Естественные радионуклиды в почвах Республики Беларусь.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 10Следующая ⇒

В почвах Беларуси содержание урана-238 в верхнем горизонте колеблется в пределах 1, 0-12, 8 Бк/кг, составляя в среднем 5, 98+0, 36 Бк/кг.Общей закономерностью распределения урана является четко выраженное уменьшение его с севера на юго-запад. Наиболее высокое содержание урана характерно для дерново-подзолистых почв, сформированных на мощном лессовидном суглинке, водно-ледниковых суглинках и водно-ледниковых супесях (соответственно 7, 1; 8, 2 и 7, 6 Бк/кг). В среднем дерново-подзолистые почвы различного механического состава, сформированные на различных почвообразующих породах, содержат 7, 45 Бк/кг урана-238. Почти в 2 раза меньше данного радионуклида в дерново-глеевых почвах. В условиях высокой гумусированности и нейтральной среды почвенного раствора в этих почвах, по-видимому, происходит миграция урана из гумусовых горизонтов в нижележащие горизонты в виде прочных хелатных комплексов. В торфяно-болотных почвах накопление урана еще меньше. С повышением зольности содержание в торфяных почвах урана-238 увеличивается: верховые и переходные торфяники имеют меньше- урана, чем низинные. В низинных торфяниках с меньшей мощностью торфа отмечается максимальное содержание урана» Чем больше толщина торфяной подушки, тем меньше урана в составе торфа»

Значительно различаются по содержанию урана и аллювиальные почвы. Объясняется такая пестрота различиями в минералогическом составе аллювия, содержании гумуса и спецификой гидрологического режима. Коэффициент варьирования содержания урана-238 в почвах Беларуси равен 53%.

Среднее содержание тория-232 в почвах республики составляет 6, 91+0, 75 Бк/кг при более широком варьировании (3, 0-26, 2 Бк/кг), чем для урана-238. Самое высокое содержание тория характерно для дерново-подзолистых почв, развившихся на мощном лессовидном суглинке. Несколько меньше (но выше среднего) содержится в дерново-подзолистых почвах на водно-ледниковых и моренных отложениях и дерново-глеевых почвах. В торфяно-болотных почвах меньше всего тория.

Относительная концентрация урана и тория может быть выражена в долях от массы почвы как n × 10^-4, тогда как радия-226 выражается n × 10^-10 %.В связи с большей активностью радия-226 содержание его в почвах выше содержания урана и тория (10, 8-83, 0 Бк/кг). В среднем, содержание его в исследуемых почвах равно 45, 9+2, 9 Бк/кг, причем наблюдается ясно выраженное снижение количества радия-226 с севера на юго-запад.

Распределение ЕРН по профилю почв определяется характером и направлением почвообразовательных процессов, что подтверждается на примере дерново-подзолистых почв на пылеватых суглинках и лессах. Для этих почв характерно некоторое обеднение подзолистого горизонта илистой фракцией, подвижными оксидами железа, алюминия, кальция и магния, а в иллювиальном горизонте, наоборот, заметно выше количества ила, обменного кальция и магния, подвижных оксидов железа и алюминия.

Распределение по профилю урана-238 хорошо согласуется с распределением кальция и подвижных оксидов железа и алюминия. Уран-238 выносится из подзолистого горизонта, обогащая иллювиальный. Содержание урана-238, как правило, ниже в материнской породе, чем в гумусовом и иллювиальном горизонтах. Объясняется этобиологическим выносом радионуклида.

Распределение тория-232 по профилю почвы довольно равномерное. Характер распределения, радия-226 по профилю дерново-подзолистых почв несколько иной, чем для урана: выносится из подзолистого горизонта, аккумулируясь в иллювиальном, однако содержание его в материнской породе всегда выше, чем в гумусовом, что свидетельствует о высокой миграционной способности радия. Отношение величины содержания радия-226 к урану-238 в профиле дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, развитой на лессовых отложениях, изменяется следующим образом: А₁- 9, А₂ - 8, В - 12, С - 15.

Искусственные радионуклиды. В настоящее время радиоэкологическая обстановка в пострадавших районах определяется действием долгоживущих изотопов. В их числе - цезий-137, стронций-90, трансурановые элементы: плутоний-238, 239, 240, 241 и америций-241.

Доаварийное загрязнение территории Беларуси цезием-137 за счет глобальных выпадений составляло примерно от 1, 5 до 4 кБк на квадратный метр в отдельных точках. После чернобыльской аварии 66 % территории оказались загрязненными цезием-137 выше 10 кБк на квадратный метр.

Анализ загрязнения Европы цезием-137 показывает, что около 35% чернобыльских выпадений этого радионуклида находится на территории Беларуси. Площадь загрязнения цезием-137 с плотностью выше 37 кБк на квадратный метр составила около 47 тысяч кв. км или 23% территории республики.

По состоянию на январь 2001 года площадь загрязнения Беларуси цезием-137 с уровнями выше 37 кБк на квадратный метр составляла около 44 тыс. кв. км или 21% всей территории.

В результате естественного радиоактивного распада цезия-137 площадь радиоактивного загрязнения постепенно уменьшается. Построены прогнозные карты загрязнения цезием-137 на 2016 и 2046 годы. К 2016 году площадь загрязнения Беларуси цезием-137 с уровнями 37 кБк на квадратный метр и более уменьшится в 1, 5 раза по сравнению с первоначальной (1986 г.), а к 2046 году – 2, 4 раза.

Загрязнение территории республики стронцием-90 носит более локальный характер. Уровни загрязнения почвы этим радионуклидом выше 5, 5 кБк на квадратный метр (это критерий, установленный действующими нормативами), были обнаружены на площади 21 тыс. кв. км, в Гомельской и Могилевской областях, что составило 10% от территории Беларуси. Максимальные уровни стронция-90 достигали величины 1800 кБк на квадратный метр в пределах 30-километровой зоны. Наиболее высокая активность стронция-90 в «дальней зоне» была обнаружена на расстоянии 140-250 км и доходила до 140 кБк на квадратный метр.

Загрязнение почвы изотопами плутония с плотностью более 0, 37 кБк на квадратный метр охватывает около 4, 0 тысяч кв. км, или почти 2% площади республики. Эти территории преимущественно находятся на юге республики. Наиболее высокие уровни наблюдаются в 30-километровой зоне Чернобыльской атомной станции – более 110 кБк на квадратный метр.

В настоящее время за счет естественного распада плутония-241 отмечается рост удельной активности америция-241, который является более опасным с радиологической точки зрения.

Почвы являются основным источником поступления радионуклидов в пищевые цепочки. В настоящее время 70-90% цезия-137, 40-60% стронция-90 и до 95% запаса трансурановых элементов продолжает оставаться в верхнем корнеобитаемом слое почв.

Доля подвижных, доступных для растений, форм цезия в почвах составляет 10-15%, стронция – 50-70%. Содержание мобильных форм плутония и америция составляет 10-13%.

Продолжающиеся процессы разрушения активных частиц в почвах приводят к выщелачиванию из них радионуклидов в потенциально доступных для растений формах. Это свидетельствует о сохраняющейся опасности радиоактивного загрязнения, в первую очередь стронцием-90, продукции растениеводства, а также пищевых, кормовых и лекарственных дикорастущих растений.

Радиоактивное загрязнение почв прямо влечет за собой значительные проблемы в сельском хозяйстве при производстве продуктов питания.

Из водных систем наибольшему радиоактивному загрязнению подверглись реки бассейна Днепра, Сожа, Припяти. Речные воды обладают способностью к самоочищению, что объясняется постоянным выносом водных масс, выпадением взвешенных радиоактивных частиц на дно водоемов. Данные мониторинга водных объектов свидетельствуют, что радиационная обстановка на реках Днепровско-Сожского и Припятского бассейнов стабилизировалась, среднегодовые концентрации цезия-137 за послеаварийный период в больших и средних реках Беларуси значительно снизились. Превышений допустимых уровней по цезию-137 - 10 беккерелей (Бк) на литр и стронцию-90 - 0, 37 Бк на литр в воде рек не наблюдалось. Однако содержание цезия-137 в поверхностных водах тесно связано с запасами радионуклидов на водосборах и в донных отложениях, и в годы с аномальным водным режимом перенос радионуклидов, в том числе и трансграничный, может резко возрастать.

Основной вклад в общую радиоактивность поверхностных водных систем вносят донные отложения и водная биота. Тенденция уменьшения их активности с течением времени незначительна.

Озерные водоемы, расположенные на загрязненных территориях, отличаются высокими концентрациями водорастворенного цезия-137 и стронция-90, а также огромным резервом радионуклидов в донных осадках. Являясь объектами рыболовства и рекреации, озера играют определенную роль в формировании доз облучения населения.

Подземные воды являются основным источником питьевого и хозяйственного водоснабжения. В результате исследований установлено, что концентрация радионуклидов в них не превышает допустимых уровней. В то же время следует отметить, что радиационное состояние грунтовых вод на протяжении постчернобыльских лет характеризуется повышенными на один-два порядка уровнями активности по сравнению с доаварийным уровнем (7 миллибеккерелей на литр).

Таким образом, в результате загрязнения территории радионуклиды присутствуют практически во всех компонентах экосистем и вовлечены в геохимические и трофические циклы миграции. Это обуславливает множественность путей внешнего и внутреннего облучения населения республики, создает дополнительный риск для его здоровья, препятствует нормальному использованию природных ресурсов.

Космогенные радионуклиды.

Радионуклиды, образующиеся в результате ядерных реакций, индуцируемых космическими лучами, называются космогенными. Бомбардирующими частицами служат частицы первичного и вторичного космического излучения, мишенями – ядра атомов, входящих в состав атмосферного воздуха, прежде всего азот, кислород и аргон.

Помимо реакций активации наиболее распространены ядерные реакции на протонах и нейтронах. При этом образуются изотопы различных химических элементов. Основные характеристики наиболее распространенных космогенных радионуклидов даны в табл. 5.4.

Примерно 70% космогенных радионуклидов образуется в верхних слоях атмосферы и лишь около 30% — в тропосфере. Последующее поведение космогенных радионуклидов обусловлено процессами обмена между стратосферой и тропосферой, перемещением воздушных масс в тропосфере, а также обменом между атмосферой и другими геосферами. Космогенные радионуклиды, за исключением благородных газов, после своего образования быстро окисляются. Радиоуглерод и тритий сохраняются в виде свободных оксидов ¹Н³НО и ¹⁴СО₂. Остальные оксиды сорбируются на аэрозолях и удаляются из атмосферы при конденсации влаги и последующем вымывании из атмосферы осадками либо за счет гравитационного «сухого» осаждения. Тритий поступает из атмосферы с осадками. Космогенные ¹⁴СО₂, изотопы Аr, Кr и Хе покидают атмосферу значительно медленнее, путем молекулярного обмена на границе атмосферы и гидросферы. Представление о скорости образования космогенных радионуклидов и распределении между основными обменными резервуарами Земли могут дать лишь цифры, полученные до начала ядерных испытаний в атмосфере (табл. 5.4). Ядерные взрывы резко повысили концентрацию радионуклидов в атмосфере.

Для включившихся в биологический цикл космогенных радионуклидов характерны определенные равновесные концентрации в живых организмах.

Понятие об ядерных реакциях

Земля постоянно подвергается действию космического излучения. Различают первичное и вторичное космическое излучение. В состав первичного космического излучения входит около 90% протонов высоких энергий, порядка 9% ядер гелия (альфа-частиц), и около 1% составляют более тяжелые ядра, нейтрино, фотоны и т. д. Энергетический спектр первичного космического излучения имеет огромный диапазон вариаций – от 1 до 10¹⁴ МэВ. Известны случаи регистрации частиц с энергиями 10¹⁹–10²⁰ МэВ. Максимальная интенсивность излучения приходится на область энергии около 300 МэВ. Частицы с энергиями, не превышающими 400 МэВ, генерируются на Солнце в период вспышек. Их поток носит название солнечного первичного космического излучения. Более высокоэнергетическая составляющая называется галактическим первичным космическим излучением. Считают, что оно образуется в основном при вспышках сверхновых звезд. Частицы с энергиями больше 10¹² МэВ возникают скорее всего за пределами нашей Галактики. Возраст первичного космического излучения, т.е. время, прошедшее от возникновения частиц до поступления их в земную атмосферу, был рассчитан по находящимся в его составе радионуклидам – ¹⁰Ве и ³⁶С1 – и имел величину от 2, 5·10⁶ до 33·10⁶ лет (Лаврухина, 1972). Интенсивность потока галактического излучения составляет 2–4 частицы/(см²·с). Исследования радионуклидов в метеоритах показали, что плотность потока галактического излучения с точностью до двух раз оставалась постоянной в течение последнего миллиарда лет. Однако в пределах этого интервала имеются циклические вариации.

Солнечное космическое излучение с энергией E_c≤ 400МэВ (1–40 МэВ в период вспышек) имеет весьма большую интенсивность потока (10⁶–10⁸ частиц/(см²·с). Иногда при вспышках испускаются частицы в несколько гигаэлектрон-вольт. Соотношение галактической и солнечной компонент космического излучения зависит от 11-летнего солнечного цикла. Плотность потока галактического излучения достигает минимума в период вспышек, когда солнечная компонента максимальна.

Плотность потока первичного космического излучения связана с геомагнитным полем. Поэтому она выше на полюсах, чем на экваторе.

Частицы и фотоны, возникающие при взаимодействии первичного космического излучения с атомами атмосферных газов, носят название вторичного космического излучения. Частицы высоких энергий первичного космического излучения вызывают ядерные реакции расщепления с образованием нейтронов, протонов, пионов и каонов. Многие из вторичных частиц обладают достаточной энергией, чтобы вызвать новые ядерные реакции и создать новые вторичные частицы. Такие реакции носят каскадный характер и называются ливнями. Пионы распадаются с образованием мюонов и фотонов, которые, в свою очередь, вызывают новые ливни. Исходные ядерные реакции с частицами высоких энергий называются реакциями активации. При этом образуется большое количество радионуклидов. Энергия вторичных космических частиц в значительной степени расходуется на ионизацию. Средняя скорость образования в воздухе ионов равна 2, 1 иона/(с • см³). Максимум ионизации достигается в период минимума 11-летнего солнечного цикла. Плотность распределения ионов связана с геомагнитным полем и зависит от широты, увеличиваясь от экватора к полюсам. Аналогичное распределение имеет и плотность нейтронного потока. В результате неоднородность интенсивности потока вторичных нейтронов и протонов в атмосфере приводит к вариациям скорости образования космогенных радионуклидов в зависимости от геомагнитной широты и высоты.

Интегральный поток нейтронов увеличивается с высотой, а затем падает из-за уменьшения плотности атмосферы и убегания нейтронов из верхних ее слоев. Скорость образования нейтронов, усредненная по всему солнечному циклу, равна 4 нейтрона/(см² · с ^-1).

Протоны взаимодействуют с ядрами атомов элементов, входящих в состав атмосферы, вызывая многочисленные ядерные реакции, сопровождающиеся испусканием других элементарных частиц, в частности нейтронов. В результате у поверхности Земли на уровне моря около 80% общего количества частиц приходится на долю мюонов. Нейтроны также составляют значительную долю потока частиц у поверхности Земли.

Техногенные радионуклиды.

В состав продуктов ядерного деления (ПЯД) входит более 200 радиоизотопов 36 элементов средней части периодической системы Д. И. Менделеева (от цинка до гадолиния). Основную часть активности составляют радионуклиды с массовыми числами 95-103 и 130 -144.На долю ионизирующих излучений приходится 15 % энергии деления. При взрыве атомной бомбы на каждую килотонну мощности взрыва образуется 57 г продуктов деления, активность которых эквивалентна γ -активности 30 000 т радия.

Физические характеристики наиболее биологически важных радионуклидов представлены в таблице 5.5.

Сразу после взрыва активность быстро уменьшается за счет распада короткоживущих радионуклидов. По сравнению с активностью по окончании первой секунды после взрыва активность через сутки снижается в 3000 раз. Через 7, 49 и 343 сут после взрыва активность продуктов снижается в 10, 100 и 1000 раз соответственно по сравнению с активностью через первый час.

При ядерных и термоядерных взрывах образуется большое количество нейтронов. Взаимодействуя с ядрами азота в воздухе, они инициируют реакцию образования радиоактивного углерода ¹⁴С:

В 1965 г. концентрация ¹⁴С в атмосфере удвоилась в результате ядерных испытаний. После прекращения испытаний в атмосфере содержание «бомбового» ¹⁴С в атмосфере снизилось до единиц процентов от естественного уровня.

Общая мощность ядерных взрывов, произведенных в ходе прошлых испытаний ядерного оружия в атмосфере, составила 545 Мт. Из них 328 Мт выделилось в реакциях синтеза и 217 Мт — в реакциях деления. В 1980 г. запасы ядерного оружия в мире оценивались в 40 000 единиц суммарной мощностью 13 000 Мт. Распределение взрывов в атмосфере по принадлежности странам показано в таблице 5.6.

В 1981-1985 гг. среднегодовые индивидуальные эффективные эквивалентные дозы облучения населения СССР от глобальных радиоактивных выпадений вследствие испытаний ядерного оружия указаны в таблице5.7.

Основной вклад дают ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr. Роль ¹⁴С станет основной после распада этих радионуклидов. Доза за счет выбросов центров по исследованию, разработке и производству ядерного оружия составляет менее 1 % от дозы, обусловленной ядерными испытаниями в атмосфере.

В зонах ближних выпадений радионуклидов при наземных ядерных взрывах дозы облучения населения были значительно выше, достигая 1 - 2 Гр для внешнего облучения и нескольких грей для щитовидной железы.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒