Определение загрязненности продуктов питания радиоактивными веществами

 

Цель работы – ознакомиться с методами контроля содержания радиоактивных веществ в продуктах питания;получить практические навыки работы с приборами для измерения ионизирующих излучений (ИИ).

Краткие сведения из теории

Общие положения

 

Радиоактивные вещества входят в состав различных пород земли, присутствуют в воде и атмосфере. В растениях, животных можно обнаружить небольшое количество радиоактивных изотопов. Даже в организме каждого из нас имеются такие вещества, как рубидий-87 и калий-40.

При распаде радиоактивных веществ наблюдаются различные виды излучений (альфа-, бета-, гамма-, нейтронное), которые действуют на человека по-разному (см. прил. 4.1).

Повреждений, вызванных в организме человека ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям и органам. Количество такой переданной организму энергии (в перерасчете на единицу массы) называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в греях (Гр) или во внесистемных единицах – радах (рад)*.

Человек подвергается воздействию радиоактивных веществ, находящихся как вне организма (внешнее облучение), так и попавших с пищей, водой или воздухом внутрь организма (внутреннее облучение).

При внутреннем облучении альфа-частицы в 10…20 раз опаснее бета-частиц и гамма-излучения, а нейтронное излучение опаснее в 3…10 раз. Поэтому была введена единица измерения ИИ – эквивалентная дозаионизирующего излучения в системе СИ зиверт (Зв), а внесистемная – бэр (биологический эквивалент рада, ранее рентгена (Р)).

Человек подвергается облучению как от естественныхисточниковрадиации, так и от источников искусственного происхождения. Естественные источники могут быть земного и космического происхождения, но их воздействие на живые организмы может быть усилено экономической деятельностью человека. Например, за час полета на самолете на высоте 6 км эквивалентная доза не превосходит допустимых пределов. Но за 1 ч полета на высоте 10 км пассажиры получают эквивалентную дозу ИИ космического происхождения свыше 2 мкЗв, что в 10...20 раз больше, чем на уровне моря и в несколько раз выше допустимой нормы. С увеличением высоты полета эквивалентная доза космического излучения, воздействующая на пассажиров и экипаж самолета, резко возрастает. Так на высоте 12 км она составляет 5 мкЗв за час полета, а на высоте 20 км – 13 мкЗв.

Основными естественными источниками являютсярадиоактивные элементы, содержащиеся в земных породах и пище, которую мы едим. В природе есть два очень важных радиоактивных элемента: уран-238 и торий-232. Их периоды полураспада исчисляются миллионами лет. По мере радиоактивного распада и исчезновения излучение испускают не только они сами, но и продукты их распада.

Урановая руда была найдена в большом количестве в Австралии, Канаде, России, Чехии, Словакии, Республике Конго и США. Однако наиболее значительные месторождения урановой руды обнаружены в Юго-Восточной Африке.

Уран и торий содержатся во многих породах, в том числе граните, фосфатах, угле. Применение угля для выработки электроэнергии приводит к тому, что вместе с дымом, зольной пылью в атмосферу выбрасываются и радиоактивные вещества.

Фосфаты используют для производства фосфорных удобрений, а отходы удобрений перерабатывают в фосфогипс, часто применяемый в строительстве, особенно внутренних перегородок жилых и административных зданий. Калийные удобрения, широко распространенные в сельскохозяйственной деятельности, повышают концентрацию радиоактивного калия-40 на полях, попадающего вместе с растительной и животной пищей в организм человека.

Внесение фосфатных удобрений в течение длительного периода увеличивает активность урана, тория и продуктов их семейств в почве на 0,2…1%.

Самую большую дозу внутреннего облучения человек получает от воздействия тяжелого радиоактивного газа – радона – продукта радиоактивного превращения тяжелых элементов.

Радон в основном проникает в дом вместе с воздухом, который выходит из почвы вследствие разницы в давлениях внутри и вне дома. В результате распада радона в воздухе образуются короткоживущие радиоактивные изотопы полония, свинца и висмута, которые чаще всего прикрепляются к микроскопическим пылинкам-аэрозолям. Поверхность легких человека является хорошим фильтром, осаждающим радиоактивные аэрозоли. В органы дыхания человека за сутки может попасть около 20 млн атомов радона, а при высоком его уровне – более 1 млрд тяжелых атомов этого радиоактивного газа. Два радиоактивных изотопа полония с массовыми числами 218 и 214 «обстреливают» α-частицами ткань легких и составляют свыше 97% дозы облучения, связанного с радоном.

Для того чтобы уменьшить риск радонового облучения, необходимо проводить защитные мероприятия: использовать для полов специальные покрытия, тщательно проветривать помещения.

В результате антропогенной деятельности появилось несколько сотен искусственных радионуклидов. Человек научился использовать энергию атомов в самых различных целях: в производстве электроэнергии и для создания атомного оружия, в медицине и для обнаружения пожаров, в поиске полезных ископаемых и для создания различных приборов. При этом могут происходить утечки радиоактивных изотопов в окружающую среду не только в результате аварий, но в процессе функционирования объектов, использующих, хранящих или перерабатывающих радиоактивные вещества и их отходы.

Таким образом, экономическая деятельность человека приводит к увеличению дозы облучения как отдельных людей, так и населения планеты в целом. При этом наибольшую опасность представляет внутреннееоблучение. Примерно две трети эквивалентной дозы облучения, которое человек получает от естественных источников, поступают в организм с воздухом, пищей и водой. При авариях на радиационно опасных объектах, сопровождающихся выбросом радиоактивных веществ в атмосферу, также значительная часть радионуклидов попадает в организм. Это, как правило, целый комплекс радиоактивных веществ естественного и искусственного происхождения, которые концентрируются в различных органах и тканях. Например, изотопы йода накапливаются в щитовидной железе, в костях – избирательно изотопы свинца, стронция, радия. Изотопы цезия, имитируя калий, концентрируются внутриклеточно.

Радиоактивный йод попадает в организм в первые дни после аварии на радиационно опасных объектах в основном через органы дыхания, а в дальнейшем со свежим молоком от животных, пасущихся на загрязненных радиоактивными выбросами пастбищах. Стронций, подобно кальцию, может накапливаться в зеленых растениях, в частности, в злаковых, в зерне, и с хлебопродуктами поступать в организм. Через корм коров он попадает в их ткани. Поэтому молоко – второй после хлеба путь поступления стронция в организм человека. Наконец, стронций, выпавший на поверхность водоемов или смытый туда поверхностными стоками, легко поглощается одноклеточными водорослями (фитопланктон), затем по пищевой цепи накапливается рачками и другими мелкими животными (зоопланктон), а затем и рыбой. Концентрация стронция по мере продвижения по пищевой цепи возрастает, и в теле некоторых рыб она может быть в десятки тысяч раз выше, чем в воде. Таким образом, рыба, в особенности ее скелет, – третий распространенный пищевой канал поступления стронция в организм человека.

Стронций вслед за кальцием накапливается в костной ткани и фиксируется в ней. Наибольшее накопление возможно в растущем организме. Стронций, осевший (инкорпорированный) в костях, крайне трудно удаляется из организма. Радиоактивный цезий-147, подобно калию и в отличие от стронция, равномерно распределяется в тканях организма; наибольшая его концентрация наблюдается в мышцах.

Прежде чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества проходят по сложным маршрутам в окружающей среде. При этом следует учитывать, что радиоактивные вещества, переходя из почвы в растения, далее в организм травоядных, а потом с мясом, молоком и молочными продуктами, поступая в организм человека, имеют тенденцию к все большей концентрации в каждом следующем звене пищевой цепочки. Дозы внутреннего облучения от поступающих радиоактивных изотопов в организм могут превышать в 30, иногда 70 раз внешнее облучение этими же изотопами. Поэтому важную роль приобретает своевременный контроль загрязненности продуктов радионуклидами, позволяющий оградить население от потребления вредных для здоровья продуктов питания.