Учебные материалы


Характеристики основных естественных радиоактивных изотопов



Карта сайта Переход по ссылке Переход по ссылке Переход по ссылке Переход по ссылке

Загрузка...
Загрузка...
Загрузка...

Элемент Радиоактивные изотопы Период полураспада, лет Удельная активность, Ки/г Удельная активность природной смеси изотопов, Ки/г Водород 12,26 9,8×103 4,9×10-14 Углерод 4,4 7,2×10-12 Калий 1,31×109 6,8×10-6 8×10-10 Кальций 2×1016 4×10-13 7×10-16 Рубидий 6,5×1010 6,6×10-8 1,83×10-8 Лантан 7×1010 3,7×10-8 3,2×10-11 Торий 1,39×1010 1,1×10-7 3,4×10-7 Уран 7,13×108 2,1×10-6 6,75×10-7 Уран 4,5×109 3,3×10-7 6,5×10-7

В этих процессах основную роль играет вода, как универсальный растворитель. Входя в контакт с материалами пород, вода растворяет и выносит из недр земной коры на ее поверхность ряд как стабильных, так и радиоактивных элементов. Кроме того, вода уносит с собой частицы пород и откладывает их в виде осадков на значительном удалении от места первичной эрозии.

С водой рек выносится и значительное количество растворенных веществ. В результате этих процессов, происходящих многие миллионы лет, оказалось, что воды мирового океана содержат в растворенном состоянии огромное количество естественных радиоактивных элементов; так, в водах Тихого океана содержится около 2,95×1012 кг , что соответствует активности примерно 2×1010 Ки.

Значительное место в процессах миграции и круговорота радиоактивных изотопов в природе занимает растительный и животный мир.

Большая часть естественных радиоактивных элементов содержится в горных породах. Глинистые почвы за счет высокого содержания коллоидных фракций, хорошо сорбирующих и удерживающих радиоактивные изотопы, всегда богаче радиоактивными элементами, чем песчаные.

Таблица

Среднее содержание калия, тория, урана и радия в земных породах

Породы Содержание радиоактивных элементов, % Калий Торий Уран Радий Магматические 2,6 1,2×10-3 4×10-4 1,3×10-10 Песчаные 1,1 6×10-4 1,2×10-4 1,5×10-10 Глины 2,3 1,3×10-3 4,5×10-4 1,3×10-10 Известняки 0,3 1,3×10-4 1,3×10-4 0,5×10-10

В отдельных районах земного шара имеются зоны с повышенным содержанием радиоактивных элементов в горных породах и почвах. Такие зоны обнаружены в районах Памира и Тибета, Окло в Африке, на территориях Бразилии, Индии и Франции.

Представляют интерес уровни содержания радиоактивных элементов в строительных материалах, обусловленные особенностями содержащихся в них пород. Так, содержание радиоактивных элементов в бетонах, содержащих глины, на порядок выше, чем в бетонах без глин. Значительно содержание радиоактивных элементов в кирпиче.

3.ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ВОЗДУХА. Обусловлена радиоактивными изотопами, возникающими в атмосфере при воздействии космического излучения, радиоактивностью газов, поступающих из верхних слоев земной коры, и радиоактивными изотопами, поступающими в результате деятельности человека.

Одним из радиоактивных изотопов, возникающих под воздействием космического излучения, является радиоуглерод:

.

В результате воздействия космического излучения на Земле ежегодно возникает около 10 кг , а общее содержание его в атмосфере составляет около 80 т.

Другим радиоактивным изотопом, возникающим под воздействием космического излучения, является тритий, образующийся в реакциях:

,

.

Под воздействием космического излучения возникают также , , , и др.

К радиоактивным газам, поступающим из верхних слоев земной поверхности, относится прежде всего радон . Каждый из образующихся газообразных изотопов в той или иной степени диффундирует в атмосферный воздух. Содержание радиоактивных газов в грунте увеличивается с глубиной и достигает постоянной величины на глубине около 5 м. В результате непрерывного поступления радиоактивных газов из грунта в атмосферу наибольшие концентрации их обнаруживаются в приземном слое; с высотой они уменьшаются.

Загрузка...

Таблица

Содержание радона в атмосферном воздухе в зависимости от высоты над земной поверхностью.

Высота, м 0,01 1,0 Содержание радона, % к исходному

Радиоактивные газы при распаде дают начало коротко- и долгоживущим активным аэрозолям (изотопы полония, висмута и свинца). Данные ряда авторов свидетельствуют о том, что a-активность воздуха по короткоживущим дочерним продуктам радиоактивных газов в среднем составляет (0,5-0,7)×10-13 Ки/л, а b-активность – 1,6×10-13 Ки/л. Удельная активность долгоживущих продуктов распада радона меньше. Над сушей по она составляет от 0,3×10-17 Ки/л до 4×10-17 Ки/л, а по - (0,7 – 1,5) 10-18 Ки/л.

4. РАДИОАКТИВНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД зависит от условий их нахождения. Радиохимический состав подземной воды зависит от количества растворенных радиоактивных веществ, содержащихся в составе грунта, омываемого этой водой. В водах, глубоко залегающих и более минерализованных, чем поверхностные воды, имеет место пропорциональное увеличение удельной активности с нарастанием общей концентрации солей. Радиоактивность подземных вод в основном обусловлена , и . Наименьшей активностью обладают подземные воды в осадочных породах. Содержание урана в этих водах, чаще всего используемых для водоснабжения населения, составляет в среднем 5×10-6 г/л, содержание радия обусловливает в среднем удельную активность 2×10-12 Ки/л, радона - 5×10-11 Ки/л. Высокие концентрации радия и урана обнаруживаются в межпластовых водах нефтеносных районов.

Радиоактивность воды открытых водоемов на суше также зависит от химического состава пород. Как правило, поверхностные воды (дождевые, снеговые) содержат относительно меньшие количества радиоактивных веществ, поэтому в период паводка радиоактивность речной воды понижена. Содержание в речной воде колеблется в пределах (1 - 16)×10-12 Ки/л, урана – от 2×10-8 до 5×10-5 г/л, радия – от 2,5×10-13 до 2,2×10-12 Ки/л.

Активность морской и океанской воды по находится в пределах (3 – 5)×10-10 Ки/л, содержание – 2×10-6 г/л, – (0,6 – 1,0)×10-12 Ки/л.

5. РАДИОАКТИВНОСТЬ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО МИРА. Она обусловлена практически всеми теми радиоактивными изотопами, которые встречаются в природе, причем все они могут быть условно разделены на две группы. К одной группе, сравнительно малочисленной, относят радиоактивные изотопы, которые входят в естественную смесь со стабильными элементами, активно участвующими в обмене веществ и обеспечивающими функционирование всех органов и систем живого организма. К таким изотопам относятся , , . Уровень содержания этой группы изотопов в организмах зависит от степени накопления соответствующих стабильных элементов. Например, в горохе содержится 0,9% калия, а в сливочном масле – 0,014%, поэтому удельная активность гороха за счет равна 7,4×10-9 Ки/л, а сливочного масла – 0,1×10-9 Ки/л.

Ко второй группе относятся радиоактивные изотопы, роль которых в обмене веществ значительно слабее и менее изучена ( , , , , ). Уровень содержания в растительных и животных организмах указанной группы изотопов зависит от их концентрации во внешней среде. Так, в золе растений, выращенных на обычных почвах, содержание урана в среднем составляет 3×10-4 г/кг, а в золе растений, произрастающих на обогащенных ураном почвах – 2×10-3 г/кг. Относительная эффективность накопления радиоактивных изотопов этой группы понижается при резком увеличении содержания их во внешней среде.

Из первой группы изотопов главное место по величине создаваемой активности занимает изотоп . Количество калия в растительных организмах по сравнению с его содержанием в земной коре (в расчете на единицу массы) меньше в 3 – 10 раз. Еще меньшее содержание калия отмечается в организмах животных (в 10 – 15 раз, по сравнению с его содержанием в породах).

Удельная активность биомассы по углероду на порядок меньше в сравнении с активностью по ; активность по тритию – ничтожно мала.

Главным источником поступления в организм человека естественных радиоактивных веществ является рацион, в котором преобладают продукты растительного происхождения.

6. РАДИОАКТИВНОСТЬ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА. Она обусловлена присутствием в организме всех тех радиоактивных изотопов, которые встречаются в биосфере. Представляется необходимым в первую очередь рассмотреть радиоактивность, обусловленную присутствием изотопов, входящих в обязательном порядке в состав живых структур, без которых невозможно существование организма. К этой группе опять-таки относятся , и . Суммарное содержание калия в организме взрослого человека (массой 70 кг) составляет 0,19% (130 г).Особенно богаты калием ткани и органы, обладающие высокой функциональной активностью. К их числу относятся скелетная мускулатура, нервная ткань, сердце, печень, селезенка и т.д. Ввиду того, что встречается в природе в смеси со стабильными изотопами в количестве 0,0119%, удельная активность органов и тканей тела человека по определяется содержанием в них стабильного изотопа.

Количество трития в организме практически постоянно и определяется содержанием стабильного изотопа (около 10,2% в мышцах и 6,4% в костях). Удельная активность мягких тканей тела человека за счет составляет 1,5×10-11 Ки/кг, а костей – 0,92×10-11 Ки/кг.

Из радиоактивных изотопов тяжелых элементов по содержанию в организме наиболее хорошо изучен радий. Этот элемент подобно кальцию накапливается преимущественно в костной ткани. Количество радия в организме в целом по оценкам различных авторов находится в пределах от 0,48×10-10 до 4,8×10-10 г.

Основная часть (до 70%) содержится в скелете. Удельная активность в костной ткани составляет от 13 до 110 пКи/кг, в мягких тканях – 0,2 – 18 пКи/кг.

У человека, выкуривающего одну пачку сигарет в сутки, с дымом в легкие поступает до 2 пКи ; у некурящего с воздухом – около 0,02 пКи в сутки.

На степень радиоактивности отдельных органов и тканей тела человека влияет скорость обменных процессов и функциональное состояние организма, а с другой стороны имеет значение содержание этой группы изотопов в рационе. При постоянном поступлении с рационом радиоактивных веществ устанавливается равновесие между поступлением и выведением их из организма. При этом в отдельных органах и тканях создается равновесная концентрация. В случае увеличения содержания изотопов в рационе равновесная концентрация возрастает. Количество радиоактивных веществ неодинаково не только в различных пищевых продуктах, но часто и в одном и том же продукте, выращенном в регионах с разными геохимическими условиями, поэтому содержание некоторой группы изотопов в организме человека во многом зависит от этнических и экономических особенностей питания населения.

7. ФОНОВОЕ ОБЛУЧЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА. В зависимости от источников ионизирующего излучения фоновое облучение подразделяется на внешнее и внутреннее. К источникам внешнего облучения относятся космические лучи, g-излучение радиоактивных веществ, содержащихся в породах, почве и строительных материалах, g-излучение радиоактивных веществ, находящихся в воздухе.

Таблица

Мощность доз в тканях тела человека от природных источников радиации.

Источники облучения Мощность дозы (мрад/год) Гонады Остеоциты Костный мозг Внешние Космическое излучение Излучение пород и почвы Внутренние - 0,6 0,03 - 0,7 0,03 0,3 2,1 0,1 (в тканях) 0,3 0,3 0,3 0,4 1,6 1,6

В районах с повышенным количеством радиоактивных элементов (некоторые регионы в Бразилии, Индии, Франции) наблюдается особенно высокая интенсивность g-радиации. Так, в районе монацитовых песков Бразилии мощность дозы g-излучения достигает 1000 мрад/год, в Индии – от 131 до 2814 мрад/год, в горных районах Франции – от 180 до 350 мрад/год.

Особый интерес представляют уровни g-фона в жилых зданиях. Наименьший g-фон отмечается в деревянных постройках (до 50 мрад/год), в кирпичных зданиях – до 100 мрад/год, в железобетонных – до 170 мрад/год.

При оценке дозы, создаваемой космическим фоном, исходят из того, что вследствие жесткости космического излучения поглощенная доза в любых тканях и органах человека должна быть одинаковой. Средней дозой, получаемой населением Земли за счет космического излучения, является 28 мрад/год.

Излучение естественных радиоактивных веществ, содержащихся в атмосфере, вызывает ионизацию воздуха, примерно на порядок меньшую, по сравнению с g-излучением пород и почвы, поэтому оно вносит ничтожный вклад в суммарный эффект.

Внутреннее облучение организма человека создается за счет , , , , и других радиоактивных элементов, содержащихся в организме.



edu 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная