Некоторые
аспекты накопления 90Sr и 90Y в березовом соке
к.с-х.н. Переволоцкий А.Н., к.с-х.н. Булавик И.М., Диденко Л.Г.
Радионуклиды в
экологических исследованиях часто используются в качестве метки, с помощью
которой удобно отслеживать движение их химических и изотопных аналогов. Так, 137Cs
отражает миграцию калия и стабильного цезия, 90Sr v кальция и
стабильного стронция. Поэтому изучение перераспределения искусственных
радионуклидов в экосистемах имеет важное значение для более глубокого понимания
механизмов функционирования природных сообществ.
В данном
аспекте удобным объектом исследования корневого поступления радионуклидов для
березы обыкновенной является ее сок в период интенсивного весеннего
сокодвижения. В его составе находятся не только сахара и аминокислоты,
запасенные в предыдущий вегетационный период, но и минеральные и органические
соединения, поступившие из почвы. Именно это и позволяет оценить корневую
доступность широкого спектра веществ. Однако, если концентрация основных
минеральных элементов, имеющих биогенное значение, в соке изучена в достаточной
степени /1-3/, то для радионуклидов подобные исследования начали проводится
только в последние годы и связано это с радиоактивным загрязнением окружающей
среды в результате аварии на ЧАЭС. Причем, при довольно подробном изучении
закономерностей корневого поступления 137Сs в березовый сок /4-6/,
эти вопросы для 90Sr и для его дочернего радионуклида - 90Y
практически не изучены. Поэтому целью данного исследования являлось изучение
особенностей накопления радионуклидов 90Sr и 90Y в
березовом соке.
Объекты и
методика исследований
Исследования
проводились на стационарных опытных объектах сектора радиологии леса Института
леса НАНБ в дальней зоне радиоактивного загрязнения в кв.340 Добрушского
лесничества Гомелского лесохоза и кв.168 Ветковского лесничества Ветковского
спецлесхоза (170 км северо-западнее ЧАЭС). Сосново-березовые насаждения на
пробных площадях относятся к мшистому типу леса, их возраст составляет 40-60
лет. Радиометрический анализ почвы показал, что поверхностная активность 90Sr
в пределах указанных кварталов составляла 24-41 кБк/м2.
На каждой
пробной площади подсачивалось 3-5 деревьев. При подсочке в каждом из них
специальным буравом в комлевой части просверливалось отверстие диаметром 1,5 см
и на глубину 1 см непосредственно под которым закреплялся металлический
желобок. В месте отбора прикреплялся полиэтиленовый пакет, что позволило до минимума
сократить привнесение радиоактивности извне. Длительность отбора одной пробы
составляла около 1 суток и за это время объем заготовленного сока составлял 2-3
литра. После завершения отбора пробы подкислялись, переливались в
полиэтиленовые емкости и доставлялись в лабораторию. В кв. 168 отбор был
произведен 8 апреля, а в кв. 340 - 13 апреля.
Определения
объемной концентрации радионуклидов в березовом соке производилось -радиометром
EL-1311 ?Атомтех¦. Для исследования спектров излучения в данном приборе
используется планарный детектор типа ?Фосвич¦, состоящий из пластикового
сцинтиллятора мм для
регистрации -излучения и
неорганического сцинтиллятора СsI(Tl) мм для
исследования спектра -излучения.
Определение концентрации 90Sr проводится методами -радиометрии
по излучению дочернего 90Y, причем предполагается наличие
радиоактивного равновесия между материнским и дочерним радионуклидами в
исследуемой пробе /7/. В качестве выходного параметра программное обеспечение
радиометра приводит величину суммарной объемной b -активности по смеси 90Sr+90Y.
Приборная эффективность регистрации 90Sr и 90Y составляет
5,1 х 10-3 л х Бк-1 х с-1/7/. Измерение проб
проводилось в стандартных 200 мл сосудах. Время измерения каждой пробы
составляло 40-60 минут.
Результаты и
обсуждение
При проведении
повторных радиометрических анализов проб березового сока, отобранных в кв. 168
8 апреля, было замечено, что суммарная объемная активность 90Sr+90Y
в них снизилась от 195-240 Бк/л до 105-151 Бк/л примерно за трое суток
(табл.1). Схожий характер уменьшения объемной концентрации указанных
радионуклидов был зафиксирован и на 10 других опытных объектах в Ветковском и
Гомельском лесхозах, где нами проводятся многолетние мониторинговые
исследования за накоплением радионуклидов в березовом соке. Причиной этого
явления, по нашему мнению, могло быть нарушение в березовом соке радиоактивного
равновесия между 90Sr и 90Y в пользу дочернего
радионуклида. Для подтверждения этой гипотезы и установления временных
параметров изменения объемной активности был проведен специальный эксперимент,
при котором пробы сока, отобранные в кв.340, подвергались радиометрическому
анализу в течение месяца. Первоначально измерения проводились ровно через
сутки, а после 18 апреля через двое-трое суток. Сроки между измерениями и их
результаты приведены в табл. 1.
Согласно
данным, приведенным в таблице 1, суммарная объемная активность 90Sr+90Y
в березовом соке из кв. 340 через 10 часов после отбора проб составляла 200-280
Бк/л. Оценивая временную динамику объемной концентрации радионуклидов, нетрудно
заметить во всех пробах монотонное снижение этого показателя с последующим
выходом на плато при 45-50 Бк/л по истечению 200-250 часов после отбора пробы.
При этом наиболее интенсивно объемная активность уменьшается в первые трое
суток.
Очевидно, что
выявленное уменьшение объемной активности 90Sr+90Y в
березовом соке при указанных в методике особенностях измерении данным прибором,
может быть определено как раз нарушением радиоактивного равновесия между этими
генетически связанными радионуклидами в сторону дочернего радионуклида. В
противном случае возможны были бы два варианта:
объемная
активность не претерпевала никаких изменений во времени. Этому случаю
соответствовало бы поступление обоих радионуклидов из почвы в березовый сок в
равных количествах;
объемная
активность увеличивалась во времени с последующим выходом на плато. Этому
случаю соответствует более интенсивное поступление 90Sr в березовый
сок из почвы по сравнению с 90Y. В дальнейшем, по мере распада
материнского радионуклида, количество дочернего будет возрастать до
установления состояния радиоактивного равновесия между ними. Подобное
увеличение могло быть зафиксировано радиометром при измерении одних и тех же
пробы в течение длительного времени.
Можно
предположить, что корневое поступление генетически связанных 90Sr и 90Y
в березу происходит по различным закономерностям, из-за чего радиоиттрий
поступает более интенсивно, чем радиостронций. Поэтому, непосредственно после
отбора объемная -активность
березового сока максимальна. В дальнейшем, происходит радиоактивный распад
?избыточно¦ поступившего 90Y и концентрация уменьшается до тех пор,
пока между материнским и дочерним радионуклидами не установится состояние
радиоактивного равновесия.
Фактически,
задача сводится к классическому в ядерной физике случаю исследования динамики
объемной активности смеси материнского и дочернего радионуклидов, для которой
характерно смещение радиоактивного равновесия в сторону последнего. Для более
точного определения соотношения радионуклидов на момент отбора, позволяющего
оценить уровни их поступления в березовый сок, динамика объемной активности для
радиоиттрия была смоделирована математически:
ActY = Ac0Yexp(-0.693 t / T)+ Ac0Sr[1-exp(-0.693
t/T)], (1)
где
ActY
v объемная -активность 90Y
в березовом соке в момент времени t;
Ac0Y
v объемная -активность 90Y
в березовом соке в момент начала отбора;
Ac0Sr
- объемная -активность 90Sr
в березовом соке в момент начала отбора, но учитывая большой период полураспада
радиостронция, ее можно принять постоянной в течение 720 часов измерений на
протяжении всего эксперимента;
t v время в
часах с начала отбора сока;
T v период
полураспада радиоиттрия в часах (64 часов).
Данное
уравнение состоит из слагаемых, отражающих прохождение двух разновекторных
процессов. Первый член соответствует радиоактивному распаду ?избыточно¦
поступившего в сок (по отношению к материнскому 90Sr) дочернего 90Y,
второй v накоплению радиоиттрия, вызванного распадом материнского радиоизотопа.
Нетрудно
заметить, что при времени t значительно меньшем за период полураспада
материнского радионуклида этот случай подвижного равновесия можно рассматривать
как вековое равновесие. Необходимыми условиями при этом является соблюдение отношений
постоянных распада мат