Филов В.А. (ред.) Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества

Подождите немного. Документ загружается.

ВРЕДНЫЕ

ХИМИЧЕСКИЕ

ВЕЩЕСТВА

РАДИОАКТИВНЫЕ

ВЕЩЕСТВА

СПРАВОЧНИК

Под общей редакцией

акад. АМНСССР Л. А. Ильина

д-ра биол, наук проф. В. А. Фи лов а

Согласовано с Государственной

службой стандартных

справочных данных

ЛЕНИНГРАД „ХИМИЯ"

ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

1990

ББК 54

Б814

УДК 615.9 : 620.267 (035)

Авторы: В. А. Баженов, Л. А. Булдаков, И. Я. Ва-

силенко, В. Ф. Журавлев, Т. И. Заикина, В. С. Кали-

стратова, Ю. И. Москалев, В. А. Осипов, С. В. Степанов,

В. А. Филов

Научные редакторы: В. А. Филов,

Б. А. Ивин, Л. А. Ильин

P е ц е н з е н т: д-р мед. наук A. Jl. Б а н д м а н

В814 Вредные химические вещества. Радиоактивные ве-

щества: Справ, изд./В. А. Баженов, Л. А. Булдаков,

И. Я. Василенко и др.; Под ред. В. А. Филова и др. —

Л.: Химия, 1990. 464 с. ISBN 5—7245—0216—X

Приведены сведения обо всех имеющих практическое значение

радионуклидах (природных и искусственных). Даны их физические

и химические свойства, указаны источники образования, содержа-

ние в окружающей среде, прослежена миграция. Описаны пути по-

ступления радионуклидов в организм человека, метаболизм, радио-'

токсическое действие, меры профилактики. Приведены гигиениче-

ские нормативы.

Для химиков широкого профиля, врачей, токсикологов, работ-

ников санитарно-гигиенических служб и лиц, ответственных за

гигиену труда, технику безопасности и охрану среды.

1704000000—070

050 (01)-90

70—90

ББК 54

ISBN 5—7245-0216—X

B. А. Баженов, Л. А. Булдаков,

И. Я. Василенко, В. Ф. Журавлев,

Т. И Заикина, В. С. Калистратова,

Ю. И. Москалев, В. Л. Осипов,

C. В. Степанов, В. А. Филов, 1990

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие 6

Указания к пользованию справочником 14

Краткая характеристика групп радиоактивных изотопов (Л. А. Бул-

даков) 16

Радиационно-гигиенические аспекты (И. Я• Василенко) 23

Методы измерений активности радиоактивных изотопов (В. А. Баженов) 38

Радиоактивные изотопы I группы периодической системы (В. Ф. Жу-

равлев) 50

Водород 50

Литий . 57

Натрий 57

Калий 59

Рубидий 61

Цезий 63

Франций 69

Медь 70

Серебро 72

Золото 75

Радиоактивные изотопы II группы периодической системы (В. С. Ка-

листратова) 77

Бериллий 77

Магний 81

Кальций 82

Стронций 87

Барий 99

Радий 102

Цинк 108

Кадмий 112

Ртуть 114

Радиоактивные изотопы IIl группы периодической системы (В. С. Ka-

листратова) 118

Бор 118

Алюминий 119

Галлий 121

Индий 124

Таллий 127

Скандий 130

Иттрий 132

Лантан 139

Актиний 143

Лантаноиды (И. Я• Василенко) 146

Церий 146

Празеодим 150

Неодим 151

Прометий 153

Самарий 156

Европий 157

4 ОГЛАВЛЕНИЕ

Гадолиний 160

Тербий 162

Диспрозий 164

Гольмий 165

Эрбий 166

Тулий 168

Иттербий 169

Лютеций 171

Актиноиды (С. В. Степанов) 172

Торий 172

Протактиний 180

Уран 183

Нептуний 191

Плутоний 197

Америций 208

Кюрий 21G

Берклий 222

Калифорний 224

Радиоактивные изотопы IV группы периодической системы (В. А. Осипов) 233

Углерод 233

Кремний 240

Германий 242

Олово 244

Свинец 247

Титан 252

Цирконий 253

Гафний 256

Курчатовий 258

Радиоактивные изотопы V группы периодической системы (Т. И. Заикина) 259

Азот 259

Фосфор 260

Мышьяк 267

Сурьма 271

Висмут 276

Ванадии 280

Ниобий 283

Тантал 292

Пильсборий 295

Радиоактивные изотопы VI группы периодической системы (10. И. Мос-

калев) 295

Кислород 295

Сера 297

Селен 302

Теллур 305

Полоний 309

Хром 320

Молибден 324

Вольфрам 326

Радиоактивные изотопы VII группы периодической системы (И. Я- Ва-

силенко) 329

Фтор 329

Хлор 331

Бром 333

Иод 335

Астат 343

5 ОГЛАВЛЕНИЕ

Марганец 344

Технеций 350

Рений 353

Радиоактивные изотопы VIII группы периодической системы (Ю. И. Мос-

калев) 356

Гелий 356

Неон 356

Аргон 356

Криптон 358

Ксенон 365

Радон 369

Железо 379

Кобальт 384

Никель 391

Рутений 393

Осмий 400

Родий 402

Палладий 403

Иридий 405

Платина 408

Продукты ядерного деления (И. Я- Василенко) 410

Приложение. Ядерно-физические свойства основных радиоактивных изо-

топов 425

Общий библиографический список 461

ПРЕДИСЛОВИЕ

В связи с широким распространением в природе радионукли-

дов естественного и искусственного происхождения, в связи

с постоянно увеличивающимся применением их в народном хо-

зяйстве необходимо иметь возможно полное представление о свой-

ствах радиоактивных элементов. Среди важнейших характеристик

радиоактивного материала следует назвать характер ионизирую-

щих излучений радионуклида, распространенность его в при-

роде, химические свойства, физико-химическое состояние, спо-

собность химических превращений в окружающей среде и в орга-

низме человека и животных, биологическую активность излуча-

телей и биологическую активность различных химических соеди-

нений радионуклидов, формы нахождения радионуклида в среде

(аэрозоли, растворы, твердая фаза), способность включаться

в кругооборот веществ в природе и движение по различным био-

логическим цепочкам. Особое значение имеет способность радио-

нуклидов при поступлении в организм вызывать различные по-

вреждения от острых, приводящих к заболеванию и гибели

в ранний период, до подострых и хронических с отдаленными

последствиями в виде опухолей, генетических эффектов и

пороков развития.

Последовательное систематизированное освещение в литературе

кинетики обмена и биологического действия всех известных в на-

стоящее время радионуклидов отсутствует. Материалы по отдель-

ным радионуклидам разбросаны по разным источникам, а в имею-

щихся сводках сгруппированы только наиболее «важные» с точки

зрения автора радиоактивные материалы.

Перед авторами настоящего издания стояла задача не только

представить накопленные в литературе данные по упомянутым

вопросам, но и систематизировать их таким образом, чтобы наблю-

даемые изменения можно было сравнить с подобными же, но вы-

зываемыми другим радионуклидом, обнаружить сходство и раз-

личие в их поведении в организме и различие в токсическом дей-

ствии. Вместе с тем авторы стремились дать информацию по каж-

дому из представленных радионуклидов с тем, чтобы читатель

в каждом конкретном случае мог получить ответы на интересую-

щие его вопросы. В интересах решения двух этих задач изложение

материалов следует схеме строения периодической системы эле-

ментов Менделеева, как это было уже принято в двух первых кни-

гах настоящего издания, посвященных неорганическим соедине-

ниям [7, 8]. Такой принцип позволяет обнаружить общие законо-

мерности судьбы радионуклидов, их токсичности и биологического

действия, а также быстро найти в тексте искомое радиоактивное

7 ПРЕДИСЛОВИЕ

вещество. Кинетика обмена радионуклидов в организме, пути

поступления и выделения их из организма, скорость очищения

отдельных органов и тканей в значительной степени определяют

картину поражения, которая прямо связана с величиной погло-

щенной дозы. Особенность действия радионуклида существенно

зависит от таких его физических характеристик, как энергия

излучения, тип излучения, период полураспада и величины

эффективного периода полувыведения. Эти материалы по каждому

радионуклиду и его соединениям представлены в соответствую-

щих подразделах. Краткая характеристика этих подразделов

и принятые в них сокращения содержатся в разделе «Указания

к пользованию справочником».

В связи с особенностями настоящего тома, где рассматривается

один действующий фактор — радиоактивные излучения, его

структура несколько отличается от структуры других книг изда-

ния. Прежде всего — основной материал предваряют три общих

раздела. В первом из них дана краткая характеристика групп

радионуклидов в соответствии с периодической таблицей

Д. И. Менделеева. Второй раздел посвящен общим гигиеническим

аспектам, которые не вошли в разделы о конкретных радионук-

лидах, поскольку в той или иной степени имеют отношение ко

всем из них. Здесь дано представление о дозах излучения и еди-

ницах их измерения, о биологическом действии ионизирующих

излучений, о гигиенической регламентации облучения человека,

об источниках излучений, защите от них, авариях. Наконец,

последний общий раздел посвящен вопросам дозиметрии. Изло-

жение материала в нем ведется на профессиональном языке, как

того требует сам предмет. Необходимость такого раздела связана

со спецификой действующего фактора и невозможностью глубо-

кого изучения вопросов дозиметрии в случае каждого из элемен-

тов. В последнем случае, в противоположность другим книгам

издания, приведены только краткие комментарии об объектах

исследования и типах детектируемых или измеряемых излу-

чений.

Особенностью тома является также смещение центра изложе-

ния во многих случаях с описания токсического действия, как это

принято в остальных книгах издания, на описание метаболизма

радионуклидов в организме, с одной стороны, и на гигиенические

нормативы — с другой. Это связано с отсутствием данных о ток-

сичности, например, многих короткоживущих изотопов. В то же

время вопросы поступления, распределения и выведения радио-

нуклидов из организма достаточно хорошо изучены. Точно так же

имеются достаточно хорошо разработанные нормативные показа-

тели, которые во всех случаях приведены в книге.

Остановимся кратко на некоторых вопросах воздействия ра-

дионуклидов и их излучений на организм, которые почти или

ПРЕДИСЛОВИЕ

совсем в дальнейшем не затрагиваются, но представляют несом-

ненный интерес.

Фоновое излучение и доза, им обусловленная. Радиоактивные

излучения являются неотъемлемой частью мира, в котором мы

живем; сама жизнь на Земле возникла на фоне этих излучений.

Радиационный фон определяется радиоактивными изотопами ряда

химических элементов, рассеянных в горных породах Земли,

в почве, воде и воздухе, а также космическим излучением. На

протяжении биологической истории Земли этот фон практически

оставался неизменным, обуславливая дозу радиации порядка

-3

Гр/год *, получаемую любым организмом. Считается, что

эта доза не вызывает видимых биологических эффектов. Более

того, можно предположить, что эта доза является необходимой для

существования жизни на Земле в той форме, в какой она суще-

ствует, поскольку эта жизнь возникла, эволюционировала и су-

ществует в условиях определенного радиационного фона.

Рассмотрим кратко вопрос о дозе внутреннего а-облучения

человека за счет естественных радионуклидов уранового и торце-

вого рядов, основная масса которых концентрируется в скелете.

По биологическому действию это самый опасный вид облучения.

Основные радионуклиды —

238

22li

Ra и

210

Pb — равномерно рас-

пределены по всему объему минеральной кости, a

232

Th концен-

трируется в основном на костных поверхностях. Средняя концен-

трация

238

U в костной ткани составляет 150 мБк/кг с колебаниями

от 30 до 200 мБк/кг. Для

226

Ra в костной ткани средняя концентра-

ция 170 мБк/кг, для

210

Pb — 84 мБк/кг. Указанные концентра-

ции обуславливают годовую поглощенную дозу облучения кост-

ных клеток и красного костного мозга (Поникарова, Беняшева):

Радионуклид

Доза,

10-' Гр

Радионуклид

Костные клетки

Костный мозг

238

U 18/(13—22) 2,2/(1,7-2,8)

234

U 21/(16—26) 2,6/(1,9-3,2)

226

Ra 41/(22—63) 3,7/(2,0-5,8)

210

Pb—

2l0

Po 325/(216—408) 45/(30—57)

232

Th 72/(50-112) 7,1/(4,3-9,5)

Примечание. B знаменателе — пределы колебаний дозы в популяциях,

связанные, по-видимому, о различиями рациона питания и биологическими особенностями

индивндумов.

* Определения всех используемых в предисловии параметров радиоактив-

ности содержатся в последующих разделах.

9 ПРЕДИСЛОВИЕ

За последние 40 лет уровень излучения во внешней среде

несколько увеличился за счет радиоактивных отходов от атомных

электростанций и предприятий атомной промышленности, глав-

ное же — за счет радиоактивных выпадений после испытаний

атомного оружия.

Проблема радиоактивных отходов. Радиоактивные отходы

(PACty — это побочные биологически и/или технически вредные

вещества, содержащие образовавшиеся в результате технической

деятельности человека радионуклиды. Локализованы эти отходы

в сравнительно небольших объемах, чем отличаются от радио-

активных выбросов, поступающих в окружающую среду, прежде

всего — в атмосферу, и рассеивающихся в ней. Активность РАО

определяется главным образом искусственными радионуклидами,

имеющими T1/2 не менее нескольких часов.

В настоящее время в хранении и захоронении РАО суще-

ствуют две тенденции: локальная и региональная, Захоронение

отходов на месте их образования удобно во многих отношениях,

однако по мере строительства новых объектов такой подход

приводит к увеличению опасных зон захоронения. С другой сто-

роны, с созданием ограниченного числа таких мест возникает

проблема стоимости и обеспечение безопасности перевозок отхо-

дов. Окончательный выбор в этом вопросе еще не сделан, если он

вообще возможен. В различных странах вопрос решается по-

разному и, насколько можно судить, пока не окончательно.

В процессе образования РАО и борьбы с ними существуют сле-

дущие основные этапы: улавливание, концентрирование, упаковка,

хранение, захоронение. Первый этап особенно важен в случае

газообразных РАО, среди которых наиболее существенны радио-

нуклиды криптона, ксенона, трития и углерода. Наиболее рас-

пространены жидкие РАО, которые для захоронения доводят до

твердого состояния, концентрируя их и включая в стеклообраз-

ную массу, а затем — в металлическую матрицу, бетонные блоки

или пористые керамические материалы. Наиболее многочисленны

твердые отходы. Полагают, что в реакторах АЭС мощностью 1 ГВт

за год образуется 300—500 м

твердых отходов, а от переработки

ТВЭЛов еще 10 м

высокоактивных, 40 м

среднеактивных и

130 м

низкоактивных (Кривохатский). В Англии к 2000 г. прогно-

зируется всего 5000 м

высокоактивных РАО, 80 000 м

средней

активности и 500 000 м

— низкой.

Существенной проблемой является выбор геологических фор-

маций для захоронения РАО. Наиболее пригодны для этого глу-

бокие шахты и штольни, преимущественно в каменной соли.

Используются скважины в глинах или скальных породах. В лю-

бом случае место захоронения должно характеризоваться высокой

водонепроницаемостью. Проблема захоронения РАО достаточно

сложна; в доступной форме эта проблема рассмотрена Криво-

ПРЕДИСЛОВИЕ

хатским, у него же представлены некоторые проекты. Своеобраз-

ными участками захоронения являются места подземных ядер-

ных взрывов. Например, в США на полигоне в штате Невада,

где было произведено примерно 450 взрывов, каждый из них обра-

зовал вместилище высокоактивных РАО, в том числе нескольких

килограммов

23u

236

234

H, захороненных в горном массиве

без всяких технических барьеров.

Особым видом РАО являются твердые отходы, образующиеся

при переработке урановых и ториевых руд. Они характеризуются

повышенным содержанием естественных радионуклидов (ЕР).

Эти отходы с учетом их удельной активности могут использоваться

в качестве строительных материалов. При этом концентрация EP

в этих материалах, используемых во всех вновь строящихся жи-

лых и общественных зданиях, не должна превышать утвержден-

ных нормативов [41 ]:

228

Ra —3,7- IO"

Бк/г,

232

Th — 2,59* КГ'Бк/г,

K—48,1 Бк/г. Для сравнительных оценок радиоактивности

строительных материалов применяют эффективную удельную

активность ЕР, рассчитываемую по уравнению:

Сэфф = C

+ 1,26CTh + 0,086С

где Ct — содержание соответствующего радионуклида, пКи/г.

Твердые отходы с С

оф

ф более 3,7- 10

-1

Бк/г могут использоваться

только для некоторых видов строительства:

Класс

отхо-

эфф'

Бк/г

Область применения

дов

III

Сзфф< 3,7. 10-1

3,7- 10

-1

<С

фф<7,4'10~*

7,4-IO"

< С

< 22,4• Ю

-1

22,4-10-1 < С

эфф

<3,7

•"Эфф

> 3,7

В строительстве без ограничений

В промышленном и дорожном строительстве

вне жилой зоны в качестве наполнителя же-

лезобетонных и бетонных плит

В промышленных зонах вне населенных пунк-

тов для дамб и плотин

В регионе их получения для строительства

плотин, дамб, хвостохранилищ, закладки вы-

работок

Только для захоронения и закладки горных

выработок

Метод радиационно-гигиенической оценки РАО с повышенным

содержанием EP описан Логиновым и др.

Радиационный фон помещений. В среднем 50 % радиацион-

ного фона обусловлены радоном и продуктами его распада. Источ-

ником радона является земная кора, при этом образуется радон

из радия, распространенного повсеместно. Весьма неприятным

открытием явилось обнаружение достаточно заметных количеств

радона в различных помещениях, особенно в жилых домах. Источ-