Вопрос 5. Миграция радионуклидов. Прогнозирование радиоактивного загрязнения местности.

В результате аварии на ЧАЭС на территорию РБ 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 Ku. Правда, «горячие» частицы ( фрагменты ядерного топлива) имели и большие размеры и в них было по несколько радионуклидов. Активность частиц пропорциональна их размеру:

A₁= кДⁿ, ( 3.1)

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.

Для случая выброса радионуклидов на ЧАЭС спад радиоактивности подчиняется закону:

А_t=0.5A_o[1+erf(K^1/2ln(t/T))], (3.2)

где A₀ и A_t - активность продуктов деления в момент аварии и по истечении времени t после аварии, Ku; Т – время, в течении которого начальная активность смеси радионуклидов уменьшится в 2 раза; K^1/2 – параметр нормально-логарифмического закона распределения равный: K^1/2=1/2^1/2δ; где δ – среднеквадратичное распределение.

Для реактора РБМК параметр K снижается с 0,1766 до 0,1485. Расчеты показывают, что радиоактивный спад продолжается много месяцев и даже лет.

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

Для прогнозирования последствий радиоактивного загрязнения местности очень важно знать особенности миграции 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, а 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 РБ 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 20 см 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 водорастворимые 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», а также за счет использования комбикормов, заготовленных в загрязненных зонах. Миграция радионуклидов 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 Ku/км² и более. В реках радионуклиды в основном сосредоточены в донных отложениях, несколько меньше – в гидробионтах и ещё меньше – в воде. В период паводков и разлива рек возрастает доля активности, связанная с твердыми взвесями. Радиоактивные вещества течением могут относится на значительные расстояния, и только часть из них накапливается в донных отложениях. Наличие растительности в озерах, ее способность аккумулировать радионуклиды вызывает накопление достаточно высокого уровня радиоактивности в донных отложениях.

Таким образом, за счет миграции радионуклидов уменьшается плотность, но увеличиваются площади радиоактивного загрязнения, одновременно идет медленный процесс спада радиоактивности за счет естественного распада радионуклидов. В стоячих водоемах идет процесс накопления радионуклидов в донных отложениях. Хорошо растворимые в воде стронций-90 и америций-241 будут представлять все большую опасность для биологического мира.