Проектно-исследовательская работа "Определение радионуклида цезия в пищевых продуктах"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ГИМНАЗИЯ №3» г. Брянск

ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

«Определение радионуклида цезия-137 в пищевых продуктах»

Авторы: ученицы 10 «В» класса

Калошина Алёна

Дюкарева Алина

Руководитель:

Бабич Елена Викторовна

Должность: учитель биологии

г. Брянск

2013

Содержание

Введение……………………………………………………………….............3

Гипотеза и цель работы…………………………………………………...…..3

Задачи работы………………………………………………………………….3

Объект и метод исследования…………………………………………..….…3

Теоретическая часть

1. Общие сведения о радионуклиде 137Cs ……………………………..........4
2. Рекомендации по профилактике воздействия радионуклидов

     на организм человека…………………………………………….………...6

Практическая часть………………………………………….………...............8

Список литературы…………………………………………..………............10

Приложение к работе………………………………………..……………….11

Введение

Радиоактивность — это природное явление, при котором происходит самопроизвольный распад ядер атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающийся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения. Открытие радиоактивности давало много преимуществ: появилась возможность использовать новый тип энергии, но вместе с тем были отрицательные стороны - многочисленные радиационные аварии, ведущие к загрязнению окружающей среды радионуклидами и влияющие на живые организмы.

В апреле 1986 года на четвертом блоке Чернобыльской АЭС произошла крупнейшая ядерная авария в мире. Пострадали северная часть Украины, Беларусь и запад России, в том числе и Брянская область. Факт того, что Брянская область серьезно пострадала от аварии на АЭС, заставил нас задуматься, как радиоактивные вещества влияют на организм человека и окружающую среду.

Гипотеза и цель работы

Гипотеза: в результате аварии на Чернобыльской АЭС Брянская область подверглась загрязнению радионуклидом 137Cs

Цель работы: определить содержание радионуклида 137Cs в продуктах питания разного происхождения

Задачи работы

1. Научиться определять содержание радионуклида 137Cs в продуктах питания
2. Выяснить влияние радионуклида 137Cs на организм человека
3. Предложить рекомендации по профилактике воздействия радионуклида 137Cs на организм человека

Объект и методы исследования

Объект исследования: пробы дикорастущих грибов, ягод, дичи, молока, взятые на территории юго-западных районов Брянской области

Методы исследования: спектрометрия, социальный опрос и систематизация статистических данных

Теоретическая часть

1. Общие сведения о радионуклиде 137Cs

Радиационных фон Земли складывается из космического излучения, излучения от рассеянных в Земной коре, воздухе, воде, теле человека и других объектах внешней среды природных радионуклидов. Основной вклад в дозу облучения вносят 137Сs, 40К, 238U, 232Th.

По своей физической природе радиоактивные излучения - это потоки элементарных, быстродвижущихся частиц, входящих в состав атомных ядер, а также их излучения. Они имеют большую энергию, способны ионизировать вещество, среду, в которой они распространяются. При этом нейтральные атомы и молекулы вещества распадаются на пары заряженных частиц — ионов. Ионизация сопровождается изменением его основных физико-химических свойств, а для биологической ткани — нарушением ее жизнедеятельности.

Существует несколько путей поступления радиоактивных веществ организм: при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а так же при заражении открытых ран.

Даже сравнительно слабое излучение, которое повышает температуру тела лишь на 0,001°С, нарушает жизнедеятельность клеток. При попадании радиоактивных веществ в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Ионизация и возбуждение атомов и молекул дают начало образованию высокоактивных радикалов, вступающих в реакции с различными биологическими структурами клеток. Происходит разрыв связей в молекулах, нарушение внутри- и межмолекулярной передачи энергии, что приводит к нарушению обмена веществ с изменением соответствующих функций органов. Например, биологические ткани человека на 70 % состоят из воды. Из осколков молекулы воды образуются вредные для организма перекисные соединения, которые запускают целую цепь последовательных биохимических реакций и приводят к разрушению клеточных мембран. Наиболее чувствительны к облучению млекопитающие животные и человек, новорожденные и старые особи.

Радионуклиды в организме человека вызывают:

1. Генетический эффект в половых клетках организма.

2. Изменение наследственного аппарата соматических клеток.

3. Отклонения в работе иммунной системы.

Реакция живого организма на ионизирующие облучения зависит от дозы и времени облучения, а так же размеров поверхности тела, подвергающегося облучению, типа излучения и мощности дозы.

При больших дозах облучения возникает комплекс болезненных явлений в органах и системах организма, называемый лучевой болезнью.

Цезий-137 - бета-излучатель, один из главных компонентов радиоактивного загрязнения биосферы. Главным источником его поступления в окружающую среду является ядерная энергетика. Выброс 137Сs осуществляется в атмосферу, в океаны с атомных подводных лодок, танкеров, ледоколов, оснащенных ядерно-энергетическими установками. Содержится в радиоактивных выпадениях, отходах, сбросах заводов, перерабатывающих отходы атомных электростанций.

137Cs интенсивно сорбируется почвой и донными отложениями; в воде находится преимущественно в виде ионов, содержится в растениях, грибах и организме животных и человека. Внутрь живых организмов цезий-137 в основном проникает через органы дыхания и пищеварения. Хорошей защитной функцией обладает кожа. Цезий-137 выводится в основном через почки и кишечник.

При поражении человека радионуклидом Cs симптомы во многом схожи с острой лучевой болезнью: угнетённое состояние и слабость, диарея, снижение массы тела, внутренние кровоизлияния. Характерны типичные для острой лучевой болезни изменения в картине крови.

2. Рекомендации по профилактике воздействия радионуклида 137Cs на организм человека

1. Профилактические агротехнические мероприятия: внесение в почву калийных удобрений (недостаточное содержание в почве обменного калия усиливает поглощение растениями радиоактивного цезия), углекислых солей для нейтрализации радионуклидов; известкование почвы; перевод животных на стойловое содержание; увеличение в их рационе доли грубых кормов, комбикормов и корнеплодов, исключение из него трав первого укоса; увеличение содержания калия в корме.
2. Радиометрический контроль над продуктами питания.
3. Технологические способы обеззараживания пищевых продуктов

Примером использования очищающих технологий может быть производство вареных колбас из мяса, содержащего радиоактивный цезий. Мясное сырье подвергается специальной обработке, в результате которой из него удаляется до 80% этого радионуклида.

Из фруктов рекомендуется получать сок или делать повидло, радиоактивность которых в несколько раз ниже по сравнению с используемыми плодами. Из томатов получают пасты, пюре, соусы.

4. Кулинарные способы обеззараживания пищевых продуктов

Клубне- и корнеплоды, фрукты после мытья очищают от кожуры, а затем повторно тщательно моют теплой водой. Особенно внимательно должна быть очищена поверхность овощей и фруктов, имеющая неровности, трещины, шероховатости. Яблоки и груши моют в проточной воде, затем удаляют завязь, сердцевину и плодоножку. Способы механической очистки (мытье, снятие кожуры) позволяют удалить более 50 % радиоактивных веществ, находящихся на поверхности и в наружных слоях продуктов.

Рекомендуемое вымачивание грибов в течение 2 ч позволяет удалить до 80 % радиационной активности за счет устранения цезия-137. При самостоятельном сборе даров леса следует выяснить, есть ли в данном месте какие-то ограничения, связанные с этим.

5. Физические нагрузки

6. Питьевой режим

7. Питание для выведения радионуклида 137Cs

1. 137Cs распределяется по всему организму равномерно, повреждая не только костную, но и мягкие ткани (см. Приложение. Диаграмма 1). Преградой для 137Cs служит стабильный калий, систематическое введение которого в организм тормозит усвоения Cs. Этот антагонист цезия должен вводиться в виде содержащих его пищевых продуктов, поскольку при введении препаратов калия в виде лекарственных средств можно получить передозировку К и осложнения (см. Приложение. Таблица 1).
2. К очень важным радиозащитным соединениям относятся так называемые «витамины противодействия»- витамины группы В и С. Они восстанавливают эластичность и проницаемость стенок кровеносных сосудов, разрушенных радиоактивными элементами.
3. Использование трав для вывода радионуклидов из организма: обыкновенная ромашка, чистотел, адонис весенний. 
4. Рекомендуются продукты, содержащие грубую клетчатку, т.к. клетчатка вступает в химические соединения с токсинами и связывает их, затем выводит из организма.
5. Рекомендуется пить отвары чернослива, соки с красящими пигментами, красное натуральное вино.
6. Обязательно включать в рацион молочные продукты, т.к. кальций, уменьшает накопление радиоактивного стронция. 
7. При повышенной радиации не рекомендуется употреблять: кофе, холодец, кости и костный бульон, вишню, сливы, абрикосы, говядину, вареные яйца.

Практическая часть

В процессе нашей деятельности в ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии мы работали с такими измерительными приборами, как спектрометр и дозиметр. С помощью спектрометра мы научились определять содержание радионуклида 137Сs в продуктах: лесных ягодах, грибах, дичи и молоке. Но небольшое число измерений в исследовании не показывают реальной картины загрязнения радионуклидом 137Cs, поэтому мы систематизировали данные за 2009-2011 гг., полученные в ФБУЗ Центре гигиены и эпидемиологии в Брянской области и сделали соответствующие выводы (см. Приложение. Таблица 2).

Из исследований, проведенных с 2009 по 2011 гг. видно, что основным дозообразующим радионуклидом является  137Сs, его наибольший вклад - 73,2%. Превышения гигиенических нормативов по удельной активности 137Сs зарегистрированы в 91 населенном пункте юго-западных территорий области в грибах и ягодах лесных. Максимальный процент превышения нормативов в местной продукции зарегистрирован в Злынковском - 17,3 % и Клинцовском - 14,0% районах. Среднее содержание 137Сs по результатам спектрометрических значений –7,2 Бк/кг, максимальное - 60,2 Бк/кг.

Анализ результатов мониторинга грибов и лесных ягод на территории юго-западных районов области показывает, что по-прежнему превышение гигиенических нормативов по содержанию 137Сs остается высоким. Превышение значений СанПиН за 2011 год в продуктах леса: в грибах – 57,4%, сухих грибах - 85,7% и лесных ягодах - 66,2%. Уровни содержания 137Сs в грибах, лесных и дичи ягодах юго-западных районов превышают нормативные значения в десятки и сотни раз. Максимальные уровни в исследованных пробах лесных ягод за отчетный период составили 3193,0 Бк/кг, грибов – 30050,0 Бк/кг, грибов сухих – 43890,0 Бк/кг.

В культурных растениях превышения норм по 137Сs не обнаруживается,  так как за 26 лет, прошедших после аварии на ЧАЭС, происходил активный вынос радионуклида из агроценозов вместе с полученной на них продукцией. В естественных экосистемах круговорот веществ замкнутый, поэтому выноса радионуклида не происходит и в дикорастущих грибах и ягодах, дичи обнаруживается повышенное содержание цезия.

Результаты и протоколы измерений, которые мы делали самостоятельно размещены в приложении к работе (см. Приложение. Протоколы исследований).

Так же мы проанализировали данные по рациону питания студентов  БГУ в 2003 – 2004 гг. [1]. Традиционное меню не всегда согласуется с принципами противорадиационного питания. Это подтверждается анализом рациона питания, проведенного 165 студентами БГУ с сентября по декабрь 2003-2004 уч. года. В работе приняло участие 100 девушек и 65 юношей разных факультетов и курсов. Студентам давалось задание подробно описать свое меню за 2-3 последних дня. Затем продукты ранжировались по степени убывания согласно числу назвавших их студентов. Результаты опроса представлены в приложении (см. Приложение. Диаграмма 2,3). Всего студентами было отмечено 40 продуктов. Продукты, защищающие организм от проникновения радионуклидов, названы отнюдь не массово, как, например, хлеб и картофель. Картофель часто употребляет почти 100% студентов, но он накапливает цезий и поэтому является ненадежным защитником организма. Богатый кальцием сыр назвали лишь 54%, а творог назвали 10,8% юношей и 8% девушек.

Таким образом, анализ рациона питания студентов нельзя назвать противорадиационным. Возможно, причина не в дороговизне продуктов, а в незнании студентами основ радиобиологии и радиационной экологии, а также в недостаточной сформированности общей культуры здоровья.

Список литературы

1. БГУ Социально-экономический факультет «Актуальные проблемы охраны здоровья учащейся молодежи» (Материалы Международной научно-практической конференции 24-25 марта 2004 года), Брянск-2004

2. В. Н. Шутов, Г. Я. Брук, А.Н. Барковский, М. В. Кадука, А. Б. Базюкин, М.В. Кислов, В. И. Пархоменко. Оценка уровней поверхностного загрязнения территории цезием-137, при которых возможно повышение нормативов содержания радионуклидов в пищевых продуктах. М.: ФЦГСЭН, информ. Бюлл. ЗНиСО, 2004 г., № 4.

3. Ильенко А. И., Крапивко Т.П. Основы дезактивации пищевых продуктов от радиоактивного цезия. Наука, М., 1991г.

4. «Радиоактивность: открытие, виды радиоактивности, основные закономерности и количественные характеристики: Учебное пособие». Кирсанова З.В. Издательство МГОУ, 2006 г.

5. «Радиоактивность окружающей среды». Ю. А. Сапожников, Р. А. Алиев, С. Н. Калмыков. Бином. Лаборатория знаний. 2006 г.

6. http://www.chemport.ru/radioactivity.shtml

7. http://profbeckman.narod.ru/RR0.htm

8. http://nuclearbomb.ru/vliyanie_radiacii.html

Приложение к работе

Таблица 1

Наиболее распространенные продукты  по содержанию в них калия (в мг на 100г)

Диаграмма1

Диаграмма2

Диаграмма 3

Таблица 2

Результаты измерений проб продуктов питания и продовольственного сырья по Брянской области за 2009 – 2011 гг.

Радиологические исследования