,
где С0 -- начальная концентрация радиоизотопа, мКи/г; t --время в днях.
Поглощенную дозу (рад) для короткоживущего бета-излучающего изотопа, распадающегося практически полностью в течение первых суток (или одной недели) после поступления его в биологическую ткань, рассчитывают по формуле
,
где 73,8 -- постоянный расчетный коэффициент поглощенных доз, если концентрация изотопа С выражена в мКи/г, а Тэфф в сутках; -- средняя энергия бета-частиц, МэВ.
Поглощенную дозу (рад) в любой момент времени вычисляют по формуле
,
где t--время облучения, сут.
Альфа-излучающие вещества при попадании внутрь организма оказывают более выраженное биологическое действие, чем гамма- и бета-излучающие вещества при равной концентрации на 1 г ткани. Это обусловлено высокой плотностью ионизации среды вдоль пути альфа-частицы. Отношение ОБЭ альфа-излучения к ОБЭ гамма- и бета-излучений равно 10.
Поглощенную дозу от альфа-излучения за время t, когда заметно снижается концентрация радиоизотопа вследствие физических и биологических процессов, рассчитывают по формуле, аналогичной расчету поглощенной дозы от бета-излучения, но с введением коэффициента ОБЭ:
,
где -- средняя энергия альфа-частиц.
Если в объекте облучения одновременно находятся альфа-, бета-и гамма-излучающие изотопы, то отдельно рассчитывают дозы от каждого вида излучения, а полученные величины складывают.
2. ОСНОВЫ РАДИОЭКОЛОГИИ
2.1 Некорневое поступление радионуклидов в сельскохозяйственные культуры и передача их по трофическим цепям
Радиоактивные вещества, попадая из атмосферы на земную поверхность, могут непосредственно поступать в растения, оседая на их надземных частях. Одни радионуклиды прочно сорбируются, другие смываются дождем, третьи проникают в растения и участвуют в обмене веществ в процессе их роста и развития.
Задержка растениями радиоактивных веществ, выпадающих из атмосферы, зависит от физических свойств выпадений (частицы, пары, роса, дождь или туман), дисперсности выпавшего материала и скорости роста растений.
Загрязнение рек, озер и других водоемов происходит в результате оседания радионуклидов на их поверхности и путем смыва их дождевыми осадками, паводковыми и другими водами.
Естественный травостой удерживает 30 - 40 % выпавшего количества гамма-излучающих нуклидов и около 30 % 137Cs. Сеяные многолетние травы удерживают соответственно 20 - 40 и 7 - 15 %. На пашне сразу после выпадения более 97 % радиоактивных веществ сосредоточивается в верхнем двухсантиметровом слое. В дальнейшем происходит постепенная миграция радионуклидов в глубь почвы.
У травянистых видов идет значительное накопление изотопов цезия и стронция. Как показали наблюдения, растения естественных кормовых угодий всегда характеризуются более высокой удельной радиоактивностью, чем сеяные травы и различные сельскохозяйственные культуры. Объясняется это тем, что радионуклиды в почвах естественных кормовых угодий сосредоточены в основном в слое 0 - 5 см, создавая там высокую концентрацию радиоактивных изотопов в единице объема почвы. При перепашке почвы концентрация радионуклидов снижается, и создаются условия для их меньшей усвояемости растениями. Это подсказывает путь улучшения естественных кормовых угодий в условиях радиационного загрязнения.
Высокой подвижностью в растениях обладают радионуклиды Cs, I и Th, низкой -- радионуклиды Sr, Се и Ва. Через листья в растения проникает от 20 до 60 % поверхностно нанесенного раствора 137Cs, a 90Sr -- всего лишь сотые доли процента (Р. М. Алексахин и др.).
Большое значение в накоплении растениями радионуклидов имеет фаза вегетации. Листья молодых растений поглощают радионуклиды в значительно больших количествах, чем листья растений, заканчивающих рост и развитие. В среднем период времени, в течение которого содержание 90Sr пастбищной растительности снижается вдвое, составляет 14 сут. Сведения о скорости полуочищения поверхностно загрязненных кормовых растений от радионуклидов имеют важное прикладное значение для составления прогноза вероятного уровня радиоактивного загрязнения растений и принятия обоснованных мер снижения поступления радионуклидов в кормовые культуры.
Сведения о количестве и длительности пребывания радионуклидов на стеблях имеют важное значение для определения рациональных сроков и технологии уборки урожая.
Радиоактивные вещества, выпавшие на поверхность почвы из атмосферы и осевшие с поверхности растений, могут служить существенным источником повторного механического их загрязнения уже после прекращения выпадения радиоактивных осадков. Загрязнение растений радиоактивной пылью происходит при поднятии ее с поверхности земли ветром, пасущимися животными, при разбрызгивании каплями дождя и обработке или уборке урожая сельскохозяйственными машинами.
При некорневом радионуклидном загрязнении растительности переход их из корма в организм животных и продукцию животноводства, как правило, выше, чем при корневом поступлении.
Накопление радионуклидов сильно зависит от типа почв: хуже они всасываются из сероземов и черноземов, а лучше всего из торфоболотных и легких почв (песчаные и подзолистые), красноземы и лугово-карбонатные почвы занимают промежуточное положение. При некорневом пути поступления более подвижным является 137Cs. Поступление 90Sr и других радионуклидов происходит при этом в десятки раз медленнее. При корневом поступлении наиболее подвижным является 90Sr. 137Cs сильнее сорбируется почвой и поэтому в относительно меньших количествах переходит из почвы в растения.
По корневому пути из почвы во все последующие годы после выпадения радионуклидов происходит загрязнение грибов, ягод, дикорастущих плодов, лекарственных и кормовых растении.
По способности к накоплению растениями радионуклиды образуют ряд:
65Zn> 90Sr, 137Cs, 59Fe > 144Ce, 106Ru, 95Zr > 239Pu, 147Pm, 91Y, 235U.
Большинство искусственных радионуклидов прочно сорбируются почвенным поглощающим комплексом и включаются в биологический круговорот в сравнительно небольших количествах. Исключение составляют 65Zn, 89Sr и 90Sr, отличающиеся наибольшей подвижностью в системе «почва - растение». Например, коэффициент накопления 65Zn при переходе из воды в почву, а затем в траву пастбищ равен 440 (мкКи/г сырого вещества)/ (мкКи/мл воды), а цезия, кобальта и церия - лишь 0,19; 0,07 и 0,03 соответственно. На легких по механическому составу песчаных почвах накопление 137Cs растениями в 40 -50 раз больше, чем 90Sr. Из растворов поглощение корнями растений радионуклидов происходит в больших количествах, чем из почв.
Переход радионуклидов из почвы в растения во многом определяется их видовыми и сортовыми особенностями (строение корневой системы, характер метаболизма).
Поглощение радионуклидов растениями из почвы зависит также от ее состава. Почвы тяжелого гранулометрического состава отличаются большей поглотительной способностью, чем легкие. Существенное влияние на переход из почвы в растения 137Cs оказывает содержание в ней органического вещества. Поступление этого радионуклида в растения из торфянистых почв больше, чем из минеральных, в несколько раз.
Перенос питательных веществ между трофическими уровнями называют пищевой цепью, пищевой сетью. Механизмы, с помощью которых растения и животные получают необходимые для их роста неорганические вещества из почвы, аналогичны тем механизмам, посредством которых радионуклиды поступают в биологические системы. Таким образом, естественные и искусственные радионуклиды стабильных химических элементов также циркулируют в биосфере по характерным биологическим цепям, проникая из внешней среды в организмы, а затем снова возвращаясь во внешнюю среду.
При непрерывных глобальных выпадениях наиболее высокие концентрации радионуклидов обнаруживаются в продукции растениеводства, меньшие - в продукции животноводства. Концентрация 90Sr и 137Cs в кормах превосходит концентрацию в молоке соответственно в 100 и 30 раз, в мясе - в 50 и 10 раз. Наибольшей подвижностью в цепи «воздух - растение - животные -- продукция животноводства» обладают 90Sr, 131I и l37Cs, менее подвижны 106Ru, 144Се и изотопы U.
Наиболее короткий путь поступления радиоактивных продуктов деления в организм человека кроме непосредственного попадания из атмосферы - через сельскохозяйственные растения и животных. При этом продукты деления могут попадать в организм человека как непосредственно через растительную пищу, так и через животных, питающихся растениями, содержащими радиоактивные вещества.
Из радиоактивных продуктов деления в первый период наибольшую опасность представляют изотопы йода вследствие наиболее высокого относительного содержания их и значительной биологической токсичности. В последующем основную роль играют 90Sr и 137Cs из-за их относительно высокой энергии излучения, большого периода полураспада и способности активно включаться в биологический круговорот веществ (почва - растения - животные - человек). Эти изотопы способны надолго задерживаться в организме человека и животных. При поступлении с кормом в организм 90Sr его постоянным неизотопным носителем служит кальций, а для 137Cs -- калий.
В организме животных калий и кальций представлены как макроэлементы. При исследовании закономерностей передвижения 90Sr и 137Cs от одного объекта биосферы к другому было замечено, что первый ведет себя сходно с кальцием, второй -- с калием. Например, установлено, что при равных условиях в объектах биосферы, загрязненных радионуклидами, максимальная концентрация 90Sr всегда обнаруживается в органах (продуктах), физиологически богатых кальцием (кости, яичная скорлупа), а максимальная концентрация 137Cs - в объектах, богатых калием (например, мышцы).
Отметим, что многие вопросы закономерностей перехода радионуклидов в звеньях биологических цепей остаются еще слабо изученными.
2.2 Радиоактивное загрязнение лесных фитоценозов
При выпадении радиоактивных веществ на территории лесных массивов значительная часть радионуклидов опускается и задерживается кронами деревьев, осаждаясь на листьях, хвое и коре, другая их часть попадает под полог деревьев в травяной покров, лесную подстилку и почву. Доля радионуклидов, задерживающихся в пологе леса, варьирует в зависимости от состава, сомкнутости, формы и фазы вегетации древесной растительности. На опушке леса с наветренной стороны до 50 м в глубь леса их задерживается в 2 - 10 раз больше, чем в лесных массивах. Плотность радиоактивного загрязнения в наветренных опушках иногда в 30 раз выше, чем на открытых территориях.
В наземной части древесно-кустарниковой растительности при внешнем загрязнении радионуклиды частично проникают в их внутренние ткани. В результате через год после выпадения радиоактивных веществ доля их в кронах, особенно в лиственных насаждениях, снижается в несколько раз. Соответственно возрастает загрязненность лесной подстилки и почвы. На глубине до 5 см сосредоточивается более 90 % радионуклидов. В хвойных лесах самоочищение происходит медленнее. Обычно на это требуется 3 - 4 года.
Перемещаясь в лесной подстилке и почве, радионуклиды ими прочно фиксируются. Обычно они проникают до глубины 10 см. В последующем лес надежно предотвращает перенос радионуклидов с водой и ветровой перенос их, способствуя тем самым стабилизации радиоэкологической обстановки на загрязненных землях. Однако со временем в загрязненном лесу усиливается процесс корневого поступления радионуклидов в лесную растительность.
В настоящее время гамма-активность почв и растений в основном обусловлена 137Cs, бета-активность -- 90Sr, альфа-активность -- изотопами 238Рu, 239Рu и 240Рu.
В живом напочвенном покрове лесных насаждений высокой удельной радиоактивностью обладают зеленые мхи -- 3,7 . 105 Бк/кг (10-5 Ки/кг), а также лишайники -- 3,7 . 106 Бк/кг(10-4 Ки/кг). Шляпочные грибы повсеместно имели значительную радиоактивность -- 3,7 . 105 - 3,7 . 106 Бк/кг (10-5 - 10-4 Ки/кг), что на 1 - 2 порядка выше, чем у сосудистых высших растений. Большой активностью отличались также земляника -- 3,7 . 103 - 3,7 . 104 Бк/кг (10-7 - 10-6 Ки/кг), малина 3,7 . 104 - 3,7 . 105 Бк/кг (10-6 - 10-5 Ки/кг), черника 3,7 . 104 Бк/кг (10-6 Ки/кг) за счет аккумулирования 90Sr, 238Pu, 239Рu и 240Рu.
3 СанПиН 2.6.6.1169-02 "Обеспечение радиационной безопасности при обращении с производственными отходами с повышенным содержанием природных радионуклидов на объектах нефтегазового комплекса российской федерации"
СанПиН 2.6.6.1169-02 (введен с 1 января 2003 г.) являются обязательными для исполнения на территории РФ всеми юридическими и физическими лицами независимо от их ведомственной принадлежности и формы собственности, которые в своей деятельности осуществляют геологические изыскания (разведку), добычу, переработку и транспортировку нефти и газа (газового конденсата), а также ремонт и техническое обслуживание оборудования, сбор, переработку, транспортирование и захоронение производственных отходов предприятий нефтегазовой отрасли.
При разведке месторождений нефти и газа, а также добыче, переработке и транспортировке нефти и газа в окружающую среду в том или ином виде поступают природные радионуклиды рядов 238U и 232Th, а также 40К, которые исходно содержатся в геологических структурах, пластовых водах и т.п. В процессе добычи и переработки они существенно перераспределяются, - осаждаются на технологическом оборудовании, поверхностях рабочих помещений, территории предприятий и т.д., концентрируясь в ряде случаев до значительных уровней, при которых возможно повышенное облучение работников предприятий и населения, а также рассеяние в среду обитания людей.