Ф
Ф
ПЛУТОНИЙ
I
П
ф
ф
ф
ф
Cyan process 15.0° 120.0 LPI
Ф
Ф
Ф
Ф
Доктор медицинских наук И. Я. ВАСИЛЕНКО (Государственный научный центр -
Институт биофизики), доктор физико-математических наук О. И. ВАСИЛЕНКО (физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова)
лутоний - трансурановый элемент. Известны его радиоактивные изотопы с массовыми числами 232-246. Ядерно-физические характеристики основных радиоизотопов приведены в табл. 1. Стабильных изотопов плутония в природе не обнаружено. Практическое значение имеют 238Ри и 239Ри.
Радиоизотопы плутония производят в промышленных реакторах путем облучения урана нейтронами по реакции (п, у). 239Ри, наряду с 235и, используют в ядерных и термоядерных боеприпасах, а также в качестве ядерного горючего на АЭС. 238Ри широко применяется для изготовления атомных электрических батарей, источников питания для электрокардиостимуляторов, получения энергии в космических аппаратах.
Наиболее значимым фактором загрязнения природной среды плутонием (239-241Ри и др.) были испытания ядерного оружия. Так, в пик ядерных испытаний (1945-1976 гг.) во внешнюю среду поступило 13 ТБк 239 240Ри, 360 ТБк 241 Ри и 0.13 ТБк других трансурановых элементов с массовыми числами более 241.
Поступление плутония в окружающую среду происходит также от предприятий топ-ливно-ядерного цикла, в результате аварий на АЭС и на летательных аппаратах, где плутоний используется как источник энергии. В 1969 г. при сгорании отечественного навигационного спутника в атмосферу поступило 0.63 ТБк 238Ри. Потенциальным источником также могут быть аварии при уничтожении накопленных ядерных боеприпасов, которое проводится в настоящее время в широких масштабах. 238Ри в ничтожно малых количествах образуется также в урановых рудах в результате действия нейтронов на 238и. Его
60
содержание колеблется от 0.4 до 15 частей на 1012 частей урана.
Миграция во внешней среде
Миграция плутония обусловливается растворимостью его соединений в природных средах, что имеет решающее значение в перемещении нуклида в цепи: почва (вода) ^ ^ растения ^ животные ^ человек. При испытаниях ядерного оружия он поступал в окружающую среду в форме окислов и отдельных атомов. Тугоплавкие оксиды плутония практически нерастворимы. В выбросах атомной энергетики (переработка отработанного топлива) плутоний представлен в основном растворимыми формами, а также комплексными соединениями с органическими легандами.
В настоящее время основными накопителями плутония являются почва и донные отложения водоемов (более 99% количества, поступившего во внешнюю среду), в биологических компонентах экосистем содержится менее 1%. В зависимости от источника поступления и состава почвы до 10% плутония может находиться в растворимой форме, доступной для усвоения растениями.
Процессы метаболизма
В организм человека плутоний может поступать через органы дыхания, кожные покровы, ожоговые поверхности, раны и перо-рально. Ингаляционный путь поступления при вдыхании загрязненного воздуха в производственных условиях является наиболее значимым и потенциально опасным, что связано со значительными объемами потребления воздуха и большой поверхностью легких. Суточное потребление воздуха "стандартным человеком" (МКРЗ-23) составляет более 20 000 дм3, а воды 2.5-3 дм3.
Поверхность легких у мужчин достигает 75 м2, у женщин - 66 м2, а поверхность кожи 1.8 и 1.5 м2 соответственно. Задержка в дыхательной системе аэрозолей плутония зависит от дисперсного состава и объема дыхания и происходит в результате инерционного осаждения, осаждения под действием силы тяжести (седиментации), диффузии и броуновского движения. Инерционное осаждение характерно для верхних дыхательных путей (носоглотка, трахеи, бронхи), где задерживаются частицы крупнее одного микрона. Частицы размерами менее 0.1 мкм за© И.Я. Василенко, О.И. Василенко
Ф
Ф
Ф
^ Black process 45.0° 120.0 LPI
Ф
Ф
Ф
Ф
держиваются в альвеолах в результате броуновского движения и диффузии. В легких плутоний оседает неравномерно, что приводит к неравномерному облучению органа. В местах депонирования формируются дозы, во много раз превышающие среднетканевую. Особенно интенсивному облучению подвергаются лимфатические узлы (перибронхи-альные и медиастенальные), где накапливается плутоний в процессе его перераспределения.
Пероральное поступление определяется содержанием нуклида в пищевом рационе. Отметим, что 70-90% ингалированного нуклида в процессе механического очищения легких поступает через ротовую полость в кишечник. Резорбция нуклида в кишечнике колеблется от 0.1 • 10-4% для труднорастворимых соединений диоксида до 10-3% для других соединений. У детей в период молочного вскармливания резорбция выше. Основное количество проходит транзитом и выводится с калом.
Через кожу, раны и ожоговые поверхности плутоний может поступать в форме порошков и растворов, что имеет значение в профессиональных условиях, особенно "ра-
невое поступление из-за нарушения техники безопасности. Через кожу плутоний всасывается медленно, величина резорбции составляет 2 • 10-6 в час. Всасывание через раны определяется характером повреждения, особенно быстро нуклид всасывается в растворимой форме через глубокие повреждения.
Всосавшийся в кровь плутоний гидролизу-ется с образованием агрегатов, которые задерживаются клетками ретикулоэндотели-альной системы. Независимо от пути его поступления в организм местами основного депонирования являются скелет и печень. Накопление печенью растворимых соединений нуклида достигает 80-90%, а слаборастворимых - около 40% от содержания в организме. В печени плутоний образует прочные соединения с гамма-глобулином. Выводится нуклид крайне медленно. Тэффект (время, в течение которого выводится 50% нуклида) достигает 40 лет. Доза, равная 15, 25, 50%, формируется в течение 6, 40 и 90 лет. Пожизненные дозы от внутреннего облучения плутонием приведены в табл. 2.
Из крови плутоний поступает также в скелет. Сначала происходит коллоидная сорб-
Ф
Таблица 1
Ядерно-физические свойства основных радиоактивных изотопов плутония
Радионуклид Т1/2 Тип распада Средняя энергия излучения, МэВ/(Бк • с) Дочерний радионуклид (выход)
характеристическое, у и аннигиляционное излучение в-излучение, конверсионные электроны и электроны Оже а-излучение и ядра отдачи
236Ри 2.851 года СД, а 2.09 • 10-3 1.35 • 10-2 5.85 232и радиоакт.
237Ри 45.3 суток ЗЭ, а 5.23 • 10-2 1.58 • 10-2 2.74 • 10-4 233и (выход 5 • 10-5);
237Ыр радиоакт.
238Ри 87.74 года СД, а 1.81 • 10-3 1.06 • 10-2 5.58 234и радиоакт.
239Ри 24065 лет а 7.96 • 10-4 6.65 • 10-3 5.23 235и радиоакт.
240Ри 6537 лет СД, а 1.73 • 10-3 1.06 • 10-2 5.24 236и радиоакт.
241Ри 14.4 года в- 2.54 • 10-6 5.24 • 10-3 1.22 • 10-4 237и радиоакт.
(выход 2.45 • 10-5);
241Ат радиоакт.
242Ри 376300 лет СД, а 1.44 • 10-3 8.72 • 10-3 4.974 238и радиоакт.
243Ри 4.956 ч в- 2.55 • 10-2 1.71 • 10-1 - 243Ат радиоакт.
Примечание. СД - спонтанное деление, ЗЭ - захват электрона, а и в -полураспада.
тип распада, Т1/2 - период
Ф
^ Black process 45.0° 120.0 LPI
Ф
Ф
Ф
Ф
Пожизненные эффективные дозы Зв/Бк от внутреннего облучения (МКРЗ. Публ. 63)
Таблица 2
Нуклид Возраст, лет
<1 1-2 2-7 7-17 > 17
239Ри 239Ри
Поступление с рационом 42.0 • 10-7 | 4.2 • 10-7 | 3.3 • 10-7 | 2.6 • 10-7 | 2.5 • 10-7
Поступление через органы дыхания 4.1 • 10-5 I 3.8 • 10-5 I 2.6 • 10-5 I 1.8 • 10-5 I 1.6 • 10-5
Ф
Ф
Ф
ция нуклида на поверхности структур костной ткани, а затем он проникает в глубину, задерживаясь в течение длительного времени. Тэффект оценивается примерно в сто лет. Накопление плутония в костях может привести к остеоалгическому синдрому, связанному с развитием склеротических процессов.
Токсичность
Плутоний - один из наиболее токсичных радионуклидов, характеризующийся высоко удельной активностью (1 г = 22.57 • 108 Бк). Биологическое действие определяется альфа-излучением. При инкорпорации нуклида энергия альфа-частиц полностью реализуется. В табл. 3 приведена сравнительная токсичность разных радионуклидов.
Биологическое действие плутония исследовано в опытах на разных видах животных. Острые, подострые и хронические поражения у собак наблюдали при введении 92.5, менее 92.5 и менее 4 кБк/кг массы тела соответственно. У мышей и кроликов острая форма лучевого поражения развивалась после введения им более 417 кБк/кг, а у крыс - более 740 кБк/кг массы тела. Гибель животных наступала в первые 2-3 недели от апласти-ческой анемии и лейкопении, а также кровоизлияний различной локализации и развития инфекционных осложнений.
При ингаляционном поступлении нуклида у животных в отдаленные сроки наблюдали развитие склеротических процессов, сопровождавшихся сердечно-сосудистой патологией, развитием дистрофических процессов в печени с нарушением ее функции. Развитие склеротических процессов отмечали и в других органах. В отдаленные сроки у животных регистрировали опухоли легких, остеосарко-мы, опухоли печени, эндокринных органов, лейкозы.
62
Black process 45.0° 120.0 LPI
Накопление плутония в гонадах проявлялось нарушением их функциональной активности, более ранним развитием дегенеративно-склеротических процессов, приводивших к бесплодию. Рожденное потомство характеризовалось пониженной жизнеспособностью и повышенной частотой образования опухолей. Изменения в яичниках регистрировали при поглощенной дозе 2 сЗв, в семенниках -3 сЗв.
Практический интерес представляют клинические наблюдения за поступлением плутония персоналу в производственных условиях. При поступлении больших количеств (сотен кБк) регистрировали развитие острого интерстициального пневмонита с летальным исходом. Поступление десятков кБк приводило к развитию пневмосклероза. Распространенность процесса, его тяжесть возрастали с увеличением поглощенной дозы, а
Таблица 3
Количество радионуклидов, вызывающее 50%-ную гибель крыс в течение 30 суток (СД50/30)
Радионуклид Количество, кБк/г Радионуклид Количество, кБк/г
89вг 166 14°1а 526
90вг 55 1440е 126
90у 259 147Рт 259
91у 136 237Ыр 0.01
95ЫЬ 311 239Ри 2.18
106Ри 1
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.