Забруднення радіонуклідами

Особливого значення в умовах сучасного науково-технічного прогресу набула можливість використання ядерних перетворень якджерела електричної енергії. Ефективність атомної енергетики таінших джерел іонізуючого випромінювання у житті людини очевидна. Водночас розвиток цієї галузі створив потенціальну загро­зу радіаційного забруднення навколишнього середовища, шо надзвичайно небезпечно для людини і всього живого на Землі. Знанню фізичних і біохімічних механізмів впливу радіації на живу й не­живу природу є дуже важливим.

Радіоактивні речовини та іонізуюче випромінювання.

Такі хімічні елементи, як уран, радій, плутоній, каліфорній та деякі інші мають здатність до спонтанних перетворень, які спричинюють зміну їхнього атомного номера і маси атома. Ці перетворення супроводжуються потоком випромінювання високої енергії що складається з позитивно й негативно заряджених частин і короткохвильового електромагнітного випромінювання.

Вперше явище розпаду спостерігали у радію (Rа), і тому воно дістало назву радіоактивного розпаду, а випромінювання, що супроводжувало цей розпад, — радіоактивним випромінюван­ням, або проникаючою радіацією. При розпаді радію реєструють випромінювання трьох видів: ядер атома гелію, що мають позитивний заряд (альфа-випромінювання, або a-частинки), електронів, що мають негативний заряд (бета-випромінювання), і короткохвильового (електромагнітного) випромінювання (гамма-випромінювання, у-кванти).

Іонізуючим випромінюванням називають будь-яке випромінювання, взаємодія якого з опроміненим середовищем спричинює створення в ньому з нейтральних атомів та молекул частинок, які несуть електричний заряд (іони, електрони, позитрони тощо).

Іонізуюче випромінювання буває корпускулярним та короткохвильовим (електромагнітним).

Корпускулярним, називають випромінювання, що складається з елементарних та інших частинок матерії, маса спокою яких відмінна від нуля. До них належать електрони, позитрони, протони, нейтрони, альфа-частинки тощо.

Походження корпускулярних видів іонізуючих випромінювань пов'язано з явищем радіоактивності. До короткохвильового (електромагнітного) випромінюванні відносять гамма-випромінювання, у-кванти. За фізичною природою воно подібне до світлового або рентгенівського виромінювань, але значно більшої енергії, а отже, і з більшою проникаючою здатністю.

Іонізуюче випромінювання є природним компонентом середови­ща проживання людини. У результаті іонізуючого випромінюван­ня створюється радіаційний фон, який складається з природного та штучного радіаційного фону. Природний радіаційний фон фор­мують космічні випромінювання, радіоактивні елементи земної кори, вода, повітря тощо.

Рівень радіаційного фону від природних джерел дорівнює 10-18 мікрорентген на годину і діє на все, що населяє земну кулю.

Сумарна річна доза опромінення людини природним радіацій­ним фоном становить 0, 1-0, 7 БЕР (біологічний еквівалент рентге­на, дорівнює 0, 01 Дж/кг) і залежить від рівня радіаційного фону, енергії та характеру іонізуючого випромінювання, а також від сту­пеня поглинання цього випромінювання організмом людини.

Рівень радіаційного фону останнім часом зростає внаслідок роз­сіювання штучних радіонуклідів, збільшення промислових викидів у біосферу, надходження у навколишнє середовище продуктів зго­рання органічного палива, роботи транспортних засобів (наземно­го, підводного, повітряного), радіоелектронної побутової техніки, ви­користання атомної енергетики тощо. Випромінювання, зумовлене розсіюванням у біосфері штучних радіонуклідів, є штучним радіа­ційним фоном.

Рівень радіоактивних ізотопів у рослинних і тваринних організ­мах залежить від їхньої концентрації у навколишньому середо­вищі. Радіоактивні елементи надходять до організму людини з водою, повітрям і харчовими продуктами.

Всесвітньою організацією охорони здоров'я (ВООЗ) введено гранич­но припустиму дозу (ГПД) радіоактивного опромінення - це така доза, яка не призводить до значних порушень у людському організмі.

Розрізняють зовнішнє та внутрішнє опромінення. Внутрішнє оп­ромінення небезпечніше від зовнішнього, тому що джерело випро­мінювання (радіоактивні елементи) знаходяться у безпосередньо­му контакті з молекулами живого організму. Крім того, радіоактивні елементи, що потрапили до організму людини, можуть накопичу­ватися і діяти протягом тривалого часу.

Радіонукліди накопичуються в різних органах, здебільшого у шкірі, кістковому мозку, селезінці, статевих органах, кришталику ока.

Дослідження радіаційної генетики, яка вивчає спадкові зміни (мутації), що виникли під впливом різних випромінювань, дали змогу встановити ГПД, що не перевищує 5 Р за рік.

Шляхи потрапляння радіонуклідів до організму людини. Допустимий вміст радіоактивних речовин в організмі (тобто така кількість, за наявності якої утворюється доза на критичний орган, яка перевищує ГПД), залежить від ступеня безпеки радіоактивних елементів у разі потрапляння всередину і визначається їхньою радіотоксичністю.

Радіотоксичність - властивість радіоактивних ізотопів при­зводити до патологічних змін в організмі. Радіотоксичність ізото­пів залежить переважно від шляхів надходження радіоактивної речовин до організму, розподілу їх в органах та системах, часу пе­ребування радіонукліда в організмі тощо.

Основними шляхами надходження радіоактивних речовин до організму людини є органи дихання і травлення, а також шкіра. Частинки пилу з радіоактивними ізотопами під час вдихання повітря через верхні дихальні шляхи частково осідають у порожнині носа та носовій частині горла, а частково потрапляють до шлунка і легень. Великі частинки затримуються у верхніх дихальних шля­хах, а менші - в легенях.

Газоподібні радіоактивні речовини із вдихуваного повітря вже за лічені секунди опиняються в міжклітинній рідині.

Рідкі та тверді радіоактивні речовини залежно від фізико-хімічних властивостей поводять себе в організмі по-різному. Частина їх відкладається в органах дихання і глибоких відділах легень, частина видихається. У легенях ці речовини частково накопичуються в альвеолах, частково розносяться кров'ю й осідають у лімфатичних вузлах.

Деяка частина радіоактивних речовин може потрапляти до міжклітинної рідини з тонкої кишки.

Через неушкоджену шкіру поглинання радіоактивних речовк-є у 200—300 разів менше, ніж через травний канал (винятком є ізотопі водню - тритій, який легко потрапляє крізь шкіру, розчиняючись у її жирі). Тому шкіра не має суттєвого значення для надходження цих речовин до організму.

За характером розподілу в організмі людини радіоактивні речовини розподіляють на три групи: радіонукліди, що відкладаються в кістяках (кальцій, стронцій, барій, радій); радіонукліди, що концентруються в печінці до 60% за загальним вмістом (цезій, нітрат плутонію та інші); радіонукліди, що рівномірно розподіляються по всьому організмові (кисень, водень, залізо, полоній).

При споживанні харчових продуктів, забруднених радіоактивними речовинами, можливе додаткове внутрішнє опромінення.

Головну роль у додатковому внутрішньому опроміненні відіграють ¹³⁷Сs (цезій) та ⁹⁰Sr (стронцій), які за хімічними властивостями є аналогами Са і К. ⁹⁰Sr і ¹³⁷Сs надходять до організму по харчових ланцюгах: 1) атмосфера — грунт — рослини (через кореневу систему)- молоко - м'ясо - людина; 2) атмосфера — рослина (через листки)- молоко — м'ясо — людина. Потрапивши до організму, вони активно включаються в біологічні цикли.

Іонізуюче випромінювання має високу біологічну активність. За­лежно від дози і виду опромінення, фізіологічного стану та інших факторів іонізуюча радіація може спричинити соматичні (гостра променева хвороба, хронічна променева хвороба, місцеві променеві ураження), сомато-стохастичні (злоякісні новоутворення, пору­шення розвитку плоду, скорочення тривалості життя) та генетичні (генні мутації, хромосомні аберації) зміни в організмі людини.

Існують суттєві відмінності в чутливості тканин і органів до дії випромінювання. Вчені встановили, що найчутливішими до опро­мінення є мало диференційовані молоді клітини, що ростуть або роз­множуються (наприклад, клітини яєчка, яєчників, лімфатичної тка­нини, кісткового мозку).

Деякі радіонукліди мають високу вибірковість розподілу в орга­нізмі, накопичуються в певних органах чи тканинах у великих кон­центраціях і зумовлюють високі дози опромінення. Прикладом та­кого радіонукліду є радіоактивний йод-131, який накопичується в щитовидній залозі.

Припускають, що іонізуючі випромінювання здатні чинити без­посередньо руйнівну дію в разі прямого попадання на елементи ядерних структур, зокрема призводити до так званих хромосомних змін та генних мутацій.

Генетичні наслідки як результат зовнішнього опроміню­вання. Закономірності та механізми виникнення спадкових змін (мутацій) під впливом іонізуючого випромінювання вивчає радіа­ційна генетика.

Іонізуюче випромінювання впливає на організм у різних дозах, навіть у надзвичайно малих. Воно зумовлює радіаційно-хімічне уш­кодження молекул, що входять до складу клітинних структур, змі­нює обмін речовин та фізіологічні функції всього організму. Особ­ливо тяжкі наслідки дії випромінювання зумовлені ушкодженням дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Порушення структури клі­тин та біологічно важливих молекул є причиною розвитку віддале­них наслідків дії іонізуючих випромінювань (післядії): загибелі клі­тин або втрата ними здатності до поділу, виникнення хромосомних мутацій, спадкових змін, променевої хвороби.

Прогнозування та оцінка віддалених наслідків променевих уражень, зумовлених малими дозами опромінення, дуже складні, оскільки закономірності їхнього виникнення істотно відрізняють­ся від променевих уражень унаслідок опромінення дозами 100 рад (позасистемна одиниця поглинутої дози радіації; 1 рад = 0, 01 Дж/кг) і більше.

Деякі дослідження радіаційної генетики свідчать, що природна частота захворювання на злоякісні новоутворення становить 1000— 2 000 випадків на 1 млн. населення за рік. Ризик виникнення пух­лин внаслідок опромінення дозою 0, 01 Грей (1 рад) на 1 млн. насе­лення складає 3-6 випадків на рік, збільшення частоти генетич­них змін в організмі в разі опромінення цією ж дозою (в першому поколінні) складає 3—4 випадки (0, 04%).

Дані вчених у цій галузі до 1986 року базувалися на досліджен­нях наслідків випробувань та використання ядерної зброї, наслід­ків аварій під час відповідних експериментів тощо. Проте увесь попередній досвід не може порівнятися з наслідками, можливими після чорнобильської катастрофи. Досі ще не вивчено достатньо ме­ханізм поєднання зовнішнього і внутрішнього опромінення (повіт­ря, їжа), зовсім не досліджене явище синергізму - взаємодії раді­ації з хімічними речовинами (свинцем, пестицидами тощо).

Захист організму від іонізуючого випромінювання. Є за­ходи, які сприяють зниженню загрози радіаційного ураження ор­ганізму. Від зовнішніх джерел іонізуючих випромінювань (рен­тгенівське, гамма-кванти, нейтрони, альфа-частинки тощо» організм захищають за допомогою екранів із матеріалів, що пог­линають радіацію. Щоб радіоактивні речовини не потрапили все­редину організму, необхідно правильно організувати роботу з дже­релами випромінювання, забезпечити персонал індивідуальними засобами захисту (комбінезони, пневмокостюми, взуття тощо), до­держуватися правил особистої гігієни, а також методики збиран­ня, зберігання, обробки та видалення радіоактивних відходів тощо Для запобігання опроміненню організму під час роботи з джере­лами іонізуючих випромінювань здійснюють дозиметричний кон­троль. Якщо опроміненню організму неможливо запобігти, ступінь променевого ураження можна послабити, застосовуючи радіоза­хисні засоби (радіопротектори) - вітаміни, сірковмісні речовини, амінокислоти, гормони тощо. Вони підвищують природну стійкість організму до іонізуючого випромінювання - радіостійкість. Длявиведення радіонуклідів з організму використовують різні адсорбенти, найдоступнішим і найпоширенішим з яких є активоване ву­гілля. Фахівцями національної академії наук України розроблено сучасний вітчизняний природний препарат «Мікотон», що має здат­ність виводити радіонукліди з організму.

Вплив електромагнітного випромінювання на організм людини. До фізичних чинників навколишнього середовища, які мають іонізуючу здатність, належить електромагнітне випромі­нювання. Це -гамма-випромінювання, ультрафіолетові промені та деякі інші.

Останнім часом, у результаті інтенсивного розвитку електроні­ки та радіотехніки, природне середовище забруднене електро­магнітними випромінюваннями (полями). Головним джерелом та­кого забруднення є радіо-, телевізійні й радіолокаційні станції, високовольтні лінії передач, електротранспорт, трансформаторні станції. Особливо небезпечні потужні військові радіолокаційні станції, напруга поля яких є настільки високою, що нерідко спричи­нює загибель птахів, які потрапляють у нього.

Напругу електромагнітного поля вимірюють у вольтах на метр (В/м). Електричні поля високої напруги негативно впливають на­самперед на нервову систему людини. Так, напруга поля, яка стано­вить 100 В/м, спричиняє головний біль і сильну втому, а ще вища напруга — безсоння, неврози, тяжкі захворювання. У районах, де зна­ходяться радіостанції й військові радіолокаційні станції, рівень електромагнітних випромінювань перевищує гігієнічні норми в 4-8 разів, а поблизу потужних ЛЕП (понад 1 000 кВ) - у 20 разів.

Одним із основних заходів охорони населення від впливу електро­магнітного випромінювання є винесення потужних комунікацій за межі проживання людей.

В результаті катастрофи на четвертому блоці Чорнобильської АЕС, яка трапилась 26 квітня 1986 р., в навколишнє середовище було викинуто більше 300 МКі радіонуклідів, що порівняно із вибухом порядку 400 атомних бомб, одна із яких 6 серпня 1945 р. була скинута на японське місто Хіросіму. Радіоактивного забруднення зазнало біля 50 тис. км2 території України, де проживало більше 2, 4 млн. жителів в 2218 населених пунктах. Далі радіоактивне забруднення розповсюджувалось по території України в залежності від напряму та швидкості вітру, інтенсивності випадання атмосферних опадів, особливостей ландшафтно-кліматич­них умов місцевості тощо. У відповідності з рівнем радіоактивного забруднення потерпіла від аварії територія України поділяється на 4 категорії (табл. 3.1).

Спостереження за радіаційною обстановкою на території України показують, що за 17 років після аварії на Чорнобильській АЕС в результаті природних процесів та прийнятих заходів з дезактивації території, що зазнала радіоактивного забруднення, відбулося багаторазове зниження радіоактивності.

Вміст радіонуклідів у водах р. Прип’ять не перевищують 1, 1 Бк/дм3, тобто утримуються в межах норми. У непроточних і слабо проточних водоймах 30-кілометрової зони ЧАЕС вміст 90 Sr становив 28, 5-31, 9 Бк/дм3, що є нормою для даного об’єкта. У 2000 р. гідрометеорологічні умови 30-кілометрової зони відчуження не призвели до ускладнення радіаційної ситуації на водних об’єктах зони та дніпровської водної системи. Максимальний (520 Бк/м3) та середньорічний (225 Бк/м3) вміст 90 Sr у водах р. Прип’ять на ділянці м. Чорнобиля були найнижчими за весь післяаварійний період, а 137 Cs (відповідно 380 та 106 Бк/м3) — одними з найнижчих.

Чорнобильська катастрофа з її довготривалими медико-біоло­гічними, економічними та соціальними наслідками створила в Україні ситуацію, яка наближається до рівня глобальної екологіч­ної катастрофи. Зона екологічного лиха, яка сформувалася навколо Чорнобильської АЕС, стосується насамперед 30-кілометрової зони. Головним джерелом небезпеки тут залишається об’єкт «Укрит­тя», в якому зосереджено небезпечні радіоактивні речовини та ядерні матеріали, радіоактивність яких становить близько 20 млн кюрі. У 30-кілометровій зоні зберігається в тимчасових непристосованих сховищах велика кількість радіоактивних відходів.

Таблиця 3.2.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОН РАДІОАКТИВНОГО ЗАБРУДНЕННЯ

Загальна площа сільськогосподарських угідь, забруднених радіонуклідами, складає 6, 7 млн га, з них до 1Кі/км2 — 5, 6 млн га, 1—5 Кі/км2 — 1, 0 млн га, 5—15 Кі/км2 — 100 тис. га, понад 15 Кі/км2 — 27 тис. га. Зона відчуження займає 58 тис. га.

Радіонукліди в значній мірі акумулюються в ґрунті, який на тривалий час стає головним джерелом надходження їх в біологічний кругообіг. Якщо вміст природних радіонуклідів і їх акумуляція в різних горизонтах ґрунту визначається мінералогічним і гранулометричним складом, вмістом гумусу, то штучні радіо­нукліди, як правило, акумулюються верхнім шаром ґрунту. Так, на орних землях більша частина радіонуклідів акумулюється в орному шарі, на цілинних та не розорюваних ділянках землі радіоактивні продукти розпаду в основному поглинаються самим верхнім шаром ґрунту товщиною декілька сантиметрів. Активно акумулюються радіонукліди дерниною та лісовою підстилкою. Важливу роль у накопиченні радіонуклідів рослинами відіграє органічна речовина. Внесення перегною в ґрунт знижує надходження радіоактивних елементів в рослини.

Оскільки в основному забруднення рослин відбувається кореневим шляхом, то з кожним роком рівень радіоактивного забруднення сільськогосподарської продукції буде поступово зменшуватися, основною причиною такого зменшення буде зниження вмісту радіонуклідів в ґрунтах.