Здесь же представлены основные характеристики радионуклидов, которые в дальнейшем определяли радиационную ситуацию. В первый период аварии определяющая роль принадлежала 131I при формировании дозы на щитовидную железу, а доза внешнего облучения определялась в основном короткоживущими гамма– излучающими радионуклидами. В настоящее время основной вклад в дозу внешнего и внутреннего облучения дают радионуклиды 137Cs, 90Sr и изотопы плутония.
Врезультате аварии на ЧАЭС в организмы людей, проживающих
врайонах радиационного воздействия, поступили радионуклиды, попавшие в окружающую среду с аварийным выбросом, включая цезий, йод, стронций и плутоний. Ниже дается краткое описание конкретных аспектов внутреннего облучения, полученного в результате воздействия этих радионуклидов.
3.1Цезий
Цезий имеет два радиоактивных изотопа, имеющих важное значение с биологической точки зрения 137Cs с периодом полураспада 30 лет и 134Cs, период полураспада которого составляет 2,1 года. Наличие 137Cs наиболее вероятно, так как он является основным продуктом деления, происходящего в урановом и плутониевом топливе. В течение нескольких последних десятилетий в рамках многих исследований изучалось радиобиологическое и метаболическое поведение 137Cs. Цезий и калий имеют одинаковые модели поведения в организме, включая распределение и участие в обмене веществ. Цезий растворяется в биологических жидкостях, при поступлении в организм с продуктами питания он быстро абсорбируется, почти равномерно распределяется по всему организму и в конечном счете выводится через почки, эффективный период полувыведения цезия из организма составляет от 70 до 110 дней. В организме детей биологический период полувыведения меньше и колеблется от 12 дней у младенцев до 57 дней у более взрослых детей. Пероральный прием гексацианоферрата железа (берлинская лазурь), содержащего ионы гексацианоферрата, в острых случаях является наиболее эффективным средством выведения радиоактивного цезия из организма человека. Как правило, к этому методу прибегают в случаях высоких доз облучения, полученных в результате поступления радионуклидов в
31
организм с пищевыми продуктами. Такой метод терапии использовался при лечении нескольких больных, пострадавших в результате радиологической аварии в Гоянии, Бразилия, в 1988 году.
С точки зрения радиации весь организм человека является критическим органом; ожидаемая полувековая эквивалентная доза облучения всего тела равна 8,1 мЗв на 1 МБк радиоактивности в организме. В старых единицах эта доза составляет 0,03 бэр на 1 мкКи цезия в организме.
Схема распада 137Cs:
|
|
|
137m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ba |
|
|
|
|
|
|
|
|
β |
|
|
|
|
|
|
137 |
Cs |
β |
137 |
Ba |
134 |
Cs |
β |
134 |
Ba |
|
|
|
|
|
|
||||
Характеристики распада |
|
137Cs |
37mBa |
|
|
|
134Cs |
||
T1/2 |
|
|
|
30,17 лет |
153,5 с |
|
|
2,06 года |
|
Eβ (кэВ) |
|
|
|
179,8 |
|
|
|
|
156,7 |
Eγ1 (кэВ) |
|
|
|
661,6 |
|
|
|
565 |
|
Eγ2 (кэВ) |
|
|
|
|
|
|
|
605 |
|
Eγ3 (кэВ) |
|
|
|
|
|
|
|
795 |
|
Eγ4 (кэВ) |
|
|
|
|
|
|
|
802 |
|
Г (Р см2 ч-1 мКи-1) |
|
|
|
3,24 |
|
|
|
8,72 |
|
3.2Йод
Примерно половина из 20 радиоактивных изотопов йода встречается в виде продуктов деления. 131I скорее всего является основным изотопом, приводящим к внутреннему облучению организма после аварии реактора, при которой происходит выброс свежих продуктов распада; однако, такие короткоживущие изотопы, как 132I, 133I, 134I и 135I, период полураспада которых колеблется от 52 минут до 7 часов, могут вносить значительный вклад в облучение людей, находящихся в непосредственной близости от источника крупного выброса. Период физического полураспада 131I составляет 8 дней, а эффективный период полувыведения из организма человека приблизительно равен 7,6 дня.
Наиболее радиоактивные нуклиды йода, попавшие в окружающую среду во время аварийного выброса, растворимы и быстро абсорбируются в организме при ингаляционном поступлении, поступлении с пищевыми продуктами или через кожу. В биологических жидкостях равновесное состояние йода, поступившего в организм ингаляционным путем, наступает приблизительно через 30 минут. Средние значения обычного
32
поступления 131I в щитовидную железу в течение 24 часов, как правило, составляют 10%-30% от общей пероральной дозы поступления радионуклидов. Причиной гипотиреоза и увеличения распространенности узелков щитовидной железы и рака могут быть большие поглощенные дозы. Профилактические меры по уменьшению облучения радиоактивными изотопами йода включают в себя контроль за пищевой цепочкой и прием йодистых соединений калия или натрия. Это приводит к насыщению щитовидной железы стабильным изотопом йода, в результате чего происходит блокировка щитовидной железы и прекращение поступления в нее радиоактивного йода. В случае незамедлительного приема блокирующего стабильного йода его эффективность может составить почти 100%. Однако, если его принять через шесть часов после облучения радиоактивным йодом, эффективность блокирования снизится до 50%.
|
|
|
|
131m |
|
|
|
|
|
|
Xe |
|
|
|
β |
|
|
|
131 |
I |
β |
131 |
Xe |
|
|
|
|
||
Характеристики распада |
|
131I |
|
131mXe |
|
T1/2 |
8 суток |
|
11.9 суток |
||
Eβ (кэВ) |
179.6 |
|
|
||
Eγ1 (кэВ) |
|
284 |
|
164 |
|
Eγ2 (кэВ) |
|
364 |
|
|
|
Г (Р см2 ч-1 мКи-1) |
|
2.16 |
|
0.42 |
|
Количество радиоактивного йода, которое приводит к развитию раннего гипотиреоза у больного с нормально функционирующей щитовидной железой, должно превышать 5,5 109 Бк/кг (150 мкКи/г) расчетного веса щитовидной железы. По расчетам эквивалентная доза облучения щитовидной железы за счет поступления 131I равна 1755 мЗв/МБк (6,5 бэр/мкКи).
3.3Стронций-90
Стронций-90 является наиболее важным в радиологическом отношении радиоактивным изотопом стронция. У него очень длительный физический период полураспада (28 лет). 89Sr является побочным продуктом деления урана, и физический период его полураспада равен 51 дню. Опыт показывает, что в результате одноразового перорального поступления примерно 25% стронция
33
абсорбируется межклеточной жидкостью (при ингаляционном поступлении примерно 1/3 поступивших радионуклидов абсорбируется межклеточной жидкостью), и примерно половина этого количества откладывается в костях. 90Sr испускает бетачастицы и облучает кальцифицированную костную ткань и прилегающий костный мозг. Эффективный период полураспада 90Sr равен примерно 15 годам. Имеется целый ряд методов, позволяющих уменьшить степень абсорбирования радиоактивного стронция, включая пероральный прием хлорида аммония, фосфата алюминия и/или сульфата бария. Кроме того, в острых случаях поступления значительных количеств радионуклидов с пищевыми продуктами используются альгинаты натрия. Очень небольшое число этих методов использовалось для снижения хронического поглощения стронция, если они вообще использовались. Ожидаемая эффективная эквивалентная доза облучения костей 90Sr равна 8600 мЗв на МБк содержания 90Sr в костях (32 бэр/мкКи).
90 |
Sr |
β |
90 |
Y |
β |
90 |
Zr |
|
|
|
|
|
|||
Характеристики распада |
|
|
90Sr |
|
|
|
90Y |
T1/2 |
|
28.5 суток |
|
|
61.4 часа |
||
Eβ (кэВ) |
|
|
179.6 |
|
|
928.2 |
|
3.4Трансплутониевые радионуклиды
Плутоний является металлом из ряда актинидов, который быстро окисляется и превращается в двуокись плутония (PuO) – соединение, которое наиболее вероятно будет оказывать воздействие после аварии на реакторе. 239Pu является радиоактивным изотопом, радиобилогия которого вызвала наибольшую озабоченность. Физический период его полураспада равен примерно 24000 лет; он испускает альфа-частицы высокой энергии, глубина проникновения которых в кости составляет 24 мкм и 40 мкм в ткани. В силу того, что 239Pu в основном испускает альфа-частицы, он представляет биологическую опасность только в случае его поглощения и поступления во внутренние органы. Ингаляционный путь является наиболее распространенным путем поступления плутония в организм, приводящим к внутреннему радиоактивному загрязнению. Характер осаждения и удержания плутония в легких зависит от его
34
физических и химических свойств, включая растворимость и размер частиц. Для малорастворимых частиц характерна высокая степень удержания в легких и лимфатических узлах. Период полуудержания плутония в легких составляет от 150 до 1000 дней. Если плутоний растворим или становится растворимым, он распределяется в организме человека следующим образом: 45 % скапливается в скелете, 45 % – в печени и 10 % – в других тканях. Период его полуудержания в организме человека равен примерно 200 годам, а периоды полуудержания в печени и костях предположительно равны 40 и 100 годам, соответственно. Был проведен целый ряд длительных исследований облучения в результате аварийного выброса 239Pu, и до настоящего времени не было зарегистрировано никаких статистически значимых данных об увеличении частоты возникновения опухолей. Однако это не исключает некоторый элемент риска, связанный с воздействием плутония. Критическим органом, на который воздействует растворимый плутоний, является скелет человека; поглощенная доза составляет 8 106 мЗв на 1 МБк содержания плутония в этом органе (30000 бэр на 1 мкКи) содержания 239Pu в костях). Для выведения плутония, поступившего в организм в результате аварий, использовалась аэрозоль и внутривенное введение кальциевой соли диамин–триамин пентауксусной кислоты (DTPA). В настоящее время известно относительно небольшое число случаев увеличения скорости выведения плутония. Этот метод применяется для лечения больных, подвергнувшихся острому облучению вследствие относительно высокого содержания плутония.
|
238Pu |
α |
|
|
234U α |
…… |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
239Pu |
α |
|
|
235U α |
…… |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
240Pu |
α |
|
|
236U α |
…… |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
241Pu |
β |
241Am α |
239Np α |
|
…… |
|
||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||
Характеристики распада |
238Pu |
|
|
239Pu |
240Pu |
|
241Pu |
241Am |
|||||
T1/2 (лет) |
87.8 |
|
|
24000 |
|
6537 |
15.2 |
433 |
|||||
Eα (МэВ) |
5.49 |
|
|
|
|
5.15 |
|
5.16 |
30 |
5.48 |
|||
Eβ (кэВ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eγ (кэВ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35.3 |
35