Источники и пути поступления радионуклидов в организм

До середины XX в. природные источники ионизирующих излучений были единственными в облучении человека, создавая естественный радиационный фон (ЕРФ). В среднем доза облучения от всех естественных источников ионизирующего излучения составляет в год около 200 мР, хотя это значение может колебаться в разных регионах земного шара от 50 до 1000 мР/г. и более (табл. 4.8).

Таблица 4.8

Природные источники ионизирующего излучения

Основным дозообразующим компонентом ЕРФ является земное излучение от естественных радионуклидов, существующих на протяжении всей истории Земли. От этих источников человек подвергается воздействию как внешнего (в результате излучения радионуклидов, находящихся в окружающей среде), так и внутреннего облучения (за счет радионуклидов, попадающих внутрь организма с воздухом, водой и продуктами питания). Большинство исследователей считают, что наибольшее значение имеют источники внутреннего облучения, которые обусловливают, по данным разных авторов, примерно от 50 до 68% естественного радиационного фона.

Основное значение во внутреннем облучении имеют поступающие с воздухом, водой и продуктами питания радионуклиды семейств урана-238 и тория-232, их многочисленные дочерние продукты, а также изотоп калия — калий-40. Средняя величина эффективной эквивалентной дозы внутреннего облучения при неизменном фоне составляет 0,72 мЗв/год, из которых основная часть приходится на долю семейства урана (56%), калия-40 (25%) и семейства тория (16%).

Основным источником природных радиоактивных элементов, поступающих в организм человека, являются пищевые продукты (табл. 4.9).

Таблица 4.9

Удельная радиоактивность отдельных пищевых продуктов и воды по калию-40 и радию-226

Удельная активность изотопов свинца ²¹⁰Рв и полония ²¹⁰Ро в растительной пище составляет от 0,02 до 0,37 Бк/кг.

Особенно высокая активность ²¹⁰РЬ и²¹⁰ Ро обнаружена в чае (до 30,5 БК/кг). В продуктах животного происхождения (молоке) удельная активность ²¹⁰РЬ колеблется в пределах от 0,013 до 0,18 Бк/кг, а ²¹⁰Ро — от 0,13 до 3,3 Бк/кг.

Таким образом, суммарная радиоактивность растений в 10 раз выше, чем тканей животных.

Следует отметить, что поверхностные водоисточники могут содержать повышенное количество радионуклидов. Так, в водах курортов Цхалтубо активность радия ²²⁶Ra составляет до 3,7 Бк/л, а в водах курортов Белокурихи, Железноводска активность радона ²²²Rn достигает до 48 Бк/л.

В настоящее время естественный радиоактивный фон в результате деятельности человека качественно и количественно изменился. Повышение ЕРФ под влиянием новых видов технологической деятельности человека получило название «техногенно усиленного фона». Примерами такой деятельности являются широкое применение минеральных удобрений, содержащих примеси урана (например, фосфатных); увеличение добычи урановых руд; массовое увеличение числа авиационных перевозок, при которых космическое облучение растет (табл. 4.10).

Таблица 4.70

Искусственные источники излучения [3]

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в результате сочетания перечисленных факторов произошло повышение дозы облучения, которая способствует увеличению естественного фона.

Среднегодовая эквивалентная доза облучения всего тела естественными источниками ионизирующих излучений примерно была равна 1 мЗв (100 мбэр). Однако с учетом техногенно усиленного фона, по данным ООН, значение эффективной эквивалентной дозы облучения увеличилось в 2 раза — до 2 мЗв (200 мбэр) в год.

Следует отметить, что в наиболее развитых странах уровень фоновой радиации достигает 3—4 мЗв в год.

За последние четыре десятилетия атомная энергетика и использование расщепляющих материалов прочно вошли в жизнь человечества.

В настоящее время в мире работает более 450 ядерных реакторов. Атомная энергетика позволила существенно снизить «энергетический голод» и оздоровить экологию в ряде стран. Так, во Франции более 75% электроэнергии получают от АЭС и при этом количество углекислого газа, поступающего в атмосферу, удалось сократить в 12 раз. В условиях безаварийной работы АЭС атомная энергетика — пока самое экономичное и экологически чистое производство энергии и альтернативы ей в ближайшем будущем не предвидится. Вместе с тем бурное развитие атомной промышленности и атомной энергетики, расширение сферы применения источников радиоактивности обусловили появление радиационной опасности и риска возникновения радиационных аварий с выбросом радиоактивных веществ и загрязнением окружающей среды. Радиационная опасность может возникать при авариях на радиационно опасных объектах (РОО).

РОО — объект, на котором хранят, перерабатывают, используют или транспортируют радиоактивные вещества и при аварии, на котором или его разрушении может произойти облучение ионизирующим излучением или радиоактивное загрязнение людей, сельскохозяйственных животных и растений, объектов народного хозяйства, а также окружающей природной среды.

В настоящее время в России функционирует более 700 крупных радиационно опасных объектов, которые в той или иной степени представляют радиационную опасность. Основными объектами повышенной опасности являются атомные станции. Практически все действующие АЭС расположены в густонаселенной части страны, а в их 30-километровых зонах проживает около 4 млн человек. Общая площадь радиационно дестабилизированной территории России превышает 1 млн км², на ней проживает более 10 млн человек.

Авария на АЭС Фукусима-1 в Японии показала, что вопрос дальнейшего совершенствования нормативов загрязнения пищевых продуктов на аварийный и послеаварийный период является актуальным, особенно для государств, пострадавших в результате широкомасштабных радиационных аварий.

Для случаев возникновения радиационных аварий были разработаны временно допустимые уровни (ВДУ) и допустимые уровни (ДУ) поступления радионуклидов внутрь организма с учетом интегральных поглощенных доз за ряд последующих лет (табл. 4.11, 4.12). Величину ВДУ активности радиоактивных веществ в продуктах питания в этих условиях рассчитывают, исходя из того, чтобы интегральные дозы облучения тела человека не превысили 0,1 Зв/год, а дозы облучения щитовидной железы — 0,3 Зв/год.

Так, допустимый уровень активности радиоактивного цезия в молочных продуктах, принятый в странах Европы, колеблется в пределах от 370 Бк/кг (ФРГ) до 4000 Бк/кг (Великобритания, Франция, Испания). А в Японии величина принятого ДУ активности радиоактивного цезия в молочных продуктах наименьшая — 37 Бк/кг.

ВДУ активности йода-131 в пищевых продуктах и питьевой воде [4]

Таблица 4.11

Таблица 4.12

6ДУ суммарной активности цезия-134, цезия-137, стронция-90 в продуктах питания

и питьевой воде [4]

В связи с этим возникает вопрос о допустимой дозе облучения. Согласно оценкам Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН), для глобальных радионуклидов ожидаемая коллективная доза составит 670 чел-Зв на 1 ГВт-год, причем 90% этой дозы реализуется в интервале от 104 до 108 лет после разгрузки реактора. Учитывая неопределенность прогнозов на столь длительный период, используют неполную ожидаемую коллективную дозу, ограниченную сроком в 500 лет. В этом случае неполная ожидаемая коллективная доза за 500-летний период составит 18 чел-Зв на ГВт-год. С учетом перспектив развития ядерной энергетики годовая коллективная эффективная эквивалентная доза (чел-Зв) может составить в 2000, 2100 и 2500 годах 10 000, 200 000, 250 000, а индивидуальные — соответственно 1, 20, 25 мЗв, что равно 0.05, 1 и 1% от среднего облучения за счет естественных источников ионизирующего излучения. Расчет сделан из прогнозируемого годового объема производимой ядерной энергии в 2000, 2100 и 2500 годах соответственно 1000, 10 000, 100 000 ГВт-год. Указанные прогнозы во многом являются неопределенными. Учитывая возможности технического прогресса, доза облучения может быть и ниже.

Допустимые уровни радиоактивных веществ в загрязненных пищевых продуктах, реализуемых на международном рынке и предназначенных для всеобщего потребления, согласно требованиям Codex Alimentarius составляют: для цезия и йода — 1000 Бк/кг, для стронция — 100 Бк/кг, для плутония и америция — 1 Бк/кг.

Следует, однако, подчеркнуть, что поскольку у человека в процессе эволюции не выработались специальные защитные механизмы от ионизирующих излучений, с целью предотвращения неблагоприятных последствий для населения, по рекомендации Международной комиссии по радиационной защите ожидаемая эффективная эквивалентная доза не должна превышать 5 мЗв за любой год радиоактивного воздействия.

Пути поступления радионуклидов в организм человека с пищей достаточно сложны и разнообразны. Можно выделить следующие из них:

• • растение — человек;
• • растение — животное — молоко — человек;
• • растение — животное — мясо — человек;
• • атмосфера — осадки — водоемы — рыба — человек;
• • вода — человек;
• • вода — гидробионты — рыба — человек.

Различают поверхностное (воздушное) и структурное загрязнение пищевых продуктов радионуклидами.

При поверхностном загрязнении радиоактивные вещества, переносимые воздушной средой, оседают на поверхности продуктов, частично проникая внутрь растительной ткани. Более эффективно радиоактивные вещества удерживаются на растениях с ворсистым покровом и с разветвленной наземной частью, в складках листьев и соцветиях. При этом задерживаются не только растворимые формы радиоактивных соединений, но и нерастворимые. Однако поверхностно

ное загрязнение относительно легко удаляется даже через несколько недель.

Структурное загрязнение радионуклидами обусловлено физикохимическими свойствами радиоактивных веществ, составом почвы, физиологическими особенностями растений. Радионуклиды, выпавшие на поверхности почвы, на протяжении многих лет остаются в ее верхнем слое, постоянно мигрируя на несколько сантиметров в год в более глубокие слои. Это в дальнейшем приводит к их накоплению в большинстве растений с хорошо развитой и глубокой корневой системой.

Большой интерес представляют данные о степени накопления радионуклидов в тканях растений, используемых человеком и животными в пищу.

Растения по степени накопления радиоактивных веществ располагаются в следующем порядке: табак (листья) О свекла (корнеплоды) ?=> картофель (клубнеплоды) => пшеница (зерно) >=> естественная травяная растительность (листья и стебли). Быстрее всего из почвы в растения поступает стронций-90, стронций-89, йод-131, барий-140 и цезий-137.

Кроме пищевого имеются многие другие пути поступления радионуклидов в организм. К основным путям относят воздушный и кожный. Однако наибольшее значение имеет пищевой (алиментарный) путь. Лишь в период рассеивания радионуклидов после аварии или выброса в атмосферу наиболее опасен воздушный путь из-за большого объема легочной вентиляции и высокого коэффициента захвата и усвоения организмом изотопов из воздуха. В зависимости от природы радионуклида и химических его соединений процент всасывания его в пищеварительном канале колеблется от нескольких сотых (цирконий, ниобий, редкоземельные элементы, включая лантаниды) до нескольких единиц (висмут, барий, полоний), десятков (железо, кобальт, стронций, радий) и до сотен (тритий, натрий, калий) процентов. Всасывание через неповрежденную кожу обычно незначительно. Только тритий легко всасывается в кровь через кожу. Затем радионуклиды распределяются в организме человека в соответствии с их химическими свойствами.