Ю. Одум - Основы экологии (1975) (1135319), страница 162
Текст из файла (страница 162)
С нейтронным излучением можно встретиться вблизи реакторов и в местах ядерных взрывов, но, как указано выше, они играют главную роль при образовании радиоактивных веществ, которые затем широко распространяются в природе, Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение, очень близкое гамма-лучам, но Образующееся на внешних электронных оболочках, а не в ядре атома и не испускаемое радиоактивными веществами, рассеянными в окружающей среде. Так как действие рентгеновских и гамма-лучей одинаково и так как рентгеновские лучи легко получать на специальной установке, их удобно применять при экспериментальном изучении особей, популяций и даже небольших экосистем. Космические лучи — это излучение, приходящее к нам из космического пространства и состоящее из корпускулярной и электромагнитной компонент.
Интенсивность космических лучей в биосфере мала, однако они представляют собой основную опасность при космическом путешествии (гл. 20). Космические лучи и нонизнрующее излучение, испускаемое природными радиоактивными веществами, содержащимися в воде и почве, образуют так называемое фоновое излучение, к которому адаптирована ныне существующая биоча.
Возможно, что поток генов в биоте поддерживается благодаря наличию этого фонового излучения. В разных частях биосферы естественный фон различается в три-четыре раза. В этой главе мы сосредоточим внимание главным образом на искусственной радиоактивности, которая добавляется к фону. Единицы измерений Для изучения радиационных явлений необходимы два типа измерений: 1) измерение количества радиоактивного вещества по числу происходящих распадов; 2) измерение дозы излучения в терминах поглощенной энергии, которая может вызвать ионизацню и повреждения.
Основной единицей активности служит кюри (Кн), определяемое как такое количество радиоактивного изотопа, в котором каждую секунду распадается 3,7 10" атомов, т. е. происходит 2,2 10м актов распада в минуту. Реальный вес вещества, соответствующего одному кюри„очень различен у долгоживущих, т. е. медленно распадающихся, и у коротко- живущих, т. е. быстро распадающихся изотопов. Например, для радия 1 Ки соответствует 1 г, а для только что образовавшегося радиоактивного натрия — гораздо меньшее количество, около 10 т г! С биологической точки зрения 1 Ки — активность довольно высокая, и поэтому на практике широко пользуются более мелкими единицами: милликюри (мКи) =10-' Ки; мнкрокюри (мкКи) =10-' Кн; нанокюри (нКи) = =10-» Ки; пикокюри (пКи) =10м Ки.
Возможный диапазон активностей так велик, что следует быть очень внимательным к запятым в десятичных дробях. Активность, выраженная в кюри, показывает, сколько альфа- или бета-частиц илн гамма-лучей испускает источник радиоактивно- ЧАСТЬ К ПРИКЛАДНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ 574 сти, но это ничего не говорит о действии, которое они производят на организмы, лопавшие «под обстрел». Другой важный аспект излучения — его доза — измеряется в разных шкалах. Наиболее удобной единицей для всех типов излучения служит рад. Один рад — это такая доза излучения, при которой на 1 г ткани поглощается 100 эрг энергии. Более старую единицу дозы — рентген (Р) — строго говоря, можно использовать только для гамма- и рентгеновских лучей. Однако, пока речь идет о воздействии на живые организмы, рад и рентген — почти одно и то же.
В 1000 раз меньшие единицы, а именно миллирентгеи (мР) или миллирад (мрад), удобны для измерения тех уровней излучения, которые часто регистрируются в окружающей среде. Важно подчеркнуть, что рентген или рад — это единицы суммарной дозы. Доза излучения, полученная в единицу времени, называется интенсивностью дозы. Так, если организм получает 10 мР в час, то суммарная доза за 24 ч составит 240 мР, или 0,240 Р. Как мы увидим, очень важное значение имеет время, за которое организм получает данную дозу. Приборы, используемые для измерения ионизирующего излучения, состоят из двух основных частей: 1) детектора и 2) электронногосчетчика.
Для измерения бета-частиц обычно используются газовые счетчики, такие, как счетчик Гейгера, а для измерения гамма- и других типов излучения широко применяют твердые или жидкостные сцинтиляционные счетчики (они содержат вещества, которые превращают невидимое излучение в видимое излучение, регистрируемое фотоэлектрической системой). Радиоактивные изотопы, имеющие важное значение в экологии Каждому химическому элементу соответствуют разные типы атомов, все они имеют несколько различное строение, некоторые из них радио- активны, другие — нет. Эти варианты элементов называются изотопами. Например, существует несколько изотопов кислорода, несколько изотопов углерода и т. д. Радиоактивные изотопы нестабильны и при распаде превращаются в другие изотопы, испуская при этом излучение.
Каждый радиоактивный изотоп характеризуется определенным числом — атомным весом и распадается с определенной скоростью. Эту скорость принято называть периодом полураспада. Некоторые радиоактивные изотопы, имеющие важное значение для экологии, перечислены в табл. 59. Можно видеть, что мСа — это радиоактивный изотоп кальция; его атомный вес равен 45 и каждые 160 дней он теряет половину своей радиоактивности. Период полураспада — величина, постоянная для данного изотопа (т. е.
внешние факторы не влияют на скорость разрушения); для разных радиоактивных изотопов величина его варьирует от нескольких секунд до многих лет. В общем крайне «короткоживущие» радионуклиды не представляют интереса для экологии. Проникающая сила излучения зависит от его энергии. Большинство важных для экологии радиоактивных изотопов обладают энергиями от 0,1 до 5 Мэв (миллионов электронвольт). В табл. 59 указаны относительные энергии каждого изотопа (точные оценки можно найти в стандартных справочниках). Чем выше энергия, тем больше — в пределах данного типа излучения — потенциальный ущерб для биологического материала. Но, с другой стороны, изотопы с высокой энергией легче обнаруживаются в очень небольших количествах; поэтому они более удобны в качестве «меток», или индикаторов.
Например, гамма-излучатели высокой энергии, такие, как,кобальт-60, цезий-134, скандий-46 или тан- ТАБЛИЦА Зз Экологически важнмг рааиокуклида. Группа А. Естественные изотопы, участвующие в создании фонового излучения ! Псрвод полурвс. пвдв Ивлучсввв Уран-235 (ыв()) Уран-238(зы()) Радий-226(мсйа) Торий-232(эмТЬ) К 9-40( 'К) Углерод-14 (см. группу Б) 7 !Ов лет 4,5 10» э 1620 э 14!О!о э 1,3 109 э Альфа""' Гамма" » э Бета*** Гаммаьсэ Бета*э Бета* Ветвь* Гамма**э » Гамма*" » Гамма*** Бета' Бета»ос » Бета'ээ* э Бетаэь э Бета"эь » Бетаэ Бета"' э Кальций-45("Са) Углерод-14 ('"С) Кобальт-60(МСо) Медь-64(ыСи) Иод-! 31 ('э'1) Железо-59(сэре) Водород-3 (тритий) Марганец-54(всМп) Фосфор-32 ('эр) Калий-42('эК) Натрий-22(ээМа) Натрий-24(МНа) Сера-35 (МЗ) Цинк-65 (свуп) 160 дней 5568 лет 5,27 э 12,8 ч 8 дней 45 э 12,4 года ЗОО дней 14,5 э 12,4 ч 2,6 года 15,1 ч 87,1 дня 250 дней (а также барий-!40("вВа), бром-82(МВг), молибден-99(ММо) и другие редкие зле.
менты) Группа В. Радиоактивные изотопы, содержащиеся в больших количествах в продуктах деления Группа стронция Стронций-90(вс5г) Дочерний иттрий-90(МУ) Стронций-89(вэ3г) Группа цезия Цезий-137(!вгСз) Дочерний барий-137('МВа) Цезий-!34(""Сз) Группа церия Цезий-137('э'Сз) Дочерний празеодим-144(гырг) Цезий-134 (!МСз) Группа рутения Рутений-106(!"Кп) Дочерний радий-106(сыйй) Рутений-103(!сэ)!п) Цирконий-95(МЕг) Дочерний ниобий-95(МНО) Барий-!40(!сэВа) Дочерний лантан-140(!4Ч.а) Неоднм-147(эсг(46) Дочерний прометий-147(ыгРш) Иттрнй-91(э!у) Плутоний-239(э'эрп) Иод-!31 (см. группу Б) Уран (см, группу А) 28 лет 2,5 дня 53» Бета" Вета "* ЗЗ года 2,6 мнн 2,3 года Гамма Гамма'* Гамма*" Бета Бета*' 285 дней 17 мин 33 дня » Гамма* Бета" Гамма"'" Бета '** Гамма" Бета» Бета**** Гаммаэээ Бета'* Гаммаэ* Бета*' Бета* » Бета"' Гаммаэь" Бета'* Гаммаь* » Гамма Бета'*' Гаммаээ Альфа**" » ! гад 30 с 40 дней 65 э 35 э 12,8 э 40 ч 11,3 дня 2,6 года 61 день 2,4 10э лет ь Очень яввлвв энергия, новое 9,2 Мэв; ээ срввянтсльяо янвявя энергия, 0,2-! Мвв; "" выселяя ввсргяя, ! — 3 Мвв: э'" очень высосав вявргяя, более 3 Мэв.
Группа Б. Изотопы злементов, которые являются существенными компонентами орга- низмов ЧАСТЬ К ПРИКЛАДНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ тал-182, служат полезными «метками», с помощью которых можно следить снаружи за передвижениями под корой деревьев или е почве. Как показывает табл. 59, с экологической точки зрения радиоактивные изотопы можно разбить на несколько довольно хорошо различимых групп. В группу А входят встречающиеся в природе радиоактивные изотопы, участвующие в создании фонового излучения.
В группу Б входят изотопы элементов, являющихся существенными компонентами тканей животных и растений; они поэтому имеют большое значение в ~качестве меток при изучении метаболизма сообщества и как источники внутреннего облучения.В группу В входят продукты деления урана и некоторых других элементов; большинство этих элементов несущественны для метаболизма (за исключением иода-131). Однако элементы этой группы опасны, так как они в больших количествах образуются при ядерных взрывах, а также при управляемых ядерных реакциях при производстве электричества или других полезных форм энергии.
Хотя большинство из этих изотопов не представляют собой существенные компоненты протоплазмы, они легко включаются в биогеохимические циклы, и многие из них, особенно нуклиды стронция и цезия, накапливаются в пищевых цепях (гл. 4, равд. 4). Обратите внимание, что м~ногие изотопы пруппы В производят «дочерние изотопы» (изотопы, образующиеся при распаде другого изотопа), которые часто обладают большей энергией, чем исходные изотопы. Человек надеется со временем научиться использовать энергию ядерного синтеза, выделяемую в водородной бомбе, и заменить ею энергию ядерного деления, которая лежит сейчас в основе развития ядерной энергетики. При этом мы избавились бы от продуктов деления, но не решили бы проблем, создаваемых тритием ('Н) и наведенной радиоактивностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
