Миграция радионуклеидов в почвах

     При осуществлении наземного ядерного взрыва на 1 кт мощности в атмосферу  выбрасывается около 5000 т породы, из которых 180-200 т -–плавится, а 1,5-25 т -–испаряется.

     Значительная  масса загрязненного грунта выпадает в районе взрыва, остальная попадает в верхние слои атмосферы и  переносится на большие расстояния.

     Наиболее  крупные частицы, имеющие диаметр 50 и более мкм, в течение нескольких часов после взрыва оседают в районе взрыва, формируя на местности локальное загрязнение (ближний след). Следует отметить, что каждый взрыв обуславливает загрязнение, имеющее свою индивидуальность.

     Более мелкие частицы, имеющие диаметр 10-50 мкм, начинают оседать позднее на значительном расстоянии от места взрыва. При этом формируются дальние радиоактивные следы.

     Особенность дальних выпадений заключается  в том, что они прослеживаются на многие сотни и даже тысячи километров и провести их идентифицирование очень сложно, так как на дальних расстояниях от места взрыва происходит наложение радиоактивных выпадений от многих взрывов.

     Еще более мелкие частицы, имеющие диаметр  в единицы и доли микрон, переносятся  на большие расстояния и постепенно выпадают на земную поверхность, формируя глобальный фон. Процессы формирования глобального радиоактивного загрязнения могут длиться многие недели, месяцы и даже годы в результате выпадений радиоактивных продуктов, выброшенных в стратосферу при проведении мощных ЯВ.

     Следует отметить, что каждый взрыв обусловливает  загрязнения, имеющие свои индивидуальные особенности.

     Воздушный ядерный взрыв принципиально  отличается от наземного механизмом формирования частиц-носителей радиоактивных  загрязнений. Прежде всего, при воздушных взрывах в формировании радиоактивных продуктов не участвуют материалы подстилающей поверхности, так как «огненный шар» не соприкасается с ней.

     Радиоактивное загрязнение местности при проведении воздушных взрывов связано, главным  образом, с глобальными выпадениями радиоактивных веществ, т.к. существенная часть наработанной активности поднимается в верхние слои атмосферы (стратосферу) и пребывает там многие месяцы и даже годы, постепенно оседая на земную поверхность. Считается, что 20% активности сосредоточено вблизи эпицентров испытаний, а 80% входят в состав глобальных выпадений. В эпицентре взрыва оседают, главным образом, продукты нейтронной активации.

     По  мере удаления от эпицентра взрыва радиоактивное загрязнение уменьшается. Вместе с тем, высокие уровни загрязнения могут наблюдаться на достаточно большом расстоянии от эпицентральной зоны. Скорость оседания радиоактивных частиц из атмосферного резервуара зависит от размеров частиц, высоты их нахождения и метеорологических условий.

     Взрывы  на больших высотах исключали  появление зон загрязнения на местности, но при этом увеличивали  глобальный фон за счет радиоактивных  выпадений. В результате радиоактивных  выпадений сначала образуется поверхностное  загрязнение местности. Постепенно под влиянием различных процессов радиоактивные продукты проникают вглубь почвы либо вместе с частицами-носителями, либо самостоятельно, если частицы разрушаются, или происходит смыв радиоактивности с поверхности этих частиц. В результате образуется объемное загрязнение верхнего слоя почвы в несколько сантиметров.

     Как было сказано ранее, все радиоактивные  вещества, обусловленные ядерными испытаниями, в конце концов, выпадают на земную поверхность. Зона контакта с наземными  объектами -– это почвенный покров. Почва является природным геохимическим барьером между различными звеньями окружающей среды. Она накапливает и сохраняет различные ингредиенты, в том числе и продукты радиоактивного распада. Скорость миграционных процессов зависит от типов почвы, атмосферных осадков, физико-химических свойств загрязненных частиц, от физико-химических свойств почвы (в частности, минералогического и химического состава), времени, прошедшего после поступления радионуклидов в почву, вида растительности, агротехники и др.

     После приземления радиоактивные вещества вступают во взаимодействие с подстилающей поверхностью и наносят ущерб биологическим объектам, вызывая морфологические, физиологические нарушения в организмах.

     Радиоактивные выпадения, обусловленные ядерными взрывами, в конечном итоге включаются в биологические циклы и подчиняются  общим закономерностям поведения, определяемым ландшафтно-геохимическими условиями. 

     4.2 Характеристика атмосферных ядерных  взрывов, произведенных на испытательной площадке «Опытное поле» 

     Ядерные испытания в СССР впервые начали проводиться на территории СИП. На территории Павлодарской области произведена  основная часть атмосферных взрывов, приведшая к существенному загрязнению  дозообразующими радионуклидами как на территории полигона, так и за его пределами.

     Согласно  исследованиям, выполненным российскими  специалистами, все атмосферные  взрывы в той или иной степени  обусловили радиоактивное загрязнение  местности. Максимальное загрязнение  происходило при проведении наземных и приземных испытаний.

     Практически все наземные взрывы, произведенные  в СССР, были осуществлены на территории Павлодарской области. Известно, что  из 32 наземных взрывов 30 были осуществлены на территории СИП. Мощность всех наземных взрывов составила примерно 0,6 Мт. При этом 73% мощности всех наземных испытаний приходится на термоядерный взрыв, произведенный 12.08.1953г.

     Наземные  взрывы формировали на местности  радиоактивное загрязнение в  виде длинных полос, так называемых «радиоактивных следов».

     Известно, что ядерные взрывы проводились  с учетом метеорологических условий.

     Пространственное  распределение радиоактивности  определялось скоростью и направлением ветра, а также атмосферными осадками. Осадки способствовали ускоренному выпадению радиоактивных частиц на местность. Поэтому ядерные взрывы проводились в период, когда атмосферные осадки не наблюдались длительное время, что способствовало уменьшению площади загрязненной территории. Следует отметить, что разбавление выброшенной в атмосферу радиоактивной смеси уже после взрыва составляло Ю-К)¹ раз.

     В таблице 10 приведены коэффициенты метеорологического расслабления (K_w) Ри для погодных условий, когда скорость ветра близка к штилевой, т.е. не превышает 5 м/сек.

      Таблица 19 -–K_w Ри при V< 5м/сек

     Естественно, что при увеличении скорости ветра  коэффициент метеорологического расслабления возрастает.

     Как было сказано ранее, загрязнению  подвергалась не только территория самого полигона, но и прилегающие к нему регионы (рисунок 2).

     О загрязнении прилегающих к полигону территорий свидетельствует многолетний  контроль Казгидромета, осуществляющийся на базе метеорологических станций  с 1954 года. Мониторинг заключался в  ежесуточном отборе проб выпадений  в приземной атмосфере.

     На  территории Павлодарской области радиационный мониторинг осуществлялся в трех пунктах: Павлодаре, Экибастузе и Иртышске. Представленные графики показывают, что некоторые ядерные испытания  обусловливали увеличение загрязненности приземной атмосферы. Наземные ядерные взрывы обусловили максимальное радиоактивное загрязнение природной среды. 

     Рисунок 5 -–Зоны радиоактивного загрязнения за территорией СИП по исследованиям 1956 года

     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,⁸⁹Srn⁸⁹Sr.

     Содержание  в природе. Sr 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 °Sr 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%.

     ⁸⁹Sr получают также в реакторе при облучении нейтронами стабильного стронция по реакции ⁸⁸Sr (п, у) Sr⁸⁹ или при облучении дейтронами стабильного стронция на циклотроне по реакции ⁸⁸Sr (d, p) Sr⁸⁹. ⁸⁵Sr и Sr образуются по реакции (п, у) в изомерном состоянии. ⁸⁵Sr можно получить при облучении рубидия протонами и дейтронами.

     Применение. ⁸⁵Sr и ⁸⁹Sr находит широкое применение в методе меченых атомов. В медицине радиоактивный стронций используют в качестве аппликаторов при лечении кожных и глазных болезней.

     Антропогенные источники поступления в окружающую среду. Небольшие количества ⁹⁰Sr, образующиеся в ядерных реакторах, могут поступать в теплоноситель из-за дефектов в оболочке ТВЭЛа. При очистке теплоносителя радионуклид попадает в газообразные и жидкие отходы. В результате крупных ядерных испытаний выход ⁹⁰Sr составляет 3,5 %.

     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 24,05x10⁴ Бк/см³ фиксация происходит сразу же после загрязнения кожной поверхности. Всасывание ⁹⁰Sr в количестве 18,5 х 10⁵ Бк через неповрежденную кожу крыс за 6 ч составляет 0,3 % нанесенного количества; через 12 ч в скелете крыс содержится до 4 %.

     Важное  значение при резорбции стронция из ЖКТ имеет диета, физико-химические свойства радионуклида, физиологические  факторы (возраст, лактация и беременность, состояние минерального обмена, нервной и эндокринной системы и др.). Так, величина всасывания радионуклида из ЖКТ уменьшается: с увеличением возраста, с повышением содержания кальция и фосфора в диете, при введении высоких доз тироксина. Применение альгината натрия за 20 мин до введения ⁸⁵Sr понижает содержание его в крови в 8—10 раз. В период лактации всасывание стронция увеличивается в 2 раза. Лактоза, лизин и аргинин удваивают величину всасывания стронция из ЖКТ. Витамин Д увеличивает всасывание стронция (с 55 до 70 %) у молодых крыс, больных рахитом; повторное введение экстракта паращитовидных желез также усиливает всасывание Sr из ЖКТ. Коэффициент резорбции стронция из ЖКТ повышен у беременных и лактирующих крыс.

     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.

     Через сутки после перорального введения концентрация ⁹⁰Sr (на 1 г сырой массы) в костях крысы в 40—60 раз выше, чем в почках, селезенке и мышцах. В более поздние сроки различия в уровнях концентрации становятся еще значительнее. Так, через 4 сут после введения радионуклида концентрация его в скелете в 120— 330 раз выше, чем в семенниках, почках, селезенке и мышцах; через 16 сут — в скелете 0,116, в мышцах 0,004 %, через 256 сут в скелете — 0,07 % введенного количества. После ингаляции в легких задерживается примерно 10 % стронция. Радиоактивный стронций полностью всасывается из легких в течение первых суток. Выводится из легких 97,8 % радионуклида с Те, равным 12,8 мин; 2,1 % — 10 ч, 0,1 % — 10 сут. Через сутки после ингаляции в легких содержится всего 0,045% Sr, в скелете — 31,6 %. Высокий процент в скелете — результат не столько всасывания радионуклида из легких, сколько следствие резорбции из ЖКТ(до32,1 %).