Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Подготовка проб почвы и растительности для инструментального гамма-спектрометрического метода радионуклидного анализа

Введение

Цель работы: освоение методик подготовки проб почвы и растительности, подготовка проб почвы и растительности для инструментального гамма-спектрометрического метода радионуклидного анализа

1. Общие сведения о радиоактивности почвы

Почва является наиболее распространенным на поверхности Земли природным ионнообменным материалом на границе литосферы и атмосферы - главным резервуаром радионуклидов (естественные радионуклиды (ЕРН) - литосфера, искусственные радионуклиды (ИРН) - атмосфера). Она является наиболее емким и самым инерционным звеном в цепочках переноса радионуклидов в биологические объекты. Поэтому проблеме радионуклидов в почве уделяется особое внимание в радиоэкологии.

В процессе почвообразования ЕРН привносились от разрушавшихся материнских (подстилающих) пород в виде дисперсного материала, накапливались в тонких фракциях почвы в результате захвата (сорбции) их глинистым и коллоидным веществом. Поэтому содержание ЕРН в почвах определяется их содержанием в материнских породах, процессами выщелачивания их из этих пород подземными водами и другими процессами. ЕРН в процессе почвообразования и позднее участвуют в общем круговороте - часть их с газами через почву эманирует в атмосферу, часть концентрируется в наземных растениях, часть с грунтовыми водами и осадками выносятся в гидросферу.

Радиоактивность почв обусловлена рядом химических и др. факторов (растворение, миграция, осаждение и др.).

1. Она определяется типом подстилающих материнских пород и характеристиками их выветривания. Наивысшая радиоактивность почв имеет место для подстилающих пород изверженного типа (граниты, гнейсы и др.).

2. Условиями осаждения и адсорбции ЕРН, влияющими на ионы радиоактивных элементов и их комплексы с различными анионами (для урана - с анионами VO₄, PO₄, AsO₄, CO₃), почвенными коллоидами, гидроокислами (для урана - с гидроокислами Si, Al, Ti, Fe, Mn)

3. рH почвенного раствора.

4. Реакциями образования комплексов с органическим (гумусным) материалом.

5. Действием микроорганизмов.

6. Действием климатических условий. Уран, в общем, значительно более подвижен в почвах регионов с полуаридным и аридным климатом, чем в почвах, насыщенных влагой, в тропических районах. Это является результатом низкого содержания органического материала в почвах аридных регионов.

Одним из наиболее существенных факторов является влияние подземных вод, в том числе из глубоколежащих водоносных горизонтов высокоминерализированных пластовых вод. Для содержания некоторых радионуклидов (²²⁶Ra, ²²²Rn и его ДПР) в почвах иногда существенное значение имеет не только влияние подземных вод, но и подземных газов.

Именно этими факторами определяется сильная вариация содержания ЕРН и различия содержаний ЕРН в почвенных горизонтах. Вариация содержания U для нормальных почв ограничивается пределами <12100 Бк/кг, а для почв урановых аномалий 60012500 Бк/кг.

Во многих нормальных почвах горизонт А обогащен ураном из-за гумусных материалов (комплексов гумуса с глиной, силикатами, железом).

На некоторых ураноносных площадях может быть сильно обогащен ураном горизонт В (по сравнению с горизонтом А) из-за адсорбции и(или) конфискации (поглощения) его гидроокислами железа, алюминия марганца и др. радиоактивность почва ионообменный

Содержание ²²²Rn в почвенном воздухе варьирует в пределах от 0,37 кБк/м³ до 740 кБк/м³ и зависит от радиоактивности и степени выветривания подстилающих материнских пород, структуры, текстуры и состояния почв. С содержанием ²²²Rn в почвах естественно связаны и содержания его ДПР (²¹⁰Pb, ²¹⁰Bi и ²¹⁰Pо), которые накапливаются в почве в результате распада ²²²Rn и в результате процессов осаждения.

Данные о содержаниях ЕРН в почвах сведены в таблице 1.

Таблица 1

Общей особенностью пространственного распределения ЕРН в почвах является увеличение их содержания к югу, что связано с ландшафтным и геологическим строением земной коры. Главными факторами, определяющими содержание ЕРН в почве, являются радиогеохимические особенности подстилающих пород. Другим фактором является ландшафт и интенсивность потока солнечной радиации на земную поверхность. Почвы севера со слабоминерализованным кислым и гидрокарбонатно-кальциевыми инфильтрационными водами обеднены ЕРН. Почвы Юга семиаридной и аридной зон (лесостепная, степная, полупустынная) с сульфатно-карбонатными и хлоридными водами с высокой минерализацией обогащены ЕРН. Так, территорию России по содержанию ЕРН в почвах и уровню обусловленной этим радиации можно разделить на три зоны.

Зона пониженной радиации - равнинная часть севера России - тундровый и таежный ландшафты. Содержание ЕРН в подстилающих горных породах низкое, и низкое содержание ЕРН в глеевых, болотно-подзолистых и болотных почвах ( 14% территории России).

Зона умеренной радиации - лесостепные, таежные и горно-таежные ландшафты. Содержание ЕРН в осадочных и магматических породах соответствует средним, а содержание ЕРН в дерново-подзолистых и подзолистых почвах несколько выше, чем в северной зоне ( 65% территории России).

Зона повышенной радиации - степные и горно-степные ландшафты. Содержание ЕРН повышено в подстилающих кислых магматических породах и почвах степной зоны (лугово-черноземные, каштановые) и горно-таежной зоны (дерново-подзолистые и подзолистые) ( 17% территории России).

Связь содержания ЕРН с типом почв ясно видна из приведенной выше таблицы.

Мощности эквивалентной дозы (МЭД) в воздухе на высоте 1 м над поверхностью почвы от единицы удельной активности (Бк/кг) ЕРН равен 0,662 нГр/час, 0,427 нГр/час и 0,043 нГр/час соответственно от ²³²Th, ²³⁸U, ⁴⁰К (для почвы плотностью 1,6 г/см³, влажностью 10% и в предложении, что все продукты распада ²³⁸U и ²³²Th находятся в радиоактивном равновесии со своими предшественниками). Вклады от ЕРН в суммарную МЭД 44 нГр/час составляют 11, 17 и 16 нГр/час для ²³⁸U, ²³²Th и ⁴⁰К соответственно, при их среднем содержании в почвах (или 25%; 40% и 35% суммарной МЭД) соответственно для ²³⁸U, ²³²Th и ⁴⁰К.

Результаты исследований 1964-1987 гг в 23 странах (около половины населения земного шара) показывают, что средние по странам (регионам) МЭД варьируют в пределах 24-85 нГр/час. Значения МЭД для регионов варьируют от минимального для Канады (24 нГр/час) до максимальных в Норвегии (73 нГр/час), Швеции и Китае (80 нГр/час).

Из-за высокого значения МЭД в таком огромном регионе, как Китай, предпринято дополнительное исследование удельной активности ЕРН в почвах. Выявлено, что средние удельные активности ²³⁸U, ²³²Th и ⁴⁰К приблизительно вдвое выше, чем принятые НКДАР ООН в качестве среднемировых величин. К среднемировым величинам МЭД близки величины МЭД для ФРГ, Венгрии, Италии, Японии (50-60 нГр/час), особенно МЭД для США (46 нГр/час), Великобритании (40 нГр/час), Ирландии (42 нГр/час), Бельгии и Австрии (43 нГр/час).

Наибольшие уровни МЭД из-за высокой радиоактивности почв выявлены в ряде районов Индии и Бразилии: 1501000 нГр/час и вплоть до 6000 нГр/час в штатах Керала и Тамилнад (Индия) из-за монацитового песка, содержащего до 8-10% вес. тория; 1301200; 2204200 и 1101000 нГр/час для городов Гуарапари, Лиампа, Паус-ди-Калдас (Бразилия) соответственно.

Эти аномалии связаны с россыпями тяжелых песков, содержащих монацит, в котором содержание ²³²Th доходит до 10%. В Индии аномалии представляют собой залежи монацита длиной 250 км и шириной около 0,5 км.

Радиоактивные аномалии в Бразилии также связаны с монацитовыми песками вдоль атлантического побережья (штаты Эспиряту-Сайбу, Рио-де-Жанейро) и в районе геологического разлома вдали от побережья (штат Минся-Жерайе). Значительные аномалии различной природы выявлены также в провинциях Лацио и Кампанья (Италия), на Мадагаскаре, в Нигерии, во Франции (в основном до 2 мкГр/час) и Иране (г. Рамсер) в районе с высоким содержанием ²²⁶Rа в воде на площади в несколько квадратных км (0,750 мкГр/час), на севере в районах, где процесс почвообразования заторможен (тундровые почвы) и на территориях, подверженных действию ледников (север Норвегии, Аляска) в почвенном покрове также обнаруживается значительное количество урана (> 10 раз выше, чем среднемировые).

Повсеместно распространены менее четко выраженные природные радиоактивные аномалии, связанные, как правило, с изверженными породами, некоторыми глинами, песчаниками и др. породами с высоким содержанием ЕРН.

Для малых (локальных) аномалий над рудным телом, содержащим повышенное содержание урана, в типичном случае над земной поверхностью достаточно резко изменяется интенсивность излучения урана, более резко - излучение ²²²Rn и еще более резко - излучение ²²⁶Rа.

Особый интерес представляют данные о содержаниях в почвах ДПР ²²²Rn, которые не представлены в таблице. Содержание ²²²Rn и его ДПР в основном определяется потоком радона из глубины земной коры (с газом и в составе подземных вод). Содержание в почвах ²¹⁰Pо варьирует в пределах 9,6555 Бк/кг и иногда меньше равновесного. Величина отношений ²¹⁰Pb/²¹⁰Pо в верхнем (0-5 см) слое почвы значительно больше 1 и уменьшается с глубиной.

Замечено существенное влияние мощности растительного покрова на содержание ²¹⁰Pb в почвах. Так, при исследовании содержания ²¹⁰Pо в почвах сосновых лесов определено, что содержание ²¹⁰Pb минимально в суглинистых, лишенных растительности почвах 85 Бк/кг, при наличии развитого растительного покрова 320 Бк/кг, а при наличии мхов - до 470 Бк/кг.

2. Приборы и инструменты

1. Сушильный шкаф

2. Весы

3. Колонка сит

4. Ступки и пестики

5. Нож, ножницы

6. Металлические или картонные противни

7. Набор счетных геометрий: Маринелли 1л, Маринелли 0,35 л, Дента 0,1 л, Дента 0,04 л, Дента 0,02 л, Дента 0,015 л.

8. Этикетки, на которых указывается:

- Шифр пробы

- Геометрия счетного образца

- Масса пробы, г

- Дата упаковки

9. Журнал для пробоподготовки, в которую вносятся:

- Порядковый номер

- Номер точки

- Шифр пробы

- Глубина отбора, см

- Дата отбора

- МЭД на высоте 2-3 см

- МЭД на высоте 1 м

- Масса «мокрой» пробы, г

- Масса «сухой» пробы, г

- Геометрия счетного образца

- Масса счетного образца, г

- Дата упаковки счетного образца

- Исполнители

- Примечания

Порядок выполнения работы:

1. Завести журнал для пробоподготовки, заполнить его.

2. «Мокрую» пробу почвы/растительности взвесить на весах, результаты записать в журнал по пробоподготовке.

3. Всю пробу почвы расстелить на металлическом/картонном листе и высушить в сушильном шкафу при температуре 105-110⁰С

4. Заново взвесить всю пробу для определения «сухого» веса пробы и результаты занести в журнал по пробоподготовке в соответствующую графу.

5. Из всей пробы почвы методом квартования отобрать необходимое количество (объем) почвы, просеять через сито диаметром ячейки 1мм, при необходимости растереть в ступке (проба растительности предварительно измельчается ножом/ножницами), взвесить и перенести в специальный счетный сосуд (счетную геометрию) нужного объема. Все данные также заносятся в журнал.

6. Полученный счетный образец при необходимости герметизируется выдерживается в течение двух недель до установления радиоактивного равновесия в ряду ²²⁶Ra - ²²²Rn и передается на измерение

Размещено на Allbest.ru