CC BY
40
УДК 504.064 Т.В. Губарева
О МОНИТОРИНГЕ ПОСЛЕДСТВИЙ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ
Предложен контроль радиационно-стимулированных реакций, включающий спектральные методы, для мониторинга радиоэкологического мониторинга атмосферного аэрозоля, содержащего щелочно-галоидные частицы, являющиеся переносчиками радиоактивных веществ атмосферы. Ключевые слова: атмосферный аэрозоль, радиоэкология, мониторинг.
А тмосферный аэрозоль представляет собой смесь многих -/Т. компонентов. Многокомпонентность состава атмосферного аэрозоля до сих пор не учитывается в глобальных моделях химических процессов в атмосфере и в моделях климата, поскольку это требует сложных расчетов, связанных с большими затратами машинного времени. Адекватный учет воздействия атмосферного аэрозоля на климат и экологию требует рассмотрения всего разнообразия его типов и сильной пространственновременной изменчивости свойств, что обусловлено многочисленностью источников и коротким временем жизни аэрозоля. Сильная пространственно-вре-менная изменчивость свойств аэрозоля определяет необходимость разработки интерактивного «аэрозольного блока» для моделей климата, обеспечивающего воспроизведение реальной динамики свойств атмосферного аэрозоля. В настоящее время глобальные поля свойств аэрозоля рассматривают по отдельности применительно к основным типам аэрозоля с последующим комплексированием моделей, которое обеспечит учет вариаций состава аэрозоля. Исследование спектральных характеристик микрокристаллов щелочногалоидных соединений, прореагировавших с атмосферным воздухом под действием высокоэнергетических излучений и использованных в качестве модели атмосферных аэрозольных частиц, переносящих в атмосфере радиоактивные вещества, являлось одним из блоков в комплексе индикационных исследований при оценке радиоэкологического состояния атмосферы.
В настоящей работе изучены радиационно-стимули-рованные реакции «щелочно-галоидный микрокристалл - атмосферный воздух» и измерено поглощение отдельных микрокристаллов в диапазонах 200 - 400 нм и 400 - 800 нм с помощью спектрофотометра СФ
- 4. Исследования в спектральном диапазоне 500 - 3000 см"1 выполнены с помощью спектрометров UR - 20 и Регкт-Е1тег с Фурье преобразованием.
Измерения оптических свойств частиц проводились после высокоэнергетического воздействия на систему микрокристалл - воздух, проведенного в лабораторных условиях. В качестве высокоэнергетических воздействий использовались ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучения и воздушная низкотемпературная плазма. Обработка проводилась с использованием малых доз излучений. Определены особенности проведенных обработок. Важным является изменение структуры микрокристаллов, химического состава и оптических свойств по сравнению с исходным состоянием. При этом в спектрах микрочастиц появляются дополнительные полосы поглощения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области. Поглощение в первом диапазоне характеризует состояние объема солевых частиц и обусловлено образованием и - центров, сопровождающееся появлением соответствующей полосы, значение коэффициента поглощения в которой зависит в первую очередь от наличия паров воды в газовой фазе и образовании пленки адсорбированной воды на поверхности микрокристаллов. Оно определяется размерами кристаллов, их химическим составом, температурой и дозой облучения. Поглощение во втором диапазоне также характеризует состояние объема микрокристаллов и обусловлено образованием центров окраски - F - центров. Коэффициенты поглощения в соответствующих полосах зависят в первую очередь от доз облучения, от химического состава и от размеров микрокристаллов, состава газовой фазы и других факторов. Третий диапазон захватывает зону в инфракрасной области спектра и появление при этом полос поглощения дает представление о твердых продуктах реакций на поверхности микрокристаллов (полосы, связанные с поглощением ионами N0^ или соединениями НаШ0х).
Особенностью щелочно-галоидных кристаллов является тот факт, что они практически прозрачны, положение полос фундаментального поглощения определяется химическим составом. Известно, что щелочно-галоидные кристаллы относятся к группе радиа-
ционно-чувствительных твердых тел. При воздействии высокоэнергетическими излучениями в них легко создаются дефекты, называемые центрами окраски. С другой стороны менее изученными остаются явления, связанные с активным химическим взаимодействием кристаллов с окружающей газовой фазой, которое значительно активизируется в полях высокоэнергетических воздействий. При этом взаимодействие происходит на поверхности кристаллов. Все изменения структуры и появление новых химических соединений приводят к тому, что кристаллы резко изменяют свои оптические характеристики.
В химии атмосферы рассматриваются в настоящее время гетерогенные химические и фотохимические реакции. Реакции, стимулируемые естественной и антропогенной радиоактивностью атмосферы, в настоящее время еще не рассматриваются и не учитываются. В связи с этим следует ожидать активность протекания гетерогенных процессов в атмосфере с участием аэрозольных щелочногалоидных частиц, переносящих в атмосфере радиоактивные вещества. В лабораторных исследованиях показано, что эти реакции инициируются ультрафиолетовым, рентгеновским и гамма излучениями, а также холодной воздушной плазмой. Изучены превращения щелочно-галоидных микрокристаллов методами электронной микроскопии, ИК - спектроскопии, рентгеноструктурного анализа. При проведении экспериментов установлено, что в указанных условиях протекают реакции на поверхности и в объеме микрокристаллов. Радиационно-стимулированные гетерогенные процессы вызывают образование и кристаллизацию новых поверхностных соединений (нитратов, нитритов, оксигалогенидов, карбонатов, гидроокисей), обогащение поверхности соединениями типа СШ0х. Кроме этого происходит образование и накопление в объеме F - и и - центров. Все указанные процессы при этом находятся в тесном взаимодействии.
Лабораторные эксперименты позволяют предполагать, что диагностическим критерием оценки состояния солевого аэрозоля под воздействием радиоэкологических факторов могут служить его оптические характеристики. По характеру их изменения выделяется как минимум три типа: 1) образование и - центров; 2) образование центров окраски; 3) образование новых фаз, которые облавливают дополнительное поглощение. Для высокоэнергетического воздействия характерно резкое изменение оптических характеристик
микрокристаллов. Проведенные сопряжено с оптическими измерениями рентгеноструктурные и электронно-микроскопические физиономические исследования показали наличие тесной взаимосвязи между влиянием излучений и проявлением трансформации свойств частиц щелочно-галоидных солей.
Облучение системы «щелочно-галоидный микрокристалл -атмосферный воздух» проявляется в изменении оптических характеристик прореагировавших щелочно-галоидных микрокристаллов в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области спектра. Коэффициенты поглощения в возникающих полосах имеют большие значения и их значения зависят от дозы облучения, что свидетельствует о лабильности этого параметра. Выявленные закономерности изменения оптических характеристик свидетельствуют о высокой индикационной значимости этих параметров при радиоэкологической оценке состояния атмосферного солевого аэрозоля. Дифференцируя территорию по оптическим показателям солевых частиц, этот метод может дать характеристики геохимической специфики загрязнения территории. Он отражает функциональное состояние солевых частиц, что позволяет использовать его в радиоэкологическом мониторинге. ІІЇШ
Gubareva T. V.
ABOUT MONITORING OF CONSEQUENCES OF RADIOACTIVE POLLUTION ATMOSPHERIC THE AEROSOL
To monitor the radiological monitoring of atmospheric aerosols containing alkali-halide particles, which are the carriers of radioactive substances, the atmosphere is invited to monitor the radiation-stimulated reactions, including spectral methods.
Key words: atmospheric aerosols, radioecology, monitoring
— Коротко об авторе ------------------------------------------
Губарева Татьяна Владимировна - кандидат физико-математи-ческих наук, доцент, г. Братск, E-mail: kafgmu@brstu. ru
