Особенности миграции радионуклидов и прогнозирование радиоактивного загрязнения местности

В результате аварии на ЧАЭС на территорию Республики Беларусь было выброшено и значительное количество долгоживущих радионуклидов. После выброса газов, «горячих» частиц образовались и аэрозоли в результате процессов диспергирования, конденсации, десублимации, адсорбции радионуклидов. Размеры таких частиц составляют от 2 мкм до сотен мкм, но активность одной частицы не превышает 10^–14 Кu. Правда, «горячие» частицы (фрагменты ядерного топлива) имели и большие размеры, и в них было по несколько радионуклидов. Активность частиц пропорциональна их размеру:

А₁ = кДⁿ, (1)

где к – коэффициент пропорциональности, характерный для данного вида радионуклида. Когда активность сосредоточена на поверхности частицы, то n=2, а по всему объему – n=3. Наличие таких частиц и обусловило особенности миграции радионуклидов.

Расчеты показывают, что радиоактивный спад продолжается много месяцев и даже лет.

Особенности радиоактивного загрязнения местности Республики Беларусь во многом обусловлены не только видами радионуклидов, но и физико-химическими процессами, определяющих элементарные акты загрязнений.

Для прогнозирования последствий радиоактивного загрязнения местности очень важно знать особенности миграции радионуклидов. Миграция радионуклидов может быть по воздуху, в почве и водоносных системах. Различают вертикальную и горизонтальную миграцию. На миграцию радионуклидов влияют следующие факторы:

• химическая природа изотопов;

• условия выпадения радионуклидов и количество атмосферных осадков;

• режим существования почво-растительного комплекса;

• антропогенные воздействия на почву (ее влажность, интенсивность промывного режима);

• особенности минерального и органического состава почвы и др.

Вертикальная миграция радионуклидов в почве. Поверхностное загрязнение почвы происходит в основном за счет адгезии и адсорбции.

Адгезия (прилипание) радиоактивных частиц характерна для аэрозолей, в меньшей степени – для «горячих» частиц.

Адсорбция может быть физическая и химическая. При физической адсорбции радионуклид сохраняет свою индивидуальность и проникает в вещество за счет межмолекулярного взаимодействия. Химическая адсорбция возникает за счет химического взаимодействия и образования нового химического соединения.

Радионуклиды могут проникать в глубину почвы и за счет диффузии. При этом диффузия в различных грунтах разная.

Радионуклиды проникают в почву и в результате смыва дождевыми или талыми водами, через микропоры в почве.

По мере миграции радионуклидов в вертикальной плоскости происходит изменение и радиоактивности. Исследования показывают, что в Республике Беларусь радионуклиды цезия и стронция сосредоточены в основном в слое 5–20 см. Процесс миграции радионуклидов в вертикальной плоскости медленный и в среднем каждые 20 лет количество радионуклидов будет уменьшаться в 2 раза для двадцати сантиметрового слоя.

Миграция радионуклидов в вертикальной плоскости зависит от вида почвы. Так, в подзолистых и песчаных грунтах вертикальная миграция меньше, чем в торфяно-болотных почвах (5–8 см и 20 см соответственно для цезия-137). Стронций-90, хотя и имеет более высокую миграционную подвижность, но в дерново-подзолистых и супесчаных почвах распределен так же, как и цезий-137, и только в торфяных почвах он проник глубже. Существует опасность попадания стронция-90 в подземные воды, особенно после того, как радионуклиды вступили в различные водо-растворимые химические соединения. Замечено, что, чем ближе к ЧАЭС, тем меньше миграция, так как здесь больше «горячих» частиц.

Горизонтальная миграция. Существует несколько причин горизонтальной миграции. Естественной причиной является распространение радионуклидов вместе с пылью за счет ветра. Частично радионуклиды смываются дождевыми и паводковыми водами. По этой причине наблюдается повышенное содержание радионуклидов в низинах. Однако, наибольшая миграция радионуклидов происходит по вине человека. В частности радионуклиды разносятся транспортом с загрязненных районов в «чистые». Почти 1 млн. т радиоактивного зерна, свыше 1,6 млн. т обрата, свыше 100 тыс. тонн хвойной и травяной муки, заготовленных в загрязненной зоне, распространились через комбикорма почти по всей территории республики. Миграция радио нуклидов происходит и за счет лесных пожаров.

Прогноз распространения радионуклидов в основном связан с горизонтальной миграцией, деятельностью человека, состоянием погоды и способностью растений аккумулировать радионуклиды. Долгосрочный прогноз показывает, что самоочищение почв, особенно от цезия-137, вследствие вертикальной миграции, будет происходить крайне медленно. Однако, заглубление плутония будет значительным по мере разрушения «горячих» частиц. Одновременно миграция по воздуху и за счет паводковых вод на отдельных участках территории достигает 5 км/год. Обычно в низинах содержание радионуклидов больше. Ввиду длительного пребывания цезия-137 в пахотном слое на десятилетия остается опасность радиоактивного загрязнения продукции растениеводства за счет корневого и аэрального поступления. Удельная активность цезия-137 и стронция-90 в подземных водах пока не представляет особой опасности. В перспективе возможно радиоактивное загрязнение вод вследствие миграции только в зонах с поверхностной активностью 40 Кu/км² и более. В реках радионуклиды в основном сосредоточены в донных отложениях, несколько меньше – в гидробионтах и еще меньше – в воде. В период паводков и разлива рек возрастает доля активности, связанная с твердыми взвесями. Радиоактивные вещества течением могут относиться на значительные расстояния, и только часть из них накапливается в донных отложениях. В озерах радионуклиды сосредоточены в донных отложениях и биоте. Наличие растительности в озерах, ее способность аккумулировать радионуклиды вызывает накопление достаточно высокого уровня радиоактивности в донных отложениях.