CC BY
12
УДК 551.4:57.049(571.1)
DOI: 10.24412/1728-323X-2021-6-98-102
ВЛИЯНИЕ ГЛУБИНЫ УСТАНОВКИ НАКОПИТЕЛЬНЫХ КАМЕР НК-32 НА ВЕЛИЧИНУ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА РАДОНА
А. Ю. Токарева, научный сотрудник, Тобольская комплексная научная станция Уральского отделения Российской академии наук (ТКНС УрО РАН), aytokareva@list.ru, г. Тобольск, Россия, Г. С. Алимова, кандидат технических наук, заведующий химико-экологической лаборатории, Тобольская комплексная научная станция Уральского отделения Российской академии наук (ТКНС УрО РАН),
gulsem76@mail.ru, г. Тобольск, Россия
Аннотация. Цель данной работы — изучение влияния глубины установки накопительных камер НК-32 на величину плотности потока радона. В рамках данного исследования было выполнено 1321 измерение плотности потока радона в полевых условиях в почвах различного типа на природных ландшафтах с однородным почвенным и растительным покровом в пойме рек Иртыш и Тобол и стационарно с учетом внешних динамических факторов среды. Все измерения плотности потока радона выполнены комплексом для мониторинга радона «КАМЕРА-01» пассивным отбором проб на активированный уголь с использованием накопительных камер НК-32 и сорбционных колонок СК-13. В ходе полевых и стационарных экспериментов было установлено, что плотность потока радона с поверхности земли зависит от множества факторов, таких как географическое положение, тип почвы, гранулометрический состав, температура атмосферного воздуха, влажность атмосферного воздуха, атмосферное давление, температура почвы. Наибольшее влияние из исследованных факторов оказывает глубина установки накопительных камер НК-32 или глубина проведения измерений, сила данной связи характеризуется как высокая (коэффициент корреляции достигает 0,75), что следует учитывать при оценке радоноопасности территорий.
Annotation. The purpose of this work is to study the effect of the installation depth of storage chambers NK-32 on the value of the radon flux density. Within the framework of this study, 1321 measurements of the radon flux density both in the field were carried out in soils of various types on natural landscapes with a homogeneous soil and vegetation cover in the floodplains of the Irty-sh and Tobol rivers and in the stationary ones, taking into account external dynamic environmental factors. All measurements of the radon flux density were performed by the KAMERA-01 complex for monitoring radon by passive sampling for activated carbon using NK-32 storage chambers and SK-13 sorption columns. In the course of field and stationary experiments, it was found that the density of radon flux from the earth's surface depends on many factors, such as geographic location, soil type, particle size distribution, atmospheric temperature, atmospheric humidity, atmospheric pressure, soil temperature. The greatest influence of the investigated factors is exerted by the depth of installation of storage chambers NK-32 or the depth of measurements, the strength of this connection is characterized as high (the correlation coefficient reaches 0.75), which should be taken into account when assessing the radon hazard of territories.
Ключевые слова: радон, глубина, сорбционная колонка.
Keywords: radon, depth, sorption column.
Введение. Радон — это радиоактивный инертный газ природного происхождения, не имеющий цвета и запаха. Образовавшись в горных пародах при радиоактивном распаде 226Иа и 232ТИ, радон высвобождается из грунта в подземные воды, природные газы, воздух и распадается с образованием радиоактивных частиц. Радон не имеет стабильных изотопов. Наиболее долгоживущим (период полураспада 3,8 суток) является 222Ип, именно его содержание в этих средах максимально [1—3].
В силу своей радиотоксичности и канцерогенности радон представляет опасность для человека, попадая в организм, он способствует процессам, приводящим к раку л егкого [3—6]. Радоновая опасность почвы характеризуется плотностью потока радона (ППР). Эта величина характеризует интенсивность выхода газа на земную поверхность [7].
Одним из приборов для определения плотности потока радона (ППР) с поверхности земли и строительных конструкций является Комплекс измерительный для мониторинга радона «КАМЕРА-01» (рис. 1). Данный прибор включен в государственный реестр средств измерения РФ. Принцип работы прибора основан на сорбции радона на активированном угле.
При измерении ППР с поверхности земли и строительных конструкций пассивный отбор проб на активированный уголь выполняется с использованием накопительных камер НК-32 и сорбционных колонок СК-13 в соответствии с «Методикой измерения плотности потока радона с поверхности земли и строительных конструкций» (НТЦ «НИТОН», Москва, 1993).
Измерение активности радона в угле выполняется по гамма- или бета-излучению короткоживущих дочерних продуктов распада радона — 214РЬ и 214Ы, находящихся в состоянии радиоактивного равновесия с радоном.
Цель данной работы — изучение влияния глубины установки накопительных камер НК-32 на величину плотности потока радона. В задачи исследования входило проведение исследований плотности потока ра-
Рис. 1. Комплекс измерительный для мониторинга радона «КАМЕРА-01»: 1 — защитная крышка; 2 — сорбционная колонка СК-13; 3 — накопительная камера НК-32; 4 — активированный уголь
дона на различных типах почв, различного гранулометрического состава с поверхности и на глубине 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 м.
Модели и методы
В рамках данного исследования в летно-по-левые периоды 2018—2021 годов было выполнено 1321 измерение плотности потока радона в полевых и стационарных условиях комплексом для мониторинга радона «КАМЕРА-01» в соответствии с методикой и руководством пользователя.
Для полевых экспериментов выбирались участки природных ландшафтах с однородным почвенным и растительным покровом наиболее типичным для данной местности в пойме рек Иртыш и Тобол (рис. 3). В полевых условиях исследования проводились единоразово в трех повтор-ностях. Накопительные камеры устанавливались в индивидуальных пробуренных отверстиях одновременно на поверхности и на глубине 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 м (рис. 2) на расстоянии 0,5 м при условии отсутствия грунтовых вод, время экспозицией не менее 4 ч.
Стационарные исследования проводились на территории двора Тобольской комплексной научной станции ежедневно в постоянных пробуренных отверстиях на поверхности и на глубине 0,2; 0,4; 0,6 м с мая по сентябрь 2020 года.
Результаты и обсуждение
Результаты полевого эксперимента представлены на рисунке 3. Исследованная территория принадлежит трем геоморфологическим структурам — это Тобольский материк, Среднеиртыш-ская низменность и Кондинская низменность.
Преобладающие типы почв по результатам полевых исследований: дерново-луговая (37 %), аллювиальная (17 %), дерново-подзолистая (15 %), серая со вторым гумусовым горизонтом (12 %), серая лесная (10 %) [8, 9].
Плотность потока радона в почве пойм рек Иртыш и Тобол на поверхности и на глубине 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 м величина не постоянная. На
поверхности почвы на исследованной территории, за исключением пяти точек, плотность потока радона не превышает 80 мБк/м2 • с, что соответствует первому классу радоноопасности территорий [8]. С увеличением глубины расположения накопительной камеры плотность потока радона возрастала на большинстве участков и не значительно зависела от географического положения, типа почвы, гранулометрического состава [2, 7, 8, 10]. На глубине 0,8—1 м плотность потока радона увеличивалась в несколько раз. Зависимость плотности потока радона от глубины установки сорбционных колонок представлена на рисунке 4.
В результате проведенных стационарных исследований было установлено влияние внешних факторов на плотность потока радона в зависимости от глубины установки накопительных камер, определены значения коэффициентов корреляции (табл. 1).
Поверхность почвы
0 м 0,2м | | 0,4 м
0,6 м
0,8 м
1,0 м
Рис. 2. Схема установки накопительных камер
Рис. 3. Величина плотности потока радона в почве пойм рек Иртыш и Тобол на поверхности и на глубине 0,2; 0,4; 0,6;
0,8; 1,0 м
Таблица 1
Значение коэффициентов корреляции между внешними факторами среды и плотностью
потока радона
Определяемый параметр среды Значение коэффициента корреляции между внешними факторами среды и плотностью потока радона (г) Качественная характеристика силы связи*
Температура атмосферного воздуха, °С 0,31 умеренная
Влажность атмосферного воздуха, % 0,15 слабая
Атмосферное давление, кПа -0,04 не значима
Температура почвы, °С 0,29 слабая
Глубина установки накопительных камер, м 0,75 высокая
* По шкале Чеддока.
В наибольшей степени плотность потока радона увеличивается от поверхности почвы к глубине 0,6 м, сила данной связи характеризуется как высокая (г = 0,75). Определяемая ППР в ходе эксперимента находилась в диапазоне от 4 до 543 мБк/м2 • с и достигает максимума на глубине 0,6 м.
Слабая корреляционная связь наблюдается между ППР и влажностью атмосферного воздуха на момент начала измерений. ППР в большей степени связан с температурой атмосферного воздуха (г = 0,31), чем с температурой самой почвы на момент начала измерений (г = 0,29). С течением времени эксперимента с мая по сентябрь
ППР, мБк/м2 с 1500 1200 900 600 300
у = 268,26*+19,423 R2 = 0,2539
14-4-4-
О 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Глубина установки накопительных камер, м
Рис. 4. Величина плотности потока радона на поверхности почвы и на глубине до 1 м
ППР на глубине 0,2—0,6 м незначительно увеличивалась.
Заключение
В своем агрегатном состоянии радон подчиняется газовым законам физики. Плотность радона примерно в 7,6 раз больше плотности воздуха, поэтому тяжелый газ, выходя из почвы на поверхность, частично адсорбируется частицами самой почвы, частично растворяется в подземных водах и диффузно перемешивается с атмосферным воздухом, но не поднимается высоко, а накапливается на поверхности почвы, в низинах, ложбинах, ямах.
В ходе полевых и стационарных экспериментов было установлено, что плотность потока радона с поверхности земли зависит от множества факторов, таких как географическое положение, тип почвы, гранулометрический состав, температура атмосферного воздуха, влажность атмосферного воздуха, атмосферное давление, температура почвы. Наибольшее влияние из исследуемых факторов оказывает глубина установки накопительных камер НК-32 или глубина проведения измерений, что следует учитывать при оценке рад оно -опасности территорий.
Библиографический список
1. Ярмошенко И. В. и др. Сравнительный анализ накопления радона в зданиях различного класса энергоэффективности на примере пяти российских городов // Радиационная гигиена, 2020. — Т. 3, № 2. — С. 47—56.
2. Chitra N., Bala Sundar S., Jose M. T., Sivasubramanian K., Venkatraman B. A simple model to simulate the difusion pattern of radon in diferent soil media. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistr, 2019. Vol. 322. P. 1151—1158.
3. Suresh S., Rangaswamy D. R., Srinivasa E., Sannappa J. Measurement of radon concentration in drinking water and natural radioactivity in soil and their radiological hazards. Journal of radiation research and applied sciences, 2019. Vol. 13, №. 1, Р. 12—26.
4. Бакаева Н. В., Калайдо А. В. Пассивные технологии защиты населения урбанизированных территорий от облучения радоном // Экология урбанизированных территорий, 2020. — № 3. — С. 28—32.
5. Bala Sundar S., Chitra N., Vijayalakshmi I., Danalakshmi B., Chandrasekaran S., Jose M. T., Venkatraman B. Soil radioactivity measurements and estimation of radon/thoron exhalation rate in soil samples from Kalpakkam residential complex. Radiat Prot Dosim. Vol. 164, Р. 569—574.
6. Карпин В. А. Современные экологические аспекты естественной эманации изотопов радона: обзор литературы // Экология человека. — 2020. — № 6. — С. 34—40.
7. Ерошов А. И., Марцуль И. Н., Антоненков А. И. Исследования содержания естественных радионуклидов в различных объектах природной среды Республики Беларусь // Журнал Белорусского государственного университета. Экология. - 2018. - № 3. - С. 56-61.
8. Токарева А. Ю., Алимова Г. С., Уткина И. А. Плотность потока радона в поверхностном слое почв Ярковского, Ва-гайского, Тобольского районов Тюменской области // Успехи современного естествознания. — 2018. — № 11. — С. 400-406.
9. Константинова Е. Ю. Почвы области сопряжения высоких террас реки Иртыш с краевой частью возвышенности Тобольский материк // Вестник Томского государственного университета. Биология. - 2016. - № 2 (34). - С. 6-18.
10. Korany K. A., Shata A. E., Hassan S. F., Nagdy M. S. Depth and seasonal variations for the soil radon-gas concentration levels at Wadi Naseib area, Southwestern Sinai, Egypt. J Phys Chem Biophys. 2013. Vol. 46. Р. 124-134.
THE IMPACT OF THE DEPTH OF INSTALLATION OF NK-32 STORAGE CHAMBERS ON THE RADON FLUX DENSITY
A. Yu. Tokareva, Research Associate, Tobolsk Complex scientific station of the Ural Branch RAS, e-mail: aytokareva@list.ru, Tobolsk, Russia,
G. S. Alimova, Ph. D. (Engineering), Head of the Chemical and Environmental Laboratory, Tobolsk complex scientific station of the Ural Branch RAS, e-mail: gulsem76@mail.ru, Tobolsk, Russia
References
1. Yarmoshenko I. V. i dr. Sravnitelnyj analiz nakopleniya radona v zdaniyah razlichnogo klassa energoeffektivnosti na primere pyati rossijskih gorodov. [Comparative analysis of radon accumulation in buildings of various energy efficiency classes on the example of five Russian cities]. Radiacionnaya gigiena, 2020. T. 3, № 2. P. 47—56 [in Russian].
2. Chitra N., Bala Sundar S., Jose M. T., Sivasubramanian K., Venkatraman B. A simple model to simulate the difusion pattern of radon in diferent soil media. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistr, 2019. Vol. 322, P. 1151—1158.
3. Suresh S., Rangaswamy D. R., Srinivasa E., Sannappa J. Measurement of radon concentration in drinking water and natural radioactivity in soil and their radiological hazards. Journal of radiation research and applied sciences, 2019. Vol. 13, No. 1, P. 12—26.
4. Bakaeva N. V., Kalajdo A. V. Passivnye tehnologii zashity naseleniya urbanizirovannyh territorij ot oblucheniya radonom. [Passive technologies for protecting the population of urbanized territories from radon exposure]. Ekologiya urbanizirovannyh territorij, 2020. № 3. P. 28—32 [in Russian].
5. Bala Sundar S., Chitra N., Vijayalakshmi I., Danalakshmi B., Chandrasekaran S., Jose M. T., Venkatraman B. Soil radioactivity measurements and estimation of radon/thoron exhalation rate in soil samples from Kalpakkam residential complex. Radiat Prot Dosim Vol. 164. P. 569—574.
6. Karpin V. A. Sovremennye ekologicheskie aspekty estestvennoj emanacii izotopov radona: obzor literatury [Modern ecological aspects of the natural emanation of radon isotopes: literature review]. Ekologiya cheloveka, 2020. № 6. P. 34—40 [in Russian].
7. Eroshov A. I., Marcul I. N., Antonenkov A. I. Issledovaniya soderzhaniya estestvennyh radionuklidov v razlichnyh obektah prirodnoj sredy respubliki Belarus [Studies of the content of natural radionuclides in various objects of the natural environment of the Republic of Belarus]. Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Ekologiya, 2018. № 3. P. 56—61 [in Russian].
8. Tokareva A. Yu., Alimova G. S., Utkina I. A. Plotnost potoka radona v poverhnostnom sloe pochv Yarkovskogo, Vagajskogo, Tobolskogo rajonov Tyumenskoj oblasti [Radon flux density in the surface layer of soils of the Yarkovsky, Vagaysky, Tobolsk districts of the Tyumen region]. Uspehi sovremennogo estestvoznaniya, 2018. № 11. P. 400—406 [in Russian].
9. Konstantinova E. Yu. Pochvy oblasti sopryazheniya vysokih terras reki Irtysh s kraevoj chastyu vozvyshennosti Tobolskij ma-terik [Soils of the area of the interface of the high terraces of the Irtysh River with the marginal part of the Tobolsk mainland upland]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya, 2016. № 2 (34). P. 6—18.[in Russian]
10. Korany K. A., Shata A. E., Hassan S. F., Nagdy M. S. Depth and seasonal variations for the soil radon-gas concentration levels at Wadi Naseib area, Southwestern Sinai, Egypt. J Phys Chem Biophys. 2013. Vol. 46. P. 124—134.
