Стронций в растениях. Особенности аккумуляции радионуклидов растительностью Аккумуляция радионуклидов растениями лесных фитоценозов

Поступив из разрушенного реактора в окружающую среду, стронций находится в доступном для человека состоянии. Он вовлекается в биологические цепи миграции. Это означает, что стронций накапливается в растениях, которые человек употребляет в пищу. накапливается в организме домашних животных (например коров), которых люди содержат на загрязненных территориях и как следствие, молоко, мясо накапливает повышенное количество этого радионуклида. Употребляя продукты питания полученные на радиационно-неблагополучных территориях , человек способствует накоплению стронция в организме.

Кроме того, стронций может поступать в организм человека и при вдыхании пыли. Что же происходит с организмом человека, когда стронция накапливается очень много?

Где накапливается стронций в человеке?

Стронций остеотроп – то есть элемент, который накапливается избирательно в определенных тканях живых существ, в том числе и человека. Этим органом (тканью) является скелет (кости). Объясняется такая закономерность очень просто – по химическим свойствам стронций подобный кальцию, который является основных строительным элементом скелета всех организмов. При дефиците кальция, а зона Полесья бедна на этот элемент, и при наличии радиоактивного стронция – организм без разбору накапливает в костях этот радионуклид.

Накопления стронция в костях вызывает и другую важную проблему – радионуклид очень медленно выводится из человеческого организма (скелета). Через двести дней выводится только половина накопленного стронция.

Важно, что накапливаясь в костях – стронций облучает важные, говоря языком радиобиологии, критические органы человека – костный мозг . Место, где образовывается кровь человека. Высокое содержания стронция в костях человека способно оказать существенное воздействие на этот орган и вызвать соответствующие заболевания.

Чтобы понять насколько избирательно накапливается стронций в костной ткани, укажем, что например в мышечной ткани (мясе) стронция накапливается только один процент – остальное в костях.

Влияние радиоактивного стронция

Высокое накопление стронция, особенно в организме детей, может привести к крайне опасным последствиям. Радиоактивный стронций облучает растущую костную ткань, что приводить к заболеванию и деформации суставов ребенка, наблюдается задержка в росте. Это заболевание имеет даже свое название – стронциевый рахит.

Наиболее ярко негативное влияние стронция на организм человека запечатлено на фото ребенка, который пережил ядерную бомбардировку в Хиросиме.

Фото поражение человека инкорпорированным стронцием.

1 – фото ребенка через 2 года после бомбандировки (1947 год);

2 – прогрессирующее поражение сустава ноги (снимок сделан через 1 год после первого снимка);

3 – ребенок в 1951 году (развитие болезни).

Как уже отмечали, при высоком накоплении стронция в костях происходит облучение и поражение костного мозга. Хроническое облучение приводит к развитию лучевой болезни , появлению опухолей в системах кровообразования, а также возникают злокачественные опухоли в костях. Вызывает лейкемию, приводит к поражению печени и мозга человека.

Важным профилактическим методом, который позволяет предотвратить поступления стронция в организм человека является правильное приготовление пищи, которая получена на территориях подвергшихся загрязнению стронцием-90. Кулинарная обработка позволяет снизить концентрацию радионуклида в несколько раз. Ненужно пренебрегать такими простыми процедурами.

1.2 Накопление радионуклида стронция – 90 в почвах и растениях

Продовольственное и техническое качество продукции – зерна, клубней, масличных семян, корнеплодов, получаемой от облучённых растений, сколько- либо существенно не ухудшается даже при снижении урожая до 30-40 %.

Содержание масла в семенах подсолнечника и лотса зависит от дозы облучения, получаемой растениями, и фазы их развития в момент начала облучения. Аналогичная зависимость наблюдается и по выходу сахара в урожае корнеплодов облучённых растений свеклы. Содержание витамина С в плодах томатов, собранных с облучённых растений, зависит от фазы развития растений в период начала облучения и дозы облучения. Например, при облучении растении во время массового цветения и начала плодоношения дозами 3 – 15 кР содержание в плодах томатов витамина С повышалось по сравнению с контролем на 3 – 25 %. Облучение растений в период массового цветения и начало плодоношения дозой до 10 кР затормаживает развитие семян у формирующихся плодов, которые обычно становятся бессемянными .

Аналогичная закономерность получена в опытах с картофелем. При облучении растений в период клубнеобразования урожай клубней при облучении дозами 7 – 10 кР практически не снижается. Если растения облучаются в более раннюю фазу развития, урожай клубней уменьшается в среднем на 30 – 50 %. Кроме того, клубни получаются не жизнеспособными из-за стерильности глазков.

Облучение вегетирующих растений не только приводит к уменьшению их продуктивности, но и снижает посевные качества формирующихся семян. Так при облучении вегетирующих растений не только приводит к уменьшению их продуктивности, но и снижает посевные качества формирующихся семян. Так при облучении зерновых культур в наиболее чувствительные фазы развития (кущение, выход в трубку) сильно снижается урожай, однако всхожесть получаемых семян существенно снижается, что даёт возможность не использовать их для посева. Если же растения облучают в начале молочной спелости (когда происходит формирование звена) даже в относительно высоких дозах, урожай зерна сохраняется практически полностью, однако такие семена не могут быть использованы для посева ввиду предельно низкой всхожести.

Таким образом радиоактивные изотопы не вызывают заметных повреждений растительных организмов, однако в урожае сельскохозяйственных культур они накапливаются в значительных количествах.

Значительная часть радионуклидов находится в почве, как на поверхности, так и в нижних слоях, при этом их миграция во многом зависит от типа почвы, её гранулометрического состава, водно-физических и агрохимических свойств.

Основными радионуклидами, определяющими характер загрязнения, в нашей области является цезий – 137 и стронция – 90, которые по разному сортируются почвой. Основной механизм закрепления стронция в почве – ионный обмен, цезия – 137 обменной формой либо по типу ионообменной сорбции на внутренней поверхности частиц почвы .

Поглощение почвой стронция – 90 меньше цезия – 137, а следовательно, он является более подвижным радионуклидом.

В момент выброса цезия – 137 в окружающие среду, радионуклид изначально находится в хорошо растворимом состоянии (парогазовая фаза, мелкодисперсные частицы и т.д.)

В этих случаях поступления в почву цезий – 137 легкодоступен для усвоения растениями. В дальнейшем радионуклид может включаться в различные реакции в почве, и подвижность его снижается, увеличивается прочность закрепления, радионуклид «стареет», а такое «старение» представляет комплекс почвенных кристаллохимических реакций с возможным вхождением радионуклида в кристаллическую структуру вторичных глинистых минералов.

Механизм закрепления радиоактивных изотопов в почве, их сорбция имеет большое значение, так как сорбция определяет миграционные качества радиоизотопов, интенсивность поглощения их почвами, а, следовательно, и способность проникать их в корни растений. Сорбция радиоизотопов зависит от многих факторов и одним из основных является механический и минералогический состав почвы тяжёлыми по гранулометрическому составу почвами поглощённые радионуклиды, особенно цезий – 137, закрепляются сильнее, чем лёгкими и с уменьшением размера механических фракций почвы прочность закрепления ими стронция – 90 и цезия – 137 повышается. Наиболее прочно закрепляются радионуклиды илистой фракцией почвы.

Большему удержанию радиоизотопов в почве способствует наличие в ней химических элементов, близких по химическим свойствам к этим изотопам. Так, кальций – химический элемент, близкий по своим свойствам стронцию – 90 и внесение извести, особенно на почвы с высокой кислотностью, ведёт к увеличению поглотительной способности стронция – 90 и к уменьшению его миграции. Калий схож по своим химическим свойствам с цезием – 137. Калий, как неизотопный аналог цезия находится в почве в макроколичествах, в то время как цезий – в ультра микроконцентрациях. Вследствие этого в почвенном растворе происходит сильное разбавление микроколичеств цезия–137 ионами калия, и при поглощении их корневыми системами растений отмечается конкуренция за место сорбции на поверхности корней. Поэтому при поступлении этих элементов из почвы в растениях наблюдается антагонизм ионов цезия и калия .

Кроме того эффект миграции радионуклидов зависит от метеорологических условий (количество осадков).

Установлено, что стронций–90, попавший на поверхность почвы, вымывается дождём в самые нижние слои. Следует заметить, что миграция радионуклидов в почвах протекает медленно и их основная часть находится в слое 0 – 5 см.

Накопление (вынос) радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит от свойства почвы и биологической особенности растений. На кислых почвах радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах, чем из почв слабокислых. Снижение кислотности почвы, как правило, способствует уменьшению размеров перехода радионуклидов в растения. Так, в зависимости от свойства почвы содержание стронция – 90 и цезия – 137 в растениях может изменяться в среднем в 10 – 15 раз.

А межвидовые различия сельскохозяйственных культур в накопление этих радионуклидов наблюдается зернобобовыми культурами. Например, стронций – 90 и цезий – 137, в 2 – 6 раз поглощается интенсивнее зернобобовыми культурами, чем злаковыми .

Поступление стронция–90 и цезия–137 в травостой на лугах и пастбищах определяется характером распределения в почвенном профиле.

В загрязнённой зоне, луга Рязанской области загрязнены на площади 73491 га, в том числе с плотностью загрязнения 1,5 Ки/км 2 - 67886 (36 % от общей площади), с плотностью загрязнения 5,15 Ки/км 2 - 5605 га (3%).

На целинных участка, естественных лугах, цезий находится в слое 0-5 см, за прошедшие годы после аварии не отмечена значительная вертикальная миграция его по профилю почвы. На перепаханных землях цезий – 137 находится в пахотном слое.

Пойменная растительность в большей степени накапливает цезий – 137, чем суходольная. Так при загрязнении поймы 2,4 Ки/км 2 в траве было обнаружено Ки/кг сухой массы, а на суходольной при загрязнении 3,8 Ки/км 2 в траве содержалось Ки /кг .

Накопление радионуклидов травянистыми растениями зависит от особенностей строения дернины. На злаковом лугу с мощной плотной дерниной содержание цезия – 137 в фитомассе в 3 – 4 раза выше, чем на разнотравном с рыхлой маломощной дерниной.

Культуры с низким содержанием калия меньше накапливают цезия. Злаковые травы накапливают меньше цезия по сравнению с бобовыми. Растения сравнительно устойчивы к радиоактивному воздействию, но они могут накапливать такое количество радионуклидов, что становятся не пригодными к употреблению в пищу человека и на корм скоту.

Поступление цезия – 137 в растения зависит от типа почвы. По степени уменьшения накопления цезия в урожае растения почвы можно расположить в такой последовательности: дерново-подзолистые супесчаные, дерново-подзолистые суглинистые, серая лесная, чернозёмы и т.д. Накопление радионуклидов в урожае зависит не только от типа почвы, но и от биологической особенности растений.

Отмечается, что кальциелюбивые растения обычно поглощают больше стронция – 90,чем растения бедные кальцием. Больше всего накапливают стронций – 90 бобовые культуры, меньше корнеплоды и клубнеплоды, и ещё меньше злаковые .

Накопление радионуклидов в растении зависит от содержания в почве элементов питания. Так установлено, что минеральное удобрение, внесённое в дозах N 90, Р 90, увеличивает концентрацию цезия – 137 в овощных культурах в 3 – 4 раза, а аналогичные внесения калия в 2 – 3 раза снижает его содержание. Положительный эффект на уменьшение поступления стронция – 90 в урожай зернобобовых культур оказывает содержание кальций содержащих веществ. Так, например, внесение в выщелочный чернозём извести в дозах, эквивалентных гидролитической кислотности, уменьшает поступление стронция–90 в зерновые культуры в 1,5 – 3,5 раза.

Наибольший эффект на снижение поступления стронция – 90 в урожай растений достигает внесением полного минерального удобрения на фоне доломита. На эффективность накопления радионуклидов в урожае растений оказывают влияние органические удобрения и метеорологические условия, а также и время их пребывание в почве. Установлено, что накопление стронция – 90, цезия – 137 через пять лет после их попадания в почву снижается в 3 – 4 раза .

Таким образом, миграция радионуклидов во многом зависит от типа почвы, её механического состава, водно-физических и агрохимических свойств. Так на сорбцию радиоизотопов влияют многие факторы, и одним из основных являются механический и минералогический состав почвы. Тяжёлыми по механическому составу почвами поглощённые радионуклиды, особенно цезий–137, закрепляются сильнее, чем лёгкими. Кроме того эффект миграции радионуклидов зависит от метеорологических условий (количества осадков).

Накопление (вынос) радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит от свойства почвы и биологической способности растений.

Радиоактивные вещества, попадающие в атмосферу, в конечном счете, концентрируются в почве. Через несколько лет после радиоактивных выпадений на земную поверхность поступления радионуклидов в растения из почвы становится основным путём попадания их в пищу человека и корм животным. При аварийных ситуациях, как показала авария на Чернобыльской АЭС, уже на второй год после выпадений основной путь попадания радиоактивных веществ в пищевые цепи - поступление радионуклидов из почвы в растения.

Радиоактивные вещества, попадающие в почву, могут из неё частично вымываться и попадать в грунтовые воды. Однако почва довольно прочно удерживает попадающие в неё радиоактивные вещества. Поглощение радионуклидов обуславливает очень длительное (в течение десятилетий) их нахождение в почвенном покрове и непрекращающееся поступления в сельскохозяйственную продукцию. Почва как основной компонент агроценоза оказывает определяющее влияние на интенсивность включения радиоактивных веществ в кормовые и пищевые цепи.

Поглощение почвами радионуклидов препятствует их передвижению по профилю почв, проникновению в грунтовые воды и в конечном счёте определят их аккумуляцию в верхних почвенных горизонтах.

Механизм усвоения радионуклидов корнями растений сходен с поглощением основных питательных веществ – макро и микроэлементов. Определённое сходство наблюдается в поглощении растениями и передвижения по ним стронция – 90 и цезия – 137 и их химических аналогов – кальция и калия, поэтому содержание данных радионуклидов в биологических объектах иногда выражают по отношению к их химическим аналогам, в так называемых стронциевых и цезиевых единицах.

Радионуклиды Ru–106, Ce–144, Co–60 концентрируются преимущественно в корневой системе и в незначительных количествах передвигаются в назёмные органы растений. В отличие от них стронций–90 и цезий–137 в относительно больших количествах накапливаются в наземной части растений .

Радионуклиды, поступившие в подземную часть растений, в основном концентрируются в соломе (листья и стебли), меньше – в мягкие (колосья, метёлки без зерна. Некоторые исключения из этой из этой закономерности составляет цезий, относительное содержание которого в семенах может достигать 10 % и выше общего количества его в надземной части. Цезий интенсивно передвигается по растению и относительно в больших количествах накапливается в молодых органах, чем очевидно вызвана повышенная концентрация его в зерне .

В общем, накопление радионуклидов и их содержание на единицу массы сухого вещества в процессе роста растений наблюдается такая же закономерность, как и для биологически важных элементов: с возрастом растений в их надземных органах увеличивается абсолютное количество радионуклидов и снижается содержание на единицу массы сухого вещества. По мере увеличения урожая, как правило, уменьшается содержание радионуклидов на единицу массы.

Из кислых почв радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах, чем из почв слабокислых, нейтральных и слабощелочных. В кислых почвах повышается подвижность стронция – 90 и цезия – 137 снижается прочность их растениями. Внесение карбонатов кальция и калия или натрия в кислую дерново-подзолистую почву в количествах, эквивалентных гидролической кислотности, снижает размеры накопления долгоживущих радионуклидов стронция и цезия в урожае.

Существует тесная обратная зависимость накопления стронция–90 в растениях от содержания в почве обменного кальция (поступление стронция уменьшается с увеличением содержания обменного кальция в почве).

Следовательно, зависимость поступления стронция–90 и цезия–137 из почвы в растения довольно сложная, и не всегда её можно установить по какому-либо одному из свойств, в разных почвах необходимо учитывать комплекс показателей.

Пути миграции радионуклидов в организм человека различны. Значительная их доля поступает в организм человека по пищевой цепи: почва – растения – сельскохозяйственные животные – продукция животноводства – человек. В принципе радионуклиды могут поступать в организм животных через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и поверхность кожи. Если в период

радиоактивных выпадений крупных рогатый скот находится на пастбище, то поступление радионуклидов может составить (в относительных единицах): через пищеварительный канал 1000, органы дыхания 1, кожу 0,0001. Следовательно, в условиях радиоактивных выпадений основное внимание должно быть обращено на максимально возможное снижение поступления радионуклидов в организм сельскохозяйственных животных через желудочно-кишечный тракт.

Так как радионуклиды, поступая в организм животных и человека, могут накапливаться и, оказывая неблагоприятное воздействие на здоровье и генофонд человека необходимо проводить мероприятия, снижающие поступление радионуклидов в сельскохозяйственные растения, снижение накопления радиоактивных веществ в организмах сельскохозяйственных животных.

дипломная работа

1 Литературный обзор

1.1 Свойства радионуклида Стронций-90

Стронций 90 Sr - серебристый кальциеподобный металл, покрытый оксидной оболочкой, плохо вступает в реакцию, включаясь в метаболизм экосистемы по мере формирования сложных Са - Fe - Al - Sr - комплексов. Естественное содержание стабильного изотопа в почве, костных тканях, среде достигает 3,7 х 10 -2 %, в морской воде, мышечных тканях 7,6 х 10 -4 %. Биологические функции не выявлены; не токсичен, может замещать кальций. Радиоактивный изотоп в естественной среде отсутствует .

Стромнций -- элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium). Простое вещество стронций (CAS-номер: 7440-24-6) -- мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.

Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом руднике близ шотландской деревни Строншиан, давшей впоследствии название новому элементу. Присутствие в этом минерале оксида нового металла было установлено почти через 30 лет Уильямом Крюйкшенком и Адером Кроуфордом. Выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году .

Стронций содержится в морской воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%).

В природе стронций встречается в виде смеси 4 стабильных изотопов 84 Sr (0,56 %), 86 Sr (9,86 %), 87 Sr (7,02 %), 88 Sr (82,56 %)..

Существуют 3 способа получения металлического стронция:

Термическое разложение некоторых соединений

Электролиз

Восстановление оксида или хлорида

Основным промышленным способом получения металлического стронция является термическое восстановление его оксида алюминием. Далее полученный стронций очищается возгонкой.

Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl 2 и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями.

При термическом разложении гидрида или нитрида стронция образуется мелкодисперсный стронций, склонный к легкому воспламенению.

Стронций -- мягкий серебристо-белый металл, обладает ковкостью и пластичностью, легко режется ножом.

Полиморфен -- известны три его модификации. До 215 о С устойчива кубическая гранецентрированная модификация (б-Sr), между 215 и 605 о С -- гексагональная (в-Sr), выше 605 о С -- кубическая объемно-центрированная модификация (г-Sr).

Температура плавления -- 768 о С, Температура кипения -- 1390 о С.

Стронций в своих соединениях всегда проявляет валентность +2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними.

В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен?2,89 В. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид: Sr + 2H 2 O = Sr(OH) 2 + H 2 ^ .

Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H 2 SO 4 , HNO 3) реагирует слабо.

Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой помимо оксида SrO всегда присутствуют пероксид SrO 2 и нитрид Sr 3 N 2 . При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.

Энергично реагирует с неметаллами -- серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200 о С), азотом (выше 400 о С). Практически не реагирует с щелочами.

При высоких температурах реагирует с CO 2 , образуя карбид:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO (1)

Легко растворимы соли стронция с анионами Cl - , I - , NO 3 - . Соли с анионами F - , SO 4 2- , CO 3 2- , PO 4 3- мало растворимы.

Основные области применения стронция и его химических соединений -- это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.

Стронций применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей.

Стронций чистотой 99,99--99,999 % применяется для восстановления урана .

Магнитотвёрдые ферриты стронция широко употребляются в качестве материалов для производства постоянных магнитов.

В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в карминово-красный цвет. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Радиоактивный 90 Sr (период полураспада 28,9 лет) применяется в производстве радиоизотопных источников тока в виде титанита стронция (плотность 4,8 г/смі, а энерговыделение около 0,54 Вт/смі).

Уранат стронция играет важную роль при получении водорода (стронциево-уранатный цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-водородная энергетика), и в частности разрабатываются способы непосредственного деления ядер урана в составе ураната стронция для получения тепла при разложении воды на водород и кислород.

Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.

Фторид стронция используется в качестве компонента твердотельных фторионных аккумуляторных батарей с громадной энергоемкостью и энергоплотностью.

Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий для анодов гальванических элементов.

Радиационные характеристики приведены в таблице 1 .

Таблица 1- Радиационные характеристики стронция 90

В случаях попадания изотопа в окружающую среду поступление стронция в организм зависит от степени и характера включенности метаболита в почвенные органические структуры, продукты питания и колеблется от 5 до 30%, при большем проникновении в детский организм. Независимо от пути поступления излучатель накапливается в скелете (в мягких тканях содержится не более 1%). Выводится из организма крайне плохо, что ведет к постоянному накоплению дозы при хроническом поступлении стронция в организм. В отличие от естественных в-активных аналогов (урана, тория и др.) стронций является эффективным в-излучателем, что меняет спектр радиационного воздействия, в том числе и на гонады, эндокринные железы, красный костный мозг и головной мозг. Накапливаемые дозы (фон) колеблется в пределах (до 0,2 х 10 -6 мкКи/г в костях при дозах порядка 4.5 х 10 -2 мЗв/год) .

Не следует путать действие на организм человека природного (нерадиоактивного, малотоксичного и более того, широко используемого для лечения остеопороза) и радиоактивных изотопов стронция. Изотоп стронция 90 Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28.9 лет. 90 Sr претерпевает в-распад, переходя в радиоактивный 90 Y (период полураспада 64 ч.) Полный распад стронция-90, попавшего в окружающую среду, произойдет лишь через несколько сотен лет. 90 Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС.

По химическим реакциям радиоактивный и нерадиоактивные изотопы стронция практически не отличаются. Стронций природный -- составная часть микроорганизмов, растений и животных. Независимо от пути и ритма поступления в организм растворимые соединения стронция накапливаются в скелете. В мягких тканях задерживается менее 1 %. Путь поступления влияет на величину отложения стронция в скелете .

На поведение стронция в организме оказывает влияние вид, пол, возраст, а также беременность, и другие факторы. Например, в скелете мужчин отложения выше, чем в скелете женщин. Стронций является аналогом кальция. Стронций с большой скоростью накапливается в организме детей до четырехлетнего возраста, когда идет активное формирование костной ткани. Обмен стронция изменяется при некоторых заболеваниях органов пищеварения и сердечнососудистой системы. Пути попадания:

Вода (предельно допустимая концентрация стронция в воде в РФ -- 8 мг/л, а в США -- 4 мг/л)

Пища (томаты, свёкла, укроп, петрушка, редька, редис, лук, капуста, ячмень, рожь, пшеница)

Интратрахеальное поступление

Через кожу (накожное)

Ингаляционное (через воздух)

Из растений или через животных стронций-90 может непосредственно перейти в организм человека.

Люди, работа которых связана со стронцием (в медицине радиоактивный стронций используют в качестве аппликаторов при лечении кожных и глазных болезней. Основные области применения природного стронция -- это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, металлотермия, пищевая промышленность, пр-во магнитных материалов, радиоактивного -- пр-во атомных электрических батарей. атомно-водородная энергетика, радиоизотопные термоэлектрические генераторы и др.) .

Влияние нерадиоактивного стронция проявляется крайне редко и только при воздействии других факторов (дефицит кальция и витамина Д, неполноценное питание, нарушения соотношения микроэлементов таких как барий, молибден, селен и др.). Тогда он может вызывать у детей «стронциевый рахит» и «уровскую болезнь» -- поражение и деформация суставов, задержка роста и другие нарушения. Напротив, радиоактивный стронций практически всегда негативно воздействует на организм человека:

Откладывается в скелете (костях), поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.

Вызывает лейкемию и злокачественные опухоли (рак) костей, а также поражение печени и мозга

Изотоп стронция 90 Sr является радиоактивным с периодом полураспада 28,79 лет. 90 Sr претерпевает в-распад, переходя в радиоактивный иттрий 90 Y (период полураспада 64 часа). 90 Sr образуется при ядерных взрывах и выбросах с АЭС .

Стронций является аналогом кальция и способен прочно откладываться в костях. Длительное радиационное воздействие 90 Sr и 90 Y поражает костную ткань и костный мозг, что приводит к развитию лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей.

Попадая в почву, стронций-90 вместе с растворимыми соединениями кальция поступает в растения, из которых может непосредственно или через животных поступить в организм человека. Так создается цепь передачи радиоактивного стронция: почва - растения - животные - человек. Проникая в организм человека, стронций накапливается преимущественно в костях и подвергает, таким образом, организм длительному внутреннему радиоактивному воздействию. Результатом этого воздействия, как показывают исследования ученых, проведенные в опытах на животных (собаках, крысах и др.), является тяжелое заболевание организма. На первый план выступают повреждения кроветворных органов и развитие опухолей в костях. В обычных условиях «поставщиком» радиоактивного стронция являются экспериментальные взрывы ядерного и термоядерного оружия. Исследованиями американских ученых установлено, что даже малое лучевое воздействие, безусловно, вредно для здорового человека. Если же учесть, что и при крайне малых дозах этого воздействия наступают резкие изменения в тех клетках организма, от которых зависит воспроизводство потомства, то вполне понятно, что ядерные взрывы несут смертельную опасность еще... не родившимся! Свое название стронций получил от минерала - стронцианита (углекислой соли стронция), найденного в 1787 г. в Шотландии близ деревушки Стронциан. Английский исследователь А. Крофорд, изучая стронцианит, высказал предположение о наличии в нем новой еще не известной «земли». Индивидуальную особенность стронцианита установил также и Клапрот. Английский химик Т. Хоп в 1792 г. доказал наличие в стронцианите нового металла, выделенного в свободном виде в 1808 г. Г. Дэви .

Однако, независимо от западных ученых, русский химик Т.Е. Ловиц в 1792 г., исследуя минерал барит, пришел к заключению, что в нем, помимо окиси бария, в качестве примеси находится и «стронцианова земля». Чрезвычайно осторожный в своих заключениях, Ловиц не решился опубликовать их до окончания вторичной проверки опытов, требовавших накопления большого количества «стронциановой земли». Поэтому исследования Ловица «О стронциановой земле в тяжелом шпате», хотя и были опубликованы после исследований Клапрота, фактически же проведены раньше его. Они свидетельствуют об открытии стронция в новом минерале - сернокислом стронции, называемом теперь целестином. Из этого минерала простейшие морские организмы - радиолярии, акантарии - строят иглы своего скелета. Из иголочек отмирающих беспозвоночных образовались скопления и самого целестина

1.2 Накопление радионуклида стронция - 90 в почвах и растениях

Продовольственное и техническое качество продукции - зерна, клубней, масличных семян, корнеплодов, получаемой от облучённых растений, сколько- либо существенно не ухудшается даже при снижении урожая до 30-40 %.

Содержание масла в семенах подсолнечника и лотса зависит от дозы облучения, получаемой растениями, и фазы их развития в момент начала облучения. Аналогичная зависимость наблюдается и по выходу сахара в урожае корнеплодов облучённых растений свеклы. Содержание витамина С в плодах томатов, собранных с облучённых растений, зависит от фазы развития растений в период начала облучения и дозы облучения. Например, при облучении растении во время массового цветения и начала плодоношения дозами 3 - 15 кР содержание в плодах томатов витамина С повышалось по сравнению с контролем на 3 - 25 %. Облучение растений в период массового цветения и начало плодоношения дозой до 10 кР затормаживает развитие семян у формирующихся плодов, которые обычно становятся бессемянными .

Аналогичная закономерность получена в опытах с картофелем. При облучении растений в период клубнеобразования урожай клубней при облучении дозами 7 - 10 кР практически не снижается. Если растения облучаются в более раннюю фазу развития, урожай клубней уменьшается в среднем на 30 - 50 %. Кроме того, клубни получаются не жизнеспособными из-за стерильности глазков.

Основными радионуклидами, определяющими характер загрязнения, в нашей области является цезий - 137 и стронция - 90, которые по разному сортируются почвой. Основной механизм закрепления стронция в почве - ионный обмен, цезия - 137 обменной формой либо по типу ионообменной сорбции на внутренней поверхности частиц почвы .

Поглощение почвой стронция - 90 меньше цезия - 137, а следовательно, он является более подвижным радионуклидом.

В момент выброса цезия - 137 в окружающие среду, радионуклид изначально находится в хорошо растворимом состоянии (парогазовая фаза, мелкодисперсные частицы и т.д.)

В этих случаях поступления в почву цезий - 137 легкодоступен для усвоения растениями. В дальнейшем радионуклид может включаться в различные реакции в почве, и подвижность его снижается, увеличивается прочность закрепления, радионуклид «стареет», а такое «старение» представляет комплекс почвенных кристаллохимических реакций с возможным вхождением радионуклида в кристаллическую структуру вторичных глинистых минералов.

Механизм закрепления радиоактивных изотопов в почве, их сорбция имеет большое значение, так как сорбция определяет миграционные качества радиоизотопов, интенсивность поглощения их почвами, а, следовательно, и способность проникать их в корни растений. Сорбция радиоизотопов зависит от многих факторов и одним из основных является механический и минералогический состав почвы тяжёлыми по гранулометрическому составу почвами поглощённые радионуклиды, особенно цезий - 137, закрепляются сильнее, чем лёгкими и с уменьшением размера механических фракций почвы прочность закрепления ими стронция - 90 и цезия - 137 повышается. Наиболее прочно закрепляются радионуклиды илистой фракцией почвы.

Большему удержанию радиоизотопов в почве способствует наличие в ней химических элементов, близких по химическим свойствам к этим изотопам. Так, кальций - химический элемент, близкий по своим свойствам стронцию - 90 и внесение извести, особенно на почвы с высокой кислотностью, ведёт к увеличению поглотительной способности стронция - 90 и к уменьшению его миграции. Калий схож по своим химическим свойствам с цезием - 137. Калий, как неизотопный аналог цезия находится в почве в макроколичествах, в то время как цезий - в ультра микроконцентрациях. Вследствие этого в почвенном растворе происходит сильное разбавление микроколичеств цезия-137 ионами калия, и при поглощении их корневыми системами растений отмечается конкуренция за место сорбции на поверхности корней. Поэтому при поступлении этих элементов из почвы в растениях наблюдается антагонизм ионов цезия и калия .

Кроме того эффект миграции радионуклидов зависит от метеорологических условий (количество осадков).

Установлено, что стронций-90, попавший на поверхность почвы, вымывается дождём в самые нижние слои. Следует заметить, что миграция радионуклидов в почвах протекает медленно и их основная часть находится в слое 0 - 5 см.

Накопление (вынос) радионуклидов сельскохозяйственными растениями во многом зависит от свойства почвы и биологической особенности растений. На кислых почвах радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах, чем из почв слабокислых. Снижение кислотности почвы, как правило, способствует уменьшению размеров перехода радионуклидов в растения. Так, в зависимости от свойства почвы содержание стронция - 90 и цезия - 137 в растениях может изменяться в среднем в 10 - 15 раз.

А межвидовые различия сельскохозяйственных культур в накопление этих радионуклидов наблюдается зернобобовыми культурами. Например, стронций - 90 и цезий - 137, в 2 - 6 раз поглощается интенсивнее зернобобовыми культурами, чем злаковыми .

Поступление стронция-90 и цезия-137 в травостой на лугах и пастбищах определяется характером распределения в почвенном профиле.

На целинных участка, естественных лугах, цезий находится в слое 0-5 см, за прошедшие годы после аварии не отмечена значительная вертикальная миграция его по профилю почвы. На перепаханных землях цезий - 137 находится в пахотном слое.

Пойменная растительность в большей степени накапливает цезий - 137, чем суходольная. Так при загрязнении поймы 2,4 Ки/км 2 в траве было обнаружено Ки/кг сухой массы, а на суходольной при загрязнении 3,8 Ки/км 2 в траве содержалось Ки /кг .

Накопление радионуклидов травянистыми растениями зависит от особенностей строения дернины. На злаковом лугу с мощной плотной дерниной содержание цезия - 137 в фитомассе в 3 - 4 раза выше, чем на разнотравном с рыхлой маломощной дерниной.

Поступление цезия - 137 в растения зависит от типа почвы. По степени уменьшения накопления цезия в урожае растения почвы можно расположить в такой последовательности: дерново-подзолистые супесчаные, дерново-подзолистые суглинистые, серая лесная, чернозёмы и т.д. Накопление радионуклидов в урожае зависит не только от типа почвы, но и от биологической особенности растений.

Отмечается, что кальциелюбивые растения обычно поглощают больше стронция - 90,чем растения бедные кальцием. Больше всего накапливают стронций - 90 бобовые культуры, меньше корнеплоды и клубнеплоды, и ещё меньше злаковые .

Накопление радионуклидов в растении зависит от содержания в почве элементов питания. Так установлено, что минеральное удобрение, внесённое в дозах N 90, Р 90, увеличивает концентрацию цезия - 137 в овощных культурах в 3 - 4 раза, а аналогичные внесения калия в 2 - 3 раза снижает его содержание. Положительный эффект на уменьшение поступления стронция - 90 в урожай зернобобовых культур оказывает содержание кальций содержащих веществ. Так, например, внесение в выщелочный чернозём извести в дозах, эквивалентных гидролитической кислотности, уменьшает поступление стронция-90 в зерновые культуры в 1,5 - 3,5 раза.

Наибольший эффект на снижение поступления стронция - 90 в урожай растений достигает внесением полного минерального удобрения на фоне доломита. На эффективность накопления радионуклидов в урожае растений оказывают влияние органические удобрения и метеорологические условия, а также и время их пребывание в почве. Установлено, что накопление стронция - 90, цезия - 137 через пять лет после их попадания в почву снижается в 3 - 4 раза .

Таким образом, миграция радионуклидов во многом зависит от типа почвы, её механического состава, водно-физических и агрохимических свойств. Так на сорбцию радиоизотопов влияют многие факторы, и одним из основных являются механический и минералогический состав почвы. Тяжёлыми по механическому составу почвами поглощённые радионуклиды, особенно цезий-137, закрепляются сильнее, чем лёгкими. Кроме того эффект миграции радионуклидов зависит от метеорологических условий (количества осадков).

Механизм усвоения радионуклидов корнями растений сходен с поглощением основных питательных веществ - макро и микроэлементов. Определённое сходство наблюдается в поглощении растениями и передвижения по ним стронция - 90 и цезия - 137 и их химических аналогов - кальция и калия, поэтому содержание данных радионуклидов в биологических объектах иногда выражают по отношению к их химическим аналогам, в так называемых стронциевых и цезиевых единицах.

Радионуклиды Ru-106, Ce-144, Co-60 концентрируются преимущественно в корневой системе и в незначительных количествах передвигаются в назёмные органы растений. В отличие от них стронций-90 и цезий-137 в относительно больших количествах накапливаются в наземной части растений .

Радионуклиды, поступившие в подземную часть растений, в основном концентрируются в соломе (листья и стебли), меньше - в мягкие (колосья, метёлки без зерна. Некоторые исключения из этой из этой закономерности составляет цезий, относительное содержание которого в семенах может достигать 10 % и выше общего количества его в надземной части. Цезий интенсивно передвигается по растению и относительно в больших количествах накапливается в молодых органах, чем очевидно вызвана повышенная концентрация его в зерне .

Из кислых почв радионуклиды поступают в растения в значительно больших количествах, чем из почв слабокислых, нейтральных и слабощелочных. В кислых почвах повышается подвижность стронция - 90 и цезия - 137 снижается прочность их растениями. Внесение карбонатов кальция и калия или натрия в кислую дерново-подзолистую почву в количествах, эквивалентных гидролической кислотности, снижает размеры накопления долгоживущих радионуклидов стронция и цезия в урожае.

Существует тесная обратная зависимость накопления стронция-90 в растениях от содержания в почве обменного кальция (поступление стронция уменьшается с увеличением содержания обменного кальция в почве).

Следовательно, зависимость поступления стронция-90 и цезия-137 из почвы в растения довольно сложная, и не всегда её можно установить по какому-либо одному из свойств, в разных почвах необходимо учитывать комплекс показателей.

Пути миграции радионуклидов в организм человека различны. Значительная их доля поступает в организм человека по пищевой цепи: почва - растения - сельскохозяйственные животные - продукция животноводства - человек. В принципе радионуклиды могут поступать в организм животных через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и поверхность кожи. Если в период

1.3 Особенности миграции стронция-90 в окружающую среду

Радионуклид 90 Sr характеризуется большей подвижностью в почвах по сравнению с 137 Сs. Поглощение 90 Sr в почвах в основном обусловлено ионным обменом. Большая часть задерживается в верхних горизонтах. Скорость миграции его по почвенному профилю зависит от физико-химических и минералогических особенностей почвы.

При наличии в почвенном профиле перегнойного горизонта, расположенного под слоем подстилки или дернины, 90 Sr концентрируется в этом горизонте. В таких почвах, как дерново-подзолистая песчаная, перегнойно-торфянисто-глеевая суглинистая на песке, черноземно-луговая оподзоленная, выщелоченный чернозем, наблюдается некоторое увеличение содержания радионуклида в верхней части иллювиального горизонта.

В засоленных почвах появляется второй максимум, что связано с меньшей растворимостью сульфата стронция и его подвижностью. В верхнем горизонте он задерживается в солевой корке. Концентрирование в перегнойном горизонте объясняется высоким содержанием гумуса, большой величиной емкости поглощения катионов и образованием малоподвижных соединений с органическим веществом почв.

В модельных экспериментах при внесении 90 Sr в разные почвы, помещенные в вегетационные сосуды, было установлено, что скорость его миграции в условиях опыта возрастает с увеличением содержания обменного кальция. Повышение миграционной способности 90 Sr в почвенном профиле при увеличении содержания кальция наблюдалось и в полевых условиях. Миграция стронция-90 возрастает также с увеличением кислотности и содержания органического вещества .

В миграции 90Sr большую роль играет лесная растительность. В период интенсивных радиоактивных выпадений деревья выполняют роль экрана, на котором осаждались радиоактивные аэрозоли. Задержанные поверхностью листьев и хвои радионуклиды поступают на поверхность почвы с опавшими листьями и хвоей. Особенности лесной подстилки оказывают существенное влияние на содержание и распределение стронция-90. В лиственных подстилках содержание 90 Sr постепенно падает от верхнего слоя к нижнему, в хвойных происходит значительное накопление радионуклида в нижней гумусированной части подстилки.

Таблица 2 - Образование стронция 90

При делении 235 U и 239 Pu тепловыми нейтронами в реакторе 90 Sr образуется с выходами 5,77 и 2,25 %. Значительные количества 90 Sr (7,4 · 10 17 Бк) были выброшены в атмосферу при испытаниях ядерного оружия в 1945-1980 гг. .

При выбросах большая часть радионуклидов попадает в стратосферу (слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км) и остается там в течение многих месяцев, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара. Период полураспада 89 Sr составляет 50,5 сут., и он, попав в стратосферу при ядерных взрывах, в основном там и распадается, не представляя такой большой радиационной опасности для землян, как 90 Sr и 137 Сs, которые, выпадая, загрязняют поверхность Земли на многие годы.

С другой стороны, при авариях на ядерных реакторах, таких, как на Чернобыльской АЭС, когда накопленная равновесная активность 89 Sr в 10 раз превышает активность 90 Sr, который из-за своего большого периода полураспада не успевает накопиться за 2-3 года работы реактора, ситуация меняется. Сразу после аварии на Чернобыльской АЭС активность выброшенных короткоживущих радионуклидов 89 Sr была во много раз выше, чем 90 Sr или 137 Cs .

После испытаний ядерного оружия радиоактивные осадки состоят в основном из водорастворимых и способных к ионному обмену форм 90 Sr, в то же время после аварии на Чернобыльской АЭС 90 Sr нередко осаждался в формах устойчивых соединений.

При работе АЭС 90 Sr, как и 137 Cs, выброшенный в окружающую среду, в конечном итоге накапливается или в верхних слоях почвы в наземных системах, или в донных осадках природных водных резервуаров. При этом стронций мигрирует на очень малые расстояния, например на 1 см за несколько лет.

Проведенные в конце 1980-х гг. исследования невспаханных участков в Кыштыме, загрязненных в 1957 г. 90 Sr и другими радионуклидами при взрыве отходов, показали, что 90 Sr за этот период времени достиг глубины 15 см, и это означает, что скорость его миграции составила 0,5 см/г. Из почвы через корневую систему 90 Sr выносится в растения и входит в состав зерна, бобов, моркови и других продуктов. Этот вынос определяется коэффициентом переноса (КП), который зависит от вида почв и рН среды.

С целью уменьшения выноса 90 Sr из почвы в растения применяют вспашку почвы и внесение удобрений .

Наиболее эффективна глубокая вспашка, приводящая к погребению активности ниже того слоя, в котором находятся корни растений. В районах Южного Урала, загрязненных 90 Sr после аварии в Кыштыме, были получены хорошие результаты при вспашке на глубину 50 см. Из данных таблицы следует, что действенной мерой, наряду с внесением с удобрениями N, P и К, является известкование почвы.

Таблица 3 - Некоторые характерные значения КП 90 Sr из почвы в растение (Бк · кг- 1 сухой культуры/Бк · кг- 1 сухой почвы) (Пояснение. КП приводится для верхнего слоя глубиной 20 см, а значения для трав даны для верхнего слоя почвы глубиной 10 см)

Таблица 4 - Влияние сельскохозяйственных контрмер на поглощение 90 Sr луговыми растениями в окрестностях Гомеля (Белоруссия)

Радиоактивный стронций поступает в организм человека через ЖКТ, легкие и кожу. Растворимые соединения стронция хорошо всасываются из ЖКТ, величина резорбции -- 0,1-0,6, и резорбция составляет менее 0,01 для плохо растворимых соединений. Стронций быстро всасывается из легких. Через 5 мин после интратрахеального введения в количестве 1,48 · 10 4 Бк/г в легких остается 33,3 % введенного количества, через сутки -- 0,39 %. При нанесении изотопов стронция на кожу в количестве 2,4 · 10 5 Бк/см 2 фиксация активности происходит сразу же после загрязнения кожной поверхности .

При резорбции стронция из ЖКТ важное значение имеют диета, химическое соединение радионуклида и физиологические факторы (возраст, лактация и беременность, состояние минерального обмена, нервной и эндокринной систем). Величина всасывания радионуклида из ЖКТ уменьшается с увеличением возраста, с повышением содержания кальция и фосфора в диете, при введении высоких доз тироксина. Прием альгината натрия за 20 мин до введения стронция понижает его содержание в крови в 8-10 раз, а лактоза, лизин и аргинин, наоборот, удваивают величину всасывания стронция из ЖКТ.

Независимо от пути и периодичности поступления в организм растворимых соединений радиоактивного стронция, он избирательно накапливается в скелете, а в мягких тканях задерживается менее 1 %. После внутривенного введения радиоактивного стронция в организм человека через 100 суток в нем останется 20 % от введенного количества, в то время как у обезьян -- 47 %, а у кроликов -- 7,5 %. Доля отложений стронция в скелете зависит от пути его поступления. При интратрахеальном поступлении депонируется 76 %, ингаляционном -- 31,6 %, внутрибрюшном -- 81,2 % и накожном -- всего 7 ? .

В экспериментах на животных установлено, что при внутримышечном или пероральном введении радиоактивного стронция самкам в разные сроки беременности большая часть (50-70) его откладывалась в плодах в последние дни беременности. Распределение радиоактивного стронция в разных частях одной и той же кости и в разных костях неравномерное. Стронций откладывается в участках костей, обладающих наибольшей зоной роста, где происходит усиленное образование кости.

Учитывая функцию удержания и выведения и 90 Sr через почки, Абрамов и Голутвина рассчитали дозу от этих радионуклидов на поверхности кости при однократном и хроническом введении радионуклидов в количестве 37 кБк/сут. Из таблицы видно, что при однократном введении радионуклидов стронция суммарная доза от 89 Sr по прошествии нескольких периодов полураспада этого нуклида практически не возрастает, а доза от 90 Sr, обусловленная суммой малых констант распада и биологического выведения, непрерывно увеличивается.

Таблица 5- Оцененная доза на поверхности кости при однократном и хроническом введении в организм радионуклидов 89 Sr и 90 Sr в количестве 37 кБк/сут.

Время после введения, сут.	Доза от 89 Sr, мЗв	Доза от 90 Sr, мЗв
Однократное введение





Хроническое введение

Предложена возрастная модель отложения стронция и других щелочноземельных элементов в кости человека во всем возрастном диапазоне, начиная с рождения. Показано, что ожидаемые эквивалентные дозы для костного мозга при поступлении 90 Sr в первые месяцы после рождения на порядок выше, чем при поступлении в организм взрослого человека.

Выведение стронция из организма человека и животных происходит как с калом, так и с мочой. При пероральном поступлении большая часть стронция выделяется с калом. За 8 суток суммарное выделение 89 Sr составляет 77,9 %, из них 5 % с мочой.

Установлено несколько периодов полувыведения 90 Sr из организма. Короткий период полувыведения (2,5-8,5 сут.) характеризует выведение стронция из мягких тканей, длинный период (90-154 сут.) -- преимущественно из костей. При длительном пероральном или парэнтеральном введении в организм 90 Sr период полувыведения из скелета значительно увеличивается, а начальный короткий период полувыведения отсутствует или очень мал. У человека и животных после однократного перорального поступления радионуклидов стронция с молоком во время лактации выделяется от 0,04 до 4 % на 1 л молока от введенного радионуклида; при хроническом поступлении 90 Sr в организм с молоком выделяется 0,05-6,3 % на 1 л по отношению к дневной норме .

Введение остроэффективных количеств 90 Sr вызывает развитие типичной острой лучевой патологии. Возникают выраженные изменения со стороны периферической крови: лейкопения, лимфопения, нейтропения, ретикулопения. Наблюдаются изменения красной крови, ускорение реакции оседания эритроцитов, замедление свертывания крови и увеличение объема плазмы.

У собак, получавших с пищей ежедневно 0,74 кБк/кг 90 Sr в течение 3-3,5 лет, выявлены нарушения в углеводном обмене, изменения секреторной и экскреторной функций печени и почек. Меньшие количества 90 Sr (0,675 кБк/кг) к существенным функциональным изменениям в их организме не привели, однако за 9-13 лет из подопытной группы погибло 80 % собак, а из контрольной -- 11 % .

Длительное введение собакам 90 Sr с пищей (0,74-0,074 кБк/кг) и накопление суммарной поглощенной дозы в скелете до 3,6-9,0 Гр приводит к учащению возникновения у них доброкачественных и злокачественных опухолей мягких тканей (в 3-5 раз чаще по сравнению с контрольными животными). Хроническое введение этим животным 90 Sr (по 0,74 кБк/кг в сутки в течение 3 лет), создающее мощность тканевой дозы в скелете до 1,5 Гр/г., может вызвать развитие лейкозов и остеосарком. При хроническом введении в 10 раз меньших количеств этого радионуклида (поглощенная доза в скелете до 0,5 Гр/г.) наблюдаются нарушения в развитии потомства и понижение его жизнеспособности .

Радиоактивность 90 Sr определяют по дочернему 90 Y, который осаждается в виде оксалатов. Из продуктов питания 90 Y выделяют экстракцией моноизооктиловым эфиром метилфосфоновой кислоты. Из золы костной ткани 90 Y экстрагируют трибутилфосфатом. Активность измеряют на низкофонной установке. Определение 89 Sr в пищевых продуктах, растительности и костной ткани основано на осаждении стронция дымящей азотной кислотой с последующим измерением активности. При попадании радиоактивных изотопов стронция на открытые участки кожи дезактивацию проводят 5%-м раствором пентацина, 5%-м раствором Na 2 (ЭДТА) или 2%-м раствором соляной кислоты, а также моющими порошками. При попадании радионуклидов стронция через ЖКТ принимают внутрь препарат «Адсорбар» или сернокислый барий (25 г с 200 мл воды), альгинат натрия или кальция (15 г с 200 мл воды) или препарат «Полисурьмин» (4 г с 200 мл воды). Применяют рвотные средства и проводят обильное промывание желудка. После очищения желудка осуществляют повторное введение адсорбентов с солевыми слабительными. В случае поражения пылевыми продуктами проводят обильное промывание носоглотки и полости рта, используют отхаркивающие, а также мочегонные средства.

В соответствии с НРБ-99 допустимая концентрация 90 Sr в воздухе рабочих помещений примерно в 24 раза ниже, чем 89 Sr, что указывает на его исключительную радиационную опасность. Для населения допустимая концентрация 90 Sr в атмосферном воздухе регламентируется (НРБ-99) величиной, равной 2,7 Бк/м 3 , что находится за пределами чувствительности большинства методов выделения и измерения радиоактивности этого радионуклида.

Таблица 6- ПГП, e , ДОА в воздухе рабочих помещений в зависимости от химических соединений и ядерно-физических свойств радионуклидов 89 Sr и 90 Sr, МЗУА и МЗА этих изотопов на рабочем месте

Таблица 7- ДОА в воздухе, e , ПГП с воздухом, водой и пищей радионуклидов 89 Sr и 90 Sr и УВ при его поступлении с водой для населения

Исследованиями установлено, что 80-90% радионуклидов сосредоточено в активной зоне расположения основной массы корней сельскохозяйственных культур. На необрабатываемых после чернобыльской катастрофы землях практически все радионуклиды находятся в верхней части (до 10-15 см) гумусовых горизонтов, а на пахотных почвах радионуклиды распределены сравнительно равномерно по всей глубине обрабатываемого слоя. Расчеты показывают, что в ближайшей перспективе самоочищение корнеобитаемого слоя загрязненных почв за счет вертикальной миграции радионуклидов будет незначительным .

Вместе с тем наблюдаются процессы локального вторичного загрязнения почв сельскохозяйственных угодий за счет горизонтальной миграции радионуклидов вследствие ветровой и водной эрозии. Содержание цезия-137 в пахотном горизонте различных элементов рельефа склоновых земель в результате водной эрозии на посевах однолетних культур за девять лет перераспределилось до 1,5-3,0 раз.

Увеличение плотности загрязнения почв цезием-137 в зоне аккумуляции (нижние части склонов и понижения) по сравнению с зоной смыва составило в среднем от 13% при ежегодном смыве почвы менее 5 т/га до 75% - при смыве 12-20 т/га. На бессменных посевах многолетних трав твердого стока не наблюдалось и достоверных различий в плотности загрязнения почв по элементам склонов не установлено. В результате ветровой эрозии осушенных торфяно-болотных и песчаных почв, используемых под посев однолетних культур, локальные различия в плотности загрязнения пахотного горизонта радиоцезием достигали 1,5-2,0 раз. Это подчеркивает необходимость защиты почв от водной и ветровой эрозии, что обеспечивает также снижение потерь гумусового слоя и уменьшает вероятность загрязнения продукции на локальных участках угодий.

Кроме того эффект миграции радионуклидов зависит от метеорологических условий (количество осадков).

Пойменная растительность в большей степени накапливает цезий – 137, чем суходольная. Так при загрязнении поймы 2,4 Ки/км 2 в траве было обнаружено

Ки/кг сухой массы, а на суходольной при загрязнении 3,8 Ки/км 2 в траве содержалось Ки /кг .

Радиоактивный стронций может поступать в растения двумя путями: аэральным, через надземные органы растений, и корневым.

Доля радионуклидов, осевших на поверхности растений при аэ-ральном поступлении на единице площади, от общего их количества, выпавшего на эту площадь, называется первичным удерживанием. Не только разные виды растений, но и разные органы и части растений обладают различной способностью удерживать выпавшие из атмосферы радионуклиды. Поданным Б.Н. Анненкова и Е.В. Юдинцевой (1991), первичное удерживание водного раствора 90 8г яровой пшеницей составило: для листьев - 41%, для стеблей - 18, для мякины - 11 и для зерна - 0,5%. Такая высокая удерживающая способность связана с тем, что радионуклиды в атмосферных осадках находятся в очень малых концентрациях (ультрамикроконцентрациях) и в таких условиях быстро и полно сорбируются на большинстве поверхностей, включая и листовую поверхность. Однако это возможно только в случае выпадения водорастворимых форм радионуклидов и не распространяется на загрязнения твердыми пылевидными частицами, например топливными. Время удаления с дождем и ветром половины задержанных радионуклидов с травянистых растений для зон умеренного климата составляет примерно 1-5 недель.

908г не только сорбируется на поверхности растений, но может и частично проникать в ткани надземных органов. Однако, несмотря на то что стронций аналог кальция, необходимого для метаболизма растений, процессы эти происходят медленно, и интенсивность их значительно ниже, чем при аэральном поступлении 137 С5.
908г характеризуется высокой подвижностью в системе «почва-растение». При одинаковой плотности загрязнения поступление 90 8г из почв в растения в среднем в 3-5 раз выше, чем 137 Сз, хотя при поступлении этих радионуклидов в растения из водных растворов более подвижным оказывается 137 Сз. Главной причиной этих различий является характер взаимодействия радионуклидов с почвой - 137 Сз в большей степени сорбируется в почве необменно, тогда как 90 8г находится в почве в основном в обменной формах.

Корневое поступление 90 8г зависит от свойств почв и биологических особенностей растений и колеблется в очень широких пределах: коэффициенты накопления (Кн) могут различаться в 30-400 раз. На разных типах почв Кн 90 8г варьируют для одной и той же культуры от 5 до 15 раз. В целом, чем больше емкость поглощения почв, выше содержание органического вещества, тяжелее механический состав почвы и в минеральной части хорошо представлены глинистые минералы, обладающие высокой поглотительной способностью, тем ниже коэффициенты перехода 90 8г из почвы в растения. Максимальные коэффициенты накопления наблюдаются на торфяных почвах и минеральных почвах легкого механического состава - песчаных и супесчаных, а минимальные - на плодородных тяжелосуглинистых и глинистых почвах (серых лесных и черноземах). Повышенному переходу радионуклида в урожай культур способствует переувлажнение почв.

Среди многих почвенных свойств кислотность и содержание обменного кальция оказывают основное влияние на поступление 90 8г в растения. С увеличением кислотности интенсивность поступления радионуклидов в растения возрастает в 1,5-3,5 раза. С увеличением содержания обменного кальция накопление 90 8г в растениях, напротив, уменьшается.

На карбонатных почвах происходит необменная фиксация 90 8г, и это приводит к снижению накопления его в растениях в 1,1-3 раза. Например, в карбонатном черноземе по сравнению с выщелоченным в 1,5-3 раза ниже содержание водорастворимого 90 8г и на 4-6% выше количество необменного 90 8г.

Скорость переноса 90 8г в звене «почва-растение» и далее по трофическим цепочкам зависит от содержания сопровождающих его носителей: изотопного (стабильного стронция) и неизотопного (стабильного кальция). При этом роль кальция для транспорта радионуклида важнее, чем стронция, так как количество первого существенно больше, чем второго. Например, концентрация стабильного стронция в почве равна в среднем 2-3 10 _3 %, а кальция - около 1,4%.

Для оценки перемещения радиоактивного стронция в биологических объектах используют отношение содержания 90 8г к Са, которое принято выражать в стронциевых единицах (с.е.).

1 с.е. = 37 мБк 90 8г/г Са.

Отношение стронциевых единиц в растениях к стронциевым единицам в почве называют коэффициентом дискриминации (КД):

КД = с.е. в растении / с.е. в почве.

Дискриминации стронция и кальция по отношению друг к другу не происходит, когда количество атомов 90 8г и кальция из почвы в растения переходит в одинаковом соотношении. Однако довольно часто при переходе 90 8г от одного звена к другому наблюдается снижение его содержания по отношению к кальцию. В этом случае говорят о дискриминации стронция по отношению к кальцию. В наи-

более типичных почвах средней полосы европейской части Российской Федерации коэффициент дискриминации колеблется от 0,4 до 0,9 для вегетативных органов растений и от 0,3 до 0,5 - для зерна (табл. 5.15; Корнеев, 1972; Рассел, 1971).

Таблица 5.15

Средняя величина коэффициента дискриминации (КД)

Отношение 90 8г к кальцию в зерне всегда меньше, чем в соломе, а в листьях свеклы и моркови меньше, чем в корнеплодах. На почвах, богатых обменным кальцием, коэффициент дискриминации обычно выше, чем на почвах с низким содержанием кальция, что связано с конкуренцией этих элементов при поступлении в растения. Это важно учитывать при выращивании кормовых культур, так как в кормах должно быть не только низкое содержание радиоактивного стронция, но и высокое содержание кальция, который препятствует поступлению 90 Бг в организм животных.

На накопление 90 Бг в растениях оказывают влияние их биологические особенности. В зависимости от вида растения накопление 90 8г в биомассе может отличаться от 2 до 30 раз, а в зависимости от сорта - от 1,5 до 7 раз.

Минимальное накопление 90 8г происходит в зерне и клубнях картофеля, максимальное - в бобовых и зернобобовых культурах. Если сравнить коэффициенты накопления 90 Бг в злаковых и бобовых культурах, то у бобовых они будут значительно выше (табл. 5.16).

Таблица 5.16

Коэффициенты перехода 90 Бг в разные сельскохозяйственные культуры на дерново-подзолистых супесчаных почвах (Бк/кг)/(кБк/м 2)

90 8г накапливается в основном в вегетативных органах растений. В зерне, семенах и плодах его всегда значительно меньше, чем в других органах. Причем стронций преимущественно накапливается не в корнях, а в надземных частях растений.

В порядке убывания концентрации 90 Бг полевые культуры распределяются следующим образом:

зерновые, бобовые и зернобобовые: яровой рапс > люпин > горох > вика > ячмень > яровая пшеница > овес > озимая пшеница > озимая рожь;
зеленая масса: бобовые многолетние травы > злаково-зернобобовые травосмеси > клевер > люпин > многолетние бобово-злаковые смеси > горох > многолетние злаковые травы > вика >

> рапс яровой > горохо-овсяная смесь > вико-овсяная смесь >

> кукуруза;

Естественные ценозы: разнотравье > осоки > злаково-разнотравные > разнотравно-злаковые > злаковые > мятлик луговой > ежа сборная.

Концентрация радиоактивного стронция в культурах зависит от содержания кальция в растениях. Из табл. 5.17 (Маракушкин, 1977, цит. по: Пристер, 1991) видно, что чем выше в культуре содержание кальция, тем больше в них накапливается 90 8г.

Таблица 5.17

(полевой опыт с постоянным уровнем загрязнения почвы)

Распределение корневой системы растений также оказывает влияние на накопление 90 8г. Например, такие плотнокустовые злаки, как овсяница овечья и мятлик полевой, накапливают 90 8г в 1,5- 3,0 раза больше, чем корневищные злаки - пырей ползучий и костер безостый. Это связано с тем, что у плотно кустовых злаков узел кущения находится на поверхности почвы и образующиеся молодые корни оказываются в самом верхнем загрязненном слое почвы. У корневищных злаков узел кущения и соответственно новые корни образуются на глубине 5-20 см, где содержание 90 8г в природных экосистемах значительно ниже. Культуры с неглубоким распределением корневой системы всегда больше загрязнены радионуклидом.

Травы с естественных лугов имеют выше концентрации 90 8г в биомассе, чем сеяные травы, что объясняется большей подвижностью радионуклида в верхнем дерновом горизонте почвы, где он находится в более доступной для растений форме, чем в минеральных горизонтах почвы.

в лесных экосистемах. При аэральном загрязнении лесных экосистем 90 8г надолго остается прочно закрепленным в наружных покровах древесных растений. Он характеризуется малой подвижностью и при листовом загрязнении практически не перемещается по тканям и проводящим путям растений.

Однако накопление 90 8г через корни, в отличие от ассимиляции через листья, намного более выражено и в древесной, и в травянистой растительности. Со временем это приводит к заметному накоплению радиостронция во всех частях растений, включая древесину. У хвойных пород деревьев накопление радионуклидов за счет корневого поступления проявляется заметно слабее, чем у лиственных. Наиболее значительно 90 8г поглощается осиной, рябиной обыкновенной, крушиной ломкой, ивами, лещиной обыкновенной. Более высокое накопление 90 8г по сравнению с |37 Сз характерно также для ели, дуба, клена, березы, липы.

Соотношение 90 8г: 137 С5 в древесине со временем существенно изменяется, от 0,2-0,7 во время аэрального загрязнения до 6-7 при преобладании корневого поступления. Это связано с тем, что |37 Сз в отличие 90 8г легче перемещается по органам растений после попадания на поверхность листьев, чем через корни, так как он прочно сорбируется почвой. 90 8г находится в почве в более доступной форме. Так, отмечают, что через 5-7 лет после загрязнения лесов Чернобыльской зоны содержание 90 Бг в древесине увеличилось в 5- 15 раз по сравнению с первым годом (Клековкин, 2004). Корневое поглощение 90 8г усиливается на гидроморфных почвах.