Рус Eng

Спектрометрическое и радиохимическое определение радионуклидов

Лаборатория спектрометрии и радиохимии получила свой первый аттестат аккредитации (регистрационный номер: BY/112 02.2.0.2203) в 2002 г. В январе 2016 г. статус аккредитации в соответствии с требованиями СТБ ИСО/МЭК 17025:2007 был продлен до 28 января 2021 г. В область аккредитации лаборатории входит отбор проб, определение поверхностного бета-загрязнения, мощности дозы гамма-излучения, а также определение удельной активности 137Cs, 90Sr, 241Am, 238Pu, 239Pu,240Pu в объектах окружающей среды: почве, воде, донных отложениях, непищевой продукции сельского и лесного хозяйства, сельскохозяйственном сырье и кормах, пищевых продуктах. В лаборатории работает альфа/бета низкофоновая установка с газовым пропорциональным счетчиком, способная одновременно определять содержание альфа- и бета-излучающих нуклидов в 8-х образцах. Два гамма-спектрометра с детекторами из германия высокой степени чистоты (Canberra) используются для измерения содержания 241Am в пробах окружающей среды без их предварительной пробоподготовки. Для проведения радиохимических анализов используются также система микроволновой подготовки Ethos, альфа-спектрометр «Alpha Analyst» (Canberra), атомно-абсорбционный спектрометр Solaar S2, жидкостно-сцинтилляционный анализатор TRI CARB 2910 TR. 

Область аккредитации лаборатории спектрометрии и радиохимии Полесского государственного радиационно-экологического заповедника:

- отбор проб почвы и непищевой продукции лесного хозяйства;

- измерение мощности дозы;

- измерение поверхностного β-загрязнения;

- определение:

- удельной (объёмной) активности цезия-137 в объектах окружающей среды, сельскохозяйственном сырье, кормах, воде, продуктах питания, непищевой продукции лесного хозяйства;

- содержания стронция-90 в пищевых продуктах, сельскохозяйственном сырье, кормах, почве, донных отложениях, поверхностных водах, образцах флоры и фауны Полесского государственного радиационно-экологического заповедника;

- содержания америция-241 в почве, донных отложениях;

- содержания плутония-238 и плутония-239, 240 в почве, донных отложениях, поверхностных водах, образцах флоры и фауны Полесского государственного радиационно-экологического заповедника. 

Одной из основных задач, стоящих перед лабораторией спектрометрии и радиохимии, является обеспечение научных подразделений заповедника результатами анализа предоставляемых ими образцов объектов окружающей среды на содержание различных радионуклидов. В 2017 г. сотрудники лаборатории проанализировали 4888 образцов на содержание цезия-137, стронция-90 и америция-241 инструментальным методом и провели радиохимическое определение стронция-90 и плутония 238, 239+240 в 189 образцах. 

В состав лаборатории входят 9 сотрудников, прошедших специальную подготовку в ведущих научно-исследовательских центрах Словении, Австрии и Украины. Сотрудники лаборатории постоянно повышают свое профессиональное мастерство благодаря участию в курсах повышения квалификации, организуемых отечественными институтами. Объективность выдаваемых ими аналитических данных подтверждается результатами участия в межлабораторных сличениях, ежегодно проводимых органами по аккредитации. В 2017 г. лаборатория участвовала в следующих межлабораторных сличительных испытаниях.

1. ППК.ГМ-01-2015 тур № 3 «Определение удельной активности цезия-137 в зерне». Провайдер - Государственное предприятие «Гомельский ЦСМС».

2. Профессиональное тестирование МАГАТЭ World Wide Proficiency Test IAEA-TEL-2017-03 по определению антропогенных и естественных радионуклидов в образцах объектов окружающей среды. Сотрудники лаборатории определяли удельную активность цезия-137, стронция-90; бария-133, а также несколько других гамма-излучающих нуклидов в 2-х водных образцах. в сухом молоке определялась удельная активность цезия-137, бария-133.

Результаты участия лаборатории в профессиональном тестировании были оценены как удовлетворительные.

Оборудование, используемое лабораторией, представлено на фотографиях:

lsr_01.jpg       lsr_05.jpg

lsr_02.jpg  lsr_03.jpg

Хозяйственная деятельность лаборатории:

- контроль содержания 137Cs в пиломатериалах, производимых на пилорамах Полесского государственного радиационно-экологического заповедника в населённых пунктах Хойники, Комарин.

- уточнение карты радиоактивного загрязнения территории заповедника 137Cs, 90Sr, 241Am, 238Pu, 239+240Pu.

- обследование лесных насаждений с целью определения возможности использования древесины в народном хозяйстве. За период с 2003 по 2017 гг. было обследовано 1729 выделов общей площадью более 9070 га. 

Следующие фотографии демонстрируют отдельные этапы радиационного обследования лесосек.

  lsr_07.jpg

lsr_08.jpg  lsr_09.jpg 

Сотрудниками лаборатории найдено, что содержание 90Sr в топливной древесине в некоторых районах Полесского государственного радиационно-экологического заповедника может превышать 1000 Бк/кг; при этом содержание 137Cs в этих же образцах топливной древесины не превышает допустимых значений (740 Бк/кг). В настоящее время в Беларуси, в отличие от России и Украины, отсутствует контроль содержания 90Sr в топливной древесине. Сотрудники лаборатории полагают, что осуществление такого контроля позволит предотвратить:

1.  перенос 90Sr с загрязненных территорий в чистые районы;

2. неконтролируемое внутреннее облучения населения, традиционно использующего золу в качестве удобрения на приусадебных участках.

[Забродский В.Н. Содержание 90Sr в топливной древесине, производимой на территории белорусской части зоны отчуждения ЧАЭС. // Природные ресурсы. 2013, №2. С. 100 - 105.] 

[V.Zabrotski. Contamination of Firewood Taken from the Exclusion Zone of the Chernobyl NPP by 90Sr According to Data from 2005–2016. In: Behaviour of Strontium in Plants and the Environment, D.K. Gupta, C. Walther (eds.), © Springer International Publishing AG 2018. p. 109-124. DOI 10.1007/978-3-319-66574-0_8]. 

Научно-исследовательская работа

Помимо обеспечения научных подразделений Полесского государственного радиационно-экологического заповедника результатами анализа предоставляемых ими проб на содержание различных радионуклидов, лаборатория проводит собственные научные исследования.

Известно, что радиоактивное загрязнение зоны отчуждения Чернобыльской АЭС было обусловлено, в первую очередь, топливными частицами, образовавшимися при взрыве реактора 4-го блока ЧАЭС. Для определения степени разрушения и концентрации топливных частиц, выпавших на территории зоны отчуждения, производилась обработка проб почвы и донных отложений карбонат содержащий композицией, растворяющей разрушенные топливные частицы, но не воздействующей на матрицу исходного ядерного топлива (UO2) 4-го блока ЧАЭС. В результате проведённых исследований установлено, что доля Pu, находящегося в матрице сохранившихся топливных частиц, в пробах почвы, отобранных в различных районах зоны отчуждения, изменяется в относительно узком диапазоне 6 – 18 %, хотя плотность радиоактивного загрязнения почвы трансурановыми элементами при этом изменяется в пределах более чем 1000 раз. Более низкая степень разрушения топливных частиц, находящихся в донных отложениях, объясняется более низким содержанием кислорода на дне водоема. Рассчитаны массовые и поверхностные концентрации топливных частиц, выпавших на территорию заповедника. Если в наиболее загрязненных районах концентрация топливных частиц достигает 5,5 105 кг-1 (2,5 107 м-2), то на периферии заповедника соответствующие величины равны 3,3 102 кг-1 (1,7 104 м-2).

[Забродский В.Н., Бондарь Ю.И., Калинин В.Н., Садчиков В.И. Оценка степени разрушения чернобыльских топливных частиц, выпавших на территорию белорусской части зоны отчуждения ЧАЭС. / Чернобыль: 30 лет спустя: матер. межд. науч. конф. (Гомель, 21–22 апр. 2016 г.) – Гомель: Ин-т радиологии, 2016. С. 98-101]

В лаборатории производятся работы по определению содержания трансурановых элементов - 241Am, 238Pu, 239+240Pu – в образцах внутренних органов (мышечные и костные ткани, печень, легкие) и содержимом желудков диких животных, изъятых на территории Полесского государственного радиационно-экологического заповедника. Показано, что в случае кабана печень является наиболее загрязненным органом – содержание 239+240Pu в нем может достигать 1,5 Бк/кг. Загрязнение органов и тканей снижается в следующей последовательности: печень > костная ткань > легкие ≥ мышечная ткань.

[Бондарь Ю.И., Садчиков В.И., Забродский В.Н., Калинин В.Н. Накопление изотопов 238,239+240Pu и 241Am в органах и тканях кабана на территории белорусского сектора зоны отчуждения Чернобыльской АЭС. Радиационная биология. Радиоэкология, 2015, Т. 55, № 6, с. 646-654.]

Около 8000 образцов древесины были отобраны в 2003-2015 гг. при радиационном обследовании лесных насаждений, произрастающих на территории белорусской части зоны отчуждения ЧАЭС. Цель радиационного обследования заключалась в определении возможности использования этой древесины в народном хозяйстве. Было показано, что основная часть образцов древесины характеризуется удельной активностью изменяющейся в интервале от 60 до 5000 Бк/кг. При этом плотность загрязнения почвы, на которой произрастают лесные насаждения изменялась от 100 до 10 000 Бк/м2. Рассчитывались коэффициенты перехода 137Cs в древесину лесных насаждений. Оказалось, что основная часть проб характеризовалась коэффициентами перехода, заключенными в интервале 2 – 5 (10-3 м2/кг). Такая картина сохранялась для каждого вида насаждений и для каждого года. Было сделано заключение, что коэффициента перехода не зависят от плотности загрязнения в вышеупомянутом диапазоне (100-10000 кБк/м2). Это могло быть объяснено увеличением доли доступного растениям 137Cs при увеличении его брутто-содержания в почве. Таким образом, наши экспериментальные данные подтверждают гипотезу об установлении равновесия между подвижными (обменной и водорастворимой) и фиксированными формами 137Cs в почве. Для оценки динамики изменения переноса 137Cs в древесину строился график зависимости медианного коэффициента перехода от времени. Была обнаружена тенденция уменьшения коэффициента перехода со временем. Существует удовлетворительное согласие между нашими данными и ранее опубликованными данными МАГАТЭ. Так для хвойных насаждений среднее значение коэффициента перехода по нашим данным равно 0,36, а по данным МАГАТЭ – 0,15. При этом соответствующие интервалы изменения коэффициентов перехода равны 0,003-3,5 и 0,0012-1,8.

[Забродский В.Н., Бондарь Ю.И., Кудин М.В., Блинова Н.В. Динамика перехода 137Cs в древесину лесных насаждений зоны отчуждения по данным 2003-2015 гг. / Чернобыль: 30 лет спустя: матер. межд. науч. конф. (Гомель, 21–22 апр. 2016 г.) – Гомель: Ин. радиологии, 2016. С. 101 – 105].

Участие в международных проектах. 

Проект «МОБЕЛРАД» 

Аварии на Фукусиме и ЧАЭС подчеркивают актуальность мобильных систем, обладающих рядом преимуществ при контроле радиоактивного загрязнения местности. Для проведения тренинга персонала и тестирования такого оборудования требуются особые условия и маршрут движения. С этой точки зрения территория белорусской части зоны отчуждения ЧАЭС является подходящим полигоном для испытаний. В сентябре 2014 г. на территории Полесского государственного радиационно-экологического заповедника, при участии сотрудников лаборатории, состоялись мобильные упражнения, цель которых заключалась в определении уровней радиоактивного загрязнения территории 137Cs и мощности эквивалентной дозы гамма-излучения во время движения автомобиля, оснащенного дозиметрическим и спектрометрическим оборудованием. В испытаниях приняли участие команды из Дании, Исландии, Норвегии, Швеции, вооруженные разнообразным оборудованием – от малых по размеру приборов с детекторами на основе LaBr до крупногабаритных кристаллов NaI. Упражнение продемонстрировало возможность использования оборудования для оценки радиоактивного загрязнения в случае радиационной аварии, произошедшей в третьей стране. Отчет о проделанной работе доступен на сайте: http://www.nks.org/en/nks_reports/view_document.htm?id=111010212617378

Проект «Анализ экологического риска в зоне отчуждения на белорусско-украинской границе» (осуществлялся в рамках международной инициативы «Окружающая среда и безопасность» (ENVSEC)) в 2014-2015 гг.

В рамках этого проекта сотрудники лаборатории совместно с работниками других подразделений заповедника выполнили следующие работы на белорусско-украинском участке государственной границы, проходящем через зону отчуждения Чернобыльской АЭС, протяженностью 155 км:

- измерение мощности дозы гамма-излучения по всей протяженности обследуемого участка местности (880 измерений);

- отбор проб почвы (160 образцов) и определение плотности загрязнения 137Сs и 241Am обследуемого участка местности.

Проект «Применение современной полевой гамма-спектрометрии для изучения территорий, загрязненных чернобыльскими выпадениями (Advanced In-situ Gamma Spectrometry Field Activity - Chernobyl)».

В сентябре 2015 г. на территории Полесского государственного радиационно-экологического заповедника состоялся еще один международный проект (GamFac), обеспечивший возможность испытания оборудования, методик и персонала при про-ведении полевых (in situ) измерений на площадях с высокой степенью радиоактивного загрязнения. Пять команд из Дании, Исландии, Норвегии, Швеции, Шотландии в течение нескольких дней с использованием самого разнообразного оборудования определяли плотность радиоактивного загрязнения на 5 участках, отличающихся уровнем загрязнения, вертикальным профилем распределения радионуклидов, типом почвы, особенностями ее микрорельефа, характером увлажнения, степенью обработки почвы и другими параметрами. Наличие детальной информации, предоставленной лабораторией, о распределении радионуклидов по глубине позволило протестировать разнообразные методики проведения измерений, используемые модели расчета и детекторы излучения. Отчет о проделанной работе доступен на сайте: http://www.nks.org/en/nks_reports/view_document.htm?id=111010213245375

В 2016 г., в продолжение предыдущего проекта, выполнялся проект М18-15/17 (Гамфак-2) «Использование современной полевой гамма-спектрометрии (in situ) для изучения территорий, загрязненных чернобыльскими радионуклидами». В нем участвовали представители норвежского агентства по радиационной защите и группа ученых из шотландского Университета Стирлинга. Особое внимание в 2016 г. уделялось площадке, подвергающейся периодическому затоплению в период паводка. Распределение 137Cs по глубине рассчитывали инструментально по соотношению между пиком полного поглощения 137Cs и количеством зарегистрированных рассеянных фотонов. При этом использовались результаты in situ измерений и математическая обработка данных по методу Монте-Карло.

[A.Varley, A.Tyler, M.Dowdall, Y.Bondar, V.Zabrotski. An in situ method for the high resolution mapping of 137Cs and estimation of vertical depth penetration in a highly contaminated environment. // Science of the Total Environment. 605–606 (2017) 957–966]

В настоящее время в лаборатории выполняется проект «Мониторинг лесных насаждений методом in-situ гамма-спектрометрии с использованием метода Монте-Карло» заключенный 30.11.2017 с норвежским агентством по радиационной защите. В рамках этого проекта совместно с норвежскими и шотландскими учеными будет оценена применимость метода полевой гамма-спектрометрии с последующей обработкой результатов прямых измерений методом Монте-Карло для определения содержания 137Cs в живых (на корню) деревьях. В случае получения положительных результатов откроются перспективы упрощения процесса радиационного обследования лесосек – без необходимости отбора проб древесины и их последующего анализа.

 

Зав. лабораторией спектрометрии и радиохимии:

к.х.н.  В.Н.Забродский

Е-mail: vzabrotski@tut.by