Некоторые аспекты накопления 90Sr и 90Y в березовом соке
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Некоторые аспекты накопления Sr и Y в березовом соке
к.с-х.н. Переволоцкий А.Н., к.с-х.н. Булавик И.М., Диденко Л.Г.
Радионуклиды в экологических исследованиях часто используются в качестве метки, с помощью которой удобно отслеживать движение их химических и изотопных аналогов. Так, Cs отражает миграцию калия и стабильного цезия, Sr v кальция и стабильного стронция. Поэтому изучение перераспределения искусственных радионуклидов в экосистемах имеет важное значение для более глубокого понимания механизмов функционирования природных сообществ.
В данном аспекте удобным объектом исследования корневого поступления радионуклидов для березы обыкновенной является ее сок в период интенсивного весеннего сокодвижения. В его составе находятся не только сахара и аминокислоты, запасенные в предыдущий вегетационный период, но и минеральные и органические соединения, поступившие из почвы. Именно это и позволяет оценить корневую доступность широкого спектра веществ. Однако, если концентрация основных минеральных элементов, имеющих биогенное значение, в соке изучена в достаточной степени /1-3/, то для радионуклидов подобные исследования начали проводится только в последние годы и связано это с радиоактивным загрязнением окружающей среды в результате аварии на ЧАЭС. Причем, при довольно подробном изучении закономерностей корневого поступления Сs в березовый сок /4-6/, эти вопросы для Sr и для его дочернего радионуклида - Y практически не изучены. Поэтому целью данного исследования являлось изучение особенностей накопления радионуклидов Sr и Y в березовом соке.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводились на стационарных опытных объектах сектора радиологии леса Института леса НАНБ в дальней зоне радиоактивного загрязнения в кв.340 Добрушского лесничества Гомелского лесохоза и кв.168 Ветковского лесничества Ветковского спецлесхоза (170 км северо-западнее ЧАЭС). Сосново-березовые насаждения на пробных площадях относятся к мшистому типу леса, их возраст составляет 40-60 лет. Радиометрический анализ почвы показал, что поверхностная активность Sr в пределах указанных кварталов составляла 24-41 кБк/м.
На каждой пробной площади подсачивалось 3-5 деревьев. При подсочке в каждом из них специальным буравом в комлевой части просверливалось отверстие диаметром 1,5 см и на глубину 1 см непосредственно под которым закреплялся металлический желобок. В месте отбора прикреплялся полиэтиленовый пакет, что позволило до минимума сократить привнесение радиоактивности извне. Длительность отбора одной пробы составляла около 1 суток и за это время объем заготовленного сока составлял 2-3 литра. После завершения отбора пробы подкислялись, переливались в полиэтиленовые емкости и доставлялись в лабораторию. В кв. 168 отбор был произведен 8 апреля, а в кв. 340 - 13 апреля.
Определения объемной концентрации радионуклидов в березовом соке производилось -радиометром EL-1311 ?Атомтех¦. Для исследования спектров излучения в данном приборе используется планарный детектор типа ?Фосвич¦, состоящий из пластикового сцинтиллятора мм для регистрации -излучения и неорганического сцинтиллятора СsI(Tl) мм для исследования спектра -излучения. Определение концентрации Sr проводится методами -радиометрии по излучению дочернего Y, причем предполагается наличие радиоактивного равновесия между материнским и дочерним радионуклидами в исследуемой пробе /7/. В качестве выходного параметра программное обеспечение радиометра приводит величину суммарной объемной b -активности по смеси Sr+Y. Приборная эффективность регистрации Sr и Y составляет 5,1 х 10-3 л х Бк-1 х с-1/7/. Измерение проб проводилось в стандартных 200 мл сосудах. Время измерения каждой пробы составляло 40-60 минут.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При проведении повторных радиометрических анализов проб березового сока, отобранных в кв. 168 8 апреля, было замечено, что суммарная объемная активность Sr+90Y в них снизилась от 195-240 Бк/л до 105-151 Бк/л примерно за трое суток (табл.1). Схожий характер уменьшения объемной концентрации указанных радионуклидов был зафиксирован и на 10 других опытных объектах в Ветковском и Гомельском лесхозах, где нами проводятся многолетние мониторинговые исследования за накоплением радионуклидов в березовом соке. Причиной этого явления, по нашему мнению, могло быть нарушение в березовом соке радиоактивного равновесия между Sr и Y в пользу дочернего радионуклида. Для подтверждения этой гипотезы и установления временных параметров изменения объемной активности был проведен специальный эксперимент, при котором пробы сока, отобранные в кв.340, подвергались радиометрическому анализу в течение месяца. Первоначально измерения проводились ровно через сутки, а после 18 апреля через двое-трое суток. Сроки между измерениями и их результаты приведены в табл. 1.
|
Согласно данным, приведенным в таблице 1, суммарная объемная активность Sr+Y в березовом соке из кв. 340 через 10 часов после отбора проб составляла 200-280 Бк/л. Оценивая временную динамику объемной концентрации радионуклидов, нетрудно заметить во всех пробах монотонное снижение этого показателя с последующим выходом на плато при 45-50 Бк/л по истечению 200-250 часов после отбора пробы. При этом наиболее интенсивно объемная активность уменьшается в первые трое суток. |
Таблица 1 |
Очевидно, что выявленное уменьшение объемной активности Sr+Y в березовом соке при указанных в методике особенностях измерении данным прибором, может быть определено как раз нарушением радиоактивного равновесия между этими генетически связанными радионуклидами в сторону дочернего радионуклида. В противном случае возможны были бы два варианта:
- объемная активность не претерпевала никаких изменений во времени. Этому случаю соответствовало бы поступление обоих радионуклидов из почвы в березовый сок в равных количествах;
- объемная активность увеличивалась во времени с последующим выходом на плато. Этому случаю соответствует более интенсивное поступление Sr в березовый сок из почвы по сравнению с Y. В дальнейшем, по мере распада материнского радионуклида, количество дочернего будет возрастать до установления состояния радиоактивного равновесия между ними. Подобное увеличение могло быть зафиксировано радиометром при измерении одних и тех же пробы в течение длительного времени.
Можно предположить, что корневое поступление генетически связанных Sr и Y в березу происходит по различным закономерностям, из-за чего радиоиттрий поступает более интенсивно, чем радиостронций.
Поэтому, непосредственно после отбора объемная -активность березового сока максимальна. В дальнейшем, происходит радиоактивный распад ?избыточно¦ поступившего Y и концентрация уменьшается до тех пор, пока между материнским и дочерним радионуклидами не установится состояние радиоактивного равновесия.
Фактически, задача сводится к классическому в ядерной физике случаю исследования динамики объемной активности смеси материнского и дочернего радионуклидов, для которой характерно смещение радиоактивного равновесия в сторону последнего. Для более точного определения соотношения радионуклидов на момент отбора, позволяющего оценить уровни их поступления в березовый сок, динамика объемной активности для радиоиттрия была смоделирована математически:
ActY = AcYexp(-0.693 t / T)+ AcSr[1-exp(-0.693 t/T)], (1)
где
ActYv объемная -активность Y в березовом соке в момент времени t;
AcY v объемная -активность Y в березовом соке в момент начала отбора;
AcSr - объемная -активность Sr в березовом соке в момент начала отбора, но учитывая большой период полураспада радиостронция, ее можно принять постоянной в течение 720 часов измерений на протяжении всего эксперимента;
t v время в часах с начала отбора сока;
T v период полураспада радиоиттрия в часах (64 часов).
Данное уравнение состоит из слагаемых, отражающих прохождение двух разновекторных процессов. Первый член соответствует радиоактивному распаду ?избыточно¦ поступившего в сок (по отношению к материнскому Sr) дочернего Y, второй v накоплению радиоиттрия, вызванного распадом материнского радиоизотопа.
Нетрудно заметить, что при времени t значительно меньшем за период полураспада материнского радионуклида этот случай подвижного равновесия можно рассматривать как вековое равновесие. Необходимыми условиями при этом является соблюдение отношений постоянных распада мат <<l доч. и неизменности в течение времени эксперимента, равного многим периодам полураспада дочернего радионуклида, активности материнского. Важным допущением, также, является равенство коэффициентов счетности материнского и дочернего радионуклидов.
|
На рис. 1 приведена графическая интерпретация расчета динамики активности радиоиттрия в смеси Y+Sr при отношении их активностей как 50:10. Суммарная активность Y (линия 4) изменяется, как уже говорилось выше, за счет прохождения двух разнонаправленных процессов. С одной стороны, избыточно поступившая в сок (по отношению к материнскому Sr) доля радиоиттрия претерпевает радиоактивный распад, что отмечено линией 1. Но с другой стороны, идет накопление дочернего радионуклида в соке за счет распада материнской фракции (линия 3). Суммирование этих двух разновекторных процессов, в итоге, приводят к более медленному изменению суммарной активности, отраженному линией 4. При этом нетрудно заметить, что динамика активности будет зависеть от начального соотношения активностей Y/Sr в отобранной пробе v чем оно выше, тем более резкими будут изменения. Важность оценки этого соотношения активностей в момент отбора сока состоит в том, что оно отражает фактические концентрации радионуклидов в растении. |
Рис.1. Графическая интерпретация расчетной активности смеси изотопов Y и Sr |
Параметры для уравнения 1 несложно определить из табл.1 исходя из условия предполагаемого радиоактивного равновесия в пробе [7]. Так, ActY =Act /2 может быть вычислена из табл. 1 для любого момента измерения t. В нашем случае, для деревьев в кв.340, она снижается от 100-140 Бк/л при t=10 часов до 20-30 Бк/л при t=250-710 часов. AcSr также равна Act /2, однако, эта величина может быть корректно определена при фактически установившемся радиоактивном равновесии между радиостронцием и радиоиттрием, т.е., как минимум, по истечении 250-300 часов после отбора пробы. Для деревьев в кв. 340 она будет находится на уровне 20-30 Бк/л. В целом же, учитывая большой период полураспада Sr можно принять AcSr=const в течение всего времени эксперимента. Таким образом, с помощью представленных величин и данных табл. 1 по уравнению (1) была рассчитана начальная объемная -активность радиоиттрия AcY, соответствующую его содержанию на момент отбора сока t=0 (табл.2).
Таблица 2
Начальная объемная активность радионуклидов в березовом соке, Бк/л
|
Показатели |
Номера модельных деревьев |
|
¦1 |
¦2 |
¦3 |
¦4 |
¦5 |
|
|
AcY, Бк/л |
|||||
|
AcSr, Бк/л |
|||||
|
Отношение AcY / AcSr |
,77 |
,96 |
,74 |
,62 |
,75 |
После того, как были определены все неизвестные величины в уравнении 1, ActY была рассчитана теоретически для произвольного момента времени t. На рис. 2 приведено среднее значение, нормированных объемных активностей на момент первого измерения (примерно 10 часов после отбора).
О высокой адекватность теоретических данных фактическим результатам свидетельствуют высокие значения корреляционных отношений между ними =0,964-0,982 при нулевом уровне значимости, относительной ошибки аппроксимации v 8-9%, а критерия соответствия = 4,74-9,48 при табл=23,685.
|
|
Таким образом, установленное нами отношение AcY / AcSr=4,6-4,9 позволяет однозначно утверждать о превышение поступления радиоиттрия в березу по сравнению с материнским Sr, традиционно считающимся высокомобильным в системе почва-растение. Если же рассматривать Y как радиоактивную метку стабильного иттрия, то становится очевидным, что потоки последнего в экосистеме березового леса могут быть достаточно интенсивными. Вероятно, подобное явление может быть связано со способностью иттрия к комплексообразованию с различными органическими веществами, обладающими высокой растворимостью и подвижностью. Кроме того, ионный радиус данного элемента ниже, чем у стронция, с чем также может быть связано несколько большее поступление в растения. Пока сложно говорить и переносимости полученных результатов на другие древесные растения, в дальнейшем планируется продолжить исследования по этой теме. |
Выводы:
- Измерение концентрации Sr методами -радиометрии по излучению дочернего Y в биологических объектах следует проводить только при условии установления радиоактивного равновесия между этими генетически связанными радионуклидами по истечению 200-250 часов с момента отбора пробы.
- Поступление Y в березовый сок происходит в 4,6-4,9 ( в среднем в 4,75) раза более интенсивно, чем, Sr. Это позволяет говорить о более высокой биологической активности в экосистеме березового леса радиоиттрия.
Список использованной литературы.
1. Орлов И.И., Рябчук В.П. Березовый сок. // М.: Лесная промышленность. - 1982. - 55 с.
2. Рябчук В.П. Соки лиственных деревьев (Получение и использование). // Львов: Вища школа, 1988. - 150 с.
. Leaf A.L. Watterston K.C. Chemical analysis of sugar maple sap and foliage as related to sap and sugar yields // Foresn Science. 1964. Vol.10 ¦3. - P.228-292.
4. Кучма Н.Д., Архипов Н.П., Федотов И.С. и др. Радиоэкологические и лесоводственные последствия загрязнения лесных экосистем зоны отчуждения // Чернобыль., 1994. - 53 с.
5. Мухамедшин К.Д., Чилимов А.И., Мишуков Н.П. и др. Лесное хозяйство в условиях радиации. - М.:ВНИИХлксхоз. - 1995. - 53 с.
6. Лес, Человек, Чернобыль. Лесные экосистемы после аварии на Чернобыльской АЭС: состояние, прогноз, реакция населения, пути реабилитации.// Под общ. ред Ипатьева В.А. - Гм. 1999. - 454 с .
7. Методика выполнения измерений содержания радионуклидов стронция-90 и цезия-137 в продуктах питания, питьевой воде, почве, сельскохозяйственном сыре и кормах, продукции лесного хозяйства и других объектах окружающей среды на бета-гамма-радиометре МКС-1311 (El-1311) МВИ МН 977-99. v НПП ?Атомтех¦, утверждена 20.03.99 г. v Мн. 1999. v 36 с.
2. Тема- Ветеринарно ~ санитарные требования к проектированию заводов по переработке мяса и их экспертиза при р
3. Дневники Письма
4. Финансыих сущность признаки их объективная необходимость Финансы ~ совокупность эк отнй
5. Реферат- Особенности регулирования труда госслужащих
6. Team-building в организации
7. Сегодня мы больше всего можем чувствовать в своем сердце что Господь очень добрый
8. Д Машков НВ Теремцова Проблеми теорії та філософії права РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА д
9. е. к его деформации
10. Вариант 5 Вопросы к 4 аттестации 2012 Какое изображение называется векторным Где расположена экран
11. Статья- Проблема національних меншин України у внутрішній політиці центральної ради
12. Аудит поступления основных средств
13. Етнічні архетипи в релігійному житті українців
14. курсовой проект по дисциплине
15. номенклатурного прохождения ключевых должностей руководителями различных уровней управления для ускорени
16. по теме Учет нефинансовых активов Учет основных средств Задание 1.html
17. Основы экологии и экономика природопользования.html
18. Обществознание
19. Почему разорилась фабрика Баки рванули в следствие чего утечка запасов
20. Основные направления и перспективы развития некоторых активных операций