Краткая характеристика радионуклидов- йод-131, цезий-137, стронций-90, плутоний-239
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Безопасности жизнедеятельности и курортологии»
РЕФЕРАТ
по дисциплине: «Защита населения и хозяйственных объектов от чрезвычайных ситуаций. Радиационная безопасность»
Краткая характеристика радионуклидов- йод-131, цезий-137, стронций-90, плутоний-239
Студент Факультет гр. №
Проверил
Минск-2013
Оглавление
Введение 3
1. Радионуклиды: йод-131. 4
2. Цезий-137. 7
3. Стронций-90. 8
4. Плутоний-239. 11
Литература 15
Введение
Радиоактивность окружающей среды определяется содержанием в ней естественных и искусственных радионуклидов. Еще в середине 40-х годов радиоактивность любого тела или вещества биосферы обусловливалась радионуклидами исключительно природного происхождения, т. е. изотопами, возникновение которых в основном было связано с особенностями формирования нашей планеты. В результате испытаний ядерного оружия и интенсивного развития атомной промышленности за последние десятилетия появился новый компонент радиоактивности биосферы " радиоактивные вещества искусственного происхождения" .
Постоянное распространение
искусственных радионуклидов, выбрасываемых
в биосферу при ядерных взрывах,
привело к тому, что практически
все вещества, ее составляющие и
принимающие участие в
Радионуклиды: йод-131.
Йод - элемент седьмой
группы периодической системы
Известны 24 радиоактивных изотопа йода с массовыми числами в интервалах 117-126 и 128-139. Все они искусственные и являются продуктами ядерных реакций. Образуются при делении тяжелых ядер (урана, плутония). Наиболее важные: йод-125 (период полураспада 60 сут, максимальная энергия бета-излучения 0,61 МэВ), йод-129 (1,7-Ю7 лет, 0,12 МэВ), йод-131 (8,06 сут, 0,25-0,81 МэВ), йод-133 (21 ч, 0,4-1,2 МэВ).
В "свежих" выпадениях радиоактивных осадков после проведенных атомных испытаний или в результате аварий на атомных предприятиях вначале биологически опасны йод-131, -132, -133 и -135, через неделю - йод-131 и -132, через две недели - только йод-131.
Йод-131 является смешанным бета- и гамма-излучателем, высоко-токсичным радиоизотопом (группа Б), среднегодовая допустимая концентрация его в воде равна Ю-7- Ю-9 Ки/кг.
Источники загрязнения внешней
среды, кормов и продуктов животноводства
- испытательные ядерные взрывы в
атмосфере и воде, радиоактивные
отходы промышленных предприятий, лабораторий
и научно-исследовательских
Изотопы йода в смеси короткоживущих продуктов ядерного деления составляют около 20 %.
Радиоактивный йод-131 обладает
высокой летучестью, химически активный
элемент, имеет большую способность
миграции по звеньям биологической
цепи и высокий коэффициент
Радиоактивные изотопы йода в организм животных поступают преимущественно через пищеварительный тракт с кормом и водой, но могут попадать и через органыдыхания, кожу, конъюнктиву, раны и другими путями. Йод - активный биогенный элемент и, попадая в организм, в результате хорошей растворимости на 100 % всасывается в кровь. Через 13-14 ч концентрация его в крови уменьшается в 2 раза, так как он быстро перераспределяется по органам и тканям. От 20 до 60 % изотопов йода откладывается в щитовидной железе, которая является критическим органом для йода. Через сутки после однократного перорального поступления в организм йода-131 в щитовидной железе обнаруживается всего'около 10 % введенной дозы, в то время как в остальных тканях и органах - примерно 50 %. На 14-й день в результате перераспределения в щитовидной железе оказывается примерно 18 % введенного йода-131 (с учетом физического распада), а в остальных органах и тканях - около 14 %. Концентрация йода-131 в тканях животных по отношению к концентрации его в крови (условно взята за 1) распределяется в следующем порядке: кровь - 1, почки, печень, яичники - 2-3, слюнная железа, моча - 3-5, кал, молоко -5-15, щитовидная железа - 10 000.
Радиотоксикологическое действие радиоактивного йода проявляется прежде всего в поражении щитовидной железы. Малые дозы не вызывают заметных нарушений в тиреоидной ткани. Большие дозы йода-131 у всех животных приводят к разрушению щитовидной железы и замещению паренхимы соединительной тканью. Существенные изменения возникают в нервной и эндокринной системах. Атрофия щитовидной железы сопровождается слизистым перерождением мышцы сердца, подкожной клетчатки, ожирением печени. Отмечаются глубокие изменения в кроветворных органах, которые приводят к анемии, лимфопении, нейтропении и тромбоцитопении.
Из организма животных и птиц радиоактивный йод, как и стабильный, выводится преимущественно почками с мочой, через желудочно-кишечный тракт с калом, а у продуктивных животных - с молоком, у птиц - с яйцами. При длительном поступлении йода-131 курам-несушкам с кормом в желток яйца переходит до 16 %, а в белок - около 1 % поступившей суточной дозы. У лактирующих коров с 1 л молока выделяется около 1 % поступившего в организм за день йода-131. При выпасе коров на территории, однократно загрязненной йодом-131, пик выведения ею с молоком приходится на 3-и сутки, затем наступает медленный спад, и через 3 нед выведение сокращается в 4 раза.
В местностях с недостаточным содержанием йода у коров, потребляющих загрязненные корма и воду, выделение йода-131 с молоком больше, чем в местностях с нормальным содержанием йода. Выведение йода-131 с молоком в определенной мере уменьшает накопление его в щитовидной железе, так как установлено, что у лактирующих коров концентрация йода-131 в щитовидной железе ниже, чем у сухостойных.
На уровень усвоения животным йода-131 влияет содержание в кормах изотопных (стабильный йод) и неизотопных (хлор) носителей. Например, введение в организм стабильного йодистого калия на 50 % снижает включение радиоактивного йода в щитовидную железу овец и телят. Дача йодистого калия курам (80 мг на курицу) снижает включение йода-131 в яйцо на 70 %, а неизотопного носителя йода в виде хлористого калия - даже на 90 %. Таким образом, эти препараты могут использоваться в качестве профилактики накопления радионуклидов йода в организме.
Для снижения поступления
радиоактивных элементов
При выпасе коров на удобренных пастбищах с хорошим травостоем содержание йода-131 в молоке снижается до 50 %. Это связано с понижением концентрации радионуклидов в растениях на единицу массы вследствие увеличения урожайности на удобренных почвах. Чем интенсивнее прирастает биомасса растений, тем сильнее идет разбавление радиоактивных веществ.
Цезий-137.
Цезий – химический элемент
1 группы периодической системы Д.И.
Цезий серебристо-белый металл, мягкий, тягучий. Во всех соединениях одновалентен. Плотность 1,903 г/см3 (при 20º С), температура плавления 28,5ºС, температура кипения 670ºС. Обладает селективным фотоэлектрическим эффектом. На воздухе моментально воспламеняется с образованием перекиси Сs2Оз. Воспламеняется при взаимодействии с галогенами. С серой и фосфором взаимодействует со взрывом, так же протекает взаимодействие его с кислотой и водой. При 300ºС разрушает стекло и кварц, вытесняя кремний. Простые соли цезия (хлориды, сульфаты и др.), хорошо растворимы в воде, двойные и комплексные – плохо. Цезий извлекается из природных минералов вместе с рубидием. В разных почвах действие цезия различно: в глинистых, выщелоченных, обедненных калием он закрепляется прочно, плохо поступает из них в корни растений, в почвах, богатых органикой, хорошо усваивается корневой системой растений (частично этому способствует большая обменная катионная емкость органических почв).
Среднее содержание его в
растениях примерно 0,022% сухого вещества.
В значительных количествах он накапливается
в организме беспозвоночных животных
– 0,0138% (на сухое вещество), в организме
позвоночных его в 4 раза меньше.
Цезий поступает в организм животных
преимущественно с растительной
пищей, легко всасывается в желудочно-
Стронций-90.
Стронций - щелочноземельный
элемент второй аналитической группы
периодической системы
Стронций-90 претерпевает бета-распад и превращается в дочерний радиоактивный элемент иттрий-90, который находится с ним в равновесном состоянии по радиоактивности. Период полураспада иттрия-90 составляет 64,2 ч, максимальная энергия бета-частиц 2,18 МэВ.
Как и другие радионуклиды,
стронций-90 выпадает на поверхность
земли в виде твердых частиц или
с дождем в растворенном или нерастворенном
коллоидном состоянии и попадает
на растительный покров или непосредственно
на поверхность почвы. Около 70 % его
задерживается в верхнем (до 5 см)
слое почвы с очень большой
сорбционной способностью в связи
с богатым содержанием
Основной источник поступления радионуклида в организм сельскохозяйственных животных - корм, в меньшей степени - вода (около 2 %) и воздух.
Поступление в организм через органы дыхания с воздухом может иметь практическое значение при нахождении животных на местности в период формирования радиоактивного следа, когда содержание радиоактивных частиц и аэрозолей в воздухе сравнительно велико.
Поступивший в организм с кормом и водой стронций-90 (как и его аналог кальций) хорошо всасывается в желудочно-кишечном тракте, уровень всасывания зависит от многих факторов (состава рациона, физико-химических свойств соединения, возраста животных, функционального состояния организма) и колеблется от 5 до 100 %. Значительно больше стронция всасывается из кишечника у молодых животных. Это связано с более высокой потребностью их организма в щелочноземельных элементах, необходимых для построения скелета. Добавка кальция к рациону с целью уменьшить усвоение стронция-90 эффективна только для молодых животных, а для взрослых и старых существенного влияния не имеет.
У изотопов стронция скелетный тип распределения. При любом пути поступления в организм они более чем на 90 % избирательно откладываются в костях. Депонирование стронция-90 в мягких тканях при хроническом поступлении невелико. Содержание его в мышцах обычно не превышает 10 % суточного поступления. Отмечена исключительно высокая скорость обмена радиоизотопа в звене кровь ^ органы и ткани. Быстрое снижение концентрации его в крови после поступления в нее объясняется интенсивным включением радиоизотопа в органы и ткани и выведением через экскреторные органы и молочную железу (у лактирующих животных). Стронций-90 накапливается в участках костей, обладающих наибольшей зоной роста (в диафизе больше, чем в эпифизе). В компактном веществе кости всегда отмечают большую концентрацию его, чем в губчатом. С возрастом животных эта разнчца сглаживается. Накопление стронция-90 в костях приводит к радиационному облучению не только костей и костного мозга, но и окружающих тканей.
При пероральном поступлении стронция-90 в организм главным каналом выведения является желудочно-кишечный тракт, а при ингаляционном - мочевыделительная система. Стронций-90 выделяется и с молоком, но в значительно меньшем количестве. После однократного перорального введения дойным коровам максимальное содержание его в расчете на 1 л молока отмечено через 12-24 ч после поступления, а затем концентрация постепенно снижается и через 120-144 ч составляет всего 0,01 % на 1 л. В течение 8 сут с молоком выделяется суммарно 2,8 % введенной дозы. В условиях хронического поступления стронция-90 с кормом с суточным удоем выделяется от 0,2 до 4,7 % радионуклида, скармливаемого коровам в течение дня, или 0,06-0,38 % на 1 л удоя. При увеличении содержания кальция в рационе переход стронция в молоко снижается. После прекращения поступления в организм концентрация его в молоке также быстро снижается.
Период полувыведения стронция-90 из мягких тканей составляет 2,5-8,5 сут, а из костей - 90-154 сут.
Реальные возможности снижения перехода радиоизотопов в животноводческую продукцию проявляются в организации рационального кормления и содержания животных. Например, содержание животных на естественных пастбищах способствует повышенному переходу радиоизотопов в продукты животноводства, а при переводе их на культурные гастбища или на стойловое содержание в 10-15 раз снижается поступление радионуклидов в организм животных, следовательно, и в продукты животноводства.
Поступивший в организм стронций-90 действует неблагоприятно. Наиболее выраженные патологические изменения возникают в костях и костном мозге в связи с преимущественной концентрацией его в костной ткани. В разные сроки после поражения как при однократном, так и при длительном поступлении стронция-90 у животных развиваются лейкозы, остеосаркомы, новообразования желез внутренней секреции и молочных, гипофиза, яичников и др. Существенно изменяются спермо- и овогенез, функции печени и почек, иммунологическая реактивность организма.
Плутоний-239.
С элементом №94 связаны очень большие надежды и очень большие опасения человечества. Это самый дорогой из технически важных металлов - он намного дороже серебра, золота и платины. Он поистине драгоценен.
Вначале были протоны - галактический водород. В результате его сжатия и последовавших затем ядерных реакций образовались самые невероятные «слитки» нуклонов. Среди них, этих «слитков», были, по-видимому, и содержащие по 94 протона. Оценки теоретиков позволяют считать, что около 100 нуклонных образований, в состав которых входят 94 протона и от 107 до 206 нейтронов, настолько стабильны, что их можно считать ядрами изотопов элемента №94.
Но все эти изотопы
- гипотетические и реальные - не настолько
стабильны, чтобы сохраниться до
наших дней с момента образования
элементов солнечной системы. Период
полураспада самого долгоживущего
изотопа элемента №94 - 75 млн. лет. Возраст
Галактики измеряется миллиардами
лет. Следовательно, у «первородного»
плутония не было шансов дожить до наших
дней. Если он и образовывался при
великом синтезе элементов
В XX в. новой эры, нашей эры, этот элемент был воссоздан. Из 100 возможных изотопов плутония синтезированы 25. У 15 из них изучены ядерные свойства. Четыре нашли практическое применение. А открыли его совсем недавно. В декабре 1940 г. при облучении урана ядрами тяжелого водорода группа американских радиохимиков во главе с Гленном Т. Сиборгом обнаружила неизвестный прежде излучатель альфа-частиц с периодом полураспада 90 лет. Этим излучателем оказался изотоп элемента №94 с массовым числом 238. В том же году, но несколькими месяцами раньше Э.М. Макмиллан и Ф. Эйбельсон получили первый элемент, более тяжелый, чем уран, - элемент №93. Этот элемент назвали нептунием, а 94-й - плутонием. Историк определенно скажет, что названия эти берут начало в римской мифологии, но в сущности происхождение этих названий скорее не мифологическое, а астрономическое.
Элементы №92 и 93 названы в честь далеких планет солнечной системы - Урана и Нептуна, но и Нептун в солнечной системе - не последний, еще дальше пролегает орбита Плутона - планеты, о которой до сих пор почти ничего не известно... Подобное же построение наблюдаем и на «левом фланге» менделеевской таблицы: uranium - neptunium - plutonium, однако о плутонии человечество знает намного больше, чем о Плутоне. Кстати, Плутон астрономы открыли всего за десять лет до синтеза плутония - почти такой же отрезок времени разделял открытия Урана - планеты и урана - элемента.
Первый изотоп элемента №94 - плутоний-238 в наши дни нашел практическое применение. Но в начале 40-х годов об этом и не думали. Получать плутоний-238 в количествах, представляющих практический интерес, можно, только опираясь на мощную ядерную промышленность. В то время она лишь зарождалась. Но уже было ясно, что, освободив энергию, заключенную в ядрах тяжелых радиоактивных элементов, можно получить оружие невиданной прежде силы. Появился Манхэттенский проект, не имевший ничего, кроме названия, общего с известным районом Нью-Йорка. Это было общее название всех работ, связанных с созданием в США первых атомных бомб. Руководителем Манхэттенского проекта был назначен не ученый, а военный - генерал Гровс, «ласково» величавший своих высокообразованных подопечных «битыми горшками».
Руководителей «проекта» плутоний-238 не интересовал. Его ядра, как, впрочем, ядра всех изотопов плутония с четными массовыми числами, нейтронами низких энергий не делятся, поэтому он не мог служить ядерной взрывчаткой. Тем не менее первые не очень внятные сообщения об элементах №93 и 94 попали в печать лишь весной 1942 г.
Нейтронами низких энергий мы называем нейтроны, энергия которых не превышает 10 кэВ. Нейтроны с энергией, измеряемой долями электронвольта, называются тепловыми, а самые медленные нейтроны - с энергией меньше 0,005 эВ - холодными. Если же энергия нейтрона больше 100 кэВ, то такой нейтрон считается уже быстрым.
Чем это объяснить? Физики понимали: синтез изотопов плутония с нечетными массовыми числами - дело времени, и недалекого. От нечетных изотопов ждали, что, подобно урану-235, они смогут поддерживать цепную ядерную реакцию. В них, еще не полученных, кое-кому виделась потенциальная ядерная взрывчатка. И эти надежды плутоний, к сожалению, оправдывал.
В шифровках того времени элемент №94 именовался не иначе, как... медью. А когда возникла необходимость в самой меди (как конструкционном материале для каких-то деталей), то в шифровках наряду с «медью» появилась «подлинная медь».
В 1941 г. был открыт важнейший изотоп плутония - изотоп с массовым числом 239. И почти сразу же подтвердилось предсказание теоретиков: ядра плутония-239 делились тепловыми нейтронами. Более того, в процессе их деления рождалось не меньшее число нейтронов, чем при делении урана-235. Тотчас же были намечены пути получения этого изотопа в больших количествах...
Прошли годы. Теперь уже ни для кого не секрет, что ядерные бомбы, хранящиеся в арсеналах, начинены плутонием-239 и что их, этих бомб, достаточно, чтобы нанести непоправимый ущерб всему живому на Земле.
Распространено мнение, что с открытием цепной ядерной реакции (неизбежным следствием которого стало создание ядерной бомбы) человечество явно поторопилось. Можно думать по-другому или делать вид, что думаешь по-другому, - приятнее быть оптимистом. Но и перед оптимистами неизбежно встает вопрос об ответственности ученых. Мы помним триумфальный июньский день 1954 г., день, когда дала ток первая атомная электростанция в Обнинске. Но мы не можем забыть и августовское утро 1945 г. - «утро Хиросимы», «черный день Альберта Эйнштейна»... Помним первые послевоенные годы и безудержный атомный шантаж - основу американской политики тех лет. А разве мало тревог пережило человечество в последующие годы? Причем эти тревоги многократно усиливались сознанием, что, если вспыхнет новая мировая война, ядерное оружие будет пущено в ход.
Здесь можно попробовать доказать, что открытие плутония не прибавило человечеству опасений, что, напротив, оно было только полезно.
Допустим, случилось так, что по какой-то причине или, как сказали бы в старину, по воле божьей, плутоний оказался недоступен ученым. Разве уменьшились бы тогда наши страхи и опасения? Ничуть не бывало. Ядерные бомбы делали бы из урана-235 (и в не меньшем количестве, чем из плутония), и эти бомбы «съедали» бы еще большие, чем сейчас, части бюджетов.
Зато без плутония не существовало
бы перспективы мирного
Когда ядро плутония-239 делится нейтронами на два осколка примерно равной массы, выделяется около 200 МэВ энергии. Это в 50 млн раз больше энергии, освобождающейся в самой известной экзотермической реакции C + O2 = CO2. «Сгорая» в ядерном реакторе, грамм плутония дает 2·107 ккал. Чтобы не нарушать традиции (а в популярных статьях энергию ядерного горючего принято измерять внесистемными единицами - тоннами угля, бензина, тринитротолуола и т.д.), заметим и мы: это энергия, заключенная в 4 т угля. А в обычный наперсток помещается количество плутония, энергетически эквивалентное сорока вагонам хороших березовых дров.
Литература
1.Учебное пособие «
2.Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества / Под ред. В.А. Филова и др. Л.: Химия , 1990.
3.Современные методы разделения и определения радиоактивных элементов. М.: Наука, 1989. 312 с.
- Краткая характеристика радионуклидов: йод-131, цезий-137, стронций-90, плутоний-299
- Краткая характеристика средств механизации, применяемых при техническом обслуживании самолета Ту-154
- Краткая характеристика стихийных бедствий, аварий и катастроф
- Краткая характеристика страхования и этапы развития страхования в разные периоды
- Краткая характеристика таможенных процедур, стадий и этапов таможенного оформления товаров
- Краткая характеристика творчества Гектора Берлиоза
- Краткая характеристика технических обслуживаний и ремонтов локомотивов
- Краткая характеристика предприятия в сфере сервиса
- Краткая характеристика предприятия на примере ОАО «Бинбанк»
- Краткая характеристика предприятия ОАО "Минский завод отопительного оборудования"
- Краткая характеристика приказного, коллежского и исполнительного делопроизводства в России
- Краткая характеристика производственно-хозяйственной деятельности предприятия ОАО «Гжельский завод Электроизолятор»
- Краткая характеристика работы АПК в России
- Краткая характеристика радионуклидов