к.с-г.н. Переволоцкій О.М., к.с-г.н. Булавик І.М., Діденко Л.Г.
Радіонукліди в екологічних дослідженнях часто використовуються як мітки, за допомогою якої зручно відстежувати рух їх хімічних і ізотопних аналогів. Так, 137Cs відображає міграцію калію і стабільного цезію, 90Sr v кальцію і стабільного стронцію. Тому вивчення перерозподілу штучних радіонуклідів в екосистемах має важливе значення для більш глибокого розуміння механізмів функціонування природних спільнот.
У даному аспекті зручним об'єктом дослідження кореневого надходження радіонуклідів для берези звичайної є її сік в період інтенсивного весняного сокоруху. У його складі знаходяться не тільки цукру і амінокислоти, запасені в попередній вегетаційний період, а й мінеральні та органічні сполуки, які надійшли з грунту. Саме це і дозволяє оцінити кореневу доступність широкого спектру речовин. Однак, якщо концентрація основних мінеральних елементів, що мають біогенне значення, в соку вивчена в достатній мірі / 1-3 /, то для радіонуклідів подібні дослідження почали проводиться тільки в останні роки і пов'язано це з радіоактивним забрудненням навколишнього середовища в результаті аварії на ЧАЕС. Причому, при досить докладному вивченні закономірностей кореневого надходження 137Сs в березовий сік / 4-6 /, ці питання для 90Sr і для його дочірнього радіонукліду - 90Y практично не вивчені. Тому метою даного дослідження було вивчення особливостей накопичення радіонуклідів 90Sr і 90Y в березовому соку.
ОБ'ЄКТИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬДослідження проводилися на стаціонарних досвідчених об'єктах сектора радіології лісу Інституту лісу НАНБ в дальній зоні радіоактивного забруднення в кв.340 Добрушського лісництва Гомелского лесохоза і кв.168 Вєтківського лісництва Вєтківського спецлесхоза (170 км на північний захід від ЧАЕС). Сосново-березові насадження на пробних площах відносяться до моховитими типу лісу, їх вік становить 40-60 років. Радіометричний аналіз грунту показав, що поверхнева активність 90Sr у межах зазначених кварталів становила 24-41 кБк/м2.
На кожній пробній площі подсачивать 3-5 дерев. При підсочці в кожному з них спеціальним буравом в окоренковій частини просвердлюється отвір діаметром 1,5 см і на глибину 1 см безпосередньо під яким закріплювався металевий жолобок. У місці відбору прикріплювався поліетиленовий пакет, що дозволило до мінімуму скоротити привнесення радіоактивності ззовні. Тривалість відбору однієї проби становила близько 1 доби і за цей час обсяг заготовленого соку становив 2-3 літра. Після завершення відбору проби подкисляется, переливалися в поліетиленові ємності й доставлялися в лабораторію. У кв. 168 відбір був проведений 8 квітня, а у кв. 340 - 13 квітня.
Визначення об'ємної концентрації радіонуклідів у березовому соку проводилося-радіометром EL-1311? Атомтех |. Для дослідження спектрів випромінювання в даному приладі використовується планарний детектор типу? Фосвіч |, що складається з пластикового сцинтилятора мм для реєстрації-випромінювання та неорганічного сцинтилятора СSI (Tl) мм для дослідження спектру-випромінювання. Визначення концентрації 90Sr проводиться методами-радіометрії по випромінюванню дочірнього 90Y, причому передбачається наявність радіоактивного рівноваги між материнським і дочірнім радіонуклідами в досліджуваній пробі / 7 /. В якості вихідного параметра програмне забезпечення радіометра призводить величину сумарної об'ємної b-активності по суміші 90Sr +90 Y. Приладова ефективність реєстрації 90Sr і 90Y становить 5,1 х 10-3 л х Бк-1 х з-1 / 7 /. Вимірювання проб проводилося в стандартних 200 мл судинах. Час вимірювання кожної проби становило 40-60 хвилин.
РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯПри проведенні повторних радіометричних аналізів проб березового соку, відібраних у кв. 168 8 квітня, було відмічено, що сумарна об'ємна активність 90Sr +90 Y в них знизилася від 195-240 Бк / л до 105-151 Бк / л приблизно за три доби (табл.1). Схожий характер зменшення об'ємної концентрації вказаних радіонуклідів був зафіксований і на 10 інших досвідчених об'єктах в Вєтківського і Гомельському лісгоспах, де нами проводяться багаторічні моніторингові дослідження за накопиченням радіонуклідів у березовому соку. Причиною цього явища, на нашу думку, могло бути порушення в березовому соку радіоактивного рівноваги між 90Sr і 90Y на користь дочірнього радіонукліда. Для підтвердження цієї гіпотези і встановлення часових параметрів зміни об'ємної активності був проведений спеціальний експеримент, при якому проби соку, відібрані в кв.340, піддавалися радіометричного аналізу протягом місяця. Спочатку вимірювання проводилися рівно через добу, а після 18 квітня через дві-три доби. Терміни між вимірами та їх результати наведено в табл. 1.
| Згідно з даними, наведеними в таблиці 1, сумарна об'ємна активність 90Sr +90 Y у березовому соку з кв. 340 через 10 годин після відбору проб складала 200-280 Бк / л. Оцінюючи часову динаміку об'ємної концентрації радіонуклідів, неважко помітити у всіх пробах монотонне зниження цього показника з подальшим виходом на плато при 45-50 Бк / л по закінченню 200-250 годин після відбору проби. При цьому найбільш інтенсивно об'ємна активність зменшується в перші три доби. | Таблиця 1 Об'ємна активність 90Sr +90 Y в березовому соку, Бк / л |
Очевидно, що виявлене зменшення об'ємної активності 90Sr +90 Y у березовому соку при вказаних в методиці особливості вимірі цим приладом, може бути визначене як раз порушенням радіоактивного рівноваги між цими генетично пов'язаними радіонуклідами в бік дочірнього радіонукліда. В іншому випадку можливі були б два варіанти:
об'ємна активність не зазнавала жодних змін у часі. Цьому випадку відповідало б надходження обох радіонуклідів з грунту в березовий сік в рівних кількостях, об'ємна активність збільшувалася в часі з подальшим виходом на плато. Цьому випадку відповідає більш інтенсивне надходження 90Sr в березовий сік з грунту в порівнянні з 90Y. Надалі, у міру розпаду материнського радіонукліда, кількість дочірнього буде зростати до встановлення стану радіоактивного рівноваги між ними. Подібне збільшення могло бути зафіксовано радіометром при вимірюванні одних і тих же проби протягом тривалого часу.Можна припустити, що кореневе надходження генетично пов'язаних 90Sr і 90Y в березу відбувається з різних закономірностям, через що радіоіттрій надходить більш інтенсивно, ніж радіостронцій.
Тому, безпосередньо після відбору об'ємна-активність березового соку максимальна. Надалі, відбувається радіоактивний розпад? Надлишково | надійшов 90Y і концентрація зменшується до тих пір, поки між материнським і дочірнім радіонуклідами не встановиться стан радіоактивного рівноваги.
Фактично, завдання зводиться до класичного в ядерній фізиці нагоди дослідження динаміки об'ємної активності суміші материнського та дочірнього радіонуклідів, для якої характерно усунення радіоактивного рівноваги в бік останнього. Для більш точного визначення співвідношення радіонуклідів на момент відбору, що дозволяє оцінити рівні їх надходження в березовий сік, динаміка об'ємної активності для радіоіттрія була змодельована математично:
ActY = Ac0Yexp (-0.693 t / T) + Ac0Sr [1-exp (-0.693 t / T)], (1)
де
ActY v об'ємна-активність 90Y в березовому соку в момент часу t;
Ac0Y v об'ємна-активність 90Y в березовому соку в момент початку відбору;
Ac0Sr - об'ємна-активність 90Sr у березовому соку в момент початку відбору, але з огляду на великий період напіврозпаду радіостронцію, її можна прийняти постійною протягом 720 годин вимірювань протягом усього експерименту;
tv час у годинах з початку відбору соку;
T v період напіврозпаду радіоіттрія в годинах (64 годин).
Дане рівняння складається з доданків, що відбивають проходження двох різновекторних процесів. Перший член відповідає радіоактивного розпаду? Надлишково | надійшов в сік (по відношенню до материнського 90Sr) дочірнього 90Y, другий v накопиченню радіоіттрія, викликаного розпадом материнського радіоізотопу.
Неважко помітити, що при часі t значно меншому за період напіврозпаду материнського радіонукліда цей випадок рухомого рівноваги можна розглядати як одвічну рівновагу. Необхідними умовами при цьому є дотримання відносин постійних розпаду мат <<l дочко. і незмінності протягом часу експерименту, рівного багатьом періодам напіврозпаду дочірнього радіонукліда, активності материнського. Важливим припущенням, також, є рівність коефіцієнтів счетності материнського та дочірнього радіонуклідів.
| На рис. 1 наведена графічна інтерпретація розрахунку динаміки активності радіоіттрія в суміші 90Y +90 Sr при відношенні їх активностей як 50:10. Сумарна активність 90Y (лінія 4) змінюється, як вже говорилося вище, за рахунок проходження двох різноспрямованих процесів. З одного боку, надмірно надійшла в сік (по відношенню до материнського 90Sr) частка радіоіттрія зазнає радіоактивний розпад, що відзначено лінією 1. Але з іншого боку, йде накопичення дочірнього радіонукліда в соку за рахунок розпаду материнської фракції (лінія 3). Підсумовування цих двох різновекторних процесів, в підсумку, призводять до більш повільній зміні сумарної активності, відбитому лінією 4. При цьому неважко помітити, що динаміка активності буде залежати від початкового співвідношення активностей 90Y / 90Sr у відібраній пробі v чим воно вище, тим більше різкими будуть зміни. Важливість оцінки цього співвідношення активностей в момент відбору соку полягає в тому, що воно відображає фактичні концентрації радіонуклідів в рослині. | Рис.1. Графічна інтерпретація розрахункової активності суміші ізотопів 90Y і 90Sr |
Параметри для рівняння 1 нескладно визначити з табл.1 виходячи з умови передбачуваного радіоактивного рівноваги в пробі [7]. Так, ActY = Act / 2 може бути обчислена з табл. 1 для будь-якого моменту вимірювання t. У нашому випадку, для дерев у кв.340, вона знижується від 100-140 Бк / л при t = 10 годин до 20-30 Бк / л при t = 250-710 годин. Ac0Sr також дорівнює Act / 2, проте, ця величина може бути коректно визначена при фактично сталому радіоактивному рівновазі між радіостронцієм і радіоіттріем, тобто, як мінімум, після закінчення 250-300 годин після відбору проби. Для дерев в кв. 340 вона буде знаходиться на рівні 20-30 Бк / л. У цілому ж, з огляду на великий період напіврозпаду 90Sr можна прийняти Ac0Sr = const протягом усього часу експерименту. Таким чином, за допомогою представлених величин і даних табл. 1 по рівнянню (1) була розрахована початкова об'ємна-активність радіоіттрія Ac0Y, відповідну його змісту на момент відбору соку t = 0 (табл.2).
Таблиця 2
Початкова об'ємна активність радіонуклідів в березовому соку, Бк / л
| Показники | Номери модельних дерев | ||||
| | 1 | | 2 | | 3 | | 4 | | 5 | |
| Ac0Y, Бк / л | 143 | 119 | 128 | 120 | 114 |
| Ac0Sr, Бк / л | 30 | 24 | 27 | 26 | 24 |
| Ставлення Ac0Y / Ac0Sr | 4,77 | 4,96 | 4,74 | 4,62 | 4,75 |
Після того, як були визначені всі невідомі величини в рівнянні 1, ActY була розрахована теоретично для довільного моменту часу t. На рис. 2 наведено середнє значення, нормованих об'ємних активностей на момент першого вимірювання (приблизно 10 годин після відбору).
Про високу адекватність теоретичних даних фактичними результатами свідчать високі значення кореляційних відносин між ними = 0,964-0,982 при нульовому рівні значущості, відносної помилки апроксимації v 8-9%, а критерію відповідності = 4,74-9,48 при табл = 23,685.
| http://www.laboratory.ru/articl/biol/rab024.htm Рис. 2. Динаміка об'ємної-активності 90Y в березовому соку у відносних одиницях по всім модельним деревах | Таким чином, встановлена нами ставлення Ac0Y / Ac0Sr = 4,6-4,9 дозволяє однозначно стверджувати про перевищення надходження радіоіттрія в березу в порівнянні з материнським 90Sr, традиційно вважається високомобільні в системі грунт-рослина. Якщо ж розглядати 90Y як радіоактивну мітку стабільного ітрію, то стає очевидним, що потоки останнього в екосистемі березового лісу можуть бути досить інтенсивними. Ймовірно, таке явище може бути пов'язано зі здатністю ітрію до комплексоутворення з різними органічними речовинами, що володіють високою розчинністю і рухливістю. Крім того, іонний радіус даного елемента нижче, ніж у стронцію, з чим також може бути пов'язано декілька більша надходження в рослини. Поки що складно говорити і переносимості отриманих результатів на інші деревні рослини, надалі планується продовжити дослідження з цієї теми. |
1. Орлов І.І., Рябчук В.П. Березовий сік. / / М.: Лісова промисловість. - 1982. - 55 с.
2. Рябчук В.П. Соки листяних дерев (Одержання і використання). / / Львів: Вища школа, 1988. - 150 с.
3. Leaf AL Watterston KC Chemical analysis of sugar maple sap and foliage as related to sap and sugar yields / / Foresn Science. 1964. Vol.10 | 3. - P.228-292.
4. Кучма М.Д., Архіпов Н.П., Федотов І.С. та ін Радіоекологічні та лісівничих наслідки забруднення лісових екосистем зони відчуження / / Чорнобиль., 1994. - 53 с.
5. Мухамедшин К.Д., Чілім А.І., Мішуков Н.П. та ін Лісове господарство в умовах радіації. - М.: ВНІІХлксхоз. - 1995. - 53 с.
6. Ліс, Людина, Чорнобиль. Лісові екосистеми після аварії на Чорнобильській АЕС: стан, прогноз, реакція населення, шляху реабілітації. / / За заг. ред Іпатьєва В.А. - Гм. 1999. - 454 с.
7. Методика виконання вимірювань вмісту радіонуклідів стронцію-90 і цезію-137 в продуктах харчування, питній воді, грунті, сільськогосподарському сирі і кормах, продукції лісового господарства та інших об'єктах навколишнього середовища на бета-гамма-радіометрі МКС-1311 (El-1311) МВВ МН 977-99. v НПП? Атомтех |, затверджена 20.03.99 р. v Мн. 1999. v 36 с.