Пути поступления редких изотопов в гидросферу Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 546.02

ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ РЕДКИХ ИЗОТОПОВ В ГИДРОСФЕРУ ©2004 г. И.О. Невинский, Т.В. Цветкова, Г.С. Железняк

As the basic source of receipt 22Na in waters deposits and losses serve; 137Cs in water system it appears as a result of washout from a ground and ground adjournment. The opportunity of dating of underground waters on 22Na and delimitation under the relation of radioactive sodium to stable in fabrics oysters is considered.

Краснодарский край занимает уникальное геоэкологическое положение в России. Это обусловлено как географическим положением, включающим самые различные зоны- морские, горные, степные, так и экономикой края: сельскохозяйственная деятельность, курорты, пограничная зона. Эти факторы требуют жёсткого контроля за экологической чистотой территории, в том числе и радиационной. Географическое расположение края в средних широтах характеризуется достаточно высоким ультрафиолетовым фоном, определённым уровнем поступления космогенных изотопов в нижние слои атмосферы. Проведённая в 90-х гг. прошлого столетия аэро-гамма-съёмка территории по заказу Краевого комитета охраны окружающей среды показала наличие «цезиевых» пятен (невысоких уровней) в горных районах. Помимо чисто санитарно-эпидемических задач, контроль за распространённостью цезия, а также его ближайших аналогов - калия и натрия, представляет большой интерес для изучения биосферы. Прежде всего это относится к выяснению закономерности накопления 137Cs водными организмами, миграции искусственного и космогенного 22Na в водных экосистемах. При этом необходимо знать какое количество радионуклидов поступает из атмосфере с осадками и в виде выпадений, как эти изотопы мигрируют в гидросфере, проникают ли в глубинные воды. В связи с этим на территории края проводились измерения ряда изотопов, в том числе 22Na и137 Cs.

Для регистрации 22Na использовался двухкристалльный гамма-спектрометр [1], состоящий из кристалла Nal(Tl) размером 100 х 100 мм и кристалла CsI(Tl) размером 200 х 100 мм. Для защиты от внешнего излучения и размещения различных датчиков, требующих низкого фона, использовались (в зависимости от задачи) низкофоновые камеры разных конструкций. Для измерения большого числа образцов, не требующего очень высокой чувствительности, использовали часть ствола орудия береговой охраны, отлитого в 1905 г. В стали орудия практически отсутствуют радиоактивные изотопы, внесённые в окружающую среду после начала ядерных испытаний. Низкофоновая камера расположена горизонтально в лаборатории на поверхности Земли. Для малоактивных образцов использована низкофоновая установка, которая размещена в подземной штольне в Новороссийске на глубине 500 м водного эквивалента. Штольня пройдена в осадочных породах на высоте 270 м

над уровнем моря с очень низким содержанием радионуклидов. Фон в ней не превышает 3 мкР/ч.

Предварительная подготовка проб для измерения в них содержания 22Ыа и 137С§ проводилась на месте отбора (возле рек, озёр и водохранилищ). Пробы воды объёмом до нескольких сотен литров пропускались через две колонки с ионообменными смолами (КУ-2 общим весом 1 кг). В лаборатории натрий извлекался пропусканием через 1-ю колонку нормальной кислотой НС1, и полученный остаток прокаливался при температуре 450 °С.

Для измерения изотопов цезия оба сцинтиблока работают в режиме суммирования импульсов. 137Св определялся по гамма-излучению 137Св - 137тВа (661 кэВ). «Цезиевый» канал гамма-спектрометра был выбран, согласно [2], в интервале 610-710 кэВ, при этом для 20 г образца эффективность регистрации составляла 18 % при фоне 14 имп/мин для наземной низкофоновой камеры. Гамма-излучение 134Св с энергией 605 кэВ с учётом разрешения кристаллов могло вносить вклад в пик излучения 137Сб. Однако на настоящий момент считается, что «чернобыльский» цезий-134 практически распался, а его поступление от современных источников на территорию края пока не вносит существенного вклада в общее гамма-излучение. Радиоцезий определялся в том же образце, что и 22№, информация с двухкристалльного гамма-спектрометра поступала по двум каналам: суммарного с «цезиевым» окном и с работающего в режиме совпадений гамма-квантов с энергиями 0,511 МэВ и 1,276 МэВ для регистрации 22Ыа. Так как пик от аннигилляционных гамма-квантов частично попадал в «цезиевое» окно, это влияние затем рассчитывалось по активности 22№ и вычиталось.

Измерения радиоизотопов проводилось на территории края в поверхностных и подземных водах, в осадках, в тканях некоторых рыб и морских животных. Рекогносцировочные измерения радионуклидов в реках и озёрах показали, что объёмная активность 137Св находится в пределах 0,04-0,2 Бк/л. Причём большие значения соответствуют южным лесным зонам и северным районам края. В неглубоких питьевых скважинах в четвертичных отложениях содержание 137Св не превышает 0,08 Бк/л.

Результат измерения содержания натрия-22 показывает отсутствие связи с содержанием 137С5. Эти изотопы ведут себя независимо. Некоторое количество 22№ наблюдается и в водах подземных источников, что свидетельствует о перемешивании подземных вод с инфильтрационными. Особенно этот эффект проявляется для сопочных вод грязевых вулканов Тамани. В основном 22№ образуется в атмосфере в результате реакции скалывания на аргоне. Таким образом, основным источником поступления 22Ыа в гидросферу следует считать атмосферные выпадения, что диктует необходимость постоянного мониторинга в них этого изотопа. Косвенно этот факт подтверждают результаты одновременного измерения 137Св, не корреллирующие с содержанием 22Ыа. 137Св поступает в гидросферу только в результате техногенной деятель-

ности, а источниками 22Ыа являются как искусственные, так и природные причины. Анализ содержания 137 Се в почвах и породах, которые пересекают реки, показывает, что основным источником поступления этого радионуклида в гидросистему на территории края является смыв с почвы и вертикальная миграция в донных отложениях. Выпадения радионуклида, связанные с деятельностью предприятий ЯТЦ, на сегодняшний день незначительны. Для 22Ыа основными механизмами поступления в гидросистемы края являются выпадения и осадки. Обнаружение этого радионуклида в подземных водах свидетельствует о частичном перемешивании их с поверхностными. Это позволяет проводить «быстрое» датирование подземных вод, учитывая небольшой период полураспада 221Ча. Для направления агропромышленного комплекса, связанного с рыбным хозяйством, весьма перспективным может оказаться метод определения границ проникновения пресных вод рек в районе эстуария в морские воды. Метод основан на измерении отношения концентраций 22№ к концентрациям стабильного натрия. Для морской воды это отношение исчезающе мало. В силу биологических процессов в мидиях идёт постоянный обмен натрия с окружающей водой. Поэтому измерение 22№ в тканях молюсков указывает в какой воде находится данный организм - в пресной или морской. Профильное определение изотопа поперёк эстуария в мидиях очерчивает границы проникновения пресной воды. Предварительные измерения 22№ в тканях морских животных показали реальность такого определения.

Литература

1. Невинский И.О., Цветкова Т.В., Железняк Г.С. II Атомная энергия. 2003. Т. 95. Вып. 6. С. 64-69.

2. Флейииман Д.Г. Щелочные элементы и их радиоактивные изотопы в водных экосистемах. Л., 1982.

Кубанский государственный университет 8 апреля 2004 г.