Миграция радионуклидов стронция-90 в почвах различных типов Павлодарской области

Основным реальным источником радиоактивного загрязнения почвенно-растительного комплекса являются глобальные радиоактивные выпадения из атмосферы долгоживущих радионуклидов после ядерных испытаний, а также выбросы техногенных радионуклидов, связанные с работой предприятий ядерного топливного цикла.

Основным источником поступления радионуклидов в наземные пищевые цепи является почва. В результате выпадений радионуклиды поступают на земную поверхность, аккумулируются в почве, включаются в биогеохимические циклы миграции и становятся новыми компонентами почвы. Почва является наиболее важным инерционным звеном, и от скорости миграции радионуклидов в почве во многом зависят темпы их распространения по всей цепочке. В результате перемещения в почве и последующего корневого поглощения радиоактивные вещества поступают в части растений, представляющие пищевую или кормовую ценность

Sr-90 является ведущим с точки зрения радиационной опасности нуклидом на территории, подвергшейся радиоактивному загрязнению с периодом полураспада 28,6 года.

Имеются сведения, что миграционные свойства Sr-90 в почвенно-растительных комплексах существенно отличаются в зависимости от типа почв, механического состава и видовых различий растений. В связи с этим является актуальным вопрос выявления закономерностей миграции радионуклидов Sr-90 в биогеоценозах степной зоны, а также изучение влияния физико-химических свойств почв на поступление Sr-90 в растения

В настоящее время и в перспективе особо остро встаёт проблема экологической безопасности окружающей среды, экологически безопасного природопользования при возрастающих антропогенных нагрузках.

Загрязнение системы «почва–растения–вода» различными химическими веществами, а главным образом твердыми, жидкими и газообразными отходами промышленности, продуктами топлива и т.д. приводит к изменению химического состава почв.

Техногенные выбросы радионуклидов в природную среду в ряде районов земного шара значительно превышают природные нормы.

До недавнего времени в качестве важнейших загрязняющих веществ рассматривались, главным образом, пыль, угарный и углекислый газы, оксиды серы и азота, углеводороды. Радионуклиды рассматривались в меньшей степени. В настоящее время интерес к загрязнению радиоактивными веществами вырос, в связи с факторами появления острых токсичных эффектов, вызванных загрязнением стронцием и цезием.

Радионуклиды по цепочке «почва – растение – животное» попадают в организм человека, накапливаются и оказывают не благоприятное воздействие на здоровье. Поэтому одной из задач современности является производство экологически «чистой» продукции.

Важнейшая проблема сельского хозяйства в условиях загрязнения почвы радиоактивными элементами – максимально возможное снижение поступления этих веществ в растениеводческую продукцию и предотвращение накопление их в организмах сельскохозяйственных животных. Решение этой задачи связано с комплексом мероприятий, которые необходимо проводить в сельском хозяйстве. Основание для проведения данных мероприятий является увеличение заболеваемости и смертности, врожденных уродств и населения, проживающего на загрязнённых территориях.

Вопрос об изменении ведения сельского хозяйства должен решаться в каждом конкретном случае с учётом всех обстоятельств на основе точной и достоверной информации в зависимости от типа почвы, её механического состава, водно-физических и агрохимических свойств и от степени загрязнённости территории.

Северная часть территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона активно используется для сельскохозяйственной деятельности: выпаса скота, заготовки сена, производства зерновых культур и т.д. Вблизи этой местности проводили испытания боевых радиоактивных веществ, влияние которых на окружающую среду и людей, занимающихся трудовой деятельностью на данном и прилегающем к нему участках мало исследованы.

Объектом исследования являются почвенно-растительные комплексы степной зоны, подверженные глобальным выпадениям радионуклидов. Изучалась миграция радионуклидов стронция-90 в почвах различных типов и накопление радионуклидов растениями степной зоны

Цель работы – изучение коэффициента перехода стронция-90 из почвы в растение на территории Семипалатинского полигона, находящегося на землях Павлодарской области

Задачи:

- Оценить содержание стронция-90 в Павлодарской области

- Проанализировать особенности накопление радионуклида стронция – 90 в почвах и растениях

- Изучить особенности миграции стронция-90 в растения

- Определить коэффициент перехода стронция-90 из почвы в растения

1 Литературный обзор

1.1 Свойства радионуклида Стронций-90

Стронций ⁹⁰Sr – серебристый кальциеподобный металл, покрытый оксидной оболочкой, плохо вступает в реакцию, включаясь в метаболизм экосистемы по мере формирования сложных Са – Fe – Al – Sr – комплексов. Естественное содержание стабильного изотопа в почве, костных тканях, среде достигает 3,7 х 10^-2 %, в морской воде, мышечных тканях 7,6 х 10^-4 %. Биологические функции не выявлены; не токсичен, может замещать кальций. Радиоактивный изотоп в естественной среде отсутствует (1 , 43).

Стро́нций — элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium). Простое вещество стронций (CAS-номер: 7440-24-6) — мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.

Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом руднике близ шотландской деревни Строншиан, давшей впоследствии название новому элементу. Присутствие в этом минерале оксида нового металла было установлено почти через 30 лет Уильямом Крюйкшенком и Адером Кроуфордом. Выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году (2 , 46).

Содержание в земной коре — 0,384 % в свободном виде стронций не встречается. Он входит в состав около 40 минералов. Из них наиболее важный — целестин SrSO₄. Добывают также стронцианит SrCO₃. Эти два минерала имеют промышленное значение. Чаще всего стронций присутствует как примесь в различных кальциевых минералах.

Стронций содержится в морской воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%).

В природе стронций встречается в виде смеси 4 стабильных изотопов ⁸⁴Sr (0,56 %), ⁸⁶Sr (9,86 %), ⁸⁷Sr (7,02 %), ⁸⁸Sr (82,56 %).(3 , 11).

Существуют 3 способа получения металлического стронция:

- термическое разложение некоторых соединений

- электролиз

- восстановление оксида или хлорида

Основным промышленным способом получения металлического стронция является термическое восстановление его оксида алюминием. Далее полученный стронций очищается возгонкой.

Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl₂ и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями.

При термическом разложении гидрида или нитрида стронция образуется мелкодисперсный стронций, склонный к легкому воспламенению.

Стронций — мягкий серебристо-белый металл, обладает ковкостью и пластичностью, легко режется ножом.

Полиморфен — известны три его модификации. До 215^оС устойчива кубическая гранецентрированная модификация (α-Sr), между 215 и 605^оС — гексагональная (β-Sr), выше 605^оС — кубическая объемно-центрированная модификация (γ-Sr).

Температура плавления — 768^оС, Температура кипения — 1390^оС.

Стронций в своих соединениях всегда проявляет валентность +2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними.

В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен −2,89 В. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид: Sr + 2H₂O = Sr(OH)₂ + H₂↑ (4 , 21).

Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H₂SO₄, HNO₃) реагирует слабо.

Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой помимо оксида SrO всегда присутствуют пероксид SrO₂ и нитрид Sr₃N₂. При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.

Энергично реагирует с неметаллами — серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200^оС), азотом (выше 400^оС). Практически не реагирует с щелочами.

При высоких температурах реагирует с CO₂, образуя карбид:

5Sr + 2CO₂ = SrC₂ + 4SrO (1)

Легко растворимы соли стронция с анионами Cl^-, I^-, NO₃^-. Соли с анионами F^-, SO₄^2-, CO₃^2-, PO₄^3- мало растворимы.

Основные области применения стронция и его химических соединений — это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.

Стронций применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей.

Стронций чистотой 99,99—99,999 % применяется для восстановления урана (5 , 90).

Магнитотвёрдые ферриты стронция широко употребляются в качестве материалов для производства постоянных магнитов.

В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания пламени в карминово-красный цвет. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими пирофорными свойствами и находит применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

Радиоактивный ⁹⁰Sr (период полураспада 28,9 лет) применяется в производстве радиоизотопных источников тока в виде титанита стронция (плотность 4,8 г/см³, а энерговыделение около 0,54 Вт/см³).

Уранат стронция играет важную роль при получении водорода (стронциево-уранатный цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-водородная энергетика), и в частности разрабатываются способы непосредственного деления ядер урана в составе ураната стронция для получения тепла при разложении воды на водород и кислород.

Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.

Фторид стронция используется в качестве компонента твердотельных фторионных аккумуляторных батарей с громадной энергоемкостью и энергоплотностью.

Сплавы стронция с оловом и свинцом применяются для отливки токоотводов аккумуляторных батарей. Сплавы стронций-кадмий для анодов гальванических элементов.

Радиационные характеристики приведены в таблице 1 (6 , 34).

Таблица 1- Радиационные характеристики стронция 90