Gamma-spectrometric determination of uranium, torium and potassium content in soils of south-east of Tomsk region.pdf Введение Миграция и накопление радиоактивных элементов - это сложные процессы, на которые влияет множество факторов природной среды. Индикаторные химические элементы в различных компонентах ландшафта образуют единую структуру геохимического пространства. В настоящее время источники радиоактивных веществ, представляющих опасность для живой природы, имеют различный генезис, формы их нахождения и закономерности миграционных процессов в окружающей среде постоянно усложняются, а в районах распространения радиоактивных пород и почв наблюдается высокая заболеваемость населения [1]. Повышенная концентрация радиоактивных элементов может быть связана как с природными факторами (месторождения редких и редкоземельных металлов, ореолы рассеяния и т.д), так и с антропогенными (испытания ядерного оружия, аварии и выбросы предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ), разработка месторождений полезных ископаемых, захоронение радиоактивных отходов и т.д.). При обнаружении зоны с высокой степенью нарушения радиоактивного равновесия в почвах, могут быть выявлены несанкционированные захоронения радиоактивных отходов. Поэтому радиоактивные элементы изучаются с целью решения многих научных вопросов, таких, как исследование различных геохимических процессов, оценка экологической обстановки и мониторинг радиационного фона, и разработки новых методов разведки месторождений полезных ископаемых [2]. Изучение радионуклидного состава почв проводилось в рамках первого этапа реализации гранта КИАС РФФИ 20-35-90046 «Аспиранты». Для измерений содержания таких элементов, как калий, уран и торий, использовались полевые гамма-спектрометрические методы, а именно разработанный для полевых измерений K, U, Th портативный гамма-спектрометр GS 512. Полевая гамма-спектрометрия применяется в разведке полезных ископаемых, при выполнении геофизической съемки, наблюдении за естественным радиоактивным фоном, оценке радиоактивности природных и антропогенных объектов. Набирается база данных по K, U, Th, которая в настоящий момент содержит около 30 проб и будет расширяться. Образцы почв отобраны с верхних горизонтов почвенного профиля, так как радионуклиды распределяются довольно равномерно по всему профилю. Образующие радиоактивные осадки радионуклиды также концентрируются в поверхностном слое почвы толщиной 2-20 см [3]. Содержание естественных радионуклидов в почвах юго-востока Томской области Целью данного исследования является получение данных, необходимых для анализа и количественной оценки содержания радионуклидов (источников гамма-излучения) в почвах, а также для выявления радиоактивных аномалий, объективной оценки угрозы для населения и прогноза развития радиационной ситуации самой густонаселенной юго-восточной части Томской области. Радиоактивность почвообразующих пород определяет среднее содержание естественных радионуклидов в почве. Основными источниками гамма-излучения в природной среде являются калий К, уран U и торий Th. Излучаемые ими гамма-кванты попадают в энергетический интервал до 2615 кэВ. Гамма-спектрометрическое определение содержания калия основано на регистрации радиоактивного изотопа калия 40К, доля которого в естественных изотопах калия составляет 0.012%. Определение содержания калия является прямым, и результаты в области геохимии и геофизики выражаются в процентах концентрации по массе. Содержание калия в почвах зависит, прежде всего, от их минералогического и гранулометрического состава. Самая высокая концентрация калия наблюдается в черноземах, а самая низкая - в супесчаных дерново-подзолистых почвах. Содержание тория и урана выражается в гр/т. Содержание тория в почвах регионов Сибири устойчиво, а содержание урана возрастает в аридном климате. Районы, подверженные влиянию предприятий ЯТЦ, отличаются повышенным содержанием изотопов урана в природных средах, в том числе и почвах. Усредненные значения по почвам Западно-Сибирской низменности составляют для калия - 1.7%, урана - 1.5 г/т, тория - 6.5 г/т [4]. В качестве объектов исследования использовали пробы почв, отобранные в населенных пунктах Томской области (50-60 км от г. Томска) в летне-осенний период 2020 г. как в ближней зоне влияния Сибирского химического комбината (СХК) по «розе ветров» (рис. 1), по оси радиоактивного следа, образовавшегося в результате аварии 1993 г., так и на значительном расстоянии от СХК, к западу от г. Томска (рис. 2) [5]. Рис. 1. Роза ветров, г. Томск [6] Рис. 2. Населенные пункты Томской области, где проводились замеры гамма-спектрометром Уровень содержания K, U и Th в пробах почв изученной территории соответствует данным других исследователей и, в целом, близок к этим значениям (табл. 1) [4]. Таблица 1 Содержание естественных радионуклидов в почвах Томской области, степной и таежной зоны Сибири (2010 г.) [4] Область исследования U, г/т Th, г/т K, % Томская область, включая зону влияния СХК 2.5-2.6 9.6-10.8 1.7 Усредненные значения по таежной зоне Сибири 2 (0.4-3.1) 5.7 (1.7-8.1) 1.6 (1.3-2.1) Усредненные значения по степной зоне Сибири 1.8 (0.7-2.8) 7.3 (3.0-17) 1.9 (1.3-2.7) Анализ полученных данных показал, что наблюдается превышение содержания урана в почвах по сравнению со средними значениями по почвам Сибири. Вышефоновые содержания урана в почвах (с превышением регионального фона в 2 раза и более) обнаружены в пробах в п. Кузовлево (3.3 г/т), п. Надежда (3.9 г/т) и в пробе, отобранной на территории Туганского горно-обогати¬тельного комбината (ТГОК) «Ильменит» (3.9 г/т). Поселки Кузовлево и Надежда находятся в районе действия СХК, где отмечаются более высокие концентрации урана. Повышенное содержание радионуклидов урана и тория в пробах почв ТГОК объясняется тем, что руды и минералы, содержащие в комплексе РЗМ, как правило, содержат природные радиоактивные изотопы, и наиболее высокая естественная радиоактивность обнаруживается в почвах, которые формировались на высокорадиоактивных гранитах. Повышенное содержание тория обнаружено в почвах п. Светлого (8.6 г/т), д. Кусково (7 г/т), ТГОК «Ильменит» (8.6 г/т), с. Зоркальцево (7 г/т). Концентрация в почвах тория обусловлена минералогическим составом почвогрунтов и гипсометрическим положением пунктов отбора проб, а в некоторых случаях - техногенной нагрузкой. На текущем этапе рассматриваемых данных недостаточно для корректной оценки и разделения радионуклидов по происхождению на природные и техногенные. Участки с явным превышением требуют детальных исследований. Зафиксированное процентное содержание калия в почве на территории исследования колеблется от 0.4 до 1.3%, что на порядок ниже усредненных значений по Сибири. Пробы отобраны на территориях, где преобладают дерново-подзолистые и серые лесные почвы, которые характеризуются самыми низкими концентрациями (табл. 2). Таким образом, повышенные концентрации урана, тория и калия, имеют локальный характер и не занимают большую площадь на территории юго-востока Томской области. Таблица 2 Содержание естественных радионуклидов в почвах исследуемого района (2020 г.) Место взятия пробы Координаты K, % U, г/т Th, г/т п. Светлый N56°33´55.3 Е085°07´47.3 1.3 2.9 8.6 п. Кузовлево N56°34´51.9 Е085°00´37.4 1.1 3.3 4.6 п. Надежда N56°43´35.9 Е085°03´18.8 1 3.9 5.9 д. Георгиевка N56°47´04.8 Е085°07´47.3 1 2.9 3.7 д. Наумовка N56°43´24.8 Е085°06´24.1 1 2.1 4.3 42 км дорога Томск-Самусь N56°44´27.3 Е084°47´50.3 1.2 1.2 6.0 п. Самусь N56°44´38.5 Е084°43´43.7 0.8 1.4 2.6 Окончание табл. 2 Место взятия пробы Координаты K, % U, г/т Th, г/т д. Кусково N56°38´33.7 Е085°14´12.0 1.2 2.2 7.0 п. Молодежный N56°40´50.3 Е085°20´10.2 1 3.5 4.5 ТГОК «Ильменит», Транспортно-логистический терминал N56°42´22.1 Е085°20´44.7 1.2 2.0 6.6 с. Октябрьское N56°43´22.2 Е085°24´30.6 1 1.7 5.5 с. Александровское N56°43´20.1 Е085°22´26.3 0.9 1.8 2.8 ТГОК «Ильменит» Александровского участка N56°43´20.1 Е085°22´26.3 0.4 3.9 8.6 с. Тимирязевское N56°28´51.8 Е084°52´51.8 1.2 0.3 2.9 с. Зоркалецево N56°32´36.4 Е084°40´03.0 1.3 2.7 7.0 п. Победа N56°31´30.0 Е084°10´15.1 1 1.5 1.7 с. Мельниково N56°33´24.5 Е084°02´35.0 1.2 2.2 5.9 с. Каргала N56°37´09.7 Е083°57´20.1 1.2 2.1 7.6 с. Баткат N56°36´24.6 Е083°57´52.8 1.3 2.0 5.1 д. Астраханцево N56°27´35.1 Е084°07´55.8 1.1 1.1 4.7 д. Чернышевка N56°32´28.3 Е084°22´17.0 1.1 2.4 4.4 д. Нелюбино N56°33´27.5 Е084°33´01.1 1.3 1.5 6.4 Выводы С помощью гамма-спектрометрии могут быть оценены общие закономерности пространственной локализации геохимических показателей, а именно гамма-излучения в почвах. Для количественной оценки выбросов в атмосферу радионуклидов искусственного происхождения, которые разносятся на большие расстояния, необходимо фиксировать содержания изотопов 137Cs и 134Cs, где их количественное содержание будет выражаться поверхностной активностью. Об уровне радиации и изотопном составе радиоактивных осадков в начальной стадии загрязнения можно судить на основании анализа энергетического спектра зарегистрированного гамма-излучения. Дальнейшие исследования позволят составить геоинформационные карты для интерпретации полученных результатов и выявления природных и техногенных процессов, влияющих на концентрацию и миграцию радионуклидов, а также определить закономерности и дать комплексную оценку радиационного фона изучаемой территории.

Скачать электронную версию публикации