Мониторинг трития на территории Краснодарского края Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 546.11.3:542.212

МОНИТОРИНГ ТРИТИЯ НА ТЕРРИТОРИИ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

© 2004 г. В. И. Невинский, В. Т. Панюшкин

The system of tritium registration in the natural waters, including electrolytic cell with spiral electrodes (enrichment factor 64) and low background scintillation the counters maintained in the underground laboratory in Novorossiysk on the depth of 50 m (calibration factor is 85TU/cpm) is described. Results of measurements in the Krasnodar territory in superficial waters - the rivers, lakes, water basins, and also in waters of mud volcanoes and precipitations are resulted. Low values of concentration of an isotope are obtained

Объем работ с применением изотопных индикаторных методов в геоэкологии за последние десять лет практически свелся к нулю. Однако многие питьевые горизонты расположены под потенциальными источниками различных загрязнений - полей с ядохимикатами, производственных площадей с радиоактивными отвалами (например, Троицкий йодный завод в Краснодарском крае). Время поступления поверхностных загрязнений в питьевые горизонты может быть однозначно определено изотопными методами [1].

Необходимость расширения экологического изотопного мониторинга связана и с постепенным возрастанием доли предприятий ядерно-топливного цикла в общем производстве электроэнергии. То есть должен быть организован как площадный, так и временной мониторинг специфических изотопов в окружающей среде.

При применении природных изотопных индикаторов основная задача связана с необходимостью измерения очень низких концентраций изотопов, в частности трития, что требует развития так называемой низкофоновой техники [2]. Измерение трития включает два этапа - электролитическое обогащение пробы и измерение бета - активности остатка.

Для обогащения проб был выбран метод электролиза, наиболее доступный по стоимости анализа и возможности проведения в наших условиях.

Первоначально обогащение проводилось на электролитических ячейках [3]: электролизеры представляют собой стеклянный баллон объемом 250 мл (в другой конструкции - 500 мл) с параллельными 5 (или 7) пластинами из нержавеющей стали, общая площадь анода - 250 см2, электролиз проводится до конечного объема 7 мл; плотность тока в начальный момент около 28 мА. Начальная концентрация электролита - 1 % КОН; общее время электролиза не превышало 3 сут. Однако фактор (коэффициент) обогащения этой конструкции (около 20) не позволил нам исследовать очень низкие концентрации трития в глубоких подземных водах и грязевых вулканах, расположенных на территории Краснодарского края [1].

Поэтому была создана новая электролитическая ячейка, в которой конструкция из плоских и параллельных электродов была заменена на конструкцию из параллельных электродов, свернутых в спираль. Объем рабочего корпуса из стекла составлял также 500 мл; расстояние между электродами - 0,3 см. При этом практически весь объем электролита находился в межэлектродных плоскостях. Для лучшего перемешивания на электродах имеются вертикальные прорези. Полная площадь анода - 1500 см, он выполнен из нержавеющей стали толщиной 0,05 см, катод - из мяг-

кой стали такой же толщины. Для уменьшения потерь пробы в процессе электролиза над ячейкой расположен медный обратный холодильник, возвращающий в рабочий объем капли воды или пары, захваченные газом. Нижняя часть корпуса электролизера, начиная с уровня 250 мл, обвита стеклянной трубкой, в которой циркулирует вода, охлаждающая ячейку. Между трубкой и корпусом навита проволока из нихрома, позволяющая в случае необходимости прогревать электролизер, и впаяна термопара для измерения температуры электролита. Для максимально полного собирания жидкости дном ячейки служит пробка из фторопласта с углублением. По окончании процесса электролиза пробка с электролитом отсоединяется от корпуса ячейки и переносится в химическую систему для дальнейшей процедуры очистки. Плотность тока в начале электролиза - 10 мА; время, необходимое для разложения 500 мл, - 100 ч. При таком начальном токе нет необходимости в принудительном охлаждении (при температуре в рабочем помещении около 20 0С не наблюдается нагревание электролита). Экспериментально были получены коэффициенты обогащения 64 ± 1,5 %. Таким образом, конструкция электролизера по сравнению с существующими позволила получить более высокий и стабильный коэффициент обогащения.

Для измерения бета-излучения трития мы использовали сцинтилляционные счетчики. Детекторы располагались в низкофоновых камерах [2], состоящих из концентрических чугунных колец толщиной 17 см и внешним диаметром 76 см. Из таких колец толщиной 6 см были собраны две низкофоновые камеры. Первая из них располагается в лаборатории на поверхности земли, а вторая - в штольне на глубине 130 м водного эквивалента. Породы, окружающие штольню, имеют очень низкий радиоактивный фон (не более 2-3 мкР/ч), благодаря чему достигнуты очень низкие скорости счета фона. Обе камеры укрыты снаружи слоем свинца толщиной 5 см, а внутренний объем добавочно экранировался слоями меди, парафина и вольфрама по необходимости.

Сцинтилляционный счетчик представляет собой кварцевую кювету размером 3Х3Х1,8 см, заполняемую смесью исследуемой пробы с жидким сцинтиллятором (на основе диоксана или толуола). Кювета просматривается с двух сторон фотоумножителями; фон не превышает 0,01 имп/мин. Калибровочный фактор составляет 85ТО/имп/мин (ТО -тритиевое отношение). Объем пробы, смешиваемый со сцинтиллятором, - 7 см3. Здесь и далее все фоновые характеристики получены с применением бланковых проб, отобранных с глубоких (>2,5 км) скважин

и практически не содержащих тритий. Таким образом, Содержание трития в образцах вод Краснодарского края

благодаря применению низкофоновых подземных условий измерения достигнут высокий калибровочный фактор, что позволило повысить чувствительность метода по сравнению с действующими в России системами.

С целью определения наиболее значимых в экологическом плане точек мониторинга трития на территории Краснодарского края, а также получения среднегодового значения содержания трития в поверхностных водах для гидрогеологических задач нами в 2001 г. проводились измерения трития в природных объектах. Результаты измерений приведены в таблице. Отбор всех проб производился с поверхностного слоя. Эти данные сопоставлялись с некоторыми измерениями концентраций других изотопов (23№, 137Сб, элементы уранового и ториевого рядов) и химических элементов (ртуть, свинец и др.), измеренных эпизодически за указанный период. Четких корреляций между этими данными не наблюдается; необходимо проводить независимые исследования для каждого из элементов.

Следует отметить, что полученные значения в несколько раз ниже, чем результаты аналогичных измерений, например, в Закавказском регионе в 1982-1987 гг. [4]. Отметим, что на территории Краснодарского края работы по измерению трития в природных водах раньше не проводились.

Учитывая близость Ростовской АЭС, начатые измерения трития (в совокупности с организацией мониторинга других изотопов в водах, осадках, и атмосфере), могут явиться весомой составляющей общего мониторинга радиационной обстановки на юге России.

Как видно из данных таблицы, содержание трития на участке по течению р. Кубань до Краснодарского водохранилища выше, чем после него, что связано, очевидно, с большим временем водообмена. Весьма вероятен прямой изотопный обмен с атмосферой, что приводит к снижению содержания трития на выходе из водохранилища.

Малые реки (Абин, Адагун, Зыбза и др.) содержат малые концентрации трития в связи с малой поверхностью водосбора и прямой подпиткой глубинными источниками. Сопочные воды имеют крайне низкое содержание трития (но отличное от нуля), что говорит о захвате поверхностных вод сточными водами при движении их к дневной поверхности. Содержание трития в Азовском море сопоставимо с его содержанием в устье р. Кубань. Содержание трития в осадках подвержено заметным сезонным колебаниям, что, очевидно, связано с изменением метеорологических условий в регионе.

С целью получения оперативной информации о содержании трития непосредственно в местах отбора проб нами разрабатывается дрейфовая пропорциональная камера, работающая на водороде, конвертированном на горячем магнии из 23 мл анализируемой воды. Ожидаемая чувстви-

Место отбора Дата отбора Содержание трития

ТО Ки/л-10 11

р. Кубань: с.Тбилисская Август 2001 г. 15, 5 ±0,8 4,9±0,3

с. Ладожская — // — 21,8±1,0 6,9±0,3

с. Воронежская — // — 16, 7±0,8 5,4±0,3

г. Краснодар — // — 15, 7±0,8 4,9±0,3

с. Троицкая — // — 12,6±0,8 4,0±0,3

с. Варениковская — // — 14,4±0,8 5,8±0,3

г. Темрюк — // — 12,3±0,8 4,0±0,3

Устье — // — 10,5±0,8 3,4±0,3

р. Кубань: с.Тбилисская Ноябрь 2001 г. 25, 5 ±0,3 8,2 ±0,1

с. Ладожская — // — 32,6±0,3 10,4±0,1

с. Воронежская — // — 27,6±0,3 8,8±0,1

г. Краснодар — // — 34,6±0,3 11,1±0,1

с. Троицкая — // — 17,8±0,3 5,7±0,1

с. Варениковская — // — 16,5±0,3 5,3±0,1

г. Темрюк — // — 18,7±0,3 6,0±0,1

Устье — // — 14,6±0,3 4,7±0,1

Краснодарское водохр-ще, с.Старокорсунская Август 2001 г. 21,9±1,0 7,1±0,1

Крюковское водохр-ще — // — 17,6±1,0 5,7±0,1

Варнавинское водохр-ще — // — 14,5 ±0,8 4,7±0,1

Краснодарское водохр-ще, с.Старокорсунская Ноябрь 2001 г. 38,4±0,6 12,4±0,2

Крюковское водохр-ще — // — 27,6±0,6 8,9±0,2

Варнавинское водохр-ще — // — 19,5±0,3 6,3±0,1

р. Абин Октябрь 2001 г. 13,4±0,8 4,3±0,1

р. Зыбза — // — 14,8±0,8 4,8±0,1

р. Адагум — // — 11,4±0,8 3,7±0,1

Азовское море (с.Голубицкая) — // — 12,4±0,8 4,0±0,1

Сопочные воды, грязевой вулкан Шуго Ноябрь 2001 г. 1,4±0,3 0,5±0,1

Сопочные воды, грязевой вулкан Гнилая — // — 1,7 ±0,3 0,5±0,1

Сопочные воды, грязевой вулкан Миска — // — 0,7 ±0,3 0,2 ±0,1

Сопочные воды, грязевой вулкан Гладковский — // — 1,2 ±0,3 0,4±0,1

Сопочные воды, грязевой источник Шапсугский — // — 2,3 ±0,3 0,7±0,1

Грязевой вулкан Миска, вулканическое озеро — // — 15,8 ±0,3 2,6±0,1

Грязевой вулкан Голубицкая, вулканическое озеро — // — 15,8 ±0,3 2,6±0,1

Осадки, среднее за месяц Октябрь 2001 г. 38,7±1,2 12,5±0,4

Осадки, среднее за месяц Ноябрь 2001 г. 15,8 ±1,5 5,0±0,3

Осадки, среднее за месяц Декабрь 2001 г. 27,4±0,5 8,8±0,2

тельность системы - 4 ТО.

Литература

1. Nevinsky I. et al. // Radiation Measurements. 2001. № 34. P. 349-353.

2. Невинский И.О., Цветкова Т.В. //Атомная энергия. 1991. Т. 70. Вып. 2. С. 121-123.

3. Ломоносов И.И., Сошин Л.Д. Измерения трития. М., 1968. С. 20-41.

4. Барнов В.А. и др. // Водные ресурсы. 1987. № 2. С. 151153.

Кубанский государственный университет______________________________________________________28 июля 2003 г.