Лекции по радиационной гигиене. Информационный материал к практическим занятиям по радиационной гигиене

Информационный материал по радиационной гигиене

к теме практического занятия №5 «Гигиеническая оценка радиоактивности продуктов питания»

Цель: Ознакомиться с основными принципами гигиенической оценки радиоактивности продуктов питания.

Алгоритм занятия:

1. Ознакомление с факторами естественного и искусственного происхождения, обуславливающими радиоактивность продуктов питания.

2. Ознакомление с алгоритмом определения радиоактивности продуктов питания:

2.1. отбор проб для радиометрического исследования;

2.2. подготовка проб для определения радиоактивности;

2.3. Определение суммарной активности проб и гигиеническая оценка результатов расчета удельной радиоактивности проб продуктов питания по стронцию-90 (⁹⁰Sr) и цезию-137 (¹³⁷Cs).

3. Решение ситуационную задачу по оценке удельной радиоактивности продуктов питания; дать гигиеническую оценку полученным результатам и соответствующие рекомендации.

Учебные пособия:

1. Ильин Л.А. Радиационная гигиена: учебник /Л.А. Ильин, В.Ф. Кириллов, И.П. Коренков.- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010.- С. 214-216.

2. Архангельский В.И. Радиационная гигиена: практикум / В.И. Архангельский, В.Ф. Кириллов, И.П. Коренков. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009.- С. 113-131.

3. Ширинский В.А. Методические указания к практическим занятиям по радиационной гигиене: Пособие кафедры / В.А. Ширинский, А.И. Положенцева. – Омск, 2012.- 47 с.

4. Ширинский В.А. Задачи для самостоятельного решения и тестовые задания по радиационной гигиене: Пособие кафедры / В.А. Ширинский, А.И. Положенцева. – Омск, 2012.- 79 с.

5. Лекции по радиационной гигиене.

6. Информационный материал к практическим занятиям по радиационной гигиене

Вопросы для самостоятельной подготовки:

Какие радиоизотопы обуславливают радиоактивность продуктов растительного и животного происхождения.
В каких случаях проводится исследование радиоактивности продуктов питания.
Пути проникновения искусственных радиоизотопов в продукты питания из объектов окружающей среды.
С какой целью проводится предварительный дозиметрический контроль продуктов питания.
Рекомендуемые объем и частота отбора проб продуктов питания для радиометрического исследования
Нормы отбора проб различных продуктов питания для радиометрического исследования.
Особенности приготовления препаратов из молока, мяса и рыбы.
Особенности приготовления препаратов из сыпучих продуктов и хлеба.
Особенности приготовления препаратов из плодоовощной продукции.
Методы термического концентрирования продуктов питания растительного и животного происхождения.
Расчет удельной активности препаратов, приготовленных из продуктов питания.
С какой целью проводится радиохимический анализ проб продуктов питания.
Алгоритм радиохимического анализа проб продуктов питания.
Нормирование удельной активности основных продуктов питания по цезию-137 и стронцию-90 (мясо, молочные продукты, продукты из рыбы, хлеб, макаронные изделия).
Нормирование удельной активности основных продуктов питания по цезию-137 и стронцию-90 (картофель, овощи, бахчевые, фрукты и ягоды).

Основными источниками облучения населения являются радиационный фон Земли, а также источники ИИ, применяемые в медицине для диагностики и лечения заболеваний.

Радиационный фон Земли складывается из трех компонент:

Космическое ионизирующее излучение
Ионизирующее излучение от естественных РН, рассеянных в земной коре, почве, воздухе, воде и других объектах внешней среды.
Технологически измененный естественный радиационный фон.
Ионизирующее излучение от искусственных РН, образовавшихся при испытаниях ядерного оружия и выпавших на поверхность Земли в виде радиоактивных осадков;
Ионизирующее излучение от искусственных РН, поступивших в окружающую среду в результате деятельности предприятий атомной промышленности и энергетики, учреждений, применяющих в своей деятельности РВ.

Природная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами естественного происхождения, присутствующими во всех оболочках земли — литосфере, гидросфере, атмосфере, биосфере.

Радиоактивные элементы естественного происхождения условно разделены на три группы.

1. Радиоактивные изотопы, входящие в состав радиоактивных семейств, родоначальниками которых являются уран ²³⁸U и торий ²³²Th.

2. Генетически не связанные с радиоактивными семействами элементы: калий К⁴⁰, кальций ⁴⁸Са, рубидий ⁸⁷Rb и др.

3. Космогенные радионуклиды, непрерывно возникающие на Земле в результате ядерных реакций, под воздействием космических лучей. Наиболее важными из них являются углерод (С¹⁴) и тритий (³Н). натрий-22 (²²Na)

Радиоизотопы всегда находятся в объектах биосферы, в том числе и в тех, которые используются в качестве продуктов питания: сельскохозяйственные растения, овощи, злаки, рыба, птица, сельскохозяйственные животные.

В продуктах растительного и животного происхождения содержатся практически все естественные радиоактивные изотопы, которые встречаются в природе:

К I группе, достаточно малочисленной, принадлежат естественные радиоактивные изотопы ⁴⁰К (калий-40), ¹⁴С (углерод-14), ³Н (тритий), ²⁴Na (натрий-24), которые наравне со стабильными изотопами этих же химических элементов, принимают активное участие в обмене веществ. В этой группе изотопов главным по величине создаваемой активности в продуктах питания является ⁴⁰К.

Удельная радиоактивность

по К⁴⁰ отдельных пищевых продуктов

Продукт	Бк/кг	Продукт	Бк/кг
Пшеница	148	Говядина	85
Рожь	178	Свинина	33
Крупа гречневая	41	Рыба	78
Картофель	130	Молоко коровье	44
Морковь	85	Лук	44
Горох	274	Масло сливочное	4

Количество изотопов калия в растительных организмах по сравнению с его содержанием в земной коре меньше в 3—10 раз. В организме животных калия еще меньше по сравнению с почвой (в 10—15 раз). Важно отметить, что растения, организм животных усваивают калий, натрий, углерод, в том числе и радиоактивные изотопы этих элементов, ровно в том количестве, которое необходимо для поддержания гомеостаза.

На порядок меньше удельная радиоактивность продуктов по углероду-14; активность продуктов питания по тритию ничтожна и ее можно пренебречь.

Значение таких естественных радионуклидов как ²³⁸U (уран-238), ²²⁶Ra (радий-226), ²³²Th (торий-232), ^2l0Pb (свинец-210), ²¹⁰Po (полоний-210) в обменных процессах, происходящих в растениях и организме животных и человека, изучено недостаточно. Но точно известно, что содержание этих изотопов в биомассе прямо зависит от их концентрации в окружающей среде. Удельная активность растительной пищи по ²¹⁰РЬ и ²¹⁰Ро составляет от 0,02 до 0,37 Бк/кг. А вот содержание²¹⁰Ро в чае может достигать 31 Бк/кг. В продуктах питания животного происхождения удельная активность ²¹⁰РЬ колеблется: от 14 мБк/кг (молоко) до 180 мБк/кг (мясо). Суммарная радиоактивность растений и тканей животных за счет естественных радиоизотопов, распадающихся по α-типу, составляет 0,37 и 0,037 Бк/кг соответственно.

Пищевые продукты являются основным источником естественных радиоактивных изотопов, поступающих в организм человека. Вода в этом отношении имеет второстепенное значение. Среди продуктов главным источником поступления в организм человека естественных РИ являются продукты растительного происхождения.

Удельная радиоактивность

по ²²⁶Rа отдельных пищевых продуктов

Продукт	Бк/кг	Продукт	Бк/кг
Пшеница	0,07-0,1	Говядина	0,03-0,07
Горох	0,3-0,9	Рыба	0,01-0,03
Картофель	0,02-0,04	Молоко	0,005-0,01
Морковь	0,06-0,23	Яйца	0,11-0,33
Яблоки	0,007-0,033	Масло сливочное	0,004-0,012

Кроме естественных РИ с продуктами питания в организм могут поступать радиоизотопы искусственного происхождения. Искусственные РИ попадают в растения и организм животных из объектов окружающей среды, источниками загрязнения которой являются предприятия по добыче и переработке ядерного топлива, реакторы атомных электростанций, медицинские учреждениях, применяющие искусственные РН в целях диагностики и лечения некоторых заболеваний, предприятия по утилизации радиоактивных отходов.

В наземную растительность искусственные РИ попадают в результате выпадения из атмосферного воздуха (в меньшей степени), и, главным образом, из поверхностных слоев почвы. Радиоактивные изотопы из почвы переходят в корневые системы растений так же, как и стабильные изотопы тех же элементов Степень усвоения ⁹⁰Sr (стронций-90) растениями из почвы зависит от физиологических потребностей растений и физико-химических свойств почвы. Чем прочнее радиоизотоп фиксируется в почве, тем меньшее его количество попадает в растение. Так, например, овес, выращенный на песке, накапливал ⁹⁰Sr в несколько раз больше, чем овес, произрастающий на тяжелом суглинке.

Попадая из почвы в растение, радиоактивные элементы в зависимости от свойств проникают в наземные части или же задерживаются в корневой системе. Такие изотопы, как ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs (цезий-137), легко проникают во все органы растения. Плутоний-244 (²⁴⁴Pu) накапливается в корневой системе растения.

Второй путь возможного поступления искусственных РН в растения заключается в поглощении их через поверхность надземных органов. При нанесении на листья радиоизотопов стронций-90, йод-131, цезий-137 перемещаются по растению достаточно быстро и уже через 90 ч их находят во всех органах растений.

В результате загрязнения растений ИРН они поступают в организм животных алиментарным путем. При попадании в желудочно-кишечный тракт сельскохозяйственных животных эффективно усваиваются цезий-137, йод-131, стронций-90. Попавшие в кровоток радиоактивные изотопы распределяются по различным органам и тканям: стронций, иттрий, радий концентрируются в скелете, цезий — в мышцах, йод — в щитовидной железе, рутений — в почках и т.д. Из организма животного они выводятся с характерным для каждого изотопа периодом полувыведения. У рыб основной путь поступления радионуклидов в организм - алиментарный. Поэтому в данном случае существенное значение имеет уровень загрязнения низших организмов, являющихся кормом для рыб. Вместе с тем радиоактивные изотопы проникают в организм рыбы и через жабры. Значимость этого пути возрастает с повышением удельной активности. Время предельного накопления изотопов (при постоянстве концентрации) в теле рыб колеблется от 10 до 120 дней. Коэффициент накопления для рыб находится в пределах от 4 до 130 раз.

1. Отбор проб. Перед отбором проб предварительно проводится дозиметрическое измерение партии продукта. Факт превышения фонового уровня мощности γ-излучения фиксирует в протоколе. Порядок отбора и число проб регламентируются соответствующими нормативными документами. Обязательному радиометрическому мониторингу подлежат молоко, мясо, рыба, крупы, хлеб, картофель. В процессе отбора проб фиксируют вид продукта, массу пробы, место и время взятия пробы, результаты дозиметрического измерения на месте отбора пробы, фамилию И.О., должность специалиста, взявшего проба.

Рекомендуемый объем и частота отбора проб некоторых пищевых продуктов для

радиометрического исследования суммарной активности по стронций-90 и цезиц-137¹

Вид продукта	Объем/масса	Частота исследований в различных районах
Вид продукта	Объем/масса	Незагрязненные	Загрязненные
Молоко, молочные продукты	6 л (кг)	1 раз в 3 месяца	Ежемесячно
Говядина, баранина	4 кг	2 раза в год	Ежемесячно
Свинина	4 кг	1 раз в год	Ежемесячно
Рыба	5 кг	1 раз в год	2 раза в год
Крупы, зерновые продукты	3 кг	1 раз в год	1 раз в год
Картофель	6 кг	1 раз в год	1 раз в год
Хлеб	3 кг	1 раз в год	1 раз в год

2. Приготовление счетных образцов. Жидкие продукты, в т.ч молоко, предварительно перемешивают, отбирают образец до 500 мл, далее выпаривают до получения сухого остатка, который затем сжигают в специальной печи до получения зольного остатка.

Из взятой пробы мяса формируют среднюю пробу массой 1 кг, получают из него фарш. Из фарша берут навеску 25-30 грамм сжигают до образования зольного остатка. Из взятой пробы рыбы формируют среднюю пробу массой не менее 1 кг. Из средней пробы готовят зольный остаток таким же образом как из мяса.

Из средней пробы сыпучих продуктов (крупы, мука, сахар и др.) формируют среднюю пробу массой не менее 1 кг, из которой навеска 25-30 грамм сжигается до образования зольного остатка. Для определения поверхностного радиоактивного заражения хлеба срезают корку (25-30 грамм) и готовят препарат из зольного остатка.

В процессе приготовления счетных образцов (препаратов) фиксируют следующие данные:

масса средней пробы (объем для жидких продуктов), в кг (л);
масса зольного остатка после сжигания пробы (m_{з.остаток}, в граммах);
масса зольного остатка, взятого для радиометрии (m_{препарат}, в граммах);

3. Радиометрия счетных образцов (препаратов):

определение скорости счета от фона (N_фон, имп./сек.);
определение скорости счета от эталонного счета с фоном, (N_эталон, имп./сек.);
определение скорости счета от счетного образца с фоном, (N_проба, имп./сек.);
расчет удельной активности радиоактивных веществ в исследуемой пробе (A_{уд.пробы}, Бк/кг):

4. Сравнение полученных результатов с соответствующими нормативами
С пищей в организм человека могут попадать естественные искусственные радиоизотопы, которые обладают различной радиотоксичностью, которая зависит от целого ряда факторов, в т.ч. типа их распада (α-распад; β-распад), характера преимущественного распределения РН по тканям и органам после поступления в организм, времени пребывания РН в организме. Наиболее опасны РН, распадающиеся по α-типу (при распаде радон-222, радий-226, полоний-209 из ядра вылетает α-частица, оказывающая разрушительное воздействие на различные биологические структуры, в т.ч на элементы ядра клетки). Особую опасность представляет накопление остеотропных РН (изотопы кальция, стронция, бария, радия) в трубчатых костях, в которых располагается красный костный мозг. Наибольшей радиотоксичностью обладают РН с длительным эффективным периодом пребывания в организме (стронций – несколько лет). Специалистов в области радиационной гигиены необходимо знать не только суммарную радиоактивности пробы, но и конкретные изотопы, которые ее обуславливают.

Поэтому для оценки опасности радиоактивного загрязнения продуктов питания проводятся специальные радиохимические исследования. В радиологической лаборатории методами экстракции, хроматографии, адсорбции, сокристаллизации выделяют отдельные изотопы, а затем уже определяют активность каждого из них.

Удельная радиоактивность

основных пищевых продуктов ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, в Бк/кг (данные за 1990 г.)

Продукт	активность по ⁹⁰Sr	активность по ¹³⁷Cs
Молоко	0,05	0,14
Хлеб	0,08	0,33
Мясо говядина	нет данных	0,32
Картофель	0,15	0,58

1 Радиационная гигиена: практикум / В.И. Архангельский, В.Ф. Кириллов, И.П. Коренков. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009.- С. 116.