Гiсторыя лясной радыеэкалогii

Лясная радыеэкалогiя зарадзiлася, у першую чаргу, як прыкладная галiна ведаў, асноўныя задачы якой звязаны з вырашэннем канкрэтных пытанняў аховы навакольнага асяроддзя ад радыяцыйнага забруджвання. З’яўленне радыяцыйнай экалогii лесу, як i радыеэкалогii ў цэлым, звязана з антрапагенным узмацненнем радыяцыйнага ўздзеяння на навакольнае асяроддзе, абумоўленага асваеннем чалавекам ядзернай энергii. Лясная радыеэкалогiя з выразна акрэсленымi мэтамi, а таксама з уласнай метадалогiяй даследаванняў добра ўпiсалася ў структуру сучаснай радыеэкалогii. Вызначылiся яе кантакты з сумежнымi дысцыплiнамi, фундаментальнымi навукамi, комплексам навук аб лесе i шэрагам дысцыплiн радыеэкалагiчнага кiрунку (рыс. 12.1). Яна таксама цесна звязана з вырашэннем задач экалагiчнага манiторынгу i нармiравання.

Лясной радыеэкалогiяй ужо назапашаны значны эксперыментальны матэрыял, крытычны аналiз якога дазволiць правiльна ацанiць атрыманыя даныя i вызначыць перспектывы далейшых даследаванняў. Радыеэкалогiя ў многiм узбагацiла агульную экалогiю новымi метадамi, шырокiм укараненнем работ з радыеактыўнай «меткай» у даследаваннях самага рознага характару.

Даследаванне бiялагiчнага дзеяння iанiзуючага выпраменьвання пачалося ўслед за адкрыццём гэтых выпраменьванняў Вiльгельмам Конрадам Рэнтгенам (1895), Анры Бекерэлем (1896) i адкрыццём радыя М. Складоўскай-Кюры i П. Кюры (1898). У 1886 г. Тарханавым I. Г. была апублiкавана праца аб магчымасцi ўплыву рэнтгенаўскiх прамянёў на жыццёвыя функцыi. У пачатку ХХ ст. у Расii ўплыў iанiзуючага выпраменьвання на жывыя арганiзмы вывучаў Лондан Е. С.

Рыс. 12.1. Схема ўзаемасувязi лясной радыеэкалогii з сумежнымi дысцыплiнамi

20–30-я г. ХХ ст. адзначаны шэрагам буйных адкрыццяў i новых iдэй, якiя паскорылi станаўленне радыеэкалогii як навукi. У 1925 г. савецкiя вучоныя Надсан Г. А. i Фiлiпаў Г. С. адкрылi мутагеннае дзеянне рэнтгенаўскага выпраменьвання на нiжэйшыя грыбы, Стадлер Л. – на раслiны. Магчымасць выкарыстання рэнтгенамутацыi для селекцыi раслiн пацвердзiлi таксама вучоныя Дэланэ Л. М. i Сапегiн А. А. У 1930 г. Вернадскi У. I. выявiў заканамернасцi назапашвання радыю прэснаводнымi i наземнымi раслiнамi. Пад яго кiраўнiцтвам былi выкананы даследаваннi па назапашваннi натуральных радыенуклiдаў раслiнамi i жывёламi i выяўленнi бiялагiчнага ўздзеяння радыяцыi ў генетыцы. Працы стваральнiка бiягеацэналогii Сукачова У. М. паслужылi метадычнай асновай, на якой разгортвалiся радыеэкалагiчныя даследаваннi Маўчанава А. А., Цiмафеева-Рэсоўскага М. В., Хiльмi Г. Ф., Цiхамiрава Ф. А., Аляксахiна Р. М., Крывалуцкага Д. А. i iнш. У вынiку былi сфармуляваны, а ў далейшым эксперыментальна даследаваны пытаннi, якiя тычацца аналiзу складаных з'яў радыяцыйнага пашкоджання кампанентаў лясных бiягеацэнозаў.

У пачатку 50-х г. былi праведзены даследаваннi па вывучэннi мiграцыi радыеактыўных прадуктаў ядзернага дзялення урану i плутонiю па бiялагiчных i кармавых ланцугах. З 1948 г. у бiяфiзiчнай лабараторыi Цiмiразеўскай сельскагаспадарчай акадэмii пад кiраўнiцтвам акадэмiка Клячкоўскага В. М. праводзіліся работы па выяўленнi заканамернасцей перамяшчэння радыеактыўных прадуктаў дзялення ў сiстэме «глеба–раслiны–глеба», распрацоўцы асноўных агратэхнiчных i аграхiмiчных мерапрыемстваў па знiжэннi пераходу радыенуклiдаў з глебы ў раслiны. Перадзельскiм А. А. у 1956 г. прапанаваны тэрмiн «радыеэкалогiя». Перспектывы развiцця радыеэкалогii як навукі былі раскрыты Кузiным А. М. i Перадзельскiм А. А.

З iмем Маўчанава А. А. звязаны пачатак радыеэкалагiчных лясных даследаванняў, у якiх асноўная ўвага ўдзелена ацэнцы лесазнаўчых i бiягеацэналагiчных аспектаў прамянёвых уздзеянняў у эксперыментах з унясеннем радыенуклiдаў у лес, а таксама перамяшчэнню штучных радыенуклiдаў у бiягеацэнозах. Пад яго кiраўнiцтвам у 1966 г. былi пачаты даследаваннi па размеркаваннi i мiграцыi радыеактыўных прадуктаў выпадзення пасля ядзерных выпрабаванняў у лясах розных зон былога СССР.

У канцы 50-х i пачатку 60-х гг. эксперыментальныя даследаваннi ў галіне лясной радыеэкалогii былi праведзены ва Уральскiм фiлiяле АН СССР на бiястанцыi Мiясава пад кiраўнiцтвам Цiмафеева-Рэсоўскага М. В. Вывучалася назапашванне шырокага набору штучных радыенуклiдаў у мадальных лясных экасiстэмах, першасныя i другасныя эфекты ўздзеяння на бiягеацэнозы.

Фундаментальныя работы па вызначэнні радыеадчувальнасці розных відаў раслін у розныя перыяды антагенезу і магчымасць выкарыстання іанізуючых выпраменьванняў для кіравання зменлівасцю выкананы Батыгіным М. Ф. з супрацоўнікамі.

У канцы 70-х, пачатку 80-х гг. i пазней Аляксахiным Р. М. i Нарышкiным М. А., Цiхамiравым Ф. А. i Аляксахiным Р. М., Аляксахiным Р. М., Цiхамiравым Ф. А., Кулiковым М. У., Кудзiнавым М. А.,. Крывалуцкiм Д. А i iнш., Градзiнскiм Д. М., Сушчэнем Л. М. i iнш., Іпацьевым В. А. i iнш., Парфёнавым В. I., Якушавым Б. I., Марцiновiчам Б. С. i iншымі апублiкаваны манаграфii i агляды, у якiх апiсаны стан i вынiкi даследаванняў па асобных раздзелах лясной радыеэкалогii, задачы i змест гэтай дысцыплiны.

З першага этапа развiцця радыеэкалогii, у тым лiку i лясной, вылучалiся тры асноўныя задачы:

1) вывучэнне заканамернасцей мiграцыi радыеактыўных рэчываў у розных прыродных асяроддзях у сiстэме «глеба–раслiны–глеба»;

2) даследаванне ўздзеяння iанiзуючага выпраменьвання на бiягеацэнозы;

3) рэгуляванне паступлення радыеактыўных рэчываў у дрэвавыя раслiны. Актуальнасць даследавання кругавароту радыенуклiдаў у лясах вызначаецца тым, што на аснове эксперыментальных даных аб мiграцыi радыеактыўных рэчываў у лясах можна атрымаць уяўленне аб ступенi забруджвання лясных рэсурсаў, якое звязана з акумуляцыяй радыенуклiдаў, i аб магчымасцi вядзення лясной гаспадаркi ва ўмовах павышанага ўтрымання радыенуклiдаў у навакольным асяроддзi пасля аварыйных выкiдаў. Мiграцыя радыеактыўных рэчываў у лясных бiягеацэнозах вывучаецца па трох напрамках:

1) устанаўленне заканамернасцей паступлення радыенуклiдаў у лясную раслiннасць у залежнасцi ад шчыльнасцi забруджвання i асаблiвасцi глеб;

2) аналiз асаблiвасцей назапашвання радыенуклiдаў раслiнамi з глебы;

3) аналiз мiграцыi радыенуклiдаў у кампанентах бiягеацэнозаў.

12.3. Радыеактыўнасць, тыпы iанiзуючага выпраменьвання,

Дозы i адзiнкi

Любы атам складаецца з мноства элементарных часцiц, галоўнейшымі з якіх, што вызначаюць уласцівасці сістэмы, з'яўляюцца пратон, нейтрон i электрон. Элементарная часцiца ў свабодным стане характарызуецца такiмi фiзiчнымi велiчынямi як, маса, электрычны зарад (або яго атсутнасць), устойлiвасць.

Атамнае ядро складаецца з пратонаў i нейтронаў, агульная назва якіх – нуклоны. Яны ўтвараюць масу атама. Памiж iмi дзейнiчаюць сiлы прыцяжэння, якiя праяўляюцца толькi на вельмi малых адлегласцях (10^–13 см). Ядро аднаго i таго ж хiмiчнага элемента ўтрымлiвае аднолькавую колькасць пратонаў, а колькасць нейтронаў можа быць рознай. Так, напрыклад, у ядры атама кальцыю (²⁰Са₄₀) утрымлiваецца 40 нуклонаў (20 пратонаў i 20 нейтронаў), у ядры атама урану (²³⁸92U) – 238 нуклонаў (92 пратоны i 146 нейтронаў). Атамы, якiя маюць ядры з аднолькавай колькасцю пратонаў, але адрознiваюцца па колькасцi нейтронаў, з'яўляюцца разнавiднасцю аднаго i таго ж хiмiчнага элемента i называюцца iзатопамi дадзенага хiмiчнага элемента.

Ядры ўсiх iзатопаў хiмiчных элементаў прынята называць нуклiдамi. У залежнасці ад суадносін пратонаў і нейтронаў яны бываюць устойлівымі і не (гэта значыць, радыеактыўнымі). Радыенуклiды – гэта радыеактыўныя атамы з неўстойлівым ядром. Стабільныя нукліды пры адсутнасці знешняга ўздзеяння ніколі не зазнаюць ніякіх ператварэнняў і не распадаюцца.

Радыеактыўнасць – гэта самаадвольны распад атамных ядраў некаторых хiмiчных элементаў, якi прыводзiць да змянення iх атамнага нумара i масавага лiку. Распад радыеактыўных ядраў суправаджаецца iанiзуючым выпраменьваннем.

Пры радыеактыўным распадзе могуць вылучацца выпраменьваннi розных тыпаў: a-часцiцы, b-часцiцы (электроны або пазiтроны), g- i рэнтгенаўскае выпраменьванне. Акрамя таго, да iанiзуючых выпраменьванняў адносяць нейтроны i пратоны – прадукты ядзерных рэакцый.

Iнтэнсiўнасць ядзерных распадаў звычайна характарызуецца колькасцю iх узнiкненняў у адзiнку часу. У кожнага радыенуклiда верагоднасць распаду ядра ў адзiнку часу з'яўляецца велiчынёй пастаяннай (l). Для характарыстыкi радыенуклiдаў выкарыстоўваюць такi параметр, як перыяд паўраспаду. Перыяд паўраспаду (Т_1/2) час, на працягу якога першапачатковая колькасць ядраў дадзенага радыенуклiда ў вынiку самаадвольных ядзерных ператварэнняў змяншаецца ў 2 разы (распадаецца напалову). Радыеактыўны распад не можа быць спынены або паскораны якiм-небудзь спосабам. Для кожнага iзатопа iснуюць свае значэннi l i Т_1/2, але іх суадносіны роўныя 0,693: .

Адзiнкi актыўнасцi. У якасцi адзiнкi актыўнасцi выкарыстоўваюць Кюры (Кi) - 3,7·10¹⁰ ядзерных распадаў у секунду. Вытворнымi адзiнкамi з'яўляюцца: пiкаКюры (1 пКi = 1·10^-12 Кi); нанаКюры (1 нКi = 1·10^-9 Кi); мiкраКюры (1 мкКi = 1·10^-6 Кi); мiлiКюры (1 мКi = 1·10^-3 Кi); кiлаКюры (1 кКi = 1·10³ Кi); мегаКюры (1 МКi = 1·10⁶ Кi). Поруч з адзначанымi адзiнкамi ў сiстэме адзiнак СI нярэдка выкарыстоўваецца адзiнка актыўнасцi бекерэль (Бк) – адно ядзернае ператварэнне ў секунду i вытворныя гэтай адзiнкi: кiлабекерэль (1 кБк = 10³ Бк); мегабекерэль (1 МБк = 10⁶ Бк). Канцэнтрацыя радыеактыўных рэчываў у даследуемых узорах выражаецца ў адзiнках актыўнасцi ў разлiку на адзiнку масы (пКi/кг, мкКi/кг, кБк/кг i iнш.) або на адзiнку аб'ёму (пКi/м³, пКi/л, кБк/л i iнш.). Акрамя таго, для характарыстыкi мiграцыi ⁹⁰Sr i ¹³⁷Cs па трафiчных ланцугах выкарыстоўваюць так званыя стронцыевыя (с. а.) i цэзiевыя (ц. а.) адзiнкi, якiя адпаведна прадстаўляюць сабой канцэнтрацыю 1 пКi ⁹⁰Sr/1 г Са i 1 пКi ¹³⁷Cs/1 г К.

Суадносіны паміж асноўнымі дазіметрычнымі велічынямі прыведзены у табліцы 12.1.

Iанiзуючыя выпраменьваннi i адзiнкi iх вымярэння. Важнейшай уласцiвасцю ядзерных выпраменьванняў з'яўляецца iх здольнасць выклiкаць iанiзацыю атамаў i малекул, у сувязi з чым ядзерныя выпраменьваннi называюць iанiзуючымi.

Радыебiялагiчныя эфекты, якiя назiраюцца пры ўздзеяннi iанiзуючых выпраменьванняў на жывыя арганiзмы, абумоўлены паглынутай энергiяй выпраменьвання, гэта значыць колькасцю энергii паглынутай адзінкай масы тканкi. У якасцi паглынутай дозы iанiзуючага выпраменьвання служаць спецыяльныя адзiнкi – Грэй/кг рад/кг, Джоўль/кг.

Бiялагiчныя эфекты пры апраменьваннi жывых арганiзмаў залежаць не толькi ад магутнасці дозы выпраменьвання, але i ад яе колькасцi. Назапашаны значны эксперыментальны матэрыял, якi сведчыць аб тым, што радыебiялагiчны эфект пры iдэнтычных магутнасцях доз павялiчваецца па меры павелічэння часу ўздзеяння.

Для ўлiку бiялагiчнай эфектыўнасцi розных выпраменьванняў уведзена паняцце эквiвалентная доза – адна з асноўных дазiметрычных велiчынь у радыебiялогii i радыяцыйнай бяспецы. Эквiвалентная доза – гэта здабытак паглынутай дозы Д дадзенага вiду iанiзуючага выпраменьвання (a-, b-, g-выпраменьванне i г. д.) памножаны на адпаведны каэфiцыент якасцi выпраменьвання К. Для b- часцiц, g- i рэнтгенаўскага выпраменьвання К прымаецца роўным адзiнцы, нейтронаў (у залежнасцi ад iх энергii i вiду бiялагiчнай тканкi вагаецца ў межах ад 3 да 10; a-выпраменьванне – ад 10 да 20). За адзiнку эквiвалентнай дозы прымаюць зіверт і бэр–бiялагiчны эквiвалент рэнтгена.

Таблiца 12.1

Суадносiны памiж адзiнкамi СI i пазасiстэмнымi адзiнкамi актыўнасцi

Важнай дазiметрычнай велiчынёй з'яўляецца магутнасць дозы, якая характарызуецца прырашчэннем дозы ў адзiнку часу. У якасцi адзiнкi магутнасцi дозы выкарыстоўваюць Р/с, бэр/с, Зв/с.