назад

Тритиевая вода

Тритиевая вода – это опасная для человека жидкость, содержащая радиоизотоп водорода – тритий. Синтезированная лишь в 1951 году, она не так хорошо исследована, как дейтериевая вода, и до сих пор остается большой загадкой для ученых. Основная причина малой изученности тритиевой воды заключается в трудности количественного измерения, идентификации и детектирования ее основного компонента – природного трития, который дает слишком слабое бета-излучение.

 

Тритиевая вода: что это?

Тритиевая вода – сверхтяжелая вода, получаемая путем ядерных реакций и концентрируемая несколькими методами: электролизом, термодиффузией и фракционной перегонкой. Она обладает особыми физическими свойствами, которые отличаются от параметров обычной воды:

  • температура замерзания – 4-9 °С;
  • температура кипения – 104 °С;
  • плотность – 1,33 г/см3.

Тритиевая вода имеет уникальное качество – не поглощается нейтроны, благодаря чему применяется в ядерных реакторах в качестве как теплоносителя, так тормозного соединения для нейтронов. Также ее активно применяют в виде изотопного индикатора при изучении химических, биологических и гидрологических процессов.

 

Как образуется сверхтяжелая вода?

Сверхтяжелая вода образуется в верхних слоях атмосферы из космогенного трития (99%) и поступает вместе с дождем и снегом в океаны, моря, почву, частично откладываясь в растениях и животных. Большая ее часть концентрируется в водных источниках, причем очень неравномерно: больше трития фиксируется в пресной, а не в морской и океанической воде. В среднем, в 1 литре воды содержится 3,2х10-10 г сверхтяжелого водорода. По результатам многолетних исследований, проводимых Росгидрометром, в атмосферных осадках находится до 4,4 Бк/л трития, а в морях, омывающих территорию России, – 4-10 Бк/л. Резкое повышение концентрации этого изотопа регистрировалось в 1978-1988 годах сразу после Чернобыльской аварии, в результате которой произошло радиоактивное загрязнение огромных территорий.

 

Питьевая и тритиевая вода

Все питьевые источники содержат небольшую долю сверхтяжелой воды. Вместе с питьем и едой она постоянно поступает в организм человека, почти полностью всасывается в тонком кишечнике (спустя 2-9 минут фиксируется в венозной крови). Большая ее часть, почти 75%, вместе с выдыхаемым воздухом, потом и фекалиями выводится из организма в течение 10 суток. Остальная часть тритиевой воды задерживается на более длительное время, становясь внутренним источником опасных бета-частиц и внося свой вклад в накопление общей жизненной дозы облучения.

 

Интересный факт
Известно, что большинство российских долгожителей проживает в Якутии и Дагестане: на миллион населения приходится 324 и 353 человека, тогда как в остальных регионах эта цифра составляет 8 человек. В Болгарии насчитывается 41 долгожитель на миллион жителей, причем большая их часть живет в горах. Еще в 1960-1965 годах сотрудник Томского мединститута Г. Бердышев связал долголетие бурятов, алтайцев и якутов с водой горных источников, используемой ими для питья и приготовления пищи. Он предположил, что в реликтовой воде, которая образуется из горных ледников, содержится минимальное количество изотопа водорода – дейтерия.

 

 

Нормы содержания трития в воде

Несколько десятилетий назад уровень трития в воде составлял 1Бк/л. Этот показатель принимался за норму для всех водных источников. Но после проведения испытаний термоядерного оружия и нескольких крупных техногенных катастроф, произошло 35-кратное увеличение концентрации трития в атмосфере. Вследствие этого нормативы менялись несколько раз. На сегодняшний день с учетом принятых в России санитарных норм НРБ-99/2009, верхний предел трития в воде значительно увеличен и составляет 7,7х103 Бк/кг, в воздухе – 1,9х103 Бк/м3.

Существуют рекомендации МАГАТЭ по нормам содержания тритиевой воды в питьевой воде для ряда стран:

  • США – 700 Бк/л;
  • Канада – 7000 Бк/л;
  • Европа – 100 Бк/л.

Как видно, установленные в России пределы по тритию являются самыми высокими, хотя и пересматривались несколько раз.

 

Источники тритированной воды

Природный тритий – одно из самых редких веществ на планете. Мировые запасы радионуклида составляют всего 30 кг. В воздухе его содержание чрезвычайно мало – 1 молекула трития на 20 куб. сантиметров воздуха. Образуясь в верхних слоях атмосферы, он растворяется в осадках и в виде сверхтяжелой воды поступает на землю, включаясь в круговорот воды.

Дожди, содержащие максимальное количество трития, выпадают в средних полосах Земли, наименее концентрированные – идут над океаном, так как их источником является океаническая вода с невысоким содержанием изотопа. Он почти отсутствует в глубинном льде вечной мерзлоты, поскольку за прошедшие тысячелетия уже успел разложиться.

Еще один источник поступления сверхтяжелой воды в окружающую среду – атомные электростанции, ежегодно выбрасывающие десятки килограммов газообразного трития и сверхтяжелой воды. Этот изотоп водорода образуется при работе атомных реакторов всех типов. Всего в мире работает свыше 500 станций, которые,по мнению зарубежных исследователей, являются причиной увеличения раковых заболеваний у детей в Германии, США и Франции, проживающие в районе работы атомных электростанций.

Существенное количество сверхтяжелой воды дают заводы, получающие тритий для нужд промышленности, научных и оборонных предприятий. Общее его количество, поступившее в атмосферу, составляет 1900-8000 МКи, причем на долю северного полушария приходится до 80% радионуклида.

 

Чем опасна сверхтяжелая вода?

На протяжении многих тысячелетий содержание трития в атмосфере оставалось постоянным. Потери из-за его естественного распада компенсировались непрерывным ядерным синтезом в верхних слоях атмосферы. Но ситуация изменилась в 1954 года с началом многочисленных испытаний термоядерных бомб, что привело к накоплению сотен килограммов трития в биосфере. После прекращения термоядерных взрывов его содержание начало снижаться, но пока не достигло исходного значения. На сегодняшний день в водоемах Земли содержится около 100 кг техногенного трития.

Поступающая в организм тритированная вода почти полностью усваивается организмом и равномерно распределяется во всех органах и тканях. Спустя два часа содержание трития становится одинаковым в поте, крови, слюне, моче и выдыхаемом воздухе. Обладая радиоактивными свойствами, сверхтяжелая вода представляет серьезную угрозу для здоровья человека. По своей токсичности она превосходит газообразный тритий в 500 раз! Почему? Все дело в том, что содержащийся в ней сверхтяжелый изотоп замещает водород в белках, жирах и углеводах. Проникая в цитоплазму клеток всех органов и тканей, он испускает бета-излучение, разрушающее как на внутренние органы человека, так и на генетический материал половых клеток.

Негативное воздействие тритиевой воды усиливается тем, что при распаде трития образуется газообразный гелий, который разрывает водородные связи и нарушает процесс синтеза структурных компонентов клетки. В результате у человека:

  • снижается обмен веществ;
  • замедляется интенсивность тканевого дыхания;
  • повышает вязкость цитоплазмы;
  • индуцируются мутации;
  • ускоряется старение клеток.

При остром поражении тритиевой водой возникает дистрофическое изменение клеток всех внутренних органов.

 

Острое облучение тритиевой водой
В литературе описан единичный случай облучения человека тритиевой водой в дозе 3,5х1011 Бк. Больной жаловался на общую слабость, повышенная утомляемость, апатию и боли во рту при жевании. При этом у него наблюдался ярко-выраженный геморрагический синдром – изменение состава крови, опустошение костного мозга и резкая деградация сосудистой стенки из-за включения трития Доза внутреннего облучения составила 12 Зв, причем 2/3 дозы сформировалась в первые две недели после приема тритиевой воды.

 

Биологическое воздействие ОСТ на организм

Как показывают исследования на животных, 98-99% тритированной воды переходит в водную фазу и лишь 1-2% – в тканевые структуры, образуя органический связанный тритий (ОСТ). При этом его большая часть аккумулируется в печени, затем в мышцах и коже, а меньшее количество органического трития откладывается в костях. Именно ОСТ считается наиболее опасным, поскольку дольше всего удаляется из организма – от 21 и до 76 дней, а некоторые молекулы могут находиться до 280-550 дней. Проникая в половые клетки, они вызывают повреждения молекул ДНК и мутации у последующего поколения. Но особенно опасен ОСТ для эмбриона: интенсивность его воздействия в четыре раза превышает степень влияния на взрослого человека.

 

Тритиевое загрязнение

В последние десятилетия тритиевая проблема стала актуальной для всех стран, включая Россию. В нашей стране высокое содержание трития фиксируется в Уральском регионе, поскольку на его территории работают мощные источники техногенного трития – Белоярская АЭС и ПО «Маяк», занимающейся производством и переработкой трития, а также изготовлением тритиевых узлов ядерных зарядов. Ситуация усложняется сильным загрязнением почвы, воды, воздуха тяжелыми металлами и другими химическими соединениями антропогенного происхождения. Северные районы Уральского региона находятся в зоне влияния ядерных испытаний, проводимых на Новоземельском полигоне.

В 1957 году на производственном объединении «Маяк» произошла крупнейшая радиационная катастрофа, которая привела к загрязнению тритием всего севера Челябинской области и юга Свердловской области. В результате взрыва нитратно-ацетатной смеси на территорию площадью около 20000 кв. км, на которой на тот момент проживало 272000 человек, произошел выброс радиоактивных веществ. Впоследствии пострадавший район назвали Восточно-Уральским радиоактивным следом (ВУРС). Многолетние исследования показали повышенное содержание трития в организмах детей, проживающих от ПО «Маяк» на расстоянии 150 км.

 

Трудности измерения мощности тритиевого облучения

Сверхтяжелая вода, как и газообразный тритий, негативно влияет на весь организм человека и относится к важнейшим дозообразующим радионуклидам. К сожалению, до сих пор плохо изучено воздействие малых концентраций тритированной воды на организм человека. Связано это с методическими трудностями определения содержания трития в природной среде и высокой стоимостью измерительной аппаратуры. Реальные дозы полученного облучения обычно определяют по содержанию трития в моче, но и в этой методике имеются недоработки:

  • контролируется только активность оксида трития, без учета активности органических соединений трития.
  • при расчете доз не учитываются экспериментальные данные ОСТ с периодом выведения более года и оксида трития – 10 дней.
  • нормы ОСТ согласно НРБ в 2-3 раза меньше, чем пределы по оксиду трития.

Максимальный пробег бета-частиц трития в воздухе составляет всего 5 мм, что исключает использование измерительных приборов, где исследуемый объект отделяется от рабочего вещества какими-либо пленками.