Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Подготовка проб воды и атмосферных осадков для инструментального гамма-спектрометрического метода радионуклидного анализа



Введение

Цель работы: освоение методик подготовки проб воды и атмосферных осадков, подготовка воды и атмосферных для инструментального гамма-спектрометрического метода радионуклидного анализа



1. Общие сведения о радиоактивности гидросферы

В широком смысле гидросфера - совокупность всех вод Земли, находящихся в твердом, жидком и газообразном состоянии, а в более узком смысле - прерывистая водная оболочка Земли, расположенная между литосферой и атмосферой и состоящая из воды в жидком и твердом состоянии.

В море и океаны радионуклиды поступают из атмосферы, в том числе путем выпадения, и из литосферы, в том числе из гидрографической сети.

В подземные воды радионуклиды поступают преимущественно из литосферы в результате выщелачивания горных пород, и по гидрографической сети.

Все воды представлены двумя фазами: собственно водной и твердой (осадки, взвешенные в воде частицы, частицы горных пород). Радионуклиды перераспределяются между этими фазами путем сорбции на неорганических и органических взвешенных частицах, осаждения и растворения, коагуляции и диспергирования коллоидов, деятельности микроорганизмов, потребления и выделения блоков. Распределение характеризуется коэффициентом К_d, равным отношению концентрации радионуклида в твердой (Бк/кг) и в жидкой (Бк/л) фазах. Для различных радионуклидов К_d различается на шесть порядковых величин, а для одного радионуклида в разных условиях - на три порядка (гл. образом в зависимости от состава раствора и природы твердого вещества).

2. Радиоактивность морей и океанов

По существу морская вода является хлоридно-сульфатно-натриево-магниевым раствором, в котором в виде следов и примесей находятся все остальные химические элементы, в том числе и радиоактивные. Основные компоненты этого раствора находятся в нем в постоянных концентрациях, но для большинства микроэлементов характерны пространственные и временные колебания их абсолютного и относительного содержания. Это связано со специфическим сложным поведением микроколичеств вещества в растворе (когда начинают сказываться специфические законы адсорбции, коллоидообразования и др.), а также влиянием растворимого и коллоидного органического вещества, бактерий, гидробионтов и различных взвесей. Взвешенное вещество включает планктон, минеральные частицы терригенного и вулканического происхождения, детрит (тонкие минеральные и органические остатки отмерших организмов). Взвеси имеют полудисперсный состав с размерами частиц от 0,01 мкм до 1 мкм, причем основная часть взвеси представляет собой тончайший материал. Удельная поверхность взвеси и коллоидов в морской воде исключительно велика - при среднем содержании взвеси в океане 1 г/см³ удельная ее поверхность составляет 1040 м²/г. На границе раздела взвесь-раствор непрерывно происходят обменные процессы адсорбционного накопления ионов и атомов, изоморфного их замещения и другие физико-химические процессы. Хотя адсорбция на поверхности живых организмов существенно ниже адсорбции на неорганической взвеси, ее влияние на геохимию океана исключительно велико из-за высокой избирательной способности гидробионтов к поглощению отдельных элементов и накоплению их в количествах, существенно больших их содержания в растворе. Типичные величины коэффициентов распределения содержания некоторых радионуклидов между твердой и жидкой фазой в морских водах следующее: р/н йода К_d=10; р/н стронция К_d=10²; р/н цезия К_d=210³; р/н плутония К_d=510⁴ и ряда лантаноидов К_d=510⁵.

В результате этих и других процессов многие параметры морской среды тесно связаны с биомассой морских организмов, их жизнедеятельностью, составом и миграцией.

Формы нахождения радионуклидов определяются процессами их фрагментации и механизмами переноса от источника, то есть формой, в которой радионуклид поступает в морскую среду; преобладающей формой существования его в морской среде и его природных носителей, степени влияния механизма миграции на форму нахождения его в морской среде.

ЕРН в морях и океанах

Космогенные радионуклиды поступают в моря и океаны в основном из атмосферы и литосферы, частично могут образовываться в самой водной среде. Их среднее содержание находится на уровне 22110 Бк/м^{3 3}Н, 7,4 Бк/м^{3 14}С и 630 Бк/м^{3 7}Ве.

Содержание ⁴⁰К определяется преимущественно солевым составом морской воды и варьирует в пределах (8,911,8) Бк/м³.

Содержание ²³⁸U в океанских и морских водах варьирует в пределах 0,0473 Бк/м³. Уран поступил в морские воды главным образом в процессе выветривания горных пород, а также в результате стока воды с поверхности суши с обломочным и растворенным материалом. Вклад других источников поступления урана в моря и океаны (абразия берегов, с пылью, в т.ч. вулканической) значительно меньше и не играет решающей роли в геохимическом балансе урана (так же как и других ЕРН). Уран хорошо растворим в морской воде и его перенос в водной толще происходит под действием гидрологических факторов. При значительном времени пребывания в океане (5-10⁵ лет) уран распределен в океане достаточно однородно как по глубине, так и по географическим координатам. Региональное различие находится в пределах 3143 Бк/м³ при среднем содержании 37 Бк/м³. Некоторые более существенные отклонения встречаются вблизи берегов (континентов) под влиянием речного стока и взмучивания прибрежных отложений. Во внутренних и замкнутых бассейнах содержание урана существенно зависит от климатических факторов. Так, в прибрежных водах Японии содержание урана снижено до 20-22 Бк/м³ под влиянием речных стоков, а в Балтийском море варьирует в пределах 618 Бк/м³ и коррелирует с соленостью воды (содержание урана растет с удалением от берегов), то есть проявляется тоже влияние речных стоков. Для Черного моря такого эффекта нет из-за того, что в речных водах содержание урана достаточно велико и среднее содержание урана в воде этого моря соответствует среднему для океана.

На содержание урана в замкнутом Каспийском море существенно влияет в целом засушливый климат - содержание урана доходит до 120 Бк/м³.

Содержание первых продуктов распада урана в морской воде близко к его содержанию: ²³⁴U - 46-48 Бк/м³, ²³⁴Th 40 Бк/м³, т.е. в пределах погрешности имеет место радиоактивное равновесие.

²²⁶Rа характеризуется высокой миграционной способностью в воде и вследствие этого его содержание в поверхностных водах морей и океанов относительно равномерно - (318 Бк/м³) при средних значениях 3,6 Бк/м³ и 5,7 Бк/м³ (по различным источникам данных). Исходя из химических свойств радия, можно считать, что его миграция в водной среде происходит главным образом в ионной форме.

Средние содержания ²²²Rn в водах океана по разным данным лежат в пределах 5,77,9 Бк/м³, что в общем соответствует содержанию материнского радионуклида ²²⁶Rа. Содержание других дочерних продуктов распада ²²⁶Rа также близки к его содержанию, но несколько ниже: ²¹⁰Pb 0,45,0 Бк/м³ (среднее - 2,7 Бк/м³), ²¹⁰Pо 0,193,7 Бк/м³ (среднее - 2,7 Бк/м³).

Содержание ²³²Th в морских и океанских водах варьирует в достаточно широких пределах - 0,0082 Бк/м³. Он поступает в воды океана как вследствие процессов выветривания, так и с обломочным материалом в стоках рек. Поведение в воде ²³²Th и других радионуклидов ряда тория (²²⁸Th, ²³⁰Th) резко отлично от поведения урана. Из-за склонности к гидролизу и адсорбции на взвешенных частицах и коллоидах радионуклиды тория имеют ограниченную миграционную способность и быстро быстро осаждаются из водной толщи на дно. Поступление его в океаны и моря с терригенным материалом и часто сохраняет эту форму вплоть до осаждения на дно. Следствием такого поведения радионуклидов тория является широкая вариация их содержания в водах морей и океанов: 0,0082 Бк/м^{3 232}Th, 0,0070,12 Бк/м^{3 228}Th, 0,0020,052 Бк/м^{3 230}Th (последний принадлежит к цепочке распада ²³⁸U). Есть четкая зависимость содержания тория в воде по мере приближения к берегам из-за увеличения содержания тория в о взвешенном материале. Наиболее четко этот эффект проявляется в водах Азовского моря: у берегов содержание ²³²Th 0,9 Бк/м³, а вдали от берегов - 0,016 Бк/м³.

Содержания основных ЕРН в донных отложениях морей и океанов находятся в пределах 1236 Бк/кг ²³⁸U; 3400 Бк/кг ²²⁶Rа и 0,1716 Бк/кг ²³²Th. Обращает на себя внимание относительно большое содержание в осадках ²²⁶Rа и, особенно, ²³²Th по сравнению с их содержанием в воде: Бк/кг : Бк/м³ для ²²⁶Rа это соотношение 40, а для ²³²Th 410³ (для ²³⁸U это отношение 0,3).

Это естественным образом связано с известной способностью радия концентрироваться в известковых раковинах морских организмов и в водорослях и, соответственно, со значительным переносом его на дно. Для тория повышенная способность переноса на дно связана с его низкой растворимостью и связи его с терригенным (обломочным) материалом.

ИРН в морях и океанах

Основным источником поступления ИРН в моря и океаны являются атмосферные выпадения (глобальные и локальные) на их поверхность, а также жидкие стоки (жидкие РАО) и вторичные источники - перенос радионуклидов с загрязненной земной поверхности водосборных бассейнов через гидрографическую сеть. Естественно выпадения первоначально в наибольшей степени концентрируются в поверхностном слое морей и океанов. Распределение ИРН по поверхности отражает распределение суммы выпадений по географическим координатам.

Темпы насыщения ИРН в поверхностном слое океана существенно меньше темпов увеличения запаса их на поверхности континентов (для ⁹⁰S отмечено различие в 5 раз). Уровень содержания ИРН в поверхностных водах определяется и скоростью обмена поверхностных вод с водами нижних слоев. Среднее время пребывания ⁹⁰S в слое перемешивания в Тихом океане 3 года, в Атлантическом 3,5 года. Уровни загрязнения зависят от особенностей гидрологического режима рассматриваемого водоема и степени изолированности его вод. Наибольшие отличия будут иметь место для мелководных и внутренних бассейнов. Так, воды Черного моря отличаются значительно большим содержанием ⁹⁰S как из=за повышенной интенсивности выпадений на его акватории, так и из-за затрудненного водообмена между поверхностным и глубинным слоями.

Формы нахождения и распределения в компонентах морской экосистемы различны для различных ИРН.

Некоторые данные о содержании ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в воде морей России в настоящее время приведены ниже.

Водоем	90Sr, Бк/м3	137Cs, Бк/м3
Тихий океан	1,55,1	-
Японское море	2,010,3	-
Охотское море	2,05,5	-
Белое море	3,513,0	1622
Баренцево море	2,811,5	39
Балтийское море	6,626,8	5884
Каспийское море	7,320,3	-
Азовское море	20,441,7	25,5 max 1030
Черное море	17,353,8	2023

Сразу после аварии на ЧАЭС в 1886-87 гг содержания ИРН в водах этих морей были выше:

1) 8 Бк/м³ (в 1963 г было 48 Бк/м³; в 80-е годы 11 Бк/м³; в 90-е - 18 Бк/м^3\; ¹³⁷Cs - в 70-е-80-е гг - 1090 Бк/м³; в 90-е - 4,47,4 Бк/м³)

в 1960-е годы 24 Бк/м³; в 70-е-80-е - 717 Бк/м³; в 1974-1985 гг 816 Бк/м³; ¹³⁷Cs - в 1974-1685 гг 2045 Бк/м³; в 1991-1992 гг 90-100 Бк/м³.

2) 15-45 Бк/м³.

3) 100200 Бк/м³.

4) 30230 Бк/м³.

5) 70250 Бк/м³.

6) 40480 Бк/м³.

7) 4048 Бк/м³.

В отдельных акваториях этих морей содержание ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs значительно выше. Кроме ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в этих местах выявлены значимые содержания и других ИРН. Это связано с наличием других источников радиоактивных загрязнений: слива жидких РАО, захоронения РАО, аварийного затопления атомных подводных лодок, близостью ядерного полигона (на Новой Земле) и других. Это относится в первую очередь к северным морям.

Так, в водах Баренцева моря вблизи Новой Земли содержание ¹³⁷Cs в 34 раза выше, чем было указано ранее. Имеются некоторые особенности и в глубинном распределении ИРН. Так, в Белом море глубинные воды содержат больше ¹³⁷Cs (1622 Бк/м³), чем поверхностные из-за разбавления их речными стоками и уменьшения их солености.

Рассмотрим для примера более подробно динамику изменения загрязнения ИРН одного из морей - Азовского. Преобладающим источником радиоактивного загрязнения этого внутреннего и сравнительно небольшого по площади моря является активный дренаж и вынос стоками рек ИРН с загрязненных водосборов основных рек Приазовья: р. Дон (пл. водосбора 422 тыс. км²) и р. Кубань (пл. водосбора 58 тыс км²). Сама акватория моря и водосборы Приазовья загрязнялись дважды: глобальными выпадениями в период ядерных испытаний и в период после аварии ЧАЭС. Так, в первый период в 1964 г максимальные среднегодовые содержания ⁹⁰Sr были в р. Дон - 144 Бк/м³, в р. Кубань - 60 Бк/м³, а во второй период в 1987 г соответственно р. Дон - 64 Бк/м³, в р. Кубань - 45 Бк/м³. В последние годы (1997-2000) среднегодовые содержания ⁹⁰Sr в этих реках снизились до уровня для р. Дон - (9,67,6 Бк/м³), а в р. Кубань - (9,98,0 Бк/м³). Динамика изменения содержаний ⁹⁰Sr в воде Азовского моря была подобная:

Год	90Sr, Бк/м3
1966	125-231	ср. 16835
1698-70	70-90	Керченский пролив
1973	54 47 316 94	Керченский пролив Таганрогский залив Зал. Сиваш открытое море
1985	36
1986	41
1987	33-95	ср. 54
1988	34100	ср. 42
1989	39
1998	25
1999	919
2000	17

Видно убывание содержания ⁹⁰Sr в воде Азовского моря в конце 1960-х, 70-х и начале 80-х годов, затем резкое возрастание во второй половине 1986 года и последующий спад вплоть до настоящего времени. Такой же эффект имел место и для содержания ¹³⁷Cs в воде: вначале резкий рост (1986 - 42480 Бк/м³; 1987 - 11259 Бк/м³), а затем спад в последующие годы (1988 - 33110 Бк/м³; 1991-92 гг - 1011 Бк/м³ и 1999г - 0,25,5 Бк/м³).

Характерно, что максимальные содержания ⁹⁰Sr в постчернобыльский период в 3 раза ниже, чем максимальные в период после ядерных испытаний. Это связано с относительно низким выходом ⁹⁰Sr в чернобыльских выпадениях.

Ниже будет рассмотрено загрязнение дна Азовского моря и, в связи с этим, некоторые особенности его радиоэкологии.



3. Радиоактивность поверхностных и подземных вод континентов

Радиоактивность природных вод

В питьевом водоснабжении преимущественно используются поверхностные воды из рек, озер, водохранилищ, а также грунтовые воды из колодцев, родников и подземные воды (артезианские скважины, глубокие скважины для извлечения так называемых трещинных вод из зон кристаллических массивов). Радиоактивность вод обусловлена переходом радионуклидов из вмещающих пород в воду в результате растворения неустойчивых минералов или выщелачивания (переход элемента из минерала без нарушения его кристаллической структуры).

При оценках радиационного качества питьевых вод принято учитывать из ЕРН - ⁴⁰К, радионуклиды рядов ²³⁸U и ²³²Th.

Не рассматриваются ЕРН ряда ²³⁵U (его содержание в природном уране в 22 раза меньше, чем ²³⁸U). Удельные активности космогенных радионуклидов малы и при рассмотрении радиационной безопасности питьевой воды вкладом от облучения этими радионуклидами можно пренебречь (кроме особых случаев, связанных с ЕРН ³Н, ¹⁴С).

Радиоактивность вод изменяется в очень широких пределах в зависимости от радиоактивности вмещающих пород, интенсивности их выветривания, механизма выноса радионуклидов из этих пород водой, гидрогеологических условий, химического состава воды, формы нахождения ЕРН в воде, близости берегов и глубины водоема и даже климатических условий Вариации содержаний ЕРН в водах даже одного типа в данной климатической зоне могут достигать одного порядка, а в разных климатических зонах 2-3 порядков и более. Установить какие-либо фоновые значения содержаний ЕРН в природных водах затруднительно.

В северных широтах (осадки преобладают над испарением) преобладают гидрокарбонатно-кальциевые воды с минерализацией 0,10,2 г/л, а в южных засушливых районах (испарения преобладают над осадками) преобладают сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевые воды с минерализацией 25 г/л. В соответствии с этим изменяется и радионуклидный состав вод. Так, средние содержания ²³⁸U в речных водах изменяется от 1 Бк/м³ в северных широтах до 600 Бк/м³ в южных аридных областях, достигая (15)10⁵ Бк/м³ в водах озер засушливых районов, как и в артезианских водах и водах минеральных источников.

Содержание ЕРH в поверхностных водах широко варьирует даже для вод конкретного водоема и зависит от многих факторов, в том числе от количества взвешенного тонкодисперсного материала в воде, которое само по себе изменчиво и зависит от времени и места отбора проб воды для анализа. На мелководье, например, содержание ЕРН в 1,53,0 раза выше среднего из-за большого содержания взвеси в воде.

Радиоактивность вод обусловлена прежде всего присутствием в них ^238,234U, ^226,228,224Ra, ²²²Rn, ²²⁰Th и ⁴⁰К. Значительно меньше удельные активности ²¹⁰ Pb и ²¹⁰Pо. Содержания ²³²Th очень низки, но в редких случаях могут встречаться значительные содержания долгоживущих радионуклидов ^228,230Th.

В отличие от горных пород и илов в природных водах, как правило, нарушено радиоактивное равновесие в рядах урана и тория. Это связано с различием химических свойств и миграционных способностей радиоактивных элементов и их изотопов. Так, миграционная способность радионуклидов урана много больше миграционной способности радионуклидов тория, а из двух изотопов более подвижным будет наиболее короткоживущий, так как он при выщелачивании не связан с кристаллической решеткой и не успевает диффундировать из раствора в кристаллическую структуру вмещающих пород. Типичные соотношения активностей ЕРН в природных водах приведены в таблице.

	Поверх. воды	Воды осад. пород	Воды кристал. пород
234U / 238U	11,5	1,22,5	25 max 15
230Th / 238U	0,0010,5	-	0,05
226Ra / 238U	0,03	315 (обычно<1)	-
230Th / 238U	0,1	-	0,1 max 3
228Th / 232Th	0,92,5	2,412	-
230Th / 232Th	1,04,5	1,6	2,2
226Ra / 232Th	0,425	0,0125 cp. 0,4	0,13,0 cp. 0,2
224Ra / 228Ra	-	0,12,0 cp. 1,0	0,076,0 cp. 1,4

В подземных водах содержание ²³⁸U больше, чем в поверхностных; так, содержание урана в грунтовых водах выше содержания его в поверхностных водах США до 4 раз

Степень нарушения радиоактивного равновесного отношения ²²²Rn/²²⁶Ra в подземных водах больше, чем в поверхностных в результате эманирования ²²²Rn из горных пород и растворения его в воде Содержание ²²²Rn в воде из глубоких скважин может превышать 100 кБк/м³, в то время как для большинства потребителей питьевой воды из поверхностных источников и из водоносных горизонтов содержание ²²²Rn не превышает 1 кБк/м³.

Согласно данным таблицы в наибольшей степени радиоактивное равновесие нарушается в ряду ²³⁸U²³⁰Th для любых природных вод.

Имеющиеся в литературе данные о содержаниях ЕРН в природных водах сведены в таблице.

Радионуклид	А, Бк/м3	Примечание
3Н	190610 10709600 ср. 4440 (2,03,6)104 ср. 3,1104 1301,75105	Поверхностные воды Поверхн. воды р-н Н.-Ворон. АЭС Водоем-охлад. П бл.Н.-Ворон. АЭС Поверх. воды в рез. испыт. ядерн. оружия
40К	3,7244 ср. 37370 ср. 488 ср. 11103700	Поверхностные воды Реки Евр. России (ср. полоса) Озера Евр. России (ср. полоса) Подземные воды Евр. России (ср. полоса)
238U	0,19629 ср. 18 0,153,0 ср. 2 1,2 < 4104 3123000 ср. 660 59 90 13 3492000	Поверхностные воды Поверхностные воды, Европа Реки Европа Реки Евр. России Озера Озера непроточные высыхающие Подземные воды Евр. России, ср. полоса Артезианск. скваж., Евр. Россия Гл. скваж. (трещ. воды, зоны кристал, образ), Россия Водопровод, Россия, Москва Питьевые воды, Россия
234U	0,37126 3 3550000, ср. 1580 4400000 ср. 890 1620	Поверхностные воды Реки, Евр. Россия Озера, Евр. Россия, ср. полоса Подземные воды, Евр. Россия, ср. полоса Гл. скваж. (трещ. воды, зоны кристал, стр-р), Евр. Россия
234Th	3550000	Питьевые воды, Россия
230Th	ср. 3135 5 13 25 0,51800	Подземные воды, Евр. Россия, ср. полоса Колодцы, Евр. Россия, Брянск. обл. Артез. скв., Евр. Россия, Тверск .обл. Гл. скваж. (трещ. воды, зоны кристал, стр-р), Россия Питьевые воды, Россия
226Ra	0,37111 744 ср. 25 9153 ср. 73 2,637 4155 ср. 1030 3,6 292 ср. 36,5 7300 ср. 737 36,535,6104 ср. 731100 36,5328 ср. 73146 418500 ср. 1070 60 148 < 1800 110 2,8105 3,7103 1,8103 2927104 ср. 21902920 418500	Поверхностные воды Поверхностные воды, Европа Реки Реки и водопровод, Европа Реки, Евр. Россия, ср. полоса Озера Озера, Евр. Россия, ср. полоса Подземные воды (осад. породы) Подземные воды (кисл. магм. породы) Подземные воды, Евр. Россия, ср. полоса Артезианская, Евр. Россия, Брянск. обл. Гл. скваж. (трещ. воды, зоны кристал, стр-р), Россия Мин. воды, Россия Мин. воды, Пятигорск Мин. воды, Ухта Мин. воды, Славяновск Мацеста Воды урановых месторождений Питьевые воды Росия
222Rn	7666 ср. 10 104 104106 ср. 1043104 3,710318,4104 ср.5,55104 3,710415105 ср. 3,7105 20000 415000 <106	Поверхностные воды, Европа Реки и озера, Евр. Россия, ср. полоса Подземные воды, Евр. Россия, срю полоса Вода осадочных пород Вода кисл. магм. пород Артезианская, Россия Гл. скваж. (трещиноватые воды, зоны крист. стр-р), Россия Питьевая вода, Россия
210Pb	3,75,2 111 28 1100	Открытые водоемы Реки Евр. России, ср.. полоса Озера Евр. России, ср. полоса Питьевая вода, Россия
210Pо	ср. 2,2 0,013,0 17 0,415 15 37 0,5100 <48555 ср. 11,85 4	Открытые водоемы Реки, Евр. Россия, ср. полоса Озера, Евр. Россия, ср. полоса Подз. Воды, Евр. Россия, ср. полоса Артез. скваж., Россия Глубокие скважины, Россия Питьевые воды, Россия Питьевая вода Водопровод, Россия, Москва
210Bi	3 19 8	Колодцы, Россия Артезианские скваж., Россия Глубокие скважины, Россия
232Th	8,210-44,110-3 ср. 0,81 ср. 0,040,4 ср. 0,080,4 ср. 0,21800 10 0,11800	Поверхностные воды Речная Реки Евр. Россия, ср. полоса Озера, Евр. Россия, ср. полоса Подз. воды, Евр. Россия, ср. полоса Глубокие скважины, Россия Питьевые воды, Россия
228Th	173000	Подземные питьевые воды, Евр. Россия, ср. полоса
228Ra	22105 ср. 20100	Подземные питьевые воды, Евр. Россия, ср. полоса

Кроме данных о содержаниях ЕРН в поверхностных водах внесены данные и для подземных вод, так как около 10% населения земного шара используют для водоснабжения воду из подземных горизонтов, а в отдельных районах подземные воды являются единственными источниками водоснабжения.

Содержания урана в большинстве вод в среднем не более 2,5 Бк/м³, но в урановых провинциях в общем на порядок выше - (12120 Бк/м³), а в отдельных случаях может превышать 600 Бк/м³, особенно если в воде имеет место повышенное содержание сульфидов, хлоридов, карбонатов, фосфатов, нитратов или гумусного материала.

Подземные и родниковые воды содержат уран в количестве, в общем на порядок большем, чем поверхностные. Океанские воды содержат уран в количестве 1273 Бк/м³. В большинстве природных вод содержание урана существенно выше, чем содержание тория: Th/U 0,05.

Содержание урана в речных водах изменяется в пределах 1,21200 Бк/м³. Такие вариации содержаний, как указывалось выше, связаны со значительными различиями содержания урана в горных породах, интенсивности их выветривания, с многообразием форм нахождения урана в речных водах. Большая часть урана содержится в речных водах в растворимых формах. Содержание урана во взвешенном материале меньше и подвержено сильному влиянию климатических условий. Радионуклиды радия в воде находятся главным образом в ионной форме и характеризуются высокой миграционной способностью. Известна способность радия концентрироваться в известковых раковинах и водорослях - отмечен значительный перенос радия на дно водоемов.

В воде концентрация радия ниже, чем можно ожидать из условия радиоактивного равновесия с ураном, вследствие эффективного удаления радия из водной фазы.

Миграционная способность тория в водной фазе и интенсивность его выноса из коры выветривания меньше, чем у урана (торий сохраняется преимущественно в коре выветривания). Основная часть тория мигрирует в реках с обломочным материалом во взвешенном и коллоидном состояниях и быстро осаждается из водной толщи из-за склонности к гидролизу и адсорбции на взвеси, частицах и коллоидах.

В ряде случаев содержания тория возрастают по мере приближения к береговой линии (как следствие увеличения содержаний его во взвеси и повышенного содержания самой взвеси). Наиболее четко это прослеживается в Азовском море, где содержание тория в воде изменяется в пределах 0,168,80 Бк/м³.

Питьевые воды имеют сравнительно низкие содержания ²¹⁰Pb, ²¹⁰Bi и ²¹⁰Po и имеется очень большой разброс в содержаниях ²¹⁰Ро (до 4-х порядков).

Наиболее подробно изучена радиоактивность поверхностных и подземных питьевых вод средней полосы Европейской России. Данные об удельных активностях ЕРН включены в следующие таблицы.

Суммарные - и -активности этих вод варьируют в пределах:

	А, Бк/м3	А, Бк/м3
Реки и озера	40250	350850
Подземные воды	40360	10004000
Колодцы	530	810
Артезианские скваэины	3600	2550
Трещинные воды	2280	1480

Фоновая -активность природных вод на 50-90% обусловлена ⁴⁰К, а в -активность наибольший вклад дают ^234,238U, ^224,226Ra (если не учитывать ²²²Rn и ²²⁰Th и продуктов их распада).

Вода из колодцев характеризуется 40% избытком ²³⁴U по отношению к ²³⁸U. Изотопные отношения: ²³⁴U / ²³⁸U = 1,4; ²²⁶Ra / ²³⁰U =6; ²²⁶Ra / ²²⁸Ra = 2,4; ²²⁴Ra \ ²²⁸Ra = 4,1. радиоактивность гидросфера торий

Вода артезианских скважин (из водоносных горизонтов зоны известковых пород) отличается относительно более высокими удельными активностями радионуклидов радия, особенно ²²⁴Ra и высокими суммарными активностями.

Воды из трещиноватых водоносных зон кристаллических пород обычно имеют очень высокие изотопные отношения (²³⁴U / ²³⁸U =17) и высокие суммарные активности.

Подземные питьевые воды по радионуклидному составу классифицируются на три типа: урановые, радиевые и смешанные.

Воды радиевого типа имеют высокие изотопные отношения ²²⁶Ra / ²³⁸U = 1018 при относительно небольших отношениях ²³⁴U / ²³⁸U = 1,4 и ²¹⁰Pо / Г = 0,121,2. Суммарные активности этих вод изменяются в широких пределах: А = 1203500; А = 1702550 Бк/м³. Радионуклидный состав вод этого типа можно иллюстрировать данными для источников в Тверской области (№1) и и Московской области (№2,3).

Радионуклид	А, Бк/м3
	№1	№2	№3
238U	59	4	11
234U	100	16	12
226Ra	600	60	195
228Ra	200	14	39
210Pb	19	<10	20
210Po	15	<5	3
А	3500	120	380
А	2550	170	180

Воды уранового типа характеризуются низким изотопным отношением ²²⁶Ra / ²³⁸U = 0,041,0, близким к 1 изотопным отношением ²³⁴U / ²³⁸U = 1,12,6 и низким отношением ²¹⁰Pо / ²³⁸U = 0,010,08. Суммарные активности этих вод относительно невелики: А = 1501160; А = 1101100 Бк/м³.

Радионуклидный состав вод уранового типа иллюстрируется данными для источников в Белгородской области (№1, №2) и Московской области (№3).

Радионуклид	А, Бк/м3
	№1	№2	№3
238U	510	240	48
234U	560	260	123
226Ra	21	16	123
228Ra	8	8	<5
210Pb	20	<10	15
210Po	9	3	4
А	1160	520	150
А	1100	260	110

Для вод смешанного уран-радиевого типа характерно изотопное отношение ²²⁶Ra / ²³⁸U 1 и относительно низкие суммарные активности А = 260840; А = 160590 Бк/м³.

Примеры радионуклидного состава для 3-х источников этого типа (Московская область):

Радионуклид	А, Бк/м3
	№1	№2	№3
238U	268	157	61
234U	325	188	130
226Ra	266	150	117
228Ra	22	<2	25
210Pb	20	10	20
210Po	26	13	12
А	840	500	260
А	590	440	160

Для этих вод характерно близкое к 1 изотопное отношение ²²⁴Ra / ²³⁸U = 1,22,1 и низкое изотопное отношение ²¹⁰Pо / ²³⁸U = 0,080,2.

Среди подземных источников иногда встречаются источники с высоким содержанием ²¹⁰Pо. Это объясняется тем, что водозаборная скважина попадает в зону тектонической структуры с усиленной эманирующей способностью. Примерами таких источников являются 2 водозаборные скважины (Московская область).

Радионуклид	А, Бк/м3
	№1	№2
238U	41	42
234U	59	90
226Ra	202	508
228Ra	33	5
210Pb	10	25
210Po	170	472
А	570	1490
А	520	1050

Для этих источников изотопное отношение ²³⁴U / ²³⁸U близко к 1 (1,42,1), а изотопные отношения ²²⁶Ra / ²³⁸U и ²¹⁰Pо / ²³⁸U высоки (412).

Приборы и инструменты:

1. Установка для выпаривания воды

2. Вытяжной шкаф

3. Керамические чашки

4. Скребки из нержавеющей стали

5. Набор мерных сосудов

6. Набор счетных геометрий Дента 0,04 л

7. Скотч

8. Этикетки

9. Журнал по пробоподготовке воды

Порядок выполнения работы:

Методика выпаривания воды.

Выпаривание пробы воды производится при температуре не более 90-95⁰С на специальной установке, состоящей из электроплитки, песчаной бани, на которую устанавливается фарфоровая чашка, в которую вода постепенно поступает из полиэтиленовой бутыли (см. рис).

Установка для выпаривания воды: 1- Полиэтиленовая емкость с трубкой для равномерной подачи воды; 2 - Штатив с держателями; 3 - Фарфоровая чаша; 4 - Емкость с песком; 5 - Печь.

Вся установка (установки) размещается в вытяжном химическом шкафу. Процесс выпаривания производится следующим образом:

1. Отмерить мерным стаканом 2 литра пробы и налить в бутылку (предварительно промытую данной пробой воды не менее трех раз).

2. Бутылку установить над чашкой. Для этого трубку перегнуть через круг держателя и зажать конец трубки пальцем. Другой рукой перевернуть бутылку вверх дном и установить в держатель над чашкой. Конец трубки при этом опустить в чашку и отпустить палец. Вода из бутылки начнет поступать в чашку и установится примерно на уровне песка. (Если вода продолжает поступать, значит, крышка или трубка с дефектом. В этом случае бутылку необходимо снять с держателя, проделав все вышеперечисленные операции в обратном порядке.)

3. Все печки перевести в форсированный режим. Для этого тумблеры на печках установить в положение "Ф".

4. На щите №1 включить питание 220В (автоматический переключатель (АП) №2) для запуска вентилятора и включения освещения в вытяжном шкафу.

5. На АП №3 включить питание (белая кнопка) для печек. Начинается выпаривание.

6. Через 25-30 минут после включения перевести все печки на рабочий режим. Для этого тумблер на печках перевести в положение "Р" и продолжить выпаривание. (Выпаривание происходит при температуре не выше 90⁰С, чтобы не допустить потерь радионуклидов из-за капельного уноса).

7. Когда уровень воды в бутылке опустится до (ниже) уровня трубки, бутылку аккуратно вынимают из держателя, снимают крышку и выливают остатки воды в чашку. Затем наливают следующие 2 литра воды в бутылку и продолжают выпаривание. На одну пробу необходимо выпарить 16 литров воды.

8. При выпаривании последней порции воды в пробе, данную печку отключают из розетки, находящейся в вытяжном шкафу. При этом остальные печки могут продолжать работать.

9. Чашку с сухим остатком снимают с печки и остужают, а бутылку тщательно промывают водой с моющим средством и ополаскивают дистиллированной водой.

10. Отключают все печки при помощи АП№3 (красная кнопка). Отключить вентилятор и освещение в вытяжном шкафу можно при помощи АП№2 на щите №1.

· На одной печке выпаривается только одна проба воды.

· При выключении печек вентилятор не отключать до полного остывания печек. На ночь вентилятор можно не отключать.

· Не доливать в раскаленную пустую чашку воду, чтобы не допустить растрескивания чашки. (Чашку необходимо снять с печки, а печку отключить и остудить, а затем доливать воду и продолжать выпаривание).

· Регулярно мыть проточной водой, а затем водой пробы мерные сосуды и воронку.

· Не оставлять надолго открытым вытяжной шкаф.

· По окончании работ отключить питание на АП №2 и АП №3.

11. Скребком из нержавеющей стали счищают осадок со стенок чашки и пересыпают в чистую сухую чашку меньшего объема.

12. Оставшийся на стенках чашки осадок смывают 100-150 миллилитрами дистиллированной воды (и/или соляной кислоты) и добавляют к пробе.

13. Включают питание при помощи автоматического переключателя (АП) №2.

14. Включают вытяжной шкаф. Для этого на (АП) №1 нажимают кнопку.

15. Включают печку, установленную в вытяжном шкафу (в розетку).

16. В полученный раствор добавляют 1 мл серной кислоты. Смесь устанавливают на печку под вытяжку, выпаривают на песчаной бане до получения сухого остатка (на положении тумблера печки - 2-3). Отключают печку (из розетки). Чашку с пробой снимают с печки и дают остыть.

17. Включают муфельную печь. Для этого переключатель №3 устанавливают в положение "ВКЛ". На муфеле должна загореться лампочка.

18. Полученную пробу переносят в муфельную печь и прокаливают в течение одного часа при температуре 350⁰С.

19. Отключают муфельную печь (тумблер №3 переводят в положение "ОТКЛ").

20. Отключают АП №2 и АП №1.

21. Пробу остужают.

22. Скребком из нержавеющей стали тщательно снимают сухой остаток водной пробы со стенок чашки, затем фарфоровым пестиком дотирают осадок до однородной порошковой массы.

23. Осадок аккуратно переносят в мерную колбу для определения объема пробы, а затем в чистую сухую кювету, предварительно пронумерованную и взвешенную, для определения массы осадка.

24. Полученный осадок доводят до объема 40 мл, плотностью 0.92г/см³ (плотность калибровочного источника), смешивая его с содой и опилками. Масса полученной пробы должна равняться 36.8г.

Количество соды и опилок определяют из системы уравнений:

_oV_o+_cV_c=M,

V_o+V_c=V,

Уравнения для проверки:

m_o+m_c=M,

m_o/_o+m_c/_c=V,

где М=36.8 - m_осадка;

V=40-V_осадка;

m_o - масса опилок;

m_с - масса соды;

V_o - объем опилок;

V_с - объем соды;

_о, _с - плотность опилок и плотность соды соответственно. Для данных соды и опилок: _о=1,24г/см³, _с=0,14г/см³ (в остальных случаях плотность соды и опилок определяется по формуле: =m/V, т.е. мерной колбой отмеряем произвольный объем соды (опилок), например 10мл и взвешиваем его. Далее плотность рассчитывается по формуле: V_осадка, m_осадка - объем и масса полученного осадка, определяются экспериментально.

- При взвешивании необходимо учитывать массу кюветы.

- Все полученные данные заносят в специальный журнал.

- По окончании работы проверить, все ли приборы выключены.

Размещено на Allbest.ru