Основные биологически значимые радионуклиды и пути их миграции в биосфере

Основную часть облучения организмы получают от естественных источников радиации, содержащихся в атмосфере, земной коре, воде и биоте. Среди космогенных радионуклидов наибольшую радиоэкологическую значимость имеют тритий 3H и радиоуглерод 14C. Среди земных природных радионуклидов наиболее важное значение имеет изотоп калия 40K, а также изотопный ряд урана 235U, 238U и тория 232Th.

Радионуклиды могут существовать в различных физических и химических формах в зависимости от условий выброса и переноса (газы, аэрозоли и частицы). Газы могут быть инертными, как благородные газы, или реакционно-способные, как йод. Частицы с высокой активностью («горячие частицы») могут образовываться при ядерных взрывах и авариях реакторов. При выбросах антропогенных радионуклидов их дальнейшее поведение проявляется в биогеохимических процессах. Данные радионуклиды попадают в наземные экосистемы из атмосферы, через поверхностные воды или из грунтовых вод и их дальнейшее поведение определяется химической формой. Большое значение имеют пути миграции радионуклидов в пресных водах, особенно в озерах, так как эти экосистемы особенно чувствительны к загрязнению. Перенос радионуклидов из атмосферы на растительность включает в себя процессы выпадения, поглощения и удержания. Существуют два способа поглощения радионуклидов растениями – листвой и корнями. Эффективность этих процессов определяется временем нахождения загрязняющего вещества на поверхности растения и способностью корней различных видов растений поглощать из раствора разные радионуклиды. После поглощения радионуклиды могут переместиться выше или ниже точки проникновения. Затем перенос радионуклидов с пастбища в организм животного и включение их в метаболизм оценивается коэффициентом переноса «растение – животное», который определяется как отношение концентрации радионуклида в мясе или молоке к суточному потреблению корма.

Благородные газы (Kr, Xe). Такие газы освобождаются в результате работы предприятий ЯТЦ, а также при испытаниях ядерных зарядов и при авариях. Все они имеют короткий период полураспада (за исключением изотопа 85Kr ~ 10,4 года), химически инертны и имеют очень слабую адсорбцию.

Йод. Он относится к группе галогенов и является продуктом деления, который может выделяться из неисправного тепловыделяющего элемента. Особенно важен изотоп 131I (T 1/2 ≈ 8 дн.), который может поступать в атмосферу в различных формах (газ или аэрозольная фракция), а также образовывать органические соединения. Сразу после аварийных выбросов становится радионуклидом первейшей важности. Характерной особенностью

обмена йода служит способность его накапливаться в щитовидной железе.

Тритий. Он обладает большим периодом полураспада (12,3 лет) и вследствие этого является глобальным загрязнителем природных комплексов. Достаточно легко рассеивается в окружающей среде вследствие своей химической идентичности с водородом и обладает большой миграционной способностью. Кроме того, тритий способен проникать через кожу животного и человека, если он представлен в виде тритированной воды.

Слаболетучие радионуклиды. Это, прежде всего, долгоживущие (T 1/2 ≈ 30 лет) 137Cs и 90Sr, представляющие главную опасность при загрязнении природных объектов после ядерных аварий. Цезий более летуч, чем стронций, и его миграция из ядерного топлива выше. При контакте с водой он может растворяться и становиться доступным для поглощения живыми организмами. В период испытаний ядерного оружия нахождение радиоцезия 137Cs в арктических и альпийских экосистемах играло исключительно важную роль с точки зрения воздействия на человека. Хорошими концентраторами радиоцезия служат мхи и лишайники, в которых его активность часто на порядок выше, чем в высших растениях этих же экосистем.

Нелетучие элементы (церий, цирконий). Такие элементы могут выбрасываться в окружающую среду только в определенных условиях и в виде мельчайших частиц разноситься ветром. На рис. 6.5 показаны основные пути поступления радионуклидов в организм человека. Среди основных естественных элементов находится 40K, а также долгоживущие радионуклиды рядов 238U и 232Th. В регионах со средним уровнем естественной радиации годовое поступление 238U оценивается в 5 Бк, 226Ra с пищей – 15 Бк, 222Rn от 20 до 200 Бк. Значительное количество искусственных радионуклидов поступает в организм человека в результате загрязнения окружающей среды.