авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Ретроспективная оценка радиоэкологической ситуации по результатам изучения годовых колец срезов деревьев

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АРХАНГЕЛЬСКАЯ ТАТЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА

РЕТРОСПЕКТИВНАЯ ОЦЕНКА РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗУЧЕНИЯ ГОДОВЫХ КОЛЕЦ СРЕЗОВ ДЕРЕВЬЕВ

Специальность 25.00.36:

Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

геолого-минералогических наук

ТОМСК 2004

Работа выполнена в Томском политехническом университете

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Рихванов Леонид Петрович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Мананков Анатолий Васильевич,

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Миронов Анатолий Георгиевич

Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем

СО РАН, г. Барнаул

Защита состоится 29 декабря 2004 года в 10:00

на заседании диссертационного совета Д.212.265.02 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, Томск, Соляная пл. 2, корпус № 2 ТГАСУ, студенческий читальный зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского Государственного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан 25 ноября 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Недавний О.И.

Введение

Актуальность темы. Мониторинговые исследования природной среды становятся в последние десятилетия важным средством по оценке ее изменения. При этом большое значение приобретает не только определение уровня накопления химических элементов в различных природных объектах и выяснение характера их распространения по площади, но и динамика накопления этих элементов в течение определенного промежутка времени. Для решения этой задачи используются различные методы и приемы. В настоящее время существует необходимость поиска новых индикаторов для радиоэкологической оценки состояния окружающей среды.

Особую роль играют стратифицированные образования (торфяники, донные отложения, многолетние льды, годичные кольца деревьев и т. д.). Последовательно образовавшиеся во времени слои природных материалов являются индикаторами условий их образования и состояния окружающей среды (А.З. Миклишанский и др., 1980; Murozumi et. al., 1969 и др.). Они представляют огромный интерес при решении проблем, связанных с глобальным изменением климата и химического состава окружающей среды (В.М. Гавшин и др., 2003 и др.).

Нами в качестве индикатора загрязнения окружающей среды, в том числе, специфического – радиоактивного, выбраны годичные кольца дерева (Л.П. Рихванов и др., 2002). Изучение уровня накопления радионуклидов в срезах деревьев позволяет судить о радиоэкологической оценке территории и о характере воздействия глобальных и локальных выпадений радионуклидов на территорию конкретного региона за определенный промежуток времени. Это особенно важно для выявления источника поступления радионуклидов в окружающую среду.

Использование технологии ретроспективной оценки радиоэкологической ситуации с использованием годовых колец деревьев при помощи метода f-радиографии открывает новые перспективы применения радиографических методов при экологических исследованиях объектов природной среды.

Работа частично выполнялась по Программе «Интеграция», грант Е0242, 2001 года, а также являлась составной частью НИР кафедры геоэкологии и геохимии Томского политехнического университета.

Цель работы. Целью диссертационной работы является оценка радиоэкологической ситуации по годовым кольцам деревьев с использованием метода осколочной радиографии.

Основные задачи исследований:

  • разработать способ ретроспективной оценки радиоэкологической ситуации с использованием годовых колец деревьев при помощи метода f-радиографии;
  • изучить уровень накопления и характер распределения делящихся элементов в годичных кольцах деревьев и выявить закономерности их распределения в фоновых районах (вне зон интенсивного техногенного воздействия);
  • оценить изменение радиоэкологической обстановки на территориях, характеризующихся техногенной нагрузкой.

Фактический материал и методы исследований. Фактическим материалом послужили срезы деревьев, отобранные в 8 регионах России и СНГ, характеризующие территории с различной техногенной нагрузкой (более 30 срезов), исследованные методом осколочной радиографии с использованием исследовательского ядерного реактора НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете.

Научная новизна.

На основе метода f-радиографии:

  1. выявлены закономерности в характере распределения совокупности делящихся радионуклидов (U-235, Pu, Am и др.) в годовых кольцах срезов деревьев, отобранных из районов с различной техногенной нагрузкой;
  2. определена динамика поступления делящихся элементов в окружающую среду за продолжительный период времени (от 14 до 269 лет);
  3. установлен фоновый региональный уровень делящихся радионуклидов (только по изотопу U-235) в годовых кольцах деревьев Сибири до 1945 года.

Защищаемые положения.

  1. Способ ретроспективной оценки радиоэкологической ситуации на территориях по уровню накопления делящихся элементов с использованием годовых колец деревьев включает в себя сбор срезов деревьев одного вида на одной и той же высоте от поверхности земли, подготовку ровных полированных спилов и покрытие их специальным детектором с последующим их облучением потоком тепловых нейтронов в канале ядерного реактора и исследованием плотности треков от осколков деления делящихся радионуклидов на детекторе с построением кривых распределения делящихся элементов по годам.
  2. Региональный уровень накопления делящихся элементов (только по изотопу U-235) в годичных кольцах деревьев Сибири до 1900 года составляет около 0,06 мг/кг. В результате активного антропогенного воздействия в период с 1900 по 1945 года общий среднесибирский уровень урана (по его изотопу U235) увеличился в 1,5 раза.
  3. В результате испытаний ядерного оружия в атмосфере (после 1945 года) уровень накопления делящихся элементов (U235, Pu, Am, Np и др.) в древесине годовых колец увеличился в 2 раза (в удаленных от полигонов районах) и в 5 раз (в районах, находящихся на более близких расстояниях). Последовавшее прекращение испытаний в атмосфере привело к стабилизации или к уменьшению (до фонового уровня) накопления количества делящихся элементов в древесине.
  4. В зонах влияния предприятий ядерного топливного цикла наблюдается отчетливое локальное хроническое накопление делящихся элементов в древесине с превышением первоначального доядерного уровня накопления в 3-5 раз, а характер их распределения характеризуется крайней неравномерностью.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечена:

  1. применением одного из самых высокочувствительных ядерно-физических методов анализа – осколочной (n,f) радиографии, который позволяет с высокой точностью определять уровень накопления радионуклидов в изучаемом образце;
  2. значительным объемом статистических подсчетов треков путем их оценки по 15 случайно выбранным элементарным площадкам в каждой зоне годичного кольца;
  3. высокой сходимостью характеров распределения и уровней накопления радионуклидов, полученных при изучении двух срезов одного и того же дерева, отобранных по разным радиусам спила и полученных при параллельных исследованиях одних и тех же срезов двумя независимыми людьми (расхождения не превышали 20%).

Практическая значимость и реализация результатов работы. Использование разработанного способа обеспечивает возможность осуществлять проведение ретроспективного анализа выпадений радиоактивных элементов и оценивать уровень их накопления в определенные периоды времени. Результаты исследований переданы для практической реализации Красноярскому Центру Госсанэпиднадзора (акт о внедрении от 13.10.04), в научно–техническое предприятие «Сосновгеос» (г. Иркутск) (акт о внедрении №32 от 12.10.04.), а также в Алтайский Региональный Институт Экологических исследований (акт о внедрении №63 от 11.10.04).

Апробация работы. Защищаемые положения и основные результаты исследований докладывались на Международных научных симпозиумах имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 1998, 1999, 2000, 2001), Международном симпозиуме «Геохимия ландшафтов, палеоэкология человека и этногенез» (г. Улан-Удэ, 1999), IV съезде по радиационным исследованиям (г. Москва, 2001), II Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы - биофилы в окружающей среде» (г. Семипалатинск, 2002), на российско-французском семинаре «Стратом – 2002», на Семинаре, проводимом Межведомственным научным советом по радиохимии при Президиуме РАН и Минатоме РФ (г. Москва, 2004), а также на научных семинарах кафедры ГЭГХ ТПУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ (12 из них подготовлено без соавторов, 1 статья в соавторстве с научным руководителем в журнале «Геохимия», в остальных публикациях личный вклад составляет не менее 80%), а также подана заявка на патент на технологию ретроспективной оценки радиоэкологической ситуации (регистрационный № 2004114654 с приоритетом от 13.05.04).

Личный вклад соискателя состоит в разработке технологии, в подготовке исследуемых образцов для облучения, в определении геометрических размеров срезов, в разработке метода подсчета треков, в статистической обработке и анализе результатов, полученных при изучении срезов деревьев, отобранных в различных районах России и СНГ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 106 страницах машинописного текста, иллюстрированных 58 рисунками и 4 таблицами. Список литературы содержит 65 наименований.

Основное содержание работы

В первой главе «Анализ состояния вопроса о накоплении химических компонентов в годичных кольцах деревьев» проведен обзор представленной в литературе информации об изучении накопления химических элементов в стратифицированных природных образованиях, таких как высокогорные и полярные льды, глубоководные океанические осадки, отложения торфа (Murozumi et. al., 1969; А.З. Миклишанский и др., 1980; Boutron, 1982; Rajmujsen e. a., 1984; А.П. Бояркина и др., 1993; Н.В. Васильев и др., 1984 и др.). Особое внимание уделено изучению накопления и распределения радиоэлементов в годичных кольцах деревьев. Возможность использования годичных колец в качестве индикатора загрязнения окружающей среды показаны в работах R.E. Tout e.a., (1977), J.-P. Garrec и др., (1995), Н.Н. Ковалюха и др. (1995), М.Г. Бузынного и др. (1996), С.D. Garbe-Schonberg и др. (1997), Л.П. Рихванова и др. (1997), И.Я. Часникова и др. (1997), Т.А. Архангельской и др., (1999), и др.

Имеется достаточно большое количество опубликованных работ, посвященных изучению накопления различных химических элементов в древесных кольцах. Тем не менее, в настоящий момент, данных о накоплении урана и других делящихся элементов в деревьях крайне недостаточно. Пути поступления металлов и микроэлементов однозначно не установлены и миграция элементов внутри дерева изучена очень слабо. Прежде всего, это обусловлено тем, что ткань дерева представляет сложную биологическую и физико-химическую систему. Исследования в данном направлении проводились А.Л. Ковалевским, И.Г. Берзиной, J. Hagemeyer, J.-P. Garrec и другими.

Во второй главе «Методика радиографических исследований» представлена общая методика радиографии, её физическая сущность, приведены типы детекторов и методические ошибки, возникающие при исследованиях, а также дается развернутое обоснование первого защищаемого положения.

Для выяснения уровня накопления и особенностей распределения урана (по его природному изотопу U235) и других делящихся (главным образом техногенных) элементов (Am, Pu, Np и др.) в годичных кольцах деревьев нами использовался один из ядерно-физических методов анализа – осколочная радиография (f-радиография). Для данного метода утверждена методика НСАМ для определения урана в геологических пробах, полностью подходящая для исследования деревьев (Протокол №20 от 30 ноября 1971 г).

Для исследований использовались спилы хвойных деревьев, отобранные в 8 различных регионах (рис. 1), характеризующих как условно фоновые территории, так и районы с разной радиационной нагрузкой (ПЯТЦ, АЭС). Срезы подготавливались для исследования методом f-радиографии по стандартной методике, после чего подсчитывалось количество треков на детекторах каждого препарата.

Для получения достоверных данных, учета возможной «розы ветров» исследовались детекторы с двух образцов, отобранных по разным радиусам среза одного дерева. При этом получена высокая сходимость результатов.

С целью выявления методических погрешностей и для определения достоверности получаемых данных было проведено сравнение кривых накопления радионуклидов в одних и тех же срезах деревьев, изученных параллельно двумя независимыми людьми. Полученные кривые имеют близкий между собой характер с отчетливым выделением максимумов накопления.

Кривые, полученные при исследовании двух срезов деревьев, произраставших на разном удалении от радиохимического завода Сибирского химического комбината (5 км и 15 км по главенствующей розе ветров). Данные показывают, что накопление радиоэлементов в кольцах деревьев имеет схожий характер. Однако, по мере приближения к заводу СХК (с 15 км до 5 км), уровень делящихся элементов увеличивается в 3 и более раз.

Первое защищаемое положение: Технология оценки ретроспективной радиоэкологической ситуации на территориях по уровню накопления делящихся элементов с использованием годовых колец деревьев включает в себя сбор срезов деревьев одного вида на одной и той же высоте от поверхности земли, подготовку ровных полированных спилов и покрытие их специальным детектором с последующим их облучением потоком тепловых нейтронов в канале ядерного реактора и исследованием плотности треков от осколков деления делящихся радионуклидов на детекторе с построением кривых распределения делящихся элементов по годам.

Образцы представляли собой спилы деревьев толщиной 1-2 см, из которых по двум секторам выпиливались на всю толщину среза две пластины (рис.2).

Перед облучением спилы деревьев полировались (для обеспечения плотного прилегания детектора к образцу). На полированную поверхность подготовленных образцов в двух местах наносился эталон с известным содержанием урана и его изотопной характеристикой. После высыхания клеевого эталона лавсановая пленка, приготовленная размером более образца, приклеивается к нему с двух сторон. Затем препараты покрываются еще трехкратным слоем лавсана для исключения загрязнения от алюминиевой фольги, а так же каждого из препаратов друг от друга. Столбик таких препаратов помещают в специальный контейнер для облучения в канале реактора. Препараты подвергались облучению потоком тепловых нейтронов на исследовательском ядерном реакторе НИИ ядерной физики при ТПУ. После спада наведенной активности выполнялись операции по травлению детекторов. Для этого лавсан снимался с образца и протравливается в 40% растворе КОН при температуре 50о в течение 1 часа. После травления лавсановые пленки промывали в холодной воде и сушили при комнатной температуре.

На лавсановую пленку до травления выносились контуры годичных колец. В качестве реперов для сопоставления детектора и образца использовались контуры клеевого эталона. Детектор изучали в проходящем свете при помощи микроскопа при увеличении в 250 раз. Некоторые пленки (менее 10% от общего количества) не могли быть изучены из-за деформаций, которые они получили при плавлении смолы во время облучения препаратов. Это является одним из недостатков применяемых лавсановых детекторов.

Для получения статистически достоверных данных треки подсчитывались по 15 случайно выбранным элементарным площадкам в каждой зоне годичного кольца. По каждому годичному кольцу берется среднее значение треков и производится пересчет количества треков на мм2 с учетом неоднородности потока нейтронов в канале реактора, о чем судили по плотности треков над эталоном. После чего производился расчет абсолютной и относительной ошибки, составившей 10%.

Количество треков пересчитывалось по известным формулам, учитывающим плотность исследуемого вещества и эталона, на содержание урана. До 1945 года в природе в аналитически значимых концентрациях присутствовал только один делящийся изотоп элемента (U235), после 1945 года к нему прибавились трансурановые элементы (Pu, Am, Np и др.) и, поэтому, в данном случае целесообразно говорить об эквивалентном уране.

Для оценки влияния места положения среза дерева был проведен сравнительный анализ накопления делящихся элементов в годичных кольцах срезов дерева из района падения Тунгусского метеорита с отбором на разной высоте от поверхности земли: 0,5м, 5м, 18м. Кривые, представленные на рисунке 3, показывают, что с увеличением расстояния от поверхности земли, по стволу дерева, увеличивается и содержание делящихся радионуклидов в кольцах дерева. Так, минимальное количество делящихся элементов содержится на высоте 50 см и максимальное – на высоте 18 метров.

Для данных образцов, отобранных на разных высотах относительно поверхности земли, общая закономерность в распределении радионуклидов соблюдается, хотя наблюдаются отличия в содержании делящихся элементов по годам.

Таким образом, при сравнении уровней накопления делящихся элементов в годовых кольцах разных деревьев, необходимо осуществлять отбор срезов деревьев на одной и той же высоте от поверхности земли.

При выполнении данной работы мы не рассматривали результаты, полученные при исследовании срезов деревьев лиственных пород. Известно, что лиственные деревья подвергаются меньшему накоплению микроэлементов, особенно, в период осень – весна, так как они в меньшей степени, нежели вечнозеленые виды, способны поглощать влагу, а, следовательно, и радиоактивность (Л.Дж. Апплби, 1993).

Следует отметить, что данная технология не позволяет различать, осколками индуцированного деления каких элементов (Am, Pu или U и т.д.) обусловлены треки на поверхности детектора.

Так же остается открытым вопрос о перераспределении микроэлементов внутри дерева, что требует дальнейшего изучения.

В третьей главе «Геохимические особенности распределения делящихся элементов в годичных кольцах деревьев "фоновых районов" представлено развернутое обоснование второго защищаемого положения.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.