Наибольшую опасность из радиоактивных элементов представляют те, у которых период полураспада составляет от нескольких недель и месяцев до нескольких лет (см. табл. 41), поскольку короткоживущие изотопы распадаются быстро и не успевают принести существенного вреда, а долгоживущие – слабо радиоактивны.
Таблица 41
Основные радиоактивные изотопы, имеющие значение для экологии (Рамад, 1981)
| Радиоизотоп (в скобках – стабильный изотоп) | Период полураспада | Излучение | ||
| α | β | Γ | ||
| Группа А: Радиоизотопы элементов, составляющих основу живого вещества | ||||
| 14C (12C) | 5568 лет | + | ||
| 3H (1H) | 12,4 года | + | ||
| 32P (31P) | 14,5 сут. | +++ | ||
| 35S (32S) | 87,1 сут. | + | ||
| 45Ca (40Ca) | 160 сут. | ++ | ||
| 24Na (23Na) | 15 ч. | +++ | +++ | |
| 42K (39K) | 12,4 ч. | +++ | ++ | |
| 40K (39K) | 1,3 млрд. Лет | ++ | ++ | |
| 59Fe (56Fe) | 45 сут. | ++ | +++ | |
| 54Mn (55Mn) | 300 сут. | ++ | ++ | |
| 131I (127I) | 8 сут. | ++ | ++ | |
| Группа В: обильны в радиоактивных осадках, выбросах при авариях реакторов | ||||
| 90Sr (88Sr) | 27,7 года | ++ | ||
| 137Сs (133Сs) | 32 года | ++ | + | |
| 144Сe (140Сe) | 285 сут. | ++ | + | |
| 106Ru (101Ru) | 1 год | + | ||
| 91Y (89Y) | 61 сут. | +++ | ++ | |
| 239Pu (244Pu) | 24000 лет | ++++ | ++ | |
| Группа С: Инертные газы | ||||
| 41Ar (40Ar) | 2 ч. | ++ | ||
| 85Kr (84Kr) | 10 лет | + | ||
| 133Xe (131Xe) | 5 сут. | +++ |
+ энергия меньше 0,2 МэВ, ++ энергия 0,2-1 МэВ, +++ энергия 1-3 МэВ, ++++ энергия больше 3 МэВ
Серьезную проблему представляют стронций–90 и цезий–137 благодаря своей способности к накоплению в человеческом организме. Стронций благодаря своему химическому сходству с кальцием очень легко проникает в костную ткань позвоночных, а цезий может накапливаться в мускулах, замещая калий.
Фоновое содержание стронция–90 в почвах составляет 28 г т–1, в почвах крупных городов – 44 г т–1. Содержание цезия–137 в воздухе составляет (пг м–3): 20 (Норвегия), 40 (Гренландия), 60–1500 (ФРГ), 16–1500 (Япония), 70–300 (США, Канада) (Мазур, 1996).
В организм человека цезий и стронций попадают с пищей. Средние содержания их в культурных растениях приведено в таблице 42 (один Бк соответствует одному распаду в сек).
Таблица 42
Среднее содержание 90Sr и 137Cs (Бк кг–1 сухой массы) в культивируемых растениях
| Культура | 90Sr | 137Cs |
| Пшеница (зерно) | 2,849 | 10,730 |
| Рожь (зерно) | 2,701 | 7,400 |
| Ячмень (зерно) | 3,108 | 6,290 |
| Морковь | 0,555 | 1,887 |
| Капуста | 0,469 | 2,109 |
| Картофель | 0,185 | 1,406 |
| Свекла | 0,666 | 1,702 |
| Яблоки | 0,333 | 1,998 |
После газа радона-222 калий-40 занимает второе место в создании природного радиоактивного фона, за ним следуют уран, радий и торий. Содержание этих радиоактивных элементов в различных породах приведено в таблицах 43, 44. Поскольку строительные материалы изготавливаются из природного сырья, практически все они также в разной степени радиоактивны (см. таблицу 45).
Таблица 43
Распространение 40K в окружающей среде
| Источник | Бк кг–1 |
| Морская вода | 12–15 |
| Почвы | 37–1100 |
| Известняк | 30–40 |
| Гранит | 925–1200 |
| Базальт | 290–400 |
| Изверженные породы | 814–925 |
| Глинистые сланцы | 85–850 |
| Песчаники | 300–400 |
| Апатиты | 44–170 |
| Фосфатиты | |
| Фосфатно-калийные удобрения | |
| Азотно-фосфорно-калийные удобрения | 1200–5900 |
Таблица 44
Концентрации радиоактивных изотопов (Бк кг–1) в горных породах
| Тип породы | 238U | 226Ra | 232Th |
| Граниты | 96–114 | 81,4 | |
| Диориты | – | 32,5 | |
| Базальты | 18,5 | 11,1 | |
| Дюриты | 0,4 | – | 24,4 |
| Сланцы | 14,8 | 44,4 | |
| Алюминиевые сланцы | – | – | |
| Известняки | 14,8–25,9 | 7,0–7,7 | |
| Песчаники | 11,1–25,9 | 11,1 |
Таблица 45
Радиоактивность строительных материалов
| Строительный материал | Радиоактивность, Бк кг–3 |
| Дерево | 1,1 |
| Природный гипс | |
| Песок и гравий | |
| Портландцемент | |
| Кирпич | |
| Гранит | |
| Зольная пыль | |
| Глинозем | |
| Фосфогипс | |
| Кальцийсиликатный шлак | |
| Отходы урановых обогатительных предприятий |
Надо отметить, что опасность ионизирующей радиации для живых существ зачастую преувеличивается. Во-первых, она имеет пороговый уровень, ниже которого воздействие радиации на организмы не является вредным. Во-вторых, малые дозы радиации могут быть полезными (так называемый «эффект хормезиса»).
Так, исследования воздействия малых доз радиации на животных показали, что продолжительность жизни облученных мышей, крыс, собак оказалась дольше, они были более здоровыми и приносили более многочисленное потомство, чем животные, не подвергавшиеся облучению (Кондратьев, 1999). Сходные данные получены и для человека (Кузин, 1991). При малых дозах гамма излучения и быстрых нейтронов наблюдалось усиление роста водорослей, увеличение продолжительности жизни мышей и морских свинок. Хормезис проявляется в стимулировании восстановления ДНК, синтезе белков, образовании антистрессорных белков, обезвреживании свободных радикалов, стимулировании иммунной системы. У млекопитающих обнаружено усиление защитных реакций по отношению к опухолевым и инфекционным заболеваниям, в частности, лейкемией, раком и саркомой (Кондратьев, 1999).
В сельском хозяйстве, например, ионизирующие излучения используются для повышения всхожести семян, ускорения развития и повышения урожая растений, лучшей прививаемости черенков, повышения яйценоскости кур, стимуляции оплодотворяемости и выхода мальков в рыбоводстве (Кузин, 1981).
При обследовании жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки выяснилось, что у людей, подвергшихся облучению на уровне 100 мЗв[1], смертность от лейкемии была меньше, чем у контрольной группы. В Норвегии природный радиоактивный фон обеспечивает среднюю дозу облучения людей за время жизни 365 мЗв, в некоторых местностях – до 1500 мЗв, в Индии и Иране есть районы, где эта доза возрастает до 2000 и 3000 мЗв, соответственно (Кондратьев, 1999). В России пороговым уровнем считается 70 мЗв (до 1991 г. был принят уровень 50 мЗв).
Многие курорты (например, в горах Швейцарии, Кавказа, Памира, Колорадо), наряду с благоприятными климатическими факторами, как правило, включают и фактор повышенного природного радиоактивного фона. Всемирно известные курорты Браубах, Висбаден, Баден-Баден (Германия), Бадгастайн (Австрия), Масутами-Спрингс (Япония), Цхалтубо, Пятигорск, Белокуриха и многие другие возникли вокруг источников с повышенным содержанием радона.
Радон
Наибольшая доля природного радиоактивного фона (около 50 %) образуется радоном, являющимся естественным продуктом распада 238U и 232Th. Вклад в радиоактивный фон радона-222 из уранового ряда в 20 раз больше, чем вклад радона-220 из ториевого ряда. Некоторые местности достаточно богаты естественным ураном. Например, в Девоне и Корнуэлле местные граниты содержат до 2000 г т–1 урана.
Уран распадается достаточно сложным путем (см. табл. 46, 47) и на одном из этапов образует радон.
Таблица 46
Серия распада 238U до 222Rn
| Таблица 47
Серия распада 222Rn до 206Pb
|
Поскольку радон – газ, с достаточно большим периодом полураспада, он диффундирует из пород и может проникать в расположенные рядом постройки. Скорость выделения радона из грунта колеблется от 3 до 50 мБк м–2 с–1, для разных регионов она приведена в таблице 48. Радон – бесцветный газ без запаха в 8 раз тяжелее воздуха, скапливающийся над поверхностью грунта. Его концентрации в приземном слое приведены в таблице 49.
Таблица 48
Скорость эксгаляции радона
| Таблица 49
Концентрация радона в приземном слое
|
Сам радон распадается с образованием α-частиц. Как известно, α-частицы сами по себе не опасны, но продукты распада радона – радиоактивные твердые частички (см. таблицу 47).
Если атом радона распадется в легких, то человек получит внутренний действующий источник радиации. С течением времени человек рискует заболеть раком легких. При анализе сравнительной канцерогенной опасности 12 главных загрязнителей в Японии, радон оказался на первом месте (на последнем оказался ДДТ) (Gamo, 2003).
Благодаря распаду радона серьезную опасность может представлять и домашняя пыль. Продукты распада осаждаются в домашней пыли и делают ее источником радиации. Концентрации радона в жилых помещениях для разных стран приведены в таблице 50.
Таблица 50
Концентрации радона в жилых помещениях
| Страна | Концентрация Rn, Бк м–3 |
| Швеция | 37–780 |
| Финляндия | 7,4–770 |
| США | 3,7-520 |
| Австрия | 1,9-276 |
| Норвегия | 7,4-250 |
| Канада | 22–240 |
| Великобритания | 0,7–91 |
| Польша | 1,2–52 |
| ФРГ | 2,6–25 |
С 1990 г. в Британии принята рекомендуемая концентрация радона в жилых помещениях в 200 Бк м–3. Уровень в 200 Бк м–3 или выше зафиксирован в 0,4 % домов Англии. Если учесть, что средняя емкость легких взрослого человека около 5 дм3, то при 200 Бк м–3 в легких (1/200 м3) происходит один распад в сек. Основные источники радоновой радиации в жилом доме даны в таблице 51. Наибольшие концентрации радона наблюдаются в ванных комнатах (таблица 52) и даже установлена зависимость между временем пользования душем и содержанием радона в воздухе ванной комнаты (таблица 53).
Таблица 51
Источники радиации по радону в типичном жилом доме
| Таблица 52
Средние значения концентраций радона в разных помещениях для средних широт северного полушария
|
Таблица 53
Средняя удельная радиоактивность воздуха, обусловленная радоном, при пользовании душем
| Время, прошедшее с момента включения душа, мин | Концентрация радионуклидов, Бк м–3 |
Вместе с тем, имеются интересные данные о наличии отрицательной корреляции между уровнем концентрации радона (в определенном диапазоне концентраций) в жилищах и числом заболеваний раком легких (Кондратьев, 1999).
***
Мы можем прекратить испытания ядерного оружия, бороться с утечками радиации в процессе производства энергии на АЭС, мы можем принять меры по предотвращению аварий на них (самые известные – Уиндскейл, Англия, 1957 г., Три-Майл-Айленд, США, 1979 г., Чернобыль, СССР, 1986 г.). Основной проблемой в радиационном загрязнении окружающей среды остается наше объективное бессилие сделать что-либо с радиоактивными отходами АЭС. Пока мы можем только хранить их до снижения их активности, а потом рассеивать в Мировом Океане.
[1] 1 мЗв эквивалентен разрушению одной молекулы ДНК в одной клетке тела человека. Природно-обусловленное разрушение ДНК имеет скорость порядка 70 млн. год–1.