Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практические работы по курсу «Радиоэкология». Учебное пособие
.pdf
2. Облучению подверглась 1/5 часть тела человека,
масса которого 80 кг. Энергия излучения 100 Дж. Рассчитайте поглощённую дозу.
3. Поглощённая доза альфа-излучения (бета-излучения,
гамма-излучения, нейтронного излучения с энергией от 10 до
100 кэВ) равна 30 (3, 12, 50) Гр. Пользуясь справочными
данными, рассчитайте эквивалентную дозу.
4. Рассчитайте эквивалентную дозу от смешанного источника излучения: рентгеновского с энергией 3 МэВ, альфаизлучения с энергией 15 Дж и бета-излучения с энергией
100 кэВ при облучении биологического объекта массой 150 кг.
5. Рассчитайте эффективную дозу в лёгких взрослого
человека (масса около 2,5 кг) при воздействии альфаизлучения с энергией 20 МэВ.
6. Рассчитайте суммарную эффективную дозу в желудке,
печени и коже при воздействии бета-излучения в дозе 0,7 Гр.
7. Рассчитайте эффективную дозу при лучевой терапии
щитовидной железы с применением источника ионизирующего излучения 60Со (гамма-излучатель), если поглощённая доза
равна 50 рад.
8. В 1985 г. мощность дозы на территории населённого
пункта составляла 0,08 мкЗв/год и была обусловлена содержанием изотопов 40К в грунте. После Чернобыльской катастрофы мощность дозы составила 0,26 мкЗв/год. Поверхность населённого пункта можно представить как полубесконечный источник. Рассчитайте удельную активность
137
Cs
в грунте.
Решение:
По условию задачи нам предстоит иметь дело с геометрией полубесконечного однородного источника (см. рис.). Расчёт
мощности дозы в полубесконечной однородной среде с равномерно распределённой по объёму активностью выполняется по формуле 5 (прил. 5).
41
μ
Рис. Полубесконечный однородный источник
с равномерно распределенной активностью
Гамма-постоянная для 40К и
137
Cs равна 5,07 и
20,92 аГр·м2/(с·Бк) соответственно.
Преобразим формулу 5 для определения активности
радионуклида:
⋅
K
0
=
A
и
.
π
K
2
γ
Переведём значение мощности дозы из мкЗв/год в
аГр/с. Для γ-излучения значение взвешивающего коэффициента равно 1. Это значит, что 1 Зв = 1 Гр:
0,08 мкЗв/год = 0,08 мкГр/год = 0,08/60/60/(106·1018) =
7
2,22·10
аГр/с;
0,26-0,08 мкЗв/год = 0,18 мкГр/год = 0,18/60/60/(10
6
·1018) =
5·107мкГр/с.
Найдём активность 40К в грунте:
7
⋅⋅
A
2,22 10 0,14
==
и
⋅⋅ ⋅
2 3,14 5, 07 1000
98Бк/ кг
.
Найдём активность
137
Cs в грунте:
42
7
⋅⋅
А
и
510 0,14
==
⋅⋅ ⋅
2 3,14 20,92 1000
53Бк/ кг
.
9. На участке радиевой аномалии вблизи газоносной
буровой скважины измерена мощность дозы γ-излучения
3 мкЗв/год. Определите активность
226
Ra в грунте при ус-
ловии, что вклад других радионуклидов в формирование
дозы пренебрежимо мал.
10. В 1985 г. активность основного дозообразующего
радионуклида 40К в грунте составляла 150 Бк/кг. После
Чернобыльской катастрофы территория была загрязнена
радионуклидом
137
Cs до уровня 41500 Бк/кг. Поверхность
загрязненной территории можно представить как плоский
полубесконечный источник. Рассчитайте мощность дозы
над поверхностью территории до и после катастрофы.
11. В результате техногенной аварии водоём был за-
грязнён радионуклидом
137
Cs до уровня 75000 Бк/л. Рас-
считайте мощность дозы над поверхностью водоёма.
12. Был утрачен источник
60
Со активностью 1 мКи.
Приняв источник за точечный, определите, на каком расстоянии мощность дозы будет превышать местное фоновое
значение дозы в три раза. Местное фоновое значение мощности дозы составляет 0,14 мкЗв/год.
43
Практическая работа 4
МИГРАЦИЯ РАДИОНУКЛИДОВ
И ДИНАМИКА УРОВНЯ
ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Критическими экосистемами, аккумулирующими радионуклиды и определяющими наибольшие дозовые нагрузки на
человека вследствие внешнего облучения и миграции радионуклидов по трофическим цепям, являются лесные биогеоценозы. Радионуклидный состав загрязнения лесов РФ после
аварии на Чернобыльской АЭС (Брянская, Калужская, Тульская области) примерно одинаков. Основными дозообразующими радионуклидами является изотоп
цезия
лю приходится более 90% от суммарной активности, доля
137
Cs. На его до-
90
Sr
в общем загрязнении составляет не более 2%. Особенности радиоактивного загрязнения территорий во многом определяет
последующее распределение радионуклидов в почве, их биологическая доступность и характер накопления растениями.
Интенсивность снижения
дозы
(МЭД) резко замедляется со временем. Это, с одной
мощности экспозиционной
стороны, обусловлено радиоактивным распадом короткоживущих радиоизотопов и повышением почти до 100% вклада в
137
формирование МЭД долгоживущего
Cs, а с другой – акку-
мулирующей ролью лесной подстилки, сдерживающей миграцию радионуклидов в минеральные слои почвы.
44
Линейной зависимости между изменением плотности
загрязнения и величиной МЭД во времени не наблюдается.
Отмечается лишь некоторое закономерное нарастание величины соотношения плотности загрязнения и МЭД (коэффициент А):
А = σ(МЭД
изм
-МЭД
фон
),
где σ – плотность загрязнения, Ки/км2; МЭД
– мощность
изм
экспозиционной дозы по результатам измерения, мкР/ч;
МЭД
– среднестатистический показатель естественного
фон
радиационного фона на исследуемой территории в доаварийный период (порядка 10 мкР/ч).
Отсюда становится очевидным, что оценка плотности
загрязнения по величине МЭД, несмотря на взаимосвязь между этими показателями, достаточно условна, поскольку зависит от целого ряда динамично меняющихся факторов:
¾ интенсивности миграционных процессов, т.е. степе-
ни заглубления радионуклидов;
¾ интенсивности биологического круговорота;
¾ особенностей микрорельефа;
¾ особенностей радионуклидного состава загрязнения.
Первым барьером на пути радиоактивных выпадений из
атмосферы является растительный ярус наземных фитоценозов. При стабилизации или прекращении выброса растения
препятствуют миграции радионуклидов за пределы зоны загрязнения, вовлекая их в биологический круговорот. Основная часть выпавших на лес радионуклидов первоначально
задерживается кронами древесных растений. Коэффициент
задерживания
радионуклидов древесным ярусом варьирует
от 20 до 100% в зависимости от ряда факторов: видового состава и проективного покрытия фитоценозов, климатических
условий и периода вегетации. В наибольшей степени радионуклиды поглощаются кронами хвойных деревьев, а при
нейтральных метеорологических условиях и в период мак-
45
симального развития листовой поверхности кронами деревьев лиственных пород. В период, когда деревья лишены листьев, задерживающая способность древесного яруса лиственных лесов снижается приблизительно в 3 раза.
Вторым барьером на пути радиоактивных выпадений
является напочвенный растительный покров. По степени пе-
137
рехвата радионуклидов, в частности
Cs, для различных
представителей напочвенного покрова был установлен следующий ряд: мхи
J лишайники J травянистые растения.
Ещё одной особенностью первичного распределения радионуклидов в лесных экосистемах является так называемый
«опушечный эффект», который проявляется в повышенном
отложении радионуклидов в кронах деревьев на опушках с
наветренной стороны по отношению к источнику радиоактивного выброса. Таким образом, лесные опушки, расположенные с подветренной стороны, экранируют прилегающие к
ним
безлесные участки от радиоактивных выпадений.
Сразу после выпадений адсорбция радиоактивных частиц поверхностью растений довольно слаба, они легко сдуваются ветром, смываются осадками и становятся источниками вторичного загрязнения. Активные ростовые процессы
также способствуют самоочищению крон: радионуклиды
удаляются вместе с опадающими на поверхность почвы покровными чешуйками почек, листьями,
корой и побегами.
Начальный послеаварийный период характеризуется
интенсивной миграцией радионуклидов из растительного
яруса на поверхность почвы в результате смывания осадками
и стряхивания ветром. Во втором периоде, с одной стороны,
активизируются процессы биологического самоочищения, а
с другой – нарастает роль корневого поступления. В третьем
периоде постепенно достигается квазиравновесное состояние
в системе «почва-растение
».
Распределение радионуклидов по структурным компонентам древостоя характеризуется высокой специфичностью.
Индикаторными органами, характеризующими загрязнение
46
древесных пород в целом, для разных радионуклидов являются разные компоненты: для
137
Cs – наиболее физиологически
активно растущие (ассимилирующие органы текущего года
формирования); для 90Sr – омертвевшие и стареющие (кора
наружная и хвоя прошлых лет). На основании особенностей
распределения радионуклидов по компонентам лесного фито-
90
ценоза
137
Cs – «динамического». Следовательно, в многолетней ди-
намике содержания
блюдаться кумулятивный эффект, а для
Sr отнесён к нуклидам «остаточного» накопления, а
137
Cs и 90Sr в древесине для 90Sr будет на-
137
Cs, наоборот, на-
блюдается постепенное снижение его содержания.
4.1. Коэффициенты перехода
в компоненты древесного яруса
При расчёте коэффициента перехода (КП) содержа-
ние радионуклидов в растении приводится к содержанию
его в почве:
удельная активность радионуклеида в растенииБккг
КП
=
удельная активность радионуклеидов в почве Бк кг
(/)
(/)
137
Cs и 90Sr
или к плотности загрязнения почвы:
удельная активность радионуклеидов в растении Бк кг
КП
=
Второй вариант расчета позволяет выявить зависимость
накопления радионуклидов от почвенно-экологических условий, видовых особенностей растений и других факторов.
В этом случае величина КП характеризует различия в биологической доступности радионуклидов.
(/)
плотность загрязнения почвы Бк м
(/)
47
2
.
Содержание радионуклидов характеризуется не только
значительной пространственной, но и временной (сезонной и
многолетней) изменчивостью.
Сезонная динамика связана с
интенсивностью физиологических и биогеохимических процессов в экосистемах, которая максимальна весной и существенно снижается к осени.
Многолетняя динамика КП ра-
дионуклидов в лесную растительность на территории зоны
радиоактивного загрязнения характеризуется значительными
колебаниями по отдельным годам и имеет неоднозначный
137
тренд изменения в различных ценозах. На КП
Cs и 90Sr в
растения влияют следующие факторы:
¾ физико-химическая форма выпадений, дисперсность
и растворимость частиц;
¾ гидрологические условия (растения, произрастаю-
щие в условиях повышенного увлажнения накапливают радионуклидов значительно больше, чем те же виды, произрастающие на более возвышенных участках мезорельефа);
¾ тип почв (наибольшей доступностью радионуклидов
характеризуются торфяно-глеевые почвы, затем идут дерново-подзолистые и чернозёмы оподзоленные);
¾ тип фитоценоза (в одновидовых фитоценозах, на-
137
пример, ельниках, наблюдаются в 5–10 раз большие КП
Cs
во все структурные компоненты древостоя, чем в смешанных
(лиственно-хвойных) лесах);
¾ видовая принадлежность растений (растения имеют
неодинаковую способность к усвоению различных химических элементов);
¾ возраст древостоя (практически все структурные ор-
ганы молодых деревьев, за исключением коры наружной и
хвои, имевшейся на момент выпадений, загрязнены в большей степени, чем полновозрастных);
¾ климатические условия (главным образом количест-
во выпадающих осадков).
Произрастание травянистых растений и кустарников
под пологом леса делает возможным их вторичное загрязне-
48
ние радиоактивными частицами, поступающими с древесного яруса в процессе его самодезактивации. По сравнению с
ассимилирующими органами древесных пород в составе загрязнения травянистых видов в течение более длительного
144
периода присутствуют такие радионуклиды, как
95
Nb и
106
Ru, наличие которых в растениях связано с внеш-
Ce, 95Zr,
ним загрязнением.
Таблица 4.1
137
Диапазоны колебаний КП
компоненты древостоя лесов (на 1992 г.), n·10
(Щеглов А.И., 1999, фрагмент)
Cs и 90Sr в структурные
-3м2
/кг
Регион
Брянская обл.
Тульская обл.
Киевская обл.
Тульская обл.
Тульская обл.
Тульская обл.
Брянская обл.
Киевская обл.
Тульская обл.
Киевская обл.
Брянская обл.
Древесина
Кора внутренняя
Кора наружная
Ветви крупные
Ветви мелкие
Хвоя прошлых лет
Прирост хвои/ листья
Генеративные органы
137
КП
Cs КП 90Sr
0,15–4,4 1,5–12,1
0,1–0,4 2,5
0,8–30,6 0,4–36,7
0,2–2,3 3,3
0,06–0,4 4,3
0,2 3,3
0,2–32,2 1,9–8,1
0,3–111,0 0,2–32,2
0,5–1,7 0,6
1,6–88,5 0,02–2,2
0,9–39,4 0,5–2,2
49
Радионуклиды в травянисто-кустарниковом
ярусе лесных биогеоценозов
В структуре напочвенного растительного покрова мак-
симальными уровнями накопления радионуклидов, в том чис-
137
Cs, характеризуются мхи. Мхи, а также лишайники, в от-
ле
личие от высших растений, обладают рядом морфофизиологических свойств, приводящих к значительной аккумуляции в
них химических элементов. Они быстро реагируют на изменение концентрации радионуклидов в почве, что позволяет
отнести мхи и лишайники к растениям-индикаторам радиоак-
137
тивного загрязнения среды. Содержание
Cs у плауновых
почти такое же, что и у папоротников, а наименьшее накопление радионуклидов в напочвенном растительном покрове характерно для высших цветковых растений. Таким образом,
мохово-лишайниковый покров является выраженным биогеохимическим барьером на пути вертикальной и горизонтальной
миграции радионуклидов в лесных биогеоценозах.
Примечание: на способности некоторых растений к гипераккумуляции радионуклидов и тяжёлых металлов основаны методы фиторемедиации – дезактивации загрязнённых территорий (наземных экосистем и водоемов) с помощью растений.
Аккумуляция радионуклидов высшими грибами
Грибы являются одним из основных продуктов побочного пользования лесом и важным объектом радиоэкологического мониторинга. Особый интерес к грибам в радиоэкологии проявляется потому, что они являются концентраторами различных химических элементов, в том числе и радионуклидов, и могут быть использованы в качестве биоиндикаторов загрязнения внешней среды. По
137
способности
Cs плодовые тела грибов значительно пре-
восходят все другие компоненты биогеоценоза. В среднем
50
накопительной
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]