Рис. 4.5 Аппаратурная форма линии источника 22Na.

Рис. 4. 5 Аппаратурная форма линии источника 22Na.

Градуировочная зависимость канал - энергия

Бета-спектрометрическое измерение содержания стронция-90 в пробах внешней среды

Наиболее распространенной и разработанной задачей является измерение содержания ⁹⁰Sr в пробах внешней среды спектрометрическим способом. На примере этой задачи показаны основные проблемы и трудности применения спектрометра для измерения бета-излучающих нуклидов. Вопросы математического моделирования измерений и обработки бета-спектров являются наиболее сложной частью бета-спектрометрии и в рамках этого пособия изложить не предполагалось.

Значение SR-90 для мониторинга объектов окружающей среды

Физические характеристики и необходимость измерения изотопов стронция

Среди газоаэрозодьных выбросов АЭС радионуклиды ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr занимают особое место - первый является чистым β -излучателем и его распад не сопровождается испусканием гамма-излучения, а второй - почти чистым β -излучателем, выход гамма-квантов составляет менее 0. 01 % на каждый распад. Все остальные значимые радионуклиды в выбросах имеет характерные гамма-линии и их содержание достаточно хорошо может быть определено по гамма-излучению.

Максимальная энергия β -частиц при распаде ⁹⁰Sr 546. 6 кэВ, а ⁸⁹Sr - 1492. 1 кэВ. Периоды полураспада 29. 12 лет и 50. 5 суток соответственно. При распаде ⁸⁹Sr превращается в стабильный ⁸⁹Y, а ⁹⁰Sr - в радиоактивный ⁹⁰Y с периодом полураспада 64. 0 час. ⁹⁰Y - также чистый β -излучатель с граничной энергией 2279. 1 кэВ, при своем распаде превращается в стабильный ⁹⁰Zr. Очень часто ⁹⁰Sr находится в равновесии с дочерним ⁹⁰Y, тогда можно говорить об этих радионуклидах как об одном излучателе ⁹⁰Sr - ⁹⁰Y.

В соответствии с нормами радиационной безопасности ⁹⁰Sr относят ко второй группе радиационной опасности " Б" (радионуклиды как потенциальные источники внутреннего облучения человека располагаются в порядке убывания их радиационной опасности по четырем группам с индексами А, Б, В, Г). ⁸⁹Sr и самостоятельно ⁹⁰Y(без ⁹⁰Sr) выделены в группу " В".

Необходимость контроля окружающей среды в районе расположения АЭС по радионуклидам ⁹⁰Sr и ⁸⁹Sr диктуется тем, что химические соединения стронция в выбросах АЭС хорошо растворимы и легко усваиваются растениями, что позволяет им гораздо легче попадать в организм человека, чем радионуклидам естественного происхождения (за исключением ⁴⁰K). Кроме того, возможно ингаляционное поступление этих радионуклидов в организм человека вместе с аэрозолями в районе расположения АЭС. Являясь химическими аналогами кальция, радионуклиды стронция откладываются в костях человека, интенсивно облучая β -частицами красный костный мозг и клетки надкостницы (ввиду небольших пробегов β -частицы практически не достигают мышечной ткани и внутренних органов человека). И с точки зрения обеспечения безопасности проживающего вблизи АЭС населения, и с точки зрения контроля работы объектов атомной энергетики очевидна необходимость измерения содержания ⁹⁰Sr и ⁸⁹Sr в объектах окружающей среды.

При радиационных авариях большое количество радиоактивных продуктов деления, в том числе и изотопы стронция, в той или иной форме могут быть выброшены в атмосферу. Некоторая доля в виде аэрозолей может быть отнесена на большие расстояния от места аварии. В зависимости от способа формирования аэрозолей изотопы стронция могут быть как в виде легкорастворимых соединений, так и в нерастворимом виде (внутри матрицы топливных микрочастиц). Со временем физико-химические формы радионуклидов в выпадениях могут трансформироваться. Так, например, доля легкодоступных (легкоусвояемых растениями) форм стронция в выпадениях Чернобыльской аварии увеличилась с 2÷ 10 % в 1986 г. до ~70 % в 1988 г. Это приводит к увеличению роли ⁹⁰Sr как дозообразующего элемента и к необходимости его радиационного контроля в объектах внешней среды в местах радиационных аварий.

Стронций и другие искусственные радионуклиды в окружающей среде.

⁹⁰Sr непрерывно образуется в результате спонтанного деления ²³⁸U, содержащегося в земной коре. Его концентрация составляет величину ∼ 2*10^-6 Бк/кг, т. е. настолько мала, что " естественный" ⁹⁰Sr никогда не рассматривается как источник " естественной радиации" или как мешающий элемент при мониторинге окружающей среды.

Основными источниками поступления ⁹⁰Sr в окружающую среду являются мероприятия и явления, связанные с деятельностью человека - прежде всего это касается испытаний ядерного оружия в атмосфере и выбросов радиоактивных элементов при работе и при авариях на объектах атомной промышленности. Причем в первом случае содержание ⁹⁰Sr (и ⁸⁹Sr), выпавшего на землю в результате атмосферных взрывов, может быть достаточно точно оценено, т. к. хорошо известно где, когда и какой мощности были проведены подобные ядерные испытания. Во втором случае не всегда известно сколько и в какой форме было выброшено радиоактивного стронция в атмосферу. Более короткоживущий ⁸⁹Sr выпадает вблизи атомных объектов и может служить " чистым" показателем работы атомной станции. Долгоживущий ⁹⁰Sr может быть отнесен на большие расстояния, перемешиваться с выпадениями от ядерных взрывов и других аварий, и его принадлежность тому или иному объекту атомной промышленности установить практически невозможно. Поэтому радиационный контроль ⁸⁹Sr актуален только вблизи атомных объектов, а ⁹⁰Sr - практически по всей земной поверхности.

Радионуклиды ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr образуются в виде осколка при делении ²³⁵U и ²³⁹Pu в атомном реакторе или при взрыве бомбы. Массовые цепочки для осколков с m = 89 и m = 90 имеют вид:

 

Независимые выходы (непосредственно в виде первичного осколка деления) невелики; при делении тепловыми нейтронами для ²³⁸U выход ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr - 0. 035 %, а для ²³⁹Pu - 0. 005 %, при делении нейтронами спектра деления (при взрыве) для ²³⁵U ⁹⁰Sr - 0. 0017 %, ⁹⁰Sr -0. 022 %, для ²³⁹Pu - ⁸⁹Sr - 0. 0038 %, ⁹⁰Sr - 0. 05 %. Кумулятивные выходы (накопленные с учетом предшественников по изобарной цепочке) значительно больше и составляют при делении тепловыми нейтронами для ²³⁵U выход ⁸⁹Sr - 4. 85 %, ⁹⁰Sr - 5. 88 %, а для ²³⁹Pu ⁸⁹Sr - 1. 7 %, ⁹⁰Sr - 2. 1 % при делении нейтронами спектра деления для ²³⁵U выход ⁸⁹Sr - 4. 48 %, ⁹⁰Sr - 5. 38 %, а для ²³⁹Pu ⁸⁹Sr - 1. 8 %, ⁹⁰Sr - 2. 0 %.

В изобарных цепочках присутствуют газообразные предшественники ⁸⁹Кr и ⁹⁰Кr с периодами полураспада 3. 17 мин и 32. 3 с, а также летучие при температуре ядерного топлива ⁸⁹Rb и ⁹⁰Rb с периодами полураспада 15. 2 мин и 153 с соответственно. Поведение этих радионуклидов под оболочками твэлов реакторов (в топливе и в зазоре топливо-оболочка), способность их проникать через дефекты в оболочках в теплоноситель и далее через вентиляционную систему в атмосферу определяют содержание дочерних ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr в выбросах реактора.

Нормально эксплуатируемая АЭС представляет относительно малую радиационную опасность. Наибольшее значение в формировании радиационной обстановки в условиях нормального режима эксплуатации АЭС имеют сравнительно долгоживущие инертные радиоактивные газы (ИРГ) ¹³³Хе (Т_1/2 = 5. 25 сут) и ⁸⁵Кг (Т_1/2 = 10. 72 лет) и летучие изотопы иода ¹³¹I (Т_1/2 = 8, 04 сут) и ¹³³I (Т_1/2 = 20. 8 ч). Эти радионуклиды диффундируют через микротрещины в оболочках твэлов, попадают в теплоноситель и затем в атмосферу. Если же в оболочках твэлов есть развитые трещины, то и более короткоживущие ИРГ, в частности ⁸⁹Кr и ⁹⁰Кr, могут свободно проникать в теплоноситель и участвовать в формировании выброса АЭС, поставляя свои долгоживущие дочерние продукты, в частности ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr. В этом случае в выбросе будут присутствовать и другие радионуклиды, имеющие летучих предшественников, такие как например ⁹⁵Zr, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁰Ва. а также подвижные в матрице топлива радионуклиды, например, ¹⁰³Ru, ¹⁰⁶Ru со своими дочерними.

В аварийных ситуациях выбросы радионуклидов из реакторов и хранилищ радиоактивных отходов могут достигать значительных величин. Особую опасность представляют аварии с расплавлением активной зоны и разрушением реакторов, когда во внешнюю среду поступают не только газообразные и летучие продукты ядерного деления, но и значительные количества нелетучих радионуклидов. Например, при трехлетней эксплуатации топлива в реакторе типа РБМК накапливается около 3· 10¹⁷ Бк ⁹⁰Sr.

Испытания ядерного оружия, начатые в 1945 г., привели к глобальному загрязнению радионуклидами земной поверхности. За период с 1945 по 1980 гг. в атмосфере было испытано 423 ядерных устройства различного типа и мощности. При ядерных взрывах в окружающую среду поступают радионуклиды деления, наведенной активности и неразделившаяся часть заряда

Часть радиоактивного материала выпадает неподалеку ( ~ 100км) от места взрыва - локальные осадки, какая-то часть задерживается в тропосфере (самый нижний слой атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния - от нескольких сотен до тысяч километров, оставаясь примерно на одной и той же высоте. Находясь в воздухе в среднем около месяца, радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю - тропосферные осадки. Однако большая часть радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу - следующий слой атмосферы, находящийся на высоте 10 - 50 км, где остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара. Стратосферные выпадения обусловливают большую часть глобального радиоактивного загрязнения внешней среды продуктами деления.

Радиоактивные осадки содержат несколько сотен различных радионуклидов, однако большинство из них имеет в момент выпадения ничтожную концентрацию или быстро затем распадается, основной вклад в облучение человека дают лишь 4 радионуклида: ¹⁴С, ¹³⁷Cs, ⁹⁵Zr и ⁹⁰Sr. Дозы облучения за счет этих и других радионуклидов различаются в различные периоды времени после взрыва, поскольку распадаются радионуклиды с различной скоростью.

Например, ⁹⁵Zr, период полураспада которого 64 дня, в настоящее время уже не является источником облучения. ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr, имеющие период полураспада около 30 лет, будут давать вклад в облучение до конца следующего столетия. Радионуклид ¹⁴С (T_1/2 = 5730 лет) будет оставаться источником излучения, хотя и с низкой мощностью создаваемой дозы, даже в отдаленном будущем.

Ожидаемые дозы от ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs при пероральном поступлении, связанные с выпадениями в результате испытаний ядерного оружия в северном полушарии в 4 раза выше, чем в южном.

Общее количество долгоживущих радионуклидов, выпавших на земную поверхность, в моря и океаны в результате испытаний ядерного оружия, составило ~5· 10¹⁹ Бк, что значительно (примерно в 10¹² раз) меньше активности одного только ⁴⁰К (~3· 10³¹ Бк) в земной коре и во столько же раз меньше активности других естественных радионуклидов. Однако следует учитывать то обстоятельство, что радионуклиды искусственного происхождения концентрируются в верхних слоях почвы, на поверхностях сооружений, в водных бассейнах и быстрее, чем естественные радионуклиды, вовлекается в кругооборот веществ в природе. Содержание ⁹⁰Sr в верхних слоях почвы, обусловленное глобальными выпадениями после испытаний ядерного оружия, в средней полосе европейской части России составляет 20÷ 80 Бк/кг.

Таким образом, при измерениях содержания ⁹⁰Sr и ⁸⁹Sr в объектах окружающей среды следует учитывать то обстоятельство, что, помимо их самих в измеряемых пробах могут присутствовать и другие радионуклиды искусственного происхождения, а их излучение может мешать измерениям собственно ⁹⁰Sr и ⁸⁹Sr.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: