Радиоактивный фон и проблемы его снижения. Возможные пути загрязнения пищевой продукции
Путём анализа радиоактивного фона оцениваются возможные пути нагрузки на человека, загрязнения пищевых продуктов радиоактивными веществами, определяются меры профилактики.
Считают, что радиационный фон Земли складывается из трёх компонентов:
— космическое излучение;
— естественные радионуклиды, содержащиеся в земле, воде, воздухе, других объектах окружающей среды;
— искусственные радионуклиды, образовавшиеся в результате человеческой деятельности (например, при ядерных испытаниях); радиоактивные отходы, отдельные радиоактивные вещества, используемые в медицине, технике, сельском хозяйстве.
Таблица 14. Природные источники ионизирующего излучения
| Источники | Средняя годовая доза | Вклад в дозу,% | |||
| мбэр | мЗв | ||||
| Космос (излучение на уровне моря) | 0,30 | 15,1 | |||
| Земля (грунт, вода, строит. материалы) | 50…130 | 0,5…1,3 | 68,8 | ||
| 0,30 | 15,1 | |||
| Другие источники | 0,02…1,0 | ||||
| Средняя суммарная годовая доза | 200,0 | 2,0 |
до 1982 г Средняя суммарная годовая доза была равна 100 мбэр
микро - 10 
Космическое излучение.Характеризуется потоком различных частиц, приходящих к нам из космического пространства. Подразделяется на первичное и вторичное. Первичное излучение включает первичное галактическое излучение, первичное солнечное излучение и излучение заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли (радиационный пояс Земли). Первичное галактическое излучение состоит на 90% из протонов высоких энергий и на 10% - ионов гелия ( 
). “Возраст”, т.е. время прихода этого излучения из Галактики, - 2,5 – 33 млн лет. Первичное солнечное излучение происходит в виде вспышек на Солнце, что сопровождается освобождением большого количества энергии в области видимого, ультрафиолетового и рентгеновского спектров излучения. Наиболее сильные вспышки сопровождаются выбросом большого количества заряженных частиц, главным образом протонов 
-частиц. Первичное солнечное излучение обладает относительно низкой энергией, поэтому не приводит к существенному увеличению дозы внешнего излучения на поверхности Земли. Радиационный пояс Земли состоит из протонов и электронов с небольшим содержанием -частиц, которые захватываются магнитным полем Земли и двигаются по спирали вокруг его силовых линий.
В целом первичное космическое излучение почти полностью исчезает на высоте 20 км, его высокоэнергетические частицы взаимодействуют с ядрами атомов воздуха, образуя нейтроны, протоны и мезоны.
Население Земли практически подвергается воздействию вторичного космического излучения в результате образования космогенных радионуклидов. Последние возникают при взаимодействии частиц вторичного космического излучения с ядрами различных атомов, присутствующих в атмосфере. При рассмотрении вторичного космического излучения значительная роль отводится протонам высоких энергий, нейтронам и ионам, которые взаимодействуют с ядрами атомов воздуха, образуя новые вторичные частицы – каскады. Развитие этого процесса приводит к образованию ливней из числа вторичных частиц.
В настоящее время естественный радиоактивный фон в результате деятельности человека качественно и количественно изменился. Повышение естественного радиоактивного фона (ЕРФ) под влиянием новых видов технологической деятельности человека получило название “техногенно усиленного фона”. Примерами такой деятельности является широкое применение минеральных удобрений, содержащих примеси урана (например, фосфатных); увеличение добычи урановых руд; массовое увеличение числа авиационных перевозок, при которых космическое облучение растёт (таблица 23).
Среднегодовая эквивалентная доза облучения всего тела естественными источниками ионизирующих излучений примерно равна 1мЗв (100 мбэр). Однако с учётом техногенно усиленного фона, по данным ООН, значение эффективной эквивалентной дозы увеличилось в 2 раза – до 2 мЗв (200 мбэр) в год.
Таблица 15. Искусственные источники излучения
| Источники | Годовая доза | Доля от природного фона, % (до 200 мбэр) | |||
| мбэр | мЗв | ||||
| Медицинские приборы (флюорография 370 мбэр, рентгеногафия зуба 3 мбэра, рентгеноскопия легких 2…8 мбэр) | 100…150 | 1,0…1,5 | 50…75 | ||
| Полёты в самолёте (расстояние 2000 км, высота 12 км) - 5 раз в год | 2…2,5 | 0,02…0,05 | 1,0…2,5 | ||
| Телевизор (просмотр программ по 4 ч в день) | 1,0 | 0,01 | 0,5 | ||
| АЭС (при стабильной работе) | 0,1 | 0,001 | 0,05 | ||
| ТЭЦ (на угле) на расстоянии 20 км | 0,6…6,0 | 0,006…0,06 | 0,3…3,0 | ||
| Глобальные осадки от испытаний ядерного оружия в окружающей среде | 2,5 | 0,02 | 1,0 | ||
| Другие источники (добыча нефти, руды, строительных и дорожных материалов) | - | - | |||
| Итого | 150…200 | ||||
Естественные радионуклиды.К ним относятся космогенные радионуклиды, главным образом 
, 
, 
, 
и радионуклиды, присутствующие в объектах окружающей среды с момента образования Земли (включая их дочерние продукты распада). Основным источником облучения человека и загрязнения пищевых продуктов являются 
, 238U, 
- радионуклиды земного происхождения.
В настоящее время накоплен большой материал о содержании естественных радионуклидов в объектах окружающей среды, включая организм человека, продовольственное сырьё и пищевые продукты. Естественный радиационный фон постоянно изменяется вследствие неугомонной деятельности человека, распространения технологий переработки природных продуктов, содержащих радионуклиды.
Источники излучения:
· системы сигнализации;
· радиоприёмники, портативные радиопередатчики и другие системы радиосвязи, используемые, например, в больших зданиях;
· телефоны;
· медицинские приборы;
· электронные игры;
· устройства дистанционного управления;
· микроволновые печи;
· множительные устройства;
· генераторы сигналов;
Профессии с повышенным риском облучения:
· работники предприятий связи;
· инженеры-электроники;
· электрики;
· медицинские сёстры;
· мастера по ремонту телефонов;
· работники коммунальных служб;
Нарушения здоровья:
· патология родов в т. ч. преждевременные роды;
· катаракта;
· нарушение мозгового кровообращения и кальциевого обмена;
· головокружения;
· нарушения работы эндокринных желез;
· утомление;
· генетические нарушения;
· головная боль;
· сердечно-сосудистые заболевания;
· нарушения психики;
· увеличение количества лимфоцитов;
· раздражительность;
· лейкемия;
· мышечная слабость;
Основным источником природных радиоактивных элементов, поступающих в организм человека, являются пищевые продукты, причём суммарная радиоактивность растений в 10 раз выше, чем тканей животных.
Таблица 16. Удельная радиоактивность отдельных пищевых продуктов и воды по калию-40 и радию-226[65]
| Продукт | Удельная радиоактивность, Бк/кг | ||
| по калию-40 | по радию-226 | ||
| Пшеница | 148,0 | 0,074…0,096 | |
| Картофель | 129,5 | 0,022…0,044 | |
| Горох | 273,8 | 0,090…0,870 | |
| Говядина | 85,1 | 0,029…0,074 | |
| Рыба | 77,7 | 0,015…0,027 | |
| Молоко | 44,4 | 0,001…0,0099 | |
| Свинина | 33,3 | ||
| Масло сливочное | 3,7 | 0,037…0,011 | |
| Вода речная | 0,037…0,592 | 0,009…0,080 | |
беккерель – единица радиоактивности, равная 1 ядерному превращению в 1 сек.
Комиссия Codex Alimentarius ФАО/ВОЗ приняла, что допустимые уровни радиоактивных веществ в загрязнённых пищевых продуктах, реализуемых на международном рынке и предназначенных для всеобщего потребления, составляет: для цезия и йода – 1 000 Бк/кг, для стронция – 100 Бк/кг, для плутония и америция – 1 Бк/кг. Для молока и продуктов детского питания допустимые уровни активности составляют: для цезия – 1000 Бк/кг, для стронция и ийода – 100 Бк/кг, для плутония и америция – 1 Бк/кг. По мнению ВОЗ, предлагаемые уровни основаны на критериях, обеспечивающих охрану здоровья и безопасноть населения.
Таблица 17. ВДУ суммарной активности цезия-134, цезия-137, строния-90 в продуктах питания и питьевой воде.
| Продукты, питьевая вода | Активность  и  , Бк/л (Бк/кг)
| Активность  , Бк/л, (Бк/кг)
| |
| Хлеб и хлебопродукты, крупы, мука и сахар | |||
| Молоко и кисломолочные продукты, сметана, творог, сыр | |||
| Молоко сгущенное и концентрированное | 1 110 | ||
| Молоко сухое | 1 850 | ||
| Мясо говяжье, свиное, баранье, птицы, рыба, яйца (меланж) | |||
| Картофель, корнеплоды, овощи, столовая зелень, фрукты, ягоды | |||
| Консервы овощные и плодовые, соки, варенье, джемы, повидло, мёд | - | - | |
| Сухофрукты | 2 960 | - | |
| Детское питание всех видов | |||
| Грибы свежие, дикорастущие ягоды, чай | 1 480 | - | |
| Грибы сушеные | 7 400 | - | |
| Лекарственные растения | 7 400 | - | |
| Воды питьевая | 18,5 | 3,7 | |
Бк/л (Бк/кг) – 1 ядерный распад в секунду – единица радиоактивности
Следует подчеркнуть, что поскольку у человека в процессе эволюции не выработались специальные механизмы от ионизирующих излучений, с целью предотвращения неблагоприятных последствий для населения, по рекомендации Международной комиссии по радиационной защите ожидаемая эффективная эквивалентная доза не должна превышать 5 мЗв (500 мбэр) за любой год радиоактивного воздействия.
Пути поступления радионуклидов в организм человека с пищей достаточно сложны и разнообразны. Можно выделить следующие из них: растение – человек; растение – животное – молоко – человек; растение – животное – мясо – человек; атмосфера – осадки – водоёмы – рыба – человек; вода – человек; вода – гидробионты – рыба – человек. Различают поверхностное (воздушное) и структурное загрязнение пищевых продуктов радионуклидами.
При поверхностном загрязнении радиоактивные вещества, переносимые воздушной средой, оседает на поверхности продуктов, частично проникая внутрь растительной ткани. Более эффективно радиоактивные вещества удерживаются на растениях с ворсистым покровом и с разветвлённой наземной частью, в складках листьев и соцветиях. При этом задерживаются не только растворимые формы радиоактивных соединений, но и нерастворимые. Однако поверхностное загрязнение относительно легко удаляется даже через несколько недель.
Структурное загрязнение радионуклидами обусловлено физико-химическими свойствами радиоактивных веществ, составом почвы, физиологическими особенностями растений. Радионуклиды, выпавшие на поверхности почвы, на протяжении многих лет остаются в её верхнем слое, постоянно на несколько сантиметров в год мигрируя в более глубокие слои. Это в дальнейшем приводит к их накоплению в большинстве растений с хорошо развитой и глубокой корневой системой.
Большой интерес представляют данные о степени накопления радионуклидов в тканях растений, используемых человеком и животными в пищу. Растения по степени накопления радиоактивных веществ располагаются в следующем порядке: табак (листья) > свекла (корнеплоды) > картофель (клубнеплоды) > пшеница (зерно) > естественная травяная растительность (листья и стебли). Быстрее всего из почвы в растения поступает стронций-90, стронций-89, йод-131, барий-140 и цезий-137.
Кроме пищевого имеются многие другие пути поступления радионуклидов в организм. К основным путям относят воздушный и кожный. Однако наибольшее значение имеет пищевой (алиментарный) путь. Лишь в период рассеивания радионуклидов после аварии или выброса в атмосферу наиболее опасен воздушный путь из-за большого объёма легочной вентиляции и высокого коэффициента захвата и усвоения организмом изотопов из воздуха. В зависимости от природы радионуклида и его химических соединений процент всасывания его в пищеварительном канале колеблется от нескольких сотых (цирконий, ниобий, редкоземельные элементы, включая лантаниды) до нескольких единиц (висмут, барий, полоний), десятков (железо, кобальт, стронций, радий) и сотен (тритий, натрий, калий) процентов. Всасывание через неповреждённую кожу, как правило, незначительно. Только тритий легко всасывается в кровь через кожу. Затем радионуклиды распределяются в организме человека в соответствии с их химическими составами.
Искусственные радионуклиды.Испытание ядерного оружия – один из самых опасных источников радиоактивного загрязнения окружающей среды. Образующиеся при делении радионуклиды проникают в организм человека через вдыхание заражённого воздуха, употребление в пищу загрязнённых продуктов, в результате человек подвергается внутреннему облучению; через воздействие на кожу радиоактивных веществ, находящихся в воздухе и на поверхности Земли, - внешнему облучению.
Научный комитет ООН по действию атомной радиации определяет 21 наиболее распространённый радионуклид, 8 из которых составляют основную дозу внутреннего облучения населения: углерод-14 ( ) ; цезий-137 ( ); стронций-90 ( ); рутений-106 ( 
); церий-144 ( 
); водород-3 ( 
); йод-131 ( 
); цирконий-95 ( 
). Доза внешнего облучения формируется в основном за счёт радионуклидов: , его дочернего радионуклида 
(ниобий), , 
, 
, .
Наряду с испытаниями ядерного оружия , источниками загрязнения окружающей среды могут быть:
- добыча и переработка урановых и ториевых руд;
- обогащение урана изотопом 
, т.е. получение уранового топлива;
- работа ядерных реакторов;
- переработка ядерного топлива с целью извлечения радионуклидов для нужд народного хозяйства;
- хранение и захоронение радиоактивных отходов.
В последнее время становится актуальной проблема радона (Rn), который образуется при естественном радиоактивном распаде радия. Радиоактивность радона в наружном воздухе обычно составляет 1-20, достигая в горных районах до 60 Бк/м 
и более, в воздухе жилых помещений порядка 50, в отдельных случаях до нескольких тысяч беккерелей на 1 м .
Определённую радиоактивность имеют такие строительные материалы (мкЗв/год): дерево – 0; известняк, песчаник – 1 – 100; кирпич, бетон – 100 – 200; естественный камень, производственный гипс – 200 – 400; шлаковый камень, гранит – 400 – 2000. Высокое содержание радона может быть в подземных питьевых водах.
Результаты эпидемиологических исследований свидетельствуют, что вдыхание жилищного воздуха, содержащего радон, приводит к возрастанию заболеваемости раком на 4-12%. Этот процент соответствует общему увеличению числа случаев рака на 1000 – 3000 в год (Германия) и на 20 000 случаев в США.
Следует отметить, что в наиболее развитых странах уровень фоновой радиации достигает 3…4 мЗв (300-400 мбэр) в год. Кроме того, за 15 лет (с 1971 по 1986 г.) в 14 странах мира на предприятиях атомной промышленности произошло 152 аварии разной степени сложности , с разными последствиями для населения и окружающей среды. Крупные аварии произошли в Великобритании, США и СССР, где самой крупной по масштабам загрязнения окружающей среды явилась авария, которая произошла в 1986 г. на Чернобыльской АЭС. Выбросы в атмосферу при аварии на ЧАЭС имели специфический состав – в первые недели после взрыва основным был радиоактивный йод-131, затем – радиоизотопы цезия-137 и цезия-134.
Для случаев возникновения радиационных аварий были разработаны временно допустимые уровни (ВДУ) и допустимые уровни (ДУ) поступления радионуклидов внутрь организма с учётом интегральных поглощённых доз за ряд последующих лет. Величину ВДУ активности радиоактивных веществ в продуктах питания в этих условиях рассчитывают чтобы дозы облучения тела человека не привысили 0,1 Зв/год, а дозы облучения щитовидной железы – 0,3 Зв/год.
Таблица 18. ВДУ активности йода-131в пищевых продуктах и питьевой воде.
| Продукт, питьевая вода | ВДУ активности Бк/кг | Масса среднемаксимального потреблнения продукта в день | |
| Молоко | 1 л | ||
| Творог | 100 г | ||
| Сметана | 200 г | ||
| Сыр | 50 г | ||
| Масло сливочное | 50 г | ||
| Рыба | 100 г | ||
| Зелень столовая | 100 г | ||
| Вода питьевая | 1 л | ||
Следует отметить, что допустимый уровень (ДУ) активности радиоактивного цезия в молочных продуктах, принятых в странах Европы, колеблется в пределах от 370 Бк/кг (Германия) до 4 000 Бк/кг (Великобритания, Франция, Испания). В Японии величина принятого ДУактивности радиоактивного цезия в молочных продуктах наименьшая – 37 Бк/кг.