STUDY OF RADIOACTIVE CONTAMINATION OF SOILS AND BOTTOM SEDIMENTS OF WATER BODIES ON THE TERRITORIES OF SVERDLOVSK AND CHELYABINSK REGIONS
STUDY OF RADIOACTIVE CONTAMINATION OF SOILS AND BOTTOM SEDIMENTS OF WATER BODIES ON THE TERRITORIES OF SVERDLOVSK AND CHELYABINSK REGIONS
Abstract
The article presents the results of the study of radioactivity of soils and bottom sediments of water bodies on the territories of Chelyabinsk and Sverdlovsk regions. 13 samples of soil and 6 samples of bottom sediments of water bodies were selected and analyzed.
It is shown that the studied soil and bottom sediment samples contain natural radionuclides 40K (found in all samples) and 226Ra (found in 11 samples). Artificial radionuclide 137Cs is found in 14 samples out of 20 studied. Maximum specific activity of 137Cs 387 Bq/kg was determined in the soil of Kalinovsky settlement. The content of 90Sr was determined in the most contaminated 137Cs samples. Activity of 90Sr (in equilibrium with 90Y) in samples varies from 47 to 450 Bq/kg.
Contamination levels were compared with permissible standards. Radioecologically unfavorable environmental objects were determined.
1. Введение
В современном мире жители Уральского региона проживают в условиях постоянного облучения, вызванного остаточным радиоактивным загрязнением окружающей среды в результате прошлых радиационных аварий и инцидентов. В условиях радиоактивного загрязнения особая важная роль отводится радиоэкологическому мониторингу окружающей среды , .
Исследования искусственных и естественных радионуклидов ведутся в связи с необходимостью безопасного пользования почвы и донных отложений человеком, не нанося ущерб своему здоровью. Также почвенные покровы изучают для того, чтобы не было дальнейшего распространения загрязняющих веществ в окружающую среду .
На почву и донные отложения Свердловской и Челябинской области оказали свое воздействия как глобальные выпадения при испытаниях ядерного оружия, так и радиоактивные следы, образованные при радиационных авариях. В их число входят Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС), «Карачаевский» радиоактивный след, а также след от аварии на Чернобыльской АЭС , .
Таким образом, в связи с возрастающим антропогенным воздействием на окружающую среду проблема ее загрязнения радионуклидами становится все более актуальной. Поэтому проведение радиоэкологического мониторинга является необходимым мероприятием для обеспечения радиационной безопасности населения. Подходы, которые используют в радиационном мониторинге, имеют большое значение, так как могут охарактеризовать особенности и пути миграции радионуклидов в окружающей среде .
2. Методы и принципы исследования
В работе проведён анализ радиоактивности почв и донных отложений озёр и рек, которые были oтобраны на территориях Челябинской и Свердловской oбластей в зонах влияния Восточно-Уральского радиоактивного следа и Чернобыльского следа. Пробы отобраны вблизи озера Большая Нанога, oзера Иртяш (деревня Новая Теча), озера Сунгуль, озера Кожакуль, поселка Татыш, поселка Калиновский и поселка Большой Куяш. Были взяты пробы почв в Озерском городском округе, а именно вблизи Озерского шоссе и дороги на завод в Челябинской области, в районе Волчихинского водохранилища, в городе Ревда и в городах Ивдель и Серов на севере Свердловской области.
Отбор проб почв проводили методом конверта, дoнные отложения отбирали широкогорлым сосудом в прибрежной зоне рек и озёр. Измерение гамма-радиоактивности воздушно-сухих проб проводили после пробоподготовки на сцинтилляционном гамма-бета-спектрометре МКС-АТ1315. В качестве геометрии использовали сосуды denta (100 мл), сосуд объёмом 0,5 л и сосудом Маринелли (1 л).
Диапазон измерений объемной (удельной) активности спектрометра МКС-АТ1315 без концентрирования пробы в спектрометрическом и радиометрическом режимах:
- 1 - 106 Бк/л (Бк/кг) [137Cs];
- 20 - 2·104 Бк/л (Бк/кг) [40K];
- 3 - 104 Бк/л (Бк/кг) [226Ra] .
Определение Sr-90 проводили в пробах с наибольшей активностью по Сs-137. Анализ почв проводили методом радиометрии после вскрытия почв и радиохимического выделения стронция на смоле SR производства компании Triskem. Вскрытие почв осуществляли путем выщелачивания 8М HNO3.
Для определения Sr-90 использовали методику с концентрированием стронция путем соосаждения с фосфатом кальция и последующим выделением стронция на смоле SR. Смола SR основана на принципе распознавания иона. Закрепленная фаза состоит из производного дициклогексано 18-краун-6, растворенного в алифатическом спирте: октаноле. Данные, приведенные на рисунке 1 , показывают, что ионы Sr извлекается лучше, чем ионы других щелочных и щелочноземельных металлов. Особенно важна селективность к Sr на фоне Ca, поскольку Ca — основной компонент во многих пробах.
Рисунок 1 - Зависимость экстракции некоторых металлов смолой SR от кислотности
Примечание: источник [8]
При проведении анализа контролировали выход стронция и кальция в концентрат методом масс-спектрометрии. Раствор для масс-спектрометрии отбирали после выщелачивания стронция из почвы и после операции реэкстракции. Измерение активности проводили альфа-бета радиометром с полупроводниковым кремниевым детектором УМФ-2000 после упаривания элюата.
3. Основные результаты
В таблице 1 представлены результаты удельной активности радионуклидов с погрешностью.
Таблица 1 - Удельная активность радионуклидов с погрешностью
Название пробы | Удельная активность, Бк/кг | ||
Cs-137 | K-40 | Ra-226 | |
Д.о. оз. Большая Нанога 1 (г. Озерск) | 245±4 | 3030±47 | – |
Д.о. оз. Большая Нанога 2 (г. Озерск) | 105±1 | 1623±12 | – |
Д.о. оз. Большая Нанога 3 (г. Озерск) | 245±2 | 3788±25 | – |
Почва с берега оз. Большая Нанога (г. Озерск) | 40±3 | 176±13 | 23±2 |
Почва (д. Новая Теча) | 25±5 | 325±64 | 26±5 |
Почва №1(п. Татыш) | 49±10 | 258±53 | 7±2 |
Почва (п. Калиновский) | 387±8 | 598±14 | – |
Д.о. оз. Сунгуль (посёлок Вишневогорск) | 17±5 | 643±185 | 30±9 |
Почва №1 (п. Большой Куяш) | 56±6 | 199±22 | – |
Почва №2 (п. Большой Куяш) | 29±3 | 410±44 | 27±3 |
Почва «Озерское шоссе» (г. Озерск) | 12±3 | 271±66 | – |
Почва дорога на завод (г. Озерск) | – | 295±79 | 20±5 |
Почва с берега оз. Кожакуль (п. Метлино) | 69±21 | 178±53 | – |
Д.о. Волчихинского водохранилища (г. Ревда) | – | 195±33 | 17±3 |
Д.о. р. Каква (г. Серов) | 37±5 | 293±40 | 10±2 |
Почва с берега р. Ивдель (г. Ивдель) | – | 277±137 | 24±12 |
Почва между г. Ревда и г. Первоуральск | – | 289±53 | 19±4 |
Почва г. Серов 1 | – | 147±40 | 6±2 |
Почва г. Серов 2 | – | 250±66 | – |
Исходя из исследований, можно сделать вывод, что в исследуемых образцах почвы и донных отложений присутствуют природные радионуклиды 40К и 226Ra. Калий-40 присутствует во всех пробах, его содержание варьируется от 140 Бк/кг до 3790 Бк/кг. 226Ra присутствует в 11 пробах, его максимальная активность 30 Бк/кг найдена в пробе донных отложений озера Сунгуль (Челябинская область). Исходя из данных таблицы, можно заметить, что радионуклид чаще встречается в донных отложениях или в почве с берегов водоёмов.
Искусственный радионуклид 137Cs встречается в 14 пробах из 20 исследованных. Максимальная удельная активность 137Cs 387 Бк/кг приходится на почву в поселке Калиновский. Активность 137Cs нормируется ОСПОРБ 99/2010 . На основе данных в зоне постоянного доступа населения, активность Cs-137 не превышает допустимый норматив на неограниченное использование твёрдых материалов - 100 Бк/кг, за исключением поселка Калиновский и донных отложений Большая Нанога.
В таблице 2 представлена удельная активность по 90Sr (в равновесии с 90Y).
Таблица 2 - Удельная активность проб по 90Sr (в равновесии с 90Y) с учетом погрешности
Название пробы | Ауд (озоленная проба), Бк/кг | Ауд (воздушно-сухая), Бк/кг |
п. Калиновский | 256±84 | 223±73 |
Д.о. Б.Нанога 1 | 53±17 | 47±15 |
Д.о. Б.Нанога 2 | 870±275 | 448±142 |
Активность стронция-90 достигает до 870 Бк/кг в озоленной пробе. Высокая удельная активность обусловлена последствиями химической аварии на «ПО «Маяк». В местах широкого доступа населения активность почв и донных отложений не превышает норматив на неограниченное использование твёрдых материалов по ОСПОРБ 99/2010 — 1000 Бк/кг .
В работе было определено соотношение 90Sr/137Cs в исследуемых четырех пробах, результаты которого приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Практическое соотношение 90Sr/137Cs в исследуемых пробах
Название пробы | Соотношение активностей 90Sr/137Cs |
п. Калиновский | 0,58 |
Д.о. Б.Нанога 1 | 0,19 |
Д.о. Б.Нанога 2 | 4,27 |
Приведены литературные данные значений соотношений 90Sr/137Cs , см. таблицу 4, определённые при радиоэкологическом мониторинге почв после радиационных аварий и глобальных выпадений при испытании ядерного оружия.
Таблица 4 - Значения соотношений 90Sr/137Cs для загрязненных территорий
Объект загрязнения | Соотношение 90Sr/137Cs |
Чернобыльский радиоактивный след | 0,1÷0,2 |
Глобальное загрязнение | 0,4÷0,6 |
Восточно-Уральский радиоактивный след | 10 ÷ 20 |
Под воздействие ВУРСа попадают донные отложения с озера Большая Нанога. Соотношение в 2 раза меньше, чем в литературных данных, что должно быть логично, ведь озеро находится в черте города Озёрск. Стоит отметить, что озеро не пригодно для пользования жителями города.
Поселок Калиновский находится в зоне влияния «Карачаевского» следа. На территориях воздействия «цезиевого» радиоактивного следа преобладает 137Cs. Соотношение активностей не превышает литературных данных.
4. Заключение
Проведён радиоэкологический мониторинг на территориях Свердловской и Челябинской областей. Отобрано и проанализировано 20 проб почв и донных отложений водоёмов.
Гамма-спектрометрический анализ показал, что в пробах почв и донных отложений присутствуют как природные, так и искусственные радионуклиды. Калий-40 присутствует во всех пробах, его содержание варьируется от 140 Бк/кг до 3790 Бк/кг. 226Ra присутствует в 11 пробах, его максимальная активность 30 Бк/кг найдена в пробе донных отложений озера Сунгуль. Искусственный радионуклид 137Cs встречается в 14 пробах из 20 исследованных. Максимальная удельная активность 137Cs 387 Бк/кг определена в почве поселка Калиновский.
В пробах почв и донных отложений с наибольшим загрязнением по 137Cs радиохимическим методом определено содержание Sr-90. Наибольшая активность Sr-90 448 Бк/кг определена в донных отложениях озера Большая Нанога. Озеро входит в зону влияния Восточно-Уральского радиоактивного следа. В пробах почв, отобранных в зоне постоянного доступа населения, активность Cs-137 не превышает допустимый норматив по ОСПОРБ 99/2010 — 100 Бк/кг, за исключением п. Калиновский и озера Б. Нанога. Активность Sr-90 в 3 исследованных пробах превышает допустимый норматив 1000 Бк/кг.
Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что на территориях Свердловской и Челябинской областей присутствует загрязнение техногенными радионуклидами, в зоне ВУРС сохраняется неблагоприятная радиоэкологическая обстановка. Поэтому для сельскохозяйственных земель, озер и рек, где содержание радионуклидов превышает фоновые значения, необходимо предусмотреть специальную систему мониторинга, которая должна быть направлена на предотвращение поступления радионуклидов в организм человека.