Радиоактивность поверхностных и подземных вод континентов, Радиоактивность природных вод - Подготовка проб воды и атмосферных осадков для инструментального гамма-спектрометрического метода радионуклидного анализа

Радиоактивность природных вод

В питьевом водоснабжении преимущественно используются поверхностные воды из рек, озер, водохранилищ, а также грунтовые воды из колодцев, родников и подземные воды (артезианские скважины, глубокие скважины для извлечения так называемых трещинных вод из зон кристаллических массивов). Радиоактивность вод обусловлена переходом радионуклидов из вмещающих пород в воду в результате растворения неустойчивых минералов или выщелачивания (переход элемента из минерала без нарушения его кристаллической структуры).

При оценках радиационного качества питьевых вод принято учитывать из ЕРН - 40К, радионуклиды рядов 238U и 232Th.

Не рассматриваются ЕРН ряда 235U (его содержание в природном уране в 22 раза меньше, чем 238U). Удельные активности космогенных радионуклидов малы и при рассмотрении радиационной безопасности питьевой воды вкладом от облучения этими радионуклидами можно пренебречь (кроме особых случаев, связанных с ЕРН 3Н, 14С).

Радиоактивность вод изменяется в очень широких пределах в зависимости от радиоактивности вмещающих пород, интенсивности их выветривания, механизма выноса радионуклидов из этих пород водой, гидрогеологических условий, химического состава воды, формы нахождения ЕРН в воде, близости берегов и глубины водоема и даже климатических условий Вариации содержаний ЕРН в водах даже одного типа в данной климатической зоне могут достигать одного порядка, а в разных климатических зонах 2-3 порядков и более. Установить какие-либо фоновые значения содержаний ЕРН в природных водах затруднительно.

В северных широтах (осадки преобладают над испарением) преобладают гидрокарбонатно-кальциевые воды с минерализацией 0,10,2 г/л, а в южных засушливых районах (испарения преобладают над осадками) преобладают сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевые воды с минерализацией 25 г/л. В соответствии с этим изменяется и радионуклидный состав вод. Так, средние содержания 238U в речных водах изменяется от 1 Бк/м3 в северных широтах до 600 Бк/м3 в южных аридных областях, достигая (15)105 Бк/м3 в водах озер засушливых районов, как и в артезианских водах и водах минеральных источников.

Содержание ЕРH в поверхностных водах широко варьирует даже для вод конкретного водоема и зависит от многих факторов, в том числе от количества взвешенного тонкодисперсного материала в воде, которое само по себе изменчиво и зависит от времени и места отбора проб воды для анализа. На мелководье, например, содержание ЕРН в 1,53,0 раза выше среднего из-за большого содержания взвеси в воде.

Радиоактивность вод обусловлена прежде всего присутствием в них 238,234U, 226,228,224Ra, 222Rn, 220Th и 40К. Значительно меньше удельные активности 210 Pb и 210Pо. Содержания 232Th очень низки, но в редких случаях могут встречаться значительные содержания долгоживущих радионуклидов 228,230Th.

В отличие от горных пород и илов в природных водах, как правило, нарушено радиоактивное равновесие в рядах урана и тория. Это связано с различием химических свойств и миграционных способностей радиоактивных элементов и их изотопов. Так, миграционная способность радионуклидов урана много больше миграционной способности радионуклидов тория, а из двух изотопов более подвижным будет наиболее короткоживущий, так как он при выщелачивании не связан с кристаллической решеткой и не успевает диффундировать из раствора в кристаллическую структуру вмещающих пород. Типичные соотношения активностей ЕРН в природных водах приведены в таблице.

Поверх. воды

Воды осад. пород

Воды кристал. пород

234U / 238U

11,5

1,22,5

25 max 15

230Th / 238U

0,0010,5

-

0,05

226Ra / 238U

0,03

315 (обычно<1)

-

230Th / 238U

0,1

-

0,1 max 3

228Th / 232Th

0,92,5

2,412

-

230Th / 232Th

1,04,5

1,6

2,2

226Ra / 232Th

0,425

0,0125 cp. 0,4

0,13,0 cp. 0,2

224Ra / 228Ra

-

0,12,0 cp. 1,0

0,076,0 cp. 1,4

В подземных водах содержание 238U больше, чем в поверхностных; так, содержание урана в грунтовых водах выше содержания его в поверхностных водах США до 4 раз

Степень нарушения радиоактивного равновесного отношения 222Rn/226Ra в подземных водах больше, чем в поверхностных в результате эманирования 222Rn из горных пород и растворения его в воде Содержание 222Rn в воде из глубоких скважин может превышать 100 кБк/м3, в то время как для большинства потребителей питьевой воды из поверхностных источников и из водоносных горизонтов содержание 222Rn не превышает 1 кБк/м3.

Согласно данным таблицы в наибольшей степени радиоактивное равновесие нарушается в ряду 238U230Th для любых природных вод.

Имеющиеся в литературе данные о содержаниях ЕРН в природных водах сведены в таблице.

Радионуклид

А, Бк/м3

Примечание

3Н
    190610 10709600 ср. 4440 (2,03,6)104 ср. 3,1104 1301,75105

Поверхностные воды

Поверхн. воды р-н Н.-Ворон. АЭС

Водоем-охлад. П бл. Н.-Ворон. АЭС

Поверх. воды в рез. испыт. ядерн. оружия

40К

3,7244

Ср. 37370

Ср. 488

Ср. 11103700

Поверхностные воды

Реки Евр. России (ср. полоса)

Озера Евр. России (ср. полоса)

Подземные воды Евр. России (ср. полоса)

238U

0,19629

Ср. 18

0,153,0

Ср. 2

1,2

< 4104

    3123000 ср. 660 59 90 13 3492000

Поверхностные воды

Поверхностные воды, Европа

Реки Европа

Реки Евр. России

Озера

Озера непроточные высыхающие

Подземные воды Евр. России, ср. полоса

Артезианск. скваж., Евр. Россия

Гл. скваж. (трещ. воды, зоны кристал, образ), Россия

Водопровод, Россия, Москва

Питьевые воды, Россия

234U
    0,37126 3 3550000, ср. 1580 4400000 ср. 890 1620

Поверхностные воды

Реки, Евр. Россия

Озера, Евр. Россия, ср. полоса

Подземные воды, Евр. Россия, ср. полоса

Гл. скваж. (трещ. воды, зоны кристал, стр-р), Евр. Россия

234Th

3550000

Питьевые воды, Россия

230Th

Ср. 3135

    5 13 25 0,51800

Подземные воды, Евр. Россия, ср. полоса

Колодцы, Евр. Россия, Брянск. обл.

Артез. скв., Евр. Россия, Тверск. обл.

Гл. скваж. (трещ. воды, зоны кристал, стр-р), Россия

Питьевые воды, Россия

226Ra
    0,37111 744 ср. 25 9153 ср. 73 2,637 4155 ср. 1030 3,6 292 ср. 36,5 7300 ср. 737 36,535,6104 ср. 731100 36,5328 ср. 73146 418500 ср. 1070 60 148

< 1800

    110 2,8105 3,7103 1,8103 2927104 ср. 21902920 418500

Поверхностные воды

Поверхностные воды, Европа

Реки

Реки и водопровод, Европа

Реки, Евр. Россия, ср. полоса

Озера

Озера, Евр. Россия, ср. полоса

Подземные воды (осад. породы)

Подземные воды (кисл. магм. породы)

Подземные воды, Евр. Россия, ср. полоса

Артезианская, Евр. Россия, Брянск. обл.

Гл. скваж. (трещ. воды, зоны кристал, стр-р), Россия

Мин. воды, Россия

Мин. воды, Пятигорск

Мин. воды, Ухта

Мин. воды, Славяновск

Мацеста

Воды урановых месторождений

Питьевые воды Росия

222Rn
    7666 ср. 10 104 104106 ср. 1043104 3,710318,4104 ср.5,55104 3,710415105 ср. 3,7105 20000 415000

<106

Поверхностные воды, Европа

Реки и озера, Евр. Россия, ср. полоса

Подземные воды, Евр. Россия, срю полоса

Вода осадочных пород

Вода кисл. магм. пород

Артезианская, Россия

Гл. скваж. (трещиноватые воды, зоны крист. стр-р), Россия

Питьевая вода, Россия

210Pb
    3,75,2 111 28 1100

Открытые водоемы

Реки Евр. России, ср.. полоса

Озера Евр. России, ср. полоса

Питьевая вода, Россия

210Pо

Ср. 2,2

    0,013,0 17 0,415 15 37 0,5100

<48555 ср. 11,85

4

Открытые водоемы

Реки, Евр. Россия, ср. полоса

Озера, Евр. Россия, ср. полоса

Подз. Воды, Евр. Россия, ср. полоса

Артез. скваж., Россия

Глубокие скважины, Россия

Питьевые воды, Россия

Питьевая вода

Водопровод, Россия, Москва

210Bi
    3 19 8

Колодцы, Россия

Артезианские скваж., Россия

Глубокие скважины, Россия

232Th

8,210-44,110-3

Ср. 0,81

Ср. 0,040,4

Ср. 0,080,4

Ср. 0,21800

    10 0,11800

Поверхностные воды

Речная

Реки Евр. Россия, ср. полоса

Озера, Евр. Россия, ср. полоса

Подз. воды, Евр. Россия, ср. полоса

Глубокие скважины, Россия

Питьевые воды, Россия

228Th

173000

Подземные питьевые воды, Евр. Россия, ср. полоса

228Ra

22105 ср. 20100

Подземные питьевые воды, Евр. Россия, ср. полоса

Кроме данных о содержаниях ЕРН в поверхностных водах внесены данные и для подземных вод, так как около 10% населения земного шара используют для водоснабжения воду из подземных горизонтов, а в отдельных районах подземные воды являются единственными источниками водоснабжения.

Содержания урана в большинстве вод в среднем не более 2,5 Бк/м3, но в урановых провинциях в общем на порядок выше - (12120 Бк/м3), а в отдельных случаях может превышать 600 Бк/м3, особенно если в воде имеет место повышенное содержание сульфидов, хлоридов, карбонатов, фосфатов, нитратов или гумусного материала.

Подземные и родниковые воды содержат уран в количестве, в общем на порядок большем, чем поверхностные. Океанские воды содержат уран в количестве 1273 Бк/м3. В большинстве природных вод содержание урана существенно выше, чем содержание тория: Th/U 0,05.

Содержание урана в речных водах изменяется в пределах 1,21200 Бк/м3. Такие вариации содержаний, как указывалось выше, связаны со значительными различиями содержания урана в горных породах, интенсивности их выветривания, с многообразием форм нахождения урана в речных водах. Большая часть урана содержится в речных водах в растворимых формах. Содержание урана во взвешенном материале меньше и подвержено сильному влиянию климатических условий. Радионуклиды радия в воде находятся главным образом в ионной форме и характеризуются высокой миграционной способностью. Известна способность радия концентрироваться в известковых раковинах и водорослях - отмечен значительный перенос радия на дно водоемов.

В воде концентрация радия ниже, чем можно ожидать из условия радиоактивного равновесия с ураном, вследствие эффективного удаления радия из водной фазы.

Миграционная способность тория в водной фазе и интенсивность его выноса из коры выветривания меньше, чем у урана (торий сохраняется преимущественно в коре выветривания). Основная часть тория мигрирует в реках с обломочным материалом во взвешенном и коллоидном состояниях и быстро осаждается из водной толщи из-за склонности к гидролизу и адсорбции на взвеси, частицах и коллоидах.

В ряде случаев содержания тория возрастают по мере приближения к береговой линии (как следствие увеличения содержаний его во взвеси и повышенного содержания самой взвеси). Наиболее четко это прослеживается в Азовском море, где содержание тория в воде изменяется в пределах 0,168,80 Бк/м3.

Питьевые воды имеют сравнительно низкие содержания 210Pb, 210Bi и 210Po и имеется очень большой разброс в содержаниях 210Ро (до 4-х порядков).

Наиболее подробно изучена радиоактивность поверхностных и подземных питьевых вод средней полосы Европейской России. Данные об удельных активностях ЕРН включены в следующие таблицы.

Суммарные - и - активности этих вод варьируют в пределах:

А, Бк/м3

А, Бк/м3

Реки и озера

40250

350850

Подземные воды

40360

10004000

Колодцы

530

810

Артезианские скваэины

3600

2550

Трещинные воды

2280

1480

Фоновая - активность природных вод на 50-90% обусловлена 40К, а в - активность наибольший вклад дают 234,238U, 224,226Ra (если не учитывать 222Rn и 220Th и продуктов их распада).

Вода из колодцев характеризуется 40% избытком 234U по отношению к 238U. Изотопные отношения: 234U / 238U = 1,4; 226Ra / 230U =6; 226Ra / 228Ra = 2,4; 224Ra 228Ra = 4,1. радиоактивность гидросфера торий

Вода артезианских скважин (из водоносных горизонтов зоны известковых пород) отличается относительно более высокими удельными активностями радионуклидов радия, особенно 224Ra и высокими суммарными активностями.

Воды из трещиноватых водоносных зон кристаллических пород обычно имеют очень высокие изотопные отношения (234U / 238U =17) и высокие суммарные активности.

Подземные питьевые воды по радионуклидному составу классифицируются на три типа: урановые, радиевые и смешанные.

Воды радиевого типа имеют высокие изотопные отношения 226Ra / 238U = 1018 при относительно небольших отношениях 234U / 238U = 1,4 и 210Pо / Г = 0,121,2. Суммарные активности этих вод изменяются в широких пределах: А = 1203500; А = 1702550 Бк/м3. Радионуклидный состав вод этого типа можно иллюстрировать данными для источников в Тверской области (№1) и и Московской области (№2,3).

Радионуклид

А, Бк/м3

№1

№2

№3

238U

59

4

11

234U

100

16

12

226Ra

600

60

195

228Ra

200

14

39

210Pb

19

<10

20

210Po

15

<5

3

А

3500

120

380

А

2550

170

180

Воды уранового типа характеризуются низким изотопным отношением 226Ra / 238U = 0,041,0, близким к 1 изотопным отношением 234U / 238U = 1,12,6 и низким отношением 210Pо / 238U = 0,010,08. Суммарные активности этих вод относительно невелики: А = 1501160; А = 1101100 Бк/м3.

Радионуклидный состав вод уранового типа иллюстрируется данными для источников в Белгородской области (№1, №2) и Московской области (№3).

Радионуклид

А, Бк/м3

№1

№2

№3

238U

510

240

48

234U

560

260

123

226Ra

21

16

123

228Ra

8

8

<5

210Pb

20

<10

15

210Po

9

3

4

А

1160

520

150

А

1100

260

110

Для вод смешанного уран-радиевого типа характерно изотопное отношение 226Ra / 238U 1 и относительно низкие суммарные активности А = 260840; А = 160590 Бк/м3.

Примеры радионуклидного состава для 3-х источников этого типа (Московская область):

Радионуклид

А, Бк/м3

№1

№2

№3

238U

268

157

61

234U

325

188

130

226Ra

266

150

117

228Ra

22

<2

25

210Pb

20

10

20

210Po

26

13

12

А

840

500

260

А

590

440

160

Для этих вод характерно близкое к 1 изотопное отношение 224Ra / 238U = 1,22,1 и низкое изотопное отношение 210Pо / 238U = 0,080,2.

Среди подземных источников иногда встречаются источники с высоким содержанием 210Pо. Это объясняется тем, что водозаборная скважина попадает в зону тектонической структуры с усиленной эманирующей способностью. Примерами таких источников являются 2 водозаборные скважины (Московская область).

Радионуклид

А, Бк/м3

№1

№2

238U

41

42

234U

59

90

226Ra

202

508

228Ra

33

5

210Pb

10

25

210Po

170

472

А

570

1490

А

520

1050

Для этих источников изотопное отношение 234U / 238U близко к 1 (1,42,1), а изотопные отношения 226Ra / 238U и 210Pо / 238U высоки (412).

Приборы и инструменты:

    1. Установка для выпаривания воды 2. Вытяжной шкаф 3. Керамические чашки 4. Скребки из нержавеющей стали 5. Набор мерных сосудов 6. Набор счетных геометрий Дента 0,04 л 7. Скотч 8. Этикетки 9. Журнал по пробоподготовке воды

Порядок выполнения работы:

Похожие статьи




Радиоактивность поверхностных и подземных вод континентов, Радиоактивность природных вод - Подготовка проб воды и атмосферных осадков для инструментального гамма-спектрометрического метода радионуклидного анализа

Предыдущая | Следующая