Способ определения загрязненности снегового покрова радиоактивными компонентами
Владельцы патента RU 2453869:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к мониторингу окружающей среды для выделения участков загрязнения снегового покрова радиоактивными компонентами. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют отбор проб снега, их таяние, фильтрацию снеготалой воды, высушивание твердого осадка, просеивание до фракции менее 1 мм, из просеянной части каждой пробы изготавливают образцы в виде спрессованных брикетов, на каждый из которых наклеивают детектор из лавсановой пленки, готовят пакет из брикетов, дополнительно прокладывая между ними лавсановую пленку, оборачивают пакет алюминиевой фольгой. Затем помещают пакет в канал реактора и облучают тепловыми нейтронами в течение не более 5,5 часов. Облученный пакет вынимают из канала реактора, а после спада наведенной радиоактивности до безопасного уровня снимают детекторы и подвергают их химическому травлению. Затем под микроскопом в каждом детекторе выявляют наличие треков хаотичного и радиально-лучистого характера распределения от осколков делящихся радионуклидов, определяют плотность распределения треков на единицу площади, эти значения выносят на карту исследуемой территории, строят изолинии, по наличию повышенной плотности распределения треков хаотичного характера судят о воздействии предприятий топливно-энергетического комплекса при работе на угле, по наличию треков радиально-лучистого характера судят о воздействии предприятий ядерно-топливного цикла, а по наличию повышенной плотности распределения треков хаотичного и радиально-лучистого характера судят о воздействии предприятий топливно-энергетического комплекса и предприятий ядерно-топливного цикла. Технический результат - повышение точности установления источника-загрязнителя по снежному покрову. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к мониторингу окружающей среды и может быть использовано для выделения участков загрязнения снегового покрова радиоактивными компонентами, для установления источников загрязнения и зон влияния промышленных предприятий.
Известен способ определения загрязненности снегового покрова техногенными компонентами [патент РФ №2229737, МПК 7 G01V 9/00, опубл. 27.05.2004], выбранный в качестве прототипа, включающий отбор проб снега, их таяние, фильтрацию снеготалой воды, высушивание твердого осадка, просеивание до фракции менее 1 мм. Просеянную часть каждой пробы анализируют при помощи бинокулярного стереоскопического микроскопа с определением магнитных и немагнитных частиц с помощью намагниченной металлической иголки. Затем устанавливают процентное соотношение техногенных компонентов, выносят полученные значения на карту исследуемой территории, по которым проводят построение изолиний и выделяют загрязненные участки территории по превышению значений относительно фона.
Этим способом проводят определение загрязнения снегового покрова на площади без учета радиоактивного загрязнения, что не позволяет выявлять и дифференцировать источники такого загрязнения.
Задачей изобретения является разработка способа определения загрязненности снегового покрова делящимися радиоактивными компонентами, позволяющего выделить загрязненные участки снегового покрова и установить источники-загрязнители на территории городов и других населенных пунктов.
Поставленная задача решена за счет того, что способ определения загрязненности снегового покрова радиоактивными компонентами так же, как в прототипе, заключается в отборе проб снега, их таянии, фильтрации снеготалой воды, высушивании твердого осадка, просеивании до фракции менее 1 мм, определении в них наличия загрязняющих компонентов, вынесении полученных значений на карту исследуемой территории, построении изолиний и выделении загрязненных участков территории по превышению значений относительно фона.
Согласно изобретению из просеянной части каждой пробы изготавливают образцы в виде спрессованных брикетов, на каждый из которых наклеивают детектор из лавсановой пленки, готовят пакет из брикетов, дополнительно прокладывая между ними лавсановую пленку, оборачивают пакет алюминиевой фольгой, затем помещают пакет в канал реактора и облучают тепловыми нейтронами в течение не более 5,5 часов, облученный пакет вынимают из канала реактора и после спада наведенной радиоактивности до безопасного уровня снимают детекторы и подвергают их химическому травлению. Затем под микроскопом в каждом детекторе выявляют наличие треков хаотичного и радиально-лучистого характера распределения от осколков делящихся радионуклидов, определяют плотность распределения треков на единицу площади. Эти значения выносят на карту исследуемой территории, строят изолинии, по наличию повышенной плотности распределения треков хаотичного характера судят о воздействии предприятий топливно-энергетического комплекса при работе на угле, по наличию треков радиально-лучистого характера судят о воздействии предприятий ядерно-топливного цикла, а по наличию повышенной плотности распределения треков хаотичного и радиально-лучистого характера судят о воздействии предприятий топливно-энергетического комплекса и предприятий ядерно-топливного цикла.
Химическое травление детекторов осуществляют в 40% растворе KOH при температуре 60°С в течение от 20 мин до 2 часов.
Время облучения тепловыми нейтронами полученных пакетов установлено экспериментально и зависит от исходного состава твердого осадка проб снега, отобранных в различных населенных пунктах с разными предприятиями-загрязнителями.
За счет использования плотности распределения треков хаотичного и радиально-лучистого характера от осколков деления радионуклидов предлагаемый способ, по сравнению с известным, дает возможность конкретизировать участки загрязнения снегового покрова радиоактивными компонентами, что позволяет устанавливать источники загрязнения и выделять предприятия-загрязнители на различных стадиях исследований.
Полученные с его помощью результаты повышают минералогическую, геохимическую, экологическую и социальную эффективность работ за счет достоверности исследований.
На фиг.1 представлена фотография распределения единичных треков хаотичного характера от осколков деления радионуклидов в твердом осадке снега на детекторе из лавсановой пленки при 200-кратном увеличении (с.Победа).
На фиг.2 представлена фотография распределения треков радиально-лучистого характера от осколков деления радионуклидов в твердом осадке снега на детекторе из лавсановой пленки при 200-кратном увеличении (с.Поросино).
На фиг.3 представлена карта с изолиниями плотности распределения единичных треков хаотичного характера от осколков деления радионуклидов в твердом осадке снега на исследуемой территории. Цифровые значения показывают плотность распределения треков (трек/мм2) от осколков деления радионуклидов на детекторе. Затемненные участки выделяют область повышенного загрязнения снегового покрова радиоактивными компонентами.
На фиг.4 представлена схема с изолиниями плотности распределения треков радиально-лучистого характера от осколков деления радионуклидов в твердом осадке снега на исследуемой территории. Цифровые значения показывают плотность распределения треков радиально-лучистого характера (звезда/мм2) от осколков деления радионуклидов на детекторе. Затемненные участки выделяют область повышенного радиоактивного загрязнения снегового покрова.
В таблице представлены результаты определения загрязненности снегового покрова делящимися радионуклидами по величине плотности распределений треков хаотичного и радиально-лучистого характера от осколков деления радионуклидов в различных населенных пунктах.
Пример осуществления предлагаемого способа.
На территории Томского района в 12 населенных пунктах были отобраны объемные пробы снега массой до 150 кг. Отбор снега проводили в каждом населенном пункте из 5-и шурфов методом конверта с величиной сторон 5х5 метров. При отборе каждой пробы измеряли стороны и глубину шурфа, а также фиксировали время (в сутках) от начала снегостава до пробоотбора. Пробы снега таяли при комнатной температуре. Снеготалую воду фильтровали через бумажный фильтр «белая лента». Полученный после фильтрования твердый осадок снега высушивали и просеивали до фракции менее 1 мм. Навеску в 1,5 г каждой пробы твердого осадка снега использовали для приготовления брикета. Брикеты готовили в кювете размером 2×2,6 см и глубиной 0,8 см, куда помещали материал твердого осадка снега, и затем ручным прессом уплотняли до прочного состояния. На каждый приготовленный брикет сверху наклеивали детектор из лавсановой пленки. Готовили пакет из 3-х брикетов, причем между брикетами прокладывали лавсановую пленку. Весь пакет заворачивали в алюминиевую фольгу. Было приготовлено 4 пакета. Все пакеты одновременно в течение 5,5 часов облучали в канале ядерного реактора ИРТ-Т тепловыми нейтронами. Затем вынимали из реактора и после спада наведенной радиоактивности до 53 мкР/ч, контролируемой гамма-радиометром СРП-68-01, снимали детекторы и проводили химическое травление каждого детектора в 40% растворе КОН при температуре 60°С в течение 26 минут, используя термоплитку для поддержания необходимой температуры (Флеров Г.Н., Берзина И.Г. Радиография минералов, горных пород и руд. - М.: Атомиздат, 1979. - С.44).
Затем под микроскопом «Полам 211-М» при 200-кратном увеличении в каждом детекторе выявляли характер распределения и считали количество треков хаотичного (фиг.1) и радиально-лучистого (фиг.2) характера на единицу площади. Результаты такого подсчета для проб, отобранных в обследованных населенных пунктах, представлены в таблице. Результаты подсчета количества треков выносили на карту исследуемой территории, строили изолинии и по величине плотности распределения треков хаотичного и радиально-лучистого характера судили о загрязнении окружающей среды.
Для фоновых населенных пунктов (Киреевск и Победа) отмечаются значения низкой плотности треков хаотичного характера распределения от осколков деления радионуклидов (1146±281 трек/мм2 и 1588±314 трек/мм2 соответственно). При этом только в данных пробах не было обнаружено треков радиально-лучистого характера распределения от осколков деления радионуклидов (табл.). В пробах твердого осадка снега, отобранных в населенных пунктах Чернышовка и Березкино на более дальнем расстоянии от источника воздействия, плотность единичных треков хаотичного характера распределения от осколков деления радионуклидов возрастает по сравнению с таковой для проб из фоновых участков. При этом плотность распределения треков в пробах из населенного пункта Чернышовка составляет 2535±316 трек/мм, а в пробах из поселка Березкино 2181±340 трек/мм2. Плотность треков радиально-лучистого характера распределения от осколков деления радионуклидов из поселка Чернышовка составляет 0,01 звезда/мм2 (табл.). Кроме этого в юго-западной зоне воздействия промышленного источника фиксируется высокая плотность распределения треков хаотичного характера в пробах из населенных пунктов Поросино (2531±447 трек/мм2) и Зоркальцево (5962±865 трек/мм2). В пробах этих населенных пунктов также фиксируются треки радиально-лучистого характера, которые представлены следующими значениями плотности для Поросино - 0,015 звезда/мм2 и Зоркальцево - 0,01 звезда/мм2 (табл.).
В пробах, отобранных из населенных пунктов в северо-восточной зоне преимущественного воздействия предприятия-загрязнителя, минимальное значение плотности распределения треков хаотичного характера приходится на пробы населенного пункта Петропавловка (2131±366 треки/мм2), а максимальное значение - на пробы из пункта Наумовка (3719±444 треки/мм2). В целом пробы, отобранные в населенных пунктах Наумовка и Георгиевка, характеризуются повышенными значениями плотности распределения треков хаотичного характера - 3719±444 и 3373±474 трек/мм2 (табл.). Плотность треков хаотичного характера в пробах, отобранных в населенном пункте Светлый, составляет 2831±397 трек/мм2. Наименьшие значения плотности распределения треков хаотичного характера приходятся на пробы из пунктов Самусь и Петропавловка, при этом значения близки и составляют соответственно 2177±314 и 2131±366 трек/мм2. Минимальное значение плотности распределения треков радиально-лучистого характера приходится на пробы из пункта Светлый (0,008 звезда/мм2), а максимальное значение - на пробы из пункта Георгиевка (0,022 звезда/мм2). В пробах, отобранных в пункте Наумовка, плотность распределения треков радиально-лучистого характера составляет соответственно - 0,014 звезда/мм2, а в пробах из пункта Самусь - 0,009 звезда/мм2. Повышенные значения плотности распределения треков хаотичного и радиально-лучистого характера в пробах, отобранных в населенных пунктах Наумовка и Георгиевка, объясняются тем, что эти поселки располагаются непосредственно в прямом техногенном воздействии со стороны источника воздействия Сибирского химического комбината. Поселки Светлый и Петропавловка располагаются вне основной «розы» ветров промышленной агломерации, что и характеризует их меньшую техногенную нагрузку.
Таким образом, полученные результаты позволили установить характер распределения радионуклидов в твердом осадке снега населенных пунктов исследуемого района. Повышенная плотность распределения треков хаотичного и радиально-лучистого характера на исследуемой территории свидетельствует о воздействии предприятий ядерно-топливного цикла и топливно-энергетического комплекса.
Полученные результаты были вынесены на карту, после чего провели построение изолиний плотности распределения треков хаотичного характера (фиг.3). Ореолы повышенных значений загрязнения характеризуются величинами более 2000 трек/мм2, аномальные в области более 3000 трек/мм2, а участки максимального загрязнения характеризуются значениями более 4000 трек/мм2, что отражает специфику производств предприятий. Для предприятий ядерно-топливного цикла характерно воздействие в виде присутствия треков радиально-лучистого характера (фиг.4). Ореолы повышенных значений загрязнения характеризуются величинами более 0,01 звезда/мм2, аномальные в области - более 0,02 звезда/мм2, что отражает специфику производств предприятий.
Представленные данные являются составной частью эколого-геохимического и многоцелевого минералого-геохимического картирования и направлены на создание технологий этих картирований, а также отработки методологии геоэкологического мониторинга.
| Таблица | ||
| Способ определения загрязненности снегового покрова радиоактивными компонентами | ||
| Населенный пункт | Характер распределения осколков делящихся радионуклидов в твердом осадке снега | |
| Плотность распределения треков хаотичного характера в пробах, трек/мм2 | Плотность распределения треков радиально-лучистого характера в пробах, звезда/мм2 | |
| Победа (фон) | 1588±314 | 0 |
| Киреевск (фон) | 1146±281 | 0 |
| Юго-западная зона воздействия промышленного источника | ||
| Чернышовка | 2181±340 | 0,01 |
| Березкино | 2535±316 | 0 |
| Поросино | 2531±447 | 0,015 |
| Зоркальцево | 5962±865 | 0,01 |
| Тимирязево | 2023±737 | 0,005 |
| Северо-восточная зона воздействия промышленного источника | ||
| Самусь | 2177±314 | 0,009 |
| Петропавловка | 2131±366 | 0,013 |
| Георгиевка | 3373±474 | 0,022 |
| Наумовка | 3719±444 | 0,014 |
| Светлый | 2831±397 | 0,008 |
1. Способ определения загрязненности снегового покрова радиоактивными компонентами, включающий отбор проб снега, их таяние, фильтрацию снеготалой воды, высушивание твердого осадка, просеивание до фракции менее 1 мм, определение в просеянной части наличия загрязняющих компонентов, вынесение полученных значений на карту исследуемой территории, построение изолиний и выделение загрязненных участков территории по превышению значений относительно фона, отличающийся тем, что из просеянной части каждой пробы изготавливают образцы в виде спрессованных брикетов, на каждый из которых наклеивают детектор из лавсановой пленки, готовят пакет из брикетов, дополнительно прокладывая между ними лавсановую пленку, оборачивают пакет алюминиевой фольгой, затем помещают пакет в канал реактора и облучают тепловыми нейтронами в течение не более 5,5 ч, облученный пакет вынимают из канала реактора и после спада наведенной радиоактивности до безопасного уровня снимают детекторы и подвергают их химическому травлению, затем под микроскопом в каждом детекторе выявляют наличие треков хаотичного и радиально-лучистого характера распределения от осколков делящихся радионуклидов, определяют плотность распределения треков на единицу площади, эти значения выносят на карту исследуемой территории, строят изолинии, по наличию повышенной плотности распределения треков хаотичного характера судят о воздействии предприятий топливно-энергетического комплекса при работе на угле, по наличию треков радиально-лучистого характера судят о воздействии предприятий ядерно-топливного цикла, а по наличию повышенной плотности распределения треков хаотичного и радиально-лучистого характера судят о воздействии предприятий топливно-энергетического комплекса и предприятий ядерно-топливного цикла.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что химическое травление детекторов осуществляют в 40%-ном растворе КОН при температуре 60°С в течение от 20 мин до 2 ч.
