Краткая характеристика радионуклидов- йод-131, цезий-137, стронций-90, плутоний-239

Поступление в организм через  органы дыхания с воздухом может  иметь практическое значение при  нахождении животных на местности в  период формирования радиоактивного следа, когда содержание радиоактивных  частиц и аэрозолей в воздухе  сравнительно велико.

Поступивший в организм с  кормом и водой стронций-90 (как  и его аналог кальций) хорошо всасывается в желудочно-кишечном тракте, уровень всасывания зависит от многих факторов (состава рациона, физико-химических свойств соединения, возраста животных, функционального состояния организма) и колеблется от 5 до 100 %. Значительно больше стронция всасывается из кишечника у молодых животных. Это связано с более высокой потребностью их организма в щелочноземельных элементах, необходимых для построения скелета. Добавка кальция к рациону с целью уменьшить усвоение стронция-90 эффективна только для молодых животных, а для взрослых и старых существенного влияния не имеет.

У изотопов стронция скелетный  тип распределения. При любом  пути поступления в организм они  более чем на 90 % избирательно откладываются  в костях. Депонирование стронция-90 в мягких тканях при хроническом  поступлении невелико. Содержание его  в мышцах обычно не превышает 10 % суточного  поступления. Отмечена исключительно  высокая скорость обмена радиоизотопа в звене кровь ^ органы и ткани. Быстрое снижение концентрации его  в крови после поступления  в нее объясняется интенсивным  включением радиоизотопа в органы и  ткани и выведением через экскреторные органы и молочную железу (у лактирующих животных). Стронций-90 накапливается в участках костей, обладающих наибольшей зоной роста (в диафизе больше, чем в эпифизе). В компактном веществе кости всегда отмечают большую концентрацию его, чем в губчатом. С возрастом животных эта разнчца сглаживается. Накопление стронция-90 в костях приводит к радиационному облучению не только костей и костного мозга, но и окружающих тканей.

При пероральном поступлении  стронция-90 в организм главным каналом  выведения является желудочно-кишечный тракт, а при ингаляционном - мочевыделительная система. Стронций-90 выделяется и с молоком, но в значительно меньшем количестве. После однократного перорального введения дойным коровам максимальное содержание его в расчете на 1 л молока отмечено через 12-24 ч после поступления, а затем концентрация постепенно снижается и через 120-144 ч составляет всего 0,01 % на 1 л. В течение 8 сут с молоком выделяется суммарно 2,8 % введенной дозы. В условиях хронического поступления стронция-90 с кормом с суточным удоем выделяется от 0,2 до 4,7 % радионуклида, скармливаемого коровам в течение дня, или 0,06-0,38 % на 1 л удоя. При увеличении содержания кальция в рационе переход стронция в молоко снижается. После прекращения поступления в организм концентрация его в молоке также быстро снижается.

Период полувыведения  стронция-90 из мягких тканей составляет 2,5-8,5 сут, а из костей - 90-154 сут.

Реальные возможности  снижения перехода радиоизотопов в  животноводческую продукцию проявляются  в организации рационального  кормления и содержания животных. Например, содержание животных на естественных пастбищах способствует повышенному  переходу радиоизотопов в продукты животноводства, а при переводе их на культурные гастбища или на стойловое содержание в 10-15 раз снижается поступление радионуклидов в организм животных, следовательно, и в продукты животноводства.

Поступивший в организм стронций-90 действует неблагоприятно. Наиболее выраженные патологические изменения возникают в костях и костном мозге в связи с преимущественной концентрацией его в костной ткани. В разные сроки после поражения как при однократном, так и при длительном поступлении стронция-90 у животных развиваются лейкозы, остеосаркомы, новообразования желез внутренней секреции и молочных, гипофиза, яичников и др. Существенно изменяются спермо- и овогенез, функции печени и почек, иммунологическая реактивность организма.

 

 

4. Плутоний-239.

 

С элементом №94 связаны  очень большие надежды и очень  большие опасения человечества. Это  самый дорогой из технически важных металлов - он намного дороже серебра, золота и платины. Он поистине драгоценен.

Вначале были протоны - галактический  водород. В результате его сжатия и последовавших затем ядерных  реакций образовались самые невероятные  «слитки» нуклонов. Среди них, этих «слитков», были, по-видимому, и содержащие по 94 протона. Оценки теоретиков позволяют  считать, что около 100 нуклонных образований, в состав которых входят 94 протона  и от 107 до 206 нейтронов, настолько  стабильны, что их можно считать  ядрами изотопов элемента №94.

Но все эти изотопы - гипотетические и реальные - не настолько  стабильны, чтобы сохраниться до наших дней с момента образования  элементов солнечной системы. Период полураспада самого долгоживущего  изотопа элемента №94 - 75 млн. лет. Возраст  Галактики измеряется миллиардами  лет. Следовательно, у «первородного» плутония не было шансов дожить до наших  дней. Если он и образовывался при  великом синтезе элементов Вселенной, то те давние его атомы давно «вымерли», подобно тому как вымерли динозавры и мамонты.

В XX в. новой эры, нашей  эры, этот элемент был воссоздан. Из 100 возможных изотопов плутония синтезированы 25. У 15 из них изучены ядерные свойства. Четыре нашли практическое применение. А открыли его совсем недавно. В декабре 1940 г. при облучении урана ядрами тяжелого водорода группа американских радиохимиков во главе с Гленном Т. Сиборгом обнаружила неизвестный прежде излучатель альфа-частиц с периодом полураспада 90 лет. Этим излучателем оказался изотоп элемента №94 с массовым числом 238. В том же году, но несколькими месяцами раньше Э.М. Макмиллан и Ф. Эйбельсон получили первый элемент, более тяжелый, чем уран, - элемент №93. Этот элемент назвали нептунием, а 94-й - плутонием. Историк определенно скажет, что названия эти берут начало в римской мифологии, но в сущности происхождение этих названий скорее не мифологическое, а астрономическое.

Элементы №92 и 93 названы  в честь далеких планет солнечной  системы - Урана и Нептуна, но и  Нептун в солнечной системе - не последний, еще дальше пролегает орбита Плутона - планеты, о которой до сих пор почти ничего не известно... Подобное же построение наблюдаем и на «левом фланге» менделеевской таблицы: uranium - neptunium - plutonium, однако о плутонии человечество знает намного больше, чем о Плутоне. Кстати, Плутон астрономы открыли всего за десять лет до синтеза плутония - почти такой же отрезок времени разделял открытия Урана - планеты и урана - элемента.

Первый изотоп элемента №94 - плутоний-238 в наши дни нашел  практическое применение. Но в начале 40-х годов об этом и не думали. Получать плутоний-238 в количествах, представляющих практический интерес, можно, только опираясь на мощную ядерную  промышленность. В то время она  лишь зарождалась. Но уже было ясно, что, освободив энергию, заключенную  в ядрах тяжелых радиоактивных  элементов, можно получить оружие невиданной прежде силы. Появился Манхэттенский  проект, не имевший ничего, кроме  названия, общего с известным районом  Нью-Йорка. Это было общее название всех работ, связанных с созданием  в США первых атомных бомб. Руководителем  Манхэттенского проекта был назначен не ученый, а военный - генерал Гровс, «ласково» величавший своих высокообразованных подопечных «битыми горшками».

Руководителей «проекта»  плутоний-238 не интересовал. Его ядра, как, впрочем, ядра всех изотопов плутония с четными массовыми числами, нейтронами низких энергий не делятся, поэтому он не мог служить ядерной  взрывчаткой. Тем не менее первые не очень внятные сообщения об элементах №93 и 94 попали в печать лишь весной 1942 г.

Нейтронами низких энергий  мы называем нейтроны, энергия которых  не превышает 10 кэВ. Нейтроны с энергией, измеряемой долями электронвольта, называются тепловыми, а самые медленные нейтроны - с энергией меньше 0,005 эВ - холодными. Если же энергия нейтрона больше 100 кэВ, то такой нейтрон считается уже быстрым.

Чем это объяснить? Физики понимали: синтез изотопов плутония с  нечетными массовыми числами - дело времени, и недалекого. От нечетных изотопов ждали, что, подобно урану-235, они смогут поддерживать цепную ядерную  реакцию. В них, еще не полученных, кое-кому виделась потенциальная ядерная  взрывчатка. И эти надежды плутоний, к сожалению, оправдывал.

В шифровках того времени  элемент №94 именовался не иначе, как... медью. А когда возникла необходимость  в самой меди (как конструкционном  материале для каких-то деталей), то в шифровках наряду с «медью» появилась «подлинная медь».

В 1941 г. был открыт важнейший  изотоп плутония - изотоп с массовым числом 239. И почти сразу же подтвердилось  предсказание теоретиков: ядра плутония-239 делились тепловыми нейтронами. Более  того, в процессе их деления рождалось  не меньшее число нейтронов, чем  при делении урана-235. Тотчас же были намечены пути получения этого изотопа  в больших количествах...

Прошли годы. Теперь уже  ни для кого не секрет, что ядерные  бомбы, хранящиеся в арсеналах, начинены плутонием-239 и что их, этих бомб, достаточно, чтобы нанести непоправимый ущерб всему живому на Земле.

Распространено мнение, что  с открытием цепной ядерной реакции (неизбежным следствием которого стало  создание ядерной бомбы) человечество явно поторопилось. Можно думать по-другому  или делать вид, что думаешь по-другому, - приятнее быть оптимистом. Но и перед  оптимистами неизбежно встает вопрос об ответственности ученых. Мы помним триумфальный июньский день 1954 г., день, когда дала ток первая атомная  электростанция в Обнинске. Но мы не можем забыть и августовское утро 1945 г. - «утро Хиросимы», «черный день Альберта Эйнштейна»... Помним первые послевоенные годы и безудержный атомный шантаж - основу американской политики тех  лет. А разве мало тревог пережило человечество в последующие годы? Причем эти тревоги многократно  усиливались сознанием, что, если вспыхнет новая мировая война, ядерное  оружие будет пущено в ход.

Здесь можно попробовать  доказать, что открытие плутония не прибавило человечеству опасений, что, напротив, оно было только полезно.

Допустим, случилось так, что по какой-то причине или, как  сказали бы в старину, по воле божьей, плутоний оказался недоступен ученым. Разве уменьшились бы тогда наши страхи и опасения? Ничуть не бывало. Ядерные бомбы делали бы из урана-235 (и в не меньшем количестве, чем  из плутония), и эти бомбы «съедали»  бы еще большие, чем сейчас, части  бюджетов.

Зато без плутония не существовало бы перспективы мирного использования  ядерной энергии в больших  масштабах. Для «мирного атома» просто не хватило бы урана-235. Зло, нанесенное человечеству открытием ядерной энергии, не уравновешивалось бы, пусть даже частично, достижениями «доброго атома».

Когда ядро плутония-239 делится  нейтронами на два осколка примерно равной массы, выделяется около 200 МэВ  энергии. Это в 50 млн раз больше энергии, освобождающейся в самой известной экзотермической реакции C + O2 = CO2. «Сгорая» в ядерном реакторе, грамм плутония дает 2·107 ккал. Чтобы не нарушать традиции (а в популярных статьях энергию ядерного горючего принято измерять внесистемными единицами - тоннами угля, бензина, тринитротолуола и т.д.), заметим и мы: это энергия, заключенная в 4 т угля. А в обычный наперсток помещается количество плутония, энергетически эквивалентное сорока вагонам хороших березовых дров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1.Учебное пособие «Безопасность  жизнедеятельности», А.И. Антоненков Минск, 2001.

2.Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества / Под ред. В.А. Филова и др.  Л.: Химия , 1990.

3.Современные методы разделения и определения радиоактивных элементов.  М.: Наука, 1989.  312 с.