CC BY
24
УДК 550.835
Ж.Н. Александрова
ОПЫТ ЭКСПРЕССНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ УДЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ РАДИОНУКЛИДА SrM IN SITU НА ТЕРРИТОРИИ ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО РАДИОАКТИВНОГО СЛЕДА
В настоящее время самым надежным методом определении содержания Sr" в почвах является радиохимический анализ. Наиболее распространенная его модификация требует выполнения следующих операции [4]- извлечение нуклияа из твердой фазы почвы выщелачиванием при помощи соляной или азотной кислоты; идентификация атомов Srw; удаление радиоактивных ß-иэлучаюишх примесей, если гаковыс имеются: добавление носителя; определение химического выхода: определение концентрации Sr*' при помощи счетчика |)-частиц, обладающего низким фоном. Комплекс указанных операций характеризуется значнге;и,ной грудоемкостыо. что обусловливает высокую стоимость радиохимического анализа на Sr™
Кроме этого, активность Sr^' определяют по активности его дочернего изотопа Y" . который находится в составе конечного продукта осаждения • гидрата окиси иттрия Так как накопление дочернего нуклида во времени в процессе распада материнского происходит по закону
Л; ~ Лi
где Л,. Л. - постоянные распад«, соответственно, материнскою и дочернего нуклидов: ч, - исходное количество ядер материнского нуклида, то для выравнивания активностей материнского и дочернего нуклидов необходимо некоторое яремя. В случае Sr9' (период полураспада - 29 лет) И Y*' (период полураспада - 64 часа) их активности становятся примерно равными через Ы гугок. Это обстоятельство значительно увеличивает время, необходимое для определения Sr*' ti делает радиохимический анализ на указанный радионуклид не экспрессным.
/Другим широко распространенным методом определения Sr'A в почвах явлкзгея бета-спектрометрический анализ с помощью бета-радиомстра í'VG-91 "ЛДАИИ" f-íl Измерение активности Sr'"' основано на регистрации и последующей обработке спектра ß-излученмя исследуемой почвенной пробы
Известно Р). что важнейшей особен! остыо (J-рас пала является непрерывный спектр »нергий испускаемых ß-частпм. пни которою характерна некоторая максимальная торги* Яд" Гак,
непрерывный спектр ß-излучення почвенной пробы, содержащей Sr4'. будет иметь максимальную энергию, равную 2,3 МэВ, которая соответствует максимальной энергии ß-спскгра радионуклида YMI - продукта распада стронция. Если в состав анализируемой пробы входят другие 1Мнлучаюшие радионуклиды (например. Cs" , Cslu, Ru1*'. K4J, продукты распада Li2"5 и Пг':). m они делают регистрируемый ß-спекгр еще более сложным, но его максимальная энергия при я ■ом не изменяется, гак как максимальные энергии ß-излучения гйДнонуклидов-помех меньше соответствующей энергии
V*
Вычисление активности St9" в исследуемой пробе производится на основе сравнения полученного амплитудного распределения импульсов с функциями формы, записанными в памяти бэта-радиометра на предприятин-изготовите/.е Учет вклада мешающих ß-излучатслей поизводится автоматические помощью также введенных и память коэффициентов.
Конечно же, по точности ^-спектрометрический внализ на Sr'^ значительно уступает радиохимическому анализу и является менее надежным, но по сравнению с ним он менее трудам кий и в среднем ею стоимости в несколько раз меньше.
Известно, что на сегодняшний лень основным загрязнителем территории ВУРСз является долгоживуший радионуклид Sr9" и в меньшей степени Cs . По различным данным [5. 6. 7]. эти изотопы входили в состав радиоактивных выпадений в примерном соотношении 1:5.
В нас том шее время удельные активности указанных радионуклидов о I О-сантиметровом почвенном слое находятся в соотношении 1:4 |9|. В почвах рекультивированных площадей ж» соотношение примерно Irl Данный факт, но-видимому, можно объяснить цезневымн выпадениями, имевшими место и более позднее время - в 1993 голу на (10 "Маяк'', о чем сообщалось
Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов в работе [8].
Кроме Sr90 и Cs1*7, в шггегральное Р-излучение почв могут вносить вклад имеющиеся в семействах UJ5S и Th232 р-излучающие радионуклиды, а также изотоп К40, распад которого сопровождается испусканием р-частиц. Следует отметить, что содержания урана, тория и калия в почвах находятся на уровне кларков. поэтому их вклад в общее р-излучение радиоактивно загрязненных почв ВУРСа ничтожно мал.
Таким образом, р-излучение Cs" будет основной помехой при определении активности Sr*° по интегральным Р-измсрсниям в условиях in situ.
На рис. 1 представлены результаты исследования удельных активностей Cs'" в 36 почвенных образцах, отобранных на территории локального участка Восточно-Уральского радиоактивного следа (1]. Для укатанной выборки максимальная активность цезия равнялась 750 Б к/кг, ее среднее значение - 373 Бк/кг, а стандартное отклонение составило 121 Бк/кг.
л,
14 12 10 8 6 4 2 0
Рис. I. Гистограмма распределения удельной активности радионуклида Cs" в почвенных пробах Восточно-Уральского радиоактивного следа (11
Результаты определения удельной активности радионуклида Sr" с помощью бета-радиометра РУБ-91 в пяти почвенных образцах показали, что активность Srw значительно превосходит активность Cs1". Среднее значение удельной активности Sr*' оказалось равным 1509 Бк/кг, что в 4 раза больше соответствующего значения для цезия, а стандартное отклонение - 1391 Бк/кг, что ь 11,5 раз больше по сравнению с цезием.
Установленное соотношение удельных активностей Sr90 и Cs1" в почвах ВУРСа является благоприятной предпосылкой для экспрессного определения радионуклида Sr'*' по измерениям р-излучения в условиях in situ. Расчеты показывают, что отличие стандартных отклонений активностей указанных нуклидов более чем на порядок может приводить к дополнительной погрешности определения стронция за счет мешающего Р-нзлучения цезия не более 1 %.
Интегральное р-излучение на участке радиоэкологических исследований определялось на основе комбинированных р-. у-измерсний с помощью модернизированного прибора "Прогноз", приспособленного для регистрации суммарного (у+р)-отклика и отклика, свободного от р-излучения через экранирование.
Серийный прибор "Прогноз" был несколько модернизирован, так как его аналоговое регистрирующее устройство не позволяло снимать отсчеты с достаточной степенью точности (при измерениях Р- и у-излучений основная погрешность прибора достигает ± 25 % конечного значения шкалы измеряемого поддиапазона). Внесенные в схему изменения позволяли снимать отсчеты в цифровом виде, а также устанавливать время экспозиции при регистрации излучений.
Блок детектирования радиометра "Прогноз" комплектовался тремя параллельно включенными цилиндрическими газоразрядными счетчиками типа СТС-6 и имел выдвижной стальной экран толщиной 2 мм.
Эффективность регистрации р-чаеттш уранового ряда з счетчике СТС-6 с толщиной стенки 45 мг/см: составляет около 20 %, а Р-частиц радионуклида Sr^ с энергией Е.ч=0,61 МэВ - до 100 %.
1с
и II II II 1Пгп
100 200 300 400 500 600 700 800 900 а> ® кг
Эффективность регистрации у-излучения сложным образом зависит от энергии квантов Б, и. как правило, для диапазона энергий от 0 до 3 МэВ не превышает 2 %.
Кроме того, ингенсивность гамма-излучения измерялась (в контрольных целях) с помощью сцинтилляционного радиометра СРП-88-01.
Технология измерений прибором "Прогноз" заключалась в следующем. При измерении интенсивности ß-излучения сначала фиксировался аппаратурный параметр с закрытым экраном детектора; затем экран выдвигался до отказа и вновь снимались показания прибора. Разность показаний при открытом и закрытом экранах составляла значение интенсивности ß-излучения с измеряемой поверхности
Если оценить толщину слоя ослабления ß-излучения в материале экрана через максимальный пробег частиц, используя соотношение [3)
/»=0,54^-0,15, (2)
где р - плотность материала экрана (для железа р =7,8 г/см '); х - длина пробега ß-частии в см: £р -максимальная энергия ß-епектра в МэВ (для расчета возьмем наибольшую энергию =3.2 МэВ.
принадлежащую КаС). то получим, что длина пробега ß-частиц х не превосходи! 2 мм.
Таким образом, измерения со стальным экраном толщиной 2 мм позволяли полностью избавиться от вклада, который вносился в аппаратурный параметр ß-частшшми с энергией £цот 0 до 3,2 МэВ.
Параллельно с измерениями интенсивности ß-излучения в точках наблюдений производился отбор почвенных проб для определения в них удельной активности радионуклида Srw. К сожалению, из-за необходимости обращения к услугам сторонних организаций для выполнения анализа на Sr и высокой стоимости последнего удельная активность указанного радионуклида измерена лишь в пял» почвенных образцах из всей предполагавшейся выборки Поэтому корреляционная связь между интегральным ß-излучением. измеренным in situ, и массовой долей Sr* в почве устанавливалась по пяти парным измерениям.
Сопоставление результатов обнаружило тесную связь между измеренной интенсивностью ß-излучения /( и удельной активностью Sr" С в почвенной пробе, отобранной в точке измерений (рис. 2). Коэффициет корреляции составит '0,99. Установленную прямолинейную корреляцию между /, и С, описывает уравнение
С', =20,98 /, -131,19. (3)
Оценка надежности коэффициента корреляции для данной вьборки с применением критерия Фишера показывает, что с вероятностью не менее 0,90 действительный коэффициент корреляции может быть заключен между значениями t-0,922 и +0,999 Минимальное значение коэффициента корреляции Rmin при данном числе наблюдений («= 5) равно ~0,6945. Гак как R^ меньше нижней границы коэффициента корреляции, равной +0.922, то прямолинейную корреляцию между С, и /, можно считать установленной. Среднее квадратнческое отклонение <тя коэффициента корреляции составило 0.00742.
Приближенная оценка надежности найденного коэффициента а = 20,98 в уравнении регрессии (2) до соотношению:
CTс 1/-/?; ...
где сг, • среднее квадратнческое отклонение удельной активности Sr"J в почвенной пробе и а, - среднее квадратнческое отклонение интенсивности ß-излучения в точке отбора почвы, показывает, что при ас = 55,4 Ьк/кг и сг, ~ 1199 ими. значение сг, равно 0.005 Бк/кг-имп. Следовательно, а = 20,98 ± 0,005 и относительная ошибка его определения - менее I %.
Таким образом, средняя квадратнчсская погрешность при вычислении удельной активности по уравнению (2) будет в основном зависеть от погрешности регистрации интенсивности //-излучения.
С. Бк/кг 3500
3000
о 20 40 60 80 100 120 140 160 180 /„ ими.
•U-UcSL
Рис. 2. Корреляционная связь между удельной активностью Sr90 в почве и интенсивностью Р-Елучения, измеренной in situ. Построена по пяти парным измерениям. Коэффициент корреляции Н>99
Выполненные исследования свидетельствуют о возможности экспрессного определения :;льной активности радионуклида SrM на основе комбинированных Р-. у-измерений в условиях естественного залегания.
Методику экспрессных измерений на Sr' для территории Восточно-Уральского заоиоактивного следа можно свести к следующим операциям:
1. Изучение соотношения между удельной активностью Sr*' и удельными активностями притих р-излучающих радионуклидов. Величина вклада других р-излучателей будет определять яжреишость измерения удельной активности Sr" по суммарному Р-излучению и являться краничивающим условием для применения указанной методики.
2. Исследование коэффициента корреляции между С, и /, и устаьопХьт. расчетной связи € = /(',) на основе комплексных измерений удельной активности Sr90 в почвенных пробах и
:нсивности ^-излучения в точках отбора лих приб (2).
(5)
'с ; а!
С и / - модальные значения, соответственно, удельной активности Sr*' и интенсивности р-влучения; <тс и <т, - их стандартные отклонения.
Удельная активность радионуклида Sr'* в почвенных пробах должна быть определена xu-ежным способом, например, с помощью радиохимического анализа.
3. Комбинированные Р-, у-измерсния на исследуемом участке и определение удельной вггивностн Sr" в точках измерений по формуле (2).
4. Оценка погрешности определения удельной активности радионуклида Sr90 С, в почве, сгорая будет зависеть от погрешности регистрации in situ р-излучения /, и погрешностей этределения коэффициет-ов а = ас/а, и Ь = С -1 ас /<т; в уравнении (2):
Д(С,) = yja2Д'(/,) + /' Д; (а) + А' (Ь), (6)
Л(/,), Д(а) и Д(6) - средние квадратнческне ошибки определения /,, а и Ь.
Таким образом, характер зафятнения большей части территории ВУРСа позволяет использовать предлагаемую методику, гак как р-излученис Sr50 доминирует над р-излучением других :íihoнуклидов и тесно коррелирует с интегральным Р-откликом. Поэтому стронциевый мониторинг -геритории ВУРСа. выполняющийся в настоящее время на основе радиохимического или бета-.-ектрометрического анализа отобранных почвенных образцов, может производиться с помощью
197
комплексных измерений in situ интегрального ß- и у-излучений. Это значительно упрощает задачу стронциевого мониторинга, делая его более дешевым и экспрессным.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Александрова Ж.Н. Ядерно-физические измерения параметров ботанической реабилитации радиоактивно загрязненных площадей: Дис. ... канд. геол.-мни. наук. Екатеринбург, 1998. 147 с.
2. Возжеников С.Г., Белышев Ю.В. О градуировке аппаратуры для непрерывного контроля качества горно-рудного сырья // Изв. вузов. Горный журнал. 1992. № 3. С. 16-19.
3. Измерение активности источников бета- и гамма-излучений / Бочкарев В., Кснрим-Маркус И., Львова М., Ируслин Я. М.: Изд-во АН СССР, 1954. 242 с.
4. Методики определения радиоактивных веществ в аэрозолях, воде, почве и продуктах питания. М.: Центр наблюдения и лабораторного контроля Госкомитета по чрезвычайным ситуациям России, 1992.
Ь. Мосолов И.В. Физиологические основы применения минеральных удобрений. М.; Колос,
1968.
6. Несмеянов А.Н., Лапицкнй A.B., Руденко Н.П. Получение радиоактивных изотопов. М.: Госхимиздат, 1954. 192 с.
7. Ннкнпелов Б.В., Микерин Е.И.. Романов Г.Н. и др. Радиационная авария на Южном Урале в 1957 году и ликвидация ее последствий // Proc. of an Intern. Symp. on Recovery Operations in the Event of a Nuclear Accident or Radiological Emergency. Vienna, 1990. P. 373-403.
8. Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. М.: Атомиздат, 1974. 215 с.
9. Почвенно-зколо! ические условия накопления и перераспределения радионуклидов в зоне ВУРСа / Фнрсова В.П., Молчанова И.В.. Мещеряков Г1.В. и др. // Тр. Ин-та экологии раст. и жив. УрО РАН. Екатеринбург, 1996. 140 с.
УДК 550.838.502
В.Б. Виноградов, Л.А. Болотнова МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ТРУБОПРОВОДА
Изучение технического состояния газопроводов в разных регионах нашей страны и за рубежом различными методами проводится уже десятки лет (2, 3. 5. 6). Применение каждого метода имеет свои достоинства и недостатки, которые обусловлены особенностями геологического строения территории, на которой проложен трубопровод, и другими внешними условиями. В работе (3) указывается, что для оценки технического состояния газопроводов используется несколько десятков признаков. Из теории информации известно, что использование более 7-10 признаков для оценки объекта не приводит к существенному приросту информации, поэтому необходимо из всей совокупности признаков для конкретного трубопровода выбрать самые информативные и на их основе оценивать объект. К числу информативных признаков для рассматриваемой задачи относятся данные об аномальном магнитном поле. Существенный прирост информации о состоянии газопровода без значительных затрат может быть обеспечен более глубокой интерпретацией геофизических полей, в том числе магнитного ноля [4].
В данной работе рассматривается применение магниторазведки для изучения газопроводов в условиях горнозаводского Урала. Успех решения данной задачи с помощью магнитной съемки зависит от геолого-гсофнзичсскон обстановки, в которой находится трубопровод. Ее результаты зависят от направления, местоположения, глубины залегания газопровода, влияния техногенных магнитных полей, диаметра, длины, толщины стенок и магнитных свойств, ориентации труб, геологического строения участка, срока эксплуатации трубопровода и т. д.
Трубопровод состоит из труб, свойства которых определяются материалом, условиями нагрева и остывания в процессе изготовления, механических напряжений в процессе изготовления и эксплуатации. Магнитная восприимчивость труб колеблется в пределах от 10 до 60 ед. СИ. Трубы
