Учебное пособие Краснодар 2008

Авария на Чернобыльской АЭС стала крупнейшей техногенной и гуманитарной катастрофой ХХ века. 26 апреля 1986 года в 1 час 24 минуты в помещении четвертого энергоблока при выводе его в плановый ремонт и проведении испытания турбогенератора произошел взрыв и возник пожар, который перекинулся на крышу третьего энергоблока.

Четвертый блок ЧАЭС был запущен в эксплуатацию в декабре 1983 г. и к 26 апреля 1986 г. проработал 865 календарных дней. Его ядерное топливо - обогащенный диоксид урана (U2O) – размещалось в 1658 ТВС (тепловыделяющих сборках, в каждой из которой содержалось по 18 ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов ядерного топлива). В каждой сборке содержалось 114,7 кг топлива. Полная загрузка собственно урана составляла 190,2 т. Более чем три четверти кассет выработали свой ресурс, и именно они определили значительное содержание в актив-

ной зоне биологически опасных радионуклидов.

К моменту аварии в активной зоне среднее накопление продуктов деления составляло 10,3 кг/т. На основании данных о глубине выгорания кассет с топливом были определены количества наработанных изотопов в сборке. В общем, при Чернобыльской аварии в окружающую среду было выброшено около 450 видов радионуклидов нормы.

В результате взрыва была разрушена кровля четвертого и машинного зала (рис. 30). Уровень радиации сразу после аварии на территории станции составлял 20–25 мкР/с, что более чем в тысячу раз выше предельно допустимой.

В расположенном в трех километрах от ЧАЭС городе Припять с населением около 45 тыс. человек уровень радиации достиг 4–14 мкР/сек. и превысил допустимое для населенного пункта значение более чем в тысячу раз. Спустя сутки правительственная комиссия приняла решение о необходимости эвакуации жителей близлежащих населенных пунктов.

Всего было эвакуировано более 100 тыс. человек. Хотя, по мнению некоторых авторов, отселение людей с территорий, подвергшихся воздействию Чернобыльской аварии и имевших уровень загрязнения 37 мЗв в год, не было оправданным.

Следует заметить, что если критерием отселения на пострадавших территориях была принята эквивалентная доза за жизнь в 70 мЗв, то в настоящее время авторитетные международные организации рекомендуют постоянное отселение с целью предотвращения дозы за весь период жизни в 1000 мЗв (Гонсалес А., 1995).

Для большей части земного шара доза облучения человека от естественных источников излучения находится в пределах 0,4–4 мЗв/год. Предельно допустимая доза, определенная «Нормами радиационной безопасности» для населения, принята равной 5 мЗв/год (Маргулис У.Я., 1974).


Рис. 30. Чернобыльская АЭС после аварии

(видно разрушенное здание четвертого энергоблока)


Как указывает член НКДАР при ООН ^ Збигнев Яворовски (1999), в некоторых обитаемых районах дозы естественного облучения могут достигать нескольких десятков и даже сотен миллизивертов: 1,5 мЗв - в Норвегии, 2 мЗв - в Индии и 3 мЗв - в Иране.

Эпидемиологические исследования, проведенные на территориях с естественным повышенным радиационным фоном, свидетельствуют о том, что по заболеваемости раком население этих территорий не отличается от среднестатистических (Маргулис У.Я., 1974; Кулландер С. и Ларсон Б., 1991).

^ Как указывает Кузин А.М. (1991) по данным некоторых авторов общая смертность, в том числе и от рака, даже ниже в местности с повышенным (в 4-5 раз)

природным радиоактивным фоном.

^ Рост числа людей, заболевших раком после острого облучения, начинается с до-

зы 200 мЗв. По данным, полученных при обследовании людей, переживших бомбардировку в Хиросиме и Нагасаки, статистически значимый уровень заболеваемости наблюдается при дозе 1Зв (Kohnlein W., Nussbaum R.H., 1991).

Кроме лучевой болезни наибольшая опасность была связана с действием радиойода. Была налажена система радиологического контроля продуктов питания. В частном секторе не удалось обеспечить радиационно-гигиенический контроль, это наряду с выпасом скота на загрязненных пастбищах явилось основной причиной переоблучения щитовидной железы у сельского населения. Действию радиойода подверглось 70 млн. человек на европейской части бывшего СССР. В пострадавших республиках не оказалось необходимых запасов йодистых препаратов для раздачи населению, а на местах не было инструкций (Овчинников В.А. и др., 1999).

Есть еще один момент, который редко принимается во внимание. Радиоактивность естественных изотопов (калия-40, четырнадцати нуклидов семейства урана-238 и десяти нуклидов семейства тория-228) составляет 1777–6500 кБк/м2, в то время как после аварии в Чернобыле в почвах удельная радиоактивность цезия-137 варьировала от 0,020 до 23 кБк/м2 (Яворовски З., 1999).

Для предотвращения распространения радиоактивной пыли в разрушенный реактор с вертолетов сбрасывали смесь песка, брома и свинца. К концу 1986 года над разрушенным реактором был построен железобетонный саркофаг - так называемый объект «Укрытие» (рис. 31).

Строительство саркофага обошлось в 300 млн. долларов. За 10 лет (1992-2002 г.г.) Украина потратила на Чернобыль 6 млрд. долларов. Чтобы окончательно справиться с последствиями аварии, по мнению киевских властей,

в течение ближайших 20 лет нужно еще 5 млрд. долларов.

В результате этой катастрофы радиоактивному загрязнению только в России подверглась территория 19 субъектов Российской Федерации с населе-

нием около 30 млн. человек.




Рис. 31. Объект «Укрытие»


Площадь территорий, загрязненных Cs137 с плотностью выше 1 Ки/км^ 2 составила более 56 тыс. км2, на которой проживало около 3 млн. человек.

Масштабное переселение жителей Брянской области стало осуществляться с 1989 г. согласно прогнозу превышения пожизненной дозы, а в последующем эта мера проводилась по отношению к жителям зоны отселения.

Для ее части было введено понятие зоны обязательного отселения. Кроме

того было предоставлено право добровольного выезда жителям зоны проживания с правом на отселение (загрязнение Cs-137 выше 5 Ки/км2). В результате реализации этих мер за годы после аварии из загрязненных территорий

было переселено или выехало добровольно почти 50 тыс. человек.

^ Часть жителей отказалась от переселения. Разработаны и реализованы меры по обеспечению безопасного ведения работ в сельском и лесном хозяйстве, включая

средства индивидуальной защиты и дозиметрический контроль. Эффективность

системы ограничений оказалась достаточно высокой.

Средняя доза внутреннего облучения за 1986 г. по зоне жесткого контроля (выше 15 Ки/км2) не превышала 15 мЗв. В 1989 г. у 95% жителей этой зоны дозы внутреннего облучения были меньше 2,5 мЗв, а в 1994 г. – менее 1 мЗв.

^ В зоне отчуждения в отдельных местах плотность загрязнения Cs137достигает 740 МБк/м2 (20 кКи/км2) и более. Это значит, что в этих местах почва, по существу, представляет собой радиоактивные отходы. Природные экосистемы в этой местности испытывают существенное радиологическое воздействие. Однако к настоящему времени значимых для экосистем радиобиологических эффектов не наблюдалось. Тем не менее, учитывая уникальность этой ситуации, когда все элементы экосистемы подвержены существенному радиологическому воздействию, безусловно, требуется долговременный мониторинг этих систем и его научное сопровождение.

Для жителей, ведущих сельскохозяйственную деятельность, распространялись рекомендации по правилам ведения приусадебных участков, способам переработки продукции, грибов и ягод, правилам содержания домашних животных, гигиеническим мерам. В наиболее загрязненных регионах известкование и внесение калийных удобрений было проведено и на приусадебных участках. Местным властям неоднократно рекомендовалось выделять окультуренные пастбища для выпаса частного скота. Однако, в силу ряда причин, не все рекомендации выполнялись. В результате молоко — один из основных компонентов рациона, зачастую оказывалось загрязненным сверх установленных нормативов.

Экологическое состояние «даров» леса юго-западных районов Брянской области продолжает вызывать опасение. Как сообщают сотрудники областного центра Госсанэпиднадзора [129], из 142 проб лесных ягод, взятых в этой части области, 108 содержали радионуклиды, удельная радиоактивность которых колебалась от 959,5 до 2775,7 Бк/л. Такое количество зараженных ягод на 76 % превышает допустимые санитарно-гигиенические нормы. В восточной части области эпидемиологи забраковали 139 из 194 проб тех же ягод. Минимальное среднее значение там составило 22 Бк/кг, а максимальное – 405,5 Бк/кг. Но самая тяжелая ситуация сложилась с грибами. Все взятые проб показали превышение ПДП во много раз: среднее значение составило 631 Бк/кг, а максимальное – 205953 Бк/кг.

Е.В. Спириным и А.Д. Куриновым (1995) проанализирована база данных радиологического обследования личных подсобных хозяйств трех районов Калужской области в 1990-92 г.г. и рассчитаны коэффициенты перехода (Кп) Cs-137 в картофель и молоко. Найдено, что для картофеля наблюдается увеличение значений Кп по мере снижения уровня загрязненности почвы. Для молока такой закономерности не обнаружили, при этом удельная радиоактивность молока зимой была приблизительно в 2 раза выше, чем летом. Установлено, что Кп молока в зимний период, в зависимости от почвенных условий и других факторов, варьируют в пределах от 0,27.10-3 до 1,07.10-3 м2/кг.

Меры по благоустройству населенных пунктов, которые в больших объемах реализовывались на загрязненных территориях, также способствовали снижению доз. Это газификация, строительство и обустройство дорог, строительство объектов жилищно-коммунального хозяйства, обустройство улиц и зон рекреации, строительство и ремонт водоснабжения и канализации.

^ Реализовывались и другие меры, которые прямо или косвенно приводили к снижению доз облучения, или трактовались общественностью как защитные.

С 1986 г. начали осуществляться мероприятия по оздоровлению детей - их организованный вывоз в санатории и дома отдыха. Населению выплачиваются компенсации и предоставляются многочисленные социальные льготы. В загрязненных районах приняты меры по снижению доз облучения при медицинских процедурах. Реализованный комплекс защитных мер обусловил значительное снижение доз облучения населения.

К настоящему времени около 100 тыс. человек подвергаются дополнительному облучению в дозах свыше 1мЗв/год, а в четырех населенных пунктах средние дозы дополнительного облучения превышают 5 мЗв/год. На больших территориях отмечаются случаи обнаружения радиоактивных веществ в сельскохозяйственной продукции в количествах превышающих допустимые значения, в том числе в молоке, в грибах и ягодах.

^ Ухудшение экономической ситуации обусловило повышения доли продукции соб-

ственного производства, лесных грибов и ягод в рационе жителей. По этим причи-

нам в ряде населенных пунктов наблюдается рост доз внутреннего облучения.

Радиоактивному загрязнению после аварии в России подверглись 2 млн.

955 тыс. га сельхозугодий, в том числе 171 тыс. га с плотностью 15 Ки/км2 и выше. Естественные процессы и реализованные контрмеры позволили многократно снизить бракераж продукции. Вместе с тем, ухудшение экономической ситуации в стране обусловило сокращение объемов специальных агромероприятий в 1993–94 г.г., что, в свою очередь, вызвало повышение содержания радиоцезия в растениеводческой продукции и кормах.

Остается нерешенной проблема реабилитация кормовых угодий, расположенных в поймах рек, так как в водоохраной зоне практически невозможно использование традиционных технологий. В засушливые годы для многих хозяйств эти угодья являются основным источником кормов.

В 1994–95 г.г. в Брянской области зарегистрированы в продуктах питания в частном секторе следующие концентрации Cs-137: молоко - 3070 Бк/л, мясо домашних животных - 7 кБк/кг. Поступление этого нуклида из почвенно-растительного покрова пойменных экосистем в молоко определяется рядом факторов: типом почвы, сезоном года, характером кормопроизводства, ботаническим составом трав. Молоко, произведённое на кормах, полученных с более плодородных почв, содержит Cs-137 в несколько раз меньше, чем на кормах с менее плодородных почв (Силаев А.Л., 1999).

Часто на прирусловой пойме выпас скота начинают при отрастании травы до 3 - 5 см. Это чревато загрязнением животноводческой продукции, так как животные вместе с низкой травой захватывают дернину и частицы почвы, которые в несколько раз больше загрязнены радионуклидами по сравнению с растениями. Данные о поедании животными почвы и оценка вклада почвенного и растительного каналов поступления радионуклидов в их организм свидетельствуют, что крупный рогатый скот на пастбище может потреблять ежегодно до 600 кг почвы.

В ряде случаев поедание животными загрязнённой почвы с кормом может обеспечить почти такой же вклад в суммарное поступление, как поступление

радионуклидов с загрязнённым кормом. По зоогигиеническим нормам выпас

скота необходимо начинать при высоте травы 10-12 см. При более низком

травостое происходит сильное вытаптывание растительности, в результате чего снижается её продуктивность и возрастает содержание радионуклидов (Корнеев Н.А., Сироткин А.Н., 1987).

А.А. Романенко (1994) указывает, что другой причиной, приводящей к повышенному поступлению радионуклидов в молоко в этот период, является то, что на низко продуктивных пастбищах (на пойменных лугах это в основном прирусловье) животными потребляется нижний ярус растительности, содержание Cs137 в котором в 2-3 раза выше, чем в верхнем.

^ Л.В. Липницкий и др. (1993) сообщают о результатах проведения дозового мониторинга в июне-сентябре 1992 г., когда силами районных санэпидемстанций было отобрано 8 тыс. проб молока и картофеля в 555 населенных пунктах 15 районов Могилевской области. Максимальное загрязнение картофеля Cs-137 составило 185 Бк/кг, среднее - 7,4 Бк/кг; а в 50 % проб загрязненность была менее 3,7 Бк/кг. Средний уровень содержания Sr-90 в пробах картофеля варьировал от 0,37 Бк/кг (Краснопольский район) до 0,1 Бк/кг (Мстиславский район). Средний уровень содержания Cs-137 в молоке личных подсобных хозяйств составил 25,9 Бк/л, максимальный - 407 Бк/л. Наибольшее количество проб с превышением временных контрольных уровней (185 Бк/л) выявлено в части населенных пунктов Быховского района.

Рядом исследователей (Погодин Р.И. и др., 1994) на основании результатов анализа содержания Cs-137 и Sr-90 в молоке коров в различные периоды времени после Чернобыльской аварии определены параметры распределения и скорости снижения радиоактивности молока для разных районов Гомельской области. Установлено, что зависимость уменьшения содержания Cs-137 и Sr-90 в молоке от времени носило экспоненциальный характер с различными периодами полуочищения (от 0,5 до 15 лет).

По состоянию на начало 2004 года под наблюдением врачей находились

2,3 млн. человек, из них 452 тыс. - дети.
Глубина и масштабы самой крупной техногенной катастрофы выдвинули Чернобыль в разряд общеглобальных проблем. Хотя наиболее критическая

стадия в решении постчернобыльских проблем уже миновала, воздействие

радиации на жизнь и здоровье людей все еще продолжается.

Чернобыльская АЭС все еще представляет большую опасность для окружающей среды. Действующий саркофаг сооружался в условиях высокого уровня радиоактивности методом дистанционного монтажа. Основной задачей защитного сооружения, срок гарантированной эксплуатации которого истекает в 2006 г., являлось недопущение распространения радиоактивной пыли за пределы реактора.

В данный момент украинским ученым мало что известно о процессах, протекающих внутри реактора, а также о состоянии около 200 т ядерного топлива. Кроме того, техническое состояние саркофага ухудшилось: в стенах появились трещины, а потолок незначительно просел. Эксперты предупреждают, что обрушение защитного сооружения может привести к более тяжелым экологическим последствиям, чем сама авария. Сейчас уровень радиации на ЧАЭС в два раза ниже контрольного уровня (85 мкР/ч).

За время после Чернобыльской катастрофы уровень радиации в загрязненных лесах и лугах Брянской области сократился примерно на 20%, а содержание радионуклидов в продукции сельского хозяйства юго-западных районов уменьшилось в 50-70 раз.

Радиоактивное загрязнение молока хозяйств чернобыльской зоны снизилось до нормы - около 100 беккерелей на литр, однако на рынках иногда появляется «загрязненное» мясо.

Значительных успехов в борьбе с радиацией в животноводстве добились за счет применения специальных кормовых добавок, выводящих цезий из организма животных. Безопасность сельского производства на зараженных радиацией землях повысится лишь к 2040 году.


4.3. Миграция радионуклидов в биосфере


Миграция радионуклидов из почвы и воды в растительные организмы во

многом определяется типом почвы, физико-химическими свойствами радио-

изотопов и видовыми особенностями флоры.

Рис. 32. Пути миграции радионуклидов в природе


На рис. 32 отражены воздушные, поверхностные и подземные пути мигра-

ции радиоактивных веществ в окружающей среде. Он примерно соответствует модели, на основе которой рассчитывались дозы облучения населения от радиоизотопов, поступающих в окружающую среду от предприятий атомной энергетики.

Лесные массивы вследствие особенностей миграции радионуклидов самоочищаются только в результате радиоактивного распада, поэтому особенно актуальным является изучение миграционных процессов для составления долговременных прогнозов по использованию леса и лесной продукции и для разработки реабилитационных (Марадулин И.И. и др., 1996).

При передвижении радионуклидов по различным по различным вегетативным частям растений существует определенная закономерность: в основном они концентрируются в листьях и стеблях, меньше – в соцветиях и еще меньше - в самих плодах и семенах.

Исключением является изотоп Cs137, концентрация которого в семенах может достигать 10% и более от его содержания в надземной части растений. Отличительной особенностью миграции Cs137 в системе «почва – растение» является исключительно высокая мобильность этого радионуклида в регионах распространения легких по гранулометрическому составу песчаных и супесчаных почв подзолистого и болотного типов. Низкий показатель рН этих почв, обогащённость органическим веществом (торфяники), малое содержание глинистых минералов, гидроморфность, невысокая поглотительная способность твёрдой фазы предопределяют очень большие коэффициенты перехода Cs137 из почв в растения. Они в 5-10 раз выше, чем на почвах суглинистого и глинистого гранулометрического состава, обогащенных элементами минерального питания растений. В экспериментах на семи разновидностях почв Нечерноземной зоны России, доказано, что накопление Cs137 в естественном травостое определяется наличием в почве глинистой фракции (Гребенщикова Н.В. и др., 1983).

В ходе вегетации абсолютное количество радиоизотопов в растениях

возрастает, а относительное содержание на единицу массы сухого вещества снижается. С увеличением урожайности, как правило, уменьшается относительная концентрация радионуклидов.

При потреблении животными растительных кормов или растительной пищи самими людьми происходит их миграция по так называемым «пищевым цепочкам». Чем они короче, тем выше уровень радиоактивности, создаваемый радионуклидом при поступлении в организм конечного хозяина.

Контроль за радиоактивным загрязнением объектов окружающей среды на территории России осуществляется системой радиационного мониторинга (СРМ) Росгидромета. В 2002 г. в составе СРМ фактически функционировали 1279 пунктов наблюдения за мощностью экспозиционной дозы гамма-излучения, 404 - за радиоактивными атмосферными выпадениями, 49 - за концентрацией радиоактивных аэрозолей в воздухе, 28 - за содержанием трития в атмосферных осадках, 14 - за его концентрацией в водах рек, 42 - за концентрацией Sr90 в водах рек и озер, 9 - за его концентрацией в морях.

В период 1995 - 2002 г.г. на территории России среднегодовые концентрации в воздухе долгоживущих -активных радионуклидов и их выпадения на подстилающую поверхность имели слабую тенденцию к уменьшению. С 1998 г. среднегодовые суточные выпадения этих радионуклидов оставались практически неизменными. Анализ всей совокупности экспериментальных данных показал, что в 2002 г. радиационная обстановка на территории Российской Федерации была нормальной и по сравнению с 2001 г. существенно не изменилась.

Загрязнение атмосферы техногенными радионуклидами на территории РФ в настоящее время, в основном, обусловлено ветровым подъемом и переносом радиоактивной пыли с поверхности почвы, загрязненной в предыдущие годы в процессе глобального выведения из стратосферного резервуара продуктов испытаний ядерного оружия.

В отдельных районах России на радиоактивное загрязнение приземной атмосферы оказывает влияние ветровой перенос радиоактивных продуктов с загрязненных территорий, появившихся вследствие произошедших радиационных аварий.

В радиологии существует понятие коэффициента дискриминации. Это отношение содержания уровня какого-либо радиоизотопа в последующем звене пищевой цепи к предыдущему.

Наиболее важными изотопами, легко поглощаемыми растениями из окружающей среды, являются Sr90, Cs137 и С14.

Стронций не принадлежит к числу редких элементов. В земной коре его содержится 3,4 . 10-2% от общей массы. Обычно этот элемент присутствует в минералах кальция. Из собственных стронциевых минералов промышленное значение имеют лишь стронцианит (SrCO3) и целестин (SrSO4).

Стронций - серебристо-белый, мягкий, пластичный металл плотностью

2,6 г/ см3 и, плавящийся при 770°C. Химически он очень активен, как и все щелочноземельные металлы. Степень окисления +2. Стронций непосредственно соединяется при нагревании с галогенами, фосфором, серой, углеродом, водородом и даже с азотом (при температуре выше 400°С).

Стронций-90 по своим химическим свойствам аналогичен кальцию и сопровождает его в ходе обменных процессов. Причем, чем выше концентрация кальция в почве и воде, тем в меньшей степени из них усваивается стронций. Период его полураспада равен приблизительно 29 годам.

На поверхности почвы основное количество последнего распределяется на глубину 10-15 см, откуда он может поступать и накапливаться в стеблях, листьях и плодах. На почвах с невысоким уровнем загрязнения стронцием-90

(0,1 Ки/км2) наименьшее его количество обнаружено в горохе, а наибольшее - в сое. Доказано, что среди корнеплодов меньше всего радионуклидов содержится в картофеле. Выпадающий с радиоактивными осадками стронций может частично проникать и через листовые пластинки. Одним из приемов, снижающих усвоение стронция из почвы, является ее кальцинирование и глубокая вспашка.

Так, по прогнозу Бакунова Н.А.(1998), стронций - 90, диффундирующий из гумусного слоя почвы с глубины 0,5 м, не достигнет за 28 лет миграции (периода своего полураспада) пахотного горизонта. При восходящей миграции Sr-90 в толще чернозема верхние гумусные слои являются барьером, ограничивающим перенос радионуклида к поверхности почвы.

В марте 1954 г. над атоллом Бикини, расположенным в южной части Тихого океана, поднялось гигантское грибовидное облако - результат испытаний американской водородной бомбы. Спустя несколько часов на палубу японского рыболовного судна «Фукурю-Мару», находившегося в открытом море более чем в 150 км от эпицентра взрыва, начали падать грязно-белые хлопья радиоактивных осадков.

Рыбаки прекратили промысел и взяли курс на Японию, но было поздно: вскоре после возвращения один из членов экипажа умер, а остальные оказались пораженными тяжелой формой лучевой болезни. Едва ли не главной причиной этой болезни был стронций-90, один из многочисленных радиоактивных изотопов, образующихся при ядерном распаде. В результате такого взрыва в атмосферу выбрасываются десятки миллионов тонн земли и горных пород, буквально начиненных продуктами деления атомных ядер, самый токсичный, а значит, и самый опасный среди которых - стронций-90. Рано или поздно они возвращаются на землю, оседая на поверхность материков и океанов.

Теперь радиоактивному стронцию остается один шаг до организма человека. При попадании стронция внутрь его концентрация в крови уже через 15 минут достигает значительной величины, а в целом этот процесс завершается через 5 часов. Он избирательно накапливается в основном в костях и облучению подвергаются костная ткань, красный костный мозг и кроветворная система.

Вследствие этого развивается анемия, называемая в быту «малокровием». Исследования показали, что радиоактивный стронций может находиться и в костях новорожденных. Через плаценту он проходит в течение всего периода беременности, причем в последний месяц перед рождением в скелете его накапливается столько же, сколько аккумулировалось за все предыдущие восемь месяцев.

Стронций-90, а также образующийся при его распаде дочерний изотоп иттрий-90 (с периодом полураспада 64 часа) - типичные бета-излучатели. Это значит, что они при распаде испускают потоки электронов, которые действуют на все живое на сравнительно небольшом расстоянии, но очень активно. Нарушаются нормальная структура и функции клеток.

Это приводит к серьезным нарушениям обмена веществ в тканях. А в итоге - развитие смертельно опасных болезней - рака крови (лейкемии) и костей. Кроме того, излучение действует на молекулы ДНК и, следовательно, пагубно влияет на наследственность.

Содержание Sr90 в человеческом организме находится в прямой зависимости от общей мощности взорванных ядерных зарядов. Он попадает в организм при вдыхании радиоактивной пыли, образующейся в процессе взрыва и разносимой ветром на большие расстояния. Другим источником заражения служат питьевая вода, растительная и молочная пища.

Но и в том и в другом случаях природа ставит естественные препоны на пути стронция-90 в организм. Во-первых, в тончайшие структуры дыхательных органов могут попасть лишь частицы величиной до 5 микрон, а таких частиц при взрыве образуется сравнительно немного. Во-вторых, стронций при взрыве выделяется в виде окиси SrO, растворимость которой в физиологических жидкостях организма весьма ограничена.

Проникновению стронция через пищевую систему препятствует фактор,

который называют «дискриминацией стронция в пользу кальция». Он выражается в том, что при одновременном присутствии кальция и стронция организм предпочитает первый из них.

Соотношение Са/Sr в растениях вдвое больше, чем в почве. А в молоке и сыре содержание стронция в 5-10 раз меньше, чем в траве, идущей на корм скоту. Однако целиком полагаться на эти благоприятные факторы не приходится - они способны лишь в какой-то степени предохранить от стронция-90. Не случайно до тех пор, пока не были запрещены испытания атомного и во-

дородного оружия в трех средах, число пострадавших от стронция росло из

года в год.

Биологический период полувыведения стронция из скелета составляет свыше 30 лет. Ускорение выведения из организма стронция является труднейшей задачей. По крайней мере до сих пор не найдено высокоэффективных средств для быстрого выведения этого радиоактивного элемента из организма.

Широкие перспективы открываются перед радиоизотопами стронция в производстве атомных электрических батарей для космических ракет и искусственных спутников Земли. Принцип действия таких батарей основан на способности стронция-90 излучать электроны, обладающие большой энергией, преобразуемой затем в электрическую.

^ Радиостронциевые элементы, соединенные в миниатюрную батарейку (разме-

ром со спичечную коробку), способны безотказно служить без перезарядки 15-25 лет. Атомные батарейки, несомненно, найдут применение в телефонии и радиотехнике. А вот швейцарские часовщики с успехом использовали крохотные стронциевые батарейки для питания электрочасов.

Неприхотливые и практически вечные источники тока незаменимы на автоматических метеостанциях, расположенных в пустынных, полярных и высокогорных районах нашей планеты.

^ В Канаде, например, на далеком северном острове Аксель-Хейберг в труднодос-

тупном месте действует атомная метеорологическая станция, рассчитанная на работу без обслуживания в течение двух-трех лет. Источником энергии для аппаратуры станции служит изотоп стронция (всего 400 г), помещенный в специальный трехслойный сплав и защищенный свинцовым экраном. Теплота, образующаяся при радиоактивном распаде стронция, превращается в электрический ток, который питает приборы для измерения температуры, атмосферного давления, скорости и направления ветра.

^ Несомненный интерес представляет термоэлектрическая стронциевая батарея «Тристан» концерна «Siemens» (Германия), для проведения подводных исследований. Высокоэффективные термоэлектрические элементы преобразуют энергию распада стронция-90 в электрический ток.

Размеры батареи невелики, но весит она 1,4 тонны, поскольку снабжена толстым свинцовым экраном, который надежно защищает морских обитателей пучин и, разумеется, прежде всего, людей от радиации - ее уровень вблизи «Тристана» в пять раз меньше допустимого.
После стронция-90 цезий-137 является самым опасным радионуклидом для человека. Это - относительно долгоживущий радионуклид: период его полураспада составляет 30,2 года.

Цезий легко мигрирует во внешней среде, чему способствуют два обстоятельства.

Во-первых, Cs137 – это конечный продукт цепочки распадов, в которой йод и ксенон присутствуют в газовой фазе:

I137 (Т=24,2 сек) - - Xe137 (Т=3,9 мин) - - Cs137

При ядерных взрывах образуются мелкодисперсные частицы, адсорбирующие цезий и медленно выпадающие на поверхность земли. Процесс выпадения ускоряют атмосферные осадки и агрегация частиц с образованием более крупных. Содержание радионуклида в атмосферных осадках при ядерных взрывах в слаборастворимой форме варьировало в широких пределах (от 3,3 до 82,4 % от общей массы).

Во-вторых, при всех (кроме подземных) ядерных взрывах и аварийных выбросах предприятий атомной энергетики выпадения содержат цезий в хорошо растворимой форме, что имеет принципиальное значение в процессах его миграции. При наземных же взрывах на силикатных почвах образуются слаборастворимые частицы.

Выпавший на поверхность земли радиоактивный цезий перемещается под воздействием природных факторов в горизонтальном и вертикальном направлениях. Горизонтальная миграция происходит при ветровой эрозии почв, смывании атмосферными осадками в низменные бессточные участки.

Исследования вертикального распределения Cs137, в частности, в почвенно-растительном покрове в первый месяц после аварии на Чернобыльской

АЭС (Силантьев А.Н. и др., 1998) показали, что при хорошо развитом травя-

ном слое 80 % выпавшего радионуклида сорбировалось растительностью, а

20 % - почвой. После разложения растительных остатков сорбированный Cs137 включается в общую миграцию загрязнения в почве. Скорость миграции цезия для большинства целинных почв не превышает нескольких миллиметров в год, и выпавший цезий в течение нескольких лет остается в поверхностном слое.

Отличительной особенностью миграции Cs-137 в системе почва-растение является исключительно высокая мобильность этого радионуклида в регионах распространения легких по гранулометрическому составу песчаных и супесчаных почв подзолистого и болотного типов (Алексахин Р.М. и др., 1992).

Как считают Ф.А. Тихомиров и др. (1992), с нисходящим потоком влаги

мигрирует незначительное количество радионуклидов по сравнению с их общим содержанием в почве. Так, среднегодовой вынос с внутрипочвенным стоком из слоя 0-5 см составил 0,1–3,5% их содержания в этом слое. Лишь 10-15% количества радионуклидов проникает глубже 20-30 см, при этом наибольший их перехват (50-70%) происходит в слое 5-10 см. За пределы слоя 0-20 см выходит лишь 0,05 % от их общего количества. При этом Cs-137 и Sr-90 поглощаются почвой заметно активнее, чем их стабильные неизотопные аналоги K и Ca.

Скорость миграции зависит от гидрометеорологических факторов (скорости ветра и интенсивности атмосферных осадков), рельефа местности, вида почв и растительности и физико-химических свойств самого радионуклида.

Вертикальный перенос цезия происходит с фильтрационными токами воды и связан с деятельностью почвенных животных и микроорганизмов, выносом из корнеобитаемого слоя почвы в наземные части растений и др.

Исследованиями Поликарповой Т.М. с соавторами (1995) установлено, что степень поглощения радиоцезия обратно пропорциональна концентрации стабильного цезия: при ее увеличении в 10 раз поглощение Cs-134 уменьшилось в 2-3 раза. При этом основную роль во взаимодействии радиоцезия с почвенным поглощающим комплексом играют гуминовые кислоты: удаление органического вещества снижает коэффициент распределения (Кd) в 2-6 раз. Найдено, что кальций и железо, входящие в состав минеральной части торфов, отрицательно влияют на сорбцию Cs-134: удаление обменных форм кальция и аморфных форм железа увеличивает Kd в 3-10 раз. Доказано, что насыщение торфов одновалентными катионами (K+, NH4+) значительно усиливает поглощение радиоцезия. Делается вывод, что Cs-134 может обмениваться не только с указанными одновалентными катионами, но и с двухвалентными (Са2+).

Подвижность и биологическая доступность нуклида со временем снижается в результате перехода в «слабо обменное» состояние. В первые годы после выпадения цезий в основном содержится в верхнем, 5-10-сантиметровом, слое почвы независимо от ее вида. Удержание нуклида происходит благодаря высокому содержанию в верхнем слое мелкодисперсных фракций (особенно глинистых) и органических веществ, повышающих сорбционные свойства почвы.

Проникновение радиоактивного цезия на глубины 30-50 см, очевидно, занимает десятки и сотни лет, однако перераспределение его по профилю почвы может произойти и быстрее – в результате сельскохозяйственной деятельности. В этом случае нуклид относительно равномерно рассредоточивается в пределах всего пахотного слоя.

Как правило, «путешествие» Cs137 по пищевым цепочкам начинается с растений, куда нуклид может попасть непосредственно в момент радиоактивных выпадений. Уровень поглощения растворимого цезия растениями с их поверхности может достигать 10%. Сначала он накапливается в листьях, зернах, клубнях и корнеплодах, а в дальнейшем поступает в основном через корневую систему.

В отличие от стронция-90 он способен диффузно (равномерно) распределяться во всех органах и тканях растения. Выпадающие на поверхность почвы радионуклиды на протяжении многих лет остаются в ее верхнем слое.

Если при этом почвы бедны такими минеральными компонентами, как кальций, калий, натрий и фосфор, то создаются благоприятные условия для миграции радионуклидов в самих почвах и по цепи «почва – растение». В первую очередь это относится к дерново-подзолистым и песчано-суглинистым почвам. В черноземных почвах подвижность радионуклидов крайне затруднена.

^ Так, например, лишайники в тундре на почвах, бедных минеральными компонентами, накапливают Cs137 в 200-400 раз больше, чем травы. Это обстоятельство

способствует депонированию в организме северных оленей повышенного коли-

чества радионуклидов.

Аккумулятором радионуклидов является лес, особенно хвойный, который содержит в 5-7 раз больше радионуклидов, чем другие природные биоценозы. При пожарах сконцентрированные в лесной подстилке, коре и древесине радионуклиды поднимаются с дымовыми частицами в воздух и попадают в

тропосферу и даже стратосферу. Радиоактивному облучению, таким образом,

подвергается население на значительных территориях.

Кроме этого подвижность цезия и стронция из кислых почв значительно выше, чем из слабокислых и, особенно, слабощелочных. Поэтому нейтрализация повышенной кислотности почвы путем внесения карбонатов резко снижает содержание Cs137 в урожае. И еще одна особенность: химическим конкурентом этого изотопа является калий. Чем больше его содержание в почве, тем меньше из них поглощается цезий.

Уровни поверхностного загрязнения растений определяются их морфологическими особенностями и физико-химическими свойствами выпадающих аэрозолей. Известно, что растения способны задерживать аэрозоли с размером частиц менее 45 мкм. Особенно высокое содержание радионуклидов отмечено у лишайников, чая и хвойных деревьев, что связано с их биологическими особенностями.

По данным Моисеева И.Т., Агапкиной Г.И. и Рерих Л.А.(1994), изучавших поведение Cs-137 в почвах и его поступление в сельскохозяйственные культуры в зависимости от различных факторов, установлено, что с увеличением времени контакта Сs-137 с почвой происходит процесс «старения» радионуклида, т.е. переход части цезия в необменное состояние, в результате которого его доступность растениям снижается.

Снижение миграционной способности Сs-137 в разных почвах и его переход в растения, в зависимости от времени контакта с почвой, может сильно варьировать и в ряде случаев достигать 10-кратного значения по сравнению с исходным. Скорость процесса «старения» Сs-137, по критерию его аккумуляции растениями, на разных почвах различна и зависит от свойств почв и других факторов. В почвах с высоким содержанием органического вещества процесс старения радионуклида более растянут во времени (например, в черноземе) по сравнению с дерново-подзолистыми почвами.

Исследования, проведенные этими авторами в течение 11 лет на выщелоченном черноземе, показали, что накопление цезия-137 в урожае одной и той же культуры варьирует в разные годы до 3-кратных и более размеров. При этом в отдельные годы с увеличением времени контакта радионуклида с почвой наблюдается не только снижение, но и увеличение его доступности растениям. Доказано, что на поступление Сs-137 из почвы в растения существенно влияла температура воздуха, особенно в июне и июле. Значения коэффициентов корреляции между соответствующими показателями составили для разных культур от 0,3 до 0,8. Внесение в течение 17-18 лет полного минерального удобрения на выщелоченном черноземе в дозах по 90 кг/га каждого элемента (NPK) оказывало неоднозначное влияние на параметры накопления цезия-137 в хозяйственно-ценной части урожая сельскохозяйственных культур и зависело от вида растений. При этом наблюдалось как существенное повышение (в 1,5-2,5 раза) коэффициентов накопления цезия в зерне и вегетативных частях злаковых культур и корнеплодах свеклы, так и их снижение в соответствующих структурных частях урожая зернобобовых и ряда овощных культур. Межвидовые различия в накоплении Сs-137 в урожае, выращенном на выщелоченном черноземе Зауралья, достигали 10-20-кратных значений.

В свою очередь, в условиях модельного эксперимента С.К. Фирсакова (1992) установила, что коэффициенты пропорциональности, а, следовательно, поступление самого Cs137 в пойменные травы наиболее высоки в первый год после нанесения радионуклида на дернину, причём с каждым последующим укосом содержание Cs137 в растениях уменьшается. За три года поступление Cs137 в травостой снизилось на суходольных лугах с дерново-подзоли-стой супесчаной почвой в 90 раз, на суходольных лугах с дерново-подзоли-стой суглинистой почвой - более чем в 100 раз, а на суходолах с серой лесной почвой - почти в 300 раз. На пойменных лугах с пойменной аллювиальной дерновой слоистой почвой, это уменьшение достигло 36 раз, а на пойменной аллювиальной дерновой зернистой почве - более 300 раз. Столь высокие кратности снижения, вероятно, объясняются тем, что автор учитывала и корневое и внекорневое поступление радионуклида в растения.

Наиболее значительное снижение перехода радионуклида в растения на-

блюдали в первые годы после поступления радионуклидов в почву, затем этот процесс замедлялся.

По данным И.Т. Моисеева и сотрудников (1982) в злаковых травах на второй и третий годы вегетации Cs137 накапливался в 1,5-3 раза меньше, чем в первый год, при этом коэффициенты накопления варьировали от 0,002 до 0,02. Установлено, что количество Cs137, поступившего в сельскохозяйственные растения, находится в обратной зависимости от количества осадков за вегетационный период и от запасов влаги в метровом слое почвы.

Относительно аэрозольного цезия установлено, что более всего он накапливается в капусте, далее по убыванию – свекле, картофеле, пшенице и естественной травянистой растительности. Со временем уровни загрязнения растений снижаются в результате прямых потерь (под действием дождя и ветра) и прироста биомассы. Так, примерно в течение двух недель содержание нуклидов в пастбищной растительности уменьшается вдвое. Цезий хорошо накапливается растениями, попадает в пищевые продукты и быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте.

Основной источник поступления цезия в организм человека – загрязненные нуклидом продукты питания животного происхождения. Содержание

радиоактивного цезия в литре коровьего молока достигает 0,8-1,1% от суточ-

ного поступления нуклида, а козьего и овечьего – 10-20%.

Однако, в основном, он накапливается в мышечной ткани животных: в 1 кг мяса коров, овец, свиней и кур содержится соответственно 4, 8, 20 и 26% от суточного поступления цезия. В белок куриных яиц его попадает меньше - только 1,8-2,1%.

При накоплении Cs-137 в тканях, насыщенных кровью, он испытывает бета-распад. Здесь создаются условия как прямого, так и косвенного (через про-дукты радиолиза воды), его действия на кровь и ее форменные элементы.

Таблица 25. Суммарное загрязнение европейских стран Cs137 от чернобыльской аварии (по данным МЧС России, 1998)

Страна

Площадь (тыс. км2)

Чернобыльские выпадения

страны

территории с загрязнением свыше 1 Ки/км2

ПБк

кКи

% от суммарных выпадений в Европе

Австрия

84

11,08

0,6

42,0

2,5

Белоруссия

210

43,50

15,0

400,0

23,4

Великобритания

240

0,16

0,53

14,0

0,8

Германия

350

0,32

1,2

32,0

1,9

Греция

130

1,24

0,69

19,0

1,1

Италия

280

1,35

0,57

15,0

0,9

Норвегия

320

7,18

2,0

53,0

3,1

Польша

310

0,52

0,4

11,0

0,6

Россия

17075

5,30

19,0

520,0

29,7

Румыния

240

1,20

1,

41,0

2,3

Словакия

49

0,02

0,8

4,7

0,3

Словения

20

0,61

0,3

8,9

0,5

Украина

600

37,63

12,0

310,0

18,8

Финляндия

340

19,00

3,1

83,0

4,8

Чехия

79

0,21

0,34

9,3

0,5

Швейцария

41

0,73

0,27

7,3

0,4

Швеция

450

23,44

2,9

79,0

4,5

Европа

в целом

9700

207,5

64,0

1700,0

100,0

Мир в целом

-

-

77,0

2100,0

-