CC BY
57
К вопросу о многолетней динамике мощности дозы внешнего у-излучения в лесных биогеоценозах
Переволоцкий А.Н.
Учреждение образования «Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины», Гомель
В статье выполнен анализ изменений мощности дозы внешнего у-излучения в лесных насаждениях Республики Беларусь с различным парциальным вкладом у-излучающих радионуклидов. Многолетняя динамика мощности дозы внешнего у-излучения в пределах исследуемых групп объектов определяется парциальным вкладом радионуклидов с различным периодом полураспада и аппроксимирована двухкомпонентной экспоненциальной зависимостью. Автором выделены два периода в динамике мощности дозы. В течением первых 5-7 лет мощность дозы внешнего у-излучения снижается наиболее интенсивно, а с середины 90-х годов период полуснижения мощности дозы внешнего у-излучения составляет порядка 20 лет.
Ключевые слова: доза, радионуклиды, у-излучение.
Введение
Лесные биогеоценозы занимают особое место при изучении особенностей формирования в них доз внешнего у-излучения по сравнению с другими типами природно-растительных комплексов, что связано [7]: с многолетним срок жизни древесных растений и аккумулирующим характером накопления радионуклидов, значительным распределением фитомассы по высоте (определяет эффективное задерживание аэрально выпадающих радиоактивных веществ), достаточно медленной миграцией радионуклидов в минеральной части почвы и наличием особого органо-минерального слоя - лесной подстилки, способного эффективно аккумулировать радионуклиды. Указанные особенности лесных насаждений накладывают отпечаток на величину мощности дозы внешнего у-излучения: в первые месяцы после радиоактивных выпадений данный параметр в лесах больше по сравнению с безлесными территориями при одинаковом уровне радиоактивного загрязнения [2, 3, 8, 9]. Преобладание короткоживущих радионуклидов в радиоактивном загрязнении территории определяет более интенсивное снижением мощности дозы внешнего у-излучения по сравнению с загрязнением долгоживущими радионуклидами [1, 4].
Целью настоящего исследования явилось изучение особенностей многолетней динамики мощности дозы внешнего у-излучения в лесных биогеоценозах Республики Беларусь.
Материалы и методы
Объектами исследований послужили чистые сосновые насаждения 20-30-летнего возраста, произрастающие на дерново-подзолистых песчаных почвах с автоморфным режимом увлажнения на «ближнем» (белорусский сектор 30-километровой зоны) и «дальнем» (в Ветковс-ком спецлесхозе Гомельской области) следах радиоактивных выпадений после аварии на ЧАЭС [6]. В каждом из насаждений закладывали пробные площадки в соответствии с общепри-
Переволоцкий А.Н. - доцент кафедры физиологии человека и животных биологического факультета, к.с.-х.н., УО «ГГУ им. Ф. Скорины».
*Контакты: 246019, Гомель, ул. Советская, 104. Тел.: 8-10-375-232-60-75-72; e-mail: [email protected].
нятыми в лесной радиоэкологии требованиями [5]. Мощность дозы внешнего у-излучения измеряли дозиметром ДРГ-01Т два раза в год на постоянных реперных точках, начиная с 1988 г. Определение содержания у-излучающих радионуклидов в почве было выполнено в 1989 г. с использованием ИРОв-детектора на спектрометре ОЯвк. Плотность загрязнения у-излучающими радионуклидами в 1986 г. определяли с помощью ретроспективных расчётов исходя из плотности загрязнения радионуклидами почвы в 1989 г. и периода полураспада каждого радионуклида. Пробные площади были сгруппированы по сопоставимому долевому вкладу в у-спектр различных радионуклидов, по расстоянию и направлению от ЧАЭС, при этом в каждую группу объектов вошло по четыре пробные площади (табл. 1).
Для исследования многолетней динамики мощности дозы для каждой пробной площади исследуемый показатель выражали в относительных единицах относительно момента начала наблюдений (1988 г.). В пределах каждой группы объектов относительные показатели мощности дозы усредняли по каждому сроку наблюдений и аппроксимировали двухкомпонентной экспоненциальной зависимостью:
Мй = А1 ■ е А ' + А3 • е А4',
где А1, Л2, А3 и А4 - параметры зависимости, ? - временной шаг, равный периодичности отбора проб в 0,5 года.
Таблица 1
Удаление пробных площадей от ЧАЭС и относительный вклад радионуклидов
в спектр у-излучения
Г руппа объектов Удаление и направление от ЧАЭС Относительный вклад радионуклидов в спектр у-излучения на 1986 г.
144Св |и6Вы 13/Сэ 134Сэ
I 11-13 км, северо-восток 65-70 15-25 < 10 < 5
II 15-20 км, северо-восток 30-40 15-20 < 30 < 15
III 30-35 км, север 40-45 30-40 15-20 < 10
IV >180 км, северо-восток < 10 < 10 > 60 < 30
Первое слагаемое зависимости отражает «быстрое» снижение мощности дозы с периодом полуснижения равным 2!п(2)А2 (лет), характерное для первых лет после выбросов и обусловленное радиоактивным распадом короткоживущих радионуклидов, второе - «медленное» снижение с периодом полуснижения равным 2 !п(2) А4 (лет), обусловленное радиоактивным распадом и миграцией в корнеобитаемом слое почвы долгоживущего 137Св.
Оценку соответствия наблюдаемых и регрессионных значений проводили путём расчетов корреляционного отношения между ними и относительной ошибки прогнозирования.
Результаты исследований и их обсуждение
Параметры двухкомпонентной экспоненциальной зависимости мощности дозы внешнего у-излучения приведены в таблице 2, аппроксимация динамики мощности дозы по группам объектов - на рисунке.
Таблица 2
Параметры уравнения для различных групп ПП
Г руппа ПП Параметры уравнения Период полуснижения, лет Статистические показатели
А1 А2 А3 А4 «быстрое» «медленное» корреляционное отношение ошибка прогноза, %
1 0,802 -0,285 0,392 -0,023 1,2 14,9 0,991 ±0,012 1,78
2 0,479 -0,247 0,649 -0,022 1,4 15,5 0,997±0,011 1,62
3 0,703 -0,297 0,463 -0,021 1,2 16,5 0,997±0,011 1,60
4 0,422 -0,159 0,624 -0,019 2,2 18,0 0,996±0,012 1,76
1 .00 0.90 0.80 0.70 . 0.60 5 0.50
I
° 0.40 1=1 0
^ 0.30
0
1
о
0.20
2
со
0.1 0 0.09 0.08 0.07
1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025
Годы исследований
Рис. Динамика мощности дозы внешнего у-излучения на группах пробных площадей.
В многолетней динамике мощности дозы прослеживаются два основных этапа: первые 8-10 лет с наиболее интенсивным снижением мощности дозы, обусловленной распадом корот-коживущих радионуклидов, и последующий этап медленного снижения, связанный с радиоактивным распадом 137Св, доля которого в спектре у-излучения превысила 95 %. Очевидно, что в 1986 г., присутствие короткоживущих радионуклидов в спектре у-излучения определяло очень быстрое снижение мощности дозы в течением первых месяцев с момента выпадений [1, 4, 8].
На первом этапе снижение мощности дозы зависело от парциального вклада в спектр у-излучения 106Яи и 144Се: период полуснижения мощности дозы составлял от 1,2 года для I и III групп объектов, при снижении вклада 106Яи и 144Се на II группе объектов период полуснижения возрастал до 1,4 лет, а для IV группы объектов с преобладанием с загрязнении 137Св - до 2,2 года. Соответственно, уменьшался вклад «быстрой» составляющей в многолетней динамике снижения мощности дозы. Так, для I группы объектов «быстрой» компонентой снижения мощности дозы было обусловлено до 70 % многолетней динамики исследуемого показателя, а для IV - только 30 %.
С середины 90-х гг. интенсивность снижения мощности дозы внешнего у-излучения существенно замедлилась, что было обусловлено радиоактивным распадом 106Яи, 144Се и 134Св. Величина полуснижения мощности дозы у-излучения составляет от ~15 лет на МИ группах опытных объектов «ближнего» следа радиоактивных выпадений до 18 лет - на IV группе опытных объектов «дальнего» следа выпадений. Меньший период полуснижения мощности дозы относительно величины радиоактивного распада, вероятно, определяется уменьшением исследуемого показателя не только вследствие физического распада основного дозообразующего радионуклида - 137Сз, но и миграции радионуклида в вертикальном профиле почвы. Вследствие миграции может иметь место некоторое экранирование излучения поверхностным слоем почвы. Кроме того, в многолетней динамике содержания радионуклидов в надземной фитомассе древесных растений также прослеживается устойчивый тренд к снижению, что может служить дополнительным фактором снижения мощности дозы [6, 9].
Вклад «медленного» слагаемого двухэкспоненциального уравнения в многолетнее снижение мощности дозы повышается от I группы объектов (~30 %) к IV группе объектов (~60 %). Соответственно, можно отметить, что основная часть дозы от внешнего у-излучения в лесных насаждениях формируется при наличии значительного количества короткоживущих радионуклидов в спектре у-излучения формируется в течение первых лет после радиоактивного загрязнения. Преобладание в спектре долгоживущего 137Св определяет формирование основной части дозы в последующие годы, поскольку величина мощности дозы хоть и высока, но быстро стабилизируется вследствие радиоактивного распада.
Полученные результаты по многолетней динамике мощности дозы внешнего у-излучения в лесных насаждениях могут послужить исходным материалом для подготовки расчётных дозиметрических моделей формирования доз внешнего у-излучения в лесных биогеоценозах.
Выводы
1. Динамика мощности дозы внешнего у-излучения в лесных биогеоценозах в 1988-2008 гг. удовлетворительно описывается двухкомпонентной экспоненциальной зависимостью.
2. Выделены два основных этапа в многолетней динамике мощности дозы внешнего у-излучения в лесных биогеоценозах в 1988-2008 гг.: первый этап наиболее интенсивного снижения, связанный с распадом среднеживущих радионуклидов (с конца 80-х по середину 90-х гг.), последующий этап медленного снижения, связанный с распадом долгоживущего 137Св (с середины 90-х гг. по настоящее время).
3. На первом этапе при парциальном вкладе 106Яи и 144Се в радиоактивное загрязнение преобладало «быстрое» снижение мощности дозы с периодом полуснижения до 1,2 года. При преимущественном загрязнении территории 137Сз период полуснижения мощности дозы повышался до 2,2 года. Второй этап характеризовался продолжающимся снижением мощности дозы внешнего у-излучения с периодом полуснижения от 15 до 18 лет независимо от вклада в загрязнение территории различными радионуклидами.
Литература
1. Абатуров Ю.Д., Абатуров А.В., Быков А.В. Влияние ионизирующего излучения на сосновые леса в ближней зоне Чернобыльской АЭС. М.: Наука, 1996. 240 с.
2. Алексахин Р.М., Болтнева Л.И., Назаров И.М. К характеристике у-поля радиоактивных выпадений в лесу //Лесоведение. 1972. № 4. С. 35-43.
3. Действие ионизирующей радиации на биогеоценоз /Криволуцкий Д.А., Тихомиров Ф.А., Федоров Е.А. и др. М.: Наука, 1988. 240 с.
4. Израэль Ю.А. Радиоактивные выпадения после ядерных взрывов и аварий. СПб: Прогресс-погода, 1996. 355 с.
5. Методика организации и ведения радиационного мониторинга в лесах. Минск: Минлесхоз Респ. Беларусь, 2006. 55 с.
6. Переволоцкий А.Н. Распределение 137Сэ и 90Бг в лесных биогеоценозах. Гомель: РНИУП "Институт радиологии", 2006. 255 с.
7. Проблемы лесной радиоэкологии: Сб. науч. тр. /АН СССР, Ин-т прикл. геофизики; науч. ред. Р.М. Алексахин. М.: Гидрометеоиздат, 1979. Вып. 38. 75 с.
8. Радиоактивное загрязнение территории Беларуси (В связи с аварией на ЧАЭС) /В.И.Парфенов, Б.И. Якушев, Б.С. Мартинович и др.: Под ред. В.И.Парфенова. Минск: Наука и техника, 1995. 582 с.
9. Щеглов А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах: По материалам 10-летних исследований в зоне влияния аварии на ЧАЭС. М.: Наука, 1999. 268 с.
On the question of long-term dynamics of the external dose rate Y-radiation in forest biocenosis
Perevolotsky A.N.
Educational Establishment "Francisk Skorina Gomel State University", Gomel
This article gives an analysis of changes in the external dose y-radiation in forest plantations of the Republic of Belarus with different partial contribution of the various y-emitting radionuclides. The long-term dynamic, of the external dose y-radiation in the range of the groups of objects, is determined by the partial contribution of radionuclides with different half-lifes, and approximated by a two-component exponential dependence. The author distinguishes two periods in the dynamics of the dose rate. During the first 5-7 years of external dose y-radiation were being decreased more rapidly, and since the mid of 90's during half-time external dose y-radiation is amounted about 20 years.
Keywords: dose, radionuclides, Y-radiation.
Perevolotsky A.N. - Associate Professor, C. Sc., Agr. EE "Francisk Skorina Gomel State University".
‘Contacts: 104 Sovetskaya str., Gomel, Belarus, 246019. Тел.: 8-10-375-232-60-75-72; e-mail: [email protected].
