Курсовая работа (т): Оценка скорости миграции радионуклидов в почве

(3),

где N_S - число отсчетов без учета фоновых импульсов; F_вн - внешнее моноэнергетическое излучение данного типа, испускаемое источником [17].

Погрешность гамма-спектрометрического метода D можно представить в виде суммы систематической составляющей D_сист и статистической D_стат, то есть:

D=D_сист+D_стат(4).

В первую составляющую погрешности входит погрешность аттестации самих образцовых источников, с помощью которых градуировался радиометр (обычно она не превышает 7%) и погрешности, вносимой в процессе самой градуировки. Сумма этих значений не более 10-20%.

Статистическая составляющая погрешности зависит от чувствительности регистрации радиометра Р, времени измерения t и активности пробы А [24, 25]:

(5),

где n_ф фоновая скорость счета импульсов.

Предел определения. Предел определения - это минимальная концентрация элемента в пробе, которая может быть определена по рассматриваемой методике с заданной воспроизводимостью.

Для оценки ожидаемых пределов определения ЕРН и ИРН используется соотношение:

(6),

где N_f - полное число отсчетов фона под фотопиком (в том числе аппаратурного и комптоновского фона реальной пробы); s - заданные погрешности определения (в долях) [22, 17].

Энергетическое разрешение R. Наиболее важным параметром, характеризующим технический уровень спектрометра любого типа, является разрешающая способность, то есть способность обнаружить две группы моноэнергетического излучения одного вида [17]. Разрешающую способность количественно оценивают по энергетическому разрешению, являющемуся величиной, обратно пропорциональной разрешающей способности. Под энергетическим разрешением R понимается полная ширина ППП на половине его высоты. Относительное энергетическое разрешение R_отн в процентах определяется как:

(7),

где Е₁-энергия регистрируемого излучения.

²³⁸U определяется следующим образом. По удельной активности ²²⁶Ra вычисляется его вклад в площадь фотопика 186,0кэВ (3,25%), из полной площади фотопика 186 кэВ вычитается вклад ²²⁶Ra и определяется часть площади фотопика 186 кэВ, соответствующая ²³⁵U. Затем определяется активность ²³⁵U с учетом известного изотопного состава природного урана.

²¹⁰Pb определяется по фотопику 46,5 кэВ (4,05%).

²³⁵U при значительном содержании урана в образцах можно определить по его фотопикам 143,8 кэВ (10,9%) и 163,4 кэВ (5,0%); результаты по двум фотопикам усредняются.

Определение радионуклидов ряда ²³²Th.²³²Th обычно в природных объектах находится в радиоактивном равновесии с радионуклидами его семейства ²²⁸Ac, ²¹¹Pb и ²⁰⁸Tl.

²²⁸Ac определяется по трем его фотопикам 338,3 кэВ (11,4%), 911,2 кэВ (27,7%) и 969,6 кэВ (17,3%).

²¹¹Pb определяется по фотопику 238,6 кэВ (44,6%).

²⁰⁸Tl определяется по фотопику 583,2 кэВ (84,6%).

⁴⁰К определяется по фотопику 1460,8 кэВ (10,4%).

5. Гамма-спектрометр сцинтилляционный «Прогресс-гамма»

Гамма-спектрометр представляет собой стационарную установку со сцинтилляционным блоком детектирования, ПЭВМ с программным обеспечением «Прогресс» для управления всеми режимами работы на всех этапах выполнения измерений, обработки результатов и их протоколирования.

Рис. 2. Вид сцинтилляционного гамма-спектрометра «Прогресс - Гамма»

Гамма-спектрометр содержит: сцинтилляционный блок детектирования на основе кристалла йодистого натрия NaI(Tl) различных размеров, блок питания и усиления импульсов, плату аналого-цифрового преобразователя (АЦП), свинцовую защиту блока детектирования от фонового излучения. Как правило, блоки питания и усиления импульсов, а также АЦП конструктивно расположены в самом блоке детектирования. Для экспонирования счетных образцов применяются различные измерительные кюветы [18].

Для проведения калибровки гамма-спектрометра по энергии и контроля за сохранностью параметров в его состав включается комбинированный контрольный источник ОИСН-137-1, выполненный в геометрии «сосуд Маринелли - 1 литр» [18].

Рис. 3. I -Общий вид и габаритные размеры защиты СЗГ-1, II -ЗащитаСЗГ-1 в разрезе (с указанием положения блока детектирования и сосуда Маринелли), III -Сборочный чертеж СЗГ-1. Состав защиты СЗГ-1: 1 - Стойка, 2 - Цилиндр, 3 - Крышка, 4 - Винт заземления, 5 - Шарик, 6 - Вставка

Рис.4. Электрическая схема соединений сцинтилляционного гамма-спектрометра «Прогресс - Гамма»

Принцип действия гамма-спектрометра заключается в получении аппаратного спектра импульсов от детектора, регистрирующего излучение счетного образца, экспонируемого в фиксированных условиях измерения. Активность радионуклида в исследуемой пробе определяется путем обработки полученной спектрограммы на ПЭВМ с помощью специального пакета программ «Прогресс». Пакет программ «Прогресс» позволяет управлять работой гамма-спектрометра, анализировать спектрограмму и идентифицировать радионуклиды, определять активность соответствующих нуклидов в пробе, рассчитывать неопределенность измерения активности и протоколировать результаты измерений [18].

6. Распределение ¹³⁷Cs в горных почвах республики Адыгея

Загрязнение почв республики Адыгея ¹³⁷Cs обусловлено радиоактивными выпадениями в результате испытаний ядерного оружия в атмосфере , аварии на Чернобыльской АЭС.

Пробы были отобраны на различных контрольных участках республики Адыгея.

Ниже, на рис.5, 6, 7 представлено в динамике распределение ¹³⁷Cs за 3 года для участков :Ранкер левый, Мокрый луг, Бурые лесные.

Рис.5 Луговая ненасыщенная (кислая) тяжелосуглинистая на валунно-галечниковых отложениях

Распределения цезия наблюдается на глубине до 70 см. Это связано с тем, что у почв данной территории, как правило, промывной режим.

Рис.6 Ранкер лесной среднесуглинистый ненасыщенный на элювии гранитов

Максимальное значение радионуклида ¹³⁷Cs зафиксировано в верхнем 25 см слое. Динамика распределения цезия отличается смещением его максимума по глубине почвенного профиля. Данный контрольный участок расположен на дне ущелья и подобное поведение ¹³⁷Cs и увеличение его удельной активности в период с 2012 года по 2014 год может быть обусловлено смывом данного радионуклида со склонов.

Рис. 7 Бурая лесная ненасыщенная глееватая глинистая на желто-бурой глине

Динамика ¹³⁷Cs в бурой лесной почве сложная, в 2012 году этот радионуклид фиксируется только по верхнему (дерновому) профилю, тогда как в 2014 году основной запас цезия сосредоточен в верхних почвенных горизонтах. Это может быть связано, как с непосредственным влиянием рельефа (контрольный участок расположен на склоне), так и с сорбционными способностями растительного покрова, количеством выпавших осадков и развитым профилем почвы.

7.Оценки скорости миграции ¹³⁷Cs в горных почвах на примере республики Адыгея

Для оценки скорости миграции ¹³⁷Cs было использовано соотношение предложенное в работе [23].

Скорость конвекционного переноса оценивалась по соотношению :

где A_max ,A_min - значения максимальной и минимальной удельной активности почвы, Бк/кг;

Y_max, Y_min - плотность почвы в слоях соответствующих значениям максимальной и минимальной активности, кг/м³;

Z_min - расстояние от внешней поверхности почвы до точки ее минимальной активности , м;

Z_max - расстояние от внешней поверхности почвы до точки ее максимальной активности , м;

t - время прошедшее с момента залпового выброса радиоактивного вещества на почву, год;

u - скорость конвективного переноса радионуклида в почве, м/год;

Числовые значения всех параметров приведены в таблице 1

Таблица 1 Числовые значения параметров

В таблице 2 приведена расшифровка типа почв.

Таблица 2. Расшифровка типа почв

Скорость конвекции в различных типах почвы, оценивали аналитически при помощи программы Maple. Ниже приведен код программы:

> ur1:= (Amax*Pmax)/(Amin*Pmin)=((zmin+0.5*u*t)/(zmax+0.5*u*t))*((zmax+u*t)/(zmin+u*t))*exp(-0.5*((((zmin*zmin-zmax*zmax)+(zmin-zmax)*u*t)*u*t)/((zmax*zmax-u*u*t)*(zmin+0.5*u*t))));

> ur2:=subs(Amax=347,Amin=0.3,Pmax=804.48, Pmin=1179.5,zmin=0.1,zmax=0.05,t=9.17e8,ur1);

> solve(ur2,u);

>

> fsolve(ur2,u=-10..10);

Ниже, в таблице 3, приведены коэффициенты конвективного переноса для каждого типа почв за 2012-2014 года.

Таблица 3. Коэффициенты конвективного переноса

Используя коэффициенты конвективного переноса оценена миграция. Для оценки миграции использовали соотношение:

=,

где q - активность радионуклида на глубине y, отн. ед; t - время с начала момента миграции, с; D - коэффициент миграции, см²с^-1; ℷ - постоянная распада, с^-1; A - удельная активность радионуклида, Бк/кг [24].

Далее, в таблице 4, представлены оцененные скорости миграции ¹³⁷Cs в исследуемых почвах, см/год.

Таблица 4

Возможно такая скорость миграции искусственного радионуклида Cs¹³⁷ связана непосредственным с влиянием рельефа (участки расположены на склоне), так и с сорбционными способностями растительного покрова, количеством выпавших осадков, развитым профилем почвы и промывным режимом.

Выводы

Рассчитана оценка миграции радионуклидов в почвенных комплексах, учитывающая процессы диффузии, сорбции твердой фазой почвы, получена линейная зависимость между концентрацией радионуклидов в твердой фазе почвы. Дана оценка конвективному перенос для разных типов почв республики Адыгея.

Список литературы

1.      Ивлёв, А. М. Эволюция почв/ А.М. Ивлёв. - Владивосток, 2005 - 97 c.

.        ГОСТ 27593-88. ПОЧВЫ. Термины и определения.

.        Добровольский, Г. В. Почвы СССР./ Г. В. Добровольский. - Москва: Мысль, 1979 - 129.c.

.        Ефремов, И.В. Математическое моделирование миграции радионуклидов в почвенно-растительных комплексах оренбуржья ./ И.В. Ефремов, Н.Н. Рахимова, Е.Г. Ефремов, Е.Э. Савченко, К.Я. Гафарова// Оренбурский государственный университет.

5.      Erees，F.S. Assessment of dose rates around Manisa. /Z. F.S. Erees, S. Aközcan, Y. Parlak, S. Çam // Radiation Measurements. - 2006. - №41 - p.598-601.

.        Keiko Tagami. Specific activity and activity ratios of radionuclides in soil collected about 20 km from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant: Radionuclide release to the south and southwest./ . Keiko Tagami ⁎, Shigeo Uchida, Yukio Uchihori, Nobuyoshi Ishii, Hisashi Kitamura, Yoshiyuki Shirakawa// Science of the Total Environment. - 2011. - №409 - p.4885-4888.

.        Lijun, D. Spatial distribution and risk assessment of radionuclides in soils around a coal-fired power plant: A case study from the city of Baoji, China/ D. Lijun, W. Haiyan, W. Lingqing// Environmental Research. - 2007. - №104 - Р. 201-208.

.        Jaworowski, Z. Natural radionuclides in industrial and natural soils. /ZZ. Jaworowski and D. Grzybowska // The Science of the Total Environment. -1977. - №7 - P. 45-52.

.        Brahmanandhan, G.M. Natural radionuclide distribution in soil samples around Kudankulam Nuclear Power Plant Site./ G.M. Brahmanandhan, D. Khanna, J. Malathi, S. Selvasekarapandian// International Congress Series. - 2005. - №1276 - p.317-318

.        SHENBER，M. A. Measurement of Natural Radioactivity Levels in Soil in Tripoli. /Z. SHENBER，M. A // Environmental Radiation Measurements. - 1996.

.        Psichoudaki, M. Natural radioactivity measurements. /Z. M. Psichoudaki, H. Papaefthymiou// Journal of Environmental Radioactivity. - 2008. - №99 - p.1011-1017.

.        Kurnaz, A. Determination of radioactivity levels and hazards of soil and sediment samples. /Z. A. Kurnaz, B. Kucukomeroglu, R. Keser, N.T. Okumusoglu, F. Korkmaz, G. Karahan, U.Cevik// Applied Radiation and Isotopes. - 2007. - №65 - p.1281-1289.

13.    Бураева Е.А., Тимченко А.А. Учебно-методическое пособие к курсу «Радиоэкология» для студентов физического факультета, обучающихся по специальности основного профессионального образования «Радиационная безопасность человека и окружающей среды». Лабораторный спецпрактикум (Методика отбора проб почвы и растительности для радионуклидного анализа). Ростов-на-Дону: типография ЮФУ, 2012.- 36 с.

.        Правила хранения и применения рабочего эталона II разряда специализированной радиометрической установки РЭУС-II-15. Утвержден ГНМЦ «ВНИИФТРИ» 25.11.1996г. - 58с.

.        Инструкция. Изготовление счетных образцов из проб объектов окружающей среды. Нормативно-методическая документация. С.-П. 1998г. 65 с.

.        Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене. М.: Энергоатомиздат, 1990.

.        Бураева Е.А. Радиоэкологический мониторинг экосистем, включающий определения радионуклидов с низкой энергией гамма излучения. Дисс. на соиск.уч. степ. канд. хим. наук. Ростов-на-Дону. РГУ. 2005. 149 с.

.        Осанов, Д.Н. Дозиметрия излучения инкорпорированных радиоактивных веществ // Д.Н. Осанов, М.А. Михтаров. - М.: 1977. - 200 с.

19.    Arafa W. Specific activity and hazards of granite samples collected from the Eastern Desert of Egypt. Wafaa Arafa // Journal of Environmental Radioactivity. V. 75. - 2004. - P. 315-327.

.        Гамма-спектрометр сцинтилляционный «Прогресс-Гамма». Руководство по эксплуатации. ФВКМ.412131.002-03РЭ

.        Гамма-спектрометр сцинтилляционный «Прогресс-Гамма». Руководство по эксплуатации. ФВКМ.412131.002-03РЭ.

.        Иванов В.И. Курс дозиметрии. Учебник для вузов. 4-е изд. М.:Энергоатомиздат, 1988. 296 с.

23. Соколов Э. М ., Качурин Н . М ., Кузнецов А . А ., Свиридова Т . С ., Лебедев А. М . Методика оценки радиоэкологической обстановки в Подмосковном бассейне// Горный вестник. 1996. - №4. - С . 81-84.

.Переволоцкий А. Н. Радиоэкология. Практическое руководство по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 1-31 01 01-02 «Биология(научно-производственная деятельность)»//Гомель УО «ГГУ им. Ф. Скорины», 2012.