Оценка вклада 137Cs и 40К в суммарную бета-активность 90Sr в пробах почвы отобранной на Семипалатинском (стр. 6 из 10)
90Sr относится к числу наиболее опасных радиоактивных изотопов. Наряду с большим периодом полураспада (19,9 лет) он прочно удерживается в организме, в основном в костях, так как по химическим свойствам близок к кальцию, и крайне медленно выводится из организма.
Накопление радиоактивного стронция в костях человека приводит к их облучению. В результате этого могут развиться рак крови - лейкемия и рак костей. Не существует предельно допустимой концентрации радиоактивного стронция в костях. Чем выше эта концентрация, тем больше вероятность заболевания. Содержание радиоактивного стронция измеряется в стронциевых единицах. Одна стронциевая единица равна содержанию 90Sr в 1 мкмккюри на 1 г кальция. Если к концу второй мировой войны содержание радиоактивного стронция в костях человека было значительно меньше одной стронциевой единицы, то в связи с испытаниями атомных бомб и выпадением вследствие этого радиоактивных осадков оно будет повышаться до 20—30 стронциевых единиц, если испытания будут продолжаться в тех же масштабах. Это весьма серьезная угроза здоровью людей и одна из важнейших причин движения за запрещение испытаний атомного оружия.
Из-за очень высокой токсичности 90Sr предельно допустимые концентрации его в воздухе и питьевой воде очень низки. Так, предельно допустимая концентрация 90Sr в воздухе составляет 1*10-16 кюри на 1 л и в воде – 2*10-11 кюри на 1 л, в то время как для такого распространенного изотопа, как церий-144, предельно допустимая концентрация в тысячу раз больше.
Значительную опасность представляет попадание радиоактивного стронция в организм человека с пищевыми продуктами. Выпадающий с радиоактивными осадками стронций включается в биологический цикл круговорота веществ. Он избирательно накапливается в растениях, причем его концентрации может быть в 100 раз больше, чем в водных растворах, и до 10 раз больше, чем в почве. Из растений радиоактивный стронций попадает в организм либо непосредственно с растениями, употребляемыми в пищу, либо с молоком или молочными продуктами травоядных животных. Особенно большой вред приносит радиоактивный стронций детям, так как основным продуктом питания у них является молоко и молочные продукты, а растущий организм усваивает значительное количество кальция для роста костных тканей.
Проведенные исследования показали, что доза облучения костей составляет 0,05 р в год на 20 стронциевых единиц, а облучение дозой в 1 р сокращает среднюю продолжительность жизни на 5—10 дней. Это не означает, что каждый человек, получивший дозу в 1 р, умрет на 5—10 дней раньше нормального срока. Это означает, что некоторые из них умрут на 10, 20 или 30 лет раньше вследствие заболевании лейкемией или костным раком. Учитывая, что в течение всей жизни человек получит дозу в 2,5 р, если испытания атомных бомб будут продолжаться, то среднее уменьшение продолжительности жизни всех людей на земле составят от 15 - 25 дней.
Необходимо применять специальные меры предосторожности при работе с радиоактивным стронцием, чтобы избежать заражения окружающего пространства и обеспечить надежные методы удаления радиоактивных отходов, содержащих стронций.
Калий-40 (период полураспада 1,3 млн. лет) — долгоживущий радионуклид. В природе встречается 3 изотопа калия: 39К, 40К и 41К, из которых радиоактивен только 40К. 40К испытывает превращения двоякого рода: в 88% он распадается с излучением бета-частиц (максимальная энергия 1,4 МэВ) и превращается при этом в стабильный изотоп 40Са; в 12% происходит K-захват электрона с ближайшей орбиты, сопровождающийся слабым гамма-излучением с энергией 1,46 МэВ и образованием стабильного изотопа 40Ar.
Особенно велика роль 40К при внутреннем облучении организма, поскольку калий, являясь незаменимым элементом, участвующим в обмене веществ, активно поглощается организмом из окружающей среды. Из почвы 40К поступает через корневую систему в растения и с растительной пищей в организм животных и человека. Особенно интенсивно усваивается калий фасолью (~220 Бк/кг), картофелем (~220 Бк/кг), орехами (~220 Бк/кг), клюквой (~300 Бк/кг). В различных полевых растениях его концентрация неодинакова: максимальные значения свойственны высшим цветковым растениям, несколько ниже они у голосеменных и минимальны — у мхов и лишайников. В высших растениях содержание 40К может достигать 50-60% всех бета-излучающих радионуклидов. Его средняя концентрация в различных органах и тканях человека 20-120 Бк/кг. Как правило, он является основным естественным бета-излучателем, содержащимся в теле любого представителя флоры и фауны.
Цезий-137 (период полураспада 33 года) - бета-гамма-излучающий радиоизотоп Цезий; один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Содержится в радиоактивных выпадениях, радиоактивных отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций. Интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимуществено в виде ионов. Содержится в растениях и организме животных и человека. Коэффициент накопления 137Cs наиболее высок у пресноводных водорослей и арктических наземных растений, особенно лишайников. В организме животных 137Cs накапливается главным образом в мышцах и печени. Наибольший коэффициент накопления его отмечен у северных оленей и северных американских водоплавающих птиц. В организме человека 137Cs распределен относительно равномерно и не оказывает значительного вредного действия.
Из радиоактивных изотопов цезия наиболее интересен 137Cs с периодом полураспада 30 лет. 137Cs -
-излучающий нуклид со средней энергией -частиц 170.8 кэВ. Его дочерний нуклид 137mBa имеет период полураспада 2.55 мин и испускает 
-кванты с энергией 661 кэВ. 137Cs широко применяется в медицине (для диагностики и лечения), радиационной стерилизации, дефектоскопии и во многих других технологиях. Другие радиоизотопы цезия имеют меньшее значение. 133Cs относится к рассеянным элементам. В незначительных количествах он содержится практически во всех объектах внешней среды. Кларковое (среднее) содержание нуклида в земной коре - 
%, в почве - 
%. Цезий - постоянный микроэлемент растительных и животных организмов: в живой фитомассе содержится в количестве 
%, в организме человека - примерно 15·106-4 %. Этот нуклид поступает в основном с пищей в количестве 10 мкг/сут. Выводится из организма преимущественно с мочой (в среднем 9 мкг/сут). Биологическая роль цезия до сих пор окончательно не раскрыта.2.1 Радиохимический метод анализа
2.1.1 Отбор проб почвы
При проведении площадного обследования пробы почвы отбирают методом "укола", глубина составляет 10 см (Рисунок 5). Перед отбором проб проводится подготовка выбранного участка: удаляется растительность, крупные камни. Затем проводится дозиметрический контроль, т.е. измеряется мощность альфа-излучения на высоте 3 см и на 1 метре, а также проводится измерение плотности потока альфа- и бета-частиц. Если в месте предполагаемого отбора пробы значения МЭД, измеренные на высоте 1 м больше, чем на высоте 3 см, то проба не отбирается, т.к. это означает, что рядом с исследуемым местом есть участок, более загрязненный, и необходимо провести более детальное обследование. Объединенную пробу составляют путем смешивания точечных проб отобранных на одной пробной площадке [14]. Площадь отбора точечной пробы – 100 см2, глубина составляет 10 см. Отобранная проба упаковывается в полиэтиленовый пакет и снабжается паспортом (пояснительной запиской), в котором указываются: присвоенный номер, место отбора, дата и время отбора, географические координаты, результаты полевой радиометрии. Для отбора точечной пробы почвы использовался пробоотборный инструмент: ковш и шпатель (Рисунок 6).
При обследовании территории применяется также метод "треугольника
В соответствии с этим методом пробы глубиной 10 см и площадью отбора – 100см2 (10*10*10см) отбираются в вершинах треугольника со стороной 1 метр. С заданной глубины и площади грунт вместе с дерниной извлекается при помощи саперской лопаты и упаковывается в полиэтиленовый пакет.
2.1.2 Подготовка проб почвы к радиохимическому анализу
Усредненную навеску воздушно-сухой пробы от 5 до 50 г (в зависимости от предполагаемого содержания стронция) помещают в фарфоровую чашку и прокаливают в муфельной печи при температуре 600-650°С в течение 4-6 часов. [15]
2.1.3 Радиохимический анализ проб почвы на 90Sr
Ход анализа
1 Навеску прокаленной почвы 50-100 г помещают в термостойкий стакан емкостью 500 см3 , вносят носитель стронция - 200 мг в расчете на металл. Почву заливают 200 см3 6М НСl, кипятят в течение часа при периодическом помешивании стеклянной палочкой. Кипячение проводят на песчаной бане или на асбесте.
2 Отстоявшийся раствор декантируют в коническую колбу емкостью 500 см3.
3 К оставшейся части почвы вновь приливают 100 см3 6М НС1 и кипятят 30 минут.
4 Раствору дают отстояться, декантируют в коническую колбу с первым декантатом, нерастворившийся остаток почвы промывают 2-3 раза горячей дистиллированной водой, подкисленной 2-3 каплями 6М НС1. Промывные воды объединяют с декантатом, а остаток почвы отбрасывают. Объем декантатов составляет 250-300 см3.
5 К полученному раствору прибавляют концентрированный аммиак до рН‑8, при этом осаждаются гидроокиси железа, алюминия, иттрия, марганца и соосаждаются свинец, уран и другие радионуклиды. рН среды контролируют с помощью универсальной индикаторной бумаги.