Что такое стронций 90. Стронций. Самые опасные изотопы

Говоря о радионуклидах в продуктах питания, мы прежде всего подразумеваем опасные Стронций-90 и Цезий-137. Именно они в больших количествах попадают в окружающую среду во время аварий на атомных станциях и ядерных взрывов. А учитывая их сравнительно большой период полураспада (около 30 лет) они рано или поздно могут попасть в наш обед.

Из атомного реактора - в тарелку с фруктами

Организм человека имеет замечательное свойство - он умеет распознавать «своих» и «чужих». К примеру, порция желе - переварится и почти полностью усвоится, а случайно проглоченная жвачка - нет. Проблема радионуклидов в том, что наш организм воспринимает их как необходимые ему микроэлементы. Они усваиваются и участвуют в обмене веществ. Аналогично усваиваются радионуклиды и сельскохозяйственными растениями и животными. Таким образом, с мясом, молоком и фруктами они попадают на наш стол.

Стронций-90 - вред для человека

Вред стронция для человека прежде всего в том, что наш организм ошибочно принимает его за кальций. Попадая в организм, радионуклид занимает место необходимого нам кальция в костях, нарушая их структуру. Опасность этого легко представить: вообразите дом, сложенный из одинаковых стандартных кирпичей. А теперь представьте себе, что часть из них заменена газобетонными блоками, вдвое превышающими размер кирпича.

Костная ткань, в которой кальций заменился стронцием, подвержена переломам, но это не единственная опасность. Со стопроцентной вероятностью со встроившимся в кости стронцием случится радиоактивный распад. Это означает, что он превратится в атом другого элемента, при этом испустив бета-частицу - то, что мы называем «радиацией», «излучением» и т. п. На своем пути она, как выпущенная с большой скоростью пуля, может повреждать структуры клетки и - что самое опасное - ДНК, «основной закон» нашего организма. От таких повреждений информация, записанная в ней может исказиться, и такая клетка может дать начало злокачественной опухоли. Учитывая то, что стронций в организме человека предпочитает находиться в костях, больше всего страдает от таких радио-повреждений костный мозг.

Если стронций уже попал в организм, вывести его очень сложно, ведь костная ткань не обновляется ежеминутно. Именно поэтому главное в профилактике всех радиоактивных проблем - это осторожный подбор продуктов питания.

Цезий-137 - вред для человека

Радиоактивный цезий является двойником калия, поэтому попав в организм, подменяет его во всех процессах. Это в первую очередь касается мышц - именно здесь накапливается большая часть поглощенного цезия. Вред цезия-137 для человека в первую очередь связан с его радиоактивностью. На пути своих радиоактивных превращений он будет облучать окружающие ткани гамма- и бета-лучами, вызывая мутации и повреждения на клеточном уровне.

Хорошая новость - цезий, в отличии от стронция, выводится из организма человека со временем. В этом основная заслуга принадлежит почкам. Именно поэтому рекомендовано принимать мочегонные средства в случаях, когда в организм попала порция радиоактивного цезия - после аварий и т.п.

Постоянное влияние цезия-137 на человека в долгосрочной перспективе может вызвать появление злокачественных опухолей. Поглощение больших доз (при авариях и взрывах) вызывает лучевую болезнь, но это проблема скорее радиационной, а не пищевой безопасности.

Никогда не приобретайте ягоды, грибы, овощи и молокопродукты, если происхождение их неизвестно. Относитесь осторожно к продуктам, происходящим из:
— областей, загрязненных вследствие аварии на АЭС - например, Брянской;
— Южного Урала;
— Барнаула и Новосибирска.

Накапливать радионуклиды может и речная рыба. В случае минимальных сомнений - требуйте у продавца документы, подтверждающие качество товара. Радиоактивность - один из показателей, который обязательно проверяется у пищевых продуктов.

Среди искусственных изотопов Стронций его долгоживущий радионуклид 90Sr - один из важных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Попадая в окружающую среду, 90Sr характеризуется способностью включаться (главным образом вместе с Ca) в процессы обмена веществ у растений, животных и человека. Поэтому при оценке загрязнения биосферы 90Sr принято рассчитывать отношение 90Sr/Ca в стронциевых единицах (1 с. е. = 1 мк мккюри 90Sr на 1 г Ca). При передвижении 90Sr и Ca по биологическим и пищевым цепям происходит дискриминация Стронций, для количественного выражения которой находят «коэффициент дискриминации», отношение 90Sr/Ca в последующем звене биологической или пищевой цепи к этой же величине в предыдущем звене. В конечном звене пищевой цепи концентрация 90Sr, как правило, значительно меньше, чем в начальном.

В растения 90Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни (при этом большое влияние имеет тип почвы, сё влажность, pH, содержание Ca и органических веществ и т.д.). Относительно больше накапливают 90Sr бобовые растения, корне- и клубнеплоды, меньше - злаки, в том числе зерновые, и лён. В семенах и плодах накапливается значительно меньше 90Sr, чем в др. органах (например, в листьях и стеблях пшеницы 90Sr в 10 раз больше, чем в зерне). У животных (поступает в основном с растительной пищей) и человека (поступает в основном с коровьим молоком и рыбой) 90Sr накапливается главным образом в костях. Величина отложения 90Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и др. Большую опасность 90Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани.

Биологическое действие 90Sr связано с характером его распределения в организме (накопление в скелете) и зависит от дозы b-облучения, создаваемого им и его дочерним радиоизотопом 90Y. При длительном поступлении 90Sr в организм даже в относительно небольших количествах, в результате непрерывного облучения костной ткани, могут развиваться лейкемия и рак костей. Существенные изменения в костной ткани наблюдаются при содержании 90Sr в рационе около 1 мккюри на 1 г Ca. Заключение в 1963 в Москве Договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космосе и под водой привело к почти полному освобождению атмосферы от 90Sr и уменьшению его подвижных форм в почве .

Основным источником загрязнения природы радиоактивным стронцием были испытания ядерного оружия и аварии на атомных электростанциях

Поэтому из радиоактивных изотопов стронция наибольший практический интерес представляют нуклиды с массовыми числами 89 и 90, выход которых, в большом количестве наблюдается в реакциях деления урана и плутония.

Выпавший на поверхность Земли радиоактивный стронций попадает в почву. Из почвы радионуклиды через корневую систему поступают в растения. Следует заметить, что на этом этапе большую роль играют свойства почвы и вид растения.

Выпадающие на поверхность почвы радионуклиды на протяжении многих лет могут оставаться в её верхних слоях. И ТОЛЬКО если почва бедна такими минералами как кальций, калий, натрий, фосфор создаются благоприятные условия для миграции радионуклидов в самой почве и по цепи почва – растение. В первую очередь это относится к дерново-подзолистым и песчано-суглинистым почвам. В чернозёмных почвах подвижность радионуклидов крайне затруднена. Теперь о растениях. В наибольших количествах стронций накапливается в бобовых, корнеплодах, и в меньшей мере (в 3-7 раз) в злаковых.

Характеристика загрязнений территории после аварии на ЧАЭС стронцием-90 и воздействие стронция-90 (90 Sr ) на биологические объекты.

Свойства радионуклида 90 Sr

Стронций -90 - чистый бета-излучатель с периодом полураспада 29.12 лет. 90 Sr - чистый бета-излучатель с максимальной энергией 0,54 эВ. При распаде он образует дочерний радионуклид 90 Y с периодом полураспада 64 ч. Как и 137 Сs, 90 Sr можетнаходиться в растворимой и нерастворимой в воде формах. После аварии на Чернобыльской АЭС во внешнюю среду его попало сравнительно немного - суммарный выброс оценивается в 0,22 МКи. Исторически сложилось так, что в радиационной гигиене уделяется много внимания этому радионуклиду. Причин тому несколько. Во-первых - на стронций-90 приходится значительная часть активности в смеси продуктов ядерного взрыва: 35% суммарной активности сразу после взрыва и 25% через 15-20 лет, во-вторых - ядерные аварии на ПО «Маяк» на Южном Урале в 1957 и 1967 годах, когда в окружающую среду было выброшено значительное количество стронция-90. И, наконец, особенности поведения этого радионуклида в организме человека. Практически весь попавший в организм стронция-9О центрируется в костной ткани. Объясняется это тем, что стронций - химический аналог кальция, а соединения кальция - основной минеральный компонент кости. У детей минеральный обмен в костных тканях интенсивней, чем у взрослых, поэтому в их скелете стронций-90 накапливается в большем количестве, но и выводится быстрее.

Для человека период его полувыведения стронция-90 - 90-154 суток. От депонированного в костной ткани стронция-90 страдает, в первую очередь, красный костный мозг - основная кроветворная ткань, которая к тому же очень радиочувствительная. От стронция-90 накопленного в тазовых костях, облучаются генеративные ткани. Поэтому для этого радионуклида установлены низкие ПДК - примерно в 100 раз ниже, чем для цезия-1З7.

В организм стронций-90 поступает только с пищей, причем в кишечнике всасывается до 20% от его поступления. Наибольшее содержание этого радионуклида в костной ткани жителей северного полушария было фиксировано в 1963-1965 гг. Тогда этот скачок был вызван глобальными выпадениями радиоактивных осадков от интенсивных испытаний ядерного оружия в атмосфере в 1961-1962 гг.

После аварии на чернобыльской АЭС вся территория со значительным загрязнением стронцием-90 оказалась в пределах 30- километровой зоны. Большое количество стронция-90 попало в водоемы, но в речной воде его концентрация нигде не превышала предельно допустимой для питьевой воды (кроме реки Припять в начале мая 1986 г. в ее нижнем течении).

Миграция стронция-90 в почвах

Радионуклид 90 Sr характеризуется большей подвижностью в почвах по сравнению с 137 Сs. Поглощение 90 Sr в почвах в основном обусловлено ионным обменом. Большая часть задерживается в верхних горизонтах. Скорость миграции его по почвенному профилю зависит от физико-химических и минералогических особенностей почвы. При наличии в почвенном профиле перегнойного горизонта, расположенного под слоем подстилки или дернины, 90 Sr концентрируется в этом горизонте. В таких почвах, как дерново-подзолистая песчаная, перегнойно-торфянисто-глеевая суглинистая на песке, черноземно-луговая оподзоленная, выщелоченный чернозем, наблюдается некоторое увеличение содержания радионуклида в верхней части иллювиального горизонта. В засоленных почвах появляется второй максимум, что связано с меньшей растворимостью сульфата стронция и его подвижностью. В верхнем горизонте он задерживается в солевой корке. Концентрирование в перегнойном горизонте объясняется высоким содержанием гумуса, большой величиной емкости поглощения катионов и образованием малоподвижных соединений с органическим веществом почв.

В модельных экспериментах при внесении 90 Sr в разные почвы, помещенные в вегетационные сосуды, было установлено, что скорость его миграции в условиях опыта возрастает с увеличением содержания обменного кальция. Повышение миграционной способности 90 Sr в почвенном профиле при увеличении содержания кальция наблюдалось и в полевых условиях. Миграция стронция-90 возрастает также с увеличением кислотности и содержания органического вещества.

Миграция стронция-90 в растения

В миграции 90 Sr большую роль играет лесная растительность. В период интенсивных радиоактивных выпадений после аварии на ЧАЭС деревья выполняют роль экрана, на котором осаждались радиоактивные аэрозоли. Задержанные поверхностью листьев и хвои радионуклиды поступают на поверхность почвы с опавшими листьями и хвоей. Особенности лесной подстилки оказывают существенное влияние на содержание и распределение стронция-90. В лиственных подстилках содержание 90 Sr постепенно падает от верхнего слоя к нижнему, в хвойных происходит значительное накопление радионуклида в нижней гумусированной части подстилки.

Литература:

1.Бударников В.А., Киршин В.А., Антоненко А.Е. Радиобиологический справочник. – Мн.: Уражай, 1992. – 336 с.

2.Чернобыль не отпускает… (к 50-летию радиоэкологических исследований в Республике Коми). – Сыктывкар, 2009 – 120 с.

Стронций 90 Sr - серебристый кальциеподобный металл, покрытый оксидной оболочкой, плохо вступает в реакцию, включаясь в метаболизм экосистемы по мере формирования сложных Са - Fe - Al - Sr - комплексов. Естественное содержание стабильного изотопа в почве, костных тканях, среде достигает 3,7 х 10 -2 %, в морской воде, мышечных тканях 7,6 х 10 -4 %. Биологические функции не выявлены; не токсичен, может замещать кальций. Радиоактивный изотоп в естественной среде отсутствует .

Стромнций -- элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium). Простое вещество стронций (CAS-номер: 7440-24-6) -- мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.

Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом руднике близ шотландской деревни Строншиан, давшей впоследствии название новому элементу. Присутствие в этом минерале оксида нового металла было установлено почти через 30 лет Уильямом Крюйкшенком и Адером Кроуфордом. Выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году .

Стронций содержится в морской воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%).

В природе стронций встречается в виде смеси 4 стабильных изотопов 84 Sr (0,56 %), 86 Sr (9,86 %), 87 Sr (7,02 %), 88 Sr (82,56 %)..

Существуют 3 способа получения металлического стронция:

Термическое разложение некоторых соединений

Электролиз

Восстановление оксида или хлорида

Основным промышленным способом получения металлического стронция является термическое восстановление его оксида алюминием. Далее полученный стронций очищается возгонкой.

Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl 2 и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями.

При термическом разложении гидрида или нитрида стронция образуется мелкодисперсный стронций, склонный к легкому воспламенению.

Стронций -- мягкий серебристо-белый металл, обладает ковкостью и пластичностью, легко режется ножом.

Полиморфен -- известны три его модификации. До 215 о С устойчива кубическая гранецентрированная модификация (б-Sr), между 215 и 605 о С -- гексагональная (в-Sr), выше 605 о С -- кубическая объемно-центрированная модификация (г-Sr).

Температура плавления -- 768 о С, Температура кипения -- 1390 о С.

Стронций в своих соединениях всегда проявляет валентность +2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними.

В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен?2,89 В. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид: Sr + 2H 2 O = Sr(OH) 2 + H 2 ^ .

Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H 2 SO 4 , HNO 3) реагирует слабо.

Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой помимо оксида SrO всегда присутствуют пероксид SrO 2 и нитрид Sr 3 N 2 . При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.

Энергично реагирует с неметаллами -- серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200 о С), азотом (выше 400 о С). Практически не реагирует с щелочами.

При высоких температурах реагирует с CO 2 , образуя карбид:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO (1)

Легко растворимы соли стронция с анионами Cl - , I - , NO 3 - . Соли с анионами F - , SO 4 2- , CO 3 2- , PO 4 3- мало растворимы.

Основные области применения стронция и его химических соединений -- это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.

Стронций применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей.

Стронций чистотой 99,99--99,999 % применяется для восстановления урана .

Магнитотвёрдые ферриты стронция широко употребляются в качестве материалов для производства постоянных магнитов.

В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в карминово-красный цвет. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Радиоактивный 90 Sr (период полураспада 28,9 лет) применяется в производстве радиоизотопных источников тока в виде титанита стронция (плотность 4,8 г/смі, а энерговыделение около 0,54 Вт/смі).

Уранат стронция играет важную роль при получении водорода (стронциево-уранатный цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-водородная энергетика), и в частности разрабатываются способы непосредственного деления ядер урана в составе ураната стронция для получения тепла при разложении воды на водород и кислород.

Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.

Фторид стронция используется в качестве компонента твердотельных фторионных аккумуляторных батарей с громадной энергоемкостью и энергоплотностью.

Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий для анодов гальванических элементов.

Радиационные характеристики приведены в таблице 1 .

Таблица 1- Радиационные характеристики стронция 90

В случаях попадания изотопа в окружающую среду поступление стронция в организм зависит от степени и характера включенности метаболита в почвенные органические структуры, продукты питания и колеблется от 5 до 30%, при большем проникновении в детский организм. Независимо от пути поступления излучатель накапливается в скелете (в мягких тканях содержится не более 1%). Выводится из организма крайне плохо, что ведет к постоянному накоплению дозы при хроническом поступлении стронция в организм. В отличие от естественных в-активных аналогов (урана, тория и др.) стронций является эффективным в-излучателем, что меняет спектр радиационного воздействия, в том числе и на гонады, эндокринные железы, красный костный мозг и головной мозг. Накапливаемые дозы (фон) колеблется в пределах (до 0,2 х 10 -6 мкКи/г в костях при дозах порядка 4.5 х 10 -2 мЗв/год) .

Не следует путать действие на организм человека природного (нерадиоактивного, малотоксичного и более того, широко используемого для лечения остеопороза) и радиоактивных изотопов стронция. Изотоп стронция 90 Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28.9 лет. 90 Sr претерпевает в-распад, переходя в радиоактивный 90 Y (период полураспада 64 ч.) Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдет лишь через несколько сотен лет. 90 Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.

По химическим реакциям радиоактивный и нерадиоактивные изотопы стронция практически не отличаются. Стронций природный -- составная часть микроорганизмов, растений и животных. Независимо от пути и ритма поступления в организм растворимые соединения стронция накапливаются в скелете. В мягких тканях задерживается менее 1 %. Путь поступления влияет на величину отложения стронция в скелете .

На поведение стронция в организме оказывает влияние вид, пол, возраст, а также беременность, и другие факторы. Например, в скелете мужчин отложения выше, чем в скелете женщин. Стронций является аналогом кальция. Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырехлетнего возраста, когда идет активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечнососудистой системы. Пути попадания:

Вода (предельно допустимая концентрация стронция в воде в РФ -- 8 мг/л, а в США -- 4 мг/л)

Пища (томаты, свёкла, укроп, петрушка, редька, редис, лук, капуста, ячмень, рожь, пшеница)

Интратрахеальное поступление

Через кожу (накожное)

Ингаляционное (через воздух)

Из растений или через животных стронций-90 может непосредственно перейти в организм человека.

Люди, работа которых связана со стронцием (в медицине радиоактивный стронций используют в качестве аппликаторов при лечении кожных и глазных болезней. Основные области применения природного стронция -- это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, металлотермия, пищевая промышленность, пр-во магнитных материалов, радиоактивного -- пр-во атомных электрических батарей. атомно-водородная энергетика, радиоизотопные термоэлектрические генераторы и др.) .

Влияние нерадиоактивного стронция проявляется крайне редко и только при воздействии других факторов (дефицит кальция и витамина Д, неполноценное питание, нарушения соотношения микроэлементов таких как барий, молибден, селен и др.). Тогда он может вызывать у детей «стронциевый рахит» и «уровскую болезнь» -- поражение и деформация суставов, задержка роста и другие нарушения. Напротив, радиоактивный стронций практически всегда негативно воздействует на организм человека:

Откладывается в скелете (костях), поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.

Вызывает лейкемию и злокачественные опухоли (рак) костей, а также поражение печени и мозга

Изотоп стронция 90 Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28,79 лет. 90 Sr претерпевает в-распад, переходя в радиоактивный иттрий 90 Y (период полураспада 64 часа). 90 Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС .

Стронций является аналогом кальция и способен прочно откладываться в костях. Длительное радиационное воздействие 90 Sr и 90 Y поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.

Попадая в почву, стронций-90 вместе с растворимыми соединениями кальция поступает в растения, из которых может непосредственно или через животных поступить в организм человека. Так создается цепь передачи радиоактивного стронция: почва - растения - животные - человек. Проникая в организм человека, стронций накапливается преимущественно в костях и подвергает, таким образом, организм длительному внутреннему радиоактивному воздействию. Результатом этого воздействия, как показывают исследования ученых, проведенные в опытах на животных (собаках, крысах и др.), является тяжелое заболевание организма. На первый план выступают повреждения кроветворных органов и развитие опухолей в костях. В обычных условиях «поставщиком» радиоактивного стронция являются экспериментальные взрывы ядерного и термоядерного оружия. Исследованиями американских ученых установлено, что даже малое лучевое воздействие, безусловно, вредно для здорового человека. Если же учесть, что и при крайне малых дозах этого воздействия наступают резкие изменения в тех клетках организма, от которых зависит воспроизводство потомства, то вполне понятно, что ядерные взрывы несут смертельную опасность еще... не родившимся! Свое название стронций получил от минерала - стронцианита (углекислой соли стронция), найденного в 1787 г. в Шотландии близ деревушки Стронциан. Английский исследователь А. Крофорд, изучая стронцианит, высказал предположение о наличии в нем новой еще не известной «земли». Индивидуальную особенность стронцианита установил также и Клапрот. Английский химик Т. Хоп в 1792 г. доказал наличие в стронцианите нового металла, выделенного в свободном виде в 1808 г. Г. Дэви .

Однако, независимо от западных ученых, русский химик Т.Е. Ловиц в 1792 г., исследуя минерал барит, пришел к заключению, что в нем, помимо окиси бария, в качестве примеси находится и «стронцианова земля». Чрезвычайно осторожный в своих заключениях, Ловиц не решился опубликовать их до окончания вторичной проверки опытов, требовавших накопления большого количества «стронциановой земли». Поэтому исследования Ловица «О стронциановой земле в тяжелом шпате», хотя и были опубликованы после исследований Клапрота, фактически же проведены раньше его. Они свидетельствуют об открытии стронция в новом минерале - сернокислом стронции, называемом теперь целестином. Из этого минерала простейшие морские организмы - радиолярии, акантарии - строят иглы своего скелета. Из иголочек отмирающих беспозвоночных образовались скопления и самого целестина

Миф 02. Самый опасный радионуклид - стронций

Есть такой миф, будто самый опасный радионуклид - это стронций-90. Откуда взялась эта мрачная популярность? Ведь в работающем ядерном реакторе образуется 374 искусственных радионуклида, из них одного стронция - 10 разных изотопов. Нет, подавай нам стронций не абы какой, а именно стронций-90.

Возможно, в головах читателей мелькает смутная мысль о таинственном периоде полураспада, о долгоживущих и короткоживущих радионуклидах? Что же, попробуем разобраться. Кстати, не пугайтесь слова радионуклид. Сегодня этим термином принято называть радиоактивные изотопы. Именно так - радионуклид, а не исковерканный «радионуклеид» или даже «радионуклеотид». Со взрыва первой атомной бомбы прошло 70 лет, и многие термины обновились. Сегодня вместо «атомный котёл» мы говорим: «ядерный реактор», вместо «радиоактивные лучи» - «ионизирующие излучения», ну, а вместо «радиоактивный изотоп» - «радионуклид».

Но вернемся к стронцию. И в самом деле, всенародная любовь к стронцию-90 связана с его периодом полураспада. А кстати, что это такое: период полураспада? Дело в том, что радионуклиды тем и отличаются от стабильных изотопов, что их ядра неустойчивы, нестабильны. Рано или поздно они распадаются - это и называется радиоактивным распадом. При этом радионуклиды, превращаясь в другие изотопы, испускают эти самые ионизирующие излучения. Так вот, различные радионуклиды нестабильны в разной степени. Одни распадаются очень медленно, в течение сотен, тысяч, миллионов и даже миллиардов лет. Их называют долгоживущими радионуклидами. Например, все природные изотопы урана - долгоживущие. А есть короткоживущие радионуклиды, они распадаются быстро: в течение секунд, часов, суток, месяцев. Но радиоактивный распад всегда происходит по одному и тому же закону (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Закон радиоактивного распада

Сколько бы мы ни взяли радионуклида (тонну или миллиграмм), половина этого количества всегда распадается за одинаковый (для данного радионуклида) промежуток времени. Его-то и называют «периодом полураспада» и обозначают: Т

Повторим: этот временной промежуток уникален и неизменен для каждого радионуклида. Можно делать что угодно с тем же стронцием-90: нагревать, охлаждать, сжимать под давлением, облучать лазером, - всё равно половина любой порции стронция распадётся за 29,1 лет, половина оставшегося количества - ещё в течение 29,1 лет и так далее. Считается, что через 20 периодов полураспада радионуклид исчезает полностью.

Чем быстрее распадается радионуклид, тем он более радиоактивен, ведь каждый распад сопровождается выбросом одной порции ионизирующего излучения в виде альфа- или бета-частицы, иногда «в сопровождении» гамма-излучения («чистого» гамма-распада в природе не существует). Но что значит «большая» или «маленькая» радиоактивность, в чём её измерить?

Для этой цели используют понятие активность. Активность позволяет оценить интенсивность радиоактивного распада в цифрах. Если в секунду происходит один распад, говорят: «Активность радионуклида равна одному беккерелю (1 Бк)». А раньше использовали намного более крупную единицу - кюри: 1 Ки = 37 миллиардов Бк. Конечно, сравнивать следует одинаковые количества разных радионуклидов, например 1 кг или 1 мг. Активность единицы массы радионуклида называют удельной активностью. Вот она-то, эта самая удельная активность, обратно пропорциональна периоду полураспада данного радионуклида (так, надо передохнуть). Давайте сравним эти характеристики для самых известных радионуклидов (таблица).

Так почему же всё-таки стронций-90? Вроде бы ничем особенным не выделяется - так, серединка на половинку. И как раз в этом всё дело! Сначала попробуем ответить на один (сразу предупреждаю) провокационный вопрос. Какие радионуклиды опаснее: короткоживущие или долгоживущие? Так, мнения разделились.

Таблица 2.1. Радиационные характеристики некоторых радионуклидов

С одной стороны, опаснее короткоживущие: они более активны. А с другой стороны, после быстрого распада «коротышей» проблема радиации исчезает. Кто постарше, помнит: сразу после чернобыльской аварии больше всего шума было вокруг радиоактивного йода. Короткоживущий йод-131 подорвал здоровье многих чернобыльцев. Зато сегодня с этим радионуклидом проблем нет. Уже через полгода после аварии выброшенный из реактора йод-131 распался, даже следа не осталось.

Теперь о долгоживущих изотопах. Их период полураспада может составлять миллионы и миллиарды лет. Такие нуклиды малоактивны. Поэтому в Чернобыле не было, нет и не будет проблем с радиоактивным загрязнением территорий ураном. Хотя по массе выброшенных из реактора химических элементов лидировал именно уран, причём с большим отрывом. Но кто же измеряет радиацию в тоннах? По активности, по беккерелям уран не представляет серьёзной опасности: слишком долгоживущий.

И вот теперь мы подошли к ответу на вопрос о стронции-90. У этого изотопа период полураспада равен 29 лет. Очень «противный» срок, ибо соизмерим с продолжительностью жизни человека. Стронций-90 достаточно долгоживущий, чтобы загрязнить территорию на десятки и сотни лет. Но не настолько долгоживущий, чтобы иметь низкую удельную активность. По значению периода полураспада к стронцию очень близок цезий-137 (30 лет). Вот почему при радиационных авариях именно эта «сладкая парочка» создаёт большую часть «долгоиграющих» проблем. Кстати, в негативных последствиях чернобыльской аварии гамма-активный (потерпите три странички) цезий виновен сильнее «чистого» бета-излучателя стронция.

А пройдет лет шестьсот, и в зоне чернобыльской аварии не останется ни цезия, ни стронция. И тогда на первое место выйдет… Вы уже догадались, верно? Плутоний! Но мы ещё далеки от понимания главной проблемы - опасности разных радионуклидов для здоровья. Ведь период полураспада, как и удельная активность, напрямую с такой опасностью не связан. Эти свойства характеризуют лишь сам радионуклид.

Возьмём, к примеру, одинаковые количества урана-238 и стронция-90: одинаковые по активности, а конкретно - по миллиарду беккерелей каждого. Для урана-238 - это около 80 кг, а для стронция-90 - всего 0,2 мг. Будет ли отличаться их опасность для здоровья? Как небо от земли! Рядом со слитком урана массой 80 кг можно спокойно стоять, можно посидеть на нём безо всякого вреда для здоровья, ведь почти все альфа-частицы, образующиеся в процессе распада урана, останутся внутри слитка. А вот такое же по активности и при этом ничтожно малое по массе количество стронция-90 чрезвычайно опасно. Если человек находится рядом без средств защиты, то за короткое время он получит как минимум радиационные ожоги глаз и кожи.

Знаете, на что похожа удельная активность? Тут напрашивается аналогия - скорострельность оружия. Помните, что вопрос об опасности долго- и короткоживущих радионуклидов - провокационный? Так оно и есть! Всё равно, что спросить: «Какое оружие опасней: которое делает сто выстрелов в минуту или один выстрел в час?». Здесь важнее другое: калибр оружия, чем оно стреляет и, самое главное, долетит ли пуля до цели, поразит ли её, и какие при этом будут повреждения?

Начнём с простого - с «калибра». Вы наверняка и раньше слышали об альфа-, бета- и гамма-излучениях. Именно эти виды излучений образуются при радиоактивных распадах (вернёмся к таблице 1). У таких излучений имеются как общие свойства, так и различия.

Общие свойства: все три вида излучений относят к ионизирующим. Что это значит? Энергия излучений чрезвычайно высока. Настолько, что при попадании в другой атом они выбивают с его орбиты электрон. Атом-мишень при этом превращается в положительно заряженный ион (вот почему излучения - ионизирующие). Именно высокая энергия отличает ионизирующие излучения от всех прочих излучений, например, от микроволнового или ультрафиолетового.

Чтобы стало совсем понятно, представим атом. При огромном увеличении он выглядит как маковое зерно (ядро атома), окружённое тончайшей сферической плёнкой типа мыльного пузыря диаметром несколько метров (электронная оболочка). И вот из нашего зёрнышка-ядра вылетает совсем крошечная пылинка, альфа- или бета-частица. Так выглядит радиоактивный распад. При испускании заряженной частицы заряд ядра изменяется, а значит, образуется новый химический элемент.

А наша пылинка мчится с огромной скоростью и врезается в электронную оболочку другого атома, выбивая из неё электрон. Атом-мишень, потеряв электрон, превращается в положительно заряженный ион. Но химический элемент остаётся прежним: ведь число протонов в ядре не изменилось. Такая ионизация - процесс химический: то же самое происходит с металлами при растворении в кислотах.

Вот по такой способности ионизировать атомы разные виды излучений и относят к радиоактивным. Ионизирующие излучения могут возникать не только в результате радиоактивного распада. Их источником может служить: реакция деления (атомный взрыв или ядерный реактор), реакция синтеза лёгких ядер (Солнце и другие звёзды, водородная бомба), ускорители заряженных частиц и рентгеновская трубка (сами по себе эти устройства не радиоактивны). Главное отличие радиации - высочайшая энергия ионизирующих излучений.

Различия же альфа-, бета- и гамма-излучений определяются их природой. В конце 19-го века, когда была открыта радиация, никто не знал, что это за «зверь». И вновь открываемые «радиоактивные лучи» просто обозначали первыми буквами греческого алфавита.

Сперва открыли альфа-лучи, испускаемые при распаде тяжёлых радионуклидов - урана, радия, тория, радона. Природу же альфа-частиц выяснили уже после их открытия. Оказалось, что это летящие с огромной скоростью ядра атомов гелия. То есть тяжёлые положительно заряженные «пакеты» из двух протонов и двух нейтронов. Эти «крупнокалиберные» частицы далеко пролететь не могут. Даже в воздухе они проходят не более нескольких сантиметров, а лист бумаги или, скажем, внешний омертвевший слой кожи (эпидермис) задерживает их полностью.

Бета-частицы при ближайшем рассмотрении оказались обычными электронами, но опять же летящими с огромной скоростью. Они значительно легче альфа-частиц, и электрический заряд у них поменьше. Такие «мелкокалиберные» частицы глубже проникают в разные материалы. В воздухе бета-частицы пролетают несколько метров, их способны задержать: тонкий лист металла, оконное стекло и обычная одежда. Внешнее облучение обычно приводит к ожогу хрусталика глаза или кожи, подобно солнечному ультрафиолету.

И, наконец, гамма-излучение. Оно имеет ту же природу, что и видимый свет, ультрафиолетовые, инфракрасные лучи или радиоволны. То есть гамма-лучи - это электромагнитное (фотонное) излучение, но с чрезвычайно высокой энергией фотонов. Или, другими словами, с очень короткой длиной волны (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Шкала электромагнитных излучений

Гамма-излучение имеет очень высокую проникающую способность. Она зависит от плотности облучаемого материала и оценивается толщиной слоя половинного ослабления. Чем плотнее материал, тем лучше он задерживает гамма-лучи. Именно поэтому для защиты от гамма-излучения чаще используют бетон или свинец. В воздухе гамма-лучи могут пройти десятки, сотни и даже тысячи метров. Для других материалов толщина слоя половинного ослабления показана на рис. 2.3.

Рис. 2.3 - Значение слоёв половинного ослабления гамма-излучения

При воздействии гамма-излучения на человека могут быть повреждены и кожа, и внутренние органы. Если бета-излучение мы сравнили со стрельбой мелкокалиберными пулями, то гамма-излучение - это стрельба иголками. По природе и свойствам на гамма-излучение очень похоже излучение рентгеновское. Отличается происхождением: его получают искусственно в рентгеновской трубке.

Существуют и другие виды ионизирующих излучений. Например, при ядерной вспышке или работе ядерного реактора, кроме гамма-излучений, образуются потоки нейтронов. Космические лучи помимо этих же излучений несут протоны и много чего ещё.

Литература

1. Нормы радиационной безопасности НРБ–99/2009: санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. - М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 100 с.