Применение современных достижений ядерной физики в животноводстве и ветеринарии
Министерство сельского хозяйства Р. Ф.
Уральская Государственная сельскохозяйственная академия.
Контрольная работа
По дисциплине: Основы ветеринарии.
Исполнитель: студентка 3курса
заочного Ф. Т. Ж.
Руководитель:
Екатеринбург 2006
Вопрос 30. Применение ионизирующих излучений в сельском хозяйстве, ветеринарии и животноводстве.
Применение современных достижений ядерной физики в животноводстве и ветеринарии, а также в других отраслях сельского хозяйства развивается в следую-щих основных направлениях:
1) радионуклиды применяются как индикаторы (меченые атомы) в исследовательских работах в об-ласти физиологии и биохимии животных и растений, а также в разработке методов диагностики и лечения заболевших животных;
2) радионуклиды и ионизирующие излучения ис-пользуются в селекционно-генетических исследованиях в области растениеводства, животноводства, микро-биологии и вирусологии;
3) непосредственное применение ионизирующих излучений как процесса радиационно-биологической технологии (РБТ) для: - стерилизации, консервирования, увеличения сроков хранения и обеззараживания пищевых про-дуктов и фуража, сырья животного происхождения (шерсть, кожа, пушнина и т. д.), биологических и фармакологических препаратов (вакцины, сыворотки, питательные среды, витамины и т. д.), хирургического шовного и перевязочного материалов, приборов, устройств и инструментария, которые не подлежат температурной и химической обработке;
-стимуляции роста и развития животных и рас-тений с целью повышения хозяйственно полезных качеств;
борьбы с вредными насекомыми и оздоровле-ния окружающей среды;
стерилизации животноводческих стоков и др.
Использование ионизирующих излучений для диагностики болезней и лечения животных.
Радионуклиды и ионизирующие излу-чения для диагностических и лечебных целей успешно и широко применяются в медицине. В ветеринарии эти способы пока еще малодоступны для практиче-ского использования, хотя и имеется ряд разработок, показывающих высокую их эффективность и перспек-тивность. Лечебное применение радиоизотопов и излучений основано на их биологическом действии. Поскольку наиболее радиопоражаемы молодые, энер-гично размножающиеся клетки, то радиотерапия ока-залась эффективна при злокачественных новообразо-ваниях. Как показали исследования и клинические наблю-дения, нейтроны и другие плотноионизирующие части-цы более эффективны в радиотерапии опухолей, так как они действуют одинаково как на гипоксические, так и оксигенированные опухолевые клетки. Кроме того, при действии нейтронов отсутствуют различия в радиочувствительности клеток на разных фазах клеточного цикла, что является преимуществом этого вида воздействия с точки зрения эффективности лу-чевой терапии. Но главным преимуществом нейтро-нов является их высокая биохимическая эффектив-ность по отношению к гипоксическим клеткам, повы-шающая надежность лучевой терапии вследствие бо-лее радикального уничтожения опухолевых клеток.
Все сказанное свидетельствует о перспективности использования нейтронов наряду с другими тяжелыми заряженными частицами для лечения опухолей.
Проводятся широкие клинические исследования с источниками нейтронного излучения калифорния-252, который более доступен, а главное менее дорогостоящий для практического использования в сравнении с ускорительными и реакторными установками. При этом при небольших размерах источника можно по-лучать мощность дозы нейтронного потока, соответст-вующую требованиям имплантационной и аппликаци-онной терапии.
Перспективен, но пока еще мало разработан метод лечения опухолей нейтронами (нейтронзахватная те-рапия), позволяющей «обстрелять» опухоль изнутри б-частицами. Сущность его состоит в создании альфа-источника в толще самой опухоли. Для этого предва-рительно в организм вводят тумотропный нейтрон - захватывающий агент в виде стабильного изотопа бора-10 или лития-6. Затем подвергают опухоль мно-гопольному нейтронному облучению. Указанные изото-пы, захватив нейтроны, приобретают радиоактивные свойства, испускают б-частицы. Обладая большой плотностью ионизации, но коротким пробегом (не бо-лее 15 мкм), б-частицы не вылетают за пределы опухо-левых клеток, воздействуют на них, не повреждая окружающие здоровые ткани. Достоинство метода заключается еще в том, что альфа-излучение можно дозировать, так как оно прекращается одновремен-но с прекращением нейтронного облучения.
Использование ионизирующих излучений в сель-ском хозяйстве.
Исследования действия ионизирующей радиации на биологические объекты в зависимости от дозы, мощности облучения и состояния облучае-мого объекта послужили основой разработки и внедре-ния в сельское хозяйство радиационно-биологической технологии. В качестве источников излучения избраны кобальт-60 и цезий-137. Они имеют длительный пе-риод полураспада; сравнительно высокую проникаю-щую способность гамма-излучения, которая не дает наведенной радиоактивности в облучаемых объектах; физико-механические свойства, позволяющие длитель-но эксплуатировать элементы в радиационно-биологических установках.
В России для нужд сельского хозяйства и научных исследований в области радиационно-биологической технологии создан целый ряд передвижной стационарной техники. Передвижные гамма-установки типа «Колос», «Стебель», «Стерилизатор» смонтированы на автомашинах или автоприцепах. Они предназна-чены для предпосевного облучения семян зерновых, зернобобовых, технических и других культур в услови-ях колхозов и совхозов.
Стационарная опытно-промышленная гамма-установка «Стерилизатор» -- для стерилизации в промышленных масштабах нитей, используемых в хирургии (кетгут, шелк, нейлон и др.), перевязочных материалов и инст-рументов, изделий из пластмассы (шприцы, катетеры, системы сбора и переливания крови), лекарственных препаратов (витамины, антибиотики, сульфаниламиды, вакцины, сыворотки и т. д.); гамма-установка типа МРХ -- для микробиологических и радиационно-химических исследований.
В России получены хозяйственно ценные мутанты сои, кукурузы, люпина, гречихи, гороха, фасоли, хлоп-чатника (АН-402 и АН-40), раннеспелые томаты, ран-неспелый и устойчивый к фитофторе картофель, мо-розостойкие мутанты яблони и вишни и многие дру-гие.
В США внедрен устойчивый к болезням сорт ара-хиса, в Японии -- скороспелый сорт сои (Райден) и высокоурожайный сорт риса (Рей-Мей), в Аргенти-не -- крупноплодный сорт персиков, в Индии и Швеции -- сорта пшеницы с повышенным содержанием протеинов, в Венгрии -- скороспелый мутант риса.
С помощью радиомутации удалось вывести новую разновидность тутового шелкопряда с более высокой продукцией шелкового волокна (за счет отбора сам-цов).
Облучением культур дрожжей выведены их расы, вырабатывающие в 2 раза больше эргостерина, чем исходные. Такое наследственно закрепленное измене-ние обмена веществ имеет большое значение для вита-минной промышленности.
Комбинированным воздействием радиации и хими-ческих мутагенов выведено много штаммов высоко-активных плесневых грибов-продуцентов пенициллина, стрептомицина, ауреомицина, эритромицина и альбомицина, которыми теперь располагает промышлен-ность. Некоторые штаммы дают выход стрептомицина в 20, а пенициллина в 50 раз больше исходных рас. Это позволило организовать промышленное производ-ство антибиотиков и сделало их широко доступными препаратами.
Значительный интерес представляют изменения ви-рулентности микроорганизмов и их способность об-разовывать токсины под действием ионизирующих излучений. Данные изменения могут быть стойкими, закрепленными наследственно. Такие авирулентные мутанты используются для разработки вакцин.
В определённом диапазоне доз ядерные излучения обладают стимулирующим действием. Такая стимуляция обнаруживается у всех биологических объектов, начиная с одноклеточных и кончая высокоорганизованными растениями и животными. Наиболее широко стимулирующий эффект исполь-зуется в растениеводстве в целях: повышения веге-тации у семян труднопрорастаемых или с понижен-ной всхожестью; ускорения развития растений и по-вышения урожайности сельскохозяйственных культур при культивировании в открытом и закрытом грунтах; улучшения прививаемости и дальнейшего развития черенков в виноградарстве и плодоводстве.
Многолетние производственные испытания пред-посевного облучения семян кукурузы, картофеля, свек-лы, зерновых и других культур в различных респуб-ликах нашей страны показали возможность повыше-ния урожая семян и зеленой массы на 15--20%. Следовательно, только за счет внедрения этого агроприема можно получить в масштабах страны большой экономический эффект без расширения посевных пло-щадей.
Стимулирующее действие ионизирующего излуче-ния используют при разведении лекарственных расте-ний для ускорения роста и увеличения выхода лекарст-венно-ценного вещества (алкалоидов и др.).
Радиостимуляцию изучают в скотоводстве, сви-новодстве, зерноводстве и птицеводстве. Однако на-иболее широкие исследования были проведены в пти-цеводстве. А. Д. Белов, В. В. Пак (1983) установили стимулирующий эффект радиационной обработки яиц дозой 5 Р до инкубации и на 10-й день инкубации. Отмечалось сокращение срока инкубации на сутки, увеличивалась выводимость цыплят на 7%, ускорялись постэмбриональный рост и развитие цыплят на 9%. Облучение цыплят в однодневном, трехдневном и две-надцатидневном возрасте в дозе 20 и 100 Р при помо-щи дозы 5 Р/мин показало, что через 30 дней после об-лучения масса цыплят была выше, чем у необлучен-ных, в среднем на 12 и 8% соответственно. Стимули-рующее действие излучения было установлено и у кур-несушек. Так, после облучения их в возрасте 14 мес. дозой 5 Р яйценоскость увеличивалась уже в первый месяц в среднем на 18%. Несушки же, которые хо-рошо неслись до облучения, не изменили яйценоскость. Доза 20 Р оказалась менее благоприятной.
Под влиянием рентгеновых лучей в дозе 25 Р. от-мечалось стимулирующее влияние не только на рост и развитие цыплят после облучения их в первые сутки жизни, но и на более раннее их созревание. Курочки опытной группы начинали яйцекладку в среднем на 7 дней раньше птиц контрольной группы; у них была несколько выше средняя масса тела. А. М. Кузин и др. (1963) при облучении яиц в предынкубационный период дозой 1,4 Р отмечали уве-личение процента вывода цыплят за счет снижения количества погибших эмбрионов. Эти цыплята были более жизнеспособные по сравнению с контрольными. Молодки опытной группы начинали нестись на 10 дней раньше.
Однократное облучение дозами 4--200 рад непо-ловозрелых кур в возрасте 112 дней приводило к уве-личению яйценоскости на 119% по сравнению с конт-ролем. ) выявлено, что предынкубационное облучение яиц гамма-лучами в дозе 100±15 Р или цыплят в день вывода дозой 40±5 Р вызывает ряд положительных изменений в общем состоянии бройлеров в период их выращивания -- они более ак-тивно проявляют групповые и индивидуальные реф-лексы, лучше, чем контрольные, поедают корм.
Гамма-облучение суточных поросят крупной белой породы дозами 10--25 Р вызывало у них выражен-ный стимулирующий эффект. В первые 3 мес. жизни масса тела у животных увеличивалась на 10--15%, к 6-месячному возрасту масса тела и средняя длина туловища превышали на 6--8% массу контрольных сверстников. Радиостимуляция не оказывала отрица-тельного влияния на органолептические и биохимиче-ские показатели мяса. Имеются данные, что лучевое воздействие дозами 10--30 Р повышает выживаемость и интенсивность роста норок, улучшает качество пушнины. При этом отмечено, что у самцов эффект выражен сильнее.
Радиационная (холодная) стерилизация материа-лов и препаратов медицинского и ветеринарного на-значения, не выдерживающих термической или хими-ческой обработки или теряющих при этом свои функ-циональные свойства, имеет большое значение. Широкое использование сульфаниламидов и анти-биотиков в медицине и ветеринарии обусловливает особый интерес к стерильности этих препаратов и способам стерилизации их. Сульфаниламиды, обладая высокой радиорезистентностью, без особых трудностей подвергаются радиационной стерилизации. При дозе 2,5 Мрад и выше не возникает никаких изменений у этих лекарственных веществ; незначительные физико-химические изменения были отмечены лишь при об-лучении дозой 25 Мрад. Антибиотики, простерилизованные радиационным способом в сухом виде, по те-рапевтической эффективности, биологическим и основ-ным физико-химическим показателям отвечают требо-ваниям, предусмотренным для необлученных препа-ратов.
Испытывалась возможность стерилизации радиационным способом гормонов, ферментов, витаминов. Оказалось, что гормоны обладают более высокой ра-диорезистентностью по сравнению с витаминами. Облучение гормонов (кортизон, преднизолон, прогесте-рон, АКТГ и др.) в дозах, значительно превышающих стерилизующие дозы (6--8 Мрад), не вызывало из-менений их химических и биологических свойств. Из ферментов наиболее радиорезистентными были протеолитические (трипсин, пепсин, инвертаза и др.). Высокой радиочувствительностью обладают вита-мины группы В, особенно если их облучают в раство-рах. Дозы облучения от 0,5 до 2,5 Мрад изменяют цвет препарата и снижают его биологическую актив-ность. Однако облучение таблеток поливитаминных препаратов, содержащих фолиевую и никотиновую кислоты, тиамин, рибофлавин, пантотенат кальция дозами в пределах 2 Мрад, не изменяло свойств пре-парата и не снижало его активности в течение 4 лет в условиях хранения при комнатной температуре.
Изучается возможность радиационной стерилиза-ции крови и препаратов, изготовленных из нее. По-лучены обнадеживающие результаты, которые позво-ляют применить ионизирующие излучения для стери-лизации крови и белковых растворов.
Несмотря на относительно высокую радиорезис-тентность микроорганизмов, оказалось возможным использовать ионизирующие излучения для получения принципиально новых препаратов -- радиовакцин и радиоантигенов, а также для лучевой стерилизации уже готовых вакцин, бактериальных антигенов и пи-тательных сред.
Накоплен большой опыт по инактивации многих известных вирусов и имеются данные о дозах облу-чения, убивающих их. Установлена возможность использования радиа-ции для стерилизации вакцин и приготовления ана-токсинов.
Перспективными оказались попытки использования живых радиовакцин при гельминтозах -- иммуни-зация телят и ягнят против нематод путем зараже-ния животных личинками, ослабленными рентгено- или гамма- облучением. Проводят работы по созданию радиовакцин против протозойных заболеваний сельскохозяйственных животных.
Есть данные, указывающие на то, что радиацион-ная стерилизация питательных сред не только не по-нижает питательных свойств, но даже в той или иной степени повышает их качество для некоторых видов микроорганизмов.
Исследования последних лет показали экономиче-скую целесообразность применения ионизирующих излучений для обеззараживания сырья животного про-исхождения -- шерсти, пушно-мехового, кожевенного и другого сырья, неблагополучного по инфекционным болезням.
Разработаны режимы радиационного обеззаражи-вания сырья при сибирской язве, листериозе, трихо-фитии и микроспории, чуме плотоядных, ящуре. Оп-ределены параметры гамма-установки для радиацион-ного обеззараживания шерсти, кожевенного и пушно-мехового сырья, волос, пуха и пера.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Комиссия ООН по вопросам пищи и сельского хо-зяйства одобрили использование ионизирующего излу-чения для обработки пищевых продуктов с целью сте-рилизации и лучевого консервирования, а также обез-зараживания мясных туш при паразитарных пораже-ниях (трихинеллезе и др.).
Проведенные исследования лучевой стерилизации пищевых продуктов и по продлению сроков их хра-нения показывают, что этот прием будет применяться, хотя он и сопровождается некоторыми биохимически-ми изменениями продуктов, частичной потерей вита-минов и изменениями органолептических свойств. В настоящее время ионизирующие излучения рекомен-дуют применять при хранении мяса, полуфабрикатов и кулинарных изделий из них, рыбы и других про-дуктов моря, пищевого картофеля, лука и прочих корнеплодов в весенне-летние месяцы, скоропортящих-ся ягод и фруктов на сроки их транспортировки от производителя к потребителю, концентратов фрукто-вых соков и т. д.
Радиационная технология обработки и хранения продуктов основана на подавлении микробиальной обсемененности (радуризация) или радиаци-онной стерилизации (радаппертизация). Одной из сложных и недостаточно решенных проб-лем на животноводческих комплексах является обез-зараживание навоза и навозных стоков. Проведенные исследования подтвердили перспективность метода обеззараживания их с помощью гамма-излучения и ускоренных электронов.
Наиболее эффективным и эко-номически выгодным оказалось комбинированное воз-действие ионизирующего излучения и физических (теп-ло, давление) или химических факторов, так как при этом удается значительно снизить обеззараживающую дозу для яиц гельминтов и микроорганизмов. Раз-работана технология обеззараживания навозных сто-ков на основе использования ионизирующего излуче-ния (гамма-излучения или электронов), давления и температуры.
Известно, что борьба с вредителями сельскохозяй-ственных растений и собранного урожая -- дело иск-лючительной важности, поскольку дает возможность сохранить очень большое количество продукции (око-ло 20% валового сбора). Для борьбы с насекомыми-вредителями предложено использовать ионизирующее излучение в трех основных направлениях:
а) радиационной половой стерилизации самцов на-секомых, специально отловленных или разведенных и затем выпущенных в естественные условия, где дан-ный вид насекомых распространен; стерильные самцы спариваются с самками, те откладывают стерильные(неоплодотворенные) яйца; личинки из таких кладок не выводятся, что приводит к уничтожению популяции;
б) радиационной селекции болезнетворных для насе-комых-вредителей микроорганизмов, грибов и др.; на полях, обработанных такими препаратами, многие насекомые-вредители заболевали и гибли;
в) радиа-ционной дезинсекции, т. е. уничтожения насекомых-вредителей сельскохозяйственной продукции облуче-нием. Для этих целей создана передвижная гамма-установка «Дезинсектор», а в условиях элеваторов функционируют промышленные стационарные устрой-ства.
Вопрос 11. Источники радиоактивного загрязнения внешней среды.
Все живые существа на земле постоянно подверга-ются воздействию ионизирующей радиации путем внешнего и внутреннего облучения за счет естест-венных (космическое излучение и природные радио-активные вещества) и искусственных (отходы атом-ной промышленности, радиоактивные изотопы, ис-пользуемые в биологии, медицине и сельском хозяй-стве, и др.) источников ионизирующих излучений.
Естественные источники ионизирующих излуче-ний.
Космическое излучение - это иони-зирующее излучение, непрерывно падающее на поверхность земли из мирового пространства (пер-вичное космическое излучение) и образующееся в земной атмосфере в результате взаимодействия пер-вичного космического излучения с атомами воздуха (вторичное космическое излучение).
Первичный компонент космических лучей образуется вследствие извержения и испаре-ния материи с поверхности звезд и туманностей космического пространства. Он состоит в основном из ядер легких атомов: водорода -- протонов (79%), гелия -- б-частиц (20%), лития, берилия, бора, угле-рода, азота, кислорода и других элементов, большин-ство из которых обладают очень высокой энергией. Такие большие энергии первичные космиче-ские частицы приобретают за счет ускорения их в переменных электромагнитных полях звезд, много-кратного ускорения в магнитных полях облаков кос-мической пыли межзвездного пространства и в рас-ширяющихся оболочках новых и сверхновых звезд. Однако лишь немногие частицы достигают поверх-ности земли, так как они взаимодействуют с атомами воздуха, рождая потоки частиц вторичного косми-ческого излучения. Поэтому основную массу космиче-ских лучей, достигающих поверхности земли, состав-ляет вторичное космическое излучение.
Вторичное космическое излучение очень сложно и состоит из всех известных в настоя-щее время элементарных частиц и излучений. Для оценки биологического воздействия (расчета дозы космического излучения) вторичное космическое излучение можно разделить по уровню энергии и со-ставу на четыре компонента:
мягкий, или малопроникающий, компонент объединяет электроны, позитроны, г-кванты и частич-но быстрые протоны с энергиями порядка 100 МэВ;
жесткий, или сильнопроникающий, -- состоит в основном из м±-мезонов с энергиями порядка 600 МэВ, небольшого количества сверхбыстрых про-тонов, с энергией более 400 МэВ, б-частиц и незна-чительного количества р±-мезонов;
сильноионизирующий -- содержит продукты ядерных расщеплений: протоны, б-частицы, дейтроны, тритоны и более тяжелые осколки ядер с энергией 10--15 МэВ;
нейтронный компонент -- нейтроны различных энергий.
На уровне моря космическое излучение состоит в основном, как правило, из мягкого и жесткого ком-понентов.
Мягкий компонент поглощается слоями свинца тол-щиной 8--10 см и железа--15--20 см; жесткий -- проходит через свинец толщиной более метра, его можно обнаружить под землей и под водой на глу-бине нескольких километров.
Частицы мягкого и жесткого компонентов, обла-дая большими энергиями в веществе, создают наи-меньшую плотность ионизации. Поэтому их относи-тельная биологическая эффективность (ОБЭ) прирав-нивается к 1.
Частицы сильноионизирующего компонента обла-дают большой плотностью ионизации. Их ОБЭ при-равнивают к ОБЭ протонов, нейтронов и а-частиц с энергией 10--15 МэВ, т. е. она равна 10.
На уровне моря сильноионизирующие частицы со-ставляют 0,5%, а слабоионизирующие -- 99,5%. По-скольку трудно учесть плотность ионизации осколков ядер с ОБЭ более 10, то этот показатель косми ческого излучения считается приблизительно рав-ным 2.
Проведенные измерения показали, что на уровне моря за счет космических лучей образуются 2,74 пары ионов в 1 см3 воздуха за 1 с. Это соответствует мощности дозы 1,15'10~9 рад/с.
Тканевая доза космических лучей на 11% больше, чем в воздухе, так как сверхбыстрые нейтроны, сталкиваясь с ядрами атомов С, N и О биологи-ческой ткани, вызывают их расщепление с образова-нием быстрых нейтронов, которые создают в тканях дополнительную ионизацию.
Исходя из этого, установлено, что доза в ткани за сутки составляет 0,11 мрад, за год -- 40 мрад.
Природные радиоактивные вещества можно раз-бить на три группы. В первую группу входят II и Тh с продуктами их распада, а также 40К и 87Rb. Ко второй группе относят мало-распространенные изотопы и изотопы с большим пери-одом полураспада: 48Са, 96Zг, 113In, 124Sn, 130Те, 138Lа, 150Nd, 152Sm, 176Lu, 180W, 187Rе, 209Вi К третьей группе принадлежат радиоактивные изотопы 14С, 3Н, 7Ве, 10Ве, образующиеся непрерывно под действием косми-ческого излучения.
Наиболее распространенным радиоактивным изо-топом земной коры является 87Rb, содержание кото-рого значительно выше урана, тория и особенно 40К. Однако радиоактивность К в земной коре превышает радиоактивность суммы всех других естественных ра-диоактивных элементов: 87Rb характеризуется мяг-ким бета- излучением и имеет большой период полу-распада, а распад 40К сопровождается относительно жестким бета - и гамма-излучением. Калий-40 широко рассеян в почвах и прочно удерживается глинами вследствие процессов сорбции. Глинистые почвы поч-ти везде богаче радиоактивными элементами, чем пес-чаные и известняки.
Радиоактивные тяжелые элементы (уран, торий, радий) содержатся преимущественно в горных гранит-ных породах. В разных районах земного шара доза гамма-излучения различных земных пород у поверхно-сти земли колеблется в значительных пределах -26--1150 мрад/год. Однако имеются районы (на пример, в Бразилии, Индии и др.), где вследствие выхода на поверхность земли радиоактивных руд и пород, а также значительной примеси в почве урана и радия доза природного фона составляет 12-- 70 рад/год, что в 100--500 раз выше среднемиро-вого фона. У обитающих в этих районах животных (например, самцов полевок) обнаружены изменения хромосомных аберраций, дегенерация в зародышевом эпителии половых желез (особенно у молодых осо-бей), заторможенное половое созревание и стериль-ность половозрелых самцов в 58,3% случаев.
Так как земные породы используют в качестве строительного материала, то от последнего зависит гамма-радиация внутри зданий. Наибольшие значе-ния гамма-радиации установлены в домах из железо-л бетона с глиноземом-- 171 мрад/год, наименьшее -- в деревянных домах -- 50 мрад/год.
Радиоактивность воде придают в основном уран, торий и радий, образующие растворимые, комплекс-ные соединения, которые вымываются почвенными водами, а также газообразные продукты их радио-активных превращений -- радон и торон. Концентра-ция радиоактивных элементов в реках меньше, чем в морях и озерах, а содержание их в пресноводных источниках зависит от типа горных пород, клима-тических факторов, рельефа местности и т. д. Так, наличие радона в водах кислых магматических пород в несколько раз выше, чем осадочных пород. Кон-центрация урана в реках, протекающих на юге, обыч-но выше, чем в северных реках.
Радиоактивность атмосферы обусловлена наличием в ней радиоактивных веществ в газообразном состоя-нии (радон, торон, углерод-14, тритий) или в виде аэрозолей (калий-40, уран, радий и др.). Радон и торон поступает из земных пород, а углерод и тритий образуются из атомов азота и водорода в результате воздействия на их ядра нейтронов вторич-ного космического излучения.
Суммарная радиоактивность атмосферного воздуха колеблется в широких пределах (2-10?14 -- 4,4*10?13 Ки/л) и зависит от места, времени года, погодных условий и от состояния магнитного поля Земли.
Из естественных радиоактивных веществ наиболь-шую удельную активность в растениях составляет 40К, особенно в бобовых расте-ниях: горохе, бобах, фасоли, сое. Содержание в рас-тениях урана, радия, тория и углерода-14 ничтожно мало.
В животных организмах обычно содержится 40К меньше, чем в растениях.
Уран, торий и углерод-14 встречаются в биологи-ческих объектах в очень незначительных концентра-циях по сравнению с 40К.
Таким образом, на организм животных оказывают воздействие внешние источники природного радиоак-тивного фона -- космическая радиация и излучения природных радионуклидов, рассеянных в почве, воде, воздухе, строительных и других материалах, а также источники природной радиации 40К, 226Ка, 14С, 3Н, содержащиеся в самом организме и поступающие в него в составе пищи, воды и воздуха.
Эти внешние и внутренние источники, действуя непрерывно, сообщают организму определенную по-глощенную дозу.
Среднегодовая доза для человека составляет около 0,12 рад на гонады и 0,13 рад на Скелет и считается безопасной.
Искусственные источники ионизирующих излуче-ний.
При ядерных взрывах осуществляется реакция деления ядер тяжелых элементов (235У, 39Ри, 233й, 238У), возникающая в результате дейст-вия на них нейтронов. В принципе реакция деления может быть вызвана при бомбардировке тяжелых элементов и другими элементарными частицами (а, p, d), но наибольший практический интерес пред-ставляет реакция деления ядра под действием нейт-ронов.
Механизм этой реакции можно схематически пред-ставить следующим образом: нейтрон попадает в ядро расщепляющегося элемента, например, изотопа 235U, и приводит к образованию сильно возбужденного ядра -- 236U. Нуклоны в результате нарушения ядер-ного сцепления под действием сил отталкивания рас-ходятся к противоположным полюсам, ядро деформи-руется, принимает удлиненную форму. В центральной части ядра образуется перетяжка, ядерные силы уже не могут противостоять действию сил отталкивания между протонами, и ядро расщепляется на два или три асимметричных ядра -- осколка. Весь этот процесс происходит мгновенно. Во время каждого акта деле-ния освобождается энергия порядка 200 МэВ и выле-тают 2--3 свободных нейтрона. Если нейтроны на своем пути встретят другие тяжелые ядра, способ-ные к делению, то возникает цепной процесс деле-ния.
При достаточном количестве делящегося материала возникает мгновенная неуправляемая цепная реакция взрывного характера.
Процесс деления может быть самоподдерживаю-щимся, регулируемым, с непрерывным выделением определенного количества энергии. Это осуществлено в ядерных реакторах, в которых плотность нейтронного потока регулируется особыми стержнями -- поглотите-лями нейтронов.
При ядерных взрывах образуется около 250 изо-топов 35 элементов (из них 225 радиоактивных) как непосредственных осколков деления ядер тяжелых эле-ментов (235U, 239Рu, 233U, 238U), так и продуктов их распада. Количество радиоактивных продуктов деления (РПД) возрастает соответственно мощности ядер-ного заряда. Часть образовавшихся РПД распадается в ближайшие секунды и минуты после взрыва, другая часть имеет период полураспада порядка нескольких часов. Большинство образующихся радионуклидов явля-ется бета - и гамма - излучателями, остальные испускают или только в или б-частицы (144Мс1, 1475т).
Дополнительным источником радиоактивного за-грязнения местности в районе взрыва служит наве-денная радиоактивность, возникающая в результате воздействия потока нейтронов, образую-щихся при цепной реакции деления урана или плуто-ния, на ядра атомов различных веществ окружающей среды (реакция активации). Захват нейтронов ядрами многих химических элементов приводит к появлению радиоизотопов (продуктов активации) в атмосферном воздухе, воде почве, в материалах сооружений и т. п. Большая часть их распадается с испусканием в-частиц и гамма-излу-чения со сравнительно малым периодом полураспада (за исключением 14С).
Суммарная активность остатков ядерного заряда и радионуклидов, образовавшихся в результате реакции активации, намного меньше общей активности радио-активных продуктов деления. Последние являются ос-новным источником радиоактивного загрязнения внеш-ней среды.
При термоядерных взрывах в момент реакции синтеза (слияние ядер легких элементов -- дейтерия и трития и образование более тяжелого ядра -- гелия, происходящее при десятках миллионов градусов) возникает интенсивный поток нейтронов, вызывающий образование значительного количества продуктов активации (наведенной радиоактивности), в частности трития, берилия, углерода- 14.
Ядерные устройства, основанные на принципе деле-ние -- синтез -- деление, загрязняют окружающую сре-ду радиоактивными осколками деления 238U и 239Рw, а также тритием и радиоуглеродом. На 1 мегатонну ядерного взрыва образуется 7,4 кг радиоуглерода -14, что количественно в среднем равняется образованию этого изотопа в атмосфере под действием космических лучей в течение года.
Загрязнение местности зависит от характера ядер-ного взрыва (наземный, воздушный и т.д.), калибра ядерного устройства, атмосферных условий (скорость ветра, влажность, выпадение осадков, распределение температуры по высоте, которое влияет на перемеще-ние масс воздуха), географических зон и широт и др.
Наземные взрывы создают сильное загрязнение РПД непосредственно в районе взрыва, а также на прилегающей территории, над которой проходило радиоактивное облако.
При воздушном взрыве не происходит значительно-го локального загрязнения местности РПД, так как они распыляются на очень большой площади.
Однако под влиянием атмосферных осадков, вы-павших в момент прохождения радиоактивного обла-ка, может повыситься загрязнение в том или ином районе.
Средние и малые взрывы до нескольких килотонн тротилового эквивалента загрязняют в основном тро-посферу (до высоты 18 км). Крупные взрывы не-сколько мегатонн загрязняют главным образом страто-сферу (до высоты 80 км). Благодаря наличию воздуш-ных течений частицы РПД способны совершать очень большой путь, вплоть до нескольких оборотов вокруг земного шара, поэтому радиоактивное загрязнение может возникнуть в любой точке земного шара, т. е. наступает глобальное загрязнение.
По данным американских авторов В. Лэнгхэма и Е. Андерсена (1959), при взрывах зарядов большой мощности (несколько мегатонн) продукты взрывов распределяются следующим образом: при взрыве на большой высоте 99% их задерживается в стратосфе-ре, локальных загрязнений нет; при наземном взрыве 20% из них попадает в стратосферу, а 80% выпадает в районе взрыва; при взрывах у поверхности моря 30% остается в стратосфере, а 70% выпадает ло-кально.
Скорость выпадения радиоактивных осадков зави-сит от времени года и от широты местности: она боль-ше в северном полушарии, чем в южном. В пределах небольших районов скорость выпадения может коле-баться также в зависимости от выпадения дождя или снега в течение года.
РПД могут находиться в тропосфере около 2--3 мес., в стратосфере -- 3--9 лет. Вследствие этого при воз-душных взрывах на землю в основном выпадают только долгоживущие радиоактивные продукты, так как короткоживущие изотопы распадаются, находясь в стратосфере.
По данным некоторых исследователей, ежегодно из имеющихся в стратосфере РПД осаждаются 10% 90Sг и 137Сs.
В связи с широким использованием атомной энер-гии в мирных целях все большее значение приобре-тают радиоактивные отходы промышленных предприя-тий и установок (атомных электростанций, предприя-тий по переработке ядерного материала, реакторов), лабораторий и научно-исследовательских институтов, работающих с РВ высокой активности, как потенци-альный, а в отдельных случаях и как реальный фактор локального (на ограниченной территории) загрязнения внешней среды.
В настоящее время человек сталкивается также с искусственными источниками радиации, не связан-ными с загрязнением внешней среды. К ним относятся рентгеновские установки, ускорители элементарных частиц, закрытые источники радиоактивных изотопов, использующиеся в медицине, промышленности и на-учно-исследовательской работе.
Вопрос 10. Методы радиометрии препаратов.
Основные методы измерения радиоактивности. Ра-диоактивность препаратов можно определить абсолют-ным, расчетным и относительным (сравнительным) методами. Наиболее широкое практическое примене-ние имеет последний.
Абсолютный метод основан на применении прямого счета полного числа частиц распадающихся ядер в условиях 4р-геометрии (четырехпийной). В этом слу-чае активность препаратов выражается не в импульсах в минуту, а в единицах радиоактивности -- Ки, мКи, мкКи. Для этих целей используют 4р -счетчики, кон-струкция которых позволяет поместить измеряемый образец внутрь счетчика (газопроточный счетчик ти-па СА-4БФЛ, сцинтилляционный счетчик с растворе-нием пробы в жидком сцинтилляторе или помеще-нием пробы внутрь его и др.).
Расчетный метод определения абсолютной актив-ности альфа - и бета - излучающих изотопов заклю-чается в том, что измерение осуществляется при помощи обычных газоразрядных или сцинтилляционных счетчиков.
Чтобы сопоставить скорость счета, выраженную в импульсах в минуту, с активностью в единицах кюри вводят в результаты измерения ряд поправочных коэффициентов, учитывающих потери излучения при радиометрии.
Общая формула для определения абсолютной ак-тивности (А) расчетным методом имеет следующий вид:
где N -- скорость счета в имп/мин за вычетом фона; ю -- поправ-ка на геометрические условия измерения (телесный угол); е -- поправка на разрешающее время счетной установки; -- поправка на поглощение излучения в слое воздуха и окне (стенке) счетчи-ка; с -- поправка на самопоглощение в толще препарата; q-- по-правка на обратное рассеяние от подложки; r -- поправка на схему распада; г -- поправка на гамма-излучение при смешанном бета -, гамма-излучении; т -- навеска измеряемого препарата в мг, 2,22 *1012 -- переводной коэффициент от числа распадов в минуту к кюри (1 Ки = 2,22*1012 расп/мин).
Для определения удельной активности указанная формула принимает следующее выражение:
где 1 * 106 -- переводной коэффициент на 1 кг при измерении m в мг.
Относительный (сравнительный) метод определе-ния радиоактивности основан на сравнении активности исследуемого препарата с активностью стан-дартного препарата (эталона), содержащего известное количество изотопа. Достоинство относительных из-мерений в их простоте, оперативности и удовлетво-рительной достоверности.
Благодаря этому относительный метод нашел ши-рокое применение в практической радиометрии и в на-учных исследованиях с использованием радиоактив-ных изотопов.
Для правильного проведения измерений относи-тельной активности исследуемых препаратов необ-ходимо, чтобы схема распада, вид и энергия излу-чения эталона существенно не отличались от исследуе-мого радионуклида. Идеальным эталоном был бы радиоизотоп, одноименный с изотопом, содержащимся в измеряемом препарате.
Желательно иметь для эталона долгоживущий радиоактивный изотоп, так как его можно исполь-зовать длительное время без внесения поправок на распад. При определении суммарной бета - активности в объектах ветнадзора в качестве эталона приме-няют 40К, 90Sr, 90Y, 23Th и др.
Эталон и исследуемые препараты должны иметь одинаковую форму, площадь и толщину активного слоя, их одинаково располагают относительно счетчи-ка. Подложки, на которые нанесены измеряемые препараты и эталон, должны быть выполнены из одинакового материала и иметь, одинаковую толщи-ну. Все измерения надо проводить на одной установ-ке с одним и тем же счетчиком. Следует стремиться к тому, чтобы измерения всех препаратов были вы-полнены с одинаковой статистической точностью.
Измерив, скорость счета Nэ от эталона и пре-парата Nпр, рассчитывают активность препарата Апр в распадах в минуту по формуле:
