 5420 кэВ)
1,913 лет

1,90 (НРБ-99)

n ·10-3-n·102

Элементом первостепенной важности, стратегическим металлом торий стал лишь после второй мировой войны. Практически весь природный торий состоит из 232Th, так как массовое содержание в нем 228Th  – лишь 1,37·10-8 %. Остальные четыре изотопа генетически связаны с радиоактивными семействами 238U (234Th, 230Th) и 235U (231Th, 227Th). Как и всякий чётно-чётный изотоп (чётное число протонов и нейтронов),  торий-232 не способен делиться тепловыми нейтронами и быть ядерным горючим. Но под действием  нейтронов с торием происходит следующая реакция: 2329oTh +1o n—>  2339o Th - (β-) —> 23391 Pa - (β-) —>  23392 U.  Уран-233 - отличное ядерное горючее, поддерживающее цепную реакцию. Уран-233 имеет некоторые преимущества перед другими видами ядерного горючего: при делении его ядер выделяется больше нейтронов. Каждый нейтрон, поглощенный ядром плутония-239 или урана-235,  дает 2,03-2,08 новых нейтронов, а урана-233 — намного больше — 2,37.

Для тория характерны крайне низкие концентрации в водной среде (табл.7) вследствие склонности его солей к гидролизу, при этом основная часть их включена во взвеси и коллоиды. В истинно растворенном состоянии в форме полимерных ионов находится не более 20 % тория. Серебристо-белый пластичный металл - торий, образует сплавы со многими металлами. Температура плавления - 1750° С, температура кипения — 4200° С, плотность — 7,24 г/см3, при температуре ниже 1,4 К становится сверхпроводником,

Торий весьма реакционноспособен — быстро тускнеет на воздухе, в кипящей воде покрывается пленкой ThO2. Мелкодисперсный металлический торий вспыхивает на воздухе из-за энергичного окисления. Торий растворим в разбавленных минеральных кислотах: соляной, азотной, серной; концентрированной азотной кислотой он пассивируется, не реагирует со щелочами. Запасы этого элемента только в редкоземельных рудах втрое  превышают все мировые запасы урана. Это неминуемо приведет к увеличению роли ториевого ядерного горючего в энергетике будущего [3, 4, 25].

Торий, как и уран, встречается в окружающем нас мире в виде крупных месторождений, образующих обширные провинции с высоким его содержанием, и в мелкодисперсном состоянии во всех земных породах (табл. 8) и водах [14]. Минерал монацит - важнейший источник редкоземельных элементов и тория. Тория в монаците содержится, как правило, от 2,5 до 12%. Богатые монацитовые россыпи, помимо Бразилии, есть в Индии, США, Австралии, Малайзии. Известны и жильные месторождения этого минерала - на юге Африки, ураноторианит – находится на острове Мадагаскар.

Таблица 8
Типичные концентрации тория в горных породах и почвах, Бк/кг

Типы пород
Концентрация тория
Типы почв
Концентрация тория
Граниты

81,4

Сероземы

48,1

Диориты

32,5

Серо-коричневые

40,7

Базальты

11,1

Каштановые

37,0

Дюриты

22,4

Черноземы

35,8

Известняки

7,0

Серые лесные

26,6

Карбонаты

7,7

Дерново-подзолистые

22,2

Песчаники

11,1

Подзолистые

12,2

Сланцы

44,4

Торфянистые

6,3


В кислых вулканических лавах содержание тория доходит до 550 Бк/кг. Концентрация тория в почвах 33 штатов США колеблется в пределах 3,7-125,8 мБк/кг.

Из горных пород и почв торий-232 и особенно легко выщелачивающийся продукт его распада радий-228 поступают в грунтовые воды, воды рек, морей и океанов. Из почвы и воды – в биоту. Содержание радия-228 в поверхностных водах в моноцитовых районах Бразилии достигает 120 мБк/л.

Торий в морских водах присутствует в коллоидном состоянии в очень малом количестве – порядка 10-6 г/л. Морские организмы накапливают его в значительном объеме. Коэффициенты накопления в природных условиях лежат в пределах: для зеленых водорослей – от 1,3·103 до 1,8·106, бурых водорослей – от 9,4·103 до 1,45·106 и для красных – от 1,7·104 до 8,9·106 [7, 8, 26].

В приземном воздухе концентрация тория сильно меняется в зависимости от его запыленности. Так, например, если в Норвегии она находится в пределах 28-36 нБк/м3, то в северных районах Германии составляет 460-470 нБк/м3 [Kolb, 1982]. При дыхании торий попадает в легкие, где его среднее содержание для человека равно 20 мБк/кг [НКДАР, 1982]. Для организма человека, проживающего в районах с низким содержанием тория, в среднем принимаются величины: для костной ткани в пределах 6-24 мБк/кг, а для мягких тканей – 0,15-3,0 мБк/кг. В районах с повышенным содержанием тория оно соответсвенно выше.

Применяется в ядерной технике и энергетике как элемент ядерно-топливного цикла. Широко распространен как легирующий и присадочный элемент, используется в качестве геттера в производстве электроламп. Двуокись тория является огнеупорным материалом. В авиационной  и оборонной технике наших дней широко используются многокомпонентные сплавы на основе магния. Торий-магниевые и торий-вольфрамовые сплавы используются в самолетостроении и в производстве термоионных устройств. Наряду с цинком, марганцем, цирконием в их состав входят торий и редкоземельные элементы. Торий заметно повышает прочность и жаростойкость этих легких сплавов, из которых делают ответственные детали реактивных самолетов, ракет, электронных устройств. Сейчас торий используется и как катализатор – в процессах органического синтеза и крекинга нефти, а также при получении жидкого топлива из угля. Гидриды тория применяют для получения высокочистого тория.

Разработано большое количество методов определения 232Th как физических, так и химических. Концентрации других изотопов находят с помощью регистрации α-, β- и γ-излучения непосредственно самих РН или ДПР в инструментальном варианте или после радиохимического выделения. Отделение тория чрезвычайно затруднено,  поскольку монацит содержит  элементы по свойствам близкие к торию - редкоземельные металлы, уран. Применение тория в качестве ядерного горючего затруднено прежде всего тем, что в побочных реакциях образуются изотопы с высокой активностью. Главный из таких загрязнителей  уран-232 - альфа-и гамма-излучатель с периодом полураспада 73,6 года. 

Многочисленные сложности ториевого производства усугубляются необходимостью надежной радиационной защиты. Выделение изотопов тория из концентрата в радиохимически чистом виде осуществля­ется чаще всего с помощью ионообменной хроматографии на катионитах и анионитах или экстракцией хелатообразующими реагентами и высокомолекулярными аминами. Приготовление счетного образца (в случае α-спектрометрического определения) выполняется электролитическим способом.

3. Калий-40

В 1807 г. английский химик Дэви электролизом твердого едкого кали (КОН) выделил калий и назвал его «потассий» (лат. Potassium, это название до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках). В 1809 г. Л.В.Гильберт предложил название «калий» ( лат.Kalium от арабского аль-кали – поташ).

Калий - элемент главной подгруппы первой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева с атомным номером 19. Обозначается символом К – (лат. kalium). Простое  вещество калий - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. Очень лёгок и легкоплавок. В природе  в свободном состоянии не встречается, а только в соединениях с другими элементами, например в морской воде, а также во многих минералах. Он очень быстро окисляется на воздухе и легко вступает в химические реакции, особенно с водой,   образуя щелочь.

Во многих отношениях химические свойства калия очень близки к натрию, но с точки зрения биологической функции и использования их клетками живых организмов они все же отличаются.  Растворимость едкого калия при 20°С в 100 г. воды составляет 112 г. Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы [4, 28].

Природный элемент калий состоит из трех изотопов: 39К (93,98 %), 40К (0,0119 %) и 41К (6,91 %). Из них 40К является радиоактивным изотопом с периодом полураспада 1,3·109 года. Радиоактивный распад проходит по схеме:


Радиоизотоп 40К составляет около 0,012 % природного калия. Обычная питьевая вода содержит около 2,5 ч. на 1 млн калия или 3 10 мг/л40К. Эта концентрация примерно эквивалентна 2 мкКюри/л или 2 10 мкКюри/мл.

Так как в природных условиях изотопный состав элементов не меняется, то всюду, где бы ни находился элемент калия, он всегда сопровождается своим радиоактивным изотопом 40К и, следовательно, постоянно излучает поток электронов и γ-кванты. В каждом грамме природного калия в секунду распадается в среднем 32 ядра 40К, благодаря чему, например, в организме человека весом 70 кг ежесекундно происходит около 4000 радиоактивных распадов. 40К считается одним из основных источников геотермальной энергии, выделяемой в недрах Земли (мощность оценивается в 44 ТВт).

В минералах, содержащих калий, постепенно накапливается 40Аг, один из продуктов распада калия-40, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.  В качестве примера успехов, достигнутых с помощью калий-аргонового метода, рассматривают  проведенную датировку   инверсий магнитного поля Земли.

 Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей [4, 28]. Калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и  химически активен,  легко отдаёт электроны.  Он настолько активно соединяется с кислородом, что образуется не оксид, а супероксид калия КО2 (или К2О).  Является сильным восстановителем. Пероксиды являются сильными окислителями, поэтому их применяют для отбеливания тканей в текстильной промышленности.

Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В   качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия.  Жидкий при комнатной температуре сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителя в замкнутых системах, например, в атомных силовых установках на быстрых нейтронах. Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с рубидием и цезием. Сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % обладает рекордно низкой температурой плавления -78°С. Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений.

Соли калия широко используются в гальванотехнике, так как, несмотря на относительно высокую стоимость, они более растворимы, чем соответствующие соли натрия, и потому обеспечивают интенсивную работу электролитов  при повышенной плотности тока. Перхлорат и хлорат (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике. Перманганат калия — сильный окислитель и используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения кислорода, тартрат  натрия-калия (сегнетова соль) в качестве пьезоэлектрика, а дигидрофосфат и дидейтерофосфат – в виде монокристаллов в лазерной технике.

Пероксид калия и супероксид калия используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает углекислой газ с выделением кислорода). Фтороборат калия — важный флюс для пайки сталей и цветных металлов. Цианид калия применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при нитроцементации стали. Бихромат (хромпик) – сильный окислитель, используется для приготовления «хромовой смеси» для мытья химической посуды и при обработке кожи (дубление). Также используется для очистки ацетилена на ацетиленовых заводах от аммиака, сероводорода и фосфина. Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород(калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).

Калий является неотъемлемым элементом живых организмов. Хотя 40К может составлять от 5 до 50 % природной β-активности питьевой воды, содержание этого изотопа в воде не считается опасным для здоровья. Проникнув в организм человека, 40К  отчасти концентрируется в половых клетках, но в силу своей низкой удельной активности и небольшой концентрации в воде он не относится к опасным радиоизотопам. Из окружающей природной среды (ОПС) он поступает в основном в виде хлористых и углекислых солей, распределяется по всему живому организму и присутствует в любой его ткани, клетке, субклеточных органеллах. Его содержание регулируется специальными физиологическими системами. Калий принимает участие в ряде биохимических и биофизических процессов.

Калий-40 является основным радионуклидом, обусловливающим постоянное внутреннее γ- и β-облучение живых тел. Живые организмы, постоянно поглощая калий из ОПС, накапливают в себе значительные количества 40К.  Так, например, его содержание в морских микроорганизмах – 330-600 Бк/кг, водорослях – 570-800, в мышцах морских организмов – 57-216 Бк/кг сухого веса при его содержании в морской воде 12-15 Бк/кг. Из почвы 40К поступает через корневую систему в растения и с растительной пищей – в организмы животных. В табл.9 представлено содержание 40К в растениях [7, 8, 12].

Таблица 9
Содержание калия-40 в растениях, употребляемых в пищу, Бк/кг
Вид растений
Содержание 40К в свежей ткани
Зерновые

18,5-159

Зернобобовые

177-299

Овощи свежие

40-174

Плоды свежие

7,4-335

Грибы

227


Примечание.
Особо богаты 40К: фасоль – 299, картофель – 174, орехи – 210, клюква – 355 Бк/кг.

Калий - важнейший биогенный элемент, особенно в растительном мире. При недостатке калия в почве растения развиваются плохо, уменьшается урожай. Поэтому около 90% добываемых солей калия используются в качестве удобрений.

Для различных полевых растений концентрация калия варьирует в десятки раз, повышаясь у высших цветковых растений, снижаясь у голосемянных и имея низшие значения у мхов и лишайников. У высших растений доля участия 40К в общей β-активности золы может достигать 50-60 %. С растительной пищей 40К поступает в организм животных и человека. Его распределение по тканям человеческого организма показано в табл. 10.

Калий содержится большей частью в клетках, до 40 раз больше, чем в межклеточном пространстве. В процессе функционирования клеток избыточный калий покидает цитоплазму, поэтому для сохранения концентрации он должен нагнетаться обратно при помощи натрий-калиевого насоса. Калий и натрий между собой функционально связаны и выполняют следующие функции: создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений; поддержание осмотической концентрации крови и кислотно-щелочного баланса; нормализация  водного баланса; обеспечение мембранного транспорта; активация многих ферментов; нормализация ритмов сердца.

Рекомендуемая суточная доля калия составляет  для  детей от 600 до 1700 мг, для взрослых от 1800 до 5000 миллиграмм. Потребность в калии зависит от общего веса тела, физической активности, физиологического состояния и климата места проживания.  Рвота, продолжительные поносы,  обильное потение, использование мочегонных средств повышают потребность организма в калии.

Усвоение калия облегчает витамин В6, затрудняет — алкоголь. При недостатке калия развивается гипокалиемия. Возникают нарушения работы сердечной и скелетной мускулатуры. Продолжительный дефицит калия может быть причиной острой невралгии. При переизбытке калия развивается гиперкалиемия, для которой основным симптомом является язва тонкого кишечника. Настоящая гиперкалиемия может вызвать  остановку сердца.

Калий-40 входит в состав многих земных пород, минералов и почв и вносит свой вклад во внешнее облучение биоты. Значение 40К как внешнего облучателя особенно велико для обитателей почвы – микрофлоры, корней растений, почвенной фауны, на которые воздействуют излучения при непосредственном соприкосновении с излучателем. Во внешнем облучении наземных растений и животных основное место принадлежит γ-квантам 40К [4, 9, 26, 28].

Таблица 10
Концентрация калия-40 в тканях человеческого организма
Название ткани
Средняя концентрация, г/кг ткани
Концентрация активности, Бк/кг ткани
Тимус

0,6

18

Кожа

0,8

24

Щитовидная железа

1,2

36

Кишечник

1,2

36

Тонкий кишечник

1,3

39

Кровь

1,6

48

Легкие

1,9

57

Семенники

2,0

60

Сердце

2,1

63

Печень

2,5

75

Центральная нервная система

2,9

87

Головной мозг

3,0

90

Мышцы скелета

3,0

90

Селезенка

3,1

93

Эритроциты

3,4

102

Красный костный мозг

4,0

121


Близкий по своим химическим свойствам калию рубидий и его радиоизотоп рубидий-87 (87Rb) распространены в ОПС в микроколичествах. Это долгоживущий радиоизотоп (период полураспада 6,1·1010 лет) с мягкими β-излучением (0,275 МэВ) и γ-излучением (0,94 МэВ). Его концентрация в тканях живых организмов составляет в среднем 8,5 Бк/кг. Вклад в общее постоянное облучение биоты незначителен.

4. Изотопы радия

Радий — элемент главной подгруппы второй группы, седьмого периода Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева с атомным номером 88. Обозначается символом Ra.  Слово radium (радий) происходит от латинского radius - «луч», дословно название этого элемента переводится как «излучающий», «лучистый». Простое вещество радий -  блестящий щелочно-земельный металл серебристо-белого цвета, быстро тускнеющий на воздухе. Обладает высокой химической активностью.  Радиоактивен; наиболее устойчивый изотоп Ra. Получить чистый радий в начале ХХ века стоило огромного труда. На каждые три миллиона атомов урана в природе приходится лишь 1 атом радия [2-5].

Радий добывают из урановых руд и радиевых вод. Впервые этот элемент был выделен Марией и Пьером Кюри в 1898 г. из урановой смолки Яхимовского месторождения (Чехия). Радий довольно редок. Мария Кюри трудилась 12 лет, чтобы получить крупинку чистого радия. Чтобы получить всего 1 г чистого радия, нужно было несколько вагонов урановой руды, 100 вагонов угля, 100 цистерн воды и 5 вагонов разных химических веществ. За прошедшее с момента его открытия время — более столетия — во всём мире удалось добыть всего только 1,5 кг чистого радия. Одна тонна урановой смолки, из которой супруги Кюри получили радий, содержит лишь около 0,0001 г радия-226. Поэтому на начало ХХ века в мире не было более дорогого металла. За 1 г радия нужно было заплатить более 200 кг золота. За открытие радия и полония супруги Кюри получили Нобелевскую премию. Из Яхимовских урановых руд до 1931 г. извлекли 39 г радия. Уже в ходе этой самой первой работы стало ясно, что новый элемент – аналог бария: при фракционном разделении компонентов активность накапливалась в бариевой фракции.

В нашей стране радий впервые был извлечен из урановой руды в 1921 г. В.Г.Хлопиным. Эта руда добывалась в труднодоступных горах Средней Азии в очень малых количествах. Общие запасы урана не превышали 120 т, и из них можно было извлечь около 40 г радия.
 
Радий образуется через многие промежуточные стадии при радиоактивном распаде изотопа урана-238 и поэтому находится в небольших количествах в урановой руде (см. рис. 1,2). Многие радионуклиды, возникающие при радиоактивном распаде радия, до того, как была выполнена их химическая идентификация,  получили наименования вида радий А (218Ро), радий В ( Pb),  радий С ( Bi), радий D ( Pb), радий Е ( Bi), радий F ( Po), радий С ( Ро), радий С ( Tl).  Хотя сейчас известно, что они представляют собой изотопы других химических элементов, их исторически сложившиеся названия по традиции  иногда используются.

Названная в часть Кюри внесистемная единица радиоактивности Кюри основана на активности 1 г радия-226: 3,7∙10 распадов в секунду, или 37 ГБк.

Радий-226 (α- и γ-излучатель) сопутствует урану в местах его накопления, а в мелкодисперсном состоянии повсеместно распространен в земных породах, почвах, воде различного происхождения. О его содержании в ОПС дает представление табл. 11 [НКДАР, 1962].

Радий 226Ra  – α- и γ-радиоактивный изотоп с периодом полураспада 1617 лет. Распад радия сопровождается образованием радона, а также мощным α- и γ-излучением [7, 8, 29]. γ-излучение опасно на значительных расстояниях, α-излучение опасно при попадании внутрь организма (табл. 12). Точечный источник в 1 мг радия в равновесии с ДПР на расстоянии 1 см (при наличии платинового фильтра толщиной 0,5 мм) создает мощность экспозиционной дозы γ-излучения (МЭД ГИ) 8,4 Р/ч. Используется в технических и эталонных источниках γ-излучения.

Соли радия обладают свойством светиться в темноте. По этой причине наиболее широкое применение радий нашел в оборонных отраслях промышленности, в частности, в судостроении и авиастроении, в составе светящихся красителей – светомассы постоянного действия (СПД). СПД в 40 – 60-х годах наносился на циферблаты часов, елочные украшения.

В медицине радий используется для радиотерапевтических целей.

Велись исследовательские работы по использованию радия (наряду с ураном и радиоактивными сланцами) в составе микроудобрений.

Изотопы радия (226Ra, 228Ra, 224Ra), наряду с изотопами урана, являются наиболее распространёнными среди ЕРН в природных водах, и отличаются высокой радиотоксичностью; ограничения объемной активности (ОА) в питьевой воде для них – одни из наиболее жестких. Соответствующие уровни вмешательства (УВвода) характеризуются низкими значениями, особенно для 228Ra и 226Ra.

Фоновые значения УА 226Ra в горных породах и почвах составляют от 5 до 50 Бк/кг, в то время как ОА в подземных водах могут варьировать в очень широком диапазоне (табл.11).

Таблица 11

Содержание радия-226 в различных средах
В горных породах, Бк/кг
Граниты

96-114

Базальты

18,5-40,7

Песчаник

11,1-25,9

Известняк

14,8-25,9

Сланцы

14,8

Алюминиевые сланцы (Швеция)

2220

В строительных материалах, Бк/кг
Кирпич

23-152

Известковый кирпич

6-25

Бетон

11-80

Цемент

9-168

Газобетон на основе квасцовых глинистых сланцев

320-2620

Черепица

63-91

Дерево

0,3-0,5

Почвы

3,3-29,6

В воде, Бк/л
Реки

1,85•10-4-2,96•10-2
Источники

2,59•10-3-5,1

Океаны

7,4•10-4-1,1•10-2
Водопроводная вода в разных городах

3,7•10-3-0,38


Гидробионты морей и океанов накапливают радий из воды с различной интенсивностью [30]. Так, коэффициент накопления для камбалы равен 6, для мидий – 69, для моллюсков возрастает до 210.

Из почв и воды радий поступает в растения, где его содержание колеблется в пределах  2,1·10-2-2,5 Бк/кг. По пищевым цепям радий проникает в организмы рыб

(2,5·10-2-23·10-2 Бк/кг), в мясо животных (1,6·10-2-5·10-2 Бк/кг). С растительной и животной пищей радий поступает в организм человека [9, 26, 29-31].
Таблица 12

Основные характеристики изотопов радия
Изотоп
Основной вид излучения
Период полураспада T1/2
Значение УВвода, Бк/дм3
Природные вариации ОА в водах (min – max), Бк/дм3
226

α(Еα= 4780 кэВ); γ

1617 лет

0,50 (НРБ-99)

n·10-2-n·102
228

β(Еβmax = 55 кэВ)

5,75 лет

0,20 (НРБ-99)

n·10-2-n·102
224

α(Еα= 5680 кэВ)

3,64 сут

2,10 (НРБ-99)

n·10-2-n·102
223

α(Еα= 5710 кэВ); γ

11,43 сут

1,40 (НРБ-99)

n·10-3-n·10


Радий принадлежит к разряду остеотропных РВ, то есть веществ, отличающихся наибольшей токсичностью из-за их свойства накапливаться в костной ткани (около 70-90 %), которая обладает высокой радиочувствительностью, следствием чего являются лейкозы, лучевые остеосаркомы. Кроме того, радий накапливается в легких и печени [23].  Данные о присутствии и распределении радия в организме человека приведены в табл.13. Преждевременная смерть Марии Кюри произошла вследствие хронического отравления радием, так как в то время опасность облучения еще не была осознана.

Таблица 13

Поступление и распределение радия в организме человека
Поступление с пищей в районах, Бк/сут
• с нормальным радиационным фоном

(1,48-6,3)•10-2
• с повышенным радиационным фоном

>12,2•10-2
Концентрация, Бк/кг
• в костях

7,4•10-2-2,8

• в мягких тканях

2,7•10-3
Общее содержание в теле, Бк
0,55-51,8


Изучение и использование радиоактивных свойств радия сыграло огромную роль в исследовании строения атомного ядра и явления радиоактивности. Химические методы, разработанные при выделении из руд соединений Ra и изучении их свойств, легли в основу методов радиохимии [5].

Известные методики определения изотопов радия в природных водах, отличающиеся способами измерения активности, включают стадию предварительного концентрирования. Коллекторами обычно служат труднорастворимые соли: карбонат кальция, сульфаты бария и свинца или двуокись марганца. Активность сконцентрированных в небольшом объеме изотопов радия определяют эманационным, радиометрическим, α-или γ-спектрометрическим методами [31].
Последнее большое событие в истории элемента №88 произошло в 1967 г. Практически одновременно в знаменитых лабораториях Дубны и Беркли были получены нейтроно-дефицитные изотопы радия с массовыми числами от 206 до 214. До этого времени были известны лишь изотопы с массовыми числами 213 и от 218 до 230. Все эти изотопы оказались короткоживущими альфа-излучателями с периодами полураспада от 0,4 до 15 сек.

Большую опасность представляет радон 222Rn – газообразный радиоактивный продукт распада радия [60].Из 1 г радия образуется 1 мм3 222Rn в сутки. (рис. 4)

Рис. 4. Изотопы радона и их дочерние продукты в цепочках распада (символ, путь распада (α-, β-, γ-излучения), наименование, период полураспада Т).

По данным Научного Комитета по действию атомной радиации (НКДАР) при ООН, радон вместе со всеми дочерними продуктами распада (ДПР) ответственен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации [15, 16, 29, 60].

Список литературы
1.        Тихонов М.Н., Муратов О.Э., Петров Э.Л. Изотопы и радиационные технологии: постижение реальности и взгляд в будущее // Экологическая экспертиза. Обз.инф., 2006, №6, с. 38-­99. – М., ВИНИТИ РАН.
Тихонов М.Н., Муратов О.Э., Петров Э.Л. Изотопы и радиационные технологии: постижение реальности и взгляд в будущее // Экологическая экспертиза. Обз.инф., 2006, №6, с. 38-­99. – М., ВИНИТИ РАН.2.     Баженов В.А., Булдаков Л.А., Василенко И.Я. и др. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества: Справочное издание //Под ред. В.А. Филова и др.–Л.: Химия, 1990. – 464 с.
3.     Химическая энциклопедия: в 5 т. // Гл. ред. Зефиров Н.С. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. – Т. 4, с. 153-154 (радий), с. 282 (рубидий), с. 283 (рутений),          с. 300 (свинец), с. 560 (технеций), с. 613 (торий); 1999. - Т. 5, с. 41 (уран), с. 384 (цирконий).
4.     Химическая энциклопедия: в 5 т. // Гл. ред. Кнунянц И.Л. – М.: Советская энциклопедия, 1990.– Т.1, с. 78 (актиний), с. 125 (эмериций),  с. 241 (барий); Т. 2, с. 284 (калий), с. 286 (калифорний), с.414 (кобальт), с. 577 (лантан); 1992. Т. 3, с. 580 (плутоний).
5.     Несмеянов А. Н. Радиохимия. – М.: Химия, 1978. - 560 с.
6.     Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. – М., Наука, 1980.
7.     Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1999. – 520 с.
8.     Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 252 с.
9.      Кириллов В.Ф., Книжников В.А., Коренков И.П. Радиационная гигиена // Под ред. Л.А. Ильина. – М.: Медицина, 1988. - 336 с.
10.  Рихванов Л.П. Общие и региональные проблемы радиоэкологии. – Томск: ТПУ, 1997. – 384 с.
11.  Бэгнал К. Химия редких радиоактивных элементов. Полоний – актиний: Пер. с англ. // Под ред. Ю.В. Гагаринского. – М.: Изд-во иностр. лит-ры. – 256 с.
12.  Гусев Н.Г., Рубцов П.М., Коваленко В.В., Колобашкин В.В. Радиационные характеристики продуктов деления: Справочник. – М.: Атомиздат, 1974. – 224 с.
13.  Трансурановые элементы в окружающей среде // Под ред. У.С. Хэнсона: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985. – 344 с.
14.  Смыслов А.А. Уран и торий в земной коре. – Л.: Недра, 1974. – 232 с.
15.  Ионизирующие излучения: источники и биологические эффекты. Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР). Доклад за 1982 г. в Генеральной Ассамблее. Т.1. – Нью-Йорк, ООН, 1982. – 882 с.
16.   Источники, эффекты и опасность ионизирующей радиации // Доклад Научного комитета ООН по действию атомной радиации Генеральной Ассамблее за 1988 год. – М.: Мир, 1992. – 1232 с.
17.  Василенко И.Я. Токсикология продуктов ядерного деления. – М.: Медицина, 1999. – 200 с.
18.  Израэль Ю.А., Стукин Е.Д. Гамма – излучение радиоактивных выпадений. – М.: Атомиздат, 1967. – 224 с.
19.  Алексахин Р.М., Архипов Н.П., Василенко И.Я. Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере. – М.: Наука, 1990. – 368 с.
20.  Криволуцкий Д.А. и др. Действие ионизирующей радиации на биогеоценоз. – М.: Гидрометеоиздат, 1977. – 320 с.
21.  Булдаков Л.А. Радиоактивные вещества и человек.–М.: Энергоатомиздат, 1990 – 160 с.
22.  Рузер Л.С. Радиоактивные аэрозоли //Под ред. А.Н. Мартынюка. – М.: Энергоатомиздат, 2001. – 230 с.
23.  Журавлев В.Ф. Токсикология радиоактивных веществ. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 336 с.
24.  Моисеев А.А. Цезий-137. Окружающая среда – человек. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 121 с.
25.  Тихонов М.Н., Муратов О.Э. Альтернативный ядерно-топливный цикл: необходимость и актуальность // Экология промышленного производства, 2009, вып. 4,с. 40-48.
26.  Алексахин Р.М., Васильев А.В., Дикарев В.Г. и др. Сельскохозяйственная радиоэкология. – М., Экология, 1991.
27.  Чалов П.И. Изотопное фракционирование природного урана. – Фрунзе: Илим, 1975.
28.  Пилипенко А.Т. Натрий и калий // Справочник по элементарной химии. – 2-е изд. – Киев: Наукова думка, 1978, с. 316-319.
29.  Тихонов М.Н. Радоновая опасность: источники, дозы и нерешенные вопросы // Экологическая экспертиза. Обз.инф., 2009, вып. 5, с. 2-108. – М., ВИНИТИ РАН.
30.  Гудзенко В.В., Дубинчук В.Т. Изотопы радия и радона в природных водах. – М.: Наука, 1987. – 157 с.
31.  Мартынюк Ю.Н. К вопросу о качестве питьевой воды по радиационному признаку // АНРИ, 1996, №1, с. 64-66.
32.  Борисов Н.Б., Ильин Л.А., Маргулис У.Я. и др. Радиационная безопасность при работе с полонием-210 // Под ред. И.В. Петрянова и Л.А. Ильина. – М.: Атомиздат, 1980. – 264 с.
33.  Методика выполнения измерений объемной активности полония-210 и свинца-210 в природных водах альфа-бета-радиометрическим методом с радиохимической подготовкой. – М., 2001.
34.  Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 255 с.
35.  Болсуновский А.Я. Производство ядерных материалов в России и загрязнение окружающей среды. – В кн.: Атом без грифа «Секретно»: точки зрения. – Москва-Берлин, 1992, с. 9-29.
36.  Федорова Е.А., Пономарева Р.П., Милакина Л.А. Закономерности поведения 14С в системе атмосфера-растение в условиях непостоянной концетрации СО2 в воздухе // Экология, 1985, №5, с. 24-29.
37.  Пономарева Р.П., Милакина Л.А., Савина В.И. Закономерности поведения углерода-14 в пищевых цепях человека в условиях действия локального источника выбросов // Атомная промышленность: окружающая среда и здоровье населения / Под ред. Л.А. Булдакова, С.Н. Демина. – М., 1988, с. 240-249.
38.  Рублевский В.П., Голенецкий С.П., Кирдин Г.С. Радиоактивный углерод в биосфере. – М.: Атомиздат, 1979. – 150 с.
39.  Артемова Н.Е., Бондарев А.А., Карпов В.И., Курдюмов Б.С. и др. Допустимые выбросы радиоактивных и вредных химических веществ в приземном слое атмосферы. – М.: Атомиздат, 1980. – 235 с.
40.  Демин С.Н. Проблема углерода-14 в районе ПО «Маяк» // Вопросы радиационной безопасности, 2000, №1, с. 61-66.
41.  Сахаров А.Д. Радиоактивный углерод ядерных взрывов и непороговые биологические эффекты // Атомная энергия, 1958, Т. 4, №6, с. 576-580.
42.  Сахаров А.Д. Радиоактивный углерод ядерных взрывов и непороговые биологические эффекты // Наука и всеобщая безопасность, 1991, Т. 1, №4, с. 3-8.
43.  Германский А.М. Атмосферный радиоуглерод и смертность в Дании. Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология», 2005.
44.  Эванс Э. Тритий и его соединения. – М., Атомиздат, 1970.
45.  Ленский Л.А. Физика и химия трития. – М., Атомиздат, 1981.
46.  Беловодский Л.Ф., Гаевой В.К., Гришмановский В.И. Тритий. – М., Атомиздат, 1985.
47.  Андреев Б.М., Зельвенский Я.Д., Катальников С.Г. Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике. – М., Атомиздат, 1987.
48.  Леенсон И.А. 100 вопросов и ответов по химии. – М., АСТ-Астрель, 2002.
49.  Дубасов Ю.В., Окунев Н.С., Пахомов С.А. Мониторинг радионуклидов ксенона и криптона-85 в Северо-Западном регионе России в 2007-2008 гг. // Сб.докл. III Межд. ядерного форума 22-26 сент. 2008 г. – СПб.: НОУ ДПО «АТОМПРОФ», 2008, с. 57-62.
50.  Ксензенко В.И., Стасиневич Д.С. Химия и технология брома, йода и их соединений. 2-е изд. – М.: Ин.лит., 1995. – 562 с.
51.  Бэгнал К. Химия селена, теллура и полония. – М., 1971.
52.  Методические указания МУ 2.6.1.082-96. Оценка дозы внутреннего облучения щитовидной железы йодом-131 по результатам определения содержания йода-129 в объектах окружающей среды (Утв. Зам. Главного государственного санитарного врача РФ 24 мая 1996 г.).
53.  Гаврилин Ю.И., Волков В.Я., Макаренкова И.И. Ретроспективное восстановление интегральных выпадений йода-131 по населенным пунктам Брянской области России на основе результатов определения в 2008 г. содержания йода-129 в почве // Радиационная гигиена, 2009, Т. 2, №3, с. 38-44.
54.  Василенко И.Я., Василенко О.И. Стронций радиоактивный // Энергия: экономика, техника, экология, 2002, №4, с. 26-32.
55.  Василенко И.Я. Радиоактивный цезий-137 // Природа, 1999, №3, с. 70-76.
56.  Плутониевая экономика: выход или тупик. Плутоний в окружающей среде // Сост. Миронова Н.И. – Челябинск, 1998. – 74 с.
57.  Блюменталь У.Б. Химия циркония. – М., 1963.
58.  Перцов Л.А. Ионизирующее излучение биосферы. – М.: Атомиздат, 1973. – 288 с.
59.  Популярная библиотека химических элементов. Кн.2. Серебро-нильсборий и далее. – 3-е изд. – М.: Наука, 1983. – 573 с.
60.  Огородников Б.И. Торон и его дочерние продукты в проблеме ингаляционного облучения // Атомная техника за рубежом, 2006, №6, с. 10-15.
61.  Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных.-М.: Высшая школа, 1988.-424 с.
62.  Бабаев Н.С., Демин В.Ф., Ильин Л.А. и др. Ядерная энергетика, человек и окружающая среда /Под ред. акад. А.П. Александрова. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 312 с.
63.  Абрамов Ю.В. и др. Определение доз внешнего облучения органов и тканей в соответствии с требованиями НРБ -99 в производственных условиях //Медицина экстремальных ситуаций, 2000, № 3 (6), с.55-60.
64.  Алексахин Р.М., Булдаков Л.А., Губанов В.А. и др. Крупные радиационные аварии: последствия и защитные меры /Под общ. ред. Л.А.Ильина и В.А. Губанова. – М.: ИздАТ, 2001. -752 с.
65.  Машкович В.П., Кудрявцева А.В. Защита от ионизирующих излучений: Справочник, 4-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1995.
66.  Радиационная медицина. Т.2. Радиационные поражения человека / Под общ. ред. акад. РАМН Л.А.Ильина. –М.:ИздАТ, 2001. -432 с.
 

 
Связанные ссылки
· Больше про Здоровье
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Здоровье:
Отравление «тяжелыми металлами»: вовремя распознать, чтобы успешно вылечить

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4
Ответов: 3


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 2 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Дозообразующие радионуклиды. Часть 2 (Всего: 0)
от Гость на 07/06/2011
Теоретики забыли в названии статьи ключевое слово - ПРИРОДНЫХ (естественных).

А в тексте молчат относительно того, что биосфера за время эволюции (миллионы лет) к ним адаптировалась. А вот к радионуклидам техногенной природы, увы, пока нет.

Для этого потребуется не одна сотня лет. Если, конечно, не вымрем или не мутируем в радиационноустойчивые виды.

Интересно, какими они будут? 


[ Ответить на это ]


Re: Дозообразующие радионуклиды. Часть 2 (Всего: 0)
от Гость на 28/07/2011
Биологические эффекты создают не радионкуклиды, а испускаемые ими ионизирующие излучения. Которые по своему виду (альфа, бета, гамма) и диапазонам энергий абсолютно одинаковы для радионуклидов естественного и искусственного происхождения. Автор этого комментария - полный дилетант.


[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.07 секунды
Рейтинг@Mail.ru