14

Лабораторная работа №19.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Цель работы – ознакомить с современными методами контроля содержания радиоактивных веществ в продуктах питания; привить практические навыки работы с приборами для измерения ионизирующих излучений.

1. Краткие сведения из теории

1.1. Общие положения

Радиоактивные вещества входят в состав различных пород Земли, присутствуют в воде и атмосфере. Даже в растениях, животных да и в организме человека всегда можно обнаружить небольшое количество радиоактивных изотопов.

При распаде радиоактивных веществ наблюдаются различные виды излучений (альфа–, бета–, гамма–, нейтронное), которые действуют на человека по разному. Например, внешнее альфа–излучение задерживается наружным ороговевшим слоем кожи. Бета–излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину один–два сантиметра. Проникающая способность гамма–излучения и нейтронов очень велика.

Повреждений, вызванных в организме человека излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям. Количество такой переданной организму энергии ( в пересчете на единицу массы) называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в греях (Гр) или во внесистемных единицах – радах (рад).

Человек подвергается воздействию радиоактивных веществ, находящихся как вне организма (внешнее облучение), так и попавших с пищей, водой или воздухом внутрь организма (внутреннее облучение).

При внутреннем облучении альфа–частицы в 10–20 раз опаснее бета– или гамма–частиц, а нейтронное излучение опаснее в 3–10 раз. Поэтому была введена новая единица измерения ионизирующего излучения – эквивалентная доза ионизирующего излучения, которая учитывает степень повреждения тканей организма человека различными видами излучения. Единицей измерения эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв), а внесистемной – бэр.

Человек подвергается облучению так от естественных источников радиации, так и искусственного происхождения. Естественные источники могут быть земного и космического происхождения, но их воздействие на людей может быть усилено хозяйственной деятельностью человека.

Например, за час полета на самолете на высоте 10 км пассажиры получают эквивалентную дозу ионизирующего излучения космического происхождения свыше 2 мкЗв, что в 10–20 раз больше, чем на уровне моря и почти в четыре раза выше допустимой нормы. С увеличением высоты полета эквивалентная доза космического излучения, воздействующего на пассажиров и экипаж самолета, резко возрастает. Так на высоте 12 км она уже составляет 5 мкЗв за час полета, а на высоте 20 км – 13 мкЗв. На высотах до 6 км эквивалентная доза не превосходит допустимых пределов.

Основными естественными источниками радиации земного происхождения являются : калий – 40, рубидий – 87, уран – 238, торий – 232, а также радон – 222 и радон – 220.

Широкое применение калийных удобрений в сельском хозяйстве повышает концентрацию радиоактивного калия - 40 на полях, попадающего вместе с растительной и животной пищей в организм человека. В среднем человек получает около 180 мкЗв в год за счет воздействия на него калия - 40.

Еще большую дозу внутреннего облучения человек получает от воздействия урана – 238, а в некоторых районах Земли, например, на побережье Индии и Бразилии, тория – 232. Уран содержится во многих породах, в том числе граните, фосфатах, угле. Широкое применение угля для отопления домов и выработки электроэнергии приводит к тому, что вместе с дымом и зольной пылью в атмосферу выбрасываются и радиоактивные вещества, содержащиеся в угле. Фосфаты используются для производства фосфорных удобрений, а отходы производства удобрений перерабатываются в фосфогипе, широко применяемый в строительстве, особенно внутренних перегородок жилых и административных зданий.

В последние годы выявлено значительное воздействие радиоактивных изотопов радона на человека. Радон накапливается в плохо проветриваемых помещениях, его концентрация может превосходить допустимые пределы в десятки и сотни раз.

За несколько последних десятилетий человек создал несколько сотен искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: медицине и для создания атомного оружия, для производства электроэнергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов и приборов и поиска полезных ископаемых. При этом происходят утечки радиоактивных изотопов в окружающую среду не только в результате аварий, но и в процессе нормального функционирования объектов, использующих, хранящих или перерабатывающих радиоактивные вещества и их отходы.

Таким образом, хозяйственная деятельность современного человека приводит к увеличению дозы облучения, как отдельных людей, так и населения Земли в целом. Причем, наибольшую опасность представляет внутреннее облучение, так как в среднем примерно 2/3 эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных изотопов, попавших в организм с пищей, водой и воздухом. При авариях на радиационно опасных объектах, сопровождающихся выбросом радиоактивных веществ в атмосферу, также значительная часть радионуклидов попадает внутрь организма.

Как правило, в организм попадает целый комплекс радиоактивных веществ естественного или искусственного происхождения, которые концентрируются в различных органах. Например, изотопы йода оседают в щитовидной железе, стронция и бария – в костной ткани, а изотопы цезия равномерно распределяются в организме.

Йод поступает в организм в первые дни аварии на радиационно опасных объектах в основном через органы дыхания, а в дальнейшем со свежим молоком от животных, пасущихся на загрязненных радиоактивными выбросами пастбищах. Стронций поступает в организм вместе с мясными продуктами, свинец–210 и полоний–210 концентрируются в рыбе и моллюсках, изотопы цезия – в зерновых продуктах и мясе.

Прежде, чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества проходят по сложным маршрутам в окружающей среде. При этом следует учитывать, что радиоактивные вещества, переходя из почвы в растения, далее в организм травоядных, а потом с мясом, молоком и молочными продуктами в организм человека, имеют тенденцию ко всей большей концентрации в каждом следующем звене пищевой цепочки. Например, дозы внутреннего облучения от полония–210, поступающего с пищей, могут превышать в 35 раз внешнее облучение этим изотопом, а урана – в 75 раз.

В связи с этим особо важную роль приобретает своевременный контроль загрязненности продуктов питания радионуклидами, который позволит оградить население от потребления вредных для здоровья продуктов.

1.2 Методика измерения загрязненности продуктов питания

радиоактивными изотопами

Вывод о возможности употребления в пищу тех или иных продуктов можно сделать после измерения активности радионуклидов в образцах пищи и сравнения результатов измерения с допустимыми значениями (табл.П.1 прил.2).

Загрязненность продуктов питания и воды оценивается количеством распадов радионуклидов, содержащихся в продукте, за единицу времени и измеряется в беккерелях (Бк) или кюри (Ки) на литр или килограмм (Бк/л, Бк/кг, Ки/л, Ки/кг). Один беккерель равен одному распаду в секунду, 1 Ки = 37 ГБк.

Практически приборами измеряется не загрязненность радионуклидами, а мощность эквивалентной дозы ионизирующего излучения образца продукта, загрязненного радиоактивными веществами. Затем измеренная мощность эквивалентной дозы пересчитывается в объемную активность радиоактивных примесей в этом образце.

Для снижения погрешности измерения и пересчета необходимо отбирать строго заданные объемы или вес исследуемого образца, устанавливать измерительный прибор на строго заданное расстояние.

Перед началом измерений подготавливают пробы с интересующими нас продуктами питания или водой. В зависимости от имеющегося в наличии количества продукта, пробу приготавливают в стандартных бытовых стеклянных банках емкостью от 0,5 до 3 литров.

Жидкий продукт заливают, а твердый, предварительно измельчив, засыпают ровным слоем в емкость таким образом, чтобы верхний край продукта не доходил до края емкости на 3–5 мм.

Примечание: в данной работе студенты пробы продуктов не приготавливают, а используют емкости, наполненные имитаторами продуктов. Обмен пробы, наименование продукта и содержащегося в нем радионуклида определяется номером варианта (табл.П.2 прил.1), который задается преподавателем для каждого студента в отдельности.

На горловину емкости с приготовленной пробой продукта устанавливают дозиметр бытовой «БЕЛЛА» и измеряют мощность эквивалентной дозы ионизирующего излучения радиоактивными веществами, содержащимися в данной пробе. До или после этих измерений проводятся измерения мощности эквивалентной дозы фонового ионизирующего излучения.

Корректированное значение мощности эквивалентной дозы излучения, исследуемой пробы продуктов, определяется вычитанием эквивалентной дозы фонового излучения из результатов измерения радиоактивности пробы продуктов. Уровень загрязненности продуктов питания радионуклидами (по гамма–излучению) определяется по следующей формуле:

(19.1)

где А в Бк/л; к – коэффициент связи, зависящий от объёма пробы, численные значения приведены в таблице 19.2 отчета; – средняя корректированная мощность эквивалентной дозы излучения пробы с исследуемым продуктом, мкЗв/ч. Если загрязненность радиоактивными веществами продукта питания выше допустимых пределов, то употреблять в пищу его нельзя. В этом случае принимают решение о захоронении этого продукта в специальных могильниках или направляют на хранение, продолжительность которого зависит от степени радиоактивного заражения и скорости его снижения. Скорость снижения радиоактивного заражения зависит от продолжительности периода полураспада радиоактивных веществ, содержащихся в продуктах питания. Минимально необходимый срок хранения t_хр, за который уровень загрязненности радионуклидами продукта питания снизиться до нормы, определяется по формуле:

(19.2)

где Т– период полураспада, определяемый по таблице П.3 прил.2; А– уровень загрязнённости радионуклидами продукта питания, Бк/л, определяется по формуле (19.1); Н– допустимое значение уровня загрязненности конкретного продукта питания, Бк/л, определяется по табл. П.1. прил. 2.

Для увеличения срока хранения скоропортящихся продуктов их подвергают переработке, например, из молока изготовляют сыры, сливочное масло, сгущенное консервированное молоко; фрукты и ягоды сушат и консервируют. По окончании срока хранения продукты питания должны пройти повторный контроль на содержание радионуклидов и употребляться в пищу только в том случае, если уровень загрязненности на превышает допустимых пределов.