Пределы годового поступления радионуклидов в организм человека для некоторых веществ

Накопление, перенос радионуклидов в биосфере является предметом специального изучения. При выбросах радионуклидов различными источниками происходит первичное заражение местности. Распределение концентраций можно рассчитать по обычным формулам для распределения токсичных веществ в приземном слое воздуха, но ожидаемая концентрация радионуклида может существенно отличаться от расчетной. Об этом свидетельствует авария на Чернобыльской АЭС. В результате выброса на земле образовались очаги повышенного уровня загрязнения, причем рассеивание приняло глобальный характер. Отметим, что при расчетах концентрация токсичного радионуклида должна увеличиваться на некотором расстоянии Х_м, и достигать максимального значения с постепенным снижением до фоновой концентрации на больших расстояниях.

Поражение организма под воздействием радионуклидов носит разнообразный характер. Радионуклиды первой группы равномерно распределяются по всему организму и вызывают повреждения органов, сходных с действием γ-излучения.

Радионуклиды второй группы (Ca, Sr, Ba) накапливаются в костной ткани, вызывая облучение костного мозга. Склонность элементов третьей группы к комплексообразованию приводит к их концентрации в крови с последующим перемещением в печень.

Факторы кинетики, обмена различного распределения в органах приводят к тому, что токсичность радионуклидов проявляется неодинаково при равных концентрациях. Следовательно, радионуклиды с одиноковой активностью, но с различными физико-химическими свойствами имеют различные пределы поступления в биосферу и отдельные организмы.

Основные методы защиты биосферы от радионуклидов:

– разработка безопасных ядерных технологий с минимальными выбросами и сбросами радиоактивных веществ;

– внедрение современных методов защиты, очистки воздуха, воды, почвы от радиоактивных отходов;

– длительные комплексные санитарно-гигиенические мероприятия по наблюдению за радиационным фоном, выявлением очагов радиоактивного заражения, ограничение облучения населения, животных, растений;

– разработка научно обоснованных уровней поступления радионуклидов в организм человека, уровней облучения и заражения местности для принятия экстренных мер по защите людей, животных, растений.

Экспериментально установлено, что формальная кинетика радиоактивного распада элементов подчиняется закономерностям необратимой реакции первого порядка. Закономерность радиоактивного распада, несмотря на сложнейшие внутриядерные процессы, соблюдается достаточно точно для всех элементов.

Структура электронных оболочек, состав атомов, тип кристаллической решетки, фазовое состояние вещества, температура не влияют или влияют на распад элементов настолько незначительно, что этими параметрами пренебрегают.

Очевидно, радиоактивный распад веществ будет зависеть от таких параметров системы, которые по энергии взаимодействия сравнимы с энергией взаимодействия нуклонов в ядре.

Процесс распада вещества можно представить в виде такой схемы:

продукты реакции

Дифференциальное уравнение для скорости распада вещества получим, используя основной постулат химической кинетики: скорость пропорциональна концентрациям реагирующих веществ в степени стехиометрических коэффициентов реакции:

(3.27)

(3.28)

где m₀ – количество вещества в начальный момент времени, кмоль/кг; х – количество вещества в произвольный момент времени t, кмоль/кг.

Интегрируя, находим выражение для скорости реакции:

(3.29)

Время, за которое распадается половина вещества, называют временем полураспада (период полураспада), и оно связано с константой скорости реакции:

(3.30)

где – время полураспада, с^–1.

Приведенные уравнения являются основными для расчетов активности радионуклидов. Так, из дифференциального уравнения для скорости распада рассчитаем активность радионуклида:

(3.31)

где m – масса радионуклида, кг; M₀ – молярная или атомная масса радионуклида; N_A – число Авогадро, равное кмоль^–1; А – активность, Бк.

В расчетах используют удельную активность радионуклида, отнесенную к единице массы или единице объема вещества:

(3.32)

где А_m, A_v – активности изотопов, Бк/кг, Бк/м³; m₁ – масса вещества, в котором распадаются изотопы; V – объем вещества, в котором происходит распад, м³.

Время полураспада не зависит от количества исходного вещества, так как превращение ядер одних элементов в другие происходит независимо друг от друга.

Величина, обратная константе скорости распада, характеризует среднее время жизни отдельного ядра:

(3.33)

где – среднее время жизни ядра радионуклида, с.

Прогнозирование активности радионуклидов зависит от многих факторов и является предметом более сложных расчетов, чем прогноз ожидаемой концентрации загрязняющих веществ. Связано это с тем, что кроме распределения вещества в приземном слое или воде, почве, активность нестабильных веществ меняется с течением времени. Кроме того, нестабильные изотопы могут испытывать несколько распадов, образуя изотопы элементов различной активности.