11.04.2023
Радиационная гигиена. Л. А. Ильин, В. Ф. Кириллов, И. П. Коренков. Глава 12
Гигиеническая характеристика радионуклидных загрязнений окружающей среды
Дополнительное внешнее облучение может быть при накоплении радионуклидов на поверхности земли, при этом в основном доза облучения будет обусловлена у-излучателями или прохождением над населенным районом радиоактивного облака.
Дополнительное внутреннее облучение возможно при попадании радионуклидов в организм при вдыхании загрязненного воздуха и алиментарным путем: при использовании загрязненных радионуклидами воды и пищевых продуктов. Общая схема миграции и путей поступления радиоактивных изотопов в организм человека представлена на схеме 2.
Значимость каждого из указанных на схеме путей поступления радионуклидов в организм неодинакова. Так, в случае неконтролируемого постоянного выброса в атмосферный воздух значительного количества радиоактивных отходов в виде аэрозолей на прилегающих к таким объектам территориях создаются такие условия, при которых для проживающего населения наибольшую потенциальную опасность будет представлять аэрогенный путь поступления изотопов в организм. При неконтролируемом постоянном сбросе жидких радиоактивных отходов с высокой удельной активностью в открытые водоемы, используемые для целей водоснабжения, появляется потенциальная опасность попадания радиоактивных продуктов в организм с питьевой водой и т.д.
В настоящее время дополнительное облучения населения за счет искусственных радионуклидов, поступивших в окружающую среду, обусловлено испытаниями ядерного оружия, проведенными до подписания договора об их запрещении. В результате испытаний к 1973 г. в биосферу было выброшено, по оценкам различных авторов, только одного 90Sr 0,6 ЭБк. Еще больше поступило 137Cs. Радиоактивность атмосферы Северного полушария за счет 14С при интенсивных испытаниях возросла примерно на 50%. В период испытаний в зависимости от их интенсивности, зон и районов земного шара удельная активность приземного слоя воздуха по долгоживущим искусственным изотопам колебалась в пределах от 3,710"3 до 5,510"4 Бк/м3.
Так, в районе Москвы в течение 19571959 гг. удельная активность воздуха в среднем находилась примерно на одном уровне -от 11,8?10-2 до 18? 10-2 Бк/м3. В 1960 г. она уменьшалась в 5 раз по сравнению с предыдущим годом. В 1961 г. до возобновления испытаний средняя концентрация долгоживущих изотопов была равна 4,8?10-3 Бк/м3, а после возобновления испытаний достигла 11,4? 10-2 Бк/м3. Удельная активность атмосферного воздуха по 90Sr в период испытаний варьировала от 14,8?10-6 до 4,1?10-4 Бк/м3. После прекращения испытаний ядерного оружия повседневно удельная активность воздуха снижалась. Так, в атмосферном воздухе 90Sr (10-6 Бк/м3) в 1991 г. составлял 2,4, в 1996 г. - 1,29.
В табл. 45 представлена плотность выпадений на поверхности земли в Москве (выпадения примерно соответствуют средним значениям выпадений в целом по Российской Федерации и СНГ, за исключением территорий, загрязненных выбросами ЧАЭС).
Таблица 45. Динамика содержания суммарной P-активности, 90Sr и 137Cs в атмосферном воздухе и выпадениях в Москве за период 1957-2007 г
Почва. Выпадающие из атмосферы долгоживущие радионуклиды накапливались в поверхностных слоях почвы, очищение которой происходит достаточно медленно за счет радиоактивного распада и механического удаления, в том числе и за счет перехода в растительность. Максимальное содержание в почве отмечалось в 1966 г. и составляло 1,4 кБк/м2 90Sr и 2,2 кБк/м2 137Cs, а к настоящему времени оно составляет в среднем по России примерно 1 кБк/м2 и около 1,7 кБк/м2 соответственно.
Периоды механического полуочищения почвы варьируют в широких пределах, особенно для 137Cs, и определяются физикохимическими свойствами почвы, характером растительности, гидрологическим режимом, химической формой нахождения нуклида в почве и др. Балансовые расчеты, выполненные по средним для страны показателям ежегодных атмосферных выпадений и содержания в почве, показали, что очищение почвы от 90Sr происходит с полупериодом в 15 лет, а от 137Cs - 20 лет.
Из большого количества радиоактивных осколков, возникающих при ядерных взрывах и выпадающих в составе глобальных осадков, основную роль в возможном дополнительном внутреннем облучении играют 90Sr и 137Cs, с которыми можно сравнивать дозу за счет 14С. По данным НКДАР при ООН, 14С ныне может давать вклад в интегральную дозу облучения гонад до 20%, а костного мозга - до 10%.
Являясь аналогами по своим химическим свойствам, Са и К, 90Sr и 137Cs активно включаются в биологические циклы и поступают в организм человека по пищевым цепочкам:
• атмосфера-почва-растение (через корневую систему)-молоко и мясные продукты-человек;
• атмосфера-растения (задержка на листьях и поглощение листьями)-молоко и мясные продукты-человек;
• атмосфера-растения-человек и т.д.
Общее поступление 14С в атмосферу в результате испытаний термоядерного оружия оценивают в 220 ПБк. Максимальная концентрация «оружейного» углерода была в 1965 г., превышавшая естественное содержание в 2 раза.
В настоящее время она составляет 25% от естественного уровня.
Относительно короткий период полувыведения 137Cs из организма (около 100 дней) приводит к тому, что при его хроническом поступлении с рационом довольно быстро (практически через несколько периодов) устанавливается равновесие. В дальнейшем при постоянстве активности пищи 137Cs в организме не накапливается. Уменьшение активности рациона по этому изотопу способствует быстрому снижению активности тела человека. Напротив, при поступлении в организм 90 Sr, имеющего значительный период полувыведения (примерно 1,8?105 дней), равновесия не возникает. В связи с этим при длительном сохранении постоянной активности рациона по этому изотопу происходят постепенное накопление в костной ткани и последующее присутствие его в организме практически на протяжении всей жизни человека. Следует отметить, что загрязненность пищевых продуктов в России, Великобритании, Франции, США находится в одних и тех же пределах, характерных для Северного полушария, хотя по отдельным районам имеются значительные различия, связанные с климатическими и геохимическими особенностями.
Определение содержания 90Sr и 137Cs в пищевых продуктах в основном было выполнено в Институте биофизики Министерства здравоохранения СССР и радиологических подразделениях санэпидстанций страны, ныне центров
Госпотребнадзора. Для наблюдения за адекватностью результатов, полученных в санитарно-эпидемиологических станциях, Институт биофизики и Ленинградский научноисследовательский институт радиационной гигиены осуществляли систематические контрольные измерения.
Содержание 90 Sr и 137С в основных видах пищевых продуктов в среднем по СССР и России за 1963-2005 гг. приведены в табл. 46 и 47.
В период с 1964 по 1968 г. происходил постепенный, но выраженный спад загрязнения большинства видов пищевых продуктов. Для 137Cs этот спад был более резким, чем для 90 Sr. Так, загрязнение пшеничного хлеба90 Sr снизилась к 1969 г. по сравнению с 1963 г. в 5,8 раза, а загрязнение 137Cs - в 13,2 раза. Загрязненность молока 90Sr снизилась к 1969 г. по сравнению с 1964 г. в 3,7 раза, а загрязненность 137Cs - в 8 раз. Уровни выпадений 90Sr и 137Cs за тот же период (с 1963 г.) снизились примерно в 9 раз.
Динамика показателей загрязнения пищевых продуктов 137Cs и 90Sr в определенной мере согласуется с данными, характеризующими выпадения этих нуклидов. Однако содержание долгоживущих изотопов в пищевых продуктах снижался непропорционально уменьшению уровня выпадений. Это обусловлено тем, что загрязнение пищевых продуктов растительного происхождения происходит двумя путями: сорбцией изотопов из воздуха и их усвоением из почвы. При этом коэффициенты пропорциональности для воздушного пути поступления в 20-200 раз выше, чем для почвенного.
Коэффициент пропорциональности для почвы - количество 90 Sr в беккерелях на 1 кг или 1 л пищевых продуктов или корма животных при содержании в почве 10 МБк 90Sr на 1 км2; например, для молока по 90Sr коэффициент пропорциональности почвенного пути загрязнения равен 0,1, воздушного (цепочка воздух-трава- корова-молоко) - 1,8; для хлеба по 137Cs коэффициент пропорциональности почвенного пути равен 0,23, воздушного - 13. Если при проведении испытаний и в ближайшие 2 года воздушный путь поступления играл ведущую роль, то в дальнейшем значение почвенного пути возрастало. Так, например, в 1962-1964 гг. на Южном Урале доля почвенного пути поступления 90 Sr в пшеницу составляла всего около 2%, а в 1966 г. - 12%. В целом по стране доля 90Sr, поступающего из почвы в молоко, с 1963 по 1975 г. возросла с 11 до 63%, в картофель - с 56 до 93%, a 137Cs соответственно с 2 до 22 и с 9 до 62%.
Уровень 137Cs и 90Sr в мясе оленей наибольший. Наличие на Севере своеобразной цепочки ягель-олень обусловило в 1963 г. содержание 137Cs в оленине до 226 Бк/кг, в 1964 г. - 1640?300 Бк/кг. В последующие годы произошло снижение его уровня, которое в 1973 г. достигло 180?25 Бк/кг. Количество 90Sr в оленине составляло в 1963 г. 7,5?1,5 Бк/кг, в 1973 г. - 0,9?0,1 Бк/кг. Среди других пищевых продуктов, удельный вес которых в рационе населения сравнительно мал, чай и ароматическая зелень (укроп, петрушка, шпинат и др.) содержали указанные радиоактивные изотопы до 1000 Бк/кг.
Рационы людей разных возрастных групп существенно различаются по количественному составу и набору пищевых продуктов, входящих в рацион. На примере городского населения страны в табл. 48. приведено относительное потребление основных пищевых продуктов некоторыми контингентами населения. Для наглядности потребление компонентов рациона детьми в возрасте от 1 года до 3 лет принято за 1.
Материалы, характеризующие поступление 90Sr и 137С в организм городского и сельского жителя СССР и России, полученные на основе данных о структуре питания и среднего по стране загрязнения продовольствия, представлены в табл. 49.
Таблица 48. Относительное потребление основных компонентов рациона населением разных возрастных групп
Из таблицы видно, что наибольшее количество обоих радионуклидов в рационе городского и сельского населения приходится на 1964 г. Это объясняется тем, что в 1964 г. потреблялось загрязненное продовольствие урожая 1963 г., когда отмечалось наибольшее загрязнение пищевого сырья после завершения массовых испытаний ядерного оружия в 1961-1962 гг. Кроме того, в 1964 г. вследствие неблагоприятных погодных условий и обусловленного ими недостаточного урожая зерновых в стране получили более широкое, чем обычно, распространение темные сорта хлеба, выпеченные из муки повышенного выхода и, следовательно, содержащей повышенные количества оболочечной части зерна вместе с сорбированными на ней радионуклидами. За 45 лет поступление 90Sr снизилось в 4-5 раз, 137Cs - в 7-11 раз. Более резкое снижение загрязнения рациона 137Cs объясняется главным образом тем, что он прочнее фиксируется почвой и труднее переходит из нее в растительность. Вследствие этого в годы, когда интенсивность глобальных выпадений резко снизилась, почти аналогично понизилось загрязнение продовольствия 137Cs. В то же время столь же резкого падения загрязнение продовольствия 90 Sr не произошло, поскольку заметная часть этого нуклида продолжала поступать в продовольствие из почвы, где содержание 90 Sr за десятилетие практически не изменилось. Отмеченные закономерности подтверждаются расчетными данными, представленными в табл. 49.
Данные табл. 49 позволяют отметить, что загрязнение рациона сельского населения в период интенсивных глобальных выпадений была заметно выше такового городских жителей главным образом за счет более высокого потребления на селе хлебопродуктов и картофеля. В последние годы это различие сгладилось, что обусловлено двумя процессами. Во-первых, неадекватными по темпам изменениями в структуре питания. Например, потребление молока на душу населения в городах возрастало быстрее, чем в сельской местности, где оно и без того было относительно высоким. Во-вторых, разной была и динамика загрязнения отдельных видов продовольствия, что обусловлено неодинаковой значимостью для них воздушного и почвенного путей загрязнения. Так, если за 45 лет загрязнение картофеля 90Sr снизилось в 2-2,5 раза, а 137Cs - в 10-12 раз, то загрязнение хлебопродуктов снизилось соответственно в 7-8 и в 15-16 раз. За весь период наблюдения основную роль в качестве поставщиков 90 Sr играли хлебопродукты и молоко, несколько меньшую - картофель и овощи, а в последнее время - рыба. Поставщиками '^s, кроме указанных продуктов, в течение всего периода наблюдений являлись также мясные продукты.
В ряде населенных пунктов и районов Советского Союза содержание 90Sr и 137Cs превышало средний показатель. Так, несколько большее поступление 90 Sr с рационом было зафиксировано на Дальнем Востоке, в некоторых районах Закавказья, горных районах Средней Азии (вследствие повышенной плостности осадков). Своеобразные условия сложились на Крайнем Севере, где в результате специфической цепочки (лишайник-олень-человек) поступление 137Cs в организм пастухов-оленеводов существенно превышало среднюю величину. Количество 137Cs в суточном рационе в 1965 г. достигало 1700-2600 Бк/кг сухой массы. В 1973 г. концентрация 137Cs в рационе снизилась до 110-370, в 1983 г. - до 110 Бк/кг. Специфические природно-климатические условия в районе Белорусско-Украинского Полесья обусловили в 35-40 раз большее содержание 137Cs в рационе жителей этого района, чем центральных районов страны. Последнее можно объяснить слабой фиксацией 137Cs почвами и, как следствие, интенсивной его миграцией в растения через корневую систему. Главными поставщиками цезия в рацион населения в этом случае являлись молоко (до 70%) и картофель (10-27%).
При сравнении рациона питания в СССР с так называемым «западным типом» выявлены некоторые отличия в значении отдельных пищевых продуктов как главных поставщиков долгоживущих нуклидов. Так, в США основное количество 90Sr поступает с молоком. В связи с указанными обстоятельствами количество 90Sr, поступающее с рационом в организм жителей нашей страны, несколько превышало уровень поступления 90 Sr в организм населения стран Западной Европы и США (в 1,5-2 раза).
Следует отметить, что содержание 90Sr (Бк/г Са ) в скелете жителей СССР и стран Западной Европы и США близко между собой (в 1963 г.: СССР - 0,06, США - 0,06, Дания - 0,03; в 1973 г.: СССР - 0,06, США - 0,05, Дания - 0,055; в 1979 г.: СССР - 59,2, США -41,7, Дания - 41,7). Было установлено, что отношение между 90Sr и Са в костной ткани взрослого человека населения СССР и их содержанием в рационе в 1963-1966 гг. составляло 0,02, что примерно в 2 раза меньше, чем в США (0,04-0,05) и Дании (0,06). Причины этого явления можно объяснить тем, что, во-первых, усвоение в организме 90Sr, попавшего на продукты непосредственно из воздуха, меньше, чем невоздушное.
Последнее подтверждает и динамика отношения в СССР и США, которое с 1963 по 1973 г. изменилось с 0,55 до 0,87 на фоне значительного уменьшения плотности глобальных выпадений; во-вторых, усвоение
90Sr из рациона в СССР тормозилось в связи с тем, что в темных сортах хлеба присутствуют соединения фитиновой кислоты, ограничивающей всасывание 90Sr и Са в желудочно-кишечном тракте.
Наибольшие концентрации 90 Sr в костной ткани новорожденных и детей до 4 лет были обнаружены в 1963-1964 гг., когда уровень загрязнения молока был максимальным. У лиц юношеского возраста (15-20) и взрослых пиковые значения были позднее - в 1965 г., т.е. отмечалось «запаздывание», связанное с преимущественным употреблением хлебопродуктов урожая предыдущего года.
Динамика содержания 90Sr в костной ткани детей от 0 до 1 года, сохраняя общую тенденцию, присущую в тот или иной период всем возрастным группам, имеет некоторые особенности, обусловленные характером питания ребенка на первом году жизни. Установлено, что основным источником поступления 90 Sr в новорожденных служит рацион матери, причем среднее значение отношения скелете новорожденного к рациону матери в нашей стране было равно 0,05 (этот показатель в Англии оказался выше в 2,5 раза, в Дании - в 3,5, что объясняется теми же причинами национальных особенностей структуры питания населения, которые указаны выше). При переходе ребенка на искусственное вскармливание (в возрасте 6-8 мес) существенно возрастет содержание 90Sr в скелете. Подобное явление наблюдают также у младенцев Западной Европы, но в возрасте 4 мес. Ранний срок перевода ребенка с грудного вскармливания на искусственное питание, по-видимому, в 60-е годы являлся главной причиной более высокого содержания 90 Sr у младенцев в ряде стран по сравнению с детьми Советского Союза (табл. 50).
Таблица 50. Содержание 90Sr в костной ткани детей грудного возраста (0-1 год) в костную ткань 90Sr/Ca в некоторых странах по данным НКДАР при ООЬ
Содержание 90Sr в костной ткани взрослого населения в 1959- 1965 гг. было почти в 2 раза меньше, чем у новорожденных, в 3 раза меньше, чем у детей грудного возраста, и в 4 раза меньше, чем у детей младшей возрастной группы (1-4 года). Обнаруженные отличия обусловлены неодинаковой интенсивностью обмена 90 Sr и Са в организме детей и взрослых. При постоянном поступлении 90Sr с рационом в организме вначале задерживается до 20% его, затем указанная величина уменьшается. Следует отметить, что обновление костной ткани у грудных детей на 100% происходит в течение года. Доля 90Sr, поступающего в организм взрослого с рационом и включающегося в состав скелета, в 5-7 раз меньше по сравнению с детьми (обмен - 2-4% в год).
С течением времени в связи с изменением содержания 90 Sr в рационе и относительно медленным выведением90 Sr из организма взрослого в 1974-1978 гг. концентрация этого радионуклида в костях взрослого стала выше, чем у новорожденных, и приблизилась к таковой его у детей первого года жизни. Наконец, следует отметить, что частота уровня накопления 90Sr в однотипных группах населения была логарифмически нормальной. При этом у 1% населения содержание радионуклида может превышать среднюю величину в 3 раза, а у 0,05% лиц, входящих в однотипную группу, - в 10 раз.
Поступающий с пищей 137Cs полностью усваивается в желудочно-кишечном тракте. Примерно 80% его задерживается в мышечной ткани и примерно 10% быстро выводится из организма. Биологический период полувыведения 137Cs у новорожденных равен 10 сут, у детей - 50 сут и у взрослых - 100 сут. Содержание 137Cs в организме человека при прочих равных условиях увеличивается с возрастом, достигая максимума в 20-22 года, в старших возрастных группах его количество на единицу массы тела уменьшается. Концентрация 137Cs на 1 кг массы тела обычно примерно на 50% меньше у женщин, чем у мужчин (цезий по своим химическим свойствам является аналогом калия, а в теле мужчин больше калия).
Максимальный уровень 137Cs зафиксирован в организме коренных жителей Севера в 1964-1965 гг.: у оленеводов-мужчин - 0,18 МБк. В районе Белорусско-Украинского Полесья в 1967-1970 гг. содержание 137Cs в организме мужчин в среднем составляло 4,1 Бк, у женщин - 2,5 Бк, у детей 5-10 лет - 1,7 Бк.
В целом характер распределения численности населения по содержанию радионуклида в организме логарифмически нормальный. При этом превышение средних показателей у мужчин и женщин в 2 раза возможно в 3% случаев, а в 5 раз - менее чем в 1% случаев.
На основании материалов оценки содержания 90Sr и 137Cs в организме человека были рассчитаны суммарные дозы (внешнего и внутреннего облучения). При расчете дозы внутреннего облучения для 90Sr считается, что 99% радионуклида накапливается в скелете и облучению подвергаются собственно костная ткань, костный мозг и эндотелиальные клетки. 137Cs накапливается в мягких тканях.
Средние суммарные дозы облучения населения СССР за счет радионуклидов глобальных выпадений в 1963 г. составляли 400 мкЗв, в 1964 г. - 117, в 1965 г. - 70, в 1967 г. - 36, в 1970 г. - 30 мкЗв.
В настоящее время доза облучения населения планеты от выпавших после ядерных испытаний радионуклидов составляет 5 мкЗв/год, а общая коллективная доза населения земного шара равна 32 000 чел.-Зв, т.е. менее 0,2% суммарной дозы (НКДАР при ООН, 2008 г.).
Теги: радионуклиды
234567 Начало активности (дата): 11.04.2023 11:43:00
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова: радионуклиды, аэрозоли, окружающая среда
12354567899
Похожие статьи
Радиационная гигиена. Л. А. Ильин, В. Ф. Кириллов, И. П. Коренков. Глава 3Радиационная гигиена. Л. А. Ильин, В. Ф. Кириллов, И. П. Коренков. Глава 4
Рентген на дому 8 495 22 555 6 8
Радиационная гигиена. Л. А. Ильин, В. Ф. Кириллов, И. П. Коренков. Глава 11
Радиационная гигиена. Л. А. Ильин, В. Ф. Кириллов, И. П. Коренков. Глава 7
Радиационная гигиена. Л. А. Ильин, В. Ф. Кириллов, И. П. Коренков. Глава 13
