Исследование объектов окружающей среды. Приборы для определения объемной и удельной активности объектов окружающей среды. Радиометрия

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Значение правильного отбора проб для получения объективного результата радиометрического исследования.

2. Дайте определение понятий “партия”, “проба”, “навеска”.

3. Правила отбора проб сельскохозяйственной продукции.

4. Правила отбора проб животноводческой продукции.

5. Подготовка проб к проведению исследования.

6. Оформление сопроводительной документации.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА:

1. Произвести отбор проб для определения удельной активности (вид продукции указывается преподавателем):

2. Упаковать пробы и написать этикетки.

3. Произвести подготовку проб к измерению удельной активности.

4. Изучить принцип, устройство и правила работы с радиометрами РУБ-01П6 и РКБ4-1еМ

Радиоактивность не является новейшим (чужеродным) компонентом среды. Современная мощность ее антропогенных воздействий изменяется в пределах не только геологического прошлого (первичных космических и земных излучений), но и современных естественных колебаний радиоактивности, связанных со структурами плит земной коры, высотой над уровнем моря, близостью к полюсам, периодами солнечной и геологической активности. Включение новейших по своим химическим свойствам и спектру излучений радионуклидов в состав среды меняет сформировавшиеся соотношения (баланс) поглощаемой радиации и ее спектров во всех звеньях экосистем, – от молекулярных до геопланетарных. Радионуклиды избирательно накапливаются в активных звеньях экосистем в нехарактерных для устоявшихся на протяжении миллионов лет количествах. Такое перераспределение спектра и эффектов радиационных воздействий при резких различиях радиочувствительности взаимозависимых звеньев экосистем (сапрофитной микрофлоры – простейших – растительности – млекопитающих) может, по достижении труднопредсказуемого предела, привести к резким нарушениям экосистемного гомеостаза с последующим ростом патологических реакций, при отсутствии прямой связи с радиоактивностью среды. Вероятность таких реакций, разработка мер их профилактики и коррекции требуют знаний характера поведения радионуклидов ядерно-энергетического происхождения в среде.

Почва является начальным (пусковым) звеном обмена экосистем. Ее функциональное состояние определяет эффективность преобразования радиационной (солнечной и радиоактивной) энергии в биологические структуры. Действующим началом пусковых преобразований в почвах является ее сапрофитная микрофлора первичного синтеза (продуценты) и первичного потребления (консументы), разрушающая отмершие биологические субстраты до органических мономеров, легко вступающих в повторные циклы синтеза биологического вещества.

Синтез происходит с использованием воды, диоксида углерода, кислорода, азота, фосфора, энергоемких макроэлементов (Si, А1, К, Na, Ca, P, S), микроэлементов (Cu, Mo, I, B, F, Pb и др.), радионуклидов фона, с постепенным вовлечением в обмен минералов горных пород. Процесс чрезвычайно многосложен, взаимосбалансирован, «отработан» на протяжении миллионов лет и имеет крайне незначительные резервы устойчивости: почвенный слой 1,5–2 см формируется не менее 100 лет при нормальном состоянии среды. В разрыхлении почв, формировании капилляро-подобных каналов тока ее активного компонента, водного почвенного раствора (осуществляющего перенос химических, в том числе и радиоактивных веществ), почвенных пор, заполненных воздухом, богатым углекислотой и радоном, участвует корневая система растительности, черви, насекомые. Уровни организации, а следовательно, и радиочувствительности активных биологических начал почв чрезвычайно различны. Поэтому внесение в почвенный обмен дополнительного радиационного фактора может проявиться в резких нарушениях почвенной экосистемной организации. Помимо вероятных нарушений процессов почвенного обмена, загрязнение почв дополнительным аварийным радиоактивным веществом является исходным началом его дальнейшего транспорта по биологическим цепям с неизбежной конечной кумуляцией в организме человека.

Радионуклиды, отложившиеся на поверхности почв, под дей­ствием разных факторов могут перемещаться в любом направле­нии. Причиной «горизонтального» перемещения свежевыпавших радионуклидов может быть поверхностный сток после сильного дождя, отложившихся в снегу за зиму – смыв талыми водами. Установлено, что ⁹⁰Sr, мигрирующий с талыми водами, почти полностью (82–100%) находится в катионной форме.

«Вертикальная миграция» радионуклидов по профилю почвы может быть следствием механического переноса частиц, на которых сорбированы радионуклиды, а также собственного перемещения в виде свободных ионов. На обрабатываемых сельскохозяйственных почвах радионуклиды сравнительно равномерно распределяются в пределах пахотного слоя. Некоторый механический перенос их с поверхности в глубь почвы возможен вследствие разрыхления ее дождевыми червями и землероющими животными.

Вертикальная миграция продуктов деления в целинной почве идет очень медленно. Установлено, что преобладающая часть осколочных радионуклидов прочно фиксируется в тонком слое верхнего горизонта почвы, и их вертикальное перемещение не превышает нескольких миллиметров в год. В целом можно считать, что ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs являются основными излучателями, формирующими почвенную радиоактивность, величина и характер которой зависят от радиационной емкости почв. Последняя складывается из ее физической сорбционной способности (зависящей от пористости, количества почвенного раствора в порах и его катионного состава); химической поглотительной способности (образования плохо растворимых соединений с элементами почв и горных пород); биологической поглотительной способности (включение в состав микрофлоры и дальнейших звеньев обмена на правах естественных фоновых аналогов, стабильных элементов).

Функционально связаны с сорбционными процессами почв скорость проникновения радионуклидов в прикорневую глубину и последующее включение в экосистемные цепи миграции. Скорость процесса (после загрязнения среды) определяется прочностью связи излучателей с твердой фазой почв, скоростью диссоциации и последующего ионного перемещения радионуклида, зависящей от химических свойств излучателя и его соединений.

В миграцию существенные коррекции вносит рельеф местности (горизонтальное перемещение с талыми и дождевыми водами с последующим большим накоплением в низинах), а также механическая (глубокая вспашка) переработка почв, ведущая к ускоренному перемещению радионуклидов в подкорневую глубину и исключению фактора радиационной опасности из активной миграции в экосистемах. Долгосрочное сохранение радионуклидов в прикорневой глубине, на необрабатываемых землях (луга, лесная подстилка), включение в почвенный метаболизм ведут к их накоплению через концентрацию в травах, листве, с последующим неоднократным повторным включением (через гниение опада) в почвенные процессы. Такой растягивающийся на десятилетия процесс вертикальной миграции дополняется горизонтальным перемещением и распространением радионуклидов на более обширные и менее контрастные по радиоактивности среды (в отличие от первичной загрязненности) территории. В процессе участвуют сообщества живых организмов почв (педоценозы), грызуны, травоядные. Перераспределения являются здесь следствием активной и пассивной мобильности представителей фауны, распространения продуктов их метаболизма, сложных пищевых цепей миграции радионуклидов. Скорость таких процессов зависит от химических свойств загрязнителей и соответственно функций, выполняемых их нерадиоактивными аналогами в экологических цепях обмена.

Все животные и растения обладают способностью избирательно и интенсивно накапливать рассеянные в экосистемах в ничтожных концентрациях микроэлементы, к конкурентам которых (в том числе и по характеру биологических функций) относятся долгоживущие радиоактивные загрязнители среды. Коэффициенты накопления их (отношение радиоактивности радионуклида в составе среды к его радиоактивности в организме) колеблются от нескольких до десятков тысяч. Высокие коэффициенты на­копления приводят к тому, что концентрация излучателей в био­массе загрязненных биоценозов становится более высокой по сравнению с радиоактивностью среды.

Наиболее доступен для корневых систем растительности, особенно в первые годы после загрязнения среды, стронций. Старение радионуклида происходит медленно. Через 12 лет после внесения ⁹⁰Sr в почву более 95% изотопа остается в обменной, кальцийподобной форме.

Накопление стронция в растениях обратно пропорционально количеству обменного конкурента изотопа кальция почвы. В целом стронций относится к первой группе радионуклидов, отличающихся равномерным распределением между водой, минеральной осно­вой и биомассой почв, коэффициент накопления его в грунте низкий (1–65), в биомассе 1000–2000.

Цезий относится либо к сильно, либо к слабо накапливаемой группе элементов. Очевидно, это связано со временем оценки процесса миграции от момента загрязнения среды и соответственно степенью минеральной фиксации (кристаллизации) изотопа. В экспериментах и наблюдениях по миграции изотопа (почва – вода – растительность) выявлено его преимущественное накопление в неорганической фазе почв (коэффициент накопления 0,25), но при высоком содержании излучателя в биомассе (8000-9000).

Радионуклидом, определяющим опасность радиоактивного загрязнения среды от аварии на Чернобыльской АЭС, является цезий-137, несмотря на более низкий по сравнению со стронцием коэффициент накопления, что связано с его более высоким уровнем содержания в почве. Наибольшее количество изотопов накапливается в надпочвенной (листовой) части растений, поэтому наибольшим кумулятором активности являются многолетние травы, а среди непосредственно употребляемых в пищу – зерновые, бобовые.

Наименее исследована миграция и последующее накопление в теле человека плутония и сопутствующих ему (в крайне незначительных, «следовых» количествах) нептуния, америция, кюрия. Эти элементы относятся к сильно дискриминированным метаболитам, не включающимся в активный экосистемный обмен. Первичная загрязненность почв радионуклидами этого ряда регистрируется в виде «горячих частиц» PuO₃ диаметром порядка 10 мкм. Включение в почвенную миграцию происходит медленно, после образования Fe–Pu–Al-комплексов с низкомолекулярными фульвокислотами. Скорость последующего вертикального движения в прикорневую систему зависит от сформировавшейся в почвах скорости движения нерадиоактивных носителей.

От правильности приемов отбора проб и первичной подготовки в значительной мере зависят объективность и точность результатов последующего исследования и заключения о радиационном благополучии или неблагополучии исследуемого объекта.

При отборе проб необходимо соблюдать определенные правила.

1. Проба объекта должна быть усредненной. Для этого отбирают несколько небольших порций материала в различных участках или местах (трава, сено, зерно), которые затем объединяют и делают одну среднюю пробу.

2. Масса и объем отбираемой пробы должны быть достаточными для обеспечения оптимальных условий измерения удельной активности.

3. Прибором СРП-68-01 устанавливается однородность партии продукта по измеренным уровням гамма-излучения. Продукция считается однородной по уровню загрязнения, если измерения, проведенные в разных точках упаковки, контейнера, емкости, единицы складирования и т. п. различаются не более чем в 2 раза. Если установлена неоднородность партии продукции, проводится сортировка продуктов на три группы по степени их радиоактивной загрязненности (высокая, средняя и низкая), от каждой из которых берут дополнительные пробы и делают заключение об их уровне активности.

4. Каждый отдельный образец должен иметь отдельную упаковку с соответствующей маркировкой.