156272

Исследование изотопов урана U238; U234 в кимберлитах месторождения

им. М.В. Ломоносова α-спектрометрическим методом с

радиохимическим выделением

Г.П.Киселев, ИЭПС УрО РАН

Н.Б.Чагина, Л.В.Утузикова, ПГУ им.М.В.Ломоносова

Определение содержания четных изотопов урана в геосфере, начатые в

50-х годах, в настоящее время приобретают всё большую актуальность в связи с решением задач различных сфер антропогенной деятельности,

особенно геологических. Важно исследовать характер распределения концентрации нуклидов; изменение изотопного состава в пространстве;

установить взаимосвязь с различными элементами геосферы; оценить качество воды, согласно санитарным нормам [3,4].

В закрытых системах, как правило, наблюдается равновесное соотношение между изотопами U238 и U234, т.е. γ = А(U234)/А(U238) = 1, что характерно для монолитных пород [4]. Для трещинно-поровых и осадочных пород наблюдается отклонение от равновесного состояния (рис.1).

Рис. 1. Процесс формирования избытка U234 в воде

На рис. 1. представлен α-распад U238, в результате которого образуется ядро отдачи U234 с избыточной кинетической энергией, достаточной для преодоления границы раздела фаз. Таким образом, в водной среде образуется избыток U234 по сравнению с твердой породой. При движении вод с избыточным содержанием U234 в почве могут формироваться зоны

1

аномальной активности урана. Это что позволяет картировать подземные

потоки, зоны гидрогенного распределения урана, а также геохимические барьеры, что имеет не только экологическое, но и поисковое значение [4].

Целью работы является исследование изотопов урана U238 и U234 в

пробах из кимберлитовой трубки Пионерской (скважина 1490) и

вмещающих пород (скважина 1000/1) месторождения им. М.В.Ломоносова,

Для реализации цели были поставлены задачи как фундаментального,

так и прикладного характера: отработать определение изотопного состава урана в природных водах; исследовать изотопный состав в кимберлитах;

оценить возможность прогнозирования рудных месторождений по изотопному соотношению; провести экологическую оценку водных

источников.

Химический эксперимент проводился по методикам для воды [1] и

горных пород [2], включающих в себя следующие пункты:

1) радиохимическое выделение: а) концентрирование на угле (для воды) и

разложение пробы под действием HF и HСlO4 (для горных пород);

б) экстрагирование ТБФ; в) электролитическое осаждение на стальной подложке с платиновым анодом]; 2) выполнение измерений на

α-спектрометре.

После проведения измерений на α-спектрометре были получены данные по активности воды, с помощью которых были рассчитаны изотопные отношения и концентрация урана, представленные в таблице 1 и

рисунке 2. В проанализированных пробах воды коэффициент γ >> 1

находится в пределах 1,60 − 5,68. Наибольшее значение 5,68±0,04 относится к пробе, отобранной в районе месторождения им. М.В.Ломоносова,

р.Золотица. Концентрация урана в воде U238 находится в интервале значений

(0,040±0,005)∙10-6 - (4,90±1,06)∙10-6 г/л.

Таблица 1

Коэффициент γ и концентрация изотопа U238 в природных водах

2

* обозначены погрешности, соответствующие половине последней значащей цифры в значениях концентрации.

Условные обозначения: N, V2V− номер пробы; 07год отбора пробы.

Рис. 2. Распределение четных изотопов урана в воде

Данные по определению удельной активности четных изотопов урана по глубине скважины 1490 кимберлитовой трубки Пионерской (таблица 2).

Таблица 2

Коэффициент γ и концентрация изотопа U238 в пробах из кимберлитовой трубки Пионерской

3

На глубине 560 м значение коэффициента γ составляет 2,16±0,03, что в

2 раза отличается от равновесного значения (γ=1), что свидетельствует о влиянии подземных вод на структуру кимберлита и накоплении U234 за счет сорбционных процессов в микротрещинах (рис. 3).

Рис. 3. Распределение избытка U234 в трубке Пионерской по глубине

4

Поскольку кимберлиты являются породами магматического происхождения [4], а не осадочные, то доказательства реализации сорбционного механизма требуют дополнительных экспериментальных исследований, например, проведения выщелачивания.

Начиная с глубины 700 м, влияние оказывают не только подземные воды, но и, возможно, перекристаллизация руд и горных пород в современных условиях, в результате чего в межзерновое пространство попадают “кластеры” с высоким избытком U234 [4].

Концентрация урана в кимберлитах находится в пределах

(0,53−1,03)∙10-6 г/г. Если сравнить со средним значением концентрации по глубине, которое составляет 0,70∙10-6 г/г, то, с учетом погрешности, можно сделать вывод о том, что концентрация уран постоянна (рис. 4).

Рис. 4. Фракционирование четных изотопов урана по глубине скважины 1490 трубки

Пионерской

Выявлено распределение удельной активности четных изотопов урана

по глубине скважины 1000/1 кимберлитовой трубки Пионерской во

вмещающих породах (таблица 3).

5

Таблица 3

Коэффициент γ и концентрация изотопа U238 в пробах из вмещающих

пород

На глубине 440 м (γ = 1,24±0,03) также как и в кимберлитовой трубке

возможны сорбционные процессы (рис. 5).

Рис. 5. Предполагаемые процессы обогащения вмещающих пород U234 за счет сорбции из

воды

6

Наибольшее значение относится к глубине 310 м и составляет 3,90∙10-6

г/г. Таким образом, можно сделать вывод о том, что концентрация уран изменяется с глубиной (рис. 5) во вмещающих породах.

Рис. 5. Фракционирование четных изотопов урана по глубине скважины 1000/1

трубки Пионерской

По результатам исследования водных объектов также была проведена

оценка радиационной безопасности питьевой воды, представленная в

таблице 4.

Таблица 4

Оценка радиационной безопасности питьевой воды

7

Согласно полученным результатам по общей α-активности четных изотопов урана, только проба N-53-07, отобранная в д.Вождорма, не соответствует нормам радиационной безопасности питьевой воды. Все остальные пробы воды пригодны для питья.

В целом, по результатам исследования можно сделать следующие выводы:

1.значения коэффициента γ в воде находятся в пределах от 1,60±0,18 до

5,68±0,04. Наибольшее значение относится к р.Золотице на месторождении им. М.В. Ломоносова, что по сравнению с фоном

(р.Северной Двине [2] - γ =1,75±0,02) в 3,2 раза больше. Следовательно,

коэффициент γ может служить одним из критериев комплексного поиска рудных месторождений, что подтверждает результаты исследований,

полученные Г.П. Киселевым;

2.контакт грунтовых подземных вод с кимберлитовой трубкой Пионерской

(скважина 1490) на глубине 560м и с вмещающими породами (скважина

1000/1), глубина 440м, приводит к обогащению U234 подземных вод, а

значит, возможному формированию зон аномальной природной активности;

3.в ходе оценки радиационной безопасности питьевой воды выявлен объект

(скважина у д.Вождорма, АОБЩ = 0,3735 Бк/л), превышающий норматив по

радиационной безопасности (АОБЩ = 0,1 Бк/л) в 3,7 раза.

Список литературы:

1.Инструкция № 381− ЯФ. Методика выполнения измерений объемной активности изотопов урана (234, 238) в пробах природных вод альфа-

8

спектрометрическим методом с радиохимическим выделением.− Москва,

1999.− 17 с.

2.Инструкция № 433 − ЯФ. Методика выполнения измерений удельной активности изотопов урана (234, 238) в почвах, грунтах, горных породах и строительных материалах на их основе альфа-спектрометрическим методом с радиохимическим выделением.− Москва, 1999.− 17 с.

3.Киселев Г.П. Четные изотопы урана в геосфере.– Екатеринбург: УрО РАН,

1999. – 220 с.

4. Малов А.И. Уран в подземных водах Мезенской синеклизы/

А.И. Малов, Г.П. Киселев.– Екатеринбург: УрО РАН, 2008.– 238 с.

5.Малов А.И. Экологические функции подземных вод.– Екатеринбург: УрО РАН, 2004.– 166 с.

9