X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Особенности почвенной химии некоторых экологически значимых естественных и искусственных радионуклидов

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Молодцова А.А. 1

---

1МБОУ "Пришненская средняя школа № 27" Щекинского района

Ихер Т.П. 1

---

1МБОУ "Пришненская средняя школа № 27" Щекинского района

Работа в формате PDF

500.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Сельскохозяйственная радиоэкология – это наука, изучающая закономерности миграции по биологическим цепочкам в агропромышленной сфере и действия ионизирующих излучений как одного из ведущих экологических факторов в современной биосфере на сельскохозяйственные растения и животных, а также агроценозы [1 - 3]. В прикладном плане эта наука разрабатывает способы изменения (как правило, ограничения) вовлечение радионуклидов в биологический круговорот, снижения содержания радиоактивных веществ в растениях и животных, а также в продукции растениеводства и животноводства и, в конечном счете, обосновывает систему ведения агропромышленного производства, обеспечивающую минимальное радиационное воздействие на человека, а в некоторых случаях и растения и животных. Сельскохозяйственная радиоэкология обосновывает принципы функционирования АПК на территориях с повышенным содержанием радиоактивных веществ (в том числе на сельскохозяйственных угодьях, подвергшихся радиоактивному загрязнению после радиационных аварий).

Цель данной реферативно-исследовательской работы – провести анализ естественных и искусственных радионуклидов, имеющих важное эколого-биологическое значение для здоровья среды и человека в современном мире.

Источники радиоактивного облучения

Важное значение исследований в области сельскохозяйственной радиоэкологии стало особенно очевидным в период, когда началось активное освоение атомной энергии в различных отраслях народного хозяйства, в первую очередь, когда стала развиваться ядерная энерге­тика.

Как известно, следствием использования атомной энергии яви­лись рассеяние искусственных радионуклидов в биосфере, в том числе и в сфере агропромышленного производства, и ускорение темпов пере­движения естественных радионуклидов с последующим включением их вцепи миграции в системе «радиоактивные выпадения – почва – сельскохозяйственные растения – сельскохозяйственные животные».

Облучение человека от радионуклидов техногенного происхожде­ния, поступивших в среду его обитания, складывается из четырех источников [3]:

1) внешнего облучения от осевших на земную поверхность (почвенно-растительный покров) радионуклидов;

2) ин­галяции радионуклидов, находящихся в зоне дыхания человека;

3) погружения человека в облако, содержащее радиоактивные аэрозоли (если имеет место выброс радиоактивных веществ в атмосферу);

4) облучения от радионуклидов, поступивших в организм человека с продуктами питания и водой.

Как показывает анализ различных ра­диологических ситуаций [2 - 4; 7], последний из четырех источников облучения в большинстве случаев играет ведущую, а иногда и решающую роль в формировании лучевой нагрузки на человека. Доминирующее значе­ние пищевого пути поступления радионуклидов как фактора дополни­тельного (сверхфонового) облучения человека среди всех других ис­точников воздействия ионизирующих излучений на человека в усло­виях повышения радиационного фона Земли и предопределило исключительное внимание к проблемам сельскохозяйственной радиоэкологии.

2. Естественные радионуклиды

С радиоэкологической точки зрения, все радионуклиды целесообразно разделить на естественные (присутствие которых на Земле не связано с деятельностью человека) и искусственные, или техногенные. Это деление условно, так как образующиеся в естественных (природных) условиях легкие радионуклиды могут быть получены и искусственным путем. Например, тритий, может образовываться как в естественной среде (в результате ядерной реакций химических элементов с космическим излучением), так и реакциях с искусственно вызванным делением или синтезе: Другой важный искусственный радионуклид – ⁹⁰Sr может образовываться в окружающей среде при спонтанном делении ²³⁸U. В связи этим искусственные радионуклиды иногда называют более точно нуклидами антропогенного (техногенного) происхождения.

В биосфере Земли содержится более 80 естественных радионуклидов, которые можно разделить на две категории: первичные и космогенные [3].

Первичные подразделены на две группы. Первая группа включает 43 радионуклида трех семейств (рядов) радиоактивных элементов с периодами полураспада от 3·10^-7 с (²¹²Ро) до 1,4·10¹⁰ лет (²³² Т). Радионуклиды этой группы называют также тяжелыми естественными радионуклидами. Следует отметить, что в природе существовало четвертое радиоактивное семейство - ряд ²³⁷Nр (Т_1/2 = 1,214·10⁶ лет), все члены которого в естественных условиях распались, в настоящее время они получены искусственным путем. Вторая группа первичных радионуклидов состоит из 24 долгоживущих (с периодом полураспада от 1,3·10⁹ до 1,4·10²¹ лет) радиоактивных изотопах таких химических элементов, как К, Са, RЬ, Sn и др. (табл. 1) [3].

Таблица 1

Природные радионуклиды нерадиоактивных и радиоактивных

химических элементов

*э.з. – электронный захват

Естественные радионуклиды целесообразно разделить на легкие и тяжелые. В группу тяжелых естественных радионуклидов специально выделены ввиду их большой радиотоксической значимости нуклиды радиоактивных семейств – ²³⁵U, ²³⁸U ²³²Тh. Все остальные естественные радионуклиды отнесены к легким [1]. Космогенные радионуклиды образуются в основном в атмосфере в результате взаимодействия космического излучения (нейтронов, протонов и др. ) с ядрами атомов О, N, Аг, а затем поступают на земную поверхность атмосферными осадками. Эта группа представлена 20 радионуклидами (табл. 2) с периодами полураспада от 37,3 мин. (³⁸С1) до 7,4·10⁵ лет (²⁶А1).

Таблица 2

Характеристика естественных радионуклидов, индуцированных

космическим излучением

Радионуклиды	Скорость образования, ат. / (см2с)	Период полураспада	Еβ, кэВ
3Н	0,20	12,34 года	18,6
3Ве	8,1·10-2	53 сут.	э.з.
10Ве	4,5·10-2	2,5·105 лет	555
3С	2,5	5730 лет	156
22Na	8,6·10-5	2,6 года	545 ( )
24Na	3,0·10-5	15 час	1389
28Mg	1,7·10-4	21,2 час	460
26Al	1,4·10-2	7,4·105 лет	1170 ( )
31Si	4,4·10-4	2,6 час	1480
32Si	1,6·10-4	700 лет	210
32р	8,1·10-4	14,3 сут.	1710
33р	6,8·10-4	25 сут.	248
35S	1,4·10-3	87 сут.	167
38S	4,9·10-5	2,78 час	3000
34mCl	2,0·10-4	32 мин	2480 ( )
34Cl	1,1·10-3	3,1·105 лет	714
38Cl	2,0·10-3	37,3 мин.	4910
39Cl	1,4·10-3	55,5 мин.	3450
3Ar	5,6·10-3	270 лет	565
26Kr	1,5·10-7	2,1·105 лет	э.з.

Наиболее значимые в радиологическом плане радионуклиды этой группы - ³Н, ⁷Ве, ¹⁴С, ²²Nа и ²⁴Nа [3].

3. Легкие естественные радионуклиды

Тритий. ³Н – единственный радиоактивный изотоп водорода (Т_1/2= 12,34 года); характеризуется максимальной массой 3,025 а.е.м. (два другие изотопа водорода: протий и дейтерий - стабильны). Распад ³Н сопровождается -излучением с очень низкой энергией 0,0186 МэВ [3, 9].

Мировом океане находится 65 % природного ³Н, на земной поверхности и в наземной биоте - 27%. Антропогенный тритий ³Н образуется и поступает в окружающую среду при производстве ядерной энергии на двух этапах ЯТЦ - при работе реакторов и при переработке отработавшего топлива. Кроме этого, источником поступления ³Н в окружающую среду яв­ляются испытания ядерного и термоядерного оружия. Около 99 % количества природно­го ³Н превращается в тритированную воду - Н³НО.

Поведение ³Н в биотической и косной компонентах биосферы практически полностью определяется поведением его стабильного изо­топного аналога - протия, стабильного изотопа одного из самых рас­пространенных в биосфере химических элементов - водорода, по классификации Б.Б. Полынова [8] - абсолютного органогена, без которого невозможно физиологическое развитие живых организмов.

Углерод. В природной среде рассеяно два стабильных изотопа: ¹²С (98,89%) и ¹³С (1,108%). Основной радиоактивный изотоп углерода - ¹⁴С ( -излучатель с энергией 156 кэВ и Т_1/2= 5730 лет). Поступление ¹⁴С во внешнюю среду происходит как в результате природных явлений (косми­ческое излучение), так и в результате антропогенных процессов (ядер­ные взрывы, производство ядерной энергии, сжигание ископаемого топлива, использование препаратов, меченных ¹⁴С).

Миграция ¹⁴С в биосфере подчиняется закономерностям углерод­ного геохимического цикла. Образующийся ¹⁴С, соединяясь с кисло­родом, превращается в ¹⁴СО₂, который затем вступает в обычный гео­химический цикл углерода. Благодаря круговороту С в природе, проис­ходит постоянный обмен ¹⁴С между атмосферой, с одной стороны, и гидросферой, литосферой, педосферой и живыми организмами, с другой. В почвах ¹⁴С входит в состав гумусовых соединений, карбо­натов, ¹⁴С0₂ в почвенном воздухе и другие углеродсодержащие сое­динения.

Калий. В природной среде присутствуют три основных изотопа калия: два стабильных - ³⁹К и ⁴¹К (их распространенность составляет соответственно 93,22% и 6,77%), а также один радиоактивный ⁴⁰К (0,0118%). ⁴⁰К является -излучателем с энергией 1,32 МэВ и Т_1/2 = 1,28•10 лет. При распаде ⁴⁰К превращается в основном в стабильный изотоп кальция ⁴⁰Са. В каждом грамме природного калия содержится 27 Бк ⁴⁰К. ⁴⁰К - один из основных (по активности) естественных радионукли­дов в почвах, растениях и объектах агропромышленного производ­ства.

А.П. Виноградов показал [3], что радиоактивность почвы определяется в первую очередь содержанием радионуклидов в материнской породе. Максимальная радиоактивность обнаружена у почв, разви­вшихся на кислых магматических породах, а наиболее высокая концентрация радионуклидов наблюдается в мелкодисперсной фрак­ции почв – в глинистых частицах.

Поведение калия в почве и в звеньях биологических цепей полностью определяется поведением его стабильных изотопных носителей - ³⁹К и ⁴¹К. В процессе хозяйственной деятельности человека потоки ⁴⁰К компонентах биосферы увеличиваются: в природе в круговорот дополнительно вовлечено 6,2•10¹⁶ Бк ⁴⁰К. Так, концентрация ⁴⁰К в используемых в России фосфорных удобрениях составляет: в суперфос­фате - 120 Бк/кг, в обогащенном концентрате - 70 Бк/кг, в обесфторенном фосфате - 30 Бк/кг. При средних нормах внесения калийных удобрений 60 кг/га в почву поступает ⁴⁰К в количестве 1,35•10⁶ Бк/га.

4. Тяжелые естественные радионуклиды

Уран. Природный U со­стоит из трех радиоактивных изотопов - ²³⁴U , ²³⁵U! и ²³⁸U, причем два по­следних являются родоначальниками радиоактивных семейств. Наи­более важным в радиологическом и токсикологическом отношениях по химическим свойствам является ²³⁸U (Т_1/2= 4,5•10⁹ лет, -излуча­тель с энергией 4,18 МэВ).

Содержание ²³⁸U , ²³⁵U и ²³⁴U в природной смеси изотопов U составляет соот­ветственно 99,28; 0,71 и 0,006 %. Ведущим источником U в биосфере является земная кора. Содер­жание U в почвах определяется, прежде всего, его концентрацией в материнских породах [1]. Исключительно важным фактором, определяющим поведение ²³⁸U, является его высокая массовая концентрация в почвах, в силу чего в поведении радионуклида более существенную роль играют химиче­ские свойства самого элемента, нежели стабильные аналоги. Состояние и закрепление (сорбция) ²³⁸U в почвах зависят от многих факторов [4]. Степень окисления ²³⁸Uв почвах +4 и +6 [5, 12].

Радий. Природный Rа имеет четыре основных радиоизотопа: главный из них - ²²⁶Rа, Т_1/2 = 1622 года, -излучатель с энергиями 4,777 МэВ (94,3%) и 4,589 МэВ (5,7%); ²²⁸Rа, Т_1/2 = 6,7 года, -излучатель с энер­гией 0,012 МэВ; ²²³Ra, Т_1/2 - 1,2сут, -излучатель с энергиями 5,704 МэВ (53%);5,596 МэВ (24%) и 5,730 МэВ (9%); ²²⁴Rа, Т_1/2 = 3,64 сут., -излучатель с энергиями 5,681 МэВ (95%) и 5,448 МэВ (4,6%).

Для ²²⁶Ra в природе характерно рассеянное состояние. Он не вхо­дит в состав отдельных минералов, а широко распространен в виде включений во многих образованиях. В дерново-подзолистых почвах Русской равнины ²²⁶Rа содержится от 2,5•10^-11 до 1•10^-10%, в серых лесных почвах и черноземах концентрация ²²⁶Ra в среднем равна 1•10^-10%, в верхних горизонтах сероземных почв полупустынь - около 7•10^-10%.

В почвах ²²⁶Rа обладает наибольшей миграционной способностью по сравнению с другими тяжелыми естественными радионуклидами. ²²⁶Ra характеризуется более высоким содержанием подвижных соеди­нений в почве: сумма водорастворимых, обменных и кислотораство­римых форм равна около 40%.Содержание прочно связанных и свя­занных с полуторными оксидами соединений ²²⁶Ra значительно мень­ше, чем у ²²⁸U и ²³²Тh, и составляет 50-60% [1, 3].

Свинец. Природный Рb состоит из четырех стабильных (²⁰⁴Рb, ²⁰⁶Рb, ²⁰⁷Рb и ²⁰⁸Рb) и четырех радиоактивных изотопов. Содержание стабильного Рb в земной коре 1,6•10^-3%. В связи с этим поведение радиоизотопов Рb почвах определяется в основном поведением изотопного носителя - стабильных изотопов Рb. Наиболее важный из радионуклидов свинца - ²¹⁰Рb, являющийся дочерним продуктом ²²²Rn. О поведении ²¹⁰Рb системе «почва – растение» можно судить по поведению стабильного Рb. Распределение природного Рb по профилю почв обусловливается наличием ряда геохимических барьеров в его миграции, причем накопление его идет более интенсивно в почвах с более высоким содержанием органического вещества [7].

²¹⁰Pb образует устойчивые комплексы с гуминовыми кислотами, причем степень их гумификации не оказывает существенного влияния на комплексообразующую способность. В кислых почвах ²¹⁰Рb присутствует главным о6разом в катионной форме при незначитёльном участии в миграции органических комплексов. В карбонатных почвах ²¹⁰Рb малоподвижен, так как в этих условиях доминируют нейтральные комплексы при незначительном участии катионных форм. Предполагают, что адсорбция ²¹⁰Рb может быть не только в катионной форме (Рb²⁺), но и в анионной Рb(ОН)^-. Прочно сорбированный органическим веществом ²¹⁰Рb может передвигаться по профилю почв в составе коллоидов. Содержание связанных и прочно связанных с оксидами соединений ²¹⁰Рb достигает 50% [5].

Степень окисления ²¹⁰Рb в почве +2, реже +4; он образует устойчивые комплексы с гуминовыми кислотами. Интенсивность поглощения ²¹⁰Рb кислыми суспензиями гуминовых кислот изменяется в зависимости от рН раствора и концентрация обменных катионов. В кислых почвах ²¹⁰Рb присутствуют главным образом в катионной форме при незначительном содержании органических комплексов. В карбонатных почвах ²¹⁰Рb малоподвижен в силу доминированных нейтральных комплексов при незначительном содержании катионных форм. ²¹⁰Рb ассоциируется главным образом с глинистыми минералами, оксидами Мn, гидроксидами Fe и Al и органическим веществом [4-5]. При высо­ких рН ²¹⁰Рb осаждается в виде гидроксида, фосфата, карбоната, образует ²¹⁰Рb-органические комплексы. Органическим веществом почвы ²¹⁰Рb сорбируется очень прочно.

Радон. Радиологический интерес представляют два радиоизотопа Rn: прежде всего ²²²Rn и несколько меньше ²²⁰Rn; ²²²Rn - газообразный дочерний продукт ²²⁶Rа с Т_1/2 = 3,825 сут, -излучатель с энер­гией 5,48 МэВ. В воздухе над поверхностью суши в среднем содер­жится 25,9 Бк/м^{3 222}Rn.

²²⁰Rn, называемый тороном (Тn), продукт рас­пада ²²⁴Ra (из семейства ²³²Th), T_1/2 ²²⁰Rn = 54,5 сек., является -излучателем с энергией 6,28 МэВ. ²²⁰Rn и ²²²Rn образуются в почве из своих материнских радионуклидов, а также поступают из подстилающих пород в почву в газообразной форме. Растворимость ²²²Rn и ²²⁰Rnв воде невелика. Как инертные газы ²²²Rn и ²²⁰Rn мало вовлекаются в круговорот из почвы, но их роль как источников внешнего облучения (компонентов естественного фона) человека и живых организмов весьма значительная [1, 3].

5. Искусственные радионуклиды

Появление техногенных, или ис­кусственных, радионуклидов (ИРН) в биосфере связано с деятель­ностью человека. В соответствии с генезисом ИРН подразделяют на три группы [3, 4].

1. Радиоактивные про­дукты ядерного деления, возникающие в реакциях деления ядер ²³⁵U, ²³⁸U, ²³⁹Рu и др., образуют первую группу. Основные источ­ники этой группы радионуклидов в биосфере - испытания ядерного оружия, функционирование предприятий ЯТЦ и атомной промышлен­ности (ядерно-энергетические установки, радиохимические заводы).

2. Вторую группу ИРН составляют продукты наведенной акти­вации, образующиеся в результате ядерных реакций элементарных частиц (в основном нейтронов) с ядрами атомов стабильных элемен­тов, входящих в состав конструкционных материалов коммуникаций и теплоносителей ядерных реакторов, корпусов ядерных боеголовок и так далее.

3. Третья группа ИРН - радиоактивные трансурановые элементы, возникающие в ядерно-энергетических установках и при ядерных взрывах в результате последовательных ядерных реакций (п, V) с ядрами атомов делящегося материала и последующего радиоак­тивного распада образовавшихся сверхтяжелых ядер. Радионуклиды этой группы (радиоизотопы Np, Pu, Am, Cm и др.) в основном -активные, характеризуются очень высокой радиотоксичностью, большим пе­риодом полураспада, отсутствием стабильных изотопных аналогов в природе.

6. Продукты ядерного деления

Стронций. Природный стронций Sг состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 84, 86, 87, 88. Содер­жание стабильного Sr в земной коре 3,4•10^-2%. В число продуктов деления входят два радиоизотопа Sг: ⁹⁰Sr, относящийся к числу самых биологически подвижных (Т_1/2 = 28,1 года, -излучатель с максималь­ной энергией 0,544 МэВ), и ⁸⁹Sг, более короткоживущий радионуклид (Т_1/2 = 50,5 сут, -излучатель с энергией 1,463 МэВ).

Закрепление и распределение ⁸⁹Sг и ⁹⁰Sг в компонентах почв в основном определяются закономерностями поведения изотопного носителя – стабильного стронция Sг, а также химического аналога – стабиль­ного кальция Са, содержание которого в земной коре составляет 2,96% [3].

На поведение ⁹⁰Sr в почве оказывает значительное влияние органическое вещество. Распределение и подвижность ⁹⁰Sr в значительной степени определяется количественным составом гумуса. Снижение доли ионообменно связанных форм ⁹⁰Sr в почвах с течением времени происходит достаточно медленно [9]. Известкование кислых почв и внесение фосфатов калия повышают прочность закрепления ⁹⁰Sr почвами и способствует переводу радионуклида из водорастворимой и обменной форм в необменную. Так, при внесении в дерново-подзолистую почву однозамещенного фосфата Са водорастворимая доля ⁹⁰Sr составляет 2,7%, обменная – 44,0%, количество ⁹⁰Sr находившегося в необменном состоянии, равно 41,0%, тогда как в исходной почве содержание ⁹⁰Sг в обменной форме составляет 85%. Содержание необменных форм ⁹⁰Sг возрастает с внесением в почву фосфорных удобрений и извести от 1,5 до 4 раз [3, 7].

Цезий. Природный цезий Сs представлен одним стабильным изотопом ¹³³Сs, содержание которого в земной коре равно 6,5•10^-4%. В состав продуктов деления входят два радиоизотопа цезия - ¹³⁷Сs и ¹³⁴Сs, относящиеся к числу биологически подвижных в сельскохозяйственных це­почках. ¹³⁷Сs - один из основных дозообразующих радионуклидов среди продуктов деления. T_1/2 ¹³⁷Сs = 30,17 года, он - - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 1,76 МэВ. ¹³⁴Cs имеет T_1/2 = 2,06 года с максимальной энергией-излучения 0,662 МэВ и -излучения 1,367 МэВ. Большая подвижность ¹³⁴Сs и ¹³⁷Сs определяется тем, что это радиоизотопы щелочного элемента, химического аналога биогенно важного элемента К, который в природных системах является химическим носителем ¹³⁴Сs и ¹³⁷Сs [3, 7-8].

Основной фракцией, ответственной за сорбцию ¹³⁷Сs в почве, является ил (в илистой фракции почв остается наибольшее количество ¹³⁷Сs, которое не вытесняет в раствор NH₄Cl после нескольких обработок: в иле дерново-подзолистой – 50%, чернозема – 70% от поглощенного). На сорбцию ¹³⁵Сs значительное влияние оказывает минералогический состав почв. На сорбцию ¹³⁷Сs почвами оказывает существенное влияние калий: замещение всех обменных катионов почвы на К заметно увеличивает сорбцию ¹³⁷Сs. Поглощение ¹³⁷Сs почвой изменяется от присутствия в системе «почва – раствор» стабильного цезия: чем выше содержание стабильного Сs, тем меньше ¹³⁷Сs сорбируется почвой.

Роль органического вещества в сорбции радиоизотопов Сs твердой фазой почв невелика, закрепление ¹³⁷Сs в органогенных почвах, как правило, незначительно. Исключение представляют почвы торфяного болотного рядов (как, например, в районе аварии на Чернобыльской АЭС), где высокая подвижность ¹³⁷Сs в системе «почва – растение» связывается с наличием в почвах большого количества органических соединений, содержащих ¹³⁷Сs. [1 - 3].

Иод. Природный иод I представлен одним стабильным изотопом ¹²⁷I, содержание которого в земной коре составляет 4·10^-5%, в буровых водах - 3·10^-5%, в морской воде 6· 10^-5%. Средняя концентрация ¹²⁷I в почвах составляет 5· 10^-5%. Среди радиоизотопов I наиболее радиологически значительными являются ¹²⁹I и ¹³¹I. ¹³¹I имеет Т_1/2= 8,04 сут; это -излучатель с максимальной энергией 0,608 МэВ (87,2%). Т_1/2 ¹²⁹I = 1,57·10⁷ лет, -излучатель с энергией 0,150 МэВ. Валовое содержание природного ¹²⁷Iв пределах территории РФ варьирует в зависимости от типа почвы от n·10^-1 до n·10¹ мг/кг, Содержание I в почве и запасы в ней гумуса находятся в тесной корреляции [1].

Закрепление и распределение ¹²⁹I в компонентах почв в основном определяются закономерностями поведения изотопного носителя ¹²⁷I. Степень окисления иода в почве зависит от почвенно-химических условий, в первую очередь от окислительно-восстановительного потенциала почвы. Время установления квазиравновесного состояния поступившего в почву радиоиода составляет от 10 до 100 суток для черноземов и дерново-подзолистых почв, до 7 месяцев - для карбонатных и высоко гумусированных почв [3].

Специфика взаимодействия I с почвами связана с его нахождением в анионных формах, в связи с чем его сорбция в кислой среде значительно выше, чем в нейтральной. Главную роль в связывании и трансформации I в почве играет органическое вещество [6, 10, 12].

Церий. Природный церий Се состоит из трех стабильных изотопов с массовыми числами 138, 140 и 143. Содержание стабильного Се в земной коре составляет 4,5•10^-3%. В смеси продуктов деления присутствуют два радионуклида - ¹⁴¹Се и ¹⁴⁴Се. Т_1/2¹⁴¹Се составляет32,5 сут., - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,580 МэВ, -излучения 0,145 МэВ. Т_1/2¹⁴⁴Се равен 284,3 сут, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,320 МэВ, -излучения 0,134 МэВ. Закрепление и распределение ¹⁴¹Се и ¹⁴⁴Се в компонентах почв в основном определяются закономерностями поведения изотопного носителя - стабильного церия.

Существенное влияние на сорбцию ¹⁴⁴Се твердой фазой почв оказывает присутствие в почвенном растворе Fе³⁺ и А1³⁺, поскольку в зависимости от рН ¹⁴⁴Се может осаждаться или адсорбироваться на коллоидах гидроксидов этих элементов. Поглощение ¹⁴⁴Се твердой фазой почв снижается с ростом содержания гумуса в почве за счет образования Се-органических соединений. ¹⁴⁴Се способен также образовывать растворимые комплекс соединения с растительными экстрактами [1, 7, 12].

Рутений. Природный рутений Ru состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 96, 98-102, 104. Содержание стабильного Ru в земной коре 5•10^-7 %. Радиологически наиболее значимые радиоизотопы Ru - ^-103Ru и ¹⁰⁶Ru. ¹⁰³Ru, Т_1/2 = 39,35 сут, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,710 МэВ, - -излучения 0,610 МэВ. ¹⁰⁶Ru T_1/2 = 368,2 сут., -излучатель с максимальной энергией излучения 0,039 МэВ. В закреплении и распределении Ru в компонентах почв исключительно важную роль играют коллекторные носители, окислительно-восстановительный режим почв, присутствие в почве органических и неорганических лигандов, рН почвенного раствора [4, 5, 13].

Цирконий. Природный цирконий Zг состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 90,91, 92,94 и 96. Содержание его в земной коре 12•10^-2%. Распределение и закрепление в компонентах почв радиологически значимого радиоизотопа Zг - ⁹⁵Zг (T_1/2 = 64,05 сут., - и у-излучатель с максимальной энергией -излучения 0,89 МэВ, -излучения 0,756 МэВ) определяются в основном закономерностями поведения изотопного носителя - стабильного циркония [3, 11].

Ниобий. Природный ниобий Nb представлен одним стабильным изотопом ⁹³Nb, содержание которого в земной коре составляет 2•10^-3%. Радиологически значимый радионуклид ⁹⁴Nb (Т_1/2= 35,1 сут., -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,160 МэВ) является до­черним изотопом ⁹⁵Zг. Наиболее устойчивы в почве соединения ⁹⁴Nb со степенью окисления +5. Многие соединения ⁹⁴Nb слаборастворимы, как в кислой, так и в щелочной средах. В присутствии органических лигандов возможно увеличение растворимости ⁹⁴Nb. В почвах гумидного климата ⁹⁴Nb более подвижен, чем с условиями аридного [1].

Барий. ¹⁴⁰Ва, Т_1/2 = 12,78 сут, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения. 1,010 МэВ, -излучения 0,537 МэВ. ¹⁴⁰Ва как представитель щелочноземельных радионуклидов относится к числу остаточно подвижных в почвах.

7. Нуклиды с наведенной активностью

Марганец. Природный Mn представлен одним стабильным изотопом ⁵⁵Мn, содержание которого в земной коре составляет 0,1%, а в почвах варьирует в пределах 0,01-0,3%. Радиологически наиболее значимым является радиоизотоп Мn с массовым числом 54. ⁵⁴Мn имеет Т_1/2 = 31,23 сут., -излучатель с максимальной энергией 0,83 МэВ. Поведение его в почвах очень сложно и в основном определяется закономерностями поведения изотопного носителя - ⁵⁵Мn.

При увеличении Еh (окислительные условия) и высоких значениях рН преобладают окисленные труднорастворимые соединения Мn. При рН 8,5-8,7 Мn²⁺ осаждается в виде Mn(OH)₂ с последующим окислением до Мn(ОН)₄ или Мn₃0₄, при этом возможно также образование анионных комплексов с неорганическими и органическими лигандами. В восстановительных условиях в кислой среде растворимость Мn увеличивается. Концентрация Мn в почвенном растворе в зависимости от рН и Еh может варьировать в пределах 25- 2200 мкг/л [5].

Кобальт. Природный Со состоит из двух стабильных изотопов - ⁵⁹Сои ⁵⁷Со. Содержание стабильного Со в земной коре составляет 4•10^-3%. Закрепление, распределение и трансформация в почве ⁶⁰Со, наиболее радиологически значимого радиоизотопа кобальта (Т_1/2 = 5,272 года, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 1,33 МэВ) соответствуют закономерностям поведения в почве его изотопного носителя стабильного Со [3, 5, 11].

Железо. Природное Fе состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 54, 56, 57 и 58. Содержание стабильного Fе в земной коре 4,65%, а в почвах 0,5-11%. Наиболее радиологически значимые радионуклиды Fe – ⁵⁵Fe и ⁵⁹Fe (Т_1/2⁵⁵Fe = 2,6, имеет характеристическое излучение с энергией 5,9 МэВ; ⁵⁹Fe (Т_1/2⁵⁵Fe = 45,1 сут, - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 1,560 МэВ, -излучения 1,29 МэВ), поведение которых в почвах определяется закономерностями поведения в почвах стабильного Fe. Поведение Fe в почвах тесно связано с геохимическими циклами О, S и С [5]. Наиболее важными факторами, влияющими на закрепление и распределение ⁵⁵Fe и ⁵⁹Fe в почвах, является окислительно-восстановительный режим и кислотность почвенного раствора. В окислительной обстановке при щелочной реакции среды происходит осаждение труднорастворимых соединений Fe, в восстановительных условиях при кислой реакции среды - образование растворимых форм.

Цинк. Природный Zn представлен пятью стабильными изотопами c массовыми числами 64, 66, 67, 68 и 70. Содержание стабильного Zn в земной коре 8,3•10^-3%, а в почве - 5•10^-3%. Поведение наиболее радиологически значимого радионуклида цинка ⁶⁵Zn (Т_1/2= 244,1 сут., - и -излучатель с максимальной энергией -излучения 0,325 МэВ и -излучения 1,11 МэВ) в почвах определяется закономерностями поведения его изотопного носителя – стабильного цинка.

Основными процессами, контролирующими подвижность и фиксацию ⁶⁵Zn в почве, являются адсорбция, соосаждение, образование комплексов с органическими и неорганическими лигандами, в том числе хелатов, микробиологическая фиксация. В почвах преобладают обменные и кислоторастворимые формы ⁶⁵Zn. Содержание обменных форм больше для кислых почв и глиноземов, в степных почвах доминируют кислоторастворимые формы ⁶⁵Zn [2, 13].

Заключение

В последние годы заметно возросло внимание к оценке роли естественного фона ионизирующих излучений как важного экологического и гигиенического фактора. Это дало стимул к детальному изучению круговорота большого числа естественных и искусственных радионуклидов, в том числе систем «почва – сельскохозяйственные растения – сельскохозяйственные животные – человек». В формировании суммарной дозовой нагрузки на население от естественного и наведенного радиационного фона заметная роль принадлежит внутреннему облучению, то есть облучению, обусловленному отложением в организме человека инкорпорированных радионуклидов, поступавших с продуктами питания (молоком, мясом, хлебом и пр.). Это послужило причиной широкого радиационного мониторинга агропромышленной сферы, включающего оценку содержания ведущих естественных и искусственных радионуклидов в основных видах сельскохозяйственной продукции [2].

При этом особое внимание уделяется радиологическому контролю продукции растениеводства и животноводства, выращиваемой на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Данная проблема остается весьма актуальной на территории Тульской области спустя 34 года после катастрофы на ЧАЭС, где и в наши дни отмечены проявления повышенных уровней радиационного гамма-фона в селитебных, агропромышленных и рекреационных зонах (3 и 4 зоны), что обусловлено пролонгированным воздействием радиоцезия, выпавшего на тульскую землю с чернобыльскими осадками весной 1986 года.

Список использованной литературы

Алексахин Р.М., Архипов Н.П., Бархударов Р.М. и др. Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере: Миграция и биологическое действие на популяции и биогеоценозы / Под ред. Р.М. Алексахина. – М.: Наука, 2009. – 350 с.

Алексахин Р.М., Буфатин О.И., Маликов В.Г. и др. Радиоэкология орошаемого земледелия / Под ред. Р.М. Алексахина. – М.: Энергоатомиздат, 2014. – 224 с.

Алексахин Р.М., Васильев А.В., Дикарев В.Г. и др. Сельскохозяйственная радиоэкология / Под ред. Р.М. Алексахина, Н.А. Кореева. – М.: Экология, 2012. – С. 1 – 3; 22 – 49.

Искра А.А., Бахуров В.Г. Естественные радионуклиды в биосфере. – М.: Энергоиздат, 2015. – 123 с.

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер. с англ. – М., 2009. – 439 с.

Орлов Д.С. Химия почв. – М.: Изд-во МГУ, 1985. – 376 с.

Павлоцкая Ф.И. Миграция радиоактивных продуктов глобальных выпадений в почвах. – М.: Атомиздат, 2014. – 215 с.

Полынов Б.Б. К вопросу о роли элементов биосферы в эволюции организмов // Избранные труды. – М., 1996. – С. 435 – 449.

Пристер Б.С., Лощилов Н.А., Немец О.Ф., Поярков В.А. Основы сельскохозяйственной радиоэкологии. – Киев: Урожай, 2012. – 256 с.

Тихомиров Ф.А. Радиоэкология йода. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 88 с.

https://sciencejournals.ru/journal/radkhim/

https://ib.komisc.ru/rus/struktura/nauchnye-podrazdeleniya/laboratoriya-migratsii-radionuklidov-i-radiokhimii

https://uralstroylab.ru/stati/agrokhimicheskiy-radiokhimicheskiy-gazogeokhimiche/