Фоновые радиоэкологические показатели территории в

ФОНОВЫЕ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕРРИТОРИИ В
ЗАВИСИМОСТИ ОТ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЫ
Линецкий Е.С., Лащенова Т.Н.
ГУП МосНПО «Радон», г. Москва
E-mail: [email protected]; [email protected]
При эксплуатации радиационно-опасных объектов в качестве основного критерия защиты
территории предложено использовать контрольные уровни (КУ) по радиационному и
химическому фактору, которые устанавливают для всех объектов окружающей среды в
зависимости от намерений использования территории с учетом потенциального риска [1]. При
расчете контрольных уровней для каждого объекта окружающей среды за основу берут фоновые
показатели для территории. В качестве фоновых показателей для конкретной территории можно
использовать средние данные экологического мониторинга за последние годы по содержанию
радионуклидов во всех объектах окружающей среды. Результаты радиоэкологического
мониторинга должны быть представительными и полностью характеризовать территорию.
Целью этого этапа работы является определение фоновых радиоэкологических
показателей для почвы зоны наблюдения радиационно-опасного объекта Московского региона в
зависимости от механического состава.
Отбор проб и методы исследования
Для анализа отобрали разные по механическому составу представительные для данной
территории пробы почвы в количестве 40 шт.
Механический состав почвы определили с помощью «мокрого метода», суть которого
заключается в том, что растертую почву увлажняли и перемешивали до тестообразного состояния,
при котором почвы наиболее пластичны. Затем из подготовленной почвы скатывали шнур
толщиной 3 мм и сворачивали кольцо диаметром 2…3 см, по виду кольца судили о механическом
составе [2]. В результате исследования получили, что почвы в основном представлены легкими,
средними и тяжелыми суглинками и немного глинами.
Для уточнения минерального состава проб почвы использовали рентгенофазовый анализ,
расшифровку дифрактограмм производили по картотеке ASTM и компьютерным программам PCXRAY, MINFILE и FAZAN. Съемку рентгенограмм проводили на дифрактометре ДРОН-4 (CuKизлучение) с диаграммной и цифровой записью результатов. В связи с необходимостью
уменьшить фон дифрактограммы при малых углах использовали узкие щели на падающем
рентгеновском пучке. Съемка дифрактограмм при диаграммной записи результатов велась со
скоростью движения гониометра 0,5 град/мин. Снимались ориентированные образцы в воздушносухом состоянии, после прокаливания при 350 С в течение двух часов, затем при 600 С в течение
одного часа, и далее после сольватации глицерином.
Измерение радионуклидного состава природных и техногенных радионуклидов провели на
гамма-спектрометрическом комплексе с полупроводниковым детектором типа ДГДК-125В-3.
Диапазон энергий 100…2700 кэВ. Энергетическое разрешение спектрометра по линии 1332 кэВ
(60Со) составляет 3,34 кэВ. Погрешность эффективности регистрации не более 10 %.
Результаты исследований
Провели отбор проб почвы, подготовили к измерениям.
Механический состав определили во всех пробах. В результате исследования получили,
что почвы в основном представлены легким и средним суглинком, тяжелым суглинком и немного
глинами.
Результаты исследования фазового состава проб почвы показали, что во всех образцах
обнаружены α-кварц (кварцевый песок), полевые шпаты в виде плагиоклазов и глинистые
минералы. Результаты идентификации групп глинистых минералов в пробах почвы показали, что
она состоит из минералов группы иллита, каолинита, хлорита и вермикулита. В нескольких
образцах в виде следов присутствовали минералы группы монтмориллонита. Провели анализ
полученных данных, выявили некоторые закономерности. Глинистая фракция супеси, среднего
суглинка, состоит в основном из минералов иллита, каолинита, хлорита. Глинистая фракция
тяжелого суглинка и глины, состоит из минералов иллита, каолинита, хлорита и вермикулита.
В пробах почвы определили удельную активность 40К, 226Ra, 232Th и 137Cs.
Провели расчет эффективной удельной активности (Аэфф) для природных радионуклидов в
соответствии с формулой:
А эфф  A Ra  1,3A Th  0,09A K ,
где АRa и ATh – удельные активности 226Ra и 232Th, (Бк/кг); находящихся в равновесии с
остальными членами уранового и ториевого рядов; AK – удельная активность 40K, (Бк/кг).
Результаты определения удельного содержания природных и техногенных радионуклидов,
присутствующих в пробах почвы, и результаты расчета Аэфф представлены в таблице 1.
Проверку результатов измерений на соответствие закону распределения выполнили с
помощью программы STATISTICA. Установили, что все выборки по активности радионуклидов в
пробах почвы подчиняются нормальному закону распределения, следовательно, рассчитали
среднее значение и среднеквадратичное отклонение.
Таблица 1 – Удельная активность радионуклидов в пробах почвы, Бк/кг
Радионуклид
Среднее
Стандар. откл.
Минимальное
Максимальное
40
K
638
114
329
810
137
Cs
11
4
1
27
226
Ra
27
6
18
49
232
Th
36
7
22
53
Аэфф
127
39
94
166
Выявили, что среднее значение активности техногенного 137Cs составило 11±4 Бк/кг. Оно
обусловлено Чернобыльскими выпадениями и глобальными ядерными испытаниями.
Выявили, что различия в удельном содержании радионуклидов зависят от минерального
состава глинистой фракции.
Для анализа полученного массива данных использовали метод многомерной
классификации – кластерный анализ, который позволил выделить однородные группы проб.
Статистические критерии показали, что при уровне значимости p < 0,05 разница средних
между активностями радионуклидов в супесях и легких суглинках недостоверна. Поэтому данные
по пробам с подобным составом были объединены в одну выборку – Супесь.
Кластерный анализ данных заключался в том, что все пробы разбили на группы (кластеры)
методом Уорда (Ward`s method) используя вычисление сходства методом городских кварталов
(Manhattan distances). Кластеризацию проб осуществили с учетом данных радионуклидного
состава и представили на рисунке 1.
На дендрограмме выделили 3 кластера.
Получили, что различия в значениях активности естественных радионуклидов (40K, 226Ra и
232
Th) и техногенного 137Cs четко привязаны к механическому составу проб. Полученные
результаты по удельной активности радионуклидов в зависимости от механического состава
почвы представлены в таблице 2.
Оценку состояния территории зоны наблюдения радиационно-опасного объекта по
радиационному фактору провели путем сравнением с региональными (фоновыми) показатели почв –
средним содержанием радионуклидов в осадочных породах для Московского региона [3].
Таблица 2 – Удельная активность радионуклидов в зависимости от механического состава почвы,
Бк/кг
Радионуклид
40
K
137
Cs
226
Ra
232
Th
Аэфф.
Супесь
573±107
10±4
24±5
31±6
116
Средний суглинок
620±74
11±5
26±3
33±4
125
Тяжелый суглинок
727±47
12±6
30±2
40±3
147
Анализ показал, что полученные данные лежат в доверительном интервале для
региональных показателей почв и исследованная территория может быть охарактеризована как
«чистая» по радиационному фактору. Полученные средние данные радиоэкологического
мониторинга для почвы можно использовать в качестве фоновых показателей для данной
территории в привязке к механическому составу.
Рисунок 1 – Дендрограмма классификации проб почвы
Для контроля состояния территории на основании фоновых значений можно рассчитать
контрольные уровни для почвы по упрощенной формуле:
КУ  Аср .i  2 i ,
где КУ – контрольный уровень содержания i-ого радионуклида в почве, Бк/кг; Аср.i – среднее
значение содержания i-ого радионуклида в в почве, Бк/кг; i – среднеквадратичное отклонение
содержания радионуклидов в почве по i-му радионуклиду, Бк/кг.
Таблица 3 – Уровни контроля радионуклидов в зависимости от механического состава почвы,
Бк/кг
Радионуклид
40
K
137
Cs
226
Ra
232
Th
Аэфф.
Супесь
768
18
32
41
116
Средний суглинок
787
22
34
43
125
Тяжелый суглинок
821
24
34
46
147
Выводы
Выполнили радиоэкологическую оценку почвы зоны наблюдения радиационно-опасного
предприятия, которая может быть охарактеризована как «чистая». Установили в почве среднюю
удельную активность техногенного 137Cs 11±4 Бк/кг и природных радионуклидов 40K – 638±114,
226
Ra – 27±6, 232Th – 36±7 Бк/кг, которые являются фоновыми для данной территории. Выявили
зависимость содержания естественных и техногенных радионуклидов от механического состава
почвы. Эти данные будут использованы при проведении радиоэкологического мониторинга для
контроля и защиты территории.
Список литературы
1 Коренков И.П. и др. Комплексная оценка состояния окружающей среды в районе
расположения радиационно-опасных объектов / И.П. Коренков, Т.Н. Лащенова, А.И. Соболев //
Гигиена и санитария. – 2009. – № 5. - С. 45-50.
2 Добровольский Г.В. Экология почв / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. – М.: Изд-во
Моск. ун-та. – Наука, 2006. – 364 с.
3 Виноградов А.П. Средние содержания химических элементов в главных типах
изверженных горных пород земной коры / А.П. Виноградов // Геохимия. – 1962. – № 7. – С. 555571.