Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ 90Sr В ПОЧВАХ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ БОЕВЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СЕМИПАЛАТИНСКОМ ИСПЫТАТЕЛЬНОМ ПОЛИГОНЕ

Кундузбаева А.Е. 1 Кабдыракова А.М. 1 Лукашенко С.Н. 1 Ларионова Н.В. 1
1 Институт радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК
Целью данной работы является изучение форм нахождения Sr90 в почвах некоторых участков площадки «4а» – места проведения испытаний БРВ. В работе представлены данные относительного содержания форм нахождения Sr90 – основного компонента радиоактивного загрязнения данной площадки. Выявлен неоднородный характер распределения Sr90 в почвах. В целом, радионуклид Sr90 находится в почвах площадки «4а», в основном, в обменной форме (55,2 %). Содержание легкодоступной для растений водорастворимой формы незначительно (0,4 %), однако с учетом высокого уровня валового содержания Sr90 в почвах, удельное содержание водорастворимой формы в почвах площадки «4а» может достигать внушительных значений (до 1000 Бк/кг). Установлено, что на СИП почвы площадки испытаний БРВ характеризуются максимальными параметрами биодоступности и подвижности радионуклида Sr90, наряду с почвами радиоактивных водотоков площадки «Дегелен» и условно «фоновых» территорий СИП.
последовательное экстрагирование
90Sr
формы нахождения радионуклидов
испытания брв
площадка «4а»
сип
1. Кабдыракова А.М. Формы нахождения радионуклидов в почвах экосистем водотоков горного массива Дегелен / А.М. Кабдыракова, А.Е. Кундузбаева., С.Н. Лукашенко // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007–2009 гг.] / под рук. С.Н. Лукашенко. – Вып. 2. – Павлодар: Дом печати, 2010. – 527 с.
2. Кундузбаева А.Е. Формы нахождения искусственных радионуклидов в почвах на территории площадки «Опытное поле» / А.Е. Кундузбаева., С.Н.Лукашенко, Р.Ю. Магашева // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Национального ядерного центра Республики Казахстан за 2011–2012 гг.] / под ред. С.Н. Лукашенко. – Т. 2. – Вып. 4. – Павлодар: Дом печати, 2013. – С. 181-208.
3. Ларионова Н.В. Сравнительный анализ параметров накопления радионуклидов растениями для различных участков бывшего СИП / Н.В. Ларионова [и др.]. //Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Национального ядерного центра Республики Казахстан за 2011–2012 гг.] / под ред. С.Н. Лукашенко. – Т. 2. – Вып. 4. – Павлодар: Дом печати, 2013. – С. 149-158.
4. Логачев В. Радиоэкологические последствия испытаний БРВ на Семипалатинском полигоне // Бюллетень по атомной энергии. – 2002. – № 12. – С. 62-67.
5. Миграция и трансформация физико-химических форм радионуклидов аварийных выпадений ЧАЭС в почвах и лесных подстилках / под ред. А. В. Трапезниковой, С. М. Вовка, Л. Н. Михайловская // Проблемы радиоэкологии и пограничных дисциплин. – Заречный, 1999. – Вып. 2 . – 359 с.
6. Осинцев А.Ю., Сальменбаев С.Е. Исследование характера и уровней радиоактивного загрязнения площадки испытаний боевых радиоактивных веществ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6-2. – С. 279-287.
7. Speciation of radionuclides in the environment. B. Salbu, L. Skipperud // Journal of Environmental Radioactivity, 100 (2009), 281-282.
8. Analyst, 2008, 133, 25-46, Jeffrey R.Bacon, Christine M. Daidson. Is there a future for sequential chemical extraction?
9. Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах / Ф.И. Павлоцкая. – М.: Атомиздат, 1974. – 215 с.
10. Пономарева В.В. Гумус и почвообразование (методы и результаты изучения) / В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. – Л.: Наука, 1980. – 222 с.
11. Почвы Казахской ССР. Павлодарская область. – Алма-Ата: Наука, 1960. – Вып. 3. – 265 с.
12. Почвы Казахской ССР. Карагандинская область. – Алма-Ата: Наука, 1967. – Вып. 8. – 330 с.
13. Почвы Казахской ССР. Семипалатинская область. – Алма-Ата: Наука, 1968. – Вып. 10. – 474 с.
14. KZ.07.00.00471-2005 Методика определения содержания искусственных радионуклидов Pu239+240 и Sr90 в объектах окружающей среды (почвах, грунтах, донных отложениях и растениях). – Алматы: Изд-во стандартов, 2010. – 24 с.
15. KZ.07.00.00303-2004 Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного гамма спектрометра с программным обеспечением «Прогресс». – Менделеево: ГНМЦ «ВНИИФТРИ», 2004. – 30 с.

В 50-е годы прошлого столетия в Советском Союзе проводились исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию радиологического оружия в ракетном и бомбовом исполнении. В качестве боевого снаряжения использовали жидкие и порошкообразные боевые радиоактивные вещества (БРВ), представлявшие собой радиоактивные отходы атомной промышленности, а также продукты, полученные после облучения специальных образцов в промышленном реакторе. На Семипалатинском испытательном полигоне (СИП) испытания БРВ проводили на двух специально выделенных площадках – «4» и «4а». По имеющимся данным, испытания БРВ вследствие переноса радиоактивных веществ, оказали влияние на радиоактивное загрязнение северо-западной части территории полигона помимо собственно территории площадок [4]. Основным загрязнителем почвенного покрова данных площадок является радионуклид 90Sr [6].

До настоящего момента на СИП исследования форм нахождения радионуклидов в местах проведения испытаний боевых радиоактивных веществ не проводились. Результаты изучения миграционных свойств радионуклидов в почвах площадки «4а» имеют большое практическое значение при оценке биологической доступности и подвижности радионуклидов в почвах, а также выборе технологии рекультивации данной территории, имеющей уникальные особенности радионуклидного загрязнения.

Целью работы является исследование форм нахождения радионуклида 90Sr в почвах площадки испытания БРВ на СИП.

Материал и методы исследования

Характеристика объекта исследования

Испытательная площадка «4а» находится в северо-западной части Семипалатинского испытательного полигона (рисунок 1).

Рис. 1. Семипалатинский испытательный полигон

Почвы данной территории относятся к зональным каштановым и светло-каштановым нормальным, неполноразвитым и малоразвитым типам. Встречаются и лугово-каштановые, луговые почвы в комплексе и сочетании с солонцеватыми и солончаковатыми, солонцами и солончаками. Для почвенного покрова территории характерны незначительная мощность покровных рыхлых отложений, защебненность, небольшое содержание органического вещества.

Каштановые и светло-каштановые зональные малоразвитые и неполноразвитые почвы распространены на склонах сопок, сложенных плотными коренными породами, выходы которых нередко отмечаются на вершинах. Почвообразующими породами для них служат маломощные элювиально-делювиальные щебнистые суглинки, мощность которых постепенно увеличивается от вершины сопок к их подножью, а вместе с тем уменьшается степень скелетности почв. Нормальные, т.е. с полноразвитым профилем каштановые почвы встречаются на рассматриваемой территории редко, в основном, на делювиально-пролювиальном шлейфе, оконтуривающем мелкосопочник на севере и северо-востоке.

Основными морфологическими признаками неполноразвитых и малоразвитых почв является малая мощность гумусового горизонта (15–25 см) при мощности всего рыхлого слоя не более 40–60 см. В подзоне каштановых почв отсутствует проявления белоглазки, тогда как в светло-каштановых почвах отмечается непосредственно под гумусовым горизонтом карбонатный иллювиальный горизонт. Все почвы легко- или среднесуглинистые, но, как правило, опесчаненные. Наиболее распространенными среди каштановых почв являются среднегумусные (3–4 % гумуса) виды. Содержание гумуса в светло-каштановых почвах в верхнем горизонте достигает 2–3 %. Реакция почвенного раствора на поверхности близка к нейтральной, но далее вниз по профилю меняется на слабощелочную или щелочную, что особенно характерно для светло-каштановых почв [9, 10, 11].

Было исследовано 9 из 25 участков площадки «4а», на которых были непосредственно проведены испытания БРВ (рисунок 2).

Рис. 2. Схема расположения исследуемых участков на площадке "4а"

Отбор проб

Отбор точечных проб почвы проводили на 9 участках с максимальными уровнями радиоактивного загрязнения, на глубину 0–5 см с площади 600 см2. Основным загрязнителем почв исследуемых участков является радионуклид 90Sr [6]. Данные о содержании радионуклида 90Sr в почвах исследуемых участков приведены в таблице 1.

Таблица 1

Содержание радионуклида 90Sr в почвах исследуемых участков (0–5 см)

№ п/п

№ участка

Содержание радионуклида 90Sr, Бк/кг

4

уч. 1

3,6·104 ± 0,4·04

1

уч. 2

3,8·104 ± 0,4·104

3

уч. 3

9,3·104 ± 1,0·104

7

уч. 4

5,5·104 ± 0,6·104

8

уч. 9

4,1·104 ± 0,5·104

5

уч. 13

1,5·105 ± 0,2·105

10

уч. 19

2,7·105 ± 0,3·105

2

уч. 20

1,3·105 ± 0,1·105

6

уч. 24

3,1·105 ± 0,3·105

Определение форм нахождения радионуклидов в почве

Исследование форм нахождения радионуклидов в почвах проводили методом последовательной экстракции. Данный метод широко используется в исследованиях большого количества токсичных элементов в разных типах образцов [7, 8].

В работе была использована схема последовательного экстрагирования, предложенная Ф.И. Павлоцкой (таблица 2) [9]. Схема была модифицирована добавлением промежуточной стадии выделения органически связанных радионуклидов раствором 0.1 NaOH на основе методики, разработанной И.В. Тюриным [10].

Таблица 2

Схема последовательного экстрагирования

Форма

Экстрагент

Группа соединений

Обменная форма (легкодоступная форма)

1M CH3COONH4

Водорастворимые соли неорганических кислот и органические соединения (соли, комплексы), несвязанные фульваты элемента, соединения, сорбированные почвой по механизму ионного обмена, в карбонатных почвах частично углесоли элемента (карбонаты)

Органическая форма (потенциальный резерв)

0.1Н NaOH

Связанные с органической частью (фракции гуминовых кислот и фульвокислот), свободной или непрочно связанной с минеральной частью почвы

Подвижная форма (потенциальный резерв)

1M HCl

Карбонаты, непрочно сорбированные соединения элемента окислами железа и алюминия, глинистыми минералами, фульваты, труднообменные ионы, свежеосажденные гидроокиси

Прочносвязанная форма (остаточная, недоступная форма)

Смесь кислот HNO3-HF

В составе полуторных окислов железа и алюминия, ионы связанные прочно (необменно) органическим веществом почвы, адсорбированные по типу изоморфного замещения в кристаллических решетках [5]

На всех этапах эксперимента соотношение почвы и экстрагента составляло 1:5. Непосредственно в остатках почвы после выщелачивания определяли прочносвязанные формы радионуклида. Содержание форм нахождения радионуклида рассчитывали в процентных долях от суммарного содержания всех форм.

Радионуклид 90Sr в почвах определяли по методике с использованием b-спектрометра «Прогресс» [14]. Содержание 90Sr в вытяжках анализировали радиохимическим методом в соответствии с аттестованными методическими указаниями [15]. Предварительный этап радиохимического анализа радионуклида 90Sr в почвах предусматривал глубокое разложение образца (озоление) смесью минеральных кислот.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследований форм нахождения 90Sr в почвах площадки «4а» представлены в таблице 3.

Таблица 3

Относительное содержание форм нахождения радионуклида 90Sr, % от суммарного содержания всех форм

п/п

№ участка

Водорастворимая

форма, %

Обменная

форма, %

Органическая

форма, %

Подвижная

форма, %

Прочносвязанная

форма, %

1

уч.2

0,27 ±0,04

67,5 ±9,4

1,2 ±0,2

18,9 ±2,7

12,1 ±2,4

2

уч.20

0,29 ±0,04

62,9 ±10,5

1,9 ±0,3

25,1 ±3,7

9,7 ±1,6

3

уч.3

0,26 ±0,05

61,8 ±9,4

1,1 ±0,1

23,1 ±3,7

13,7 ±1,2

4

уч.1

0,20 ±0,03

57,2 ±9,3

0,8 ±0,1

27,8 ±4,6

13,9 ±2,2

5

уч.13

0,08 ±0,01

50,9 ±7,9

0,6 ±0,1

18,2 ±2,4

30,3 ±3,6

6

уч.24

0,37 ±0,06

65,4 ±9,3

18,7 ±3,7

4,7 ±0,8

10,8 ±1,3

7

уч.4

0,13 ±0,01

24,8 ±3,9

0,7 ±0,1

10,8 ±1,5

63,5 ±9,3

8

уч.9

0,19 ±0,03

44,3 ±6,6

13,2 ±1,9

2,7 ±0,4

39,6 ±7,5

9

уч.19

0,34 ±0,07

61,7 ±8,5

1,3 ±0,2

25,5 ±4,2

11,1 ±1,3

min-max

0,1-0,4

24,8-67,5

0,6-18,7

2,7-27,8

9,7-63,5

0,2

55,2

4,4

17,4

22,8

σ

0,09

13,5

6,7

9,3

18,4

CV, %

39,8

24,5

152

53,3

81,0

По данным исследования основное содержание радионуклида 90Sr в почвах площадки «4а» находится в обменной форме (55,2 %). Доля водорастворимой формы наименьшая и не превышает 0,4 % от суммарного содержания всех форм. Однако с учетом высокого уровня валового содержания 90Sr в почвах удельное содержание водорастворимой формы в расчете на 1 кг почвы достигает высоких значений (до 1000 Бк/кг). Содержание органической формы незначительно (в среднем 4,4 %), при этом отмечается максимальное варьирование значения данного параметра (коэффициент вариации составляет 152 %) в исследуемых почвах. Среднее содержание подвижной и прочносвязанной форм имеет близкие значения (17,4 % и 22,8 %, соответственно), однако параметры подвижной формы характеризуется меньшей вариативностью.

Сравнительный анализ форм нахождения радионуклида 90Sr в почвах площадки «4а» с другими, ранее исследованными, испытательными площадками СИП («Опытное поле», условно «фоновые» территории, «Дегелен»), выявил некоторые особенности. Установлено, что на СИП радионуклид 90Sr в почвах площадки «4а» характеризуется наибольшими параметрами подвижности и биологической доступности, по аналогии с площадкой «Дегелен» и условно «фоновыми» территориями, характеризующимися значительным содержанием обменной формы 90Sr в почве (52,0 % и 61,8 %, соответственно) [1]. Отметим, что на СИП наименьшей биологической доступностью и подвижностью в почвах 90Sr характеризуется на территории площадки «Опытное поле» (93,1 % в прочносвязанной форме), что обусловлено первоначальными формами нахождения радионуклида в выпадениях от проведенных на данной площадке испытаний и сопутствующим им механизмам образования радиоактивных частиц [2].

Высокий уровень валового содержания и суммарного содержания водорастворимой и обменной формы 90Sr обуславливают значительный переход 90Sr из почвы в растения при корневом поступлении. По данным исследования накопления радионуклидов растениями, произрастающими на СИП, наибольшие значения коэффициента накопления 90Sr характерны для мест испытания БРВ [3].

Результаты форм нахождения радионуклидов в почвах могут быть также использованы в качестве научного обосновании при выборе методов рекультивации участков испытания БРВ. В частности, использование метода перепашки почвы с перемещением загрязненного поверхностного слоя вглубь (до 10–15 см), который в настоящее время применяется для рекультивации радиоактивно загрязненных участков на площадке «Опытное поле» (место проведения наземных и воздушных ядерных взрывов), нецелесообразно на площадке «4а», поскольку возможен вынос радионуклида растениями из более глубоких слоев в верхние.

Выводы

Результаты исследований выявили неоднородный характер распределения форм нахождения радионуклида 90Sr в почвах площадки «4а». Установлена высокая подвижность и биологическая доступность 90Sr в почвах исследуемых участков. Среднее содержание водорастворимой формы составляет 0,2 %, обменной – 55,2 %, органической – 4,4 %, подвижной – 17,4 %, прочносвязанной – 22,8 %. На СИП площадка испытания БРВ характеризуется наибольшими значениями параметров подвижности и биодоступности, что также подтверждается исследованиями накопления радионуклида 90Sr зональными растениями, произрастающими на данной площадке.

Существует необходимость проведения дополнительных исследований территории площадки «4а» для изучения влияния физико-химических свойств почв на поведение 90Sr в почве, а также определения характера распределения форм нахождения радионуклидов в почвенном профиле.

Полученные результаты являются важным фактором при выборе технологии рекультивации участков испытания БРВ, а также накладывают определенные ограничения на дальнейшее обращение с загрязненными грунтами данной площадки.


Библиографическая ссылка

Кундузбаева А.Е., Кабдыракова А.М., Лукашенко С.Н., Ларионова Н.В. ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ 90Sr В ПОЧВАХ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ БОЕВЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СЕМИПАЛАТИНСКОМ ИСПЫТАТЕЛЬНОМ ПОЛИГОНЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=25081 (дата обращения: 18.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074