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 [1], [2].
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 [3].
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 [4], [5].
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 [6].
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] [7].
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 [8], 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.
Зависимость экстракции некоторых металлов смолой SR от кислотности
Методика определения Sr-90 и выделения стронция на смоле SR является быстрым и надежным способом количественного определения стронция в пробах почв [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.
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 [9]. 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).
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 [9].
В работе было определено соотношение 90Sr/137Cs в исследуемых четырех пробах, результаты которого приведены в таблице 3.
Практическое соотношение 90Sr/137Cs в исследуемых пробах
| Название пробы | Cs |
| 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 [10], см. таблицу 4, определённые при радиоэкологическом мониторинге почв после радиационных аварий и глобальных выпадений при испытании ядерного оружия.
Значения соотношений 90Sr/137Cs для загрязненных территорий
| Объект загрязнения | Cs |
| 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.