Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Механизм образования водорастворимых форм продуктов деления в почвах ближней зоны ЧАЭС

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Механизм образования водорастворимых форм продуктов деления в почвах ближней зоны ЧАЭС"

" Г"

с 5 НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМЯ НАУК УКРА1НИ Гнститут геохшЙ, мшералопГ I рудоутворения

На правах руколпсу

ДОЛ1Н Внсгор Володпмирович

МЕХАШЗМ УТВОРЕННЯ ВОДОРОЗЧИНШ1ХФОРМ ПРОДУКТОВ ПОД1ЛУ В ГРУНТАХ БЛИЖНЬОГ ЗОНИ ЧАЕС

Спец1альн1сть - 04.00.02 - геох1м1я

Автореферат дисертаци на здобуття вчсного ступени кандидата геолого-мшералопчни-ч наук

К и I в - 1995

Дисертац1ею е рукопис.

Роботу виканана у В1дд1ленн1 рад1огеох1мП навколишньо-го середовища 1нституту reoxiMil, м1нераког11 1 рудоутворен-ня НацЮнально! АкадеыП наук УкраТни.

Иауксш кер1шш:<и: доктор геолого-м!нералог1чних наук, професор, академ!к HAH Укра1ни Е.В.Собакшм,

доктор геолого-м1нералог iчних наук Г.М.Бокдаренко. 0ф1ц18н1 опокенты: доктор геолого-н1нералог:чних наук Е.Я.Ковй^ыдай,

кандидат геолого-м1нералог!чних наук В.В.Гуязенко.

Прошдна оргал1зац1я: Державний коа!тет г геолог!! 1 вико-ристання надр Укра1ни

Захист в!дбудеться " ^ ■< ф<?¿?/7(2Л&- 199^. о /О годин1 на зас!дакн1 спец!ал1аовано1 ради Д.016.17.01 при 1нститут1 reoxiMil, ШкералогП 1 рудоутворення HAH Украши. Адреса: 252680 М.Шв, пр.Падлад1на, 34. . 3 дисертац1ев можна ознайомитись у б1бл!отец1 1нституту reoxiMil, и!нералогП i рудоутворення HAH Укра1ни.

Автореферат роз1сданий

Вчений секретар спец1ал1зовано1 ради, доктор геолого-м1нералог1чних наук

С.Г.Кривдик

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть теми досл!стення. Безпрецедентна катастрофа на Чорнобильськ!й АЕС в 1986 роц! привела до рад ^активного забруднення б!лыпо1 частини У кратки, Б1..арус1 1 ряду областей Рос11. В навколизпне середовице надпито б1льше 80 рад1онукл!д!в з пер!одом нап!врозпаду б1льне п'яти годин су-марною актиЕн1стю 1,9-1018 Ек. 3 них найб1льп неСезпеч'"1Х у медикоб!олог!чному в!дношенн! рад1онукл!д!в 1311 - 2,7-1017 Бк. 137Сэ - 3;7-1016Бк, 903г - 8,1-1015 Гул. Чорнобильська авар1я супроводжувалася значним трансграяичним переносом активности Забруднення зазнали д!лянки територИ Польщ1, Че-хо-Словак!1, ФХнляндП, Швец!*. Загальна чисельн1сть населения, яке зазнало олром!нення 131I складае 1,5 млн. чоло-в1к,' з них 160 тис. д1тей в1ком до 7 рок!в.

Надходження в навколишне середоввде тако'£ величезно! к1лькост! рад!онукл!д1в не мае анадог!й у св!тов!й практиц!. Продукта Чорнобильського викиду р!зко в!др1зняються в!д гло-бальних рад1оактивних вшад1нь 1 мзють деяку под!Сн!сть дс випад!нь в результат! наземних атомиих вибух1в при низькому к. к.д. ядерного заряду. Не торкаючись проблем я. ,ерно1 енер-гетики, як1 виникли внасл1дск аварП на Чорнобильсг,к1й АЕС, мозша впевнено стверджувати, що ключовою е визначення зако-ноы1рностей ШграцП рад1онукл!д1в у грунтах, надходження 1х у с1льгосппродукти, грунтов! 1 поверхнев! води.

Мета роботи - вивчення головних фактор!в, як1 вазиача-ють ы!грац!йн! процеси, форми знаходхекня 1 м!грац11 продук-т!в под!лу авар!йкого викиду ЧАЕС, Тх трансформацию; грогно-зування швидкост! включения рад!онукл!д1в у 61oreoxlj.fi -¿(1 1 харчов! лалдаги.

Задач1 доолз-джень:

1) розробка методично! бази для вивчення форм знаход-ження i Mirpaui'i рад!онукл1д1в азар!йного викиду ЧАЕС;

2) вивчення будови, складу i стану твердофазних Hoci'iB актиыгост!, як1 м1стяться в грунтах;

3) вивчення водного вищолочування 137Cs и 90Sr s грун-т1в,'як1 габруднен! паливними частками;

4) вивчення механ!вму надходження рад!онукл1д1в з чаете х в поглинаючий комплекс грунту i оц!нка шввдкосП цього процесу;

5) вивчення динамХки вищеиочування водорозчинних форм продукт!в под1лу з грунПв;

6) вивчення форм внаходкення радЮнукл1д1в у вод! г!д-poclTi Ки1"вського водосховища.

Фактичний матер! ал 1 мегоди досладжень. • Для досл1джень вибрано 4 грукти, габруднен! переважно паливкими частками, з яайМльш характерними для району досл!джень ландшафтно-гео-Х1м!чними характеристиками. Розроблено методи вивчення водорозчинних, орган!чиих i неорган1чних форм зкаходженкя про-дукт1в подалу в грунтах i поверхневих водах. . В процес! дос-л!джень виконано Ci-ля 400 радЮспектрометричних, рад!ох!м!ч-них i х!м!чних анал!з!в. В1д1брано 37 м!крокангломерат1в га-рячих. часток, проведено Зх анал!з методами г-спектрометрП-i електронно! м1кроскоп11. Досл1джено 27 проб води г1дрос!т! Ки!вського водосховища. В робот! використано дан!, отриман! за участв В1дд!лення металогенП 1ГМР НАН Украпш (вивчення будови гарячих часток), Украшського в!дд1лення ВНД1П1ПТ i HBO "Прип'ять" (в!дб!р проб). Польов! ! лабораторн! досл!д-хення проводились ва методиками, затвердженими в!дп0в1дними

в!домчими !нструкц!ями.

Наукова новизна. В результат! виконання досл!джень з використанням метод!в рад!ох1мП, геох!м13 1 х!мП грунггв розроблено ориПнальн1 методики паралельного вид!лення водо-розчинних форм рад10нукл1д!в, як! в!дпов1дають природним умовам IX формоутворения; розд!лення орган!чн их 1 м!нераль-них форм рад!онуклШв в грунтах, розд1ле'ння основних ы!гра-ц1йних форм радюнуклШв в поверхневих водах. Вивчено будо-ву 1 склад твердофазних носив активностг, як1 М1стяться в досл!джених грунтах, проведено оц!нку питомо! к!лькост! га-рячих часток в грунтах. Вивчено к!нетику накопления мобХль-них форм 137Сз 1 903г за межами часток у поровому простор! грунту, розраховано константа швидкостд дифуз!йного надход-ження продукт!в под!лу з твердофазних носв активност1 в навколишне середоввде, оц1нено коеф11Центи дифузН. Визначе-но стадш, яка»л!м1туе процеси водно! (Лгращ I рад1онукл!-д1в. ВИЕчено к1нетику вищолочування розчинних форм 137Сз 1 903г, накопичених за межами нос И в активности, розрачовано константи швидкост! утворення водорозчинних форм. Отршано результата розпод!лу рад!онуклшв в р1Чков1й вод1 м!ж сус-пендованими, розчиненими орган!чними 1 неорган!чними речови-нами; вивчено зм!ни сп!вв1дношення цих форм у час!.

Практична ц1нн!сть. Отриман! результата дозволяють прогнозувати швидк1сть дифузН 137Сб 1 905г в твердофазних забрудненнях, в тому числ1 в техногенних умовах об'екту "Ук-риття"; утворення х^мгших форм рад10нукл!д!в,- в тому числх водорозчинних; надходження продуктов подыу у природн! води ! включения IX у геох1м1чн! 1 харчов1 ланцоги.

Ц1 дан! отримано в процесс виконання Державних програм,

затвврджених Урядовсю ком1с!ею 1 Презщцею НАН Укра!ни "Га-вок" (198в:. "Прогноз" (1987), "Букет" (1987), "Омега" (1580-1991) 1 включено до 4 однойменних звШв, Результата використако також при розробц1 х1м1чно"1 1 високотемператур-но! переросли грунт1в, забруднених рад1онукл!дами внаслгдок Чорнобильсько! катастрофа.

Основа! положения, що гахищаються.

1. Л1м!туючею стад!ею водно! ы!грац!1 рзд!анукл!д!в в перш1 роки п1сля авар!5 б дифуз1я 137Сб 1 903г в твердофаз-них ноо1ях активности

2. Трансформац1я обм1нних форм 137Сз 1 903г, накопиче-них в грултово-поглинаючому комплекс!, в водорозчинн!, в1д-буваеться на три порядки шг:-зше, н1х надходження з часток. Параметра утворення розчинних форм 137Сз 1 903г галежагь в1д типу грунту.

3. Са1вв!дноиенкя форм зкаходження, рад!онукл!дов в гз.д-рос1т1 Ки1всь£ого водосх^вища зьйнюеться у час! 1з збхлыпен-ням частки умовно розчинних форм.

АпробаЩя роботи. Основн! результата опубл!кован! в 20 в!дкритих друкованих роботах. Вони допов!дались на науко-Ео-тех!ичному сем!нар! "Експериментальн! досддаення ! прогноз ьиграцП рад1онукл}дгв в зон! аерацП ! Шдземних водах (Зелений, 1033), Всесоюзн!й нарад! (0бн1нськ, 1989), I нау-ково-техн!чному сем!нар! по основним результатам л!кв1дацП насл!дк1в авар!5 на ЧАЕС (Чорнобиль, 1989), IV Всесоюзна конференцП "1зотопи в г1дросфер!" (Каунас, 1989), Всесоюз-н!й нарад1 "Лринципи ! методи ландшафтно-геох!м!чних дос.-дд-жень М1грац!'2 радюнуклШв" (Суздаль, 1989), IV Всесоюзна конференцП за програмою "АЕС-ВО" (Гомель, 1990).

Структура 1 об'ем роботи. Дисертац1кна робота склэда-еться з всгупу, трьох глав i заключения, викладена на 142 стор1нках машинописного тексту, включав 30 таблиць 1 18 ма-JüOHKiB. Список л1тератури включав 49 назв.

Автор щиро вдячний науковим кер1вникам акадеы1ку Е.В.Соботовичу • 1 доктору геолого-м1нералог1чних наук Г.М.Бондаренко за всеб1чну допомогу 1 п1дтримку при виконан-н1 досл1дхень. В1н висловлгае глибоку подяку кандидату геоло-го-м!нералог1чних наук С.П.Ольштинськсму, сп!вроб1тнику в!д-д1лу reoxiMil трансуранових елемент1в Л.В.Кононенко, доктору геолого-м1нералог1чних наук В.П.Семененко, кандидатам геоло-го-Mi нералог! чних наук Ю.О.Ольхоеику, ЬВ.Садолько, В.В.Скворцову, О.В.Пушкарьову, кандидату х!м1чних наук Н.В.Головко за консультацП, поради 1 критичн! зауваження при обговоренн1 роботи; Велику допомогу при отриманн! анал!-тичних рез/льтат1в надали професор А.А.Вальтер, сп1вроб1тни-ки НВО "Прип'ять" е.П.Скоробогагько, В.С.Морозов, сп!вроб1?-ники ВРНС 1ГМР HAH Укра1ни К. ЬДренькало, В. 1.Власенко, О.В.Морозова, М.Г.Костюченко. Вс1м !м автор висловлюе глибоку подяку.

- 6 -ЗМИЯ РОБОП1

Глава 1. ТЕХНОГЕННI РАДЮНУКЛ1ДИ I.IX М1ГРАЦ1Я В УМОВАХ ПЕДОГЕНЕЗУ

Основними факторами, як: визначають мгграцш рад!онук-л!дних зайруднень у грунтах е форми 1х надходження 1 ланд-шафгно-гео.Л.Лчш умови середовища.

Основною в!дм1ною м!ж рад!онукл1дами глобальних 1 Чор-нобильських випад!нь е фазовий склад викиду. Рад1оактивн1сть грунт1в ближньо11 зони Чорнобильсько! ЛЕС в значн!й м!р! виз-начаеться випад1нням т.з. паливних часток, як1 являють собою фрагментоване паливо р!зного ступени дисперсност1, палив-но-граф1тоЕ1 конгломерати, паливо, вкраплене в матриц! конс-трукц!йних матер1ал1в. Рад1онукл1дний склад паливних часток в!дпов1дае тисому опром1неного палива. Кр1м ядерного палива

у Нс-1Колипгаб .середовище над1йшш конденсати р!зного складу 1 *

летюч!, продукти под1лу. Розпод1л паливних 1 конденсац!иних випад1н!» по територИ вельми нер!вном!рний. Якщо на в!дда-ленн! 5-7 км в!д ЧАЕС в грунтах переважають паливн! забруд-нення, го на б1льш!й в1дстан! в1д дасерела' можна. говорити т1льки про тенденц!» зростання конденсац!йно! компонента з в!.дстанню.

Територ1я промплощадки 1 30-км зони ЧАЕС приурочена до Пол1ського класу"ландшафт1в 1 в!дноситься до ендем1чно! проводи . Дерново-п!дзолист! грунти зрймають б!ля 49% терито-р11 зони, дернов! 1 лугов! - до 342, болотн! - 102. По даним доавар!йних досл!джень розпод!л 905г ! 137Сб в пол!ських грунтах корелое з -Х)зпод!лом не!зотопних аналог!в I типо-морфних елемент!в.

Глава 2. 1.ЕТ0ДИ Д0СЛ1ДЖЕННЯ ФОИЛ ЗНАХОДЖЕННЯ I М1ГРАЦП' ПРОДУКТ 1В П0Д1ЛУ АВАР1ЙНЙХ ВИПАДШЬ ЧАЕС

Основним методолог1чним принципом досл!дження форм зна-ходження 1 м!грац1'1 рацюнуклШв е розглгтд сутност! комплексу анал!ткчних результат1в з точки зору геох1м11 педогенезу. Виходячи з цього принципу автором розроблено ряд методик посл1довного 1 паралельного вищолочування грунтових проб.

Основну увагу прид1лено водорозчинним формам рэд1онук-л1д!в. Пор1вняння ■ к1лькост1 водорозчинних форм при гмШ умов вищолочування дозволяе визначити меж1 м1грац1йно! здат-ност! продукт!^ под1лу, а результата експерименту в динам1ч-них умовах - визначити к1нетичн1 параметр« утворення водорозчинних форм, а також процесу накопичення рад!онуклШв за межами носИв активност! (рис.1).

I-1 Рисунок 1.

|ГРУНТ | Схема Ей-'

1—|—1 д1лею!Я

оОробка дистильованов водою водороз-

I-1-1 чинних

5-кратний об'ем пропускания через паро-водяна форм рад1-

води на протяз! колонку з пер1оди- сум!ш в ала- онукл1д1в

доби чною ф1ксац1ею рат! Сокслета в р1аних

I об'ему (4 м1с.) (100 год.) умовах ви-

щолочуваи-

Статичн! | | Динаи1чн1 | | Екстремальн11 т. умовн | | умови | | умовн

Схема посл!довного роздиення орган1чних 1 неорганШних форм знаходження рад1онукл1д1в методом кислотно-лужноТ об-робки подана на рис.2.

ГРУНТ

т

об робка дистшьованою водою в апарат! Сокслега

Ртачи!1

Заливок

водорозчияп/ Форш

обробка 0,1М ЫаОН,

Заливок

Рисунок г. Схема роз-дХлення грунтових орган1чних -| речовин

Лужна вихяжка

обробка 0,1И НС1

обробка НС1

Кислотна »годка Заливок

1 обробка

КаОН

Ка-,К-форми

Гун!нов! кислоти Фульво-КИСЛ03И

осад

розтш

Луж.<а витяжка

Заливок

обробка 1И НС1

Са-форми

Гум1наз1 кислота вуЛЬЕО- кислоти

розд!лення в тяжких р!динах

Глиногумусо-в! речовини

Шнеральн! речовини

О

осад розтш суспсиз1я залшаок

Метод розд!лення розчинених орган1чних 1 неорган1чних сполук в р1чков!й вод! заснований на сорбцП м!крок1лькостей розчинено! орган!чно! речовини на березовому активованому вуг1лл1 з наступною екстракц!ев орган!чними розчинниками.

Глава 3. ВШЧЕННЯ ПР0ЦЕС1В ВОДНОГО ВИЩОЛОЧУВАННЯ РАД10НУКЛШВ 3 ГРУНТ 1В I ЮРМ IX М1ГРАЦП У РШ0В1Й В0Д1

Для досл!джень вибрано чотири проби грунту, найб!льш покаан! для району досл!дхень - дерново-слайоп1дзолистий глегватий суп!счаний (270/3-1), дерновий оп1дзолений суп!с-чаний (270/3-2), торф'яно-болелний на воднсцьодникових в!дк-

ладах (270/3-3), EifliCpani в гон! акумуляцП за азимутом 270° на в!дстан! б!ля 3 км в!д ЧАЕС, i дерновий глибогаш глеевий глинисто-п!счаний (350/5), в!д!бракий на л!вобереж-н1й заллав! р.Прип'ять за азимутом 350° на в!дстан1 б!ля 5 км в!д станцП в зон! сильного гмиву п1д час -:овен! з акуму-ляц!ею в старор!ччях. 3 1986 року грунти збер!галися у по-в1тряно-сухому стан1.

Досл1джено рад1онукл!дний i фазовий склад гарячих час-ток, як1 м!сгяться в грунтах. По сп1вв!дношенню вм!сту рад1-онукл!д1в в грунтах ! частках визначена питома к!льк!с?ть ос-Taimix, яка складав (2.. .14)-103 часток на тлограм грунту. Вивчення сп1БЕ!дношення 144Ce/137Cs показало, що в грунтах воно в1дпов!дае паливному (10...13), а в частках значно п!д-вищено (до 600) (в перерахунку на.26.04.86). Це св!дчить про "вив1льненяя" 137Cs з часток в тсштряно-сухих зрагках.

Електронно-м!кроскоп1чн1 досл!дження часток показали, що вс! вони мають м1кроконгломеративну будову. Безпосередньо нос!ями активносП е суттсво уранов! або уран-граф!тсв! частки, як1 склад есться з окисл!в урану з донками уранШ-ту розм!ром 1...80 мкм. Переважний розм!р твердофазних Hoci-'!в активности 1...3 мкм.

Експерименти з водного вищолочування пов1тряно-сухих зрагк1в показали, що в статичних умовах у водку фазу переходить (0,12...1,3)2 137Cs ! (0,89...5,5)2 90Sr, в екстремаль-них - (0,26... 1.9)2 137Cs ! (1,1... 13)% 90Sr, в динам!чних --(0,31...3,1)2 137Cs ! (16...27)2 90Sr, що дозволяв побудува-ти ряд: статичн! < ексиремадьи! < дияам!чя1. Сп!вв!д1юшепня твердо"! i р!дко! фаз у статичних умовах склад азо 1:5, в екс-тремалышх ~ 1:2000, в динам!чнлх - 1:150...1:950; тркза-

л!сть експеримекту в!дпов1дно 8,6-Ю4, 3,6-Ю5, 8,5-105. секунд. Це дозволяв зробити висновок про часову залежн1сть ви-щолочування рад1онушид1в з пов!тряно-сухих грунт1в.

По зростантаэ. к!лькост! рад1онукл1д!в, як! переходить в р1дку "Нагу в статичних 1 динаы1чних умовах, можна побудувати ряд: 144Се < 1ЭТСг < '06/?и с 905г. При обробц! в екстремаль-них умовах в цьому ряду спостер!гаеться 1нвес1я 137Сз I 1оеКи. Результата св1дчать по б1льш високу рухлив1сть 134Сз в пор1внянн1 з 137Сз, цо пояскоеться р1зн1стю джерел 1 шля-х1в утворевня цих нукд!д!в.

Загальна схема формоутвореняя радЮнуклШв в грунтах, встяновлена Г.М.Бондаренко, описуе сукупнЮть процес1в над-ходаення прпдукт1в под1лу а часток (Аг) з утворенням водо-роз-тчнних (М) 1 обм!нних (£) форм, як! надал1 переходить в ф1ксований стан (Г):

Ат - И * Е * Т,

При експершентальноыу вищсаочуванн1 водорозчинних форм в грунту напрямок р!вноважних процес!в амИпоеться 1 уявля-еться наступним чином:

Твердофазн!

носи активное?!

к1

Водорозчинн! форыи

0бм!нн1

(- форми

де 'ч и кг - константи швидкосг! накопичення водорозчинних форм рад!онукл!д!в в грунтах за рахунок трансфорыацП твер-дофазних випадШ 1 обм1кних форм в1дпов!дно.

Результат« чотирир1чного експершенту з виидлочуваннл радЮнуклШв з грунт!в, як! збер!галися у пов!тряно-сухому стан!, показали, що к!лькост1 137Сз 1903г, як! переходять до

- 11 -

водно! фази, зростають на протлз1 року в 2-5 раз!в.

Для уточнения цих даних наватоу пов!тряко-сухого грунту обробляли в аларат! Сокслета дястильовакою водою 7 раз1в ка протяз! року. Перший результат в1дкидали 1 ф!ксували час. Результата експерименту подано в табл. 1.

Табдиця 1.

Липам!ка вищолочування рад1ояукл!д1з з грунш1в в екстре-малъных умовах з оXHiei яаважки грунту, Z.

Тип грунту Дерново-слабол1д-золистий глеюватий суп!счаний 270/3-1 Дерновий оп1дзо-ленний суп1счаний 270/3-2 Торф'яно-болотний 270/3-3

Час, хюбс 137СЗ 90Sr 137Cs 90Sr 137СЗ 90Sr

4,3 0,26 2,1 0,20 - 2,7 0,25 3,1

10 0,66 3.7 1.1 4,0 1.1 5,2

15 0,96 4,4 ' 1.8 5.1 2.3 7.0

19 ».3 5,9 2,2 8,1 2,8 8,9

28,5 1,5 9.1 2,5 10,1 3,6 14,5

33 1.7 10 2,7 12 3.7 16

ki.c"1 6,3-Ю"10 3.3-10"9 9,7-Ю"10 4,0-Ю"9 1,2-Ю"9 5,3-Ю"9

Т1/2.С 1.1-109 2.1-108 7.1-108 1,7-Ю8 5,8-Ю3 1.3-108

kisr/ kics 5,2 4,1 4.4

Достатньо загальний п!дх!д до ф!зико-матеыатичного описания накопичення рад1акукд1д1в за меглми твердофазних нос!-!в активност! базуетьсп на застосуванн! р!вняння формально! к!нетики для незворотнього процесу: N - Nq(1 - e~kt), де к - константа швидкост! накопичення речовини, пов'язана з передом нал!ввиведення з твердо! фази сп1вв!днопенкям: к -ln2/Ti/2- Заданий в експериментальних умовах напрякок проце-

су ввдолочування Еизначае право;,ирн!сть застосування рагнян-ня формально! к1неткки для апроксимацП результата, яку проводили за методом найменших квадрат!в: в логариф>.пчних координатах знаходили значения кг и Г1/2 (табл. 1). На против! 20-30 poKiB nicuw аварП 50% l37Cs буде гнаходитися за межами твердофазних носПв активность Половина 90Sr надхйш-ла з часток у грунт на протяз1' 1S90-1S93 pp. (4-6,5 рок!в п1сля аварП). Прогноз кадходження рад!онукл1д1в з носПв активност! до грунту поданкй на рисунку 3.

Рисунок 3. Прогноз яад-ходження 137Cs (1) i goSr (2) 8 часток в грунт блихньоI вони ЧАХ. На oci абсцис ' В1дкладен0 час в в роках, на oci ординат -KlJbKicim рад1онукл1да, який надШшоз до грунту, Z.

О 20 40 60 80 100

Константи ШВВДК0СТ1 накопичення водорозчинних форм 137Cs в пов!тряно-сухих грунтах знаходяться в межах (6,3...12)-Ю-10 с"1, 90Sr 1 (3,3.. .5,3) -Ю-9 с"1 1 не зале-жгь в!д типу грунту. Шдношення констант швидкост! накопичення 90Sr i 137Cs складае 4,1...5,2 i також не залежить в1д типу грунту. Враховуючи умоеи експерименту, накопичення ра-д!онукл1д1ь ?,а межа-«/ носП'б активност! пояснюеться твердофазною дкфуз!ею. В1дносна к1дьк1сть (г) вищодоченого з сфе-

- 13 -

рично! частки рад!онукл1да визначаеться за формулою:

г - 1 - б/^Це^-лУ^ги/л2, де г - рад1ус частки, С - ксефЩ1внг дифузП рад1онукд!да в товдц частки, £ - час вищолочування. Пор1вняння з р1вня»шм формально! к!негики для неаворотнього процесу дозволяв зро-бити висновок:. к\ - О/г1. 0ц1ночн! коефЩенти дифузП для часток, " розм1ром 2 ыкм складають для 137Сб (2,5...4,8)-10~17, для 903г - (1,3...2,1)■10~17 см2/с.

Таким чином ф!зичний зм1ст к\ - константа твидкост! твердофазно! дифузП- рад1онукл1д!в в паливних част:?ах аварийного викиду ЧАЕС.

Результата вгацолочування пов!тряно-сухих грунтов в динам 1чн их умовах показали, що при проыиванн! грунту дистиль-ованою водою на протяз! 3-3,5 м!сяц!в до р!дко! фази переходить до 3% 137С5 1 277. 903г, цо в!дпов1дае к!лькост1 обм1н-нкх форм« рад!онукл!д!в в доел!якених грунтах. За цей пас продифундувало з твердофазних носПе активност1 б1ля О,ix 137Сз 1 АХ 905г. Отже, дан! колоночних експеримент!в шгерп-ретуються як вищолочування продукт!в под!лу !з зачас!в об-м!нних форм,. накопичених у грунт1. Апроксимац!я результатов вищолочування за р1внянням к1негики I порядку дозволяе роз-рахувати константи швидкост! трансформацП оОмШшх форм 137Сз ! 903г в водорозчинн! (кг). Для цього за 1002 прикма-еться загальна к!льк!сть обм!нних форм, визчачених иляхом обробки грунту 0,11) ацетатом амошю (/.'о) (табл. 2).

В!дпов!дн!сть розрахункових данкх експериментальним результатам показана на рис. 4-5.

Незважзючи на рхзШ запаси моб!льких форы в досл1дяених грунтах, швидкосг! 1х виведення нохуть бути р!вшся1. Наприк-

Тзблиця 2

Констакти свидксспй трансформацН обмитик форм Сз-137 1 5г-90 в водорозчинн! в рХзних грунтах.

N ТОЧКИ спосте-реження Сз-137 • Бг-90 крЛЭг-ЭО)

моД кг, с"1 N0,7. кг, с-1 к'2 (Сз-137)

270/3-1 0,35 4,3-10~7 17,0 8,7-Ю"7 2,0

270/3-г 3,2 4,2-10~7 26,0 1,9-Ю-6 4,5

270/3-3 0,45 1,8-Ю-6 27,0 1.0-10"6 0,55

350/5 0,71 1,3-Ю-6 27,0 4.5-10-7 0,35

Рисунок 4. Водне вищолочування 137Св в грунт!в в дшга-и1чних умовак. На ос! абсцис в!дкладено час, *105 с, на осз ординат - ступ1нь вицолочування рад1онукл1да, X в!д загалъ-ного вм!сту в грунт!. Суц1.пьною л1н1сю показано розрахунков! крив!.

лад, кг 137Сэ для дерново-п1дзолистих грунт!в (дерново-сла-0оп1дзолкстий глеюватш. сутсчаний 1 дерновий оп!дзолений супЮчаний) р1вн1, хоча запаси сбмпших форм рад юн утл да

Рисунок 5. Водне вицолочуванвя 905г г грунт!в в дияа-м!чяих умовах. На осп абсцис вЦусладено час, хЮ5 с, на ос1 ординат - опуп1нь вищолочування рад1ояу/шдз, 7. в!д завального вм!сту в грунпй. Суц!лъною л!н1сю показало розрахунков1 крив1.

(N0) р1зняться на порядок (табл.2). к2 1Э7Сз в торф'яно-бо-лотному 1 оглеееному грунтах з п1двищеким вм!стом орг&ч!чних речовин майже в 5 раз1в вишд, н!ж в дер;гово-п1дзолистих. Швидк1сть переходу 1Э7Сз в водорозчипн! форми з цих грунтов в г.. .3 рази вща, н1ж 305г. В1дпов1дио зрос'-ае небезпека переходу 137Сз в рослинн1сть. За даними Б.С.Пристера (1904) на торф'яних грунтах накопичення 137Сз злаковш травостоем в 8,1 раз1в б1лыве, н!ж на м!кералыш.

Максимальна з визначених кг 905г - в дерново-оп1дзолэ-ному суп!счаиому грунт1, вдвое меша - в торф'яио-болотиому, мШмальна - в оглееному грунт! 1з заплави. Констант« евид-кост! трансформацП о5м!инях форм рад!онукл1д1в ' в водороэ-

чинн! в вначн!й шр! залежать в1д ф1зико-х1м!чних властивос-гей грунту. Ц© проявляешься нав1ть при експериментах з . по-в!тряно-сухими грунтами. Так, в грунтах, збагачених орган!ч-ними речовинами (торф'яно-бодотний 1 заллавний грунта), ут-ворення водорозчинн"х форм 905г в1дбуваеться в дек!лька ра-в1в пов1льн1ше, н!х 137Сэ (табл.2).

)Лвидк1сть трансформацП оСм!нних форм 137Сб 1 90Бг в водорозчинн! на три порядки вшца, н1х швидк!сть дифузП ра-д1пнукл1д1в в твердофазних нос!ях активност1.

Константи швидкост! мобШзацП 905г 1 137Сз, розрахо-ван! Л.В.Кононенко (1994), для торф'яно-болотних 1 дерно-во-п1дзолистих грунт1в ближньо'1 зони ЧАЕС складають (5,1.. .9,8,-Ю-9 с-1, шр в межах порядку в1дпов!дае константам швидкост! дифузП рад!онукл!д1в в твердофазних нос1ях активност1 (табл.3).

■ . Швидк!сть мобШзацП 1Э7Сз в дерново-п!дзолистих 1 торф'яно-болотних грунтах ближньо! зони ЧАЕС в 7,6-8,1 раз!в вида, н!ж швидк!сть дифузП в твердофазних нос!ях активности вивчено! на пов1тряно-сухих зразках. Мо01л1зац!я 903г в!дбуваеться в 1,7-1,8 раз!в швидше, н1х дифуа!я. А швид-к!сть утворення водорозчинних форм 1з запас1в мо01льних пе-ревищуе твидк1сть-мобШзацП на два порядки.

Так!м чином, стад1ею, яка л!м1туе водну м!грац1ю про-дукт!в под!лу в грунтах блихньо! зони ЧАЕС, забруднених па-ливними частками, е дкфуз1я 1Э7Сз 1 903г в твердофазных но-с1ях активност1.

На протяз! ряду рок1в, починавчи з 1986р. автором вив- . чалисъ форьш внаходження продукт!в под!лу в пробах р!чково1. воА- акваторП Ки'1вського водосховища.

Таблица 3

Констант швидкост1 процес1в, як! вианачаюпь м!грзц1ю рад1онукд1д1в в дерново-nlдаолистих 1 торф' япо-боложих грунтах ближньс! вони ЧАЕС, с'1.

Тип грунту Дерново-п1дзолистий Торф'яно-болотний

137СЗ 90Sr 137CS 90Sr

Константа швидкост! дифузП (6,3-9,7)-Ю-10 (3,3-4,0)-10"9 1,2-10~9 5.3-10"9

Константа швидкост! мобШзацП 6,1-10"9 б,1-10~9 9.8-10"9 9,8-Ю"9

Константа швидкост! трансформа-цН обм!иних форм 4,3-10~7 (8,7-19)-10~7 1,8-10"® 1.0-10"6

Вл!тку 1986 року акгивнгсть. води визначалася bmIctom суспендованих форм рад!онукл!д!в, аа виключенням 1311, бияв-леного т!льки в умовно роачинн1й форм! у склад! розчинено! орган1чно'1 речовини (POP) з характерним для фульвокислот 1Ч-спектром (табл.4). До 20% летючих 1зотоп1в рутеШю також приурочено до POP.

В мЮцях 1з слабкоо теч!ею (гирла р1чок 1 верхн1й б'еф водосховишд) виявлено зростання к!лькост! POP i зниження вмЮту неорган!чних речовин 1 розчиненого кисню при незм!н-н!й к!лькост! суспендованих речовин. В1дпов1дно зростае (зменшуеться) вм1ст рад!онукл1д1в у вид1лених формах.

Сучасний розпод1л рад!онукл!д!в в р1чков!й вод1 в знач-н1й Mipi гм!нився. За рахунок ос1дання радЮактивних суспендованих речовин bmlct продукт!в под1лу в вод1 водой-ми-охолоджувача ЧАЕС гменкився майже на порядок.' В той же час в пробах з вадойм л!вобережно!. зашгави в зиачк!й Mipi

Таблица'Л.

Форш внаходження радЮнукжШв в р!чков1й вод! в 1986 р.

Кхль-KiCTb проб Рад1о-нукл!д Питома актив-KlCTb, Бк/л Розпод1д рад!онуклШв, X

Суспендо-ван! речовини Ф1льтрат

Всьго POP" PHP"

7 ^Се 1.1...4,1 <100 >0 >0

2,1

•7 144Се 0,9...8,2 93..<100 >0...6,6 >0...6,6 ■>0

2,7 98 2,2 2,2

7 103Ru 3,5...6,7 62...91 8,7...38 5,6...33 0,9...6,2

5,2 80 20 17 3,2

7 106RU 1,2.-.. 5,6 75...95 4,9...23 3,2...23 >0...4,9

3,4 84 16 14 1,9

4 131 j 0,1...0,3 >0 <100 <100 >0

0,18

7 134CS 1,9...3,4 92...96 3,8...7,8 2,6...5,6 >0...5,2

2,15 94 5,8 4,1 1.7

7 137Cs 4,3...6,7 91...98 2,8...10 2,4...5.4 0,4...3,6

5,6 94 6,5 4,4 2,1

1 140La 30 88 11,5 11,2 0,3

2 3SNb 2,9;17.4 <100 >0 >0 >0

1 95Zr 15 <100 >0 >0 >0

"POP - розчинея1 орган!чн1 речовини. **РНР - роачинен! неорган1чн! речовини. Прим1тка.: в числ1внику показан1 граничн! значения, в знаиеннику - середке арифметичие.

■ 3piC emlct 137Cs i 90Sr.

Зм1нилося такох сп1вв1дношення форы. Якщэ в 1986 роц1 рад1оа)сгивн1сть води визначадася bmIctom суспендованих форм.

то в наш час до 50% 137Сэ 1 до 95Х 903г знаходяться в умовно розчинен1й форм! (табл.5).

Таблица 5.

СучасниЯ розпсд!л суспещованих 1 умовно рсзчинених форм Сз-13? 1 Зг-90 в пробах вот акваторИ КШвсъкого во-досховища.

Пори року К!ль-гасть проб Пйтома активн!сть води, Бк/л Сп1вв1дкошення вм!сту м1грац!йних форм, X

137Сз 903г

137Сз 905г суспенд. ф!льтрат суспенд. фШтрат

зима 13 >0...32 0,9...438 >0...73 15..<100 >0...18 82..<100

9,6 76 44 56 4,5 95,5

л1то 3 2...6,4 22...130 26...94 6...74 0,6...70 30...99

5,5 85 60 - 40 34 66

ос1нь 6 >0...14 1...15 41..<100 21...59 2...56 44...98

3.4 6,7 63 32 16 84

Прим!та: в числ1внику показан1 грааичн1 значения, в анаменнику - сере дне арифметичне.

Сп!вв!дношення м!грац1йних форм рад1онукл1д!в в р!чко-в1й вод! п!ддаеться такод сезонним коливанням. В ос1нньо-зи-мовий пер!од в!дбуваеться накопичення рад!онукл1д1в в умовно розчинен1й форм1, а навесн! 1 вл!тку - Тх активне винесення повеневими водами.

- 20 -висновки

* 1. Рад1онукл1дний склад гарячих часток, вщЦлених з грунт!в ближньо! зони ЧАЕС, св1дчить про '¡х переважно палив-ну природу. Штома к1льк!сть паливних часток в грунтах скла-дае (2...14)-103 часток на к1лограм грунту. В1дбувазться се-дектиЕне надходження 137Сб з часток у грунт в пор!внянн1 з 144Се. Ч' у. ш являють собою м1кроконгломерати шару ваг о 1 бу-дови су ;тево граф!гов1, алюмосил1катн1 з вкраплениям урано-вих локальних нос!'¡в активност1 розм1ром (0,п...10) мкм.

2. Калькгсть водорозчинних форм рад1онукл1д1в, як1 ви-миваються з грунт!в, в залежност!. в!д умов вищолочування зростае по ряду:

статичн! < екстремальн! < динам1чн1.

К!льк!стъ рад1онукл!д1в, як1 вшцрлочуються з грунт!в в статичних 1 ди:.ам1чних умовах, зростае в-ряду:

- 144Се < 137Сб < 106йл < '903г.'

'ч *:

При вицолочуванн! паро-водяною сум1шшю в апарат! Сокс-

лета в цьому ряду спостерггаеться !нзерс1я: 144Се < Юбрц < 137Сз < 903г_

В процес1 вищолочування спостер!гаеться фрагаЦонування 1зотоп1в 134Сз 1 137Сб, шр пов'язано г р1зними шляхами утво-рення !зогоп!в, а гакож з в1дм1нностями в топографП 1 формах анаходження продукт!в гкуЦлу у матриц!. Доступн!сть 134Сб для включения в б1огеох!м1чн! ланцюги вища, н!ж 137Сз.

3. Л!м1туючею стад!еи водно! м!грац1!

137 Сз

1 905г в

грунтах ближньо! г они ЧАЕС е надходження !х !з часток в грунтовий поглинаючий комплекс. Накопичення водорозчинних форм рад1онукл1д!в ча межа!«) твердофазних нос!!в активност! в поровому простор! навколишнього середоЕища описуеться р!в-

нянням к1нетики I порядку:

М - Но

де к - константа швидкосИ твердофазно! дифузП рад1онукл1-д1в в паливних частках. Розрахован! на основ1 експеримен-тальних даних константи швидкост! дифузП складають для 1Э7Сз (6,3...12)-Ю-10 с-1, для 903г (3,3...5,3)-10~9 с"1. Швидк1сть надходження 9%г 1з часток в грунтово-поглинаючий комплекс в 5 раз!в вища, н!ж 137Сэ.

4. Константи шеидкост1 дифузИ 137Сз 1 905г в паливних частках не заделать в1д ф!зико-х1м1чних властиЕостей грунту. Основна к1льк1сть 903г (70...80)2 1 до 202 137Сб в забрудне-них грунтах ближньо'1 зони ЧАЕС над!йде в грунтово-поглинаю-чий комплекс на протяз1 10 рок1в п1сля аварП.

5. Рад1онукл1ди, як1 надходять 1з паливних часток, включаться в геох1м!чн1'1 харчов1 ланцюги. 0триман1 резуль-тати дозволяють прогнозувати в середин! 90-х рок1в початок найб1льш небезпечного пер1оду для включения 905г в б!огеох1-м1чн! ланцюги.

6. 1нтерпретац1я експериментальних даних з точки гору внутридифуз1йно1 к!нетики вицолочування дозволяв оц1нити ко-еф1ц1енти дифузП рад1онукл!д1в в паливних частках, то скла-дае для 137Сз (2,5.. .4.8)-Ю-17 см2/с, для 905г -(1,3...2,1)-10~16 см2/с.

7. Отриман! дан! дозволяють прогнозувати повед!нку ра-д!онукл!д1в в техногених обставинах об'екту "Укриття". При п1двищен!й вологост1 об'екту процеси дифузП в тверд!й фаз1 е стад!ею, яка визначае забруднення дренажних вод 137Сэ ! 905г.

8. 1ншим шляхом утворення водорозчинних форм продукт!в

- 22 - .

под!лу е трансформавдя обм1нних форм 137Сб 1 903г в водороз-чинн!. Конгтанти швидкост1 цього процесу змгнюються в межах (4,2...18)-10~7 с"1 1 залежагь в1д типу грунту } ф!зико-хь м1чних властивостей грунтового поглинаючого комплексу, в дерново-п1дзолкстих суп1счаних грунтах швидгасть трансформа-цП обм1нних форм 137Сз в водорозчинн! в 2-4 рази нгасча, н1ж 903г, а в оглеенних и торф'яних р1зностях - в 2-3 рази вища, що визкачае п1двищеку швиднлсть накопичення 137Сз рослинн1с-тю на торфовищах.

9. Вм1ст продуктов под1лу в р1чков1й еод1 акваторИ Ки-гвського водосховшца з 1986 р. до наших час1в змшився за рахунок ос1дання суспендоЕаних форм 1 зростання умовно роз-чинених. Яйцо в 1986 р. вм1сг радюнуклШв в р1чков1й вод1 визначався суспендованими формами, то на даний час до 60% 137Сб 1 до-95% ■ 903г знаходиться в умовно розчинених формах. Вьаст розчинених !-■ суспендованих форм радюнуклШв в р1чко-В1Й еод! зазкае сезонни;: коливань.

0сиов1й опублыован! робота по тем1 дисертацП

1. Соботович Э.В., Дсшин В.В. Механизм миграции радионуклидов "горячих" частиц в почвах и поступления их в поверхностные и грунтовые воды // Водные ресурсы. 1990. N 6. С. 51-55.

2. Дол1н В.В., Бондаренко Г.М., Соботович Е.В. Дифузхй-ний мехак1зм м!грац11 137Се 1 905г паливних випад1нь ЧАЭС // Донов1д1 АН УРСР. Сер. Б. 1990. N 12. С. 6-10.

3. Рибалко СЛ., Скоробогатько 6.П., Дол1н В.В. Вплив умов експерименту на ступ1нь водного, вищолочування радюнук-л1д!в г грунт1в вони в1дчуження ЧАЕС / Проблеми Чорнобильсь-

ко! зони в!дчуження. НауксЕО-техн1чна söipKa. Вин. 1. Ки1в. Наукова думка. 1994. С. 83-87.

4. Соботович Е.В., Долгк в.В. Механ1зм накопичення м!г-рац!йних форм 137Cs i 90Sr в грунтах блилшьо! зони ЧАЕС / Там же. С. 55-60.

5. Проскура М.I., Дол1н В.В. Трансформац1я форм знаход-ження продукт!в под1лу в р1чков1й вод! акЕатори Ки!вського водосховища в 1986-1991 рр. J Там же. С. 100-103.

ДОЛИН В.В. Механизм образования водорастворимых форм продуктов деления в'почвах ближней зоны ЧАЭС. Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук по специальности 04.00.02 - геохимия. Институт геохимии, минералогии и рудообразования HAH' Украины. Киев. 1095. (Рукопись).

Защищаются 20 научных работ, в которых представлены результаты изучения закономерностей образования водорастворимых форм 137Cs и 90Sr в почвах и форм их миграции в речной воде. Установлены пути и кинетические параметры образования водорастворимых форм продуктов деления в почвах, загрязненных топливными частицами. Стадией, лимитирующей процессы водной миграции, является твердофазная диффузия 137Сз и 90Sr в топливных частицах. По экспериментальным данным произведена оценка коэффициентов диффузии. Определены кинетические параметры трансформации обменных форм продуктов деления в почвах в водорастворимые. Изучены формы нахождения продуктов деления в речной воде и их временные трансформации. Установлено, что середина 90-х годов является началом наиболее

опасного периода для включения 90Sr в геохимические и" пищевые цепочки.

Клтов1 слова: продукта под!лу, паливн1 частки, водо-розчинн1 форми,'вищрдочування, к!нетика, дифуз1я.

DOLIN V.V. Mechanism of Formation ' of Water-Soluble Forms of Fission Products in the Soils of Chernobyl Excluzi-on Zone. Kandidat degree dissertation on speciality 04.00.02 - geochemistry. Institute of Geochemistry, Mineralogy and Ore Formation of National Academy of Scier",es of Ukraine. Kyiv. 1995.

20 £ ientific works presenting the results of researches of appropriates of 137Cs and 90Sr water-soluble forms formation in soils and fonns of their migration in river water are defended. The ways and kinetic parameters of fission products water-soluble forms formation in the soils contaminated with the fuel particles were determined. The limited stage of water migration is 137Cs and 90Sr solid-phase diffusion in fuel particles. Diffusion koefficients estimation was worked out by the experimental data. Kinetic paramétrés of fission products exchanged forms transformation into water-soluble forms were worked out. The fission products forms of occurence in river water and their time transformation were researched. It was determined that the middle of 90-th years is the begining of the most dangerous period for 90Sr including to geochemical and food chains.

Key words: fission products, fuel particles, water-so-ltjle forms, leaching, kinetic, diffusion.