15. Радиоактивные ряды: понятие, основные дочерние радионуклиды, вклад в формирование эффективных доз облучения населения.

Радиоактивный ряд - это последовательность радионуклидов, образующихся в результате альфа- или бета-распада предыдущего элемента. Наиболее долгоживущие изотопы называются начальными для каждого из радиоактивных рядов.

Существует 4 радиоактивных ряда и, соответственно, 4 их родоначальника:

1) ториевый ряд - наиболее долгоживущий изотоп - торий-232 (Th-232), период полураспада - 1,4*10¹⁰ лет;

2,3) 2 урановых ряда - наиболее долгоживущие изотопы - уран-238 (U-238), период полураспада - 4,5*10⁹ лет и уран-235 (U-235), период полураспада - 7*10⁸ лет;

4) нептуниевый ряд - наиболее долгоживущий изотоп – нептуний-237 (Np-237), период полураспада - 2,2*10⁶ лет.

В настоящее время Th-232 почти весь сохранился, U-238 распался лишь частично, а U-235 распался большей частью (в земной коре U-238 больше, чем U-235 в 140 раз), Np-237 распался практически весь. В процессе превращения этих элементов в качестве промежуточных продуктов распада образуются радиоактивные изотопы радия, радона, полония, висмута, свинца, которые формируют значительную дозу облучения человека.

Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. Содержание радионуклидов повышено в породах вулканического происхождения (гранит, базальт), меньше радионуклидов в осадочных породах (известняк, песчаник). Наиболее высокие уровни земной радиации наблюдаются в Бразилии (на пляжах морского курорта Гуарапари), на юго-западе Индии, где есть богатые торием пески (монацитовые пески). Места с высоким уровнем радиации есть во Франции, в Нигерии, на Мадагаскаре. Повышено содержание радионуклидов уранового ряда в Скандинавских странах и Англии.

Глобальная средняя эффективная доза внешнего облучения, которую человек получает за год за счет гамма-излучения земного происхождения, составляет 0,5 мЗв.

Продукты распада урана и тория по пищевым цепочкам, а также с воздухом и водой поступают в организм человека, обусловливая внутреннее облучение. При пероральном поступлении радиоактивных элементов важно учитывать их растворимость и, соответственно, коэффициент всасывания.

Наибольшее значение в формировании дозы внутреннего облучения имеют радий-226, радон-220, полоний-210, свинец-210.

а) Радий-226 (Ra-226) - претерпевает альфа-распад с образованием Rn-222, период полураспада - 1620 лет; широко распространен в природе, может поступать в организм через ЖКТ, органы дыхания и неповрежденную кожу. Его источником для человека в основном служат зерновые культуры и хлеб, куриные яйца; депонируется в костной ткани, из которой выводится с T_б, равным 17,13 лет (Т_б – время, в течение которого из организма выводится половина введенного вещества).

б) Радон - 222 (Rn-222) - претерпевает альфа-распад с образованием Ро-218, период полураспада - 3,8 суток; вносит основной вклад в естественную радиоактивность атмосферного воздуха и уровни облучения человека за счет естественных источников радиации. В организм радон и короткоживущие продукты его распада поступают в основном через органы дыхания, а также через ЖКТ (при питье радоновой воды и т.д.) и через кожу (при приеме радоновых ванн). Выведение радона из организма осуществляется через легкие.

в) Полоний-210 (Po-210) - подвергается альфа-распаду с образованием стабильного Pb-206, период полураспада - 138,38 сут. Повышенное поступления полония в организм наблюдается в регионах, где человек потребляет пищу морского происхождения, питается мясом северных оленей, а также у курящих. Из организма выводится с T_б 80 сут.

г) Свинец-210 (Pb-210) - подвергается бета-превращению (электронный распад) с образованием Bi-210, период полураспада 22,3 года; элемент остеотропен, его обмен связан с обменом кальция и фосфора; из организма выводится с T_б, равным 12 - 10000 сут; один из источников появления в организме Po-210.

Вклад радиоактивных рядов в формирование годовой эффективной дозы облучения: 1,5 мЗв/год.