Токсикологическая характеристика наиболее опасных для биосферы радиоактивных изотопов

ВВЕДЕНИЕ

В связи с широким распространением в природе радиоактивных изотопов естественного и искусственного происхождения и постоянно увеличивающимся применением их в отраслях экономики и науки необходимо иметь более полное представление о свойствах хотя бы некоторых наиболее опасных радиоактивных элементов. Также необходимо понимать их воздействие на организм, методы профилактики и безопасного взаимодействия с радионуклидами в ходе работы.

Все изотопы при соблюдении мер безопасности не могут оказать неблагоприятного влияния ни на организм животного, ни на окружающую среду. При грубом нарушении норм радиационной безопасности возможно внешнее или внутренне облучение в повышенной дозе. Для недопущения неблагоприятных последствий следует знать и уметь применять на практике сведения о безопасном использовании радиоизотопов.

 

ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАИБОЛЕЕ ОПАСНЫХ ДЛЯ БИОСФЕРЫ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ

Радиотоксичность радионуклидов обусловлена несколькими факторами:

· видом излучения (наиболее опасными для организма являются альфа-излучатели, менее опасны бета-излучатели и еще меньше – гамма-излучатели);

· интенсивностью излучения, что определяется величиной энергии (ЛПЭ – линейной передачей энергии);

· периодом полураспада радионуклида;

· типом распределения радионуклида в организме (равномерный, скелетный, щитовидный и др.);

· скоростью выведения радионуклида из организма (период полувыведения);

· кумулятивным эффектом.

Основным показателем радиотоксичности радионуклида является суммарная доза, создаваемая им в организме.

Радионуклиды, как потенциальные источники внутреннего облучения, разделяются (в убывающем порядке) по степени радиационной опасности на четыре группы с индексами А,Б,В,Г:

1. Группа А – радионуклиды с минимально значимой активностью (МЗА) 3,7 кБк (0,1 мкКи) – полоний-210, радий-226, плутоний-238, свинец-210, уран-232 и др.

2. Группа Б – радионуклиды с МЗА 37кБк (1мкКи) - стронций-90, йод-131, церий-144, уран-235, торий-234 и др.

3. Группа В – радионуклиды с МЗА 370 кБк (10 мкКи) – фосфор-32, кобальт-60, стронций-89, цезий-137, барий-140 и др.

4. Группа Г – радионуклиды с МЗА 3700кБк (100 мкКи) – тритий, углерод-14, фтор-18, хром-51, железо-55 и др.

Под минимально значимой активностью понимают наименьшую активность открытого источника на рабочем месте, при которой еще требуется разрешение органов Государственного санитарного надзора для работы. Если активность источника ниже МЗА, названной в Нормах радиационной безопасности, специального разрешения для работы не требуется.

Принадлежность радионуклидов к группе радиационной опасности определена Нормами радиационной безопасности. Каждая группа характеризуется степенью токсического действия: группа А имеет особо высокую степень токсичности; группа Б – большую или высокую токсичность; группа В – среднюю токсичность; группа Г – малую токсичность [1].

Радиотоксикология наиболее опасных для биосферы продуктов ядерного деления:

Полоний (Ро). При работе с полонием приходится соблюдать особую осторожность. Это один из самых опасных радиоэлементов. Его активность настолько велика, что, хотя он излучает только альфа-частицы, брать его руками нельзя, результатом будет лучевое поражение кожи и, возможно, всего организма: полоний довольно легко проникает внутрь сквозь кожные покровы. Он опасен и на расстоянии, превышающем длину пробега α-частиц, т.к. способен быстро переходить в аэрозольное состояние и заражать воздух. Поэтому работают с полонием лишь в герметичных боксах.

Энергия альфа-частиц полония превращается в тепло, которое можно использовать для обогрева и которое не так уж сложно превратить в электричество. Эту энергию уже используют и на Земле, и в космосе. Изотоп Ро-210 применен в энергетических установках некоторых искусственных спутников.

Радий (Ra). Он α-активен (Т_1/2 = 1590 лет). Радий и его соединения широко распространены в природе и являются одним из основных источников естественного фона. В организм человека может попадать с пишей, питьевой водой, вдыхаемым воздухом и через неповреждённую кожу. Около 90% радия поступает в организм с пищей и около 10% с водой. Установлено, что продолжительное облучение значительными уровнями радия в питьевой воде влечет за собой «высокий риск» рака костей для облученных. Одним из признаков радиевой интоксикации является лучевое поражение костей − их деструкция, развитие радиационного остеита, который приводит к повышенной хрупкости и патологическим переломам костей. Радиационный остеит челюстных костей, как правило, осложняется инфекцией и протекает как хронический остеомиелит.

Плутоний (Рu). Плутоний - 239 (Т_1/2 = 24065 лет) − один из наиболее токсичных радионуклидов, характеризующийся высокой удельной α–активностью.

При неядерном взрыве плутоний может поступить во внешнюю среду в форме мелкодисперсных аэрозолей. В организм человека нуклид может поступать ингаляционно, перорально и через раневые и ожоговые поверхности. В лёгких нуклид оседает неравномерно, что приводит к неравномерному облучению. Всосавшийся в кровь нуклид депонируется в основном в скелете и печени и в небольших количествах в других органах. Из организма плутонии выводится медленно [1].

Ингаляционное воздействие плутония на человека наиболее опасно и может привести, даже при поступлении небольшого количества, к развитию острой пневмонии и пневмосклерозу. Развитие пневмосклероза является главной неопухолевой формой отдалённой патологии. Лёгочная патология сопровождается соответствующим нарушением функции сердечнососудистой системы. Развитие дистрофических и склеротических процессов в печени приводит к нарушению её функции. Накопление плутония в гонадах проявляется в снижении их функциональной активности.

Уран (U). Уран и его соединения радиационно и химически токсичны. Предельно допустимая доза облучения профессиональных работников − 5 бэр в год, а населения − 0,5 бэр в год, металлический уран или его соединения используются в основном в качестве ядерного горючего в ядерных ректорах. При попадании в организм уран действует на все органы и ткани, являясь общеклеточным ядом. Преимущественно поражает почки, печень и желудочно-кишечный тракт.

Стронций-90 (Sr). Это бета-излучающий изотоп. Среди искусственных изотопов стронция это долгоживущий радионуклид. Стронций-90 (Т_1/2 =29,1 лет) − один из важнейших компонентов радиоактивного заражения биосферы. Попадая в окружающую среду, стронций-90 характеризуется способностью включаться в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке заражения биосферы стронцием-90 принято рассчитывать отношение стронция-90 к кальцию в стронциевых единицах. В растения стронций-90 может поступать непосредственно при прямом заражении листьев и из почвы через корни. Относительно больше накапливают его бобовые растения, корнеплоды, меньше − злаки, в том числе зерно, лен. У животных и человека стронций-90 накапливается главным образом в костях.

Величина отложения его в организме животных и человека зависит от возраста особи и количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и др. Большую опасность стронций-90 представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстрорастущей костной ткани.

Йод (I). При ядерных взрывах и авариях на АЭС радиоактивные изотопы йода составляют значительную часть активности «молодых» продуктов деления, и они являются одним из основных компонентов заражения внешней среды.

Поступление в организм человека радиоактивных изотопов йода происходит через органы пищеварения, дыхания, кожу, раневые и ожоговые поверхности. Практическое значение имеет пищевой и ингаляционный путь. Основными цепочками являются: растения − человек, растения − животное − человек и т.д. Поступивший в организм радиоактивный йод быстро всасывается в кровь и лимфу. В течение первого часа всасывается 80−90%. Органы и ткани по концентрации йода образуют убывающий ряд: щитовидная железа, почки, мышцы, кости. При поступлении малых количеств йода-131 уже отмечаются нарушение функции щитовидной железы, а также незначительные изменения крови и некоторых показателей обмена и иммунитета.

Общий характер действия йода на организм: при действии паров появляется кашель, насморк, слезотечение, конъюнктивит, опухание околоушных желез, головные боли. В тяжелых случаях − рвота, понос, белок и эритроциты в моче, задержка мочи, одышка. При хроническом отравлении − катар слизистых носа (типичный насморк), зева, исхудание, наблюдается желтоватая окраска зубов.

Торий (Th). Сейчас торий используется для добавки в многокомпонентные сплавы. Торий заметно повышает прочность и жаростойкость. Также торий применяется и как катализатор − в процессах органического синтеза и крекинга нефти и при синтезе жидкого топлива из каменного угля. Он содержится в объектах окружающей среды повсеместно.

В организм человека торий может попадать через органы дыхания и пищеварения, а затем откладываться в легких, скелете, костном мозге, печени, почках. Из организма выводится медленно: от 1,5 до 70 лет. Обычно поражаются органы, в которых он накапливается, вызывая их злокачественное перерождение (карциномы, саркомы, цирроз печени).

Фосфор (Р). Одним из основных источников поступления в окружающую среду являются атомные предприятия по производству плутония. Фосфор − доминирующий радионуклид в большинстве форм водных организмов и водоплавающих птиц. Основной путь поступления радионуклидов из водных сбросов в организм человека − использование питьевой воды, а также потребление рыбы и других пищевых продуктов из водоемов. Наиболее интенсивное накопление фосфора происходит в растущих тканях с повышенным обменом. Так, при раковых поражениях желудка, кишечника, матки накопление фосфора по отношению к нормальным тканям происходит быстрее и увеличивается в 2−6 раз в зависимости от опухоли. Специфичность действия связана с избирательным накоплением в костной ткани, большую опасность представляет поступление нерастворимых соединений радиоактивного фосфора в органы дыхания. При поражении такими соединениями наблюдается лучевой ожог кишечника, сопровождающийся кровавым поносом, резким исхуданием, лейкоцитозом, наблюдается сгущение крови, т.е. происходит угнетение функции костного мозга и других органов кроветворения.

Кобальт (Со). Кобальт − тугоплавкий металл, нашедший широкое применение в металлургии для получения жаропрочных и магнитных сталей и сплавов и в других отраслях промышленности. В технике кобальт применяют для просвечивания огромных слитков металла, в химии − для облучения и получения новых пластических масс с новыми свойствами, в медицине − для лечения злокачественных опухолей, для стерилизации лекарств и медицинской аппаратуры, в сельском хозяйстве − для борьбы с вредителями, для стимуляции роста растений.

Кобальт является основным источником внешнего облучения организма, при попадании внутрь с пищей или водой вызывает внутреннее облучение, в основном печени и яичников, что приводит к нарушению их функциональной деятельности и гибели.

Цезий-137 (Cs). Цезий содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы АЭС. Цезий-137 интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления цезия-137 наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных цезий-137 накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент его накопления отмечен у северных оленей и североамериканских водоплавающих птиц. В организме человека он распределен относительно равномерно и не оказывает значительного вредного действия при поступлении в небольших количествах. Однако критическими органами являются печень, легкие и особенно селезенка. Цезий-137 используют в медицине (радиотерапия).

Тритий (Т). Тритий является социально опасным глобальным радионуклидом и по радиационной опасности относится к группе Д.

В организм человека тритий может поступать ингаляционно, перорально и через кожные покровы в форме газообразного, НТО (тритиевая вода) и органически связанного. Поступление трития в форме НТО представляет примерно в 1000 раз большую опасность, чем в газообразной форме. Газообразный тритий слабо растворяется в жидкостях организма и быстро выводится. Процессы всасывания протекают быстро. Независимо от пути поступления нуклид равномерно распределяется в организме и находится в форме свободной воды, НТО и органически связанного [1].

Облучение носит равномерный характер. Клиническое течение болезни напоминает лучевую болезнь при внешнем γ-облучении. Учитывая сравнительно низкую токсичность трития, поступление нуклида во внешнюю среду в аварийных ситуациях не приведет к острому радиационному поражению населения.