Файл: Марей, А. Н. Глобальные выпадения цезия-137 и человек.pdf

резервуар быстро истощается: период полуочищения его колеб­ лется в пределах 2—б недель у слоев, расположенных над зо­ ной образования облаков, и почти в 10 раз меньше у нижних слоев [8, 10—12]. Очищение стратосферы происходит гораздо' медленнее: в принципе период полуочищения зависит от вре­ мени, прошедшего с момента инжектирования. Причина этого, очевидно, заключается в том, что, поскольку скорость оседания частиц различного размера неодинакова, более быстро выпадают из стратосферы крупные частицы и — как следствие — увеличи­ вается время пребывания оставшейся активности в стратосфе­ ре [13]. Различные исследователи определяют время пребыва­ ния активности в стратосфере 2—5 годами [11, 14, 15]. Этот диапазон обусловлен не только недостаточной изученностью ме­ ханизмов переноса активности в стратосфере и выпадения из стратосферы, но и влиянием ряда факторов (как например, ме­ ста, времени, высоты взрыва и других) на время очищения стра­ тосферы от радиоактивных продуктов ядерпых взрывов.

Если же рассматривать выведение отдельных изотопов, то для каждого из них можно с определенной степенью точности принимать постоянные периоды полувыведения, отличные от пе­ риода полувыведения, характерного для всех продуктов деления' в целом. Такое различие связано с тем, что каждому изотопу со­ ответствует определенный (в каких-то пределах) размер частиц, оседающих с постоянной скоростью. В процессе конденсации ис­ парившегося во время взрыва вещества происходит избиратель­ ный захват изотопов формирующимися частицами, т. е. так на­ зываемое фракционирование. Крупные частицы, формирующиеся первыми, бедны, например, летучими или имеющими летучих предшественников элементами [16] и, наоборот, обогащены та­ кими изотопами, как Zr95, Се241, W181, \Ѵ185, Y91. Эти частицы оседают быстрее, чем мелкие, обогащенные Sr90, Cs137, Ru106.

Радиоактивные частицы, поступившие из стратосферы в тро­ посферу, в дальнейшем оседают на поверхности земли под влия­ нием характерных для этого слоя атмосферы процессов, из ко­ торых основным, по-видимому, является вымывание с атмосфер­ ными осадками, т. е. «мокрое» осаждение. Процесс вымывания обусловлен не столько захватом активности падающими кап­ лями (хотя в случае снега это явление может дать заметный эф­ фект), сколько тем, что радиоактивные частицы, попавшие » зону образования облаков, становятся центрами конденсации [10, 17] и, кроме того, могут захватываться растущими каплями в результате возникновения градиента давления на поверхности капли [18]. Эти факторы являются решающими для частиц, размером 0,02—0,2 мкм, т. е. наиболее вероятного размера стра­ тосферных частиц. Кроме мокрого происходит и «сухое» осаж­ дение, определяемое в основном гравитационными силами, вер­ тикальным движением воздушных масс и турбулентной диффу­ зией [19, 20]. На протекание процессов осаждения радноактив-

8

ных частиц определенное влияние оказывают конкретные мест­ ные условия, например: характер подстилающей поверхности,, топография района, высота над уровнем моря и т. п. Леса, пе­ ресеченная местность вызывают значительную турбулентность воздуха, что приводит к увеличению уровней выпадения актив­ ности. Особенно это явление сказывается на горных склонах: со стороны преимущественных направлений ветров [21]. Вооб­ ще увеличение радиоактивных выпадений в зависимости от вы­ соты местности отмечается многими исследователями [21, 22], хотя удовлетворительного объяснения механизма этого явления

нет.

Уровни выпадения радиоактивных осадков изменяются в те­ чение года в зависимости от сезона, в частности, в весенне-лет­ ний период отмечаются максимальные уровни, а осенью и зи­ мой— резкое их снижение [8]. Помимо перестройки тропопаузы это явление .объясняется также, скачкообразным изменением верхнего зонального стратосферного течения и усилением вер­ тикальной турбулентности в весенний период, что обусловливает, по мнению некоторых исследователей [8, 23], заметный переход радиоактивных аэрозолей в прилегающие к тропопаузе слои воздуха. За четыре-пять весенне-летних месяцев в средних ши­ ротах выпадает около 60% годового количбства радиоактивных осадков [9, 10].

Дальнейшая миграция по биологической цепи выпавшихна поверхность земли радиоактивных изотопов определяется прежде всего их биологической доступностью. Локальные выпа­ дения наземных ядерных взрывов состоят в основном из крупных: оплавленных частиц, степень растворимости которых очень низ­ ка, и, следовательно, изотопы, находящиеся в этих частицах, мало доступны для усвоения биологическими системами. В прин­ ципе растворимость того или иного изотопа зависит от размеров частиц (неоплавлениых) и от характера распределения изотопа по сечению частицы [16, 24]. Что касается тропосферных и особенно стратосферных выпадений, а также продуктов под­ земных ядерных взрывов, то в них радиоактивные изотопы сор­ бированы на поверхности мелкозернистых частиц и характери­ зуются высокой степенью биологической доступности. Как пока­ зали обширные исследования [25—27], растворимость страто­ сферных частиц может достигать 100%.

В общем значимость содержащихся в глобальных выпаде­ ниях радиоактивных изотопов как источников внутреннего об­ лучения определяется следующими факторами:

—выходом в результате деления или синтеза ядерного го­ рючего и периодом полураспада;

—скоростью и уровнем поступления в пищевые продукты

после осаждения на поверхности земли;

— уровнем поглощения из желудочно-кишечного тракта че­ ловека;

! 9»

—уровнем отложения в критическом органе и периодом полувыведения из него;

—видом и энергией излучения;

—характером пространственного распределения в критиче­ ском органе и радиочувствительностью этого органа.

Ниже приведены краткие характеристики некоторых наи­

мание исследователей. По проведенным оценкам, среднемировая доза облучения костного мозга за весь период до 2000 г. со­ ставит около 90 мрад [28J. Sr89 (7"= 50,36 дня) представляет интерес только в течение первых двух лет после выпадений.

Вэтот период поглощенная в костном мозге доза облучения Sr89

в2—3 раза превышает дозу облучения Sr90. Однако в общей ин­ тегральной дозе вклад Sr89 составляет лишь доли процента.

Наряду со Sr90 Cs137 (7'=29,68 года) наи-

Цезий-137 более важный компонент глобальных вы-. падений. После начала испытаний ядерного оружия Cs137 был обнаружен во всех видах животных орга­

низмов и растений, что является следствием включения изото­ па в биологический круговорот.

Испытания ядерного оружия привели к возникновению стра­

По сравнению со Sr90 Cs137 уделялось меньше внимания. Од­ нако в настоящее время интерес исследователей к поведению Cs137 в окружающей среде и его биологическому действию по­ стоянно увеличивается, что связано с появлением многочислен­ ных данных об исключительной способности Cs137 включаться в биологические системы, об особенности распределения в орга­ низме, о высокой токсичности и т. д. [29—32].

Многолетние наблюдения за соотношением этих двух изото­ пов в выпадениях позволяют использовать данные о Sr90 в каче­ стве исходных для описания распределения Cs137 в атмосфере и ютложения его на поверхности земли. Так, в материалах Науч­ ного комитета по действию атомной радиации ООН (НКДАР ООН) [28] указано, что в среднем за период глобальных выпа­ дений (с 1960 по 1967 г.) отношение CsI37/Sr90 в выпадениях со-

•ставляло 1,5—1,6, что близко к соотношению в момент их обра­ зования при делении ядерного горючего. Отсюда можно заклю­ чить, что характер инжектирования Cs137 и Sr90 в атмосферу, поведение их в ней и осаждение на поверхности земли иден-

•тичны.

30

Выпадая на поверхность земли, Cs137 фиксируется в верхних слоях (до 20 см) и мигрирует вглубь относительно медленно.

Максимальное содержание Cs137 в почве приходилось на 1966—1968 гг., после чего убыль этого изотопа из почвы уже не компенсировалась новыми выпадениями. В настоящее время содержание цезия в почве средних широт Земного шара состав­ ляет около 100 мкюри/км2 [39, 40].

ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ ЦЕЗИЯ-137 В ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ И РАЦИОН ЧЕЛОВЕКА

Продукты деления ядериого горючего, осаждающиеся в ви­ де глобальных выпадений на поверхности земли и накапливаю­ щиеся в почве, являются источниками загрязнения раститель­ ности и пищевых продуктов радиоактивными изотопами.

Рис. 1.4. Схема миграции Cs137 по биологическим цепям до челове­ ка включительно.

Содержащийся в стратосферных выпадениях Cs137 так же, как и Sr90, может поступать в пищевые продукты растительного и животного происхождения тремя путями (рис. 1.4). Во-первых, непосредственно из воздуха в результате осаждения радиоактив­ ных частиц на наземных частях растений в течение вегетацион­ ного периода (воздушный путь). Во-вторых, путем миграции ра­ диоактивных изотопов из почвы по корневой системе вместе с почвенными растворами (почвенный путь); последующая мигра­ ция в организм животных происходит по пищевым путям. В-третьих, путем миграции радиоактивных изотопов из открытых

12