Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Радіоекологія практичні.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.03.2025

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1010

§1.6 Проблеми дозиметрії

6.1 Поняття та визначення

Поглинута доза іонізуючого випромінювання – кількість енергії випромінювання, поглинутою одиницею маси об’єкта, що опромінюється.

Очікувана і піввікова, комітментна ефективна еквіва-лентна доза випромінювання – доза розрахована на 50 років спостереження.

6.2 Моделі оцінки поглинених доз випромінювання від різних джерел

6.2.1 Складові індивідуальної еквівалентної дози іонізуючого випромінювання.

Складові дози:

1 Еквівалентна доза від зовнішніх джерел гама-випромінювання;

2 Еквівалентна доза випромінювання внаслідок уживання продуктів харчування.

3 Інгаляційна еквівалентна доза випромінювання, оцінюється за активністю радіонуклідів у вдихуваному повітрі.

6.2.2 Розрахунок доз від зовнішнього опромінення.

Для розрахунку доз опромінення від зовнішніх джерел радіонуклідів, випромінюючих різні типи випромінювання, необхідно по активності радіонукліда визначити інтенсивність потоку частинок або квантів і розрахувати потужність експозиційної дози. В основі таких розрахунків лежить активність радіонукліда.

Маса 1 Кі радіонукліда тим менша, чим коротший період його напіврозпаду. Знаючи постійну радіоактивного розпаду (с^-1), можна розрахувати масу чистого радіонукліда даної активності. Наприклад, маса 1 мкКі (в г) рівна 6,15·10^-20 А/ , де А – моль радіонукліда. Маса 1 мкКі складає всього 2,17·10^-7 г, - 3,49·10^-12 г, - 1,15·10^-17 г.

Серед радіонуклідів є випромінювачі - і -частинок, у яких випромінювання цих частинок супроводжується виникненням -квантів. Так -розпад, який супроводжується -випромінюванням, характерний для , та інших радіонуклідів. Разом з тим є радіонукліди, які випромінюють тільки -частинки. До них відносяться .

Так як проникна здатність -частинок в порівнянні з -випромінюванням невелика, при зовнішньому опроміненні радіонукліди, які випромінюють -радіацію, можна розглядати як джерело тільки -променів.

Для розрахунку потужності експозиційної дози -променів на певній відстані від точкового джерела використовують формули (4.13), (4.14), або співвідношення

, (6.1)

де - константа, Рентген·см²/мКі·год; - активність -випромінювання, мКі; - відстань, м.

називають -сталою.

Іноді повну -постійну розраховують, використовуючи іншу одиницю - Р·год^-1·Кі^-1·м². Нижче в таблиці 6.1 наведено значення повної -сталої, яка враховує всі лінії -променів даного радіонукліда. Потужність експозиційної дози не дає можливості оцінити санітарно-гігієнічні показники по відношенню до впливу іонізуючого випромінювання на людину. Для цього необхідно зробити перехід до поглиненої і еквівалентної доз.

Таблиця 6.1 – Значення повної -сталої для даного радіонукліду

Радіо-нуклід	Період пів-розпаду	Енергія -кванта, МеВ	Вихід -квантів на 100 розпадів	Повна -стала, Р·год^-1·Кі^-1·м²
Na²²	2,6 років	1,28	100	12,56
K⁴⁰	1,32·10⁹ років	1,46	11	0,81
Co⁶⁰	5,3 роки	1,33	100	13,20
Zn⁶⁵	250 діб	1,12	45	2,85
Nb⁹⁵	34,88	0,764	100	4,44
I¹³¹	8 діб	0,722 0,364	2,8 80,9	2,3
Cs¹³⁷	30 років	0,661	92	3,55
Ce¹⁴¹	32,5 діб	0,166	100	1,45

При хронічному опроміненні коефіцієнт якості фотонного випромінювання прийнятий за одиницю; в цьому випадку визначення еквівалентної дози зводиться до обрахунку поглиненої дози випромінювання. Якщо відома поглинена доза в деякій речовині 1, то при виконанні умови електронної рівноваги поглинена доза в другій речовині 2 в тій же самій точці радіаційного поля визначається наступною формулою:

, (6.2)

де - масові коефіцієнти передачі енергії для речовини 1 і 2 відповідно.

При швидкості утворення іонів в повітрі пар іонів/(см³·с), температурі t⁰C і тиску р. мм рт. ст., потужність експозиційної дози мР/с можна розрахувати за формулою:

. (6.3)

При нормальних умовах (0⁰С і 760 мм рт. ст.) ця формула набуває вигляду

. (6.4)

Швидкість утворення іонів іонізуючої компоненти космічного випромінювання в повітрі на висоті рівня моря в середньому рівна 2,14 пар іонів/(см³·с). Поглинена доза в повітрі за рік при цьому 2,8·10^-4 Гр.

При розрахунках дози (потужності дози) в гонадах, кістковому мозку і деяких інших органах людини, які проводились на підставі даних про поглинену дозу в повітрі, необхідно врахувати їх екранування прилеглими тканинами. Якщо вихідні дані відносяться до вільного приземного повітря, то для оцінки дози в окремих органах і тканинах необхідно враховувати екрануючий ефект будівель.

В таблиці 6.2 наведені дозові коефіцієнти, які дозволяють розрахувати потужність поглиненої дози від -випромінювання природних радіоактивних речовин, які знаходяться в ґрунті.

Таблиця 6.2 – Дозові коефіцієнти для природних радіонуклідів

Радіонуклід або родоначальник ряду	Потужність поглиненої дози в повітрі на одиничну концентрацію активності нуклі-дів в ґрунті, 10^-10 Гр/год. на 1 Бк/кг ґрунту
К⁴⁰	0,43
U²³⁸	4,27
Th²³²	6,662

Для розрахунку поглиненої дози в тілі людини на підставі даних про поглинену дозу в повітрі НКДАР (комісія з радіоактивних джерел ООН) рекомендує використовувати середнє значення коефіцієнта 0,7, який враховує екранування органів і тканин тіла людини іншими тканинами і обернене розсіяне випромінювання. Крім того, при розрахунку доз опромінення населення треба приймати до уваги екранування тіла людини, яка знаходиться в житлових і виробничих приміщеннях. Якщо прийняти, що людина приблизно 80% часу доби проводить всередині приміщень, де потужність дози у повітрі складає в середньому 20% потужності дози на відкритому повітрі, то ефективний коефіцієнт екранування будівлями складає приблизно 0,4. Загальний коефіцієнт, який враховує всі перераховані фактори, рівний приблизно 0,3. Рахують, що значення цього коефіцієнту не залежить від енергії -випромінювання.

Для розрахунку ефективної еквівалентної дози на підставі даних про поглинуту дозу в повітрі НКДАР рекомендує використовувати перевідний коефіцієнт 0,7 Зв/Гр для всіх -випромінюючих радіонуклідів, які присутні в оточуючому середовищі.

Розрахунок дози від поглинутого радіоактивного елемента. Дози зовнішнього опромінення залежать від спектрів - і -випромінювань радіонуклідів, розмірів об’єму, який випромінює, і товщини деяких тканин тіла людини.

При опроміненні організму розрізняють гостре і пролонговане, одноразове і багаторазове (фракціоноване) опромінення.

Під гострим опроміненням розуміють короткочасне опромінення при високій потужності дози (децигрей на годину і більше).

Під пролонгованим опроміненням розуміють короткочасне опромінення при низькій потужності дози (долі Грея на годину і менше).

Як гостре так і пролонговане опромінення можуть бути однократними або фракціонованими. Крім того виділяють ще хронічне опромінення, яке можна розглядати як різновид фракціонованого опромінення, але яке проводиться дуже довго і у малих дозах.

Поглинена доза при зовнішньому опроміненні ( )

, (6.5)

де - потужність комплексної дози випромінювання, Гр/год;

- час, год.

Ефект зовнішнього опромінення може бути зменшений екрануванням укриття.

Радіоактивні елементи можуть надходити в організм людини трьома шляхами: через дихальні органи, через шлунково-кишковий тракт і через пошкодження шкіри.

Кількість радіонуклідів, які потрапили до організму, зменшується завдяки розпаду і частково внаслідок виділення назовні. При розрахунку дози приймають, що кількість радіонукліду, що виділяється пропорційно його вмісту, аналогічно радіоактивному розпаду. Позначаючи радіо-активну сталу через , а постійну виділення (частка, яка виділяється за одиницю часу) через , отримуємо ефективну постійну розпаду . Позначаючи через – період напіврозпаду, – період напіввиведення, отримаємо для ефективного періоду напіврозпаду вираз:

або (6.6)

Повільно виділяються ті радіонукліди, які відкладаються в кістках, а швидше всього газоподібні еманації, які не вступають в хімічні сполуки.

В таблиці 6.3 наведені дані для деяких радіонуклідів.

Таблиця 6.3 - Характеристика деяких радіонуклідів

Радіонуклід	Місце відкладення в організмі	Період напіврозпаду	Ефективний період напіврозпаду
Радій Ra²²⁶	Кістки	1590 років	10 років
Радон Rn²²²	Кров	3,83 днів	30 хв.
Натрій Na²¹	Кров	14,97 годин	14 годин
Вуглець C¹⁴	Всі тканини	5720 років	10 днів
Фосфор P³²	Кістки	14,3 днів	13 днів
Стронцій Sr⁸⁹	Кістки	54,5 днів	43 дні

Випадок 1. Миттєве поглинання радіонукліда.

Позначимо кількість радіонукліда в мілікюрі через ; енергію випромінювання - МеВ; маса органа, який поглинув радіонуклід – ; ефективний період напіврозпаду – ; дозу за проміжок часу через ; сумарна доза за час буде дорівнювати:

.(6.7)

Якщо радіонуклід розпадається і виділяється дуже повільно, то доза за час буде дорівнювати

. (6.8)

Якщо радіонуклід розпадається і виділяється за короткий проміжок часу, то сумарна доза, яка буде отримана за час його перебування в організмі, буде дорівнювати

. (6.9)

Випадок 2. Надходження радіонукліда в організм безперервно з постійною швидкістю.

Нехай за одиницю часу надходить мілікюрі радіонукліда. Через проміжок часу накопичиться

. (6.10)

Доза за час буде дорівнювати

. (6.11)

Доза за час t

(6.12)

Розрахунок доз від інкорпоровних в тканинах -радіонуклідів.

Розглянемо випадок, коли маса тканини достатньо значна, щоб вона поглинала все випромінювання, яке випромінює радіонуклід. В цьому випадку використовують співвідношення

. МеВ (6.13)

де - число атомів, які розпадаються за час t; - середня енергія - частинок; - енергія, яка поглинається тканиною за час t.

В таблиці 6.4 наводимо значення енергії - частинок для деяких радіонуклідів.

Таблиця 6.4 - Значення енергії - частинок для деяких радіонуклідів.

Радіонуклід	Період напіврозпаду	Максимальне значення енергії, кеВ	Середня енергія, кеВ
Н³	12,35 років	18,6	5,7
С¹⁴	5730 років	156	49
Sr⁸⁹	50,5 діб	1485	582
Sr⁹⁰	28,5 років	546	196
Y⁹⁶	61,4 години	2274	928
Ru¹⁰⁶	368,2 доби	39	10
Rh¹⁰⁶	29,9 доби	3540	1417
I¹³⁴	8 діб	807	180
Ce¹⁴¹	32,5 доби	581	145
Ce¹⁴⁴	284,2 доби	316	72

Енергетичний еквівалент поглиненої дози в 1 рад складає 1,8310¹² пар іонів в 1 г. Так як на утворення однієї пари іонів в середньому витрачається енергія, яка рівна 34 еВ, то одному раду відповідає поглинена енергія 1,8310¹²34 еВ = 6,2210⁷ МеВ.

Якщо - активність (в мкКі), яка міститься в 1 г тканини, тоді потужність дози складає:

, (6.14)

6.2.4 Розрахунок і оцінка еквівалентної дози

випромінювання внаслідок потрапляння

радіонуклідів в організм.

Дозова ціна – поглинена доза у наслідок потрапляння певного радіонукліда активністю 1 Бк в організм людини при диханні чи проковтуванні.

Розрахунок і оцінка інгаляційної еквівалентної дози випромінювання ( ):

[Зв], (6.14)

де - дозова ціна певного ( ) радіонукліда (табл.6.5);

- його річне надходження в організм людини.

Для цього необхідно знати активність радіонукліда у вдихуваному повітрі.

Розрахуємо інгаляційну еквівалентну дозу за рік для Києва. У середньому по місту рівень трансуранових елементів (ТУЕ) на поверхні ґрунту становить 7,4·10⁸ Бк/км² = 740 Бк/м². Коефіцієнт вітрового підіймання оцінюємо в 10^-7 м^-1. Тоді середній вміст ТУЕ у повітрі міста ( ) можна обчислити за формулою:

Річне споживання повітря дорослими людьми становить 9200 м³. Тоді річне надходження радіонукліда до організму з повітрям становить:

Середня інгаляційна складова еквівалентної дози випромінювання для Києва при цьому становить

Таблиця 6.5 – Дозові ціни різних радіонуклідів залежно від шляхів потрапляння їх в організм

Радіону-кліди	Дозова ціна, Зв/Бк		Радіону-кліди	Дозова ціна, Зв/Бк
Радіону-кліди	У разі проков-тування	У разі вди-хання	Радіону-кліди	У разі проков-тування	У разі вди-хання
Sr⁹⁰	4·10^-9	3·10^-7	Ce¹⁴⁴	1·10^-8	4·10^-8
Zr⁹⁵	1·10^-9	4·10^-9	Pu²³⁸	5·10^-7	7·10^-5
I¹³¹	2·10^-8	2,5·10^-8	Pu²³⁹	7·10^-7	7·10^-5
Cs¹³⁴	2·10^-8	1·10^-8	Pu²⁴⁰	5·10^-7	7·10^-5
Cs¹³⁶	3·10^-9	2·10^-9	Pu²⁴¹	1·10^-8	1·10^-9
Cs¹³⁷	2·10^-8	1·10^-8	Pu²⁴²	5·10^-7	7·10^-5
Ce¹⁴¹	1·10^-9	2·10^-9

Таблиця 6.6 –Середня добова кількість повітря, вдихуваного дорослими і дітьми за різних умов

Умови	Кількість вдихуваного повітря, м³/добу
Умови	чоловік	жінка	дитина до 10 р.	дитина до 1 р.	немовля
Стан спокою	3,6 (8)	2,9 (8)	2,3 (8)	1,3 (14)	0,69 (23)
Незначне фізичне навантажен-ня (легка праця)	9,6 (8)	9,1 (8)	6,24 (8)	2,5 (10)	0,09 (1)
Професійна діяльність	9,6 (8)	9,1 (8)	6,24 (8)
Усього за добу	23	21	15	3,8	0,8
У середньому за рік життя	9200	8400	6000	1520

У дужках наведено час у годинах.

6.2.4 Розрахунок і оцінка еквівалентної дози

випромінювання внаслідок уживання води

та їжі, забруднених радіонуклідами, ( ).

[Зв/рік, бер/рік], (6.15)

де - індивідуальна харчова доза від певного радіонукліда; - дозова ціна певного ( ) радіонукліда в разі проковтування; - сумарне річне надходження радіонукліда в організм людини з продуктами харчування.

Таблиця 6.7 – Річна питома (об’ємна) активність радіонуклідів, зумовлена їх надходженням в організм із продуктами харчування і водою для жителів України

Продукт харчу-вання	Раціон, кг (л)	ТДР - 91 Кі/кг (л)		Річна об’ємна активність, Кі/кг (л)
Продукт харчу-вання	Раціон, кг (л)	¹³⁷Cs	⁹⁰Sr	¹³⁷Cs	⁹⁰Sr
Молоко	400	1,0·10^-8	1,0·10^-9	400·10^-8	40·10^-8
М’ясо	70	2,0·10^-8	--	140·10^-8	--
Риба	16	2,0·10^-8	--	32·10^-8	--
Овочі	124	1,6·10^-8	1,0·10^-9	198,4·10^-8	12,4·10^-8
Хліб	130	1,0·10^-8	1,0·10^-9	1,3·10^-8	13·10^-8
Вода	550	5,0·10^-10	1,0·10^-9	2,7·10^-8	0,6·10^-8
Усього	--	--	--	928·10^-8	66·10^-8

ТДР – 91 – тимчасово допустимі рівні 1991 року.

Розрахуємо річне надходження i з продуктами харчування для Києва.

Гранично допустимі дози (ГДД) випромінювання

ГДД 1902 р. – 0,1 Гр/добу (10 рад/добу);

ГДД 1950 р. – 0,1 Гр/рік (20 рад/рік) для працюючих з

радіоактивними речовинами;

0,01 Гр для всього населення;

ГДД кінець ХХ ст. – 0,05 Зв/рік (5 бер/рік) для фахівців;

0,005 Зв/рік (0,5 бер/рік) для всього населення.

ГДД ХХІ ст. – 0,02 Зв/рік (2 бер/рік) для фахівців;

(Україна) 0,001 Зв/рік (0,1 бер/рік) для всього населення

України.

Питання для самоперевірки

6.2.1 Дайте визначення одиниць дози іонізуючого випромінювання.

6.2.2 У чому полягає ВБЕ (відносна біологічна ефективність) різних видів іонізуючого випромінювання?

6.2.3 Як розрахувати ВБЕ?

6.2.4 Що таке поглинена доза іонізуючого випромінювання?

6.2.5 Наведіть значення ВБЕ для основних видів іонізуючого випромінювання.

6.2.6 Що таке еквівалентна доза іонізуючого випромінювання і як її обчислити?

6.2.7 Що таке ефективна еквівалентна доза?

6.2.8 Що таке вагові множники для різних органів людини?

6.2.9 Як обчислити ефективну еквівалентну дозу іонізуючого випромінювання для людини?

Задачі для самопідготовки

6.2.1. Обчислити річну еквівалентну дозу зовнішнього випромінювання для населення, якщо потужність експозиційної дози гамма-випромінювання становить 12 мкР/год, а коефіцієнт екранування К_е = 0,4. Відповідь: 42 мР.

6.2.2. Обчислити інгаляційну еквівалентну дозу випромінювання для жителів села, якщо рівень радіонуклідного забруднення ²³⁹Рu становить 5,5·10⁹ Бк/км²(0,15 Кі/км²), а середній коефіцієнт вітрового підіймання 10:Е^-6 м. Визначити річну інгаляційну еквівалентну дозу при річному споживанні повітря 8·10³ м³. Відповідь: 3 мЗв.

6.2.3. Обчислити річну еквівалентну дозу випромінювання внаслідок уживання молока із вмістом радіонуклідів для жителів Рівненської області, якщо активність ¹³⁷Сs у ньому 500 Бк/л, а річне споживання - 100 л для дорослих і 300 л для дітей. Відповідь: 1) 1 мЗв; 2) 3 мЗв.

6.2.4. Обчислити колективну еквівалентну дозу випромінювання для популяції невеликого міста за наведеними параметрами для різних контингентів населення:

немовлята (діти до 1 року) – D_і=2·10^-3 Зв (0,2 бер); N_і=2·10³;

діти 1-10 років - D_і=1·10^-3 Зв (0,1 бер); N_і=4·10³; підлітки (11-14 років) - D_і=3·10^-3 Зв (0,3 бер); N_і=7·10³; дорослі, що працюють - D_і=3·10^-3 Зв (0,3 бер); N_і=18·10³; пенсіонери - D_і=2·10^-3 Зв (0,2 бер); N_і=10⁴; Відповідь: 103 (люд.- Зв).

Література

6.1 Основи радіоекології: Навч. посібник / Ю.О. Кутлахмедов, В.І. Корогодін, В.К. Кольтовер; За ред. В.П. Зотова. – К.: Вища школа, 2003. – 319 с.

6.3 Надходження радіонуклідів у екосистему

Біосфера – це загально планетарна область існування живих організмів на Землі, до складу якої входять нижні шари атмосфери, гідросфера та верхні шари літосфери. Процеси, які відбуваються у біосфері та оточуючому її планетарному середовищі, породжуються та підтримуються, з одного боку - космічними, а з другого – земними факторами, пов’язаними з особливостями Землі як планети (напруженість гравітаційного і магнітного полів, особливостями її речовини, випромінювання тощо).

Проблема міграції радіонуклідів у біосфері виникла одночасно зі створенням атомної промисловості та початком використання атомної енергії у народному господарстві. Як показали дослідження, радіоактивні продукти поділу мігрують у атмосфері, водному середовищі та ґрунті, акумулюються флорою і фауною із зовнішнього середовища, що сприяє збільшенню їх кількості у циклі кругообігу речовин.

Масштаби і інтенсивність міграції радіонуклідів визначаються висотою інжекції їх в атмосферу, фізико-хімічними властивостями викидів (фазовим станом, розчинністю, формою і дисперсністю частинок аерозолів), здатністю до утворення нерозчинних сполук або високо рухливих комплексів, грунтово-кліматичними умовами (типом ґрунту, режимом зволоження тощо), інтенсивністю включення у процеси біогенної міграції та ін.

До основних факторів, які визначають напрямок і інтенсивність міграції радіонуклідів належать:

розповсюдження в атмосфері Землі при перемішуванні повітряних мас;
осадження на поверхню ґрунту, водойм, рослинний покрив в результаті гравітаційного і турбулентного осідання, дифузії вимивання та інших процесів;
переміщення по земній поверхні зі стоком, ґрунтовими водами, під дією вітру, в результаті господарської діяльності людини (обробка ґрунту тощо) і перемішуванням товщі води;
біогенна міграція при включенні в біологічні харчові ланцюги.

При екологічних дослідженнях міграції радіонуклідів і металів слід мати на увазі, що різкої межі між ними не має. Як в першому, так і в другому випадку забруднювачами є метали або їх хімічні сполуки. Різниця полягає в тому, що при радіаційному забрудненні важливу роль має випромінювання, яке дають ізотопи. Із джерела виникнення забруднювачі потрапляють у ґрунт, воду, повітря, звідки поглинаються різними біологічними об’єктами (рослинами, тваринами тощо). Розповсюдження радіонуклідів та важких металів відбувається завдяки їх здатності мігрувати в трьох вищеназваних середовищах у вигляді різних сполук.

6.3.1 Шляхи надходження радіонуклідів

1 Повітряний шлях.

Щільність випадань [Бк/км²] на відстані до джерела :

[Бк/км²], (6.16)

де - активність (потужність) викиду джерела, Бк(Кі)/км²; - час викиду; - швидкість вітру підчас викиду, м/с; - параметр турбулентності за спеціальними таблицями; - лінійний коефіцієнт турбулентної дифузії за Сеттоном; - відстань від джерела, м.

2 Поверхневі стоки. Радіонукліди поверхневими стоками вимиваються з ґрунту і потрапляють на відповідні водозабірні площі струмків, річок та інших водоймищ.

Для рівнинних ландшафтів, типових для Полісся України, об’єм поверхневого стоку радіонуклідів становить, в %:

для – близько 0,01-0,4 на рік, а для – 0,2-4.

3 Вторинне вітрове підіймання оцінюється коефіцієнтом вітрового підіймання, або дифляцією, [м^-1],

, (6.17)

де - об’ємна активність радіонукліда у повітрі, Бк(Кі)/м³;

- поверхнева активність радіонуклідів на поверхні ґрунту, Бк(Кі)/м².

За експериментальними даними, відразу після випадання становить 10^-4 ÷ 10^-6 м ^-1, а після заглиблення радіонуклідів у ґрунт через кілька років після випадання чи аварії зменшується до 10^-8 ÷ 10^-10 м^-1. Так, за рівня поверхневої активності ґрунту 3,7·10¹⁰ Бк/км² (Кі/км²) і коефіцієнта вітрового підіймання 10^-8 концентрація радіонуклідів у повітрі може досягати 3,7·10^-4 Бк/м³.

6.3.2 Коефіцієнт накопичення і переходу

радіонуклідів у екосистемах.

Коефіцієнт накопичення - це відношення активності радіонукліда на 1 кг повітряно-сухої біомаси рослин ( ) до його вмісту в 1 кг повітряно-сухого ґрунту ( ), на якому ці рослини вирощені, Бк/кг

, ( водна система.) (6.18)

Коефіцієнт переходу радіонуклідів з ґрунту в рослини

, (6.19)

де - питома активність у 1 кг повітряно-сухої маси рослин, Бк/кг; - поверхнева активність радіонуклідів в 1 м² ґрунту, кБк/м².

Розглянемо цю ситуацію на конкретному прикладі. На пасовищі, яке не орють, поверхнева активність радіонуклідів унаслідок аварії на ЧАЕС становила 18,5·10¹⁰ Бк/км² (5 Кі/км²) . У перші роки після аварії весь був зосереджений у 2-5 см ґрунту, а корені кормових трав досягали 20 см у глибину. Наступного року після аварії, коли повітряним забрудненням трави можна було нехтувати, питома активність ¹³⁷Cs у біомасі рослин становила, наприклад, 3,7 Бк/кг (1·10^-10 Кі/кг), а в 5-сантиметровому шарі грунту – 7,4·10² Бк/кг (2·10^-8 Кі/кг). Звідти за формулою

На 10-й рік після аварії можна було очікувати, що розподілиться у шарі ґрунту на глибину 20 см, а біомаса коренів, які беруть участь у накопиченні радіонуклідів у рослинах, збільшиться приблизно в 4 рази. Середня активність радіонуклідів у ґрунті за цей час також могла зменшитися приблизно в 4 рази. У цьому випадку К_п мав би таке саме значення – 0,005. У цьому розрахунку врахували лише довгоіснуючі радіонукліди, що дало змогу нехтувати їхнім розпадом. Не брали до уваги також можливості зміни рухливості і розчинності радіонуклідів у ґрунті.

Якщо обчислити , то в перші роки після аварії він становив:

Через 10 років після аварії внаслідок збільшення кореневої маси, що бере участь у накопиченні радіонуклідів, активність у надземній біомасі мала зрости в 4 рази. Проте з урахуванням розведення активності у ґрунтовому шарі (також приблизно в 4 рази) зміни не очікувалося.

Коефіцієнт виносу ( ) радіонуклідів біомасою

, (6.20)

де - питома активність (концентрація) радіонукліда в 1кг біомаси рослин, Бк/кг; - врожай з 1 км² площі, кг; - поверхнева активність (щільність) радіонуклідів, Бк/км².

6.3.3 Надходження радіонуклідів в агроекосистеми.

Вертикальне переміщення радіонуклідів у ґрунті складає 1-3 см/рік, при цьому .

Здатність до сорбції у ґрунті на два порядки вища ніж для .

Надходження радіонуклідів у рослини:

кореневий тип;
позакореневий тип.

Накопичення в рослинах радіонуклідів у наслідок надходження повітряним позакореневим і ґрунтовим шляхами описується такою формулою:

[Бк/кг], (6.21)

де - активність радіонуклідів у рослинах, Бк/кг; - радіоактивність радіонуклідів, що випадають із повітря на рослинний покрив протягом вегетації, Бк; - кумулятивна активність радіонуклідів у ґрунті; - коефіцієнт переносу повітря – рослина; - коефіцієнт переходу ґрунт – рослина.

Для характеристики затримувальної здатності лісу використовується такий показник як коефіцієнт затримування:

, (6.22)

де - поверхнева активність радіонуклідів, що випали на одиницю площі лісу, Бк/км² (Кі/км²); - поверхнева актив-ність затриманих у кронах дерев радіонуклідів на тій самій одиниці площі лісу, Бк/км² (Кі/км²).

Лісовий масив характеризують і коефіцієнтом виносу:

, (6.23)

де - поверхнева активність радіонуклідів із водостоками з лісового масиву (струмки, малі річки), Бк/км²; - поверхнева активність радіонуклідів, що випали на лісовий масив, Бк/км².

Питання для самоконтролю

6.3.1. Від чого залежить розподіл радіонуклідів, що надходять до екосистеми повітряним шляхом?

6.3.2. Що таке коефіцієнт вторинного повітряного піднімання радіонуклідів?

6.3.3. За якою формулою обчислюється коефіцієнт вторинного повітряного піднімання радіонуклідів?

6.3.4. Що таке поверхневий стік радіонуклідів на поверхні ґрунту?

6.3.5. Назвіть основні шляхи надходження радіонуклідів у екосистему.

6.3.6. Як визначають коефіцієнт накопичення радіонуклідів у різних типах екосистем?

6.3.7. Що таке коефіцієнт переходу радіонуклідів?

6.3.8.Які співвідношення між коефіцієнтами накопичення, переходу і виносу радіонуклідів?

6.3.9.Які особливості надходження і розподілу радіонуклідів у лісових екосистемах?

6.3.10.Який діапазон значень коефіцієнтів накопичення різних радіонуклідів у біоти водних екосистем?

6.3.11.Як визначають коефіцієнт затримання радіонуклідів у лісі?

6.3.12.Які особливості надходження і розподілу радіонуклідів у агроекосистемах?

6.3.13.Чому дослідження розподілу і міграції радіонуклідів на полях дуже важливі для оцінки дозових навантажень на людину?

6.3.14.Які основні шляхи надходження радіонуклідів у рослини?

6.3.15.Від чого залежить коефіцієнт накопичення радіонуклідів рослинами?

Завдання для самопідготовки

6.3.1. Оцінити К_н у системі ґрунт - рослина (кукурудза), якщо активність ¹³⁷Сs становить: у грунті - 18,5·10¹⁰ Бк/км² (5 Кі/км²), у сухій біомасі кукурудзи - 3,7 Бк/кг (10^-8 Кі/кг).

Відповідь: 0,005.

6.3.2. Обчислити радіонуклідну активність врожаю біомаси кукурудзи за рівня активності ⁹⁰Sr у грунті 3,7·10¹⁰ Бк/км² (1 Кі/км²) (К_н = 0,2). Відповідь: 30 Бк/кг.

6.3.3. Визначити коефіцієнт виносу радіонуклідів із врожаєм соняшнику, якщо рівень поверхневої активності ¹³⁷Cs у грунті становить 3,7·10¹⁰ Бк/км² (Кі/км²), врожай зеленої маси - 400 ц/га; К_н = 0,2. Відповідь: 0,02%.

6.3.4. Поверхнева активність ґрунту ⁹⁰Sr - 18,5·10¹⁰ Бк/км² (5 Кі/км²), коефіцієнт вітрового підіймання 10^-8 м^-1. Оцінити забруднення повітря цим радіонуклідом.

Відповідь: 0,18510^-2 Бк/м³.

6.3.5. Поверхнева активність ґрунту ¹³⁷Сs - 55,5·10¹⁰ Бк/км² (15 Кі/км²), а об’ємна активність повітря - 0,6 Бк/м³. Оцінити індивідуальну інгаляційну дозу випромінювання для тракториста, що працює протягом місяця на польових роботах (споживана кількість повітря 8·10³ м³/рік).

Відповідь: 400 Бк/місяць.

6.3.6. Визначте коефіцієнт вторинного повітряного піднімання радіонуклідів, якщо рівень забруднення повітря стронцієм становить 5 Бк/м³, а рівень забруднення грунту – 3,7·10¹⁰ Бк/км² (Кі/км²).

6.3.7. Визначте поверхневий стік цезію-137, якщо з площі 50 га із рівнем забруднення 18,5 Бк/км² (5 Кі/км²) до річки потрапляє 10 кБк/рік цього радіонукліда.

Література

6.4 Радіоємність екосистеми

Радіоємність екосистеми – це максимальна кількість радіонуклідів, що може міститись у певній екосистемі не порушуючи її основних перофічних властивостей, тобто продуктивності, кондиціювання і надійності.

Питома радіоємність – відношення радіоємності певної екосистеми до площі, яку вона займає.

6.4.1 Радіоємність непроточного прісноводного

водоймища ( ).

[Бк], (6.24)

де - об’ємна активність радіонуклідів у воді; - глибина водоймища; - площа дна водоймища; - коефіцієнт накопичення радіонуклідів верхніми шарами донних відкладень завтовшки .

Якщо прийняти, що ; ; ;

; , то

Чинник радіоємності – частка активності радіонуклідів, що випали у водоймище і міститься у донних відкладах

. (6.25)

( ) – активність радіонуклідів, що містяться у воді.

Допускається, що для води гранична об’ємна активність радіонуклідів складає 0,1 – 0,01 питомої активності верхніх шарів донних відкладів завтовшки 5 см.

Питома радіоємність водоймища, тобто активність радіонуклідів, що припадає на одиницю його поверхні ( )

[Бк/км²]. (6.26)

Чинник радіоємності біотичної складової водоймища ( )

, (6.27)

де - активність біоти в одиниці об’єму води, кг/м³; - середній коефіцієнт накопичення радіонуклідів ( ); - глибина водоймища.

Чинник радіоємності водоймища з урахуванням біоти

. (6.28)

Загальна активність радіонуклідів у біоті водоймища, Бк (Кі)

. (6.29)

6.4.2 Радіоємність агросистеми.

Загальна частка виносу радіонуклідів врожаєм за перший вегетаційний період

, (6.30)

де - активність радіонуклідів, що первинно випали на територію (на 1 км²); - питома активність радіонуклідів у ґрунті, Бк/кг; - урожай біомаси з одиниці площі, кг/км²; - коефіцієнт переходу з грунту в рослини (Бк/кг біомаси на Бк/кг ґрунту).

Якщо врахувати розпад радіонуклідів ( ) за період , коефіцієнт для врахування ймовірності стоку радіонуклідів з одного шару внаслідок вітрового перенесення - , і коефіцієнт спаду радіонуклідів із поверхневими водами і (чи) дифузії в некоренезаселений шар грунту , то

, (6.31)

тоді коефіцієнт радіоємності поля ( )

. (6.32)

Винос радіонуклідів із наступним урожаєм біомаси рослин на цьому полі, а також чинник його радіоємності

. (6.33)

. (6.34)

Загальний винос радіонуклідів з урожаєм через вегетаційних періодів і відповідний чинник радіоємності цього поля становитимуть

, (6.35)

. (6.36)

Активність радіонуклідів у врожаї при поливі Бк становить

, (6.37)

де - коефіцієнт переходу поливна маса – біомаса рослин (Бк/кг біомаси на Бк/л поливної води), може досягати 10; - об’ємна активність радіонуклідів у поливній воді (Бк/л); - об’єм поливної води за вегетацію, л.

6.4.3 Міграція радіонуклідів в агроценозах.

Надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини.

Затримувальна здатність рослинного покриву (фільтрувальна здатність дерев і лісового масиву) щодо часточок, які випадають з атмосфери, і наступне змивання їх із рослин залежить від наступних чинників:

площі відкритої поверхні органів рослин;
форми, розмірів, орієнтації листя чи хвої та ступені жорсткості їх поверхні;
швидкості вітру під час і після випадання;
кількість опадів під час і після випадання;
розмірів і агресантичного стану часточок аерозолів;
кількості часточок, відкладених на рослинний покров до випадання;
відносної вологості повітря під час випадання.

Кількість часточок, що осаджуються на поверхні рослини певного виду, можна визначити за формулою

, (6.38)

де - коефіцієнт затримування; - маса затриманих рослинами часточок у розрахунку на одиницю їхньої біомаси, г/кг; - урожайність біомаси рослин на одиницю площі, кг/м²; - маса часточок, що випали на одиницю площі, г/м².

Коефіцієнт затримання радіонуклідів листям рослин визначається за рівнянням:

, (6.39)

де - активність радіонуклідів в біомасі, Бк/кг; - урожай біомаси на одиницю площі в момент випадання, кг/м²; - поверхнева активність (щільність випадання радіонуклідів, Бк/км²).

Для прогнозу активності радіонуклідів у біомасі рослин при озадженні й позакореневому надходження враховується час, протягом якого відбувається видалення радіонуклідів з листя рослин. При цьому виділяють дві фракції радіонуклідів:

А) слабофіксоване, що витрачається дуже швидко ( );

Б) міцнофіксоване, що видаляється повільно ( ).

Ефективний час напіввитрат радіонуклідів

. (6.40)

Для основних культур і радіонуклідів значення і в середньому становлять відповідно 3,8 і 47 діб.

Оцінка рівня забруднення врожаю за річної поверхневої активності (щільності випадань) радіонуклідів для випадку разових випадань розраховується за формулою

, (6.41)

де - питома активність радіонукліда у рослині, Бк/кг до моменту збирання врожаю - ; - поверхнева активність радіонуклідів, Бк/км²; - коефіцієнт затримування радіонуклідів; - ефективний час напіввтрат радіонуклідів.

Питання для самоконтролю

6.4.1. Що таке радіоємність екосистеми?

6.4.2. Які характеристики екосистеми визначають їх екологічну ємність і радіоємність?

6.4.3. Як розрахувати фактор радіоємності водоймища?

6.4.4. Яка роль біоти водоймища в його радіоємності?

6.4.5. Як обрахувати фактор радіоємності біоти у водоймищі?

6.4.6. Назвіть особливості радіоємності лісової екосистеми.

6.4.7. Як можна охарактеризувати радіоємність агроекосистеми?

6.4.8. Які шляхи надходження радіонуклідів у сільськогосподарські рослини?

6.4.9. Що таке ефективний час напіввтрат радіонуклідів у рослинах?

6.4.10.За якими формулами можна оцінювати рівні забруднення рослин унаслідок одноразових і постійних випадань радіонуклідів?

6.4.11.Що таке кореневий і позакореневий шляхи надходження радіонуклідів до рослин?

6.4.12.Який діапазон значень різних радіонуклідів для рослин?

6.4.13.Від чого найбільше залежить рівень забруднення рослин радіонуклідами?

6.4.14.У чому полягають особливості радіоекології зрошуваного землеробства?

6.4.15.Який радіонуклідів вищий – кореневий чи зі зрошувальної води?

6.4.16.Які шляхи надходження радіонуклідів у організм сільськогосподарських тварин?

Завдання для самопідготовки

6.4.1. Обчислити чинник радіоємності прісноводного водоймища (k = 300; h = 10 см; Н = 4 м). Відповідь: F=0,88.

6.4.2. Оцінити радіоємність прісноводного водоймища (V = 8·10⁶ м³; k = 300; h = 10 см; S = 4 м) за умови, що його донні відкладення мають містити радіонукліди з питомою активністю не більше ніж 3,7·10⁵ (10^-5 Кі/кг). Відповідь: 2,5 10 ¹⁵Бк.

6.4.3. Оцінити чинник радіоємності біоти прісноводного водоймища за наведеними параметрами: Р = 5 г/м³; К = 300; Н= 4 м; F (чинник радіоємності донних відкладень) - 0,7.

6.4.4. Оцінити чинник радіоємності біоти ділянки моря за наведеними параметрами: H = 200 м; S = 2000 км²; F донних відкладень = 0,1; Р = 1 г/м³; K₀ = 2000.

6.4.5. Розрахувати винос ¹³⁷Сs з урожаєм біомаси в агроекосистемах, якщо A₀= 3,7·10¹¹ Бк/км² (10 Кі/км²), В_о (за перший вегетаційний період) = 4000 т/км²; K₀ = 0,1.

6.4.6. Оцінити винос із врожаєм ¹³⁷Сs наприкінці року з урахуванням стоку і розпаду радіонукліда (див. задачу 6.4.6), якщо а = 0,999; b = 0,98; r = 1/30 (на рік); Т = 1 рік.

6.4.7. Оцінити загальний винос ¹³⁷Сs з урожаєм за 30 років (використати дані задач 6.4.6 і 6.4.7).

6.4.8. Обчислити річний винос ¹³⁷Сs в агроекосистемі з урахуванням зрошення (використати дані задач 4.6 і 4.7), якщо К_в = 2; С_B = 18,5 Бк/л (5·10^-10 Кі/л); V = 4000 м³/рік.

6.4.9.Оцінити чинник радіоємності шельфу океану після разового скидання активністю 7,4·10¹³ Бк (2000 Кі), якщо =3,7·10¹³ Бк (1000 Кі), =0,29·10¹³ Бк (80 Кі).

6.4.10.Поверхнева активність ґрунту становить 3,7·10¹¹ Бк/км² (10 Кі/км²). До оранки питома активність ¹³⁷Сs у ґрунті становила 3,7·10³ Бк/кг (10^-7 Кі/кг), а після неї - 11,1·10² Бк/кг (3·10^-8 Кі/кг). К_н (у системі ґрунт - кормові трави) = 0,5. Оцінити винос активності радіонуклідів за 20 років до глибокої оранки і після неї.

Література

6.5 Радіоелогія радону

Радон – природний безбарвний газ і у природі має 3 нукліди:

1 - з періодом піврозпаду 3,8 доби (радон);

2 - з періодом піврозпаду 55 с (продукт - торон);

3 - з періодом піврозпаду 3,9 с (продукт - актинон).

Ядра під час радіоактивного розпаду випромінюють -частинки, перетворюючись на ядра , при альфа-розпаді яких утворюються , який унаслідок бета-розпаду перетворюється на , що у свою чергу, після бета-розпаду утворює , наслідком альфа-розпаду останнього є відносно довгоіснуючий (період піврозпаду 23,3 роки) і згодом стабільним ізотопом як кінцевий продукт.

Сумарна енергія альфа-частинок, випромінюваних у процесі розпаду до відносно стабільного ядра називається потенційною енергією альфа-випромінювання (альфа-енергія, ).

Концентрація потенційної альфа-енергії суміші всіх короткоіснуючих дочірних продуктів розпаду радона, що міститься в певному об’ємі повітря - , становить

, (6.42)

де - енергія альфа-випромінювання радону, Дж (МеВ).

За міжнародною системою одиниць (СІ) вимірюють у джоулях на 1 м³ (1 Дж/м³ = 6,242·10¹² МеВ/м³).

Концентрація потенційної альфа-енергії коротко-живучих дочірних продуктів розпаду радона принято виражати через рівноважну еквівалентну концентрацію активності ( ) (батьківського радіонукліда). Одиницею виміру рівноважної еквівалентної концентрації активності (об’ємної) є Бк/м³.

Комулятивна експозиція альфа-випромінювання радону ( ) визначається як інтеграл від потенційної альфа-енергії дочірних продуктів, впливу якої піддається певний індивідум за часом експозиції і вимірюють у джоулях за годину на 1 м³.

Таблиця 6.8 – Коефіцієнти перерахування параметрів для

Параметр	Коефіцієнт
	5,56·10^-9 Дж/м³ на 1 (Бк/м³)
	1,8·10⁸ Бк/м³ на 1 (Дж/м³)
	5,56·10^-9 (Дж·год)/м³ на 1 (Бк·год)/м³) 1,57·10^-6 МРР на 1 (Бк·год)/м³)
	1,8·10⁸ (Бк·год)/м³ на 1 (Дж·год)/м³) 6,37·10⁵ (Бк·год)/м³ на 1 МРР

Інтеграл за часом експозиції рівноважної еквівалентної активності радону називають кумулятивною експозицією еквівалентної рівноважної об’ємної активності радону ( ) і вимірюють у бекерелях за годину на 1 м³: