Краткая характеристика радионуклидов: йод-131, цезий-137, стронций-90, плутоний-299

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

Реферат

По дисциплине «Защита населения и объектов от чрезвычайных ситуаций. Радиационная безопасность»

На тему: « Краткая характеристика радионуклидов: йод-131, цезий-137, стронций-90, плутоний-299»

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНСК 2013

ВВЕДЕНИЕ

При радиационных авариях основную опасность представляет радиоактивное загрязнение. Радиоактивные  изотопы – радионуклиды попадают внутрь организма при вдыхании радиоактивных  частиц, с продуктами питания. Они  накапливаются в определенных органах  и тканях, что приводит к их облучению. В основе профилактики поражения  от радионуклидов, попавших в организм, лежит ускорение выведения их из организма, а также общее повышение  сопротивляемости организма различным  заболеваниям.

Защита человека от вредного воздействия радиации обеспечивается системой нормативов, основанных на современных  знаниях и представлениях о характере  биологического действия ионизирующего  излучения.

 

Йод-131

Биологическое действие радиойода.

Йод-131 — радионуклид с  периодом полураспада 8.04 сут., бета- и гамма-излучатель. Вследствие высокой летучести практически весь йод-131, имевшийся в реакторе (7,3 МКи), был выброшен в атмосферу. Его биологическое действие связано с особенностями функционирования щитовидной железы. Ее гормоны — тироксин и трийодтирояин — имеют в своем составе атомы йода. Поэтому в норме щитовидная железа поглощает около 50% поступающего в организм йода. Естественно, железа не отличает радиоактивные изотопы йода от стабильных. Щитовидная железа детей в три раза активнее поглощает попавший в организм радиойод. Кроме того, йод-131 легко проникает через плаценту и накапливается в железе плода.

Накопление в щитовидной железе больших количеств йода-131 ведет к радиационному поражению  секреторного эпителия и к гипотиреозу  — дисфункции щитовидной железы. Возрастает также риск злокачественного перерождения тканей. Минимальная доза, при которой  есть риск развития гипотиреоза у  детей — 300 рад, у взрослых — 3400 рад. Минимальные дозы, при которых  появляется риск развития опухолей щитовидной железы, находятся в диапазоне 10-100 рад. Наиболее велик риск при дозах 1200-1500 рад. У женщин риск развития опухолей в четыре раза выше, чем у мужчин, у детей в три-четыре раза выше, чем у взрослых.

Величина и скорость всасывания, накопление радионуклида в органах, скорость выведения из организма  зависят от возраста, пола, содержания стабильного йода в диете и  других факторов. В этой связи при  поступлении в организм одинакового  количества радиоактивного йода поглощенные  дозы значительно различаются. Особенно большие дозы формируются в щитовидной железе детей, что связано с малыми размерами органа, и могу в 2-10 раз  превышать дозы облучения железы у взрослых.

Профилактика  поступления йода-131 в организм человека.

Эффективно предотвращает  поступление радиоактивного йода в  щитовидную железу прием препаратов стабильного йода. При этом железа полностью насыщается йодом и  отвергает попавшие в организм радиоизотопы. Прием стабильного йода даже через 6 ч после разового поступления 131I может снизить потенциальную  дозу на щитовидную железу примерно в  два раза, но если отложить йодопрофилактику на сутки, эффект будет небольшим.

Поступление йода-131 в организм человека может произойти в основном двумя путями: ингаляционным, т.е. через легкие, и пероральным — через потребляемые молоко и листовые овощи.

Цезий-137

Свойства радионуклида 137Сs.

Цезий-137 - бета-излучатель с  периодом полураспада 30.174 года. 137Сs  открыт в 1860 г. немецкими учеными  Кирхгофом и Бунзеном. Название получил  от латинского слова caesius — голубой, по характерной яркой линии в синей области спектра. В настоящее время известно несколько изотопов цезия. Наибольшее практическое значение имеет 137Сs, один из наиболее долгоживущих продуктов деления урана.

Ядерная энергетика является источником поступления 137Сs в окружающую среду. Согласно опубликованным данным в 2000 году реакторами АЭС всех стран  мира в атмосферу было выброшено  около 22,2 х 1019 Бк 137Сs. Выброс 137Сs осуществляется не только в атмосферу, но и в океаны с атомных подводных лодок, танкеров, ледоколов, оснащенных ядерно-энергетическими установками. Суммарная активность продуктов деления, образовавшихся в ядерном реакторе атомной подводной лодки мощностью 60 МВт при его непрерывной работе в течение одного года, достигает более 3,7 х 1017 Вк, в том числе 137Сs — приблизительно 24 х 1014 Бк. Естественно, что при крупных авариях, происшедших с двумя атомными подводными лодками США («Третер» в 1963 году и «Скорпион» в 1967), большая часть радиоактивных веществ, включая 137Сs, могла поступить в воду и явиться источником длительного загрязнения.

По своим химическим свойствам  цезий близок к рубидию и калию  — элементам 1 группы. Радиоизотопы цезия применяются в химических исследованиях, в гаммадефектоскопии, в радиационной технологии, в радиобиологических экспериментах. 137Сs используется как источник -излучения для контактной и дистанционной лучевой терапии, а также для радиационной стерилизации. Изотопы цезия при любом пути поступления в организм хорошо всасываются.

После аварии на ЧАЭС во внешнюю  среду поступило 1.0 МКи цезия-137. В настоящее время это основной дозообразующий радионуклид на территориях, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС. От его содержания и поведения во внешней среде зависит пригодность загрязненных территорий для полноценной жизни.

 

Почвы Украинско-Белорусского Полесья имеют специфическую  особенность — цезий-137 плохо  фиксируется ими и, как следствие, он легко поступает в растения через корневую систему. Поэтому  еще в доаварийные времена содержание этого радионуклида в выращенной здесь продукции было в 35-40 раз выше, чем в центральных районах страны. После аварии на ЧАЭС людей пришлось отселять из наиболее пострадавших районов вовсе не из-за опасно высокого радиационного фона — там стало невозможным ведение сельского хозяйства.

В Украине есть места, где  нельзя получать чистую продукцию даже при уровне загрязнения цезием-137 в 1 Ки/км2.

Биологическое действие 137Сs.

Изотопы цезия, являясь продуктами деления урана, включаются в биологический  круговорот и свободно мигрируют  по различным биологическим цепочкам. В настоящее время 137Сs обнаруживается в организме различных животных и человека. Следует отметить, что  стабильный цезий входит в состав организма человека и животных в  количествах от 0,002 до 0,6 мкг на 1 г  мягкой ткани.

Всасывание 137Сs в ЖКТ животных и человека составляет 100%. В отдельных  участках ЖКТ всасывание 137Сs происходит с различной скоростью. По данным ученых через час после введения всасывается по отношению к введенной  дозе: в желудке всасывается 7% 137Сs, в двенадцатиперстной кишке—77%, в тощей—76%, в подвздошной—78%, в слепой—13%, в поперечно-ободочной кишке—39%.

Через дыхательные пути в  организм человека поступление 137Сs составляет 0,25% величины, поступающей с пищевым  рационом. После перорального поступления цезия значительные количества всосавшегося радионуклида секретируются в кишечник, затем реабсорбируются в нисходящих отделах кишечника. Степень реабсорбции цезия может существенно различаться у разных видов животных. Поступив в кровь, он сравнительно равномерно распределяется по органам и тканям. Путь поступления и вид животного не влияют на характер распределения изотопа.

Л. А. Булдаков, Г. К. Королев считают, что изотопы цезия больше всего накапливаются в мышцах. По данным Ю. И. Москалева после внутривенного введения 137Сs быстро покидает кровяное русло. В первые 10 - 30 мин максимальная концентрация его регистрируется в почках (7-10% в 1 грамме ткани). Затем происходит перераспределение его, и основные количества — до 52,2% — задерживаются в мышечной ткани.

Проводили исследования по распределению 137Сs в организме свиней. Свиньям скармливали 137Сs с пищей  однократно или повторно в течение 7 суток в суммарных дозах 2,9 или 1,6 кБк. На 1, 7, 14, 28 и 60 суток после введения изотопа животных забивали и исследовали содержание 137Сs в мышечной ткани. Содержание активности в мышечной ткани животных, получавших 137Сs в дозе 2,967 кБк, было почти в 2 раза выше, чем у животных, получавших 137Сs в дозе 1,609 кБк. Уменьшение радиоактивности в мышечной ткани было наиболее выражено в первые 14 суток при обеих дозах радионуклида. Выведение 137Сs из организма свиней осуществлялось главным образом с мочой. Скорости выведения 137Сs при однократном и повторных введениях существенно различались. Период полувыведения изотопа при однократном введении составлял 5 суток, а при повторных— 14 суток.

В организме северных оленей, после однократного введения, 137Сs распределятся  таким образом. В мышцах накапливается 100%, в почках - 79, сердце - б7, селезенке - 60, легких - 55, печени - 48 %.

В опытах на собаках, проведенных  в 1968 году, было установлено, что при однократным внутривенным введением 137Сs в количестве 3,5 – 14 х 107 Бк/кг изучал распределение по органам. Показано, что наибольшие количества 137Сs через 19—81 суток содержатся в скелетных мышцах, печени, почках. Важно отметить, что введенная доза 137Сs и пол животных не влияют на распределение нуклида по органам и тканям.

Определение 137Сs в организме  человека проводят по измерению гамма-излучения  от тела и бета-, гамма-излучению от выделений (моча, кал). Для этой цели используют бета-гамма-радиометры и счетчик излучений человека (СИЧ). По отдельным пикам спектра, соответствующим различным гамма-излучателям, можно определить их активность в организме. С целью профилактики радиационных поражений 137Сs все работы с жидкими и твердыми соединениями рекомендуется проводить в герметичных боксах. Для предупреждения попадания цезия и его соединений внутрь организма необходимо использовать средства индивидуальной защиты и соблюдать правила личной гигиены.

На рабочем месте без  разрешения санэпидемслужбы могут находиться открытые препараты цезия с активностью 0,37— 3,7 мБк (10—100 мкКи).

Неотложная помощь при остром поражении изотопами  цезия.

Неотложная помощь при  поражении изотопами 137Сs заключается  в дезактивации рук и лица водой  с мылом, моющими порошками «Эра», «Астра». Необходимо провести промывание носоглотки и ротовой полости  водой или физиологическим раствором.

Для ускорения выведения  цезия из организма рекомендуют  применять в качестве сорбентов: ферроцин, 1,0: 100 мл воды, или бентонит, 20,0: 200 мл воды, с последующим вызыванием рвоты (1 % -ный апоморфин — 0,5 мл под кожу), или обильное промывание желудка водой. После очистки желудка повторное назначение курса лечения ферроцином (1,0 г 2—3 раза в сутки в течение 15—20 суток). В тяжелых случаях гемодиализ (применение аппарата «Искусственная почка»). Всемерное повышение водносолевого обмена. Назначение ацетата калия, 30,0: :200,0, по 1 столовой ложке 5 раз в день. Калиевая диета (изюм, курага) Внутривенное введение лимоннокислого натрия 10% -ного – 2 - З мл. Мочегонные с водной нагрузкой. Внутрь димедрол 0,05 г, антибиотики.

Допустимое поступление 137Сs в организм человека не должно превышать 7,4 х 102 Бк/сутки. Допустимое годовое поступление 137Сs в организм персонала через органы дыхания составляет 13,3 х 104 Бк/год. Допустимая концентрация 137Сs в воздухе рабочих помещений 5,18 х 10-1 Бк/л, в воде — 5,5 х 102 Бк/л, в атмосферном воздухе 18 х 10-3 Бк/л.

Миграция 137Сs в  почвах.

Выпавший, после аварии на ЧАЭС, на почву 137Сs прочно удерживается в верхнем гумусированном слое. Со временем происходят его физико-химические превращения, осуществляется миграция по почвенному профилю, накопление растительностью. Для цезия характерно поглощение минеральной частью почв. Элемент внедряется в кристаллические решетки глинистых минералов, прочно связываясь там самой тонкодисперсной частью почвы. Наиболее интенсивно цезий поглощается вермикулитом, флогопитом, гидрофлогопитом, асканитом, гумбрином. Сорбция цезия почвенным поглощающим комплексом после его выпадения в почву осуществляется в первое время крупнодисперсными частицами, смещаясь затем в сторону поглощения мелкодисперсной фракцией. За семь лет доля цезия, фиксированного минеральной частью почвы, увеличилась в серых лесных почвах в 2,5 раза, дерново-подзолистых -4,5 раза, в черноземных - 7 раз и может достигать 80-95% валового содержания элемента в почве. Прочно связывается цезий почвенной органикой, образуя, в частности, гуматы и фульваты. Последние характеризуются значительно большей подвижностью. Увеличивают подвижность металла водорастворимые органические вещества, образующиеся при разложении растительности. При миграции цезия в глубь почвенного горизонта выделяют два типа массопереноса - быстрый (обусловленный передвижением металла вместе с тонкодисперсными частицами) и медленный (обусловленный передвижением водорастворимых форм). В суглинистых разностях дерново-подзолистых почв наблюдается только медленный перенос, в супесчаных и песчаных - и медленный, и быстрый с преобладанием последнего. В среднем доля быстрого переноса составляет 15% всех мигрирующих форм цезия.

Н. В. Тимофеевым-Ресовским  с соавторами 137Сs выделен в отдельную  группу изотопов по характеру поведения  в системе почва - раствор - в группу, обладающую признаками обменного и  необменного поведения. Наиболее важным фактором миграции цезия в системе  почва - раствор является изменение  его собственной концентрации (он по-разному мигрирует в почвах-грунтах  в зависимости от того, в каком  количестве находится в них: поведение  цезия в системе необменное при  микроконцентрациях и обменное в области макроконцентраций).

В силу незначительной гидролизации сорбция 137Сs слабо зависит от рН почвенного раствора.

Отмечено накопление 137Сs в пойменных почвах, обусловленное  дополнительным привнесением с механическими  взвесями во время паводков. В пойменных  почвах 137Сs, как правило, задерживается  в верхнем 5-сантиметровом слое. Однако в тех случаях, когда поверхностные  горизонты пойменных почв представлены слоями легкого механического состава  с низким содержанием гумуса, 137Сs выщелачивается из этих горизонтов и  задерживается в нижележащих. Миграционная способность 137Сs повышена и в некоторых торфяных почвах, где он энергично поступает в растения. Японские исследователи отмечают факты проникновения 137Сs в породы (невыветрелые базальты) на глубину 3-5 см.