Особенно важными для экологии искусственными радионуклидами можно считать те, которые обладают высоким выходом в ядерных реакциях. Вторым важным параметром является период полураспада. Радионуклиды, способные распадаться практически полностью в течение нескольких дней, не успевают включиться в геохимические циклы. Ниже рассматриваются радионуклиды, имеющие сравнительно большие периоды полураспада. Их геохимические особенности во многом определяются химическими свойствами элементов, изотопами которых они являются.
Цезий. Наиболее важными радионуклидами являются его изотопы 137Cs (T1/2 = 30 лет) и 134Cs (2 года). 137Cs - продукт деления с большим выходом (6%), 134Cs - продукт активации стабильного 133Cs. Цезий - щелочной элемент IA группы Периодической системы. Как и все другие щелочные элементы, он имеет одну степень окисления (1+) и в растворах присутствует в виде катиона Cs+. Катион цезия обладает наибольшим радиусом среди других простых катионов. Соединения цезия в целом хорошо растворимы. Элементом-носителем для его радиоактивных изотопов в биосфере является широко распространенный элемент калий, так как стабильный цезий - достаточно редкий элемент. В геохимических процессах в присутствии К радионуклиды цезия ведут себя аналогично носителю. За счет большего ионного радиуса цезий удерживается адсорбционной поверхностью (глинистыми минералами) более прочно, чем К. Без носителя радионуклиды Cs ведут себя в растворах как радиоколлоиды.
Стронций. Основными экологически важными радионуклидами являются его изотопы 90Sr (29 лет) и 89Sr (50,5 суток). Оба - продукты деления с высоким выходом. Однако в первый момент после деления преобладает 89Sr и отношение изотопов 89Sr/ 90Sr= 189 (Источники и действие ионизирующей радиации, 1978). Стронций является щелочноземельным элементом ПА группы Периодической
247
системы. В растворах присутствует в форме катиона Sr2+, имея единственную степень окисления. Элементом-носителем для радионуклидов Sr является широко распространенный в биосфере Са. Растворимость бикарбоната Sr выше, чем бикарбоната Са. Отсюда высокая подвижность Sr. Однако в отсутствие носителей (Са или стабильного Sr) радионуклиды стронция в значительной степени ведут себя, как радиоколлоиды.
Церий. Наиболее известен радионуклид 144Се (284 дня), который является продуктом деления с выходом около 6%. В период глобальных испытаний ядерного оружия активность 144Се в среднем в 15 раз превышала активность 90Sr (Источники и действие..., 1978). Церий относится к группе лантаноидов. В биосфере находится в степени окисления 3+. Так как элементы группы лантаноидов в биосфере редки, то радионуклиды Се практически не имеют носителей и отличаются малой подвижностью.
Рутений. Наиболее экологически значимый радионуклид 106Ru (365 суток) является продуктом деления, выход которого высок только при делении 239Рu (Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества, 1990). Его активность в воздухе в период ядерных испытаний составляла менее половины активности 144Се. Ru - переходный металл VIII группы (платиноиды) Периодической системы. Это тугоплавкий металл, высшие оксиды которого (RuO3 и RuO4) летучи. Для него характерны по крайней мере четыре степени окисления (3, 4, 6 и 8). В кислых растворах преобладают катионы Ru3+ и Ru4+, в щелочных - анионы высших валентных состояний, например RuO
. Склонен к комплексообразованию. В биосфере не имеет макроносителей.
Плутоний. Появился в биосфере в результате искусственных ядерных реакций. Все его изотопы радиоактивны. Изотопы Рu возникают в процессе активации ядерного топлива. Почти все они являются α-излучателями с большими периодами полураспада (см. гл. 10), и этим определяется их экологическая опасность. Плутоний попадает в окружающую среду при ядерных взрывах, работе реакторов, переработке ядерного топлива, авариях и захоронении радиоактивных отходов. Он относится к группе актиноидов наряду с ураном и торием. Летучесть Рu низка, и при работе реакторов в выбросах он не наблюдается. При авариях поступает в окружающую среду в составе топлива. Рu имеет много степеней окисления, по крайней мере 3, 4, 5, 6 и 7. Склонен к комплексообразованию. Растворимость его соединений определяется окислительно-восстановительным потенциалом, рН и содержанием лигандов. Большинство его химических форм малорастворимо, особенно в степенях окисления 3 и 4. Наиболее растворимы соединения Рu (V) и Рu (VI), которые образуют в растворах комплексные катионы РuО
(плугоноил) и РuО
(плутонил).
248
Растворимые соединения плутоноила более устойчивы в растворах. За исключением Pu(VII), в растворе Рu может присутствовать во всех остальных степенях окисления одновременно. В биосфере не имеет макроносителей.
249
