Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экспериментальное изучение и математическое моделирование процессов миграции радионуклидов выброса ЧАЭС в почвах Украинского Полесья

ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Экспериментальное изучение и математическое моделирование процессов миграции радионуклидов выброса ЧАЭС в почвах Украинского Полесья"

НАШОНЛЛЫ1Л АКЛДЕМШ ИЛУК УКРА1Ш1

ШСТИТУТ ЕКСПЕРИМЕНТАЛьНО! ПАТОЛОГИ ,ОШСОЛОП1 ) РАДЮБГОЛОГЙ ¡м. Р.е. К.1 ВЕЦЬКОГО '

Ка правах рукопгсу

ЛЕЗЧУК СВЯТОСЛАВ евлопйович

ЕКСПЕР1ШЕНТАЛЫ1Е ВИВЧЕШ1Я ТА МАТЕМАТ11Ч11Е ИОДЗЛЮЗАШШ ВЕРТИКАЛЬНО! М1ГРАЩ! РАДЮ-ИУКЛ1ДШ ВЙКИДУ ЧАЕС В ГРУНТАХ УКРЛПГСЫСОГО ПОЛ1ССЯ 03.00.08 - радш^юлопп

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацп на здобуттп паукового ступенл кандидата бтлопчиих наук

Ктв - 1905

Дисертац)его е рукопнс.

Робота виконана в ф1зико-х1м1чному вщдШ Украшсысого науко-во-дослщного шституту Ыльсысогосподарсько! радюлогн Мппстертва «льського господарства i продовольства Украши .

НауковЬкер1в1шки: Кандидат бюлопчних наук IBAHOB Ю. О.

Кандидат фгзико-математичних наук • КАШПЛРОВ В. О.

Офщшш опонен-ги : Доктор бюлопчних наук КУТЛАХМЕТОВ Ю. О. Кандидат фшико-математичних наук ПОЯРКОВ в. о.

Праведна оргатзацш-1штитут пдерних дослщжень HAH Украши.

Захист вщбудеться X 1995 р. о К годны на

зааданш спещал^зованоЗ ради ДО 1.83.01 в Гнституп ексггериыен-тально! патологи, онкологи i радтбюлоги ir«i. P.C. Кавецысого HAH Укращк (252022, м.Киш,вул.Васильмвська,45).

3 дисертацшю мозкна ознайомитися у б15лютещ 1нституту екс-перимент .льно! патологи, oiiKojiorii i радтбюлоги ¡м. P.e. Кавецько-го HAH Украши.

Автореферат роз!слании " К IX . 1995 р.

Вчений секретар . спец1ал!зовано1 ради,

кандидат бюлопчнш Г.Й.Лавренчук

наук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшсть проблеми. Змп-1 радюеколопчно! ситуацп , що склалася внаслщок аварп на Чорнобильсыий АЕС ,знач1!ою м1ро:о визначаеться штснсившстю вертикаль**01 М1грацп радюлуилдав в профип грунту. Характер розподйту радюнуклщш в гру т1 ппливае на !х подальшу г.нграцио в ¡гчшх лапцгажках геозог.нчного

1 бЮЛОПЧНОГО ЦНКЛШ.

Радшактивне забруднення територп Укранш внаслздск авари ча Чорнобильсыий АЕС в зв'пку ¡з смаднога динашксга викиду 1 метеоролспчних умов характеризуешься високою неоднМдшспо по радюиумндному складу та щ1лыгосп забруднення. С уюдшсть картипи забруднення доповнюсться неоднаковим ствв^дношенкям паливно! 1 конденсатуйно! компонента випадшь на резких слщах викиду ,а таксис вг-икмо р1зно^ипт1нстю грун-тово-рослннтюго покриву. Дат уг.гавн ра;уоактшнюго забруднення суттсво В1др1зняготься вщ умов забруднення при 1лс 'альиих ви-падшнях радюактивних речовин.Тому вишшас несб.адшсть оцшки адекватнос-п використання уже ¡снугачих моделей вертикально? мнраци радшнуклвдз стосовно радюактивних вппгднш в результат! аварп на ЧАЕС,а таколс 5х мод::фшацн з врахуванн..м ди-иамнси с|пзико-х1г.ичних форм випадшь.

Мета 1 завдання дослщжень. Ыетога дано! роботи було вич-чешш сиовннх законом1рностей розподшу 1 ;-пгрлцц '37Сз, 903г та 2зэ,240ри п ГруН„ах укран^ького Полюся ; виявлення основних фактор1В ,що визначають ¡птснсппшсгь вертикального переносу цих рэДюнуклцив.

В зв'язку з цим булн поста влеш таш завдання:

1.Вивчення динамши перероз1ШД1лу 1 оценка параметр1в вертикального переносу бюлопчно значущих радшнуклдав викиду ЧАЕС в грунтах украшського Пол1сся .

2.Вив к'ння штенсичност! вертикального перекосу в залеж-ност1 шд ф!знко-хЫчних форм випадшь.

З.Оцшка рол! ф1зико-Х!М1чних властипсстей грунту в штен-сивност! вертикального перерозг.одьчу радюнуклдав.

4.Проведешш аиал!зу i модифшацН стандарт:-';!?: моделей вертикально! мцрацц радюиуклщв з точки зору ¡х використак-ня для радюактивнкх випадшь asapii на ЧАЕС.Розробка про-грашшх 3aco6is для практичного використаиня моделей.

Иаукцва новизна 8 практична значения poSiT. Зроблена сцш-ка napcMSTpia переносу бшлопчно значущих радюнуклдав викиду ЧАЁС в грунтах украшського Полнея .Виявлеш осповш факторм , що визиачають Ьггенсившстъ Mirpanií 137Cs , SDSr i 239,240Pu в профип грунту.Запропонована класифшащя груитш укра'шського Псмксся по штенсивпосэт мпрацп в них 137 Calía ochobí uieí кла-скфпсацп побудовака карта-схема рухливосп цього радюнуклщу в грунтах 60 км зони ЧАЕС.Виявлеш найбшьш критичт грунти, з точки зору шграцшно! рухливост1 в' них бюлопчно значущих рад1онук.ыд1в.

Розроблешш пакет прикладиих програм для розрахушсу пара' "етрлв вертикального переносу радкшуклдав в грунтах ,з вико-ристанням стаидартпих моделей переносу.Зроблеш пролшзш одшки псрерсзпод1лу Cs i Sr в наиошып критичних грунтах украшського Полшся на 200G p¡K.

Запропоиована модель переносу радшнуклЦцв в профин грунту'з врахувашшм дипамжи 1х основних форм (деструкща паливних частинок, сорбщя мшералаии грунту.ьнгращя радюнуклщу в ;рунтовому розчиш).

Пололсешш ,»id виносяться на захист. На захист виносяться сл1дуюч1 положения:

- вперше проведена оцшка сукупного вгииву вихвдних форм чорнобильських в^ладшь i грунтових умов на iiiTeiicuBiiicTb вертикально! Mirpaui'i ь7 Cs ,90 Sr i 259'г4° Pu в профш rpyiiTÍB украЗнського П0л1сся ;

- оцшеш параметра p¡3iiiix моделей вертикального переносу бюлопчно значущих радюнуклщш викиду ЧАЕС , що дозволя-ють прошозувати ix мн-рацио в грунтах пол1сько5 зони ;

- запропоноваиа модель вертикально! мпрацп радкшуклвдв в профЬп грунту з врахувашшм початкового сшввщношення i подальшо! динамнш вихвдних форм випадшь , незворотньо! сорбцп та десорбцн радюнуклдав в rpyirri.

Публисаш! результата дослвджеиь. За темою дисертацп було опублшовано 14 праць.

Структура дисертацп.

Дисертащя викладена на 135 сторшоках друкованого тексту 1 пклгачае: встул ,огллд лкературл , 4 глав власшхх дсынджень, писновки , додаток , перелп: використшк» л1тератури.Т-скст ию-стрований 18 таблицямн 1 13 рисукками.Перелнс викорлстаг п лггсратури складае 110 бхблнсграфг'них посилапь, з яких 85 вггчизняш та краш СНД, 25 закордонш.

ЗМ1СТ ДИСЕРТАЦИ

Робота вшсонана на основ1 експеремеитальшгх дахшх по

137/-« 93™ 233,240 г, . . .

розподшу Сз , 5г та Ри в прсфип грунтга ,одержат«

в чатурпих умовах та модслышх експериментах. Для спгтгере-ження за штенсившстго вертикально! г.нграцп радюнузидав ви-киду ЧАЕС п катурних умовах була закладена репериа стса експернменталынгс далянок , яка охоплгае ссновш типи грунт!в украшсысогс Полхеся . При виборх доншок врахоз} вались та кож ф!з; ко-Х1г.ичш властивсст1 випадшь (сшввщнсшенн;. пал;;г<пгц 1 кондесащшго! компонент аипадшь) ; щшыпсть забрудненпя довго живучими радюнуюндами. В рсбот1 вшсористат дат , одержат на протяз! 1987-04 ротв.

В природних уловах м;грапдя радюнумдап визначастьсл су-купшстю багатьох процепз, ят при„одять до перогпщення в профм! грунту або перерозподхлу мЬ;с рзшши фазами 1 стана-гш.Найбшьш анэчимими иехашзмаын верти* алыю! ?.нгращ5 е ди-фуз!я 1 конвектнвшш перенос рздю.,/кл1д:ч а.потс:ш;,1 грунтово! вологи. ■

Для визначешш вкладу кожного з цпх мехатзг.ив в сумарнлй вертикалышй персрозподш рад!ону^лдав в грунт1 , а також оцшкм основних фактор1в ,що визначаготь ¡птепоизшсть цих про-цеов були проведен! моделыц експерименти.

Моделгавашщ вертикального дифузшнсго переносу радю-

. . 137^, . СОг*

нуклщщ Са 1 ьг проводилось на трьоя типах грунтш (слабозадернований слабогумусований шсок (П), дерново-слаботдзолисй супнцаш (ДПС), торфяно-бэлотш (ТБ)) при р1зшй вологсст1.Експсримент показал ,що за штенсимистю дифузп

радюнуклдав грунти можна розм1ешти в слщуючому порядку: для l37Cs - П<ДПС<ТЕ; для soSr - ТБ<ДПС<П. 1нтенсившсть дифузшного перерозподшу радюпуклдав зростас ¡з збшьшешшм вологост' грунту. 1з цих результатш молена зробити вненовок про те ,що Í3 дбйхьшеиням вологост1 грунту зростас галыйсть радю-нуклуцв , яы представлен! рухливими фшп;о-х1М1чшшп формами. Найбшьше посилендя штенсивноси г-пграци Í3 зростанням воло-toctí, пк для 137Cs так i для 90Sr "постерталось на торфяно-болотноыу грунтьЦе ыолсе евщчити про слабкий характер зв'язку радюнуклвдш в органогешшх грунтах.

Моделгавання направленого переносу радюнуклдав проводилось при Ьптаци 2-х та 4-х pinnoi кшькост1 опадав на П,ДПС i ТБ грунтах. Вивчався направлений перенос 137Cs , 90Sr в водороз-чиннШ форлп та радюнуклцдв представлених реальними па-ливними частинками.Результати експеримехтв показали ,що за ihrenciiEi¡icTio конвективного переносу радюпуклвдш ,внесених в водорозчиннш форг.н , • грунти розг.пщаються в тому самому порядку ,що i при дифузшному переносШоказано.що вклад конвективного переносу в сумарний перерозподш радюнуклдав на мше-ралышх автоморфних грунтах ыенший ,а на пдроморфних ор-ганогенних грунтах не перевищус дифузшного.

Експерименталып результата по вивчешпо вертикального переносу паливно! компонент!! випадпа ЧАЕС шдтвердили мож-ливкть вертикально! мшрацц паливних частинок в rpyirri з потоком вологи.В квазщифузшному наближенш була зроблена оцшка ¡HTeiicuBirocTi цьпго процесу.Вона показала , що штенсивтсть Mirpauil паливних частинок значно Ш1жча шж штенсившсть í.tirpaun рад1ону];л]д1ц , внесених па поверхшо грунту в водо-розчиншп формП'аким чином, М1грацшна рухливють радю-

нуклдав , що випали на поверхшо,грунту перевалено в виглгвд па-^ / SOr» 239.240-гч ч

ЛИВП01 компонента (рс (юнуюнди Sr , Pu) , в першу чергу буде визначатись швидгастга деструкци паливних частинок.

Апал13 дисперсного складу паливних частинок в шарах грунту (Рис.1) вказав на перев'ажний перенос в профин грунту частинок малого po3njipy (ввд часток до одшшць мшромет-ра).Спостереження за вертикальною MÍrpaijieio радюнуклццв in

situ значною Miporo допошшли i, в основ!гому, тдтвердили результата, одержат в моделытх експериментах.

Пор1пняння розподиту 137Cs в профип грунту на дЬлянках слдав викиду, яги характеризуються piamtM початковим стввщношенням паливно! i кондесацШно1 компонент , не показало суттевих вщмпгностей з характер! вертикально! ии-ргци цьсго радюнуклщу.На димшках з азтоморфпими мшеральнимн грунтами, де початкова доля пзливио! компонента 137Сз складала 05,40,10 % вщ сумарних випадшь ,в uiapi грунту 0-2 см згпас радюнуюпду на 1992 piK стансвив 94 ,08 , 90 7о. ввдповщно.

Характер розподшу ' Cs , " Sr, 1 Pu я префЫ грунту ,де випадшня представлен! в основному наливном компонентом, шдтвердив результата модельних експеримент1в про молслшнсть вертикально! мпрацп радюнукл1дш з склад1 паливтпс частаиск. В1домо ,що 90Sr з одного беку i I37Cs та ¡зотогш Pu з шшого , характеризуються в однакових грунтових умовзх рмною м1грацШ-нога рухлийстга (Павлоцкая Ф.И.,1974; Павлоцкая Ф.И. и др.,1392).В дакому випадгсу cnocTepiraccn практичю одкаковий роз эд1л цлх радюнуклдаз в префЫ грунту експ"риментально1 д!лянки.Це з одного боку свадчить про нлзьку шзндшеть виходу ix з матриц! паливних частанок, а з шшого - про аертикальний пе-рерозпод« в пpoфiлi грунту самих паливних частинок.

Слщ 1з1дм1тити ,що на автоморфннх ишеральних грунтах з близькими ф!з:!ко-х1;ични;ги власти .остями ¡гаже весь 137Cs на даний час знаходиться в верхньому 5 см mapi грунту.Низька штенсивтть вертикально! Hirpaqii радюнуклщу св1дчить про ■ низьку його бюлопчну достушпсть на даних грунтах.

Найбьяьш иебезпечтти ,з точки зору Mirpauimroi рухливост! i бюлопчно! доступност! l37Cs , язляються oprancreHHi пдроморфн! грунта iio-iicca (Cawse P.A., Baker S.J.,1963 ; Павлоцкая Ф.11.,1974; Круглов С.В., Раев В.А., 1993).В склад! цих грунтов дуже мало глинних мшерал^в, на яких в основному сорбуеться цей радю-нуклщ Д значна його 'истина знаходиться в водорозчиншй та обмшшй формах.Цим i визначаеться значна ¡нтенсившсть вертикального перерозподьту 137Cs в органогенних пдроморфних грунтах.

и.Уо

•ртт:

100М 60

•боп

40

20' о1

О

гр

юор! во 60 40

20 О

11-1

о

100 ("!•""'

Линя...

15 20 25 30 а) К.мкм

20 б)

30 40

И,мкм

20 30 40

а) й.мкм

и,%

100 Т

80 "Г 60

40 "[•

■20 Г ■

ВхТ

1«

100 во ео

40

20 О

20 е)

С 10 20 30 40

и % г) И.мкм

100

во

60

40 Е

20 л......'■......................... .лШЯ

20 30 40

д) Л.мки

30 40

й.мкм

Рис.1 Змша дисперсного складу паливних частикок при направленому перенос! останшх в профЫ груитово! колонки (слабсгумусозаний шсок): . а)- початковий зразок; б)- початковий зразок на поверхш теля промивання; в)- горизонт 0-5 мм; г)- горизонт 5-10 мм; д)- горизонт 10-15 мм; в)- горизонт 15-20 мм.

Приьптка: по ос! ординат вщкладено процентний ВМ1СТ фракцШ паливних частинок (и,%); по ос! абсцис в1дкладено ефективний радиус паливних час-тиног. (К,мкм).

Мльюсний анал1з експериментальиих результата по верти- . кальному розподш радюнуклдав одержаних , як в модельних експериментах так i в спостережешшх in БИи.неможливий без ви-користання модели вертикально! инграцн.На даний час icnye велика icuibiticTb моделей вертикально! г.нграци рад1опукл5д!з в профи.. грунту.Билышсть ¡з них була створена для опнсуваннл вертикально! Kirpaqi! радюнуктдш, що сипали в склад! глобаль-них випадпгь. В робот] проведений анализ адекватности параметр]з вертикально! М1грацп рад'юнуклтов випадшь пикиду ЧАЕС ,яю отримаш в рамкг ч слщуго"чх моделей : квазщифузШно! (Прохоров В.М., 1981) , дврхкомпонентно! квазщифузШно! (Константинов U.E. и др., 1979), конвективно-дифуз1йно1 (Ллексахин P.M. и др., 1991). Bei Ц1 модел1 базуготься на pimenHi р^вняння балансу речо-вини (1) при певних початкових умовах i с найб^льш широко вжи-ваними.

8 C(x,t) / д t=D ■ <f С (x,t) / д хг + F(x,t) - Х- C(x,t) (1)

де, C(x,t)- концентрац1я радюнуюпду;

D - коеф!адент квазщифузн;

F(x,t)- функц1я, яка може враховувати inrni мехашзми ¡/.¡грацЯ; ?„-пости"ша розпаду радюнушвду. В цих моделях процес переносу радюн\гклдав оппсуеться в р'зних наближеннях. В найбьльш простШ кваз1дифуз'1йшй моде.Л sei ме-хашзми ,яш в'дсбражають процес вертикально! nirpaqii, описують-ся одним параметром - ефектизним коефвдентом' квазщифузп.В двохкомггенентшй квазадгфузЫшй модел! припускаеться на-явшеть двох форм радюнуюпду, вертикальна- М1грац1я кожно! з яких описусться cboIm параметром. В' конвектив!Ю-дифуз1йшй мо-дел'1 розд1льно враховуються мехашзми дифузН i перекосу радю- . нуклщу з потоком грунтово! В0Л0П1.

Для практичного застосування цих моделей був розреблений пакет прлкладних програм.Вш дае змогу розрахозузати розпод1л радюнуклдав в профш -рунту по в!домии параметрам одн!е1 г моделей , а також вир1шувати обернену задачу (визначати пара-метри модел! по експериментальному розпод^лу рзд!онутуид13 в профЫ грунту). . .

Таблиця 1.

Параметры вертикального переносу 137 Сз , 90 Бг та ¡зотошв

Ри и профил1 грун'пв деяких експерименталыппс дшянок.

ДЫпнка Бг Сз ри

Б -Ю"" , смг/с У-Ю" см/с й • 10 , см2/с V • 10" см/с Б -10'", смг/с У-Ю" см/с

П1 0.0 0.1 0.5 0.2 0.4 0.1

П2 ' 0.7 0.2 0.2 0.2 0.0 0.3

ПЗ 1.3 ■ 1.7 0.8 1.6 0.5 1.6

П4 1.9 1.9 0.4 0.3 0.4 0.2

П7 2.4 1.5 0.4 0.2 0.5 0.3

По результатам розподьяу радюнушадв в профШ грунтш експериыенталышх дшянок були розраховаш параметр» вертикально! г.играцп для колено! ¡з представлепих вище моделей. Анал1з отриманих параметр1в показав ,що в певних наближеннях можна застосовувати для описування процес1в мкрацп радю-нуклдав Чорпобильських випадшь квазедифузШну 1 конвективно-дигЬузшну ыодельЩ модели добре описують розподш в профЫ грунту осношю1 частшш радюнуклдав (приблизив 95 %).Труд!гощ! застосувашш для цих цьлей двохкомпонентно! модел: повязаш з великою динам1чною нестабильною а параметров. Експеримен-тальш результати по розпод1лу випадшь ЧАЕС в рофиа грушлв украшсысого Полкся показали в основному низьку штен-

... 137,-, 90™

сившсть вертикалыю1 мярацп в них радюнуклщш Сэ , ьг та 2зо,24о ри Параметри для деяких експернмептальних дшянок, от-' римаш в рамках конвективно-дифузшнш модел!, приведен! в Таб. 1. За рухлив1стю в грунтах щ радюнуклщи можна розм!стити в

30 с, » 137 г-, . 233,240 у,

такому порядку : Эг> Св> ' Ри.

Анал1з днна лки параметрш вертикального переносу 137 Сб з часом (Рис.2) показав ,що для бшыноси експериыенталышх дшянок в перин два роки гпелн аварн на ЧАЕС, проходив бшьш штепсившш перерозподш радюнуклвду в профш грунт1в. Можлиш декшыса причин цього результату:

- формування об'емного джерела забруднення,- внаслщок ме-хашчного перерозподшу радшнуклдав в перш! мшящ теля авари (розрахунок параметр!в пррводився в припущенш неск!нченно тонкого шару.радюнуклвду на.поверхш грунту);

- процес "старшин" радюнуклвду .пов'язаний !з незворотньою сорбщею на м!иералах грунту.

0.10"' смг/с 0«10"® си'/с

10 8 6 4 2 О

Рис.2 Динэмша коефщ1енту КЕаз1дифуг11 (О) Се1" а грунтах р!зних експе-рниенталытх дЬшгок:

а) П2,4,7,15 - дшзнки на аптсморфних грунтах; б) П3,6 Ч - далппки па гщроморфних грунтах.

яле ,як молена замтгш з результатт, представлених на гис.а , поч^наючи з 1990 року нат.итилась тенденшя до стабЪнзаци па-раметр1в вертикального перерозподшу 137 Сз а профш грунтов.

Для ощнки основних фактор1в, визначакзчих штексившсть вертикального перерозподшу 137 Сэ б груни , був проведений апа.413 кореляцШних за'язк:з г.и:к параметрами його вертикально! м!грапп та ф13ИКО-:ам1чт!имн характеристиками грунэтв. Результат» розрахунгав показали найбшьш Т1сний кореллцШ ний зв'язок параметр ¡в квазщифузйного переносу 137 Сз в профш! грунту з вмштом в них рухливого калщэ. Ми к швидкктго дифузШ-* ного переносу 1 вмктом К-О в груни знайдеиа слщуюча за-лежшеть:

Уо=0.228 • ехр(-0. 24 • Ск) (2)

де, У0 - швкдюсть дифузШного переносу шСз;

Ск -игпст в грунт! К20. Ця залежшеть 1 в1дп0в1дн! Ш дов!рч1 штервали р!вня 0.95 показана на Рис.З.На жаль, грунти експерименталышх дшянок харак- . теризуються не дуже контрастними значениями ф!зико-

х1м1чних

|л:.1 ■ л : ■ ■ ..

: : : :

р 47

: ч \\ •

П4

Г

......•......Л---/-'

: : : * : \jH15

0 2 4 5 3

Час теля аварп.роки а)

Час теля апарН.роки

УЕ,см/рж

Вм1ст К20 ,мг-экз /100г Рис.3 КореляцШна залежшсть мЬк шивдастю квазпифузи шСз СУс) 1 шйстом рухливого калио в груытг

характеристик .тому шшнх достоЕ1рних корелящшшх зв'язгав не вдалось ■одержати.

Одержат результата дозволяють класифшувати грунта украшського Полкся за штенсившстю вертикального переносу в них радМзотошв цезш (Таб.2).На основ' ще! класифжацп пебудо-вана карта-схема 1нтенсив1юси вертикально! мйфаци 137Сз в грунтах 60-км зони ЧАЕС (Рие.4).

3 точки зору бюлопчно! доступносп бажано знати не тшьки вертикалышй розиодш радюпуклвду в профш! грунту ,а й картину його мпграцп лпж р1зшши формами й станами (паливш частники , незворотньо фжеований радкшуклщ, водорозчшша форма рад10нукл1ду,0бмшиа форма радюнуклвду та

ш.).Приведеш вище модел! дають вщповщь тшьки на питания про загальний вертикалышй розподш радюнуклщу в груать Для бьльш читан оцшки процеов, що проходять в груш! при вертикальнш «¡граци модифшована коивективне-дифузшна модель . Коротко модельн! уявлення викладеш нижче.

3 часом ,гад д1ею ршгшх природиих процеив, проходить деструкцш дрюнодисперсних , частанок палива ! частика радю-

нуювдв з палнвно! матриц! переходить в грунтовий розчин 1 г.отруе в водорозчшшш та обмшшй формах.Швидк1Сть процесу переходу радюнуклвдв в грунтовий розчин описуеться в мсдел! параметром а.Також враховусться перерозподы радюнуклдав ,що знаходяться в матриц! паливних частинон Сач(хД)> в профЫ грунту з часом гад д'юо р1знкх процес!в (мехатчний перенос з током води , в сухих грунтах мехатчний перенос з Частниками грун-ту).Анал13 результата модельних експерикептш показав ,що вер-тшсальну м'грацпо паливних чдстинок в грунта можна розглядати в квазщифуз1йному наближешп.Швидгасть сумарного пере-розподьчу палиЕних" частинок характеризуемся козфвдентом квазщифуза . Мнращя рад1енукл1д1в, що знаходяться в во-дорозчиншй I обмшшй формах Ср (хД), розглядаетьсг в конвек-тивно-дифузшному наближенш. Враховусться сорбц'ш радю-нуюиду в грунта. В модел1 не роздьтяються процеси сорбцп радао-нукл1д1в (сорбщя на межах кристал!в,незвороткя сорбщя всере-дит кристал1чно1 гратки глинистих минералш та ш.).Також не врахозуеться дифузшний перенос сорбованих радшнуклвдз Сс (хД), оскшьки швидюсть дифузи ¡ошв домшшв в кристалах на-багато меньша шж в розчшп.Процеси , яга проходять в межах Ц1еТ глодрл!, можна описати слщугачо. системою р!виянь :

д Ср.(хД) / 8 1=0 • 8 2С р. (хД) / 8 х - V- д С р.(хЛ) /8 х (Ср. (хД) -

8 С пч.(х,1)/3 1=Ь а2 С пч(хД) /8 х1 - а- С м (хД) -Х-С^ (хД) (4)

Ср. (хД)=Спч. (хД)=С , (хД)=0 ; 8 С р.(хД) /д х = 8 С пч. (хД) /8 х =0

-Сс .(хД) /К й ) + а- С пч.(хД) - Х- Ср.(хД)

(3)

С р. (х,0)=С с. (х,0)= С пч. (х,0)= 0 , при х>0 ;

(5)

(6)

Граничш умови :

при х -» о ПО;

Таблиця 2.

МпрацШна рухлив1сть 137Сз в грунтах украшського Пагасся, оцшена з використанням р!зних моделей вертшсалыюго переносу

- ГРУИТИ М • 10"8 . смг/с Б • 10*9 , см2/с У-Ю"9 см/с

Органогент грунта (болотшдорфяно-болотш, торфянисто-болотш 1 т.д.; >2 0.5-1.2 0.3-1.0

Луков! глееш, луков! 1 дернов1 карбонатш, дер-нов! оглеет (тпщаш 1 гли-к сто-тщан!) високого зволоження 1.0-1.5 0.3-0.8 0.3-1.7

Дернов! оглеет (супкцаш, суглиш'ст!) 1.0-1.5 0.8-1.0 0.2-0.5

Дерново-тдзолисгп, дер-ново-шдзолисгп глееват», дерноЕО-шдоолисгп глеев! (шщаш .глинисто-пкцаш), слабозадернован! слабо-гуыусоват теки 0.4-1.0 0.3-0.7 0.3-0.5

Дерново-щцзолисп, дер-нсво-шдзолис-л глсева-п, дерпово-тдзодист1 глеев! (сушщаш , суглшшст!), темнос'ф! епщзолек1 <0.4 <0.4 0.1-0.3

Приыкка: О,VI; - погфадент дифузи 1 швидость направле-ного переносу, розрахован! з використанням конвективно-дифуз!йно1 модел1 Ы1грацп радтнумщу;

М - коефвдент квазадифузИ , роз-тхований з використанням одиокомпонентно! кваз1дифузШно! модел1 - м1грацп. о

□ Дгржгвкнй

niCDDKl'l

фовд

М-Iff* .см'Is П >2.3

□ [1.5-2.0) nil .0-1.5] П[0.5-1.0)

Рис.4 Карта-схема (.пграцИно! рухливосп I37Cs в грунтах 60-км зони ЧАЕС. Прим1тка: М - коефщ1еит киазщифузИ 13,Cs.

- D • д С p(0,t) / д х - V- С p.(0,t) =С op. 5(t); -D-3C„(0,t)/ Эх =C0MS(t).

де,С р - концентращн рухливих форм радюнуклщу; С п.4. - концентрация радюпукл'ду в паливнкх частниках; С a -концентращя радюнуклщ^ ,що знаходиться в сорбованому-сташ;

D - коефщшнт дифузи рухливих форм радюнуклщу;

V- швидкють конвективного переносу рухливих форм

радюнуклщу;

g- коеф!ц1снт,що характеризуе швидк!сть copfiqii радюнуклщу; Kd- коефщи_лт розподшу радюнуклщу;

Таблица 3.

Параметри переносу радюнуклдав ,одержан! в рамках модифжовано! конвективно-дифузШно! ыодел!

Рад!оиукл1д Б-Ш"7. см*/с У-Ю-*, см/с О,.- ю-', см /с а -10"®, 1/с g•10"^ 1/с

" Бг.при К,=10 12.0 0.6 1.5 0.02 0.2

Сз ,при К,,=300 15 0.3 1.5 0.02 2.5

Ри, при 1^=1003 1.8 1.6 1.5 0.02 2.9

а- ксефщ1ЕНт,що характеризуй швпдккть деструкцП паливних ча станок; .

X - постШна розпаду'радюнукДчу.

Розп'зок описано! вшце задач! реал!зоаано числовим методом з використанням скшченних р!зниць.В рамках щс! модел! нала-годжсний метод розв'язку обернено! задач! (знаходжешш невщо-мих паракетр1в по експериментальному розподшу радкшуклщу в профш грунту). При розв'язаиш обернено! задач! припус алось, ■що °° 5г 1 ¡затопи плутошю випали на поверхшо грунту в склад! ' др;бнодо^персш1х частинок ядерного палииа.Частка 137 Сб в па-лившй компонент! г.ппадшь визкачалось за методикою, розробле-нс1г в ф!зшсо-хи.пчлому ввддш УкрНД1 СГР.Коеф!ц1снт, що ха-рагстеризуе швидгасть переносу паливних часттшок.одергкашш !з результат'т моделыпк сксперемент'ш.Для коефщ:енту розподшу радюнуклшу використовувались середш величин:! ,взят! для дано-го грунту 1з л;тературних джерел (5Ьерраг<1 МЛ. си а1.,1984). 1шш параметри модел! визиачаллсь методом оптим^зацп функцюналу, побудопаного ¡з експер:шентального ! теоретичного розподшу ргдюнушпду в грунт!.

В рамках ц!е! модел! прорахозаи! експериментальн! результата, одержат при моделювант дифузшного переносу радю-иуюндш. Модель дуже добре описус повед!нку експерсмсн-

I ,Б1ДН. ОД.

2006 р.

¿.в««, од. 2006 р.

1 • ■ ' » 1 ' ■ 1 ' • 1 ' ' 1

137С

I . . 1 . . 1 . . 1 . . 1 .

3 6 9 12 13 Глибина горизонту,си

Бг,

О 5 10 15 20 25 30 I

Глибина горизонту,си

Рис.5 Розрахунков1 розподиш радюнуклцпз в профЫ дериово-шдзол истого шщаного грунту, одержан! в рамках модифжовано! модел1 М1граци: а - рухлива форма; б - радгануклдав в сорбованому стат; в -паливт частники ; г - сунарний розподш радюнуклвдв . Примггка: ! -запас радтнуклщу в горизонта

талыго! криво! розпод!лу по профшю грунтово! колонки як 80 так ! 137 Сб для вс1х умов проведения експерименту.

По експериментальним розподшам радюнуклщш на дишнщ з дерново-тдзолистим суп!щаним грунтом були визначеш парамет-ри модиф!ковано! модел! конвективно-дифузШного перено-су.Одержа-ц параметри приведен! в Таб.3. 1х анал!з свщчить про низьку !нтенсивн!сть деструкци паливннх частинок в грунт! дано! дшянки.Також видно,що штенсившсть сорбцп Бг набагато нижча н!ж 137 Сз та 229'24а Ри.

Отриман! параметри м!грац!! радюнуклдав в грунт! в рамках р!зних моде "ей ,мо;к иво застосовувати для ироведення про-гнозних оцшок.Можлив1сть прогнозних оцшок перерозпод!лу радюнуклдав кореневому шар! группу на р!зних типах упдь дасть змогу оцшити змшу !х рухливост! в ланцюжках б!огеоценоз!в.

ПЕД , В1Д. ода.

Час теля аварп. роки ф Рис.6 Розпахунков1 кркв! ¿ягпш потужиостг експозицШно! дози (ПЕД) , що створюетъся у-полеи Са на ршш 1 м над поверхнею грунту: а -.без врахув&ннл пёрерозподолу 117 Се в профЫ грунту; б - з врахувакням м^грацп Са ш профип дернаво-щдзолистого супедавого грунту (О- 4.0 * 10'* гм2/с , V- 3.0* 10"* см/с) : а - з врахуванням шграцп 1,7 Са в профЫ торфяно- болотного груи1уф»1.2 • 10 см'/ - • 10"* см/с).

3 точки зору розв'язаняя деяких прикладних задач, зокрема при використанш дозиметричних методав оцшки щшьносп забруд-неннл територи, е щкавим прогноз змшк характеристик у-поля в залежносп ввд заглиблгния радюнуклдав в грунть

3 використанням конзективно-дифузШно! модел! була проведена прогнозна ецшка розподалу радЫзототв цезпэ i стронцш на мом^лт 20 роки теля викиду.Зпдно Ц1с1 оцшки глибина з 50 % радюнуклдов на мшеральних грунтах , в залежнос-п ввд власти-.

востей останшх , складала на 2006 рж 1.5- 3.0 см для 137 Сэ г 3.0 -80 * 7.0 см для Бг . На органогених грунтах глибина з 50% вмкггом

15рСз - 3.5- 6.0см 1 °° 5г 2.0- 3.0 см.

Тапж була отримака прогнозна оцшка розподшу радюнуклдав

з в: сористанням модифжовано! модел1 переносу на д!лянц1 з дер-

ново-тдзолистим супицаним грунтом (Рис. 5).Показано,що в

майбутньому основнпми процесами , визначаючими штененвшеть

перерэзпод1лу 137 Cs i 233'2,° Pu в профЫ автоморфних грунтав, будуть процеси сорбцп i дсструкци паливних . части-нок.1нте::сившсть вертикального переносу 90 Sr ,буде Еизнача-тпсь ,в основному , швидгЛстю деструкци паливних часгсгаск.

Отримана прогнозна оцшка зт.шш потужксси експозицШно! дози (ПЕД), що створюеться нз висот! 1 м ид поверхк! грунту у-полем 127 Cs. На Рис. G показана динамжа зм;ш! ПЕД на дьипгках з дерново-подзолистим супацаким i торфянэ-болстшш груп-том.Розрагунки показали суттеве зменшення ПЕД при пере-розподЫ радюнуклвду в профЪп грунту,

ВИСНОВКИ

1.Вивчена довгостроксва динамша перерозподшу довгоживучих радюнуклдап викиду ЧАЕС в профш грунтов «льськогоспо-дарських упдь украшсысого Полкся . Показана вщчосно кевисока штенсившстъ Mirpanii радю!аототв цогпо,стрснцпо i плутощю в профш грушчв забруднено! Tepirropil : в верхкьому 5-см tnapi грунту в 1992-94 роках мктилося 80-90 % 137 Cs, 65-80 % E0Sr, 90-95 % ¡зотопш плутонио вщ Ix вмкту в профш глибинога 40 см.

2.В моделышх скспериментах показано ,що в типових грунтах укра!нського Полкся р1зниця в штенсивност! вертикального переносу радшнуклщв у шондшй водорсзчишпй форм! i радю-нуклодв, ям рходять у матрицю паливних частинок вшдаду ЧАЕС, складас 1-2 порядки величин. Пор1зпяння результат1в моделышх експеримешчв i спостережень in situ вказуе на можливо значущу роль мехашчного переносу паливних частинок (кольмата:.с i т.п.) в профш гр>нт!в в натурних умовах.

3.Результати спостережень in situ показали, що вщмшпсст1 в iiiTenciiBiiocTi вертикального переносу в профЬп грунтов w Cs i 233.2-i0pu па д1Ляпках СЛ1Д1В ВИКИДУ ,ЩО ХарЭКТерИЗуЮТЬСЯ Р13НИМ

початковим стввщнсшешшм паливно! i кондесацшнога компонент , цих рад!0нукл1д!з ,не еуттев1

4.1нтенсившсть Mirpanii радюпуклдав викиду ЧАЕС в грунтах

90 г*

украшського Нолкся вщображаетьсл таким рядом: Sr> 137Cs> 23'J,2'W Pu .Параметри переносу радюнуклвдв варпогать в таких межах : MSr - D=0J.6-2.5)-10"8 cm2/c , V=(0.1-2.0) • 10"8

сш/с; 137 Cs - D=( 0.4-1.5) • 10"3 cm2/c , V= (0.1-1.6 ) ■ 10"8 cm/c ; 233,240 Pu . D=(0.2-2.0) • 10"8 сшг/с , V=(0.07-l.(3) • 10"8 сш/с.Показана MOMUiimicTb модифшацп вищевказаного ряду MirpauiftHoi рухли-bocti в залежноеп Bi;„ ¡нтенсивносп деструкцп паливиих частинок в грунт1

5.3 облена оцшка параметров вертикального переносу so Sr i l37Cs e типових грунтах украшського Пол'юся , проведена кла-сиф!кац1я" грунт1в в ввдповщноЬт! з мпрацш.юю рухлив1стю в них 137Cs. Максимальною мц-рацшною рухливштю 137Cs ( D=(1.0-- 3.0) • 10~8 cm2/c) характеризуготься пдроморфш органогешп ¡рун-ти, мш1мальнога (D=(0.2-0.7) • 10~8 сш2/с ) - автоморфш дерново-подзолист! cyraifflicri.cipi i TeMHOcipi грунти.

б.Зроблена оцпь.а кореляцН'ших зв'язив М1Ж м1грацШною рух-лив'ютю 131 Cs в грунтах Шинсгч i ф!зико-хЫчними властивостями останшхЛоказано.мо найбшыи значущими факторами,яю визна-чають ¡нтенсившсть вертикального переносу радю!зотопу цезно б ' грунтах, е волопсть останнгх i в;,ист в них рухлпвсго кал1ю.

7.0ц!нена i тдтведжена мо-лслпшсть використашш деяких стан-дартних моделей переносу радюнуклдав в грунтах

(КБазщифузшна, кинвективно-дифузшна) для прошозних оцшок. Розроблений алгоритм розв'язання i пакет прикладних ьрогра.ч для практичного використашш вказаних ыоделеь на IBM PC.

8.Для C'jjluj адекватного описуаання i оцшки параметрш вертикального переносу радюнуклдав в грунтах запропонозана конвек-тт:г-1о-дифуз1Гша модель переносу о врахуванням процесса деструкцп палканих частинок i сорСци радюнуклпш твердою фазою грунту.Вперше розраховаш параметр» вертикально! .wirpanu, що характеризуют поведшку форм радюиуклщу в грунт! в дипамщ!.

9.11а ochobi розроблених програмких засоб1в i експеримектально оцшених параметр!в переносу радкшуклдав викиду ЧАЕС в грунтах розрахопаш прогиозш оцшки вертикального, розподшу рэ^'юцотошв цез1Ю i стронцш в профш трунив украшського Полюся , а також динамжа зниження потужносп експозиц!йно! дози 7-полш,що формуються 137 Cs.

ПУБЛШАЦЙ , В ЯКИХ ВИКЛАДЕНО ССНОВНИЙ 3MICT ДИСЕРТАЩЙНО! РОЕОТИ

1. Иванов Ю.А.,Левчук С.Е.,Кашпаров В.А. Сравнительная оценка различных моделей эмиграции радионуклидов в почвах. //Тез. докл. Третьей Всес.конф. по с/х. радиол. .Обнинск, 2-7 июля 1990 г., М., 1990, т.4, -С.5-С.

2. Иванов Ю.А.,Бондарь П.Ф., Топчиле С.Е.,Кашпарсв В.А. Миграция радионуклидов в почвах Полесья и сравнительная оценка моделей переноса. //Тез. докл. IV конф. Научи. Совета при ГЕОХИ АН СССР по прогр."АЭС-ВО" "Геохим. пути миграции искусств, ра- , дионукл. в биосфере", Гомель, октябрь 1990, -С.124-125

3. Лощилов H.A., Иванов Ю.А., Кашпаров В.А., Левчук С.Е., Бондарь П.Ф. Вертикальный перенос радионуклидов выброса ЧАЗС в почвах и методы его прогнозирования. //Мат. Всес. конф." Ра-диоэкол. и экопомико-правов. аспекты землепользования после аварии на Черноб. АЭС", Киев, 1991, -С.165-170.

4. Лощилов H.A., Иванов Ю.А., Кашпаров В.А., Левчук С.Е., Бондарь П.Ф. Изучение и прогнозирование вертикальной миграции радионуклидов в почвах на cj.-дах выброса ЧАЭС. //Тез. докл. конф. "Радиоэкология и контрмеры", Киев, 1991, -С.50.

5. Лощилов H.A., Иванов Ю.А., Кашпаров В.А., Левчук С.Е., Бондарь П.Ф. Исследования миграционных процессов радионуклидов выброса ЧАЭС в почвах. // Тез. докл. конф. " Пробл. ликв. поел, аварии на Чернобыльской АЭС в агропром. производстве пять лет спустя: итоги, проблемы и перспективы", .Обнинск, 1991, т.1, -С.12.

6; Loschilov N.A. , Ivanov Yu.A. ,Kashparov V.A.,Levchuk S.E., Bon-dar' P.F. Vertical transport of ChNPP-release radionuclides ir soils and its prediction methods. Proc. oî I.U.B. Soviet Branch Seminar "Radioecology & Counter-measures" Kiev, 27 April-2May 1991. DOC IUR, 1992, -P.95-101.

7. Лощилов H.A.,Иванов Ю.А.,Кашпаров В.А.,Орешич Л.А.,Нечепо-ренко О.В., Левчук С.Е.,Дыренко Л.В. Поведение радионуклидов выброса ЧАЭС в почвах. //Тез. дойл. Всес. конф." Радиобиол. по-

следств. аварии г Черноб. АЭС" Минск, 30 окт.-1 нояб.1991. Минск, 1991.С.83.

8. Лощилов Н.А.,Иванов ЮА, Кашпаров В.А.,Левчук С.Е. , Бондарь П.Ф.,Дыренко Л.Б.Вертикальная миграция в почвах Полесья радионуклидов выброса ЧАЭС в различных физико-химических фор» IX. "Проблемы сельскохоа "йственной радиологии". Сб. науч. трудов. /Под ред. НА.Лощилова, Киев, 1991. -С.36-44.

9. Loshchiiov N.A.,Ivanov Yu.A. , Kashparo^ V.A.,Levchuk S.E., Direnko L.V.Vertical transfer of Chernobyl NPP release

" radionuclides in soils of Ukrainian Polesje and its predii .ion methods. "The Radiobiological impact of hot beta-particles from the Chernobyl fallout Risk nsses sment".Work.Mat.Res.co-ordinatmeet IAEA Coordinat. Programme. Kiev, Ukraine, 26-30 Aug. 1991. Vienna , Austria , 1992. Jl-RC-478. -P.48-57.

10. Ленчу к C.E.,Кашпаров B.A., Иванов Ю.А.,Журба MA.,Юдин Е.Б. 4Пакет прикладных программ для расчета параметров переноса радионуклидов в профиле почв. Тез. докл*. радиобиолог, съезда, Киев, 20-25 сект. 1993г , Пущино , 1993, ч.2, -С.581. Плошллов НА.,Иванов ЮА,Кашпаров В.А.,Левчук С.Е.,Кадыгроб A.M. Миграция радионуклидов выброса ЧАЭС в почвенно-расти-тельном покрове ближней зоны аварии. Там же,-С.603.

, 12.Tikhomirov F., Scheglov A., Klyastorin A.,Mamikin S.,Tsvetnova О., K-ouglov S., Alexsakhin R.,Raev N.,Sanzharova N. .Anisimov V., Spiridonov S., Fesenko S., Osipov V.,Prister В., Yudin E. , Protsak V. , Loshchiiov N. , Percpeljatnikov G., Iljin M. , Ivanov Yu. , Levchuk S., Kashparov V., Oreshich L. Radionuclides migration in natural and semi-natural ecosystems. " The Behaviour of Rad' inucl. !n Nat. and Seminatural Environments", Doc.ENEA-DISP/ARA-MET (1992) б, P.49-109.

13.Левчук C.E., Лощилоз H.A., Кашпар^ B.A., Иванов Ю.А., Журбя MA., Ященко А.А. Па1сет прикладных програмй по прогнозированию вертикальной миграции радионуклидов."Проблемы сельскохозяйственной радиологии". Сб. науч. трудов / Под ред. Н.А Лощилова. Киев, 1993, -С.1-7.

14.Ivanov Yu.A., Levchuk S.E., Prister B.S., Arkhipov N.P., .»rkhipov A.N., Firsakova S.K., Kruglov S.V-Alexakhin R.M., Askbrant Г., Lewyckiy N. Migration parameters of Cs and ""Sr

2ü % from Chernobyl fallouts in the soils of Ukraine, Belarus and Russia. J. of Environmental Radioactivity, 1995 (in press). . АННОТАЦИЯ

Левчук C.E. Экспериментальное изучение и математическое мо- • делирование процессов миграции радионуклидов выброса ЧАЭС в почвах украинского Полесья.

Диссертация па соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.08 - радиобилогия, Институт эксперимегталыпй пата лото.: .онкологии и радиобиологии им. Р.Е.Кавецкого HAH Украины ,Киев,1995.

По результатам модельных экспериментов и наблюдений in situ выявлены основные факторы .определяющие интенсивность вертикального переноса радионуклидов выбро i ЧАЭС в почвах Украины.

Проведен анализ наиболее часто используемых моделей вертикальной миграции с точки зрения адекватности описания ими вертикального распределения в почвах радионуклидов выброса ЧАЭС. Получены долговременные прогнозные оценки перераспределения радионуклидов в наиболее представительных почвах украинского Полесья.

Предложена модель миграции радионуклидов, учитывающая динамику основных форм и состояний радионуклида в почвенном профиле (топливные частицы, радионуклид в сорбированном состоянии, подвижные формы радионуклида).

ANNOTATION •

Levchuk S.E. The experimental examination and the mathematical modeling of Migration processes of Chernobyl fallouts radionuclides in Ukrainian Polessye soils.

Dissertation for conferring on a Doctor of Biologi degree, specification 03.00.08 , - radiobiologi , Institute of experimental pathology, oncology and radiobiology , named after IÎ.E. , Kavetsky, Kiev, 1995.

By the results of model experiments and observation in situ basic factors, which determine the intensity of vertical transfer of radionuclides of ChNPP fallouts in Ukrainian soils, were found.

Analisis of the most frequently used models of vertical migration was carried out from the point of view of adequacy of description of vertical distribution of ChNPP fallouts radionuclides in soil.Long-term predictive assessments of radionuclides redistribution in most representative soils of Ukrainian Polessye were obtained.

Modified model of radionuclides migration , which takes into account the dynamics of basic' forms and states of radionuclide in soil profile (fuel particles, radionuclide in adsorbed state, mobile "radionuclide forms).

KjiKMOBi CJi0Ba:pa3i0i!yiuiiflii, rpyuTH, nepTHKaflbiia Mirpauin, «h-ipyain, MOfleJiiODaiiHii.

Ilj!-T K prilIti'Cj'lOiTAOO " 1 î?.rîO T. 3.1 ..»3 N ?'/ T||[,I». -Ci