Кр квантової механіки. Закон радіоактивного розпаду

120. При розпаді 94 Рu 239 → 92 U 235 + 2 Hе 4 звільняється енергія, більша частина якої становить кінетичну енергію α-часток. 0,09 меВ відносять γ-промені, що випускаються ядрами урану. Визначити швидкість α-часток, m Р u =±239,05122 а.е.м., m U =235,04299 а.

121. У процесі поділу ядро урану розпадається на дві частини, загальна маса яких менша від початкової маси ядра приблизно на 0,2 маси спокою одного протона. Скільки енергії виділяється при розподілі одного ядра урану?

123. Визначити кількість атомів урану 92 U 238 що розпалися протягом року, якщо первісна маса урану 1 кг. Обчислити постійну розпад урану.

124. Обчислити число атомів радону, що розпалися протягом першої доби, якщо первісна маса радону 1 г. Обчислити постійну розпад урану.

125. У людському організмі 0,36 мас припадає на калій. Радіоактивний ізотоп калію 19 До 40 становить 0,012% загальної маси калію. Якою є активність калію, якщо маса людини 75 кг? Період його напіврозпаду 1,42 * 10 8 років.

126. 100 р. радіоактивної речовини лежить на терезах. Через скільки діб ваги з чутливістю 0,01 г покажуть відсутність радіоактивної речовини? Період напіврозпаду речовини дорівнює 2 діб.

127. За два дні радіоактивність препарату радону зменшилась у 1,45 раза. Визначити період напіврозпаду.

128. Визначити кількість радіоактивних ядер у свіжоприготовленому препараті 53 J 131 , якщо відомо, що за добу його активність стала 0,20 Кюрі. Період напіврозпаду йоду 8 діб.

129. Відносна частка радіоактивного вуглецю 6 З 14 у старому шматку дерева становить 0,0416 частки його в живих рослинах. Який вік цього шматка дерева? Період напіврозпаду 6 З 14 становить 5570 років.

130. Було встановлено, що радіоактивному препараті відбувається 6,4*10 8 розпадів ядер на хвилину. Визначити активність цього препарату.

131. Яка частка первісної кількості ядер З8 Sг 90 залишається через 10 і 100 років, що розпадається за один день, за 15 років? Період напіврозпаду 28 років

132. Є 26*10 6 атомів радію Зі скільки з них відбудеться радіоактивний розпад за одну добу, якщо період напіврозпаду радію 1620 років?

133. У капсулі знаходиться 0,16 моль ізотопу 94 Ру 238 . Його період напіврозпаду 2,44 * 10 4 років. Визначити активність плутонію.

134 Є урановий препарат з активністю 20,7 * 106 розп / с. Визначити у препараті масу ізотопу 92 U 235 з періодом напіврозпаду 7,1*10 8 років.

135. Як зміниться активність кобальту протягом 3-х років? Період напіврозпаду 5,2 роки.

136. У свинцевій капсулі знаходиться 4,5*10 18 атомів радію. Визначити активність радію, якщо його період напіврозпаду 1620 років.

137. Через скільки часу розпадається 80% атомів радіоактивного ізотопу хрому 24 Cr 51 якщо його період напіврозпаду 27,8 діб?

138. Маса радіоактивного ізотопу натрію 11 Na 25 дорівнює 0,248 * 10 -8 кг. Період напіврозпаду 62 с. Чому дорівнює початкова активність препарату та його активність через 10 хв?

139. Скільки радіоактивної речовини залишається після закінчення однієї, двох діб, якщо спочатку її було 0,1 кг? Період напіврозпаду речовини дорівнює 2 діб.

140. Активність препарату урану з масовим числом 238 дорівнює 2,5 * 104 розп/с, маса препарату 1 г. Знайти період напіврозпаду.

141. Яка частка атомів радіоактивного ізотопу
90 Тh 234 має період напіврозпаду 24,1 дня, розпадає-
ся за 1 с, за добу, за місяць?

142. Яка частка атомів радіоактивного ізотопу ко-
бальта розпадається за 20 діб, якщо період його напіврозпаду -
так 72 днів?

143 За який час у препараті з постійною активністю 8,3*10 6 расп/с розпадається 25*10 8 ядер?

144. Знайти активність 1 мкг вольфраму 74 W 185 період напіврозпаду якого 73 дні

145. Скільки розпадів ядер за хвилину відбувається у препараті, активність якого 1,04 * 108 розп/с?

146. Яка частка початкової кількості радіоактивної речовини залишається через 1,5 періоду напіврозпаду, що не розпалася?

147. Яка частка початкової кількості радіоактивного ізотопу розпадається за час життя цього ізотопу?

148. Чому дорівнює активність радону, що утворився з 1 г радію за одну годину? Період напіврозпаду радію 1620 років, радону 3,8 дня.

149. Деякий радіоактивний препарат має постійну розпаду 1,44 * 10 -3 год -1. Через скільки часу розпадається 70% первісної кількості атомів 7

150. Знайти питому активність штучно отриманого радіоактивного ізотопу стронцію З8 Sг 90 . Період напіврозпаду його 28 років.

151. Чи може ядро кремнію перетворитися на ядро
алюмінію, викинувши у своїй протон? Чому?

152. При бомбардуванні алюмінію 13 Al 27 α -
частинками утворюється фосфор 15 Р 30 . Записати цю реакцію та
підрахувати виділену енергію.

153. При зіткненні протона з ядром берилію про-
сталася ядерна реакція 4 Ве 9 + 1 Р 1 → 3 Li 6 + α. Знайдіть енергію реакції.

154. Знайти середню енергію зв'язку, що припадає
на 1 нуклон, в ядрах 3 Li 6 7 N 14 .

155. При обстрілі ядер фтору 9 F 19 протонами утворюється кисень х О 16 . Скільки енергії звільняється за цієї реакції і які ядра утворюються?

156. Знайти енергію, що звільнилася за наступної ядерної реакції 4 Ве 9 + 1 Н 2 → 5 В 10 + 0 n 1

157. Ізотоп радію з масовим числом 226 перетворився на ізотоп свинцю з масовим числом 206 Скільки α і β-розпадів сталося при цьому?

158. Задано вихідні та кінцеві елементи чотирьох радіоактивних сімейств:

92 U 238 → 82 Pb 206

90 Th 232 → 82 Pb 207

92 U 235 → 82 Pb 207

95 Am 241 → 83 Bi 209

Скільки α і β-перетворень відбулося у кожній родині?

159. Знайти енергію зв'язку, що припадає однією нуклон в ядрі атома кисню 8 Про 16 .

160. Знайти енергію, що виділилася при ядерної реакції:

1 H 2 + 1 H 2 → 1 H 1 + 1 H 3

161. Яка енергія виділиться при утворенні 1 г гелію 2 Не 4 з протонів та нейтронів?

162. На що перетворюється ізотоп торію 90 Тh 234 , ядра якого зазнають трьох послідовних α-розпаду?

163. Допишіть ядерні реакції:

з Li б + 1 Р 1 →? + 2 Не 4;

13 А1 27 + про n 1 →?+ 2 Не 4

164. Ядро урану 92 U 235 захопивши один нейтрон, раз
ділилося на два уламки, при цьому звільнилося два нейтрони. Один із уламків виявився ядром ксенону 54 Хе 140 . Який другий уламок? Напишіть рівняння реакції.

165. Обчислити енергію зв'язку ядра гелію 2 Не 3 .

166. Знайти енергію, що звільняється при ядерній реакції:

20 Са 44 + 1 Р 1 → 19 К 41 +α

167. Написати позначення в наступну
чих ядерних реакціях:

1 Р 1 →α+ 11 Na 22

13 Аl 27 + 0 п 1 →α+...

168. Визначити питому енергію зв'язку тритину,

169. Зміна маси під час утворення ядра 7 N 15
одно 0,12396 а.а.м. Визначити масу атома

170 Знайти енергію зв'язку ядер 1 H 3 та 2 Не 4 . Який із цих ядер найбільш стійкий?

171 При обстрілі літію 3 Li 7 протонами виходить гелій. Записати цю реакцію. Скільки енергії звільняється за такої реакції?

172. Знайти енергію, поглинену під час реакції:

7 N 14 + 2 Не 4 → 1 Р 1 +?

173. Обчислити енергію зв'язку ядра гелію 2 Не 4 .

174. Знайти енергію, що звільнилася за наступної ядерної реакції:

3 Li 7 + 2 Не 4 → 5 В 10 + о n 1

175. Допишіть ядерні реакції:

1 Р 1 → 11 Nа 22 + 2 Не 4 , 25 Мn 55 + ?→ 27 З 58 + 0 n 1

176. Знайти енергію, що звільнилася при наступ-
ної ядерної реакції.

з Li 6 + 1 Н 2 →2α

177. Ядра ізотопу 90 Тh 232 зазнають α-розпад, два β-розпаду і ще один α-розпад. Які ядра після цього виходять?

178 Визначити енергію зв'язку ядра дейтерію.

179. Ядро ізотопу 83 Вi 211 вийшло з іншого ядра після одного α-розпаду та одного β-розпаду. Що то за ядро?

180. Який ізотоп утворюється з радіоактивного торію 90 Th 232 в результаті 4-α-розпадів і 2-β-розпадів?

181. У радіоактивному препараті з постійним розпадом λ=0,0546 років -1 розпалося до=36,36 % ядер їх початкової кількості. Визначити період напіврозпаду, середній час життя. За який час розпалося ядер?

182. Період напіврозпаду радіоактивної речовини 86 років. За який час розпадеться 43,12% ядер їхньої первісної кількості. Визначити постійну розпад λ та середній час життя радіоактивного ядра.

183. За один рік розпалося 64,46% ядер їхньої початкової кількості радіоактивного препарату. Визначити середній час життя та період напіврозпаду.

184. Середній час життя радіоактивної речовини = 8266,6 року. Визначити час, за який розпадається 51,32% ядер від їх первісної кількості періоду напіврозпаду, постійну розпаду.

185. У радіоактивній речовині з постійним розпадом λ=0,025 років -1 розпалося 52,76% ядер їх початкової кількості. Скільки часу тривав розпад? Чому дорівнює середній час життя ядер?

186. Визначити активність масою 0,15 мкг із періодом напіврозпаду 3,8 діб через дві доби. Проаналізувати залежність А = f(t)

187. Період напіврозпаду вісмуту (83 Bi 210) дорівнює 5
діб. Яка активність цього препарату масою 0,25 мкг через 24 години? Вважати, що це атоми ізотопу радіоактивні.

188. Ізотоп 82 Ru 210 має період напіврозпаду 22 роки. Визначити активність цього ізотопу масою 0,25 мкг через 24 години?

189. Потік теплових нейтронів, пройшовши в алюмінії.
відстань d= 79,4 см, послаблюється втричі. Визначити
ефективні перерізи реакції захоплення нейтрона ядром ато-
ма алюмінію: Щільність алюмінію = 2699 кг/м.

190. Потік нейтронів послаблюється в 50 разів, пройшовши відстань d у плутонії, густина якого ρ = 19860 кг/м3. Визначити d, якщо ефективний переріз захоплення ядром плутонію σ = 1025 барів.

191. У скільки разів послаблюється потік теплових нейтронів, пройшовши у цирконії відстань d=6 см, якщо щільність цирконію ρ = 6510 кг/м 3 а ефективний переріз реакції захоплення σ = 0,18 барів.

192. Визначити активність 85 Ra 228 з періодом напіврозпаду 6,7 років через 5 років, якщо маса препарату m=0,4 мкг і всі атоми ізотопу радіоактивні.

193. За який час розпалося 44,62% ядер із первісної кількості, якщо період напіврозпаду m=17,6 років. Визначити постійну розпад λ, середній час життя радіоактивного ядра.

194. Визначити вік археологічної знахідки з деревини, якщо активність зразка ізотопом становить 80% зразка зі свіжих рослин. Період напіврозпаду дорівнює 5730 років.

195. Рідкий калій? 800кг !мпослаблює потік нейтронів удвічі. Визначити ефективний переріз реакції захоплення нейтрону ядром атома калію, якщо потік нейтронів проходить у рідкому калію відстань d=28,56 див.

196. Визначити вік стародавньої тканини, якщо актив-
ність зразка по ізотопу становить 72% активності
зразок з свіжих рослин. Період напіврозпаду Т = 5730 років.

197. Записати у повній формі рівняння ядерної реакції (ρ,α) 22 Nа. Визначити енергію, що виділяється внаслідок ядерної реакції.

198. Уран, щільність якого ρ=18950 кг/м 2 , послаблює потік теплових нейтронів у 2 рази при товщині шару d=1,88 див.

199. Визначити активність ізотопу 89 Ac 225 з періодом напіврозпаду Т=10 діб через час t=30 діб, якщо початкова маса препарату m=0,05 мкг.

200. Визначити вік археологічної знахідки з деревини, якщо активність зразка по 6 С14 становить 10% активності зразка зі свіжих рослин. Період напіврозпаду Т = 5730 років.

201. Визначити товщину шару ртуті, якщо потік нейтронів пройшовши цей свій, послаблюється в 50 разів ефективний переріз реакції захоплення нейтрону ядром σ = 38 барн, щільність ртуті = 13546 кг/м 3 .

202. Ізотоп 81 Tℓ 207 має період напіврозпаду Т=4,8 млн. Яка активність цього ізотопу масою 0,16 мкг через час t=5 млн. Вважати, що всі атоми ізотопу Tℓ 207 радіоактивні.

203. Скільки ядер від них первісної кількості речовини розпадається за 5 років, якщо постійна розпад λ=0,1318 років -1 . Визначити період напіврозпаду, середнє життя ядер.

204. Визначити активність 87 Fr 221 масою 0,16 мкг з періодом напіврозпаду Т = 4,8 млн. через час t = 5хв. Проаналізувати залежність активності маси (А=f(m)).

205. Період напіврозпаду ізотопу вуглецю 6 З 14 Т=5730 років, активність деревини по ізотопу 6 З 14 становить 0,01% активності зразків зі свіжих рослин. Визначити вік деревини.

206. Потік нейтронів, пройшовши у сірці (ρ=2000 кг/м 3 .)
відстань d=37,67 див послаблюється вдвічі. Визначити
ефективний переріз реакції захоплення нейтрона ядром ато-
ма сірки.

207. Порівняння активності препаратів 89 Ac 227 та 82 Рb 210якщо маси препаратів m=0,16мкг, через 25 років. Періоди напіврозпаду ізотопів однакові й дорівнюють 21,8 років.

208. У радіоактивній речовині за t=300 діб розпалося 49,66% ядер їх початкової кількості. Визначити постійну розпад, період напіврозпаду, середній час життя ядра ізотопу.

209. Проаналізуйте залежність активності радіоактивного ізотопу 89 Ас 225від маси через t=30 діб, якщо період напіврозпаду Т=10 діб. Початкова маса ізотопу взяти відповідно m 1 =0,05 мкг, m 2 =0,1 мкг, m З =0,15 мкг.

210. Іридій послаблює потік теплових нейтронів
2 рази. Визначити товщину шару іридію, якщо його плот-
ність ρ=22400 кг/м 3 а ефективний переріз реакції за
хвата нейтрона ядром іридію σ=430 барн

Завдання для К. Р.N 7 Фізика атомного ядра

https://pandia.ru/text/78/238/images/image002_132.jpg" width="49" height="28">1. Скільки нуклонів, протонів і нейтронів міститься в ядрі магнію-

https://pandia.ru/text/78/238/images/image004_88.jpg" 3. Скільки нуклонів, протонів і нейтронів міститься в ядрі атома урану

4 Ізотоп фосфору утворюється при бомбардуванні алюмінію а-частинками. Яка частка випускається при цьому ядерному перетворенні? Запишіть ядерну реакцію.

https://pandia.ru/text/78/238/images/image007_57.jpg" Протонами утворюється кисень Які ядра утворюються крім кисню?

Азот" аз="

7. Визначте число нуклонів, протонів та нейтронів, що містяться в ядрі атома натрію

8. Допишіть ядерну реакцію: left">

9. Розрахуйте дефект маси, енергію зв'язку та питому енергію зв'язку ядра алюмінію

Розпадів відчуває уран у послідовному перетворенні на свинець Рb?

11. Який період напіврозпаду радіоактивного елемента, активність якого зменшилась у 4 рази за 8 діб?

Це розпадається протягом одного року з 4,2 1018 атомів, якщо період напіврозпаду даного ізотопу дорівнює 285 діб?

https://pandia.ru/text/78/238/images/image018_23.jpg" width="12" height="20"> розпадів.

https://pandia.ru/text/78/238/images/image020_19.jpg" 16. Визначте дефект маси, енергію зв'язку та питому енергію зв'язку ядра азоту

17 У який елемент перетворюється ізотоп торію після а-розпаду, дворозпадів та ще одного розпаду?

https://pandia.ru/text/78/238/images/image024_31.gif" width="45" 18. Яка частка радіоактивних ядер деякого елемента розпадається за t, що дорівнює половині Tнапіврозпаду?

19 Ядро ізотопу вийшло з іншого ядра після послідовних а - і - розпадів. Що то за ядро?

20. Розрахуйте дефект маси, енергію зв'язку та питому енергію зв'язку ядра вуглецю

21. Визначте потужність першої радянської атомної електростанції, якщо витрати урану-235 на добу становили 30 г при ККД 17%. При розподілі одного ядра урану на два уламки виділяється 200 МеВ енергії.

22. Розрахуйте, яка енергія виділяється при термоядерній реакції:

23 Відносна частка радіоактивного вуглецю в старому шматку дерева становить 0,6 частки його в

живих рослинах. 200 МеВ енергії.

25. Який енергетичний вихід наступної ядерної реакції: -----

Ядерні реактори 1 г цього ізотопу урану? Яка кількість кам'яного вугілля необхідно спалити для отримання такої ж кількості енергії? Питома теплота згоряння вугілля дорівнює 2,9- 107 Дж/кг.

28. Визначте енергетичний вихід наступної ядерної реакції:

https://pandia.ru/text/78/238/images/image034_7.jpg" width="36" height="29 src="> дорівнює 27,8 діб. Через який час розпадається 80% атомів?

30. Розрахуйте енергетичний вихід наступної ядерної реакції:

31 Атомна електростанція потужністю 1000 МВт має ККД 20%. Розрахуйте масу урану-235, що витрачається за добу. Вважайте, що з кожному розподілі одного ядра урану виділяється енергія 200 МеВ.

32. Знайдіть, яка частка атомів радіоактивного ізотопу кобальту розпадається за 20 діб, якщо період напіврозпаду 72 діб.

Радіоактивний розпад – це випадкова подія в житті атома, можна сказати, нещасний випадок. Спробуємо виходячи з цього загального міркування вивести закон, яким повинна змінюватися концентрація радіоактивних атомів з часом.

Нехай у певний момент часу tконцентрація радіоактивного ізотопу дорівнювала п(t), а через малий час D tстала рівна п(t+ D t). Зрозуміло, що за час D tрозпалося п(t) – п(t+ D t) атомів.

Якщо радіоактивний розпад – процес випадковий, то цілком логічно припустити, що кількість розпадів за час D tбуде тим більше, чим більша концентрація атомів п(t) і чим більший проміжок часу D t:

п(t) – п(t+ D t) ~ п(t) × D t

п(t) – п(t+ D t) = l п(t)D t, (1)

де l - Коефіцієнт пропорційності. Зрозуміло, що кожен ізотоп цей коефіцієнт свій: якщо ізотоп розпадається швидко, то коефіцієнт l великий, якщо повільно, то маленький.

Перепишемо рівність (1) у вигляді:

п(t+ D t) – п(t) = -l п(t)D t. (2)

А тепер спрямуємо D tдо нуля і зауважимо, що п(t+ D t) – п(t) – це збільшення функції п(t) за час D t, Отримаємо:

Ми здобули диференціальне рівняння. Зрозуміло, що якщо в початковий момент концентрація ізотопу дорівнювала п 0 , то п(0) = = п 0 . «Вгадаємо» рішення рівняння (3):

п(t) = п 0 е- l t. (4)

Перевіримо, підставивши вираз (4) до рівняння (3):

к.ч.: ( п 0 е- l t)¢ = п 0 е- l t(-l);

п.ч.: -l п 0 е- l t.

Очевидно, що ліва частина тотожно дорівнює правій, крім того, виконується і початкова умова:

п(0) = п 0 е- l × 0 = п 0 е 0 = п 0 ×1 = п 0 .

Отже, ми отримали закон радіохвильового розпаду:

п(t) = п 0 е- l t. (25.1)

Величину l називають постійного радіоактивного розпаду.

Період напіврозпаду

Під час вивчення радіоактивного розпаду замість постійної розпаду як характеристики швидкості процесу часто користуються іншою величиною – періодом напіврозпаду.

Період напіврозпаду Т– це час, протягом якого розпадається половина початкової кількості радіоактивного ізотопу. Знайдемо зв'язок між Тта l.

Скористаємося тим математичним фактом, що з будь-якого числа асправедлива рівність.

Справді,

ln e a = a ln e = a×1 = aі .

Тоді перепишемо формулу (25.1) у вигляді

Введемо позначення

Якщо формулу (25.3) підставити значення t = T, отримаємо

Таким чином, цей період напіврозпаду даного ізотопу.

Треба сказати, що в різних ізотопів періоди напіврозпаду можуть приймати різні значення. Наприклад:

92 U 238 (a-розпад): Т= 4,5 10 9 років;

94 Pu 239 (a-розпад): Т= 24400 років;

89 Ra 236 (a-розпад): Т= 1600 років;

91 Ас 233 (b-розпад): Т= 27 діб;

90 Th 233 (b - розпад): Т= 22 хв.

Існують ізотопи, у яких період напіврозпаду становить десятитисячні частки секунди (деякі ізотопи полонія 84 Ро).

Завдання 25.2.Радіоактивний ізотоп вуглецю в старому шматку дерева становить 0,0416 маси цього ізотопу в живих рослинах. Який вік цього шматка дерева? Період напіврозпаду ізотопу дорівнює 5570 років.

то маса змінюється за таким самим законом, що і концентрація

m(t) = m 0 . (1)

Виразимо з рівняння (1) невідому t.

Земля та її атмосфера постійно зазнають радіоактивного бомбардування потоками елементарних частинок з міжзоряного простору. Проникаючи у верхні шари атмосфери, частинки розщеплюють атоми, що знаходяться там, сприяючи вивільненню протонів і нейтронів, а також більших атомних структур. Атоми азоту, що містяться в повітрі, поглинають нейтрони і вивільняють протони. Ці атоми мають, як і раніше, масу 14, але мають менший позитивний заряд; тепер їхній заряд дорівнює шести. Таким чином вихідний атом азоту перетворюється на радіоактивний ізотоп вуглецю:

де n, N, С і р означають відповідно нейтрон, азот, вуглець та протон.

Утворення радіоактивних нуклідів вуглецю з атмосферного азоту під впливом космічних променів відбувається із середньою швидкістю прибл. 2,4 ат/с на кожен квадратний сантиметр земної поверхні. Зміни сонячної активності можуть зумовити деякі коливання цієї величини.

Оскільки вуглець-14 радіоактивний, він нестабільний і поступово перетворюється на атоми азоту-14, з яких утворився; у процесі такого перетворення він виділяє електрон – негативну частку, що дозволяє зафіксувати сам цей процес.

Утворення атомів радіовуглецю під впливом космічних променів зазвичай відбувається у верхніх шарах атмосфери на висотах від 8 до 18 км. Подібно до звичайного вуглецю, радіовуглець окислюється в повітрі, і при цьому утворюється радіоактивний діоксид (вуглекислий газ). Під впливом вітру атмосфера постійно перемішується, й у результаті радіоактивний вуглекислий газ, що утворився під впливом космічних променів, поступово розподіляється в атмосферному вуглекислому газі. Однак відносний вміст радіовуглецю 14 C в атмосфері залишається надзвичайно малим – прибл. 1,2ґ10 –12 г на один грам звичайного вуглецю 12°С.

Радіовуглець у живих організмах.

Всі рослинні та тваринні тканини містять вуглець. Рослини одержують його з атмосфери, а оскільки тварини поїдають рослини, у їх організми в опосередкованій формі також потрапляє діоксид вуглецю. Таким чином, космічні промені є джерелом радіоактивності всіх живих організмів.

Смерть позбавляє живу матерію здатності поглинати радіовуглець. У мертвих органічних тканинах відбуваються внутрішні зміни, включаючи розпад атомів радіовуглецю. У ході цього процесу за 5730 років половина вихідного числа нуклідів 14 C перетворюються на атоми 14 N. Цей інтервал часу називають періодом напіврозпаду 14 С. Ще один період напіврозпаду вміст нуклідів 14 С становить всього 1/4 їх вихідного числа, після закінчення наступного періоду напіврозпаду – 1/8 тощо. У результаті вміст ізотопу 14 C у зразку можна порівняти з кривою радіоактивного розпаду і таким чином встановити проміжок часу, що минув з моменту загибелі організму (виключення з кругообігу вуглецю). Однак для такого визначення абсолютного віку зразка необхідно припустити, що початковий вміст 14 С в організмах протягом останніх 50 000 років (ресурс радіовуглецевого датування) не змінювався. Насправді утворення 14 С під впливом космічних променів та його поглинання організмами дещо змінювалося. В результаті вимірювання вмісту ізотопу 14 З у зразку дає лише приблизну дату. Щоб врахувати вплив змін початкового вмісту 14 °C, можна використовувати дані дендрохронології про вміст 14 °C у деревних кільцях.

Метод радіовуглецевого датування було запропоновано У.Ліббі (1950). До 1960 року датування з радіовуглецю отримало загальне визнання, радіовуглецеві лабораторії були створені по всьому світу, а Ліббі був удостоєний Нобелівської премії з хімії.

Метод.

Зразок, призначений для радіовуглецевого аналізу, слід брати за допомогою абсолютно чистих інструментів та зберігати у сухому вигляді у стерильному поліетиленовому пакеті. Необхідна точна інформація про місце та умови відбору.

Ідеальний зразок деревини, деревного вугілля або тканини повинен важити приблизно 30 г. Для раковин бажана маса 50 г, а для кісток – 500 г (найновіші методики дозволяють, втім, визначати вік і за набагато меншими наважками). Кожен зразок необхідно ретельно очистити від більш древніх і молодших вуглецевмісних забруднень, наприклад, від коренів рослин, що виросли пізніше, або від уламків древніх карбонатних порід. За попереднім очищенням зразка слідує його хімічна обробка в лабораторії. Для видалення сторонніх вуглецевмісних мінералів і розчинних органічних речовин, які могли проникнути всередину зразка, використовують кислотний або лужний розчин. Після цього органічні зразки спалюють, раковини розчиняють у кислоті. Обидві ці процедури призводять до виділення газоподібного діоксиду вуглецю. У ньому міститься весь вуглець очищеного зразка, і його іноді перетворюють на іншу речовину, придатну для радіовуглецевого аналізу.

Традиційний метод потребує набагато менш громіздкого обладнання. Спочатку застосовували лічильник, що визначає склад газу та за принципом роботи подібний до лічильника Гейгера. Лічильник заповнювали вуглекислим або іншим газом (метаном або ацетиленом), отриманим із зразка. Будь-який радіоактивний розпад, що відбувається усередині приладу, викликає слабкий електричний імпульс. Енергія радіаційного фону довкілля зазвичай коливається у межах, на відміну радіації, викликаної розпадом 14 З, енергія якого, зазвичай, близька до нижньої межі фонового спектра. Небажане співвідношення фонових величин і даних по 14 С можна поліпшити шляхом ізоляції лічильника від зовнішньої радіації. З цією метою лічильник закривають екранами із заліза або високочистого свинцю завтовшки кілька сантиметрів. Крім того, стінки самого лічильника екранують розташованими впритул один до одного лічильниками Гейгера, які, затримуючи все космічне випромінювання, приблизно на 0,0001 секунди дезактивують і сам лічильник, що містить зразок. Метод екранування зводить фоновий сигнал до декількох розпадів на хвилину (зразок деревини масою 3 г, що відноситься до 18 ст, дає ~40 випадків розпаду 14 С на хвилину), що дозволяє датувати досить давні зразки.

Приблизно з 1965 широкого поширення в датуванні набув метод рідинної сцинтиляції. При його використанні отриманий із зразка вуглецевмісний газ перетворюють на рідину, яку можна зберігати і досліджувати в невеликій скляній посудині. У рідину додають спеціальну речовину - сцинтилятор, - яка заряджається енергією електронів, що вивільняються при розпаді радіонуклідів 14 С. Сцинтилятор майже відразу випускає накопичену енергію у вигляді спалахів світлових хвиль. Світло можна вловлювати за допомогою фотопомножувальної трубки. У сцинтиляційному лічильнику є такі дві трубки. Помилковий сигнал можна виявити та виключити, оскільки він посланий лише однією трубкою. Сучасні сцинтиляційні лічильники характеризуються дуже низьким, майже нульовим, фоновим випромінюванням, що дає змогу датувати з високою точністю зразки віком до 50 000 років.

Сцинтиляційний метод вимагає ретельної підготовки зразків, оскільки вуглець повинен бути перетворений на бензол. Процес починається з реакції між діоксидом вуглецю та розплавленим літієм, у результаті якої утворюється карбід літію. У карбід потроху додають воду, і він розчиняється, виділяючи ацетилен. Цей газ, що містить весь вуглець зразка, під дією каталізатора перетворюється на прозору рідину – бензол. Наступний ланцюжок хімічних формул показує, як вуглець у цьому процесі переходить з однієї сполуки до іншої:

Усі визначення віку, отримані на основі лабораторного вимірювання вмісту 14°С, називають радіовуглецевими датами. Вони наводяться у кількості років донині (ВР), а момент відліку приймається кругла сучасна дата (1950 чи 2000). Радіовуглецеві дати завжди наводять із зазначенням можливої статистичної помилки (наприклад, 1760 ± 40 до ВР).

Застосування.

Зазвичай для встановлення віку події застосовують кілька методів, особливо якщо йдеться про порівняно недавню подію. Вік великого зразка, що добре зберігся, може бути встановлений з точністю до десяти років, але для неодноразового аналізу зразка потрібно кілька діб. Зазвичай результат отримують з точністю 1% від віку.

Значення радіовуглецевого датування особливо зростає у разі відсутності будь-яких історичних даних. У Європі, Африці та Азії ранні сліди первісної людини виходять межі часу, піддається радіовуглецевому датуванню, тобто. виявляються старшими 50 000 років. Однак у рамки радіовуглецевого датування потрапляють початкові етапи організації суспільства та перші постійні поселення, а також виникнення найдавніших міст та держав.

Радіовуглецеве датування виявилося особливо успішним при розробці хронологічної шкали багатьох давніх культур. Завдяки цьому тепер можна порівнювати хід розвитку культур та суспільства і встановлювати, які групи людей першими освоїли ті чи інші знаряддя праці, створили новий тип поселень або проклали новий торговий шлях.

Визначення віку по радіовуглецю набуло універсального характеру. Після утворення у верхніх шарах атмосфери радіонукліди 14 С проникають у різні середовища. Повітряні потоки та турбулентність у нижніх шарах атмосфери забезпечують глобальне поширення радіовуглецю. Проходячи в повітряних потоках над океаном, 14 ° С потрапляє спочатку в поверхневий шар води, а потім проникає і в глибинні шари. Над материками дощ і сніг приносять 14 ° С на земну поверхню, де він поступово накопичується в річках та озерах, а також у льодовиках, де може зберігатися протягом тисячоліть. Вивчення концентрації радіовуглецю в цих середовищах поповнює наші знання про кругообіг води у Світовому океані та про клімат минулих епох, включаючи останній льодовиковий період. Радіовуглецевий аналіз залишків дерев, повалених льодовиком, що наступав, показав, що останній холодний період на Землі завершився приблизно 11 000 років тому.

Рослини щорічно засвоюють діоксид вуглецю з атмосфери в період вегетації, і ізотопи 12, 13 і 14 С присутні в клітинах рослин приблизно в тій же пропорції, в якій вони представлені в атмосфері. Атоми 12 З і 13 З містяться в атмосфері майже постійної пропорції, але кількість ізотопу 14 С коливається в залежності від інтенсивності його утворення. Шари річного приросту, звані деревними кільцями, відбивають ці відмінності. Безперервна послідовність річних кілець одного дерева може охоплювати 500 років у дуба і понад 2000 років у секвої та остистої сосни. В аридних гірських районах на північному заході США та в торф'яних болотах Ірландії та Німеччини були виявлені горизонти зі стовбурами мертвих дерев різного віку. Ці знахідки дозволяють об'єднати відомості про коливання концентрації 14 С в атмосфері протягом майже 10 000 років. Правильність визначення віку зразків у ході лабораторних досліджень залежить від знання концентрації 14 °С під час життя організму. Для останніх 10 000 років такі дані зібрані і зазвичай подаються у вигляді калібрувальної кривої, що показує різницю між атмосферним рівнем 14 С в 1950 і в минулому. Розбіжність між радіовуглецевою та каліброваною датами не перевищує ±150 років для інтервалу між 1950 н.е. та 500 до н.е. Для більш давніх часів ця розбіжність збільшується і при радіовуглецевому віці 6000 років досягає 800 років. Див. такожАРХЕОЛОГІЯ

Природа, 1992 № 12, стор 59-65.

Радіоактивний вуглець

І.Я.Василенко, В.А.Осипов, В.П.Рублевський

Іван Якович Василенко, доктор медичних наук, професор, лауреат Державної премії СРСР, провідний науковий співробітник Інституту біофізики МОЗ України. Область наукових інтересів – токсикологія продуктів ядерного поділу, радіаційна гігієна.

В'ячеслав Олександрович Осипов, кандидат медичних наук, провідний науковий співробітник того ж інституту, фахівець із токсикології. Займається дослідженням кінетики обміну та біологічної ефективності радіонуклідів в організмі ссавців.

Володимир Петрович Рублевський, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник того самого інституту. Основні наукові інтереси пов'язані з екологією, охороною навколишнього середовища та радіаційною безпекою ядерної енергетики.

З ВСІХ природних елементів таблиці Менделєєва вуглецю належить особлива роль - він становить структурну основу органічних сполук, у тому числі тих, що входять до складу живих організмів.

Природний вуглець - це суміш двох стабільних ізотопів: 12°С (98,892%) та 13°С (1,108%). З чотирьох радіоактивних ізотопів (10 С, 11 С, 14 С і 15 С) тільки довгоживучий вуглець-14 (період напіврозпаду 5730 років) представляє практичний інтерес, оскільки бере участь у кругообігу вуглецю біосфери. Цей чистий низькоенергетичний вето-випромінювач з максимальною енергією частинок 156 кеВ належить до глобальних радіонуклідів. Утворюється він як і природних, і у штучних умовах у результаті кількох ядерних реакцій. Підвищення концентрації антропогенного 14 С у зовнішньому середовищі, яке джерела - ядерні вибухи і викиди підприємств ядерної енергетики) представляє велику гігієнічну і екологічну проблему.

ДЖЕРЕЛА РАДІОВУГЛЕРОДУ

Природний нуклід утворюється головним чином при взаємодії вторинних нейтронів космічного випромінювання з ядрами азоту у верхніх шарах атмосфери реакції 14 N (n, р) 14 С. Роль інших реакцій - 15 N (n, a) 14 С; 16 (р, Зр) 14 С; 17 (n,а) 14 С; 13 C (n.у) 14 С - в освіті природного вуглецю-14 незначна через малих перерізів взаємодії та низького вмісту ядер цих ізотопів у природній суміші елементів.

Середня інтенсивність утворення цього нукліду в атмосфері (в основному в стратосфері) дорівнює 2,28 атом/с на 1 см2 земної поверхні, що становить 9,7 x 1023 атом/сут. За масою це приблизно 22,5 г на добу, а по активності близько 2,8 ТБк на добу або 1 ПБк на рік. Середній вміст природного нукліду в атмосфері та біосфері залишається постійним: 227±1 Бк/кг вуглецю.

Антрогюгеїний вуглець-14 утворюється в основному подібно до природного, тобто. нейтрони (що виникають у великій кількості під час вибуху ядерних бомб) поглинаються ядрами азоту-14. Кількість нукліду залежить від типу бомби (атомна або термоядерна), її конструкції (матеріали, що використовуються) і потужності (щільність потоку нейтронів). Величина виходу 14 С при вибухах реакції синтезу прийнята рівною 0,65 ПБк/Мт, по реакції розподілу - майже в п'ять разів менше (0,12 ПБк/Мт). Підраховано, що з часу вибуху першої атомної бомби 1945 р. до 1980 р. утворилося 249,2 ПБк вуглецю-14 (табл. 1).

З 1981 р. випробування ядерної зброї в атмосфері припинилися, і підприємства ядерно-паливного циклу виявилися єдиним потужним джерелом антропогенного нукліду, здатним помітно впливати на підвищення його концентрації в атмосфері та біосфері Землі. Цей нуклід утворюється в активній зоні атомних реакторів будь-якого типу, де існують потужні потоки нейтронів, які взаємодіють з матеріалами конструкцій реактора, з речовиною теплоносія, сповільнювача, палива та наявними домішками: 14 N (п, р) 14 С; 17 O (n.a) 14; 13 C (n.y) 14; 235 U (n.f) 14 C (потрійний поділ урану-235 у паливі).

Залежно від типу та особливостей конструкції реактора внесок кожної з цих реакцій у освіту нукліду може змінюватися дуже значно. Згідно з розрахунками, його питомий вихід при опроміненні тепловими нейтронами деяких речовин, що застосовуються як сповільнювач або теплоносій за реакцією (n, р), в газоподібному азоті та повітрі приблизно на чотири порядки вище, ніж по реакції (n, а) у воді, вуглекислому газі або кисні повітря завдяки великому перерізу взаємодії теплових нейтронів з ядрами азоту (а = 1750 мбарн) та його високому вмісту в повітрі (78%). Вихід 14С по реакції (n,у) у графіті, детолілметані, газойлі та терфенілі ще на порядок нижче, ніж по реакції (n, а).

Швидкість утворення вуглецю-14 у паливі залежить головним чином від концентрації домішки азоту: при звичайному його вмісті (0,001-0,002%) швидкість становить приблизно 0,4-2,5 ТБк/(ГВт/рік), а у воді теплоносія-сповільнювача знаходиться в межах 0,2-0,5 ТБк/(ГВте/рік).

У діючих АЕС колишнього СРСР використовуються в основному водо-водяні реактори (ВВЕР-440 та ВВЕР-1000), водо-графітні (РБМК-1000 та РБМК-1500) та реактори на швидких нейтронах (БН-350 та БН-600) . Перші та треті реактори аналогічні відповідним типам зарубіжних реакторів (PWR і PBR) за швидкістю генерації 14 С та його виходу в навколишнє середовище.

Реактори РБМК з киплячою водою під тиском як теплоносій і графітом як сповільнювач не мають аналогів у зарубіжній практиці реакторобудування. Їхня основна особливість - наявність великої кількості азоту в активній зоні, що використовується в суміші з гелієм для охолодження сповільнювача, і великої маси вуглецю сповільнювача. Це призводить до більшої швидкості генерації 14 С до величини 2-3 ТБк/(ГВте/рік), що приблизно на порядок більше, ніж у реакторах типу ВВЕР.

Вуглець-14, що утворюється в теплоносії та сповільнювачі, частково або повністю викидається в навколишнє середовище у вигляді газоаерозолей, а з палива реакторів - з радіоактивними відходами заводів з його переробки (регенерації).

МІГРАЦІЯ У ЗОВНІШНЬОМУ СЕРЕДОВИЩІ

Радіовуглець високо рухливий. З місць викидів внаслідок атмосферних процесів нуклід переноситься великі відстані і, окисляючись до 14 СО2, входить у природний кругообіг вуглецю.

Відомо, що весь земний вуглець зосереджений у двох басейнах – «осадовому» та «обмінному». Вуглець першого басейну (органічний та неорганічний вуглець осадових порід, вугілля, нафта та інші копалини) практично не бере участі в природних обмінних процесах, він вступає у кругообіг тільки після спалювання органічного палива. Вуглець другого басейну, в якому знаходиться близько 0,17% усієї земної кількості вуглецю, причому більше 90% його - у глибинних водах Світового океану, бере участь у кругообігу окремими його резервуарами: атмосферою, біосферою, гідросферою та ін.

Модель глобальної циркуляціївуглецю-14, що надходить в атмосферу з викидами підприємств ядерно-паливного циклу (1) та зі скидами (2). Коефіцієнти обміну наведені у відн. од./рік.

Кругообіг вуглецю в природі складається з двох циклів, що проходять паралельно в наземній і морській частинах біосфери і пов'язаних атмосферою. З багатьох моделей, що описують поведінку вуглецю в «обмінному» басейні, НКДАР використовує для розрахунків 8-резервуарну, в якій враховуються всі основні процеси, що проходять в природному циклі вуглецю Землі.

Швидкість обміну вуглецю між резервуарами «обмінного» басейну різна: середній час перебування молекули CO2 в атмосфері до її переходу у воду океану становить кілька років, з його глибин в атмосферу – до кількох сотень років, а з осадових порід в атмосферу навіть кілька мільйонів років. Таким чином, осадові породи є як би «могильником» радіовуглецю (природного та штучного), в якому він практично розпадається і виходить із природного круговороту.

КІНЕТИКА ОБМІНУ

Окислений в зовнішньому середовищі, до 14 СО2 вуглець-14 за рахунок фотосинтезу накопичується в рослинах (у незначних кількостях поглинається і з ґрунту), а потім харчовими ланцюжками надходить тваринам і людині. Коефіцієнт переходу в ланцюжку «атмосферний вуглець - вуглець рослин» дорівнює одиниці, а рівновага встановлюється протягом двох-трьох місяців. рази в порівнянні з природним фоном. Зауважимо, період напівочищення продуктів харчування становить близько шести років.

В організм людини радіовуглець надходить у формі різних органічних та неорганічних сполук, переважно у складі вуглеводів, білків і жирів. Аерогенне надходження незначне – лише 1% від харчового. Щоб зрозуміти, яку дію має на організм. 14 C, що надходить у вигляді органічних та неорганічних сполук, ми в дослідах на щурах досліджували кінетику обміну. З'ясувалося, що обмін неорганічних сполук (На2 14 СОз, NaH 14 CO3, К2 14 СОз) характеризується високою інтенсивністю; радіовуглець виявляється у крові тварин вже з перших хвилин надходження в організм, через 15 хв. його зміст досягає максимуму – кількох відсотків від введеної кількості. Утворюючи в крові неміцні бікарбонатні сполуки, радіовуглець швидко виводиться. В органах і тканинах накопичується лише незначна частина введеної кількості нукліду, причому розподіляється він досить рівномірно: спочатку – у печінці, нирках, селезінці, а потім – у скелетній та жировій тканині. При тривалому надходженні активність нукліду повільно накопичується - від 1,7% на другу добу до 7,7 на 32-ю від щоденної кількості Na2 14 CO3. Можна вважати, що до кінця місяця дослідів встановлюється рівноважний стан між надходженням нукліду та його вмістом в організмі щурів, при цьому кратність накопичення приблизно дорівнює 0,07.

В експериментах з вивчення обміну 14 C у формі органічних сполук ми використовували містять глюкозу нуклід, бурштинову кислоту, гліцин, валін, трипто-фан, гліцерин, пальмітинову і стеаринову кислоти, метиловий і етиловий спирти, тобто сполуки, що входять до складу найважливіших класів: вуглеводів, білків, жирів та спиртів. Вступивши в організм, високомолекулярні сполуки розщеплюються до низькомолекулярних, вуглець яких зрештою окислюється до вуглекислоти. Одночасно синтезуються амінокислоти, жирні кислоти, гексози та інші важливі метаболіти, що використовуються організмом як енергетичний та пластичний матеріал. Таким чином, радіонуклід проникає у всі структури та тканини живих організмів.

Динаміка його накопичення при хронічному надходженні органічних сполук залежить від форми сполуки. Рівноважний вміст 14 С-глюкози настає до кінця третього місяця (кратність накопичення дорівнює трьом), 14 С-гліцину та 14 С-пальмітинової кислоти - до кінця четвертого (кратність накопичення відповідно 12 і 13).

Швидкість виведення з організму нукліду органічних сполук певною мірою теж залежить від їх класу: нуклід вуглеводів виводиться інтенсивніше, ніж той, що надійшов у формі амінокислот і жирних кислот, а введений у складі спиртів затримується довше «вуглеводного», З часом швидкість виведення поступово сповільнюється, мабуть рахунок того, що нуклід, що надійшов в організм, використовується як пластичний матеріал. Радіовуглець виводиться в основному через органи дихання, значно менше – через нирки та кишечник, причому співвідношення теж залежить від форми сполуки.

Відомо, що кінцеві метаболіти вуглеводів, жирів та спиртів – вуглекислота та вода, а білків – ще й сечовина, сечова кислота, креатинін (останні і виводяться з організму нирками та кишечником). Частина нукліду спиртів видихається у незміненому вигляді.

Результати досліджень на щурах ми використовували для оцінки обміну вуглецю-14, що надходить в організм людини з їжею. Оскільки до стандартного раціону дорослої людини входить близько 500 г вуглеводів, по 100 г жирів і білків, а частка вуглецю в них становить відповідно 50, 75 і 54%, то з їжею ми отримуємо за день близько 70, 20 і 10% вуглецю.

Якщо врахувати, що кратність накопичення нукліду, що надходить у складі цих сполук, дорівнює 15, 65 і 60, то в стандартному раціоні вона дорівнює приблизно 31. Це значення близько до кратності накопичення у людини стабільного вуглецю і нукліду природного походження. Настання рівноважного стану визначатиме радіовуглець, що надходить з жирами і білками, і, пам'ятаючи відмінності в інтенсивності обміну у щура і людини, можна очікувати, що в останнього воно настане приблизно через 1,5 роки після початку надходження нукліду в організм.

Таким чином, обмін радіовуглецю залежить від форми його сполуки, що позначається на величинах доз внутрішнього опромінення, що формуються (табл. 2). Поглинені дози органічних речовин, що містять його, з моменту надходження в організм до утворення кінцевих метаболітів не однакові: через відмінності їх метаболізму, але в середньому вони в десятки-сотні разів більше, ніж неорганічних. Особливості метаболізму різних сполук радіовуглецю позначаються і їх токсичності.

БІОЛОГІЧНА ДІЯ

Ефект опромінення, як відомо, залежить від величини поглиненої, дози, її потужності, обсягу тканин, що опромінюються, і органів і виду випромінювання. В основі ушкоджуючої дії лежить комплекс взаємопов'язаних та взаємозумовлених процесів - іонізація та збудження атомів і молекул дають початок утворенню високоактивних радикалів, що вступають у взаємодію з різними біологічними структурами клітин. Важливе значення має внутрішньо- та міжмолекулярна передача енергії збудження, а також можливі розриви зв'язків у молекулах за рахунок безпосередньої дії радіації. Фізико-хімічні процеси, які відбуваються на початковому етапі, прийнято вважати первинними, пусковими. У подальшому розвиток променевого ураження проявляється у порушенні функцій органів та їх систем.

Особливу небезпеку становлять радіонукліди, які, накопичуючись в органах та тканинах, стають джерелом тривалого внутрішнього опромінення. Характер його залежить від фізико-хімічних властивостей радіонуклідів, у тому числі особливе місце, як зазначено, займає вуглець-14, оскільки є ізотопом основного біогенного елемента. Біологічну дію його пов'язують не тільки з радіаційними, але і трансмутаційними ефектами, які виникають при перетворенні атомів 14 С в атоми 14 N в результаті (бета-розпаду. Особливу небезпеку ці процеси можуть набути при включенні радіовуглецю в ДНК і РНК статевих клітин, оскільки навіть поодинокі акти його розпаду ведуть до непереборним організмом точкових мутацій.

Багато фахівців вважають, що біологічна ефективність нукліду за рахунок трансмутаційної дії має суттєво підвищитись. Але результати експериментів виявилися суперечливими. Значення відносної біологічної ефективності 14 C, встановлене різними дослідниками7 за показниками генних мутацій (фаг, дріжджі, дрозофіла), хромосомних аберацій (корінці цибулі та проростки бобів) та репродуктивної загибелі клітин (культура тканини та бактерії), коливається від 1 до 2. це пов'язано з різними умовами дослідів, різноманітністю тестів та умов опромінення. Матеріали досліджень на теплокровних тваринах нам невідомі.

Ми вивчали біологічну дію гострозражальних доз радіовуглеців на мишей, використовуючи органічні сполуки, які можуть моделювати надходження нукліду у складі білків (14 С-гліцин), жирів (14 С-стеаринова кислота), а також 14 С-бурштинову кислоту, з'єднання, що утворюється в організмі в результаті окислення вуглеводів, білків і жирів (тобто всіх основних харчових продуктів) та їх взаємних перетворень у клітинах. Стан тварин оцінювали за клінічними, гематологічними, фізіологічними, біохімічними, імунологічними та патологоанатомічними показниками.

Опромінення тварин було тривалим, щодо рівномірним. Відмінність в поглинених дозах (їх оцінювали за даними спеціальних радіометричних досліджень) в органах і тканинах, за винятком жирової, дози опромінення якої були вищими за середньотканинні приблизно в два-три рази, не перевищувала 1,5. До кінця першого місяця дози формувалися приблизно на 50%, а протягом трьох-шість місяців (залежно від сполуки) – на 90%. Зазначені особливості опромінення мають важливе значення в оцінці біологічної ефективності радіовуглецю, який характеризується порівняно невисокою радіотоксичністю, яка визначається формою сполуки. Для гліцину доза, що викликає загибель 50% тварин за 30 діб (ЦД 50/30), дорівнює 63 МБк/г маси тіла. На момент загибелі 50% мишей (середня тривалість життя 17,5 ± ± 1,5 діб) середньотканинна доза склала 8-1 Гр при потужності 0,08-0,02 сГр/хв. Тяжкі радіаційні ураження мишей зі смертельним результатом протягом першого місяця при введенні 14 С-стеаринової кислоти (2,2 МБк/г) пов'язані з тим, що на одиницю введеної активності формуються вищі дози внутрішнього опромінення.

Па результатам досліджень біологічної дії 14 С-гліцину, з урахуванням особливостей метаболізму та формованих величин поглинених доз на одиницю введеної активності, ми оцінили токсичність та інших сполук радіовуглецю. Виявилося, що токсичність 14 С-карбонату та бікарбонату натрію в 130 разів нижче, ніж 14 С-гліцину, 14 С-карбонатів калію та кальцію - відповідно у 85 та 30 разів, 14 С-глю-кози, 14 С-глюкозаміну та 14 С-бурштинової кислоти - приблизно в чотири рази, 14 С-валіну, 14 С-етилового та 14 С-метилового спиртів - майже така ж, як токсичність 14 С-гліцину, а 14 С-триптофану, і 14 С-пальмітинової кислоти - Приблизно в чотири-п'ять разів вище. Враховуючи вміст вуглеводів, білків і жирів у добовому раціоні мишей, ми розрахували, що доза нукліду, що викликає загибель 50% тварин за 30 діб, приблизно дорівнює 15 МБк/г маси тіла.

Вміст радіовуглецю в організмі щурів при одноразовому введенні у формі: 14 С-бікарбонату натрію (1), 14 С-карбонатів натрію (2) калію (3); та кальцію (4); 14 С-бурштинової кислоти (5), 14 С-глюкозаміну (6), 14 С-глюкози (7), 14 С-етилового (8) і метилового (9) спиртів, 14 С-валіну (10), 14 С- гліцерину (11), 14 С-стеаринової кислоти (12), 14 С-гліцину (13), 14 C-триптофану (14) та 14 С-пальмітинової кислоти (15).

У клінічному перебігу гострих уражень нуклідом, що надходить з їжею, не було суттєвих відмінностей від променевої хвороби, викликаної зовнішнім гамма-опроміненням, так само виділялися відомі періоди: прихований, виражений прояв хвороби та відновний (одужання або перехід хвороби в хронічну форму). Зміни показників крові, за якими зазвичай судять про тяжкість хвороби, були типовими, порушення обміну виявлялося в ожирінні тварин, чітко фіксувалася бластомогенна (пухлинна) дія нукліду. При гострому ураженні вони різко втрачали свою масу і гинули на тлі глибокої лейкопенії (низький вміст лейкоцитів у периферичній крові). Тяжкі та середньої тяжкості ураження перейшли у хронічну форму, повільно відновлювалися показники крові. Одужання вкрай затяглося. Тривалість життя (залежно від тяжкості поразки) була значно нижчою, ніж у контрольних мишей.

Концепція безпорогової дії іонізуючої радіації поставила проблему малих доз. Небезпека доз на рівні природного опромінення пов'язують здебільшого з індукуванням мутацій (їх число визначається величиною поглиненої дози) у соматичних: » статевих клітинах. Мутації в соматичних клітинах призводять до зростання злоякісних новоутворень та інших порушень, у статевих-до зниження відтворювальної функції, відхилення нормального розвитку та спадкових хвороб. При дії малих доз можливі порушення, що повільно розвиваються, з широким індивідуальним розкидом, що залежить від вихідного стану організму і його спадкових особливостей.

Біологічну дію малих доз вуглецю-14 в умовах хронічного надходження ми досліджували у дослідах на щурах. Тварини восьми груп отримували його щодня з питною водою у формі 14С-глюкози протягом усього життя у кількості 92,5; 18,3; 13; 1,9; 1,3; 0,2; 0,1 та 0,01 кБк/г маси тіла. Середньотканеві поглинені дози склали відповідно 233; 47; 11,5; 1; 0,5; 0,1 та 0,01 мГр на рік. Стан щурів оцінювалося клінічними, гематологічними, фізіологічними, біохімічними, імунологічними та морфологічними показниками.

У початковий період стан піддослідних та контрольних тварин суттєво не відрізнявся, але в подальшому виявилися функціональні зміни, які можна оцінити як реакцію на опромінення. І наприкінці дослідів (переважно у трьох перших групах) виявилася морфологічна патологія в легенях, нирках та печінці, знизилася відтворювальна функція. Мабуть, у початковий період організму вдається компенсувати порушення, але потім, у міру накопичення радіаційних ушкоджень, позначається недостатність механізмів репарації та адаптивних реакцій. В результаті знижуються стійкість організму до інших несприятливих факторів зовнішнього середовища та тривалість життя.

Стан щурів, опромінених меншими дозами (четверта - восьма групи), залишалося без істотних змін протягом усього досвіду, хоч і виявлялася тенденція до більш ранньої появи пухлин молочних залоз порівняно з контрольними тваринами. Кількісні відмінності, однак, виявились статистично недостовірними.

Генетичні ефекти дії радіовуглецю ми вивчали (разом із співробітниками Інституту загальної генетики РАН В.А. Шевченка, М.Д. Померанцевої та Л.К. Рамайя) на різних стадіях сперматогенезу у мишей при одноразовому, тривалому та хронічному введенні самцям 14 С-глюкози . Через три місяці після одноразового введення нукліду дози опромінення становили 0,22; 0,5; і 1,01 Гр, при тривалому-0,74 та 1,47 (до кінця досвіду) та хронічному - 0,066 та 0,013 Гр/рік.

Ми зіставили частоту домінантних летальних мутацій в пост-і премейотичних статевих клітинах, частоту реципрок-них транслокацій (обміну двома ділянками між гомологічними хромосомами) в сперматогоніях і частоту народження аномальних головок сперміїв з тими ж показниками при дії зовнішнього гамма. З'ясувалося, що відносна генетична ефективність радіовуглецю становить приблизно 1-2, причому трансмутаційні наслідки не виявляються - мабуть, 14 С-глюкоза не проникає у ДНК статевих клітин. Наші висновки навряд чи слід вважати остаточними, радіаційна дія на живий організм потребує безліч спеціальних досліджень.

Отже, ми маємо деякі експериментальні результати щодо дії різних доз радіовуглецю на тваринах. Чи можна на підставі цього оцінити соматичні та генетичні наслідки у людській популяції при підвищенні концентрації нукліду? Ми спробували зробити це (табл. 3), взявши до уваги, що при глобальному забрудненні навколишнього середовища радіовуглецем встановлюється рівновага в ланцюзі «атмосфера - продукти харчування - людина» з коефіцієнтом дискримінації у всьому ланцюжку, рівним 1 ;

ядерні випробування в атмосфері припинено;

існує безпорогове лінійне співвідношення доза/ефект.

При генетичній ефективності нукліду, що дорівнює 1 (без трансмутацій), можна очікувати, що кількість онкогенних захворювань зі смертельним наслідком у популяції з 10 6 осіб і серед 10 6 новонароджених при опроміненні в дозі 10 6 чол.-Гр складе 124 і 40 випадків відповідно. Для порівняння зазначимо: смертність від новоутворень різної етіології та локалізації (без урахування дії іонізуючого опромінення) досягає 1500-2000 випадків на рік у такій самій популяції людей, а природна частота генетичних порушень – 60 тис. випадків на 10 млн. дітей, причому 16 тис. дітей .- важкі дефекти.

Отже, вплив глобального радіонукліду - вуглецю-14 - піддаються всі представники рослинного і тваринного світу. Не виключено, що в екосистемах існують менш стійкі об'єкти, ніж людина, тому підвищення концентрації радіовуглецю у зовнішньому середовищі становить не тільки гігієнічну, а й екологічну проблему... Відсутність явного генетичного вантажу як результату опромінення природним радіовуглецем, мабуть, пов'язана з виробленням у ході еволюції захисних механізмів, які усувають мутаційні ушкодження різних стадіях розвитку організмів. Але зі збільшенням доз опромінення ці механізми можуть бути недостатньо ефективними.

1. Билкин Б. К., Рублевський В.П., Хрульов А. А, Тіщенко В. А. // Атом. техніка за кордоном. 1988. № 1. С. 17-20. 2. Рублевський В. П., Голенецький С, П., К і р д і н Г. С. Радіоактивний вуглець у біосфері. М., 1979.

3. Болін Б. Кругообіг вуглецю // Біосфера. М., 1982. С. 91-104.

4. Broeker WS, WaHon A.//Science. 1959. V. 130. N 3371. P. 309-314.

5. Василенко І. Я., Бугри шеї П. Ф., Істоміна А. Г., Турова В. І. // Журн. гігієни, епідеміології, мікробіології та імунології (Прага). 1982. Вип. 26. № 1. С. 18-27.

6. В а с і л е н к о І. Я., О с і 11 о в В. А., Ля г і н-с к а я А. М. та ін. Кінетика обміну та біологічна дія радіоактивного вуглецю (^С). Пре-принт ЦНДІатомінформ-ОН-4-88. М., 1988. С. 28-29.

7. Див, наприклад; Кузін А. М., Ісаєв Б. М., Хвостов а Б. М. та ін. Ефективність біологічної дії С при його включенні в живі структури // Радіаційна генетика. М., 1962. С.267-273; Кузін А. М., Глембоцький Я. Л., Л у п к і н Ю. А.// Радіобіологія. 1964. Т. 4. № 6. С. 804-809; Александров С. Н., Попов Д. К., Стрельникова Н. К. / / Гігієна і санітарія. 1971. № 3. С. 63-66; Apelgot S. Effect lйtal de la dsintіgration d'atomes radioacfivs [ "H, "C, "Pі incorpores dons Lactous//Biological effects of transmutation and decay of incorporated radioiiotops. Vienna, 1968. P. 147-163.

Можливо, буде корисно почитати: