Изотопы, попавшие в выброс в результате чернобыльской аварии (оценки на январь 2000 г.)

Радиоактивные вещества в активной зоне реактора на 26 апреля 1986 года	Общий объем выбросов за аварию
Нуклиды	Полураспад	Активность, пБк	Процент содержания радиоактивных веществ	Активность, пБк
Ксенон-33	5,3 суток
Йод-131	8,0 суток		50–60
Цезий-134	2.0 г		20–40
Цезий-137	30 лет		20–40
Телур-132	78 ч		25–60
Стронций-89	52 суток		4–6
Стронций-90	28 лет		4–6
Барий-140	12,8 суток		4–6
Цирконий-95	1,4 ч		3,5
Молибден-99	67 ч		более 3,5	более 168
Рутений-103	39,6 суток		более 3,5	более 168
Рутений-106	1 г		более 3,5	более 73
Церий- 141	33,0 суток		3,5
Церий-144	285 суток		3,5
Нептуний-239	2,4 г		3,5
Плутоний-238	86 лет		3,5	0,035
Плутоний-239	24400 лет	0,85	3,5	0,03
Плутоний-240	6580 лет	1,2	3,5	0,042
Плутоний-241	13,2 г		3,5
Кюрий-242	163 суток		3,5	0,9

 

В соответствии с последними исследованиями на январь 2000 г. доля выброшенного в атмосферу цезия-137 составила от 20 до 40% (85±26 петабеккерелей) на основе усредненной доли выброса от ядерного топлива в 47% с последующим удержанием остатка выброса в здании реактора. Что касается йода-131, то его было выброшено от 50 до 60% активной части реактора на уровне 3200 петабеккерелей. Выброшенные радионуклиды примерно распределились так: Беларусь – 34%, Украина – 20%, Российская федерация – 24%, Европа – 22%. Модель выброса радиоактивных веществ по шкале времени представлена на рис.21.

 

 

0,30 0,25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Погрешность 50%

0,15

0,45

0,08

Рис.21. Ежедневная интенсивность выбросов радиоактивных веществ в атмосферу (с 26 апреля по 6 мая 1986 г.)

Сутки

 

 

Первоначальный крупный выброс в основном объяснялся механической фрагментацией топлива во время взрыва. Он содержал в основном более летучие радиоизотопы, такие, как благородные газы, различные соединения йода и определенное количество цезия. Второй крупный выброс, произошедший между 7-ми и 10-ми сутками после катастрофы, был связан с высокими температурами, которые возникли в расплавленном топливном ядре.

Резкое уменьшение выбросов через 10 дней после аварии объяснялось быстрым охлаждением топлива по мере того, как остатки топлива прошли через нижний уровень защиты и вступили во взаимодействие с другими материалами в реакторе. После
6 мая выбросы были незначительными.

Химические и физические формы выбросов. Выброс радиоактивных материалов в атмосферу состоял из газов, аэрозолей и топлива, измельченного до микроскопических частиц.

· Газообразные элементы, такие как криптон и ксенон, практически полностью оказались выброшенными в атмосферу из ядерного топлива. Помимо того, что йод встречался в газообразной форме и в форме частиц, на месте аварии был также обнаружен органически связанный йод. Всего было выброшено от 50 до 60% йода из реактора в атмосферу. Другие летучие элементы и смеси, такие как цезий и теллур, вместе с аэрозолями были выброшены в воздух отдельно от частиц топлива. Пробы воздуха показали наличие частиц этих элементов размером от 0,5 до 1 мм.

Элементы низкой летучести, такие как церий, цирконий, актиниды и в значительной степени барий и лантан, а также стронций, оказались привязанными к частицам топлива. Более крупные частицы выпали в районе станции, а более мелкие «горячие» частицы были обнаружены на больших расстояниях от места аварии.

Загрязнение территории радионуклидами оказалось неравномерным, так как в течение первых 10 суток выбросы происходили периодически, а ветер неоднократно менял свое направление.

Основной вклад в радиоактивное загрязнение местности Республики Беларусь в первые дни после аварии внесли йод-131, 132, телур-132, другие короткоживущие радионуклиды рутений-103, барий-140 и другие. Позже стали доминировать цезий-134 и цезий-137 (рис.22). 25% от общего количества выброшенных радионуклидов составлял йод-131. Практически вся территория Республики Беларусь была загрязнена йодом-131 (рис.23).

 

 

 

Доли D (%)

t (сутки)

Теллур-132 + Йод-132

Цезий-137

Цезий-134

Прочие

Рутений-103

Йод-131

0 50 100 150

Рис.22. Относительные доли гамма-излучений различных радиоизотопов в общей дозе облучения в течение первых трех месяцев после чернобыльской аварии

 

На отдельных участках территории республики активность йода-131 в почве достигала 37000 кБк/м² (1000 Кu/км²). Являясь бета- и гамма-излучателем, находясь в аэрозольном состоянии, он нанес основной удар по щитовидной железе людям с дефицитом йода. Он легко проникает в овощи, ягоды, молоко. Период биологического полувыведения – 138 суток. Другие коротко живущие радионуклиды существенного вклада в облучение людей не внесли. После распада йода-131 (его период полураспада составляет 8,05 суток) и других короткоживущих радионуклидов основными источниками радиоактивного загрязнения местности в Республике Беларусь в настоящее время остались:

· цезий-137 – загрязнил 23% территории республики (46450км²);

· стронций-90 – загрязнил 10% территории республики (4230 км²);

· плутоний-239 – загрязнил 2% территории республики (430 км²).

· Схема радиоактивного загрязнения местности цезием-137 на январь 2000 года представлена на рис.24. Радиационное загрязнение местности в настоящее время создают выше перечисленные радионуклиды и продукты их распада.

·

Рис.23. Схема загрязнения почвы йодом-131 (10 мая 1986 г.)

Чернобыль

150–50 Кu/км^2

50–1 Кu/км^2

150 - 500 Кu/км^2

Гродно

Брест

Гомель

Могилев

Витебск

Минск

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

В результате первоначального радиоактивного загрязнения цезием-134, 137, стронцием-90 и плутонием-239 в зонах загрязнения оказалось 3668 населенных пунктов с населением более
2 млн. человек, в том числе 500 тыс. детей. Полностью оказались радиоактивно загрязненными Гомельская и Могилевская области, 10 районов Минской области, 6 районов Брестской области,
6 районов Гродненской области и 1 район Витебской области.

 

 

Рис.24. Схема загрязнения почвы цезием-137 (2000 г.)

Более 40 Кu/км^2

5–15 Кu/км^2

15–40 Кu/км^2

15 Кu/км^2

Гомель

Гродно

Минск

Могилев

Витебск

Брест

Рис.25. Схема распада йода-131

Йод-131

Ксенон-131

8,05 суток

·b^- 606 кЭв

»g 637 кэВ

 

 

 

 

 

 

На территории Республики Беларусь плотность радиоактивного загрязнения составила от 1 до 200 Кu/км². Распределение жителей по зонам на январь 1996 г. составило:

· 1–5 Кu/км² – более 1 млн. 400 тыс. человек;

· 5–15 Кu/км² – примерно 700 тыс. человек;

· 15–40 Кu/км² – 120 тыс. человек;

· Более 40 Кu/км² – около 10 тыс. человек.

Примечание: из территорий с активностью более 40 Кu/км² после аварии на ЧАЭС население было выселено, но часть из них была снова заселена мигрантами из стран СНГ. Всего было отселено 135 тысяч человек.

Распределение населения, проживающего на радиоактивно загрязненных территориях, по областям показано на рис.26.

 

Рис. 26. Количество населенных пунктов на территории радиоактивного загрязнения в Республике Беларусь по областям

Гомельская область

Могилевская область

Минская область

Гродненская область

Брестская область

Витебская область

Зоны загрязнения по цезию-137 (Кu/км^2)

1–5

5–15

15–40

Более 40

 

Дадим краткую характеристику основным оставшимся радионуклидам и продуктам их распада.

Цезий-137. Это щелочной металл серебристо-белого цвета, мягкий, тягучий. В воздухе моментально воспламеняется. В природе входит в состав отдельных минералов. Хорошо сорбируется почвами (особенно черноземами). Бета- и гамма-излучатель (рис.27). Период полураспада составляет 30 лет. На территорию республики выпал в виде дисперсных частиц размером от 2 мкм до нескольких сотен мкм.

 

 

Барий-137

Цезий-137

g 661 кэВ

Т = 30 лет

· b^– 514 кэВ (92%)

Рис.27. Схема распада цезия-137

● β 1173 кэВ (8%)

 

Цезий-137 закрепляется в бедных калием почвах, а в почвах, богатых органикой, хорошо усваивается корневой системой и легко передвигается в самих растениях. Цезия много в зерне, стеблях картофеля, в зелени и других растениях. В водной среде процессы миграции цезия идут интенсивнее, поэтому в рыбе он накапливается в значительных количествах.

В организм человека поступает через желудочно-кишечный тракт. Легко всасывается в желудочно-кишечном тракте (50%–80%) и свободно циркулирует в составе крови по всему телу. Основная часть цезия накапливается в мышцах (80%), в костях – (8%). Выводится из организма с мочой, калом и потом. Период биологического полувыведения из организма взрослого челове-
ка – до 3-х месяцев, у детей до 15 лет – 50 суток, до 5 лет –
20 суток.

Аналогичное накопление радионуклидов происходит и у животных, но у коров большая часть цезия переходит в молоко, у кур – в яйца. По химическим свойствам цезий-137 близок к калию и является его конкурентом (если в организме дефицит калия, усваивается цезий). При попадании в организм человека вызывает лейкемию, рак молочной железы, печени, подавление системы кроветворения, угнетение костного мозга, опухоли кожи и другие заболевания. При попадании на кожу цезий всасывается по кровеносным и лимфатическим капиллярам. Период биологического полувыведения его из кожи равен одним суткам.

Стронций-90. Это серо-белый металл, легкий, ковкий, пластичный.

Входит в состав минералов. Бета-излучатель. Период полураспада – 29 лет (рис.28). Входит в состав биологической ткани животных и растений. В растениях в основном накапливается в корневой системе. Его также много в зерне, листовых овощах.

· Обладая хорошей растворимостью, стронций легко вымывается из почвы и попадает в водоемы, где активно накапливается гидробионтами.

·

Т = 29,12 лет

Цирконий-90

· b^– 346 кэВ

Т = 64 часа

· b^– 2270 кэВ

Стронций-90

Иттрий-90

Рис.28. Схема распада стронция-90

·

·

·

·

·

·

·

·

·

Стронций-90 конкурирует с кальцием, поэтому у человека и животных избирательно накапливается в костях, но некоторое накопление происходит в почках, слюнной и щитовидной железах, в легких, откладывается также на стенках сосудов, способствует интенсивному отложению солей. Больше стронция откладывается в молодых костях. Период биологического полувыведе-
ния – около 20 лет.

Процент всасывания стронция зависит от ряда факторов:

· возраста (у детей процент всасывания выше);

· физиологического состояния организма (период беременности, лактации);

· приема витамина D (витамин ускоряет всасывание стронция);

· количества поступающего в организм кальция (чем больше поступает кальция, тем меньше всасывается стронция);

· пола (у мужчин всасывание идет активней).

· У кур стронций переходит в скорлупу яиц, у коров значительная часть переходит в молоко. Стронций-90 вызывает различные онкологические и другие заболевания. Период биологического полувыведения – около 20 лет.

Плутоний-239. Это металл серого цвета. Альфа-излучатель. Обладает также слабым гамма-излучением и мягким рентгеновским излучением. Период полураспада – 24065 лет (рис.29). Особо опасен при попадании в органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и на поврежденную кожу. При дефиците кальция и стронция избирательно накапливается в костях, но при попадании в кровеносное русло 45% плутония задерживается в печени, откуда половина выводится только через 20 лет. Однако, на практике уже через 2–3 месяца возникает цирроз печени. Плутоний также аккумулируется в скелете и в лимфатических узлах. Плутоний-239 подавляет систему кроветворения и иммунную систему. На территории республики плутоний-239 выпал только в Брагинском, Светлогорском и Рогачевском районах.

α 0,048 МэВ

α 0,065 МэВ

Рис.29. Схема распада плутония-239

Плутоний-239

≈ γ 0,0007МэВ

Т = 24065 лет

Т = 703 года

≈ γ 0,154 МэВ

β^- 0,16 МэВ

≈γ 0,02 МэВ

Уран-235

Торий

 

Америций-241. Америций-241 является продуктом распада плутония-241 (рис.30), альфа- и гамма-излучатель. На территорию Республики Беларусь плутония-241 выпало незначительное количество (меньше чем плутония-239). Однако, наряду с цезием-137 и стронцием-90 он будет представлять значительную угрозу здоровью людей. Этот элемент опасен тем, что в отличие от других радионуклидов, обладает очень жестким гамма-излучением. Оно более опасно, чем рентгеновское излучение.

·

°a 5,16 МэВ

Америций-241

14,4 года

» g 2,54×10^-6

a 1,22×10^-4

· b^– 5,24×10^-3

Рис.30. Схема распада плутония-241 и америция-241

≈γ 3,24●10^-2

Плутоний-241

 

 

Кроме того, опасность америция-241 состоит в том, что он хорошо растворяется в воде. Это означает, что он будет активно поступать в организм человека с водой, растительной пищей, с животными продуктами. Учитывая, америций-241 имеет большой период полураспада (432 года), то он будет представлять опасность тысячи лет.

Америций-241 обладает еще одним важным свойством. Для его цепной реакции требуется небольшая критическая масса, которая исчисляется микрограммами (в то время, как для урана или плутония – килограммами). Микровзрывы особенно опасны и для биологического мира.

По своему воздействию на организм человека он аналогичен плутонию-239, но с более тяжелыми последствиями, связанными с микровзрывами.

«Горячие» частицы. Наряду с аэрозолями отдельных радионуклидов в чернобыльском выбросе имелись и аэрозоли диспергированного ядерного топлива. Они были различной величины (от 2 мкм до сотен микрометров), активности и радионуклидного состава. В настоящее время основное количество этих частиц (до 70%) находится в верхнем одно-сантиметровом слое почвы. Эти частицы представляют опасность для всего живого ввиду высокой концентрации в них радионуклидов с разными видами излучений.

При попадании таких частиц в организм человека последствия для здоровья могут быть крайне тяжелыми и зависеть от особенностей каждого типа радионуклида, содержащегося в «горячей» частице.