Основы радиоэкологии

Радиоэкология - это наука, изучающая распределение радионуклидов в биосфере, особенности жизнедеятельности организмов растений и животных в условиях с повышенной относительно фоновой радиоактивности.

Радиоактивные источники (радионуклиды) по происхождению делятся на естественные (природные) и искусственные.

Естественные радионуклиды появились с момента зарождения планеты Земля, в недрах которой они представлены радиоактивными семействами U-238 (T½ = 4,5 млрд. лет), U-235 (T½ = 704 млн. лет) и Th-232 (T½ = 14 млрд. лет). Во Вселенной радионуклиды космогенного характера в недрах звезд, Солнца представлены легкими по массе изотопами.

Искусственные радионуклиды появились в биосфере в результате испытаний и применения атомного оружия, аварий на АЭС и предприятий, использующих радиоактивные источники (металлургическая промышленность, производство ракетного топлива и т.д.). Следствием этого явилось образование радиоактивного облака, по ходу движения которого выпадали радиоактивные осадки, оставляя за собой радиоактивный след. В нем преобладают долгоживущие нестабильные изотопы.

Первичные радиоактивные осадки состоят из тяжелых крупных частиц (конгломератов), оседающих с пылью или дождем на расстоянии до нескольких сотен километров.

Вторичные осадки состоят из более мелких образований радионуклидов, которые поднимаются на несколько километров в средние слои атмосферы и относятся воздушными потоками на сотни и тысячи километров от места взрыва.

Глобальные (поздние) осадки состоят из пылевидных частиц, которые поднимаются в верхние слои атмосферы и с потоками воздуха циркулируют в течение 5-6 лет, выпадая в любой точке планеты. Следовательно, радиоактивное загрязнение носит при этом не локальный, а глобальный характер.

Загрязнение водоемов и почвы дает начало распространению радионуклидов по пищевой (биологической) цепи.

Пищевая цепь - это распространение вещества и энергии между звеньями биогеоценоза, представляющими различные трофические уровни.

На миграцию радионуклидов по «пищевым» цепям влияют физико-химические свойства радионуклидов в почве, содержание в ней стабильных изотопов (химических аналогов), свойства самой почвы, коэффициенты накопления, биологические особенности растений и агротехника возделывания культур.

Особенность перехода радионуклидов между звеньями «пищевой» цепи определяет соответствующий коэффициент дискриминации (от лат. discriminatio - «различение») или различимости. Для Sr-90 и Cs-137 он рассчитывается по формулам:

Для более полной характеристики радиационной ситуации на территории хозяйства, в котором проводится отбор проб, обязательно рассчитывают коэффициент дискриминации. Он показывает передвижение, распространение и аккумулирование (накопление) радионуклидов во всех звеньях биологической цепи. В «пищевых» цепях, переходя от звена к звену, радионуклиды количественно изменяются, что можно рассчитать по выше приведенным формулам.

Отношение содержания Sr⁹⁰ к Са в биологических объектах получила название стронциевой единицы (с.е.).

1 с.е. = 10^-12 Ки Sr⁹⁰ на 1 г Ca

Аналогично этому было введено понятие цезиевой единицы (ц.е.) - единицы содержания радиоизотопа Cs¹³⁷ в биологических объектах, соответствующей содержанию 1 мкКи Cs¹³⁷ на 1 г калия, входящего в состав данного объекта:

1 ц.е. = 10^-6 Ки Cs¹³⁷ на 1 г К

При наличии дискриминации радиостронция или радиоцезия в пользу соответственно кальция или калия этот коэффициент меньше единицы. Если же он больше единицы, это свидетельствует об интенсивном депонировании радионуклидов в каждом последующем звене «пищевой» цепи.

Это может быть следствием радиоактивного загрязнения окружающей среды, когда идет выброс радионуклидов из почвы с земной массой накопления их. В обычных условиях это происходит при дефиците химически родственных элементов, выступающих в качестве конкурентов кальция и калия.

Стронций и кальций, цезий и калий являются химически родственными и в биологических средах ведут себя сходным образом. Однако, при миграции по звеньям «пищевой» цепи «почва…-…человек» оба элемента аккумулируются в разной степени: в большей - стабильные изотопы. Это, по-видимому, связано с тем, что в обменных процессах, в первую очередь, принимают участие необходимые для организма стабильные изотопы, а при их недостатке в процесс вступают их радиоактивные изотопы-аналоги. В этом проявляется принцип конкурентности.

Критерием допустимой и, как полагают, безопасной для человека концентрации искусственных радионуклидов в продуктах растительного и животного происхождения и в питьевой воде, служат допустимые пределы СанПиН («Санитарные правила и нормы»).

Расчеты предельно допустимых концентраций (ПДК) для продуктивных животных должны исходить из ПДК для человека как потребителя продуктов животного происхождения. Причем радионуклиды, поступающие в организм животных с кормом, могут не оказывать влияния на их продуктивность.

Животные легко переносят большие дозовые нагрузки I¹³¹, Sr⁹⁰ и Cs¹³⁷, чем человек. Однако мясомолочная продукция от таких животных не может быть использована, так как имеет концентрацию радионуклидов, превышающих ПДК для человека.