У елемента 38 в таблиці Менделєєва є чотири стабільних ізотопи: 88Sr (83% всіх атомів), 84Sr, 86Sr і 87Sr. При цьому тільки три перших прийшли з первинної туманності, яка сформувала планети Сонячної системи. Ізотоп 87Sr має більш складне походження: частина його атомів з'явилася з 87Rb, період напіврозпаду якого - 48 млрд. Років. З 29 радіоактивних ізотопів найбільш значимі 89Sr і 90Sr, оскільки вони получаються в ядерному реакторі при розпаді урану і плутонію. Перший ізотоп
живе недовго, період напіврозпаду у нього випадках становить 51 день, у другого - 28,78 років.
Як пов'язано надходження радіоактивного стронцію в навколишнє середовище з ядерною енергетикою
Пов'язано безпосередньо: цезій-137 і стронцій-90 - найбільш масові довгоживучі ізотопи, що потрапляють в атмосферу, воду і грунт як при вибуху атомної бомби, так і при аварії на атомній станції. Найсильніше забруднення цим елементом викликали ядерні випробування в атмосфері, які тривали з 1945 по 1980 рік: вони дали 1020 Бк 89Sr і 1018 Бк 90Sr (один бекерель - один розпад в секунду). Аварії дають в тисячі раз меньші дози. Так, в річку Теча на Південному Уралі в результаті роботи комбінату «Маяк» та аварії на ньому в 1957 році потрапило 1015 Бк 90Sr. Чорнобильська катастрофа в 1986 році дала 1017 Бк 89Sr і 1016 90Sr. Вибухи і витоки води зі станції в Фукусіма у 2011 році доставили тільки в Тихий океан 1015 Бк 90Sr. Іншими словами, з початку атомної ери наша планета живе в умовах постійного припливу рукотворного радіоактивного стронцію, періодичність ж цих викидів, зрівнянна з періодом напіврозпаду, забезпечує його накопичення в воді та грунті.
Неминуче атоми 90Sr потрапляють в організми живих істот, де можуть залишатися на все життя. Про попадання радіоактивного стронцію в організм людини можна судити, вивчаючи емаль молочних зубів. Зокрема, американські дослідники встановили, що у немовлят, народжених під час піку ядерних випробувань в атмосфері - 1964 рік, - вміст 90Sr в емалі зубів виріс в 55 разів у порівнянні з немовлятами 1949-1950 років народження: 7,4 і 408,1 мБк 90Sr на грам кальцію. У 1969 році, після припинення масових вибухів в атмосфері, його вміст впав на 50% в порівнянні з піком. Потім до 1989 року спостерігалося подальше зниження, і мінімальне значення в 1986 році склало 109 мБк 90Sr на грам кальцію - дуже далеке від доядерних значеннь.
А потім, вже в 90-х роках, почалося зростання, і до кінця XX століття в емалі зубів новонароджених американців було 162 мБк 90Sr на грам кальцію. Оскільки в той час масові ядерні випробування ніхто вже не проводив, а наслідки Чорнобиля згладилися за три роки, причини зростання не ясні. Є думка, що воно пов'язане зі збільшенням вироблення електроенергії на атомних станціях, через що зростає і забруднення навколишнього середовища («The Science of the Total Environment», 2003, 317, 37-51; dоі: 10.1016/S0048-9697 ( 03) 00439-Х). Думка заснована на тому факті, що в емалі зубів дітей, народжених в межах 20-мильної зони навколо атомних станцій, рівень 90Sr в півтора-два рази перевищує середні показники по відповідному штату. Якщо ця точка зору вірна, то радіоактивний стронцій пов'язаний не тільки з аваріями, але і з повсякденним життям атомної енергетики.
Чому вміст стронцію вимірюють щодо кальцію? Будучи лужноземельним елементом, в організмі він заміщає кальцій, саме ступінь такого заміщення і оцінюють. А оскільки кальцій в організмі зосереджений в кістках, то і стронцій виявляється там же.
Чим небезпечний радіоактивний стронцій
90Sr і 89Sr випромінюють бета-електрони, які проникають в навколишню тканину приблизно на сантиметр. Крім того, продуктом розпаду першого служить радіоактивний 90Y - володіючи періодом напіврозпаду 64 години, він незабаром випускає ще один бета-електрон і стає стабільним 90Zr. У кісткової тканини обидва ізотопу стронцію насамперед становлять небезпеку для кісткового мозку - джерела кров'яних тілець. Як наслідок, при великій дозі опромінення може розвиватися лейкемія, а при середній - знижується імунітет, з'являються апатія і втома. Іменно такі симптоми спостерігалися у жителів селищ в зоні забруднення, створеної стоком небезпечних речовин з комбінату «Маяк». Що відбувається в організмі при малому вмісті радіоактивного стронцію в кістках, достеменно невідомо: суперечка про те, чи володіють малі дози опромінення стимулюючим або пригнічуючим ефектом і які дози слід вважати малими, далека від завершення.
Медики констатували серйозне зниження здоров'я населення країни в роки, що послідували за Чорнобильською аварією, проте причиною вважають різке падіння рівня життя, викликане радикальними економічними перетвореннями. На користь цієї точки зору можна відзначити, що рівень здоров'я падав по всій території СРСР, а не лише в зонах, які постраждали від аварії. Однак менш відомо, що з перших днів після аварії і протягом декількох років для порятунку сільського господарства зерно, молоко і м'ясо з постраждалих районів змішували з чистою продукцією, щоб досягти безпечних рівнів радіоактивного забруднення, і розподіляли по всій території країни. Короткоживучий йод, поки молоко подорожувало на Далекий Схід, встигав розпастися, радіоактивний цезій, будучи аналогом калію, в організмі довго не затримується, стронцій ж неминуче опинявся в кістках і як і раніше викликає слабке внутрішнє опромінення у всіх громадян країни відповідного віку. У тих, хто в той час були дітьми, рівень повинен бути трохи вище, оскільки в зростаючих кістках стронцій охочіше заміщає атоми кальцію.
У будь-якому разі не можна забувати, що ядерні випробування в атмосфері забезпечили такий загальнопланетарній рівень забруднення радіоактивним стронцієм, який ще довгі десятиліття буде в кілька разів вище, ніж наслідки всіх аварій на атомних станціях. На Філіппінах і атомних
станцій немає, і від місць аварій їх відділяють багато тисяч кілометрів, але в емалі зубів сучасних філіппінців міститься 79 мБк 90Sr на грам кальцію, що в десять разів більше, ніж американський доядерних рівень. А опромінення організмів землян в кінці кінців залежить від накопичення стронцію в продуктах харчування.
Як накопичується стронцій в організмах
Займаючи дванадцяте місце за поширеністю в земній корі, стронцій (як стабільний, так і радіоактивний) неминуче присутній і в грунті, і в воді. Відмінності тут можуть бути великі: в літрі канадської питної води міститься 0,199-3,2 мг стронцію, в норвезькій - 0,0015-0,57 мг, а в німецькій бутильованій - 0,036-24,5 мг. Рослини в середньому містять 36 мкг стронцію на грам сухої ваги, причому головним чином в підземній частині. Що стосується надземних частин, найбільше його в горіхах (8,67 мкг), хлібі (3,7 мкг) і зелені (1,6 мкг). Морепродукти також збагачені стронцієм: в грамі риби міститься 3,6 мкг цього елемента. У м'ясі тварин і в молоці стронцію зовсім мало - менше 1 мкг на грам. Зате в кістках його багато, причому вміст сильно залежить від дієти. Так, стародавні мисливці збирачі з узбережжя Алабами харчувалися молюсками, і в їх кістках виявилося 460 мкг стронцію на грам кістки, а у проживаючих неподалік на березі Міссісіпі хліборобів - 250 («Journal of Archaeological Science», 1981, 8, 4, 391- 397). Взагалі-то такий розподіл нетипово, зазвичай стронцію в кістках мисливців менше, ніж у хліборобів (зокрема, за цією ознакою археологи визначають раціон древніх людей); але цей факт зайвий раз свідчить про підвищений вміст стронцію в м'ясі морських мешканців. Сучасна людина споживає 1,5 мг стронцію в день; при середній вазі 70 кг в його тілі міститься 320 мг стронцію.
Чи накопичується стронцій в грибах? Гриби, на відміну від рослин, можуть проявляти себе як гіпераккумулятори металів - їх зміст в плодовому тілі буває в десятки разів більше, ніж в грунті. Тому в грибах може виявитися підвищений вміст радіоактивних елементів. Але не стронцію: нечисленні дослідження не виявили ні в яких їстівних грибах концентрацію цього елемента, що перевищує допустимі значення («Applied Microbiology and Biotechnology», 2013, 97, 2, 477-501; dоі: 10.1007/з00253-012-4552- 8).
Яку роль відіграє стронцій в організмі
Він не належить до числа життєво важливих елементів, проте відіграє значну роль в регуляції синтезу кісток. При невеликій дозі ця роль виявляється позитивною - міцність кісток зростає. При великій же, якщо людина живе на землі, багатій стронцієм, може розвинутися рахіт і навіть карликовість.
Участь стронцію в біосинтезі кісток забезпечило йому дуже важливе застосування. Приблизно в 1952 році було виявлено, що лактат стронцію сприяє зміцненню кісток. Тоді на це повідомлення ніхто уваги не звернув, оскільки у елемента була погана репутація, і медики скоріше намагалися його позбутися, ніж створити на його основі ліки. Але в XXI столітті ситуація змінилася. Спочатку на тваринах, а потім і в клінічних випробуваннях було доведено, що ранелат стронцію - його з'єднання з органічною ранеловою кислотою, хелатуючою іони металів, - підвищує щільність кісткової тканини і її міцність. Механізм дії ясний не до кінця, але в якості робочої гіпотези прийнято, що стронцій гальмує діяльність остеоцитів - клітин, що руйнують кісткову тканину, і прискорює розвиток остеобластів - клітин, які її виробляють. Взагалі-то в здоровому організмі між ними існує баланс, що забезпечує постійне оновлення кістки. Якщо ж він порушений, починається остеопороз, який так ускладнює життя людям похилого віку, особливо жінкам: раз почавшись, обхруптовання кісток призводить врешті-решт до неминучої операції із заміни тазостегнового суглоба. Щоденний прийом одного-двох грамів ранелата стронцію не тільки гальмує процес, а й збільшує кісткову масу. Більш того, вирощена під впливом стронцію кістка має дещо іншу структуру і міцніша, що значно знижує ймовірність перелому. Прийом препарату позволяє 75-літнім жінкам, які страждають на остеопороз, заощадити до 15,5 тисяч євро в рік на медичне обслуговування («Bone», 2010, 46, 2, 440-446). Успіх зі зміцненням шийки стегна дозволив повести широкий наступ на схожі хвороби, і вже з'явилися повідомлення, що ранелат стронцію уповільнює руйнування хряща в колінному суглобі. Нанесення покриття, що містить стронцій, на титановий імплантат зуба також прискорює утворення навколо нього кісткової тканини і підвищує її міцність. Вивчають ремінералізацію емалі зубів при спільній їх обробці стронцієм і фтором.
Як лікують радіоактивним стронцієм
При деяких видах раку - простати, грудей, легенів - виникають хворобливі метастази в кістках. Оскільки стронцій відкладається перш за все в зростаючих частинах кістки, він опиняється поруч з новою пухлиною. Якщо цей стронцій буде радіоактивним, він уб'є пухлинні клітини. Саме на такому принципі працює препарат на основі 89Sr.
Як стронцій застосовують в техніці
Найперше використування стронцію - феєрверки і сигнальні ракети: його солі забарвлюють полум'я в яскраво-малиновий колір. На основі його оксиду роблять глазур для гончарних виробів, яка дозволяє відмовитися від використання свинцевої глазурі. Оскільки стронцій непогано поглинає рентгенівські промені, до недавнього часу його в основному застосовували для виготовлення скла моніторів з електронно-променевою трубкою. Тепер, через прийшлі їм на зміну рідкокристалічні дисплеї, таке скло вже не потрібно. Зате потрібні ферити з оксидом стронцію для невеликих електро-магнітів - тих самих, які стояти в маленьких електро-двигунах постійного струму, наприклад для двірників автомобіля, і в гучномовцях, і в іграшках. Титанат стронцію - унікальний оптичний матеріал, показник заломлення якого і, отже, дисперсія світла вище, ніж в алмазі.
Ну а долгоживучий радіоактивний 90Sr служить джерелом електроенергії для космічних кораблів, метеорологічних станцій і навігаційних буїв.
