Оценка вклада 137Cs и 40К в суммарную бета-активность 90Sr в пробах почвы отобранной на Семипалатинском (стр. 4 из 10)
,которая получается интегрированием, и построенного на плоскости координат t и ln N. Наклон прямой к оси t и определяет значение tgφ = λ. (Рисунок 4).
Рисунок 4 – Кривая зависимости lnN от времени t
Если известно значение постоянной радиоактивного распада λ, характеризующей степень неустойчивости ядра, то можно вычислить среднюю продолжительность жизни τ радиоактивного атома. Средняя продолжительность их жизни τ равна
(2)Таким образом, τ равно обратной величине постоянной распада λ.
Практически более удобным оказалось характеризовать продолжительность жизни радиоактивного изотопа периодом полураспада Т1/2. Периодом полураспада Т1/2 называется то время, в течение которого распадается половина начального количества атомов данного радиоактивного вещества. Из соотношения (2) имеем
,(3)откуда потенцированием получаем
.(4)Периоды полураспада различных естественных изотопов весьма различны и выражаются в секундах, минутах, днях и годах. Постоянная радиоактивного распада выражается в обратных секундах. [10]
Вещества с большим периодом полураспада слабоактивны, имеют малое λ. У этих нуклидов период полураспада больше геологического возраста Земли.
1.3.1 Основные характеристики ионизирующего излучения
Все атомные и субатомные частицы, вылетающие из ядра атома при радиоактивном распаде:a, b, n, r, g и так далее - называют радиоактивными частицами, радиоактивным или ионизирующим излучением (ИИ), так как все они при прохождении через вещество:
- во-первых, приводят к его ионизации, к образованию горячих (высокоэнергетичных) и исключительно реакционно-способных частиц: ионов и свободных радикалов (осколков молекул, не имеющих заряда);
- во-вторых, могут приводить к активации (активированию) вещества, к появлению так называемой наведённой активности, то есть к превращению стабильных атомов в радиоактивные - появлению радионуклидов активационного происхождения.
Поэтому основными характеристиками ИИ являются энергия частиц, их пробег в разных средах или проникающая способность, а также их ионизирующая способность (особенно в смысле опасности для биологических объектов).
Энергию частиц измеряют в электрон-вольтах (эВ). Электрон-вольт - это энергия, которую приобретает электрон под действием электрического поля с разностью потенциалов (напряжением) в 1 вольт.
Проходя через вещество альфа- и бета-излучения в основном взаимодействуют с электронами атомов, передавая им свою энергию, которая расходуется на ионизацию (отрыв электрона от атома) и возбуждение (перевод электрона на более высшие орбитали).
Число ионизированных и возбужденных атомов образуемой альфа-частицей на единице длинны пути в среде, в сотни раз больше, чем у бета-частицы. Фотоны взаимодействуют с электронами атомов и с электрическим полем ядра. Проходя через вещество, фотонное излучение никогда не поглощается полностью. В этом его отличие от корпускулярного излучения.
Передача энергии фотонного излучения происходит в процессе фотоэлектрического поглощения, в результате которого фотон исчезает, расходуя свою энергию на отрыв электрона.
Таким образом, фотонное излучение непосредственно ионизации не производит, но в процессе взаимодействия с атомом передает часть или всю свою энергию электронам, которые затем производят ионизацию.
Принципиально по-иному происходит взаимодействие при прохождении нейтронов через вещество. Они взаимодействуют не с электронами, а только с ядрами атомов среды, передавая им часть своей энергии. Ядра, получившие от нейтронов часть кинетической энергии, вылетают из электронной оболочки и, будучи положительно заряженными, производят ионизацию атомов среды.[11]
1.3.2 Радиоактивный распад
Радиоактивный распад - это испускание, выбрасывание с огромными скоростями из ядер атомов «элементарных» (атомных, субатомных) частиц, которые принято называть радиоактивными частицами или радиоактивным излучением. При этом, как уже было сказано, в подавляющем большинстве случаев ядро атома (а значит, и сам атом) одного химического элемента превращается в ядро атома (в атом) другого химического элемента; или один изотоп данного химического элемента превращается в другой изотоп того же элемента.
Радиоактивный распад, как и все другие виды радиоактивных превращений, может быть естественным (самопроизвольным, спонтанным) и искусственным, вызванным попаданием в ядро стабильного атома какой-либо частицы извне.
Для естественных (природных) радионуклидов основными видами радиоактивного распада являются альфа- и бета минус-распад (хотя встречаются и другие). Названия “альфа” и “бета” были даны Эрнестом Резерфордом в 1900 году при изучении радиоактивных излучений.
Для искусственных (техногенных) радионуклидов кроме этого характерны также нейтронный, протонный, позитронный (бета-плюс) и более редкие виды распада и ядерных превращений (мезонный, К-захват, изомерный переход, «откалывание» и др.).[12]
Все виды самопроизвольного радиоактивного распада характеризуются временем жизни радионуклида и его активностью, то есть скоростью распада. Показателем времени жизни радионуклида, скорости его распада является период полураспада. Используется также радиоактивная постоянная или постоянная (константа) распада.
Период полураспада (T1/2)- время, в течение которого половина радиоактивных атомов распадается и их количество уменьшается в два раза. Периоды полураспада у всех радионуклидов разные - от долей секунды (короткоживущие радионуклиды) до миллиардов лет (долгоживущие).
Активность - это количество актов распада (в общем случае актов радиоактивных, ядерных превращений) в единицу времени (как правило, в секунду). Единицами измерения активности являются беккерель и кюри.
Беккерель (Бк) - это один акт распада в секунду (1 расп/сек). Единица названа в честь французского физика, лауреата Нобелевской премии Антуана Анри Беккереля.
Кюри (Ки) - 3,7×1010 (расп/сек). Эта единица возникла исторически: такой активностью обладает 1 грамм 226Ra равновесии с дочерними продуктами распада. Именно с 226Ra долгие годы работали лауреаты Нобелевской премии французские учёные супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри.
Есть понятие «удельная активность» (весовая или объёмная) - это активность единицы массы (веса) или объёма вещества. Или, точнее, активность радионуклида (или смеси радионуклидов) в единице веса или объёма вещества. Ориентировочно можно считать, что активность небольшого количества (граммы) и/или с небольшой начальной активностью (мКи; мкКи) радионуклида уменьшается до практически безопасного уровня (иногда почти до нуля) через 10 периодов полураспада. За это время количество радиоактивных атомов, а значит и актов распада, то есть активность, уменьшается в 2 раза.
Радиоактивная постоянная (постоянная или константа распада) l - это доля атомов, распадающихся в 1 секунду
l= 0,693/T1/2 (с-1).
Так как за время, равное одному периоду полураспада, число радиоактивных атомов уменьшается в два раза, то при t = T1/2 имеем:
Nt = N0 /2; e-lt = 1/2; e-lt = 2 (где t = T1/2) и в итоге In2 = l× T1/2.[13]
1.3.3 Характеристика стронция, калия и цезия
Характеристика изотопов. Природный стронций состоит из смеси стабильных изотопов: 84Sr (0,56 %), 86Sr (9,86 %), 87Sr (7,02 %), 88Sr (82,56%). Известны радиоактивные изотопы с массовыми числами 77—83, 85, 89—99. Наибольший токсикологический интерес представляют 85Sr, 89Sr и 90Sr.
Содержание в природе. 90Sr как аналог кальция активно участвует в обмене веществ у растений. Из стратосферы стронций выпадает на почву, в которой радионуклид находится в верхних слоях. В растения 90Sr может поступать непосредственно при прямом загрязнении листьев или из почвы через корни. Относительно большое количество радионуклида накапливают бобовые растения, корне- и клубнеплоды и злаки.
Получение. При делении 235U образуются 88Sr, 89Sr и 90Sr с выходами 3,57; 4,79; 5,77 % соответственно, а также короткоживущие изотопы с массовыми числами от 91 до 97. Благодаря медленному распаду относительное содержание 90Sr в смеси продуктов деления урана постепенно увеличивается: через 3 мес. на долю 90Sr приходится около 13 % суммарной активности, через 15— 20 лет — 25 %.
Поступление, распределение и выведение из организма. Радиоактивный стронций поступает в организм через ЖКТ, легкие и кожу. Уровни всасывания стронция из ЖКТ колеблются от 5 до 100 %. Растворимые соединения стронций хорошо всасываются из ЖКТ, величина резорбции составляет 0,1—0,6; этот показатель у плохо растворимых соединений <0,01. Величина всасывания стронция у человека равна 0,3. 90Sr быстро всасывается из легких. Через 5 мин после интратрахеального введения в количестве 1,48-104 Бк/г в легких остается 33,3% введенного количества, через сутки — 0,39%. При поступлении изотопов стронция через кожу в количестве 24,05 х 104 Бк/см3 фиксация происходит сразу же после загрязнения кожной поверхности.
Витамин Д увеличивает всасывание стронция (с 55 до 70 %) у молодых крыс, больных рахитом; повторное введение экстракта паращитовидных желез также усиливает всасывание 90Sr из ЖКТ. Коэффициент резорбции стронция из ЖКТ повышен у беременных.
Независимо от пути и ритма поступления в организм растворимые соединения радиоактивного стронция избирательно накапливаются в скелете. В мягких тканях задерживается менее 1 %. Однако в ранние сроки определяются значительные количества 90Sr в мягких тканях. Так, у собак через 6 ч после в/б введения стронция содержание (на весь орган) составляет % : в крови 23,6; в печени 4,7; в мышцах 4,2; в легких 3,4; в скелете 35,8 введенного количества; у крыс — в мышцах 3,5; в печени 0,17; в почках 0,11; в скелете 52,5. Через 16 сут в мягких тканях обнаруживаются лишь следы радионуклида.