Радионуклид: цезий-137

Рейтинг:   / 40

Подробности

Родительская категория: Зона отчуждения

Категория: Радиоактивное загрязнение

Биологические свойства цезия-137 (¹³⁷Сs) - одного из наиболее биологически важных радионуклидов поступивших в окружающую среду после аварии на ЧАЭС.

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 внутри-венным 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.

Накопление радионуклида ¹³⁷Сs растениями

Цезий хорошо поглощается растительностью, коэффициент накопления элемента в урожае сельскохозяйственных культур может достигать 100%; накопление идет в основном в надземной фитомассе (до 60% поглощенного элемента). На супесчаных почвах ¹³⁷Сs в 7 раз более доступен для растений, чем ¹³⁷Сs. Интенсивное вовлечение элемента в биологический круговорот обусловлено кислотностью полесских ландшафтов, благоприятствующих физиологическому накоплению металла организмами, подвижностью металла, а также его аналогией с калием – биохимически активным элементом, дефицит которого в полесских ландшафтах ярко выражен, но который жизненно необходим растениям.

Литература:

• Бударников В.А., Киршин В.А., Антоненко А.Е. Радиобиологический справочник. – Мн.: Уражай, 1992. – 336 с.
• Чернобыль не отпускает… (к 50-летию радиоэкологических исследований в Республике Коми). – Сыктывкар, 2009 – 120 с.
• Журавлев В.Ф. Токсикология радиоактивных веществ. – 2-е, изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 336 с.