Натрупването на стронций в почвата води до.Стронций в растенията

Планирам правилна употребапочви, замърсени със стронций-90, т.е. за получаване на реколта, подходяща за консумация, трябва да се използва един от съществуващите методи за прогнозиране на възможното съдържание на стронций-90 в добива на селскостопански култури, когато се отглеждат на замърсени почви. Когато се използват методите, дадени по-долу, трябва да се помни, че при изчисляване на съдържанието на стронций-90 в почвата не се взема предвид целият стронций-90, а | само неговата обменна част, т.е. разтворимото количество.

1. Изчисляване чрез коефициент на натрупване

Коефициентът на натрупване (AC) е съотношението на съдържанието на стронций-90 на единица маса растителни продукти към съдържанието на изотопи на единица маса почва:

KN = съдържание стронций-90 в 1 кг продукт / съдържание. стронций-90 в 1 кг почва

Таблица 7

Среден коефициент на натрупване за основните култури

Забележка: Коефициентът на натрупване за зеленчуци се базира на прясно тегло; за зърно и сено - при стандартна влажност.

При прогнозиране на възможното съдържание на стронций-90 в селскостопанските продукти с помощта на коефициента на натрупване е необходимо да се определи или изчисли съдържанието му в 1 kg обработваем почвен слой и след това чрез умножаване на тази стойност по коефициента на натрупване (Таблица 7), за да се определи възможното съдържание на изотопа в 1 kg растителни продукти .

В табл Фигура 8 показва изчислителни данни с помощта на коефициента на натрупване на възможното съдържание на стронций-90 (в пикокюри на 1 kg продукт) в основните земеделски култури при плътност на замърсяване на почвата 1 кюри/km2 с обменен (разтворим) стронций-90. При по-голяма или по-малка плътност на замърсяване стойностите, дадени в тази таблица, намаляват или нарастват съответния брой пъти.

Таблица 8

култура	Содно-подзолисти почви	Излужен чернозем
Пясъчна глинеста почва	лесно Глина	Средно аритметично Глина	тежък Глина
Пшеница (зърно)	2310	1090	690	390	200
Картофи (грудки)	1150	560	330	190	100
Трапезно цвекло
(корен зеленчук)	3960	1910	1120	660	330
зеле (глава)	2970	1650	730	530	230
краставици (плодове)	1150	560	330	200	100
Домати (плодове)	460	230	130	80	30
Детелина (сено)	66000	36300	36300	19800	6600
Тимофеевка (сено)	23100	11550	6600	3960	1980

Забележка. Съдържанието на стронций-90 в зеленчуците е дадено на база мокро тегло

2. Изчисляване с помощта на коефициента на дискриминация

Стронций-90 идва от почвата заедно с калция и между тях в растението се получава определено съотношение, което в повечето случаи е по-малко от съотношението им в почвата, т.е. стронцийът, като правило, преминава в растенията малко по-малко от калций. Съотношението на стронция към калция във всякакви обекти обикновено се изразява в така наречените стронциеви единици (s.u.). Нечий. д. равно на пикокюри стронций-90 на 1 g калций във всеки продукт ( 1 стр. д. = 1 пикокюри стронций 90 / 1 g калций).

Приема се съотношението на стронциеви единици в растенията към стронциеви единици в почвата| наречен коефициент на дискриминация (CD):

CD = s. д. в завода/ите. д. в почвата

Средно за основните видове почви средна зонаевропейски Руска федерациякоефициентът на дискриминация може да се приеме равен на 0,9 за вегетативни органи и 0,5 за зърно (Таблица 9).

Таблица 9

Среден коефициент на дискриминация (CD)

Средно за основните типове почви в централната зона на европейската територия на Русия коефициентът на дискриминация може да се приеме равен на 0,9 за вегетативни органи и 0,5 за зърно (Таблица 9)

Съдържание на стронций-90 на s. д. в почвата се изчислява по следния начин: според радиометричните измервания, плътността на радиоактивното замърсяване на почвата и като се вземе предвид процентът на разтворимост на радиоактивните отпадъци, съдържанието на стронций-90 в кюри на 1 kg обработваема площ почвен слой се изчислява. След това се определя стойността на c. д. в почвата чрез разделяне на количеството обменен стронций-90 в pCi в 1 kg почва на количеството обменен калций в грамове.

В табл Таблица 10 показва изчисления на възможното съдържание на стронций (в к.е.) в основните земеделски култури върху различни типове почви при плътност на замърсяване на почвата I кюри/km2 със стронций-90 (в обменна форма). При по-голяма или по-малка плътност на замърсяване на почвата стойностите, дадени в таблицата, се намаляват или увеличават съответния брой пъти.

Таблица 10

3. Изчисляване с помощта на „метода на издънките“

Степента на възможно натрупване на стронций-90 в крайната реколта може да се определи директно чрез отглеждане на 20-дневен разсад върху замърсена почва в лабораторни условия и след това да се анализира за съдържание на стронций. Съдържанието на радиостронций в разсада се умножава по определен коефициент (Таблица 11) и се получава възможното съдържание на радиостронций в посева върху замърсена почва. Този метод изисква предварително определяне на съдържанието на обменен стронций-90 в почвата.

Таблица 11

Коефициенти за изчисляване на натрупването на стронций-90 в културата въз основа на съдържанието му в 20-дневни разсад

Почвата за отглеждане на разсада се взема с пробоотборник на дълбочината на орния слой, разбърква се добре, вземат се около 200 g и върху нея се подготвят пробните семена за засяване. Семената трябва да са 1,5-2 г. На 20-дневна възраст разсадът се отрязва внимателно на нивото на почвата, леко се измива в подкиселена вода и се анализира за съдържанието на стронций-90 по съществуващите методи.

6. Мерки за намаляване натрупването на радиостронций в посева

Навлизането в човешкото тяло на радиоактивни продукти на делене, мигриращи по биологичните хранителни вериги, може да бъде намалено чрез определен ефект върху прехода от една връзка към друга. Очевидно най-голямата възможност за ограничаване на движението на радиоактивни вещества към следващите връзки се крие във връзката почва-растение на хранителната верига.

Натрупването на радиоактивни продукти на делене, по-специално стронций-90, в културите може да бъде намалено чрез използване на различни агрохимични, агротехнически и механични техники.

За почви в нечерноземната зона с висока концентрация на водородни йони и подвижен алуминий, варуването на почвата е обещаващо. На дерново-подзолисти кисели почви е необходимо да се прилагат повишени дози вар (1,5-2,0 дози хидролитична киселинност), което позволява да се намали съдържанието на стронций-90 в растенията с 2-5 пъти. Най-голям ефект върху бедните на магнезий почви ще има, когато се добави доломитово брашно.

Прехвърлянето на стронций-90 от почвата към растенията може да бъде намалено чрез добавяне на органични торове (торф, хумус) към почвата. Ефектът от намаляване на натрупването на стронций-90 от използването на органични торове ще бъде по-изразен при песъчливи глинести почвии по-малко на средно глинести и тежко глинести почви. Поради това се препоръчва използването на торф, хумус, езерна утайка и сапропел на песъчливи и глинести почви.

Използването на минерални торове в специфична система за различни култури може да бъде един от начините за намаляване на съдържанието на радиоактивни изотопи на стронций и цезий в селскостопанските продукти. Намаляването на нивото на замърсяване на културите с продукти на делене с помощта на торове може да се дължи на редица причини. Те включват:

1) увеличаване на добива и по този начин разреждане на съдържанието на стронций-90 на единица маса, тъй като е установено, че натрупването на стронций от растенията е обратно пропорционално на размера на реколтата;

2) увеличаване на съдържанието на калций и калий в почвата, добавени с торове;

3) фиксиране на стронций-90 в почвата чрез съвместно утаяване с фосфати по време на систематичното прилагане на фосфорни торове. Въпреки това, когато физиологично кисели торове се прилагат към някои почви, тяхната киселинност се увеличава, което може да увеличи натрупването на продукти на делене в растенията. Азотните торове трябва да се използват в дози, които могат да осигурят най-голямо увеличение на добива при дадени почвени и климатични условия.

Фосфорните и калиеви торове трябва да се прилагат в дози, малко по-високи от нуждите на растенията от тези хранителни вещества. При това съотношение на хранителни вещества минералните торове могат да бъдат фактор, намаляващ нивото на замърсяване на земеделските култури. Калиевите торове намаляват натрупването на цезий-137 в културата, както когато навлиза в растенията от почвата, така и през листата.

На дерново-подзолисти почви трябва да се прилагат 20-30 t / ha за зърнени култури и 40-60 t / ha органични торове (оборски тор, торф, компости), които не съдържат радиоактивни вещества, за редови почви. Торфът на ограничена площ за зеленчуци, особено на леки почви, може да се прилага до 100 t/ha. Вар при песъчливи и леки почви се внася в дози 4-6 t/ha, а при средни и тежки глинести до 10 t/ha.

В табл Таблица 12 показва препоръчителните дози варовик, органични и минерални торове, чието въвеждане в почвата, замърсена със стронций-90, ще намали съдържанието му в добива приблизително 5 пъти, а на леки песъчливи и глинести почви - до 10 пъти .

Култури	Торове	Мерна единица	Содно-подзолисти почви	Горско-степен чернозем
Пясъчна глинеста почва	Бели дробове Глинести почви	Средни и тежки глинести почви
Зърнени храни	Лайм Био	Т/ха Активна съставка	6	6	10	—
варива	Лайм Био	Т/ха Актьорство вещества	6	6	10	—
картофи	Лайм Био	Т/ха Актьорство вещества	6	6	10	—
зеле	Лайм Био	Т/ха Актьорство вещества	6	6	10	—
Трапезно цвекло	Лайм Био	Т/ха Актьорство вещества	6	6	10	—

Както вече беше отбелязано, тяхното преразпределение по почвения профил по време на механична обработка може да окаже значително влияние върху количеството радионуклиди, постъпващи от почвата в растенията.

В случай, че площта на ливадите във фермата е голяма и те са основният доставчик на фураж за животните през пасищния период и през зимата, за да се намали значително навлизането на радиоактивни вещества във фуражите, третирането на ливадите с фрези или тежки дискови машини, както и оран на ливади с плугове, последвани от засяване на многогодишни треви. При недостиг на семена от многогодишни треви третираните ливади могат да се засяват с едногодишни фуражни култури.

Включването на замърсени с радиоактивни вещества ливади в фуражните сеитбообръщения може да е напълно оправдано, тъй като системата на такива сеитбообръщения предвижда многократна обработка на почвата, при която радиоактивните вещества се движат с почвата и се сорбират по-здраво от нейните минерални компоненти в сравнение с тревата в ливади. В допълнение, в сеитбооборота е възможно да се изберат за сеитба култури, които натрупват радиоактивни продукти на делене в относително малки размери.

От гледна точка на обеззаразяването на почви, замърсени с радиоактивни вещества, от особен интерес е своевременното събиране на растенията, върху които радионуклидите се отлагат предимно по време на преминаването на радиоактивен облак.

Агрономическо значение на торовете при радиоактивни условия

замърсяването не се променя, но те придобиват нови, допълнителни

качество. Установено е, че торовете могат както да помогнат за намаляване на количеството радиоактивни вещества от почвата в растенията, така и да стимулират усвояването на отделни нуклиди от корените на растенията.

Натрупването на радионуклиди в реколтата от селскостопански растения варира значително в зависимост от набора от условия, които могат да възникнат в естествената среда. Известно е, че при еднакво ниво на радиоактивно замърсяване на различни почви, навлизането на нуклиди в растенията и натрупването им в реколтата ще бъде различно. Това се дължи на много фактори: механичния и минералогичен състав на почвата, наличието на обменни катиони в абсорбиращия комплекс, киселинността на почвения разтвор, количеството на органичното вещество, както и биологичните особености на растенията, растящи в замърсена зона.

Експериментите с прилагането на минерални торове върху естествени ливади, разположени върху черноземни почви, показват, че те не могат да се разглеждат като средство за ограничаване на потока на радиостронций от почвата в растенията. Но при оран на дълбочина 25 cm и засяване на многогодишни треви добавянето на суперфосфат може да повлияе положително на намаляването на количеството на радиостронция от обработваемия почвен слой в растенията. Азотът очевидно може да стимулира навлизането на стронций-90 в растенията.

Според наличните данни от киселите почви радиостронцият и радиоцезият навлизат в растенията в по-големи количества в сравнение с неутралните почви. В тази връзка един широко известен в агрономическата практика похват – варуване на кисели почви – не само създава условия за по-добър растеж на растенията, но е и средство за значително намаляване на усвояването на радионуклиди от растенията от почвата.

Калиеви соли имат значително влияние върху преноса на цезий-137 от почвата към растенията.

Въвеждането на органични торове в почвата обикновено намалява доставката на растенията на стронций-90, цезий-137, церий-144 и рутений-106, като най-голям ефект може да се очаква върху почви с лек механичен състав. Натрупването на радионуклиди се намалява особено рязко при комбинираното прилагане на органични и варовити торове върху дерново-подзолисти почви, които се появяват в продължение на няколко години. Това събитие трябва да се счита за едно от най-ефективните сред другите агротехнически техники, насочени към намаляване на потока на радионуклиди от почвата в растенията и в същото време увеличаване на добива на селскостопански култури.

При отглеждане на земи, замърсени с радиоактивни вещества, трябва да се спазват правилата за използване на местни торове, които сами по себе си могат да станат източник на активно замърсяване на почвата и растенията. Оборски тор, компост и пепел, получени от райони с висока плътност на замърсяване, не трябва да се използват в полета с ниски нива на радиоактивност. Тези торове трябва да се прилагат само в полета с повече високо нивозамърсяване под техническите култури. При същата плътност на замърсяване на земята не трябва да се прилагат органични торове, получени от естествени ливади, върху обработваемите земи, тъй като това неизбежно ще доведе до повишено радионуклидно замърсяване на обработваемите земи. Органичните торове, замърсени с радиоактивни вещества, не трябва да се прилагат в полета със зеленчукови и картофени сеитбообороти, тъй като получените продукти отиват директно в храната на хората.

Сред другите агротехнически и културни мерки, насочени към намаляване на приема на радиоактивни вещества в ливадни растения и елиминиране на възможността за поглъщане на радионуклиди от повърхността на почвата от животни по време на паша, методът за нанасяне на тънък слой торф, глина или други незамърсени материали с радиоактивни вещества на повърхността на ливадите заслужава внимание.

Както вече беше отбелязано, радиоактивните продукти на делене се абсорбират различни видоверастения с неравномерна интензивност. В този случай се наблюдава пряка връзка между усвояването на калций и радиостронций от растенията, както и между калия и радиоцезия. Калцифилните растения като детелина, люцерна, фий, грах и други бобови растения обикновено интензивно абсорбират радиостронций и го натрупват в значителни количества във вегетативните органи. Зърнените култури, които абсорбират калций в относително малки количества, натрупват малко радиостронций. Разпределението на радиоактивните продукти на делене в икономическата част на реколтата от различни култури по отношение на единица маса на продукта се различава с порядък или повече (Таблица 13).

Таблица 13

Натрупване на стронций-90 от различни растения по отношение на съдържанието на стронций-90 в тимотейка (в%)

Сравнително ниски нива на натрупване на стронций-90 са характерни за зърнени култури от бобови и зърнени култури, грудки и кореноплодни култури. Вегетативните органи на растенията, особено на бобовите растения, се отличават с висока концентрация на радионуклид.

При изчисляване на съдържанието на стронций-90 в култура на базата на калций (стронциеви единици) има значително преразпределение на количеството замърсяване на отделните култури и икономическата част на културата. Вегетативните органи на бобовите растения, например, са в по-благоприятно положение от тимотейката, а картофените клубени и корените от цвекло са в еднаква позиция с тимотейката, а само овесените и граховите зърна все още имат най-ниско съдържание на стронций-90 на 1 g на калций.

Материалите, представени в таблица 13, отразяват някои модели на натрупване на стронций-90 от различни земеделски култури.

Съвсем очевидно е, че чрез подходящ подбор на културите и техните сортове, както и използването на определена част от реколтата, е възможно да се ограничи приемът на радиоактивни вещества в храната на селскостопанските животни и хората.

1.2 Натрупване на радионуклид стронций – 90 в почви и растения

Хранително-техническите качества на продуктите - зърно, грудки, маслодайни семена, кореноплодни - получени от облъчени растения, не се влошават значително дори при намаляване на добива до 30-40%.

Съдържанието на масло в слънчогледовите и лотосовите семена зависи от дозата радиация, получена от растенията и фазата на тяхното развитие в началото на облъчването. Подобна зависимост се наблюдава при добива на захар при реколтата от кореноплодни култури от облъчени растения от цвекло. Съдържанието на витамин С в плодовете на доматите, събрани от облъчени растения, зависи от фазата на развитие на растенията в началото на облъчването и дозата на облъчване. Например, когато растението е облъчено по време на масовия цъфтеж и началото на плододаването с дози от 3–15 kR, съдържанието на витамин С в плодовете на доматите се повишава с 3–25% в сравнение с контролата. Облъчването на растенията в периода на масов цъфтеж и началото на плододаването с доза до 10 kR инхибира развитието на семена в развиващите се плодове, които обикновено стават безсеменни.

Подобен модел е получен при експерименти с картофи. Когато растенията се облъчват по време на периода на клубене, добивът на клубени при облъчване с дози от 7–10 kR практически не намалява. Ако растенията се облъчват в по-ранен стадий на развитие, добивът на грудки се намалява средно с 30–50%. В допълнение, клубените не са жизнеспособни поради стерилността на очите.

Облъчването на вегетиращите растения не само води до намаляване на тяхната продуктивност, но и намалява посевните качества на поникналите семена. По този начин облъчването на вегетиращите растения води не само до намаляване на тяхната продуктивност, но и до намаляване на посевните качества на поникващите семена. По този начин, когато зърнените култури се облъчват в най-чувствителните фази на развитие (братене, брашно), добивът е силно намален, но кълняемостта на получените семена е значително намалена, което прави възможно те да не се използват за сеитба. Ако растенията се облъчват в началото на млечната зрялост (когато се образува връзка) дори в сравнително високи дози, добивът на зърно се запазва почти напълно, но такива семена не могат да се използват за сеитба поради изключително ниска кълняемост.

По този начин радиоактивните изотопи не причиняват забележимо увреждане на растителните организми, но се натрупват в значителни количества в селскостопанските култури.

Значителна част от радионуклидите се намират в почвата, както на повърхността, така и в долните слоеве, като тяхната миграция до голяма степен зависи от типа на почвата, нейния гранулометричен състав, водно-физичните и агрохимичните свойства.

Основните радионуклиди, които определят характера на замърсяването в нашия регион, са цезий - 137 и стронций - 90, които се сортират различно в почвата. Основният механизъм за фиксиране на стронций в почвата е йонообмен, цезий - в обменна форма или чрез йонообменна сорбция върху вътрешната повърхност на почвените частици.

Поглъщаемостта на стронция от почвата е с 90 по-малка от тази на цезия - 137, поради което той е по-подвижен радионуклид.

В момента на изпускане на цезий-137 в околната среда радионуклидът първоначално е в силно разтворимо състояние (паро-газова фаза, фини частици и др.)

В тези случаи цезий-137 навлиза в почвата и е лесно достъпен за усвояване от растенията. Впоследствие радионуклидът може да се включи в различни реакции в почвата, като неговата подвижност намалява, силата на фиксиране се увеличава, радионуклидът „остарява“, а такова „стареене“ представлява комплекс от почвени кристалохимични реакции с възможно навлизане на радионуклида в кристалната структура на вторичните глинести минерали.

Механизмът на фиксиране на радиоактивни изотопи в почвата, тяхната сорбция е от голямо значение, тъй като сорбцията определя миграционните качества на радиоизотопите, интензивността на тяхното усвояване от почвата и следователно способността им да проникнат в корените на растенията. Сорбцията на радиоизотопи зависи от много фактори и един от основните е механичният и минералогичен състав на почвата; тежките почви в гранулометричен състав абсорбират радионуклидите, особено цезий - 137, се фиксират по-силно от леките и с намаляване на размера на механичните фракции на почвата се повишава силата на тяхното фиксиране на стронций - 90 и цезий - 137. Радионуклидите се фиксират най-здраво от глинестата фракция на почвата.

По-голямото задържане на радиоизотопите в почвата се улеснява от наличието в нея на химични елементи, сходни по химични свойства с тези изотопи. По този начин калцият е химичен елемент, подобен по свойства на стронций-90, и добавянето на вар, особено върху почви с висока киселинност, води до увеличаване на абсорбционния капацитет на стронций-90 и намаляване на неговата миграция. Калият е сходен по своите химични свойства с цезий - 137. Калият, като неизотопен аналог на цезия, се намира в почвата в макро количества, докато цезият е в ултрамикро концентрации. В резултат на това микроколичествата цезий-137 са силно разредени в почвения разтвор от калиеви йони и когато се абсорбират от кореновата система на растенията, има конкуренция за мястото на сорбция на повърхността на корена. Следователно, когато тези елементи навлизат от почвата, в растенията се наблюдава антагонизъм на цезиеви и калиеви йони.

Освен това ефектът от миграцията на радионуклидите зависи от метеорологичните условия (количеството на валежите).

Установено е, че стронций-90, който попада върху повърхността на почвата, се измива от дъжда в най-долните слоеве. Трябва да се отбележи, че миграцията на радионуклидите в почвите протича бавно и основната им част се намира в слоя 0–5 cm.

Натрупването (отстраняването) на радионуклиди от селскостопанските растения до голяма степен зависи от свойствата на почвата и биологичните характеристики на растенията. На кисели почви радионуклидите навлизат в растенията в много по-големи количества, отколкото от слабо кисели почви. Намаляването на киселинността на почвата, като правило, спомага за намаляване на размера на преноса на радионуклиди в растенията. Така, в зависимост от свойствата на почвата, съдържанието на стронций - 90 и цезий - 137 в растенията може да варира средно 10 - 15 пъти.

А междувидовите различия в земеделските култури в натрупването на тези радионуклиди се наблюдават при бобовите култури. Например стронций - 90 и цезий - 137, се усвояват 2-6 пъти по-интензивно от бобовите култури, отколкото от зърнените.

Навлизането на стронций-90 и цезий-137 в тревата на ливади и пасища се определя от характера на разпространение в почвения профил.

В замърсената зона ливадите на района на Рязан са замърсени на площ от 73 491 хектара, включително с плътност на замърсяване 1,5 Ci/km 2 - 67 886 (36% от общата площ), с плътност на замърсяване 5,15 Ci/km 2 - 5,605 ha (3%).

В девствени райони и естествени ливади цезий се намира в слой от 0-5 cm, през последните години след аварията не е отбелязана значителна вертикална миграция по почвения профил. На разораните земи цезий-137 се намира в орния слой.

Заливната растителност натрупва цезий-137 в по-голяма степен от планинската растителност. Така че, когато заливната низина е била замърсена при 2,4 Ci/km 2, Ki/kg суха маса е открита в тревата, а на високото ниво, когато замърсяването е било 3,8 Ci/km 2, тревата съдържа Ki/kg.

Натрупването на радионуклиди от тревните растения зависи от структурните особености на чима. В житна ливада с дебела, гъста трева съдържанието на цезий-137 във фитомасата е 3-4 пъти по-високо, отколкото в ливада с хлабава, тънка трева.

Културите с ниско съдържание на калий натрупват по-малко цезий. Житните треви натрупват по-малко цезий в сравнение с бобовите растения. Растенията са относително устойчиви на радиоактивни въздействия, но могат да натрупат такива количества радионуклиди, че да станат неподходящи за консумация от човека и за храна на добитъка.

Приемът на цезий-137 в растенията зависи от вида на почвата. Според степента на намаляване на натрупването на цезий в растителната култура почвите могат да бъдат подредени в следната последователност: дерново-подзолиста песъчлива глинеста почва, дерново-подзолиста глинеста почва, сива горска почва, чернозем и др. Натрупването на радионуклиди в културите зависи не само от вида на почвата, но и от биологичните характеристики на растенията.

Отбелязано е, че растенията, обичащи калций, обикновено абсорбират повече стронций - 90 - от растенията, бедни на калций. Най-много стронций натрупват бобовите култури - 90%, по-малко кореноплодните и още по-малко зърнените култури.

Натрупването на радионуклиди в растението зависи от съдържанието на хранителни вещества в почвата. Установено е, че минералните торове, внесени в дози N 90, P 90, повишават концентрацията на цезий - 137 в зеленчуковите култури 3 - 4 пъти, а подобни приложения на калий намаляват съдържанието му 2 - 3 пъти. Съдържанието на калций-съдържащи вещества има положителен ефект върху намаляването на приема на стронций-90 в реколтата от бобови култури. Например, добавянето на вар към излужен чернозем в дози, еквивалентни на хидролитична киселинност, намалява доставката на стронций-90 към зърнените култури с 1,5 - 3,5 пъти.

Най-голям ефект върху намаляването на приема на стронций-90 в добивите на растенията се постига чрез прилагане на пълен минерален тор на фона на доломит. Ефективността на натрупване на радионуклиди в растителните култури се влияе от органичните торове и метеорологичните условия, както и от времето, през което те остават в почвата. Установено е, че натрупването на стронций – 90, цезий – 137 пет години след постъпването им в почвата намалява 3-4 пъти.

По този начин миграцията на радионуклидите до голяма степен зависи от вида на почвата, нейния механичен състав, водно-физични и агрохимични свойства. И така, много фактори влияят върху сорбцията на радиоизотопите, а един от основните е механичният и минералогичен състав на почвата. Абсорбираните радионуклиди, особено цезий-137, са по-силно фиксирани в почви с тежък механичен състав, отколкото в леки почви. Освен това ефектът от миграцията на радионуклидите зависи от метеорологичните условия (количеството на валежите).

Натрупването (отстраняването) на радионуклиди от селскостопанските растения до голяма степен зависи от свойствата на почвата и биологичната способност на растенията.

Радиоактивните вещества, изпуснати в атмосферата, в крайна сметка се концентрират в почвата. Няколко години след радиоактивните отлагания на земната повърхност, навлизането на радионуклиди в растенията от почвата се превръща в основен път за навлизането им в храната на хората и животните. При извънредни ситуации, както показа инцидентът при АЕЦ Чернобил, още през втората година след валежите, основният път на радиоактивни вещества, навлизащи в хранителната верига, е навлизането на радионуклиди от почвата в растенията.

Радиоактивните вещества, попаднали в почвата, могат да бъдат частично измити от нея и да попаднат в подземните води. Почвата обаче задържа радиоактивни вещества, които влизат в нея доста здраво. Абсорбцията на радионуклидите обуславя много дълго (десетилетия) присъствие в почвената покривка и непрекъснато навлизане в селскостопанските продукти. Почвата, като основен компонент на агроценозата, има решаващо влияние върху интензивността на включване на радиоактивни вещества във фуражната и хранителната верига.

Поглъщането на радионуклиди от почвите предотвратява тяхното движение по почвения профил, проникването им в подпочвените води и в крайна сметка определя натрупването им в горните почвени хоризонти.

Механизмът на абсорбция на радионуклиди от корените на растенията е подобен на абсорбцията на основни хранителни вещества– макро и микроелементи. Наблюдава се известно сходство в усвояването и движението на стронций - 90 и цезий - 137 от растенията и техните химични аналози - калций и калий, поради което съдържанието на тези радионуклиди в биологични обекти понякога се изразява във връзка с техните химични аналози, в така наречените стронциеви и цезиеви единици.

Радионуклидите Ru-106, Ce-144, Co-60 се концентрират главно в кореновата система и се придвижват в малки количества до надземните органи на растенията. Обратно, стронций-90 и цезий-137 се натрупват в относително големи количества в надземните части на растенията.

Радионуклидите, влизащи в подземната част на растенията, се концентрират главно в сламата (листа и стъбла), по-малко в меките (класове, метлици без зърна. Някои изключения от този модел са цезият, чието относително съдържание в семената може да достигне 10% и по-високо отколкото общото количество в надземната част. Цезият се движи интензивно в цялото растение и се натрупва в относително големи количества в младите органи, което очевидно обуславя повишената му концентрация в зърното.

Като цяло, натрупването на радионуклиди и тяхното съдържание на единица маса сухо вещество по време на растежа на растенията се наблюдава по същата схема, както при биологично важните елементи: с възрастта на растенията в техните надземни органи, абсолютното количество на радионуклидите се увеличава и съдържанието на единица маса сухо вещество намалява. С увеличаването на добива по правило съдържанието на радионуклиди на единица маса намалява.

От кисели почви радионуклидите навлизат в растенията в много по-големи количества, отколкото от слабо кисели, неутрални и слабо алкални почви. В киселите почви се увеличава подвижността на стронций - 90 и цезий - 137 и силата на техните растения намалява. Добавянето на калциеви и калиеви или натриеви карбонати към кисела дерново-подзолиста почва в количества, еквивалентни на хидролитичната киселинност, намалява натрупването на дълготрайни радионуклиди на стронций и цезий в културата.

Съществува тясна обратна връзка между натрупването на стронций-90 в растенията и съдържанието на обменен калций в почвата (доставянето на стронций намалява с увеличаване на съдържанието на обменен калций в почвата).

Следователно зависимостта на доставката на стронций-90 и цезий-137 от почвата към растенията е доста сложна и не винаги може да се определи от някое от свойствата; в различни почви е необходимо да се вземе предвид комплекс от показатели .

Пътищата на миграция на радионуклидите в човешкото тяло са различни. Значителна част от тях попадат в човешкото тяло по хранителната верига: почва – растения – селскостопански животни – животински продукти – хора. По принцип радионуклидите могат да попаднат в тялото на животните през дихателната система, стомашно-чревния тракт и повърхността на кожата. Ако по време на

радиоактивни отпадъци от едър рогат добитък е на пасище, тогава приемът на радионуклиди може да бъде (в относителни единици): през храносмилателния канал 1000, дихателни органи 1, кожа 0,0001. Следователно, в условията на радиоактивни отлагания, основното внимание трябва да се обърне на максимално възможното намаляване на навлизането на радионуклиди в тялото на селскостопанските животни през стомашно-чревния тракт.

Тъй като радионуклидите, постъпващи в тялото на животните и хората, могат да се натрупват и оказват неблагоприятно въздействие върху човешкото здраве и генофонда, е необходимо да се вземат мерки за намаляване на навлизането на радионуклиди в селскостопанските растения и намаляване на натрупването на радиоактивни вещества в телата на селскостопански животни.

Как да постигнем балансирано снабдяване с хранителни вещества за растенията и да намалим разходите?

Тестването на ядрени оръжия, рутинните и аварийни емисии от предприятията с ядрено-енергиен цикъл доведоха до увеличаване на съдържанието на радионуклиди в почвите на земеделските земи. На места нивата на повърхностно замърсяване на земята със стронций-90 и цезий-137 достигат такива стойности, че е невъзможно да се произвеждат нормативно чисти земеделски продукти без използването на специални мерки.

Значителна част от радионуклидите с антропогенен произход са концентрирани в горния слой на почвата. Скоростта на миграция на цезий-137 и стронций-90 в дълбочина рядко надвишава 0,5 cm/година. В обработваемите почви до 90% от общия запас от цезий-137 и 75% от стронций-90 е концентриран в орния хоризонт. Намаляването на съдържанието на радионуклиди в почвата се дължи на процесите на тяхното естествено разпадане, отстраняване с култури и миграционни процеси. Вятърът, повърхностният отток, наводненията и дъждовните потоци и пожарите оказват значително влияние върху хоризонталната миграция на радионуклидите. Хоризонталната миграция с воден отток води до забележимо преразпределение на радионуклидите в райони с неравен релеф. В средните и долните части на склоновете плътността на замърсяване на почвата може да бъде 20-25%, а под редовите култури - 75% по-висока в сравнение с горните елементи на релефа. Вторичното преразпределение на радионуклидите може да се намали с помощта на почвозащитни сеитбообръщения и систематично дълбоко, безформово разрохкване на основата на плуга.

Натрупването на радионуклиди в растенията се влияе от общото им съдържание в почвата, както и от физикохимичните форми, в които се намират. Специалистите разграничават четири основни форми: водоразтворима, обменна (разтворима в разтвор на амониев ацетат), подвижна (разтворима в слаб разтвор на солна киселина) и неподвижна (свързана или фиксирана). В растенията могат да проникнат само тези радионуклиди, които са в първите три от горните форми. След като цезий-137 изпадне, той е лесно достъпен за усвояване от растенията. Но постепенно се свързва, прониквайки в кристалната решетка на глинестите минерали. В рамките на 10 години, като правило, 5-15% от брутното съдържание на този радионуклид остава в биологично достъпни форми. Стронций-90 пада предимно под формата на горивни частици, които се разграждат с времето. Следователно биологичната наличност на този радионуклид, напротив, се увеличава с времето.

Коефициентите на пренос на радионуклиди в растенията също зависят от гранулометричния състав на почвата. На глинести почви те се натрупват два пъти по-малко, отколкото на песъчливи почви. Естествено, биологичните характеристики на растенията също влияят върху натрупването на радионуклиди. Ако в зависимост от вида коефициентите на преход могат да се различават с един или два порядъка, тогава разликите между различните сортове не са толкова големи.

За получаване на реколта, която е нормативно чиста по радиологични показатели, се прилагат специално разработени защитни мерки, които се прилагат в допълнение към обичайните агротехнически методи за отглеждане на дадена култура.

Най-евтиният метод е да се подберат култури и сортове култивирани растения, които в най-малка степен натрупват радионуклиди. В низходящ ред на преходните коефициенти на цезий-137 зърнените култури могат да бъдат подредени в следния ред: лупина, грах, фий, рапица, овес, просо, ечемик, пшеница, зимна ръж. По правило картофите и цвеклото натрупват цезий в по-малки количества. Почти невъзможно е да се изгради ясна намаляваща серия на количеството на натрупване на цезий в зеленчуковите култури, поради силната зависимост на коефициентите на преход от сортовите характеристики.

Характерът на разпределението на културите според степента на натрупване на стронций-90 е много различен от този на цезий-137. Пролетната рапица акумулира в най-голяма степен този радионуклид, следвана от лупина, грах, фий, ечемик, пролетна пшеница, овес, зимна пшеница и зимна ръж. И цезият, и стронцият се натрупват по-силно в сламата от зърнени култури и много по-малко се пренасят в зърното. Картофените клубени натрупват стронций-90 в по-малки количества в сравнение с корените на цвеклото.

Въз основа на коефициентите на преход трябва да се вземат строги мерки за контрол на съдържанието на радионуклиди в растителните продукти при отглеждане на земи с плътност на повърхностно замърсяване с цезий-137 над 15 Ci/km 2 . В диапазона 15-40 Ci/km 2, като правило, е възможно да се получат нормативно чисти добиви от зърно и картофи.

Ефективен метод за ограничаване на навлизането на стронций-90 в растенията е варуването на почвата. Дозите на прилагане на вар или доломитово брашно зависят от киселинността на почвата, гранулометричния състав, типа на почвата и плътността на радионуклидното замърсяване. Най-ниските коефициенти на преход се наблюдават, когато pH се доведе до ниво, което осигурява максимален добив, или леко отклонение към алкалната страна. Ако изчисленията показват, че е необходимо да се внесат повече от 8 t/ha вар, тогава тя се добавя на две дози. Първите 50% се прилагат за оран, а останалата част е за култивиране.

Благодарение на варуване е възможно да се намали натрупването на стронций-90 в реколтата с 1,5-3 пъти. Варуването позволява да се елиминира увеличението на коефициентите на преход след прилагане на азотни торове. Това е особено важно за отглеждането на култури, чийто добив е силно зависим от подвижните форми на азот в почвата.

На почви с достатъчно дълбок хумусен хоризонт се препоръчва дълбока мелиоративна оран. Ако се приложи тази техника, последващата обработка на почвата не може да се извърши на същата дълбочина.

Използването на органични торове повишава съдържанието на хумус в почвата, подобрява нейната структура и намалява скоростта на пренос на радионуклиди в растенията. Това се дължи на редица явления. Първо, много радионуклиди са ефективно свързани от органо-минерални комплекси. На второ място, от съществено значение е повишаването на обменния капацитет на почвата и наличието на елементи, които са аналози на радионуклидите. На трето място, оптималното съдържание на органична материя в почвата допринася за по-високи добиви, като същевременно възниква ефектът на „биологичното разреждане” на радионуцида. Като органични торове са подходящи всякакви източници - оборски тор, торф, компости, зелени торове, неутрализиран лигнин и продукти от неговата преработка. Основното изискване към торовете е минималното съдържание на радионуклиди в техния състав. Установено е, че прилагането на оборски тор от стопанства, работещи върху радиоактивно замърсени земи, не води до значително повишаване на съдържанието на радионуклиди в почвата. Сапропелите са ефективни като органични торове и средства за намаляване на натрупването на радиоизотопи в растенията. Дозите на органичните торове трябва да бъдат същите, както при земи, незамърсени с радионуклиди.

Азотните торове играят двойна роля. От една страна, техният дефицит води до намаляване на добива. От друга страна, повишените дози увеличават преноса на много радионуклиди в растенията. Дозите на азотните торове трябва да бъдат строго изчислени въз основа на планираната реколта. Необходимо е да се вземе предвид последействието на торовете и да се извърши задълбочен агрохимичен анализ на почвата. Идеалният вариант е използването на азотни торове с бавно освобождаване.

Прилагането на фосфорни торове може да намали приема на радионуклиди в растенията. В допълнение, мобилните форми на стронций-90 се утаяват при взаимодействие с фосфати.

Калиевите торове имат най-силен ефект върху намаляването на натрупването на цезий-137 в растителните продукти. Това се дължи както на антагонистичния ефект на калия върху усвояването на цезий от корените, така и на увеличаването на добива и "ефекта на разреждане". При условие, че има балансирано азотно-фосфорно хранене, добавянето на калий също помага да се намали доставката на стронций-90 към културата. Най-ефективно е използването на калиеви торове при съдържание на подвижни форми на калий в почвата до 100 mg/kg. На почви, слабо и умерено снабдени с калий, прилагането на 160-240 kg K 2 O на хектар води до 1,5-1,7 пъти увеличение на добива, 1,5-2,7 пъти намаляване на натрупването на цезий-137 и 1,3 пъти. -кратно намаляване на натрупването на стронций-90. На почви с по-високо съдържание на мобилни форми на калий се препоръчва да се прилагат торове само в количества, които допълват отстраняването на елементи от културата.

Използването на комплексни торове, обогатени с микроелементи и биологично активни вещества, позволява да се постигне балансирано снабдяване на растенията с хранителни вещества и да се намалят разходите. При необходимост се препоръчва листно подхранване на растенията с микроелементи. Технологично може да се комбинира с добавка на препарати за растителна защита, растежни регулатори и азотни торове. Дозите на микроелементите не се различават от препоръчителните за незамърсени земи.

По този начин добавянето на традиционна селскостопанска технология за отглеждане на култури със специални защитни мерки може значително да намали съдържанието на техногенни радионуклиди в културата.

Александър Никитин,
Доцент доктор. s-x. науки

Заливната растителност натрупва цезий-137 в по-голяма степен от планинската растителност. И така, когато заливната низина беше замърсена, 2,4 Ci/km 2 бяха открити в тревата

Ki/kg суха маса, а на сушата със замърсяване 3,8 Ci/km 2 тревата съдържа Ki/kg.

Радиоактивните вещества, изпуснати в атмосферата, в крайна сметка се концентрират в почвата. Няколко години след радиоактивните отлагания на земната повърхност, навлизането на радионуклиди в растенията от почвата се превръща в основен път за навлизането им в храната на хората и животните. В извънредни ситуации, както показа аварията в атомната електроцентрала в Чернобил, още на втората година след падането, основният път за навлизане на радиоактивни вещества в хранителните вериги е навлизането на радионуклиди от почвата в растенията.

дипломна работа

1 Литературен преглед

1.1 Свойства на радионуклида стронций-90

Стронцият 90 Sr е сребрист метал, подобен на калций, покрит с оксидна обвивка и реагира слабо, като се включва в метаболизма на екосистемата, като се образуват сложни Ca - Fe - Al - Sr - комплекси. Естественото съдържание на стабилния изотоп в почвата, костната тъкан и околната среда достига 3,7 х 10 -2%, в морската вода, мускулната тъкан 7,6 х 10 -4%. Биологичните функции не са идентифицирани; нетоксичен, може да замести калция. В естествената среда няма радиоактивен изотоп.

Стронций е елемент от главната подгрупа на втората група, петия период от периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 38. Означава се със символа Sr (лат. Strontium). Простото вещество стронций (CAS номер: 7440-24-6) е мек, ковък и пластичен алкалоземен метал със сребристо-бял цвят. Има висока химическа активност, във въздуха бързо реагира с влага и кислород, като се покрива с жълт оксиден филм.

Новият елемент е открит в минерала стронцианит, открит през 1764 г. в оловна мина близо до шотландското село Строншиан, което по-късно дава името на новия елемент. Наличието на нов метален оксид в този минерал е открито почти 30 години по-късно от Уилям Круикшанк и Адер Крауфорд. Изолиран в чист вид от сър Хъмфри Дейви през 1808 г.

Стронций се намира в морската вода (0,1 mg/l), в почвите (0,035 wt%).

В природата стронцийът се среща като смес от 4 стабилни изотопа 84 Sr (0,56%), 86 Sr (9,86%), 87 Sr (7,02%), 88 Sr (82,56%).

Има 3 начина за получаване на метален стронций:

Термично разлагане на някои съединения

Електролиза

Редукция на оксид или хлорид

Основният промишлен метод за производство на метален стронций е термичната редукция на неговия оксид с алуминий. След това полученият стронций се пречиства чрез сублимация.

Електролитното производство на стронций чрез електролиза на разтопена смес от SrCl 2 и NaCl не е широко разпространено поради ниската ефективност на тока и замърсяването на стронция с примеси.

Термичното разлагане на стронциев хидрид или нитрид произвежда фино диспергиран стронций, който е склонен към лесно запалване.

Стронцийът е мек, сребристо-бял метал, който е ковък и пластичен и може лесно да се реже с нож.

Полиморфен - известни са три негови модификации. До 215 o C стабилна е кубичната гранецентрирана модификация (b-Sr), между 215 и 605 o C - хексагонална (b-Sr), над 605 o C - кубична телецентрирана модификация (g-Sr).

Точка на топене - 768 o C, Точка на кипене - 1390 o C.

Стронцийът в неговите съединения винаги проявява валентност +2. Свойствата на стронция са близки до калция и бария, заемайки междинна позиция между тях.

В електрохимичната серия от напрежения стронцийът е сред най-активните метали (нормалният му електроден потенциал е равен на? 2,89 V. Той реагира енергично с вода, образувайки хидроксид: Sr + 2H 2 O = Sr (OH) 2 + H 2 ^ .

Взаимодейства с киселини, измества тежките метали от техните соли. Реагира слабо с концентрирани киселини (H 2 SO 4, HNO 3).

Металният стронций бързо се окислява във въздуха, образувайки жълтеникав филм, в който освен SrO оксид винаги присъстват SrO 2 пероксид и Sr 3 N 2 нитрид. При нагряване на въздух се запалва; прахообразният стронций във въздуха е склонен към самозапалване.

Реагира бурно с неметали - сяра, фосфор, халогени. Взаимодейства с водород (над 200 o C), азот (над 400 o C). Практически не реагира с алкали.

При високи температури реагира с CO 2, образувайки карбид:

5Sr + 2CO 2 = SrC 2 + 4SrO (1)

Лесно разтворими стронциеви соли с аниони Cl-, I-, NO 3-. Солите с аниони F -, SO 4 2-, CO 3 2-, PO 4 3- са слабо разтворими.

Основните области на приложение на стронция и неговите химични съединения са радиоелектронната промишленост, пиротехниката, металургията и хранително-вкусовата промишленост.

Стронций се използва за легиране на мед и някои от неговите сплави, за въвеждане в оловни сплави на батерии, за десулфуриране на чугун, мед и стомани.

За редукцията на урана се използва стронций с чистота 99,99-99,999%.

Магнитно твърдите стронциеви ферити се използват широко като материали за производството на постоянни магнити.

В пиротехниката се използват стронциев карбонат, нитрат и перхлорат за оцветяване на пламъка в карминово червено. Магнезиево-стронциевата сплав има силни пирофорни свойства и се използва в пиротехниката за запалителни и сигнални състави.

Радиоактивният 90 Sr (период на полуразпад 28,9 години) се използва в производството на радиоизотопни източници на ток под формата на стронциев титанит (плътност 4,8 g/cm³ и отделяне на енергия около 0,54 W/cm³).

Стронциевият уранат играе важна роля в производството на водород (стронциево-уранатен цикъл, Лос Аламос, САЩ) чрез термохимичен метод (атомно-водородна енергия) и по-специално се разработват методи за директно делене на уранови ядра в състава на стронциев уранат за производство на топлина от разлагането на водата на водород и кислород.

Стронциевият оксид се използва като компонент на свръхпроводяща керамика.

Стронциевият флуорид се използва като компонент на твърди флуорни батерии с огромен енергиен капацитет и енергийна плътност.

Стронциеви сплави с калай и олово се използват за отливане на токопроводи на батерии. Стронциево-кадмиеви сплави за аноди на галванични елементи.

Радиационните характеристики са дадени в таблица 1.

Таблица 1 - Радиационни характеристики на стронций 90

В случаите, когато изотопът навлезе в околната среда, приемът на стронций в тялото зависи от степента и естеството на включването на метаболита в органичните структури на почвата, храната и варира от 5 до 30%, с по-голямо проникване в тялото на детето. Независимо от пътя на навлизане, излъчвателят се натрупва в скелета (меките тъкани съдържат не повече от 1%). Той се екскретира от тялото изключително слабо, което води до постоянно натрупване на дозата поради хроничния прием на стронций в тялото. За разлика от естествените β-активни аналози (уран, торий и др.), Стронцийът е ефективен β-излъчвател, който променя спектъра на радиационно облъчване, включително върху половите жлези, ендокринните жлези, червения костен мозък и мозъка. Натрупаните дози (фон) варират в диапазона (до 0,2 x 10 -6 µCi/g в костите при дози от порядъка на 4,5 x 10 -2 mSv/година).

Ефектът върху човешкото тяло на естествените (нерадиоактивни, нискотоксични и освен това широко използвани за лечение на остеопороза) и радиоактивните изотопи на стронций не трябва да се бърка. Изотопът на стронций 90 Sr е радиоактивен с период на полуразпад от 28,9 години. 90 Sr се разпада, превръщайки се в радиоактивен 90 Y (период на полуразпад 64 часа).Пълният разпад на стронций-90, изпуснат в околната среда, ще настъпи едва след няколкостотин години. 90 Sr се образува при ядрени експлозии и емисии от атомни електроцентрали.

По отношение на химичните реакции радиоактивните и нерадиоактивните изотопи на стронция са практически еднакви. Естественият стронций е съставна част на микроорганизми, растения и животни. Независимо от пътя и ритъма на постъпване в организма, разтворимите стронциеви съединения се натрупват в скелета. По-малко от 1% се задържа в меките тъкани. Пътят на навлизане влияе върху количеството отлагане на стронций в скелета.

Поведението на стронция в организма се влияе от вида, пола, възрастта, както и от бременността и други фактори. Например, мъжете имат по-високи нива на отлагания в скелетите си, отколкото жените. Стронций е аналог на калция. Стронций се натрупва с висока скорост в тялото на децата до четиригодишна възраст, когато активно се образува костна тъкан. Метаболизмът на стронций се променя при някои заболявания на храносмилателната система и сърдечно-съдовата система. Маршрути за влизане:

Вода (максимално допустимата концентрация на стронций във водата в Руската федерация е 8 mg/l, а в САЩ - 4 mg/l)

Храна (домати, цвекло, копър, магданоз, репички, репички, лук, зеле, ечемик, ръж, пшеница)

Интратрахеално доставяне

През кожата (кожно)

Вдишване (през въздуха)

От растения или чрез животни стронций-90 може директно да премине в човешкото тяло.

Хора, чиято работа е свързана със стронций (в медицината радиоактивният стронций се използва като апликатор при лечение на кожни и очни заболявания. Основните области на приложение на естествения стронций са радиоелектронната промишленост, пиротехниката, металургията, металотермията, хранително-вкусовата промишленост, производството на магнитни материали, радиоактивни - производство на атомни електрически батерии, атомно-водородна енергия, радиоизотопни термоелектрически генератори и др.).

Влиянието на нерадиоактивния стронций се проявява изключително рядко и само под въздействието на други фактори (дефицит на калций и витамин D, недохранване, дисбаланс в съотношението на микроелементи като барий, молибден, селен и др.). След това може да причини "стронциев рахит" и "урологично заболяване" при деца - увреждане и деформация на ставите, забавяне на растежа и други нарушения. Напротив, радиоактивният стронций почти винаги има отрицателен ефект върху човешкото тяло:

Отлага се в скелета (костите), засяга костната тъкан и костния мозък, което води до развитие на лъчева болест, тумори на хематопоетичната тъкан и костите.

Причинява левкемия и злокачествени тумори (рак) на костите, както и увреждане на черния дроб и мозъка

Изотопът на стронций 90 Sr е радиоактивен с период на полуразпад 28,79 години. 90 Sr претърпява β-разпадане, превръщайки се в радиоактивен итрий 90 Y (полуживот 64 часа). 90 Sr се образува при ядрени експлозии и емисии от атомни електроцентрали.

Стронцийът е аналог на калция и може да се отлага здраво в костите. Дългосрочното излагане на радиация на 90 Sr и 90 Y засяга костната тъкан и костния мозък, което води до развитие на лъчева болест, тумори на хематопоетичната тъкан и костите.

Попадайки в почвата, стронций-90 заедно с разтворимите калциеви съединения навлиза в растенията, от които директно или чрез животните може да попадне в човешкия организъм. Това създава верига на предаване на радиоактивен стронций: почва - растения - животни - хора. Прониквайки в човешкото тяло, стронций се натрупва главно в костите и по този начин излага тялото на дълготрайно вътрешно радиоактивно въздействие. Резултатът от това излагане, както показват изследванията, проведени от учени при опити върху животни (кучета, плъхове и др.), е сериозно заболяване на тялото. На преден план излизат увреждането на кръвотворните органи и развитието на тумори в костите. При нормални условия „доставчикът“ на радиоактивен стронций са експериментални експлозии на ядрени и термоядрени оръжия. Изследванията на американски учени установиха, че дори малко количество радиация със сигурност е вредно за здравия човек. Ако вземем предвид, че дори при изключително малки дози от този ефект настъпват резки промени в онези клетки на тялото, от които зависи възпроизводството на потомството, тогава е съвсем ясно, че ядрените експлозии представляват смъртна опасност за тези, които все още не са роден! Стронцият получава името си от минерала стронцианит (въглеродна двуокисна сол на стронция), намерен през 1787 г. в Шотландия близо до село Стронциан. Английският изследовател А. Крофорд, изучавайки стронцианита, предполага наличието на нова, все още неизвестна „земя“ в него. Индивидуалната особеност на стронцианита е установена и от Клапрот. Английският химик Т. Хоуп през 1792 г. доказва наличието на нов метал в стронцианита, изолиран в свободна форма през 1808 г. от Г. Дейви.

Въпреки това, независимо от западните учени, руският химик T.E. Ловиц през 1792 г., изследвайки минерала барит, стига до заключението, че освен бариев оксид, той също съдържа „стронциева пръст“ като примес. Изключително предпазлив в заключенията си, Ловиц не посмя да ги публикува до приключването на вторичната проверка на експериментите, което изискваше натрупването на голямо количество „стронцианска земя“. Следователно изследването на Ловиц „Върху стронциева земя в тежък шпат“, въпреки че е публикувано след изследването на Клапрот, всъщност е извършено преди него. Те показват откриването на стронций в нов минерал - стронциев сулфат, сега наричан целестин. От този минерал най-простите морски организми - радиоларии, акантарии - изграждат шиповете на своя скелет. От иглите на умиращи безгръбначни се образуваха клъстери от самия целестин

1.2 Натрупване на радионуклид стронций-90 в почви и растения

Хранителните и техническите качества на продуктите - зърно, грудки, маслодайни семена, кореноплодни - получени от облъчени растения, не се влошават значително дори при намаляване на добива до 30-40%.

Съдържанието на масло в слънчогледовите и лотосовите семена зависи от дозата радиация, получена от растенията и фазата на тяхното развитие в началото на облъчването. Подобна зависимост се наблюдава при добива на захар при реколтата от кореноплодни култури от облъчени растения от цвекло. Съдържанието на витамин С в плодовете на доматите, събрани от облъчени растения, зависи от фазата на развитие на растенията в началото на облъчването и дозата на облъчване. Например, когато растението е облъчено по време на масов цъфтеж и начало на плододаване с дози от 3 - 15 kR, съдържанието на витамин С в плодовете на доматите се повишава с 3 - 25% в сравнение с контролата. Облъчването на растенията в периода на масов цъфтеж и началото на плододаването с доза до 10 kR инхибира развитието на семена в развиващите се плодове, които обикновено стават безсеменни.

Подобен модел е получен при експерименти с картофи. Когато растенията се облъчват в периода на образуване на клубени, добивът на клубени при облъчване с дози от 7 - 10 kR практически не намалява. Ако растенията се облъчват в по-ранен стадий на развитие, добивът на клубени се намалява средно с 30 - 50%. В допълнение, клубените не са жизнеспособни поради стерилността на очите.

Основните радионуклиди, които определят характера на замърсяването в нашия регион, са цезий - 137 и стронций - 90, които се сортират различно в почвата. Основният механизъм за фиксиране на стронций в почвата е йонообмен, цезий - в 137 обменна форма или чрез йонообменна сорбция върху вътрешната повърхност на почвените частици.

По-голямото задържане на радиоизотопите в почвата се улеснява от наличието в нея на химични елементи, сходни по химични свойства с тези изотопи. По този начин калцият е химичен елемент, подобен по свойства на стронций-90, и добавянето на вар, особено върху почви с висока киселинност, води до увеличаване на абсорбционния капацитет на стронций-90 и намаляване на неговата миграция. Калият е сходен по своите химични свойства с цезий - 137. Калият, като неизотопен аналог на цезия, се намира в почвата в макро количества, докато цезият е в ултрамикро концентрации. В резултат на това микроколичествата цезий-137 са силно разредени в почвения разтвор от калиеви йони и когато се абсорбират от кореновата система на растенията, се наблюдава конкуренция за мястото на сорбция на повърхността на корена. Следователно, когато тези елементи навлизат от почвата, в растенията се наблюдава антагонизъм на цезиеви и калиеви йони.

А междувидовите различия в земеделските култури в натрупването на тези радионуклиди се наблюдават при бобовите култури. Например стронций - 90 и цезий - 137, се усвояват 2 - 6 пъти по-интензивно от бобовите култури, отколкото от зърнените.

Натрупването на радионуклиди от тревните растения зависи от структурните особености на чима. В житна ливада с гъста, гъста трева съдържанието на цезий-137 във фитомасата е 3-4 пъти по-високо, отколкото в тревна ливада с рохкава, тънка трева.

Отбелязано е, че растенията, обичащи калций, обикновено абсорбират повече стронций - 90 - от растенията, бедни на калций. Най-много стронций натрупват бобовите култури - 90%, по-малко кореноплодите и грудките, а още по-малко зърнените култури.

Натрупването на радионуклиди в растението зависи от съдържанието на хранителни вещества в почвата. Установено е, че прилагането на минерални торове в дози N 90, P 90 повишава концентрацията на цезий-137 в зеленчуковите култури 3-4 пъти, а подобни приложения на калий намаляват съдържанието му 2-3 пъти. Съдържанието на калций-съдържащи вещества има положителен ефект върху намаляването на приема на стронций-90 в реколтата от бобови култури. Например, добавянето на вар към излужен чернозем в дози, еквивалентни на хидролитична киселинност, намалява доставката на стронций-90 към зърнените култури с 1,5 - 3,5 пъти.

Радиоактивните вещества, изпуснати в атмосферата, в крайна сметка се концентрират в почвата. Няколко години след радиоактивните отлагания на земната повърхност, навлизането на радионуклиди в растенията от почвата се превръща в основен път за навлизането им в храната на хората и животните. В извънредни ситуации, както показа аварията в атомната електроцентрала в Чернобил, още на втората година след падането, основният път за навлизане на радиоактивни вещества в хранителните вериги е навлизането на радионуклиди от почвата в растенията.

Механизмът на усвояване на радионуклидите от корените на растенията е подобен на усвояването на основните хранителни вещества - макро и микроелементи. Наблюдава се известно сходство в усвояването и движението на стронций - 90 и цезий - 137 от растенията и техните химични аналози - калций и калий, поради което съдържанието на тези радионуклиди в биологични обекти понякога се изразява във връзка с техните химични аналози, в така наречените стронциеви и цезиеви единици.

Пътищата на миграция на радионуклидите в човешкото тяло са различни. Значителна част от тях попадат в човешкия организъм по хранителната верига: почва – растения – селскостопански животни – животински продукти – човек. По принцип радионуклидите могат да попаднат в тялото на животните през дихателната система, стомашно-чревния тракт и повърхността на кожата. Ако по време на

1.3 Характеристики на миграцията на стронций-90 в околната среда

Радионуклидът 90 Sr се характеризира с по-голяма подвижност в почвите в сравнение с 137 Cs. Абсорбцията на 90 Sr в почвите се дължи главно на йонен обмен. По-голямата част от него се задържа в горните хоризонти. Скоростта на миграцията му по почвения профил зависи от физикохимичните и минералогичните характеристики на почвата.

Ако в почвения профил има хумусен хоризонт, разположен под слой от постеля или чим, 90 Sr е концентриран в този хоризонт. В почви като дерново-подзолиста песъчлива почва, хумусно-торфено-глинеста глинеста почва върху пясък, черноземно-ливадна оподзолена почва и излужен чернозем се наблюдава леко увеличение на съдържанието на радионуклиди в горната част на илувиалния хоризонт.

В солените почви се появява втори максимум, който е свързан с по-ниска разтворимост на стронциевия сулфат и неговата подвижност. В горния хоризонт се задържа в солната кора. Концентрацията в хумусния хоризонт се обяснява с високото съдържание на хумус, голямата абсорбционна способност на катиони и образуването на нископодвижни съединения с почвената органична материя.

В моделни експерименти при добавяне на 90 Sr към различни почви, поставени във вегетационни съдове, е установено, че скоростта на неговата миграция при експериментални условия се увеличава с увеличаване на съдържанието на обменен калций. Увеличаване на миграционния капацитет на 90 Sr в почвения профил с увеличаване на съдържанието на калций се наблюдава и при полеви условия. Миграцията на стронций-90 също се увеличава с увеличаване на киселинността и съдържанието на органични вещества.

Горската растителност играе важна роля в миграцията на 90Sr. По време на периоди на интензивно радиоактивно излагане дърветата действат като екран, върху който се отлагат радиоактивни аерозоли. Радионуклидите, задържани от повърхността на листата и иглите, навлизат в почвената повърхност с падналите листа и игли. Характеристиките на горската постеля оказват значително влияние върху съдържанието и разпространението на стронций-90. В широколистните отпадъци съдържанието на 90 Sr постепенно намалява от горния слой към дъното; в иглолистните отпадъци се наблюдава значително натрупване на радионуклида в долната хумифицирана част на постелята.

Таблица 2 - Образуване на стронций 90

Когато 235 U и 239 Pu се разпадат от топлинни неутрони в реактор, се образува 90 Sr с добиви от 5,77 и 2,25%. Значителни количества 90 Sr (7,4 10 17 Bq) са изпуснати в атмосферата по време на тестове на ядрени оръжия през 1945-1980 г. .

Когато бъдат освободени, по-голямата част от радионуклидите навлизат в стратосферата (слоят на атмосферата, разположен на надморска височина от 10-50 km) и остават там в продължение на много месеци, като бавно се спускат и разпръскват по цялата повърхност на земното кълбо. Периодът на полуразпад на 89 Sr е 50,5 дни и когато навлезе в стратосферата по време на ядрени експлозии, той се разпада главно там, като не представлява толкова голяма радиационна опасност за земляните, колкото 90 Sr и 137 Cs, които, когато изпаднат, замърсяват повърхността на Земята в продължение на много години.

От друга страна, в случай на аварии в ядрени реактори, като например в атомната електроцентрала в Чернобил, когато натрупаната равновесна активност на 89 Sr е 10 пъти по-висока от активността на 90 Sr, който поради дългия си полуживот , няма време да се натрупа през 2-3 години работа на реактора, ситуацията се променя. Непосредствено след аварията в Чернобил активността на изпуснатите краткотрайни радионуклиди 89 Sr е многократно по-висока от 90 Sr или 137 Cs.

След тестване на ядрени оръжия радиоактивните отпадъци се състоят главно от водоразтворими и йонообменни форми на 90 Sr, докато след аварията в Чернобил 90 Sr често се отлага под формата на стабилни съединения.

По време на работа на атомна електроцентрала 90 Sr, подобно на 137 Cs, изпуснат в околната среда, в крайна сметка се натрупва или в горните слоеве на почвата в земните системи, или в дънните утайки на естествените водни резервоари. В този случай стронцийът мигрира на много къси разстояния, например 1 см за няколко години.

Провежда се в края на 80-те години. Изследванията на неразорани площи в Kyshtym, замърсени през 1957 г. с 90 Sr и други радионуклиди от експлозия на отпадъци, показват, че 90 Sr през този период от време достига дълбочина от 15 cm, което означава, че скоростта на миграция е 0,5 cm/g. От почвата през коренова система 90 Sr се пренася в растенията и се съдържа в зърнени храни, боб, моркови и други продукти. Това отстраняване се определя от коефициента на пренос (TC), който зависи от вида на почвата и pH на околната среда.

За да се намали изнасянето на 90 Sr от почвата в растенията, се използва разораване на почвата и прилагане на торове.

Най-ефективна е дълбоката оран, която води до заравяне на дейността под слоя, в който са разположени корените на растенията. В районите на Южен Урал, замърсени с 90 Sr след аварията в Kyshtym, са получени добри резултати при оран на дълбочина 50 см. От данните в таблицата следва, че ефективна мярка, заедно с прилагането на N, P и K торове, е варуване на почвата.

Таблица 3 - Някои характерни стойности на CP на 90 Sr от почвата до растението (Bq kg-1 суха култура/Bq kg-1 суха почва) (Обяснение: CP е дадена за най-горния слой с дълбочина 20 cm и стойности за треви са дадени за дълбочина на горния слой на почвата 10 cm)

Таблица 4 - Ефект на селскостопанските контрамерки върху поглъщането на 90 Sr от ливадни растения в околностите на Гомел (Беларус)

Радиоактивният стронций навлиза в човешкото тяло през стомашно-чревния тракт, белите дробове и кожата. Разтворимите стронциеви съединения се абсорбират добре от стомашно-чревния тракт, стойността на резорбция е 0,1-0,6, а резорбцията е по-малка от 0,01 за слабо разтворимите съединения. Стронций се абсорбира бързо от белите дробове. 5 минути след интратрахеално приложение в количество от 1,48 · 10 4 Bq/g в белите дробове остава 33,3% от въведеното количество, след 24 часа - 0,39%. Когато изотопи на стронций се прилагат върху кожата в количество от 2,4 · 10 5 Bq/cm 2, активността се открива веднага след замърсяване на повърхността на кожата.

По време на резорбцията на стронций от стомашно-чревния тракт диетата, химическият състав на радионуклида и физиологичните фактори (възраст, кърмене и бременност, състоянието на минералния метаболизъм, нервната и ендокринната система) са важни. Степента на абсорбция на радионуклиди от стомашно-чревния тракт намалява с възрастта, с увеличаване на съдържанието на калций и фосфор в диетата и с прилагането на високи дози тироксин. Приемът на натриев алгинат 20 минути преди приложението на стронций намалява съдържанието му в кръвта 8-10 пъти, а лактозата, лизинът и аргининът, напротив, удвояват количеството на абсорбцията на стронций от стомашно-чревния тракт.

Независимо от пътя и честотата на постъпване на разтворими съединения на радиоактивния стронций в организма, той селективно се натрупва в скелета и по-малко от 1% се задържа в меките тъкани. След интравенозно приложение на радиоактивен стронций в човешкото тяло след 100 дни в него остават 20% от инжектираното количество, докато при маймуните е 47%, а при зайците е 7,5%. Делът на отлаганията на стронций в скелета зависи от пътя на навлизането му. При интратрахеално навлизане се отлагат 76%, при вдишване - 31,6%, интраабдоминално - 81,2% и кожно - само 7? .

При опити върху животни е установено, че когато радиоактивен стронций се прилага интрамускулно или орално на женски в различни етапи на бременност, по-голямата част от него (50-70) се отлага в плода в последните дни на бременността. Разпределението на радиоактивния стронций в различни части на една и съща кост и в различни кости е неравномерно. Стронций се отлага в области на костите, които имат най-голямата зона на растеж, където се получава засилено костно образуване.

Като се има предвид функцията на задържане и екскреция на 90 Sr през бъбреците, Абрамов и Голутвина изчисляват дозата от тези радионуклиди върху костната повърхност при еднократно и хронично приложение на радионуклиди в количество от 37 kBq/ден. Таблицата показва, че при еднократно приложение на стронциеви радионуклиди общата доза от 89 Sr след няколко полуразпада на този нуклид практически не се увеличава, а дозата от 90 Sr, поради сумата от малки константи на разпадане и биологично отстраняване, непрекъснато се увеличава.

Таблица 5 - Очаквана доза върху костната повърхност при еднократно и хронично приложение на радионуклиди 89 Sr и 90 Sr в тялото в количество 37 kBq/ден.

Време след приложение, дни.	Доза от 89 Sr, mSv	Доза от 90 Sr, mSv
Единна администрация





Хронично приложение

Предложен е свързан с възрастта модел за отлагането на стронций и други алкалоземни елементи в човешките кости в целия възрастов диапазон, започвайки от раждането. Доказано е, че очакваните еквивалентни дози за костния мозък при прием на 90 Sr през първите месеци след раждането са с порядък по-високи от тези при постъпване в организма на възрастен.

Стронцийът се екскретира от тялото на хората и животните чрез изпражненията и урината. Когато се приема перорално, по-голямата част от стронция се екскретира с изпражненията. За 8 дни общата екскреция на 89 Sr е 77,9%, от които 5% са в урината.

Установени са няколко полуживота за елиминиране на 90 Sr от тялото. Кратък полуживот (2,5-8,5 дни) характеризира отстраняването на стронций от меките тъкани, дълъг период (90-154 дни) - главно от костите. При продължително перорално или парентерално приложение на 90 Sr в тялото, полуживотът от скелета се увеличава значително, а първоначалният кратък полуживот липсва или е много кратък. При хора и животни след еднократен перорален прием на стронциеви радионуклиди в млякото по време на лактация се освобождават от 0,04 до 4% на 1 литър мляко от приетия радионуклид; при хроничен прием на 90 Sr в тялото с млякото се отделят 0,05-6,3% на 1 литър спрямо дневната норма.

Приложението на остро ефективни количества 90 Sr предизвиква развитие на типична остра лъчева патология. Има изразени промени в периферната кръв: левкопения, лимфопения, неутропения, ретикулопения. Наблюдават се промени в червената кръв, ускоряване на реакцията на утаяване на еритроцитите, забавяне на кръвосъсирването и увеличаване на плазмения обем.

При кучета, които са получавали 0,74 kBq/kg 90 Sr дневно в храната в продължение на 3-3,5 години, са открити нарушения на въглехидратния метаболизъм, промени в секреторните и екскреторните функции на черния дроб и бъбреците. По-малките количества 90 Sr (0,675 kBq/kg) не доведоха до значителни функционални промени в организма им, но за 9-13 години 80% от кучетата от експерименталната група умряха и 11% от контролната група.

Дългосрочното приложение на 90 Sr на кучета с храна (0,74-0,074 kBq/kg) и натрупването на общата абсорбирана доза в скелета до 3,6-9,0 Gy води до увеличаване на появата на доброкачествени и злокачествени тумори на меките тъкани (3-5 пъти по-често от контролните животни). Хроничното прилагане на 90 Sr на тези животни (0,74 kBq/kg на ден в продължение на 3 години), създавайки мощност на дозата на тъканите в скелета до 1,5 Gy/g, може да причини развитие на левкемия и остеосаркома. При хронично приложение на 10 пъти по-малки количества от този радионуклид (погълната доза в скелета до 0,5 Gy/g) се наблюдават смущения в развитието на потомството и намаляване на тяхната жизнеспособност.

Радиоактивността на 90 Sr се определя от неговия дъщерен 90 Y, който се утаява под формата на оксалати. 90 Y се изолира от хранителни продукти чрез екстракция с моноизооктилов естер на метилфосфонова киселина. 90 Y се извлича от пепел от костна тъкан с трибутил фосфат. Активността се измерва с помощта на настройка с нисък фон. Определянето на 89 Sr в храни, растителност и костна тъкан се основава на утаяването на стронций с димяща азотна киселина, последвано от измерване на активността. Когато радиоактивните изотопи на стронция влязат в контакт с открити площиОбеззаразяването на кожата се извършва с 5% разтвор на пентацин, 5% разтвор на Na 2 (EDTA) или 2% разтвор на солна киселина, както и детергентни прахове. Ако стронциевите радионуклиди навлязат в стомашно-чревния тракт, приемайте перорално лекарството "Adsorbar" или бариев сулфат (25 g с 200 ml вода), натриев или калциев алгинат (15 g с 200 ml вода) или лекарството "Polysurmin" (4 g). с 200 мл вода). Използват се еметици и се извършва обширна стомашна промивка. След почистване на стомаха се въвеждат отново адсорбенти със солеви лаксативи. В случай на увреждане от прахови продукти, назофаринкса и устната кухина се измиват обилно, използват се отхрачващи и диуретици.

В съответствие с NRB-99 допустимата концентрация на 90 Sr във въздуха на работните помещения е приблизително 24 пъти по-ниска от 89 Sr, което показва неговата изключителна радиационна опасност. За населението допустимата концентрация на 90 Sr в атмосферния въздух е регламентирана (NRB-99) със стойност, равна на 2,7 Bq/m 3, което е извън чувствителността на повечето методи за изолиране и измерване на радиоактивността на този радионуклид.

Таблица 6 - GWP, e, DOA във въздуха на работните помещения в зависимост от химичните съединения и ядрено-физичните свойства на радионуклидите 89 Sr и 90 Sr, MSUA и MZA на тези изотопи на работното място

Таблица 7 - DOA във въздуха, e, GWP с въздух, вода и храна на радионуклиди 89 Sr и 90 Sr и въглеводороди, когато се доставят с вода за населението

Изследванията установяват, че 80-90% от радионуклидите са концентрирани в активната зона, където се намира основната част от корените на земеделските култури. В необработените земи след аварията в Чернобил почти всички радионуклиди се намират в горната част (до 10-15 cm) на хумусните хоризонти, а в обработваемите почви радионуклидите са разпределени относително равномерно по цялата дълбочина на обработваемия слой. Изчисленията показват, че в близко бъдеще самопречистването на коренния слой на замърсените почви поради вертикалната миграция на радионуклиди ще бъде незначително.

В същото време се наблюдават процеси на локално вторично замърсяване на земеделските почви поради хоризонтална миграция на радионуклиди в резултат на ветрова и водна ерозия. Съдържанието на цезий-137 в обработваемия хоризонт на различни релефни елементи на склонови земи в резултат на водна ерозия върху посевите от едногодишни култури за девет години се преразпределя до 1,5-3,0 пъти.

Увеличаването на плътността на почвеното замърсяване с цезий-137 в зоната на натрупване (долни части на склонове и депресии) в сравнение със зоната на отмиване е средно от 13% при годишно отмиване на почвата под 5 t/ha до 75% при отмиване на 12-20 т/ха. При трайни насаждения с многогодишни треви не се наблюдава твърд отток и не се установяват значителни разлики в плътността на замърсяване на почвата между склоновите елементи. В резултат на ветровата ерозия на дренираните торфени и песъчливи почви, използвани за засяване на едногодишни култури, локалните разлики в плътността на замърсяване на орния хоризонт с радиоцезий достигат 1,5-2,0 пъти. Това подчертава необходимостта от защита на почвите от водна и вятърна ерозия, което също така намалява загубата на хумусния слой и намалява вероятността от замърсяване с продукти в местните райони на земята.