Автор: С 24 августа японцы начали слив в океан радиоактивной воды с потерпевшей аварию АЭС «Фукусима-1». Эта новость несколько дней занимала топовые позиции у ведущих СМИ, при этом журналисты активно раскручивали страшилку о содержащемся в этой воде радиоактивном тритии, задавая риторический вопрос: «Насколько опасно будет после этого употреблять в пищу морепродукты? Куда смотрят экологи?? И т.п.» В информационном шуме о тритии затерялись гораздо более редкие сообщения о том, что сливаемая вода также может содержать радиоактивные изотопы более тяжелых радиоактивных элементов…
Журналисты, пишущие новостные заметки, пишут их ОБО ВСЕМ, обычно не вникая в суть — работа у них такая 🙄. Когда речь идет о предмете, знаниями по которому они не обладают, вставляют дежурные фразы: «по мнению экспертов», «как сообщил источник»… Большинство обычных людей, читающих новости, тоже вряд ли обладает углубленными знаниями в области физики, но боится радиации (и правильно делает) которая вызывает лучевую болезнь, провоцирует развитие рака, делает другие нехорошие вещи. Поэтому растиражированная информация о том, что мировой океан теперь заражен радиоактивной водой со страшным тритием, вполне может вызвать у неподготовленного человека легкую панику.
Я, конечно, не имею доступа ни к каким секретным данным о составе сливаемой японцами фукусимской воды, но в свое время закончил кафедру радиохимии химфака Ленинградского государственного университета (сейчас СПбГУ), поэтому теоретическое представление о том, что в ней может быть, имею. Об этом и хочу написать.
Итак, тритий — он же «сверхтяжелый» водород, обозначается символами «T» или «3H». Ядро атома трития содержит один протон и два нейтрона, поэтому имеет атомную массу — 3. В природе встречаются два стабильных изотопа водорода: «обычный» водород Н с атомной массой 1 (ядро атома содержит всего один протон; это самый распространенный химический элемент во вселенной) и его тяжелый изотоп дейтерий D с атомной массой 2 (в ядре — протон и нейтрон). В составе обычной воды, которую мы пьем, и которая, как известно имеет имеет формулу H2О, на самом деле имеется и тяжелая вода D2О, и водородно-дейтериевая HDO. Содержание дейтерия в природной воде — около 0,015 атомных процентов, что не так уж мало.
В отличие от обычного водорода и дейтерия, изотоп тритий нестабилен. Он подвержен радиоактивному распаду:
\( \mathrm { _1^3H \to \, _2^3He + e^- + \bar{\nu}_{e^-} } \)
Этим уравнением записан процесс распада ядра атома трития, в результате которого образуется ядро изотопа гелия-3, а также электрон и электронное антинейтрино. Период полураспада трития составляет 12,3 года.
Нейтрино и антинейтрино — удивительные частицы. У них нет электрического заряда, чрезвычайно малая масса (даже по сравнению с электроном), и они практически не взаимодействует с веществом — пролетают сквозь него без каких-либо последствий. Если провести мысленный эксперимент: представить себе огромную свинцовую преграду сквозь которую пролетает поток нейтрино (или антинейтрино), для того чтобы ослабить его интенсивность вдвое за счет поглощения свинцом, толщина такой преграды должна была бы составить около светового года! Понятно, что никакой опасности для человека антинейтрино не представляют.
Электроны, образующиеся при распаде трития, называют β-излучением. Энергия, которую получает электрон при данной реакции распада — в среднем 5,7 кэВ, это совсем немного. Такое β-излучение не обладает высокой проникающей способностью — его может задержать алюминиевая фольга, обычная одежда, и даже кожа человека. Но это справедливо лишь при воздействии на человеческий организм извне. При попадании внутрь с пищей, питьевой водой или при вдыхании воздуха, содержащего газообразный тритий T2 или пары тритиевой воды T2О, излучение будет оказывать вредное ионизирующее воздействие, хотя и локально, лишь в непосредственной близости от распавшегося атома трития. Это связно с тем, что длина «пробега» электрона в биологических тканях крайне мала, и не превышает размеры составляющих их клеток.
Гелий-3 \( \mathrm { _2^3He } \) — стабильный, но практически не образующийся на Земле естественным образом изотоп гелия. Нерадиоктивен и нетоксичен (точнее, не более токсичен, чем обычный распространенный изотоп гелий-4 — \( \mathrm { _2^4He } \), а, как известно, отравиться можно и кислородом в повышенной концентрации, все зависит от количества). Возможно, вы слышали о фантастических проектах добычи гелия-3 на Луне и транспортировки его на Землю для получения энергии в термоядерных реакторах (которых, кстати говоря, пока не существует…). Так вот, этот самый гелий-3 и образуется при распаде трития. Сам по себе он не опасен, однако нужно помнить, что он атом гелия-3 возник не на пустом месте, а он заместил атом трития. Если атом трития распался в составе молекулы сверхтяжелой воды T2О, возникнет не только гелий-3, но и выделится атомарный кислород, обладающий сильными окислительными свойствами. Последний будет реагировать с биоорганикой и повреждать окружающие ткани. Если же атом трития заместил атом обычного водорода (протия) и занял свое место в составе молекулы, образованной в каком-то из сложных биохимических процессов, протекающих в организме, вследствие распада и замены трития на гелий-3 будет разрушена и эта молекула. На пользу это живому организму? Очевидно, нет.
Из сказанного понятно, что газообразный тритий или содержащее его атомы вещество (та же сверхтяжелая вода T2О) опасны для человека только при попадании внутрь. Насколько велика эта опасность? Понятно, что это зависит от количества трития, который может попасть в организм. Существуют официально установленные предельно допустимые концентрации вредных веществ в природных средах (воде, воздухе, на поверхности почвы, и т.д.) — это предмет государственного регулирования. К моему удивлению, попытки поиска в сети официальных документов, содержащих эти нормы в отношении трития, дали противоречивый результат. Удалось выяснить следующее. Согласно классификации радионуклидов по их токсичности для человека и животных на 2016 год тритий и его соединения относится к группе Д — наименее опасной по уровню радиационной токсичности. В общем-то, исходя из известных свойств трития, я так и предполагал. Согласно этой классификации среднегодовая допустимая концентрация трития в воде составляет 148000 Бк/л (беккерелей на литр). Здесь стоит пояснить, что беккерель — это единица активности источника излучения, совершающего 1 распад в секунду. Однако эта классификация приведена в ряде учебных пособий для российских и белорусских студентов. К сожалению, официального нормативного документа, которым установлена эта ПДК, в открытом доступе обнаружить не удалось.
В многочисленных сообщениях в СМИ последних дней приводились другие данные, например, утверждалось, что в России предельно допустимая норма содержания трития в воде — 7700 Бк/л, но никаких ссылок на нормативные документы также не приводилось. Процитирую «быстрый ответ» Яндекса: «Предельно допустимая концентрация (ПДК) трития в воде равна в России при уровне вмешательства – 7600 Бк/л она равна 45000 Бк/л». Налицо разнобой: 7700, 45000, 148000 — три «большие разницы» 😀. Не моя задача выяснять, где тут истина. Условно (очень условно!) примем, что ПДК трития — 1000 Бк/л — гораздо меньше этих трех значений. Что же мы знаем о сбросе воды с «Фукусимы-1»?
Опять же, по информации в СМИ, оператор АЭС «Фукусима-1» — компания TEPCO заявила, что концентрация трития в воде, сбрасываемой в океан после очистки и разбавления обычной морской водой, составляет от 142 до 178 беккерелей на литр. Существенно меньше указанных выше цифр, верно? Но, даже если этот показатель занижен, что произойдет после ее слива? Кончено же, вода с «Фукусимы» будет под действием течений перемешана с обычной океанической водой и разбавлена ей в … не знаю, наверное не меньше, чем миллиарды раз. Концентрация трития в результате этого снизится ниже пороговых значений обнаружения.
При обсуждении проблемы с радиоактивным тритием «Фукусимы» я бы обратил внимание еще вот на что. Ведь тритий там образовывался и до аварии, в период нормальной работы станции. И, таким же точно образом, он синтезируется на других действующих АЭС — не только в Японии, но и в России или, например, во Франции. Куда же он потом девается? Не буду лукавить, мне неизвестно, каким образом утилизируется тритий в нашей стране. Но, та же Япония с других своих действующих АЭС (как раньше и с «Фукусимы»), регулярно сливает в море тритийсодержащую воду, и никого это особо не беспокоит, в том числе МАГАТЭ. Сброс этой воды происходит в объемах, считающихся безопасными. Но ведь и фукусимскую воду сольют не всю сразу. На станции сейчас накоплено 1,34 миллиона тонн воды, сливать планируют по 460 тонн в сутки. Такими темпами сброс воды будет завершен где-то к 2051 году. Возможно ли, что этот японский тритий загрязнит мировой океан значительно больше, чем весь тритий, вырабатываемый остальными атомными электростанциями на Земле? Не думаю.
Дотошный читатель наверняка возразит: «Я знаю, что всякая вредная химия и радиация в результате прохождения через пищевые цепочки имеет свойство концентрироваться в высших организмах!» Это верно, но лишь в отношении тех элементов и химических соединений, которые из организма не выводятся. В основном это тяжелые металлы (такие как ртуть или свинец). Тритий к ним не относится. Тритиевая вода T2О по химическим и физическим свойствам, конечно, имеет отличия от обычной H2О, но участвует в тех же биохимических процессах наравне с ней, поэтому относительно быстро выводится из организма в процессе метаболизма. По информации, приведенной в томе 6 «Экологическая радиохимия и радиоэкология» книги И.Н. Бекмана «Радиохимия» (М., 2015), эффективный период полувыведения трития из свободной воды в организме человека — 9,7 суток, а органически связанного трития — 30 суток.
И здесь стоит вернуться к вопросу о дозе трития, которым гипотетически может быть заражена рыба или другие морепродукты. Представляется, что эта доза будет чрезвычайно мала, с учетом того, что тритий быстро выводится не только из организма человека, но, конечно, и из организмов рыб и других морских обитателей. И радиоактивному распаду он подвержден не только, когда попадет в живой организм, а и находясь в «свободном плавании». За счет многократного разведения и в связи с коротким периодом полураспада тритий с «Фукусимы» не может являться фактором глобальной угрозы жизни и здоровью людей, я в этом уверен. По крайней мере, эта угроза ничуть не превосходит ту, которую представляет тритий, вырабатываемый ежедневно другим АЭС по всему миру.
Сказанное вовсе не значит, что я отношусь к ярым сторонникам сброса в океан воды с ядерными отходами. Отнюдь нет. Я лишь хотел, насколько возможно, мотивированно объяснить, что не в тритии корень зла. А в чем же тогда? Реальную, гораздо большую опасность могут представлять содержащиеся в этой воде радиоактивные изотопы других, более тяжелых химических элементов. Да, японцы заявили, что вода хорошо от них очищена с помощью сорбентов (предполагается что впоследствии эти сорбенты будут захоронены). Да, такие сорбенты на самом деле существуют. Но неизвестно, насколько хорошо была проведена эта очистка, и сколько этих элементов после нее осталось в растворе (метод адсорбции, как, впрочем, и любой другой, не идеален). А сторонних экспертов на «Фукусиму» Япония допускать отказывается.
Какие же еще радиоактивные элементы могут содержаться в сбросе, помимо трития? Не буду утомлять читателя таблицей Менделеева (а в ядерных реакциях происходящих на АЭС, чего только не образуется), укажу только на один из них. Это стронций-90 — 90Sr, имеющий период полураспада 28,8 года. Этот изотоп стронция подвержен β-распаду, в результате которого он превращается в иттрий-90 (также радиоактивный изотоп с периодом полураспада всего 64 часа).
Стронций (не только «90», но и стабильные его изотопы) в периодической системе Менделеева относится ко II группе элементов — той же, что и кальций, и является его ближайшим соседом. Обладая поэтому весьма схожими химическими свойствами, стронций, попав в организм, легко замещает кальций — основу наших костей. В отличие от трития, который довольно легко выводится почками, стронций-90 останется в организме «всерьез и надолго». Накапливаясь и при этом излучая β-частицы (электроны), он повреждает костную ткань и красный костный мозг. Небольшие количества этого изотопа в костях увеличивают риск заболевания лейкемией, большие же вызывают лучевую болезнь. В случае с «Фукусимой» стоит, скорее, говорить о небольших количествах стронция-90, но от этого не легче.
Выше, говоря о тритии, я упоминал классификацию радионуклидов по их токсичности для человека и животных. По этой классификации тритий относится к последней, пятой группе опасности «Г». А стронций-90 — ко второй группе «Б». Только радионуклиды особо высокой токсичности — свинец-210 и торий-230, относятся к группе «А» и несут большую угрозу.
Морские животные, участвуя в естественных пищевых цепочках, способны концентрировать стронций-90. Вначале его могут накапливать рачки и другие мелкий животные, образующие планктон, затем питающиеся им рыбы, которые в итоге попадают к нам на стол. По этой причине, несмотря на разбавление сливаемой из хранилищ «Фукусимы» воды, в случае ее не слишком хорошей очистки от стронция-90, его присутствие в пищевых морепродуктах может оказаться чувствительным. И здесь в голову невольно приходит конспирологическая гипотеза: уж не для того ли поднята такая шумиха в прессе вокруг трития, чтобы замаскировать вопрос о более тяжелых радиоактивных элементах?..
Впрочем, конспирология — это лженаука 😎. Будем надеяться, что японские специалисты все сделали правильно.
