Миграция радионуклеидов в почвах

     ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

     Миграция  радионуклеидов  в почвах 
 

     Содержание 

Введение

1. Литературный  обзор

1.1 Свойства  радионуклида стронций-90

1.2 Накопление  радионуклида стронция – 90 в  почвах и растениях

1.3 Особенности  миграции стронция-90 в окружающую среду

2. Характеристика Семипалатинского ядерного полигона, находящегося на территории Павлодарской области

3. Объект  и методы исследования

4. Результаты  исследования

4.1 Радиационные  последствия атмосферных ядерных  испытаний на территории Семипалатинского ядерного полигона, находящегося на землях Павлодарской области

4.2 Характеристика  атмосферных ядерных взрывов,  произведенных на испытательной  площадке «Опытное поле»

Заключение

Список  использованной литературы

 

      Введение 

     Основным  реальным источником радиоактивного загрязнения почвенно-растительного комплекса являются глобальные радиоактивные выпадения из атмосферы долгоживущих радионуклидов после ядерных испытаний, а также выбросы техногенных радионуклидов, связанные с работой предприятий ядерного топливного цикла.

     Основным  источником поступления радионуклидов  в наземные пищевые цепи является почва. В результате выпадений радионуклиды поступают на земную поверхность, аккумулируются в почве, включаются в биогеохимические циклы миграции и становятся новыми компонентами почвы. Почва является наиболее важным инерционным звеном, и от скорости миграции радионуклидов в почве во многом зависят темпы их распространения по всей цепочке. В результате перемещения в почве и последующего корневого поглощения радиоактивные вещества поступают в части растений, представляющие пищевую или кормовую ценность

     Sr-90 является ведущим с точки зрения  радиационной опасности нуклидом  на территории, подвергшейся радиоактивному  загрязнению с периодом полураспада  28,6 года.

     Имеются сведения, что миграционные свойства Sr-90 в почвенно-растительных комплексах существенно отличаются в зависимости от типа почв, механического состава и видовых различий растений. В связи с этим является актуальным вопрос выявления закономерностей миграции радионуклидов Sr-90 в биогеоценозах степной зоны, а также изучение влияния физико-химических свойств почв на поступление Sr-90 в растения

     В настоящее время и в перспективе  особо остро встаёт проблема экологической  безопасности окружающей среды, экологически безопасного природопользования при возрастающих антропогенных нагрузках.

     Загрязнение системы «почва–растения–вода»  различными химическими веществами, а главным образом твердыми, жидкими  и газообразными отходами промышленности, продуктами топлива и т.д. приводит к изменению химического состава почв.

     Техногенные выбросы радионуклидов в природную  среду в ряде районов земного  шара значительно превышают природные  нормы.

     До  недавнего времени в качестве важнейших загрязняющих веществ  рассматривались, главным образом, пыль, угарный и углекислый газы, оксиды серы и азота, углеводороды. Радионуклиды рассматривались в меньшей степени. В настоящее время интерес к загрязнению радиоактивными веществами вырос, в связи с факторами появления острых токсичных эффектов, вызванных загрязнением стронцием и цезием.

     Радионуклиды  по цепочке «почва – растение –  животное» попадают в организм человека, накапливаются и оказывают не благоприятное воздействие на здоровье. Поэтому одной из задач современности  является производство экологически «чистой» продукции.

     Важнейшая проблема сельского хозяйства в  условиях загрязнения почвы радиоактивными элементами – максимально возможное  снижение поступления этих веществ  в растениеводческую продукцию  и предотвращение накопление их в  организмах сельскохозяйственных животных. Решение этой задачи связано с комплексом мероприятий, которые необходимо проводить в сельском хозяйстве. Основание для проведения данных мероприятий является увеличение заболеваемости и смертности, врожденных уродств и населения, проживающего на загрязнённых территориях.

     Вопрос  об изменении ведения сельского  хозяйства должен решаться в каждом конкретном случае с учётом всех обстоятельств  на основе точной и достоверной информации в зависимости от типа почвы, её механического  состава, водно-физических и агрохимических свойств и от степени загрязнённости территории.

     Северная  часть территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона активно используется для сельскохозяйственной деятельности: выпаса скота, заготовки сена, производства зерновых культур и т.д. Вблизи этой местности проводили испытания боевых радиоактивных веществ, влияние которых на окружающую среду и людей, занимающихся трудовой деятельностью на данном и прилегающем к нему участках мало исследованы.

     Объектом  исследования являются почвенно-растительные комплексы степной зоны, подверженные глобальным выпадениям радионуклидов. Изучалась миграция радионуклидов стронция-90 в почвах различных типов и накопление радионуклидов растениями степной зоны

     Цель  работы – изучение коэффициента перехода стронция-90 из почвы в растение на территории Семипалатинского полигона, находящегося на землях Павлодарской области

     Задачи:

• Оценить содержание стронция-90 в Павлодарской области
• Проанализировать особенности накопление радионуклида стронция – 90 в почвах и растениях
• Изучить особенности миграции стронция-90 в растения
• Определить коэффициент перехода стронция-90 из почвы в растения

 

      1 Литературный обзор 

     1.1 Свойства радионуклида Стронций-90 

     Стронций  ⁹⁰Sr – серебристый кальциеподобный металл, покрытый оксидной оболочкой, плохо вступает в реакцию, включаясь в метаболизм экосистемы по мере формирования сложных Са – Fe – Al – Sr – комплексов. Естественное содержание стабильного изотопа в почве, костных тканях, среде достигает 3,7 х 10^-2 %, в морской воде, мышечных тканях 7,6 х 10^-4 %. Биологические функции не выявлены; не токсичен, может замещать кальций. Радиоактивный изотоп в естественной среде отсутствует [1 , 43].

     Стро́нций — элемент главной подгруппы второй группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 38. Обозначается символом Sr (лат. Strontium). Простое вещество стронций (CAS-номер: 7440-24-6) — мягкий, ковкий и пластичный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета. Обладает высокой химической активностью, на воздухе быстро реагирует с влагой и кислородом, покрываясь жёлтой оксидной плёнкой.

     Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом  руднике близ шотландской деревни  Строншиан, давшей впоследствии название новому элементу. Присутствие в этом минерале оксида нового металла было установлено почти через 30 лет Уильямом Крюйкшенком и Адером Кроуфордом. Выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году [2 , 46].

     Содержание  в земной коре — 0,384 % в свободном виде стронций не встречается. Он входит в состав около 40 минералов. Из них наиболее важный — целестин SrSO₄. Добывают также стронцианит SrCO₃. Эти два минерала имеют промышленное значение. Чаще всего стронций присутствует как примесь в различных кальциевых минералах.

     Стронций  содержится в морской воде (0,1 мг/л), в почвах (0,035 масс%).

     В природе стронций встречается в  виде смеси 4 стабильных изотопов ⁸⁴Sr (0,56 %), ⁸⁶Sr (9,86 %), ⁸⁷Sr (7,02 %), ⁸⁸Sr (82,56 %).[3 , 11].

     Существуют 3 способа получения металлического стронция:

• термическое разложение некоторых соединений
• электролиз
• восстановление оксида или хлорида

     Основным  промышленным способом получения металлического стронция является термическое восстановление его оксида алюминием. Далее полученный стронций очищается возгонкой.

     Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl₂ и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями.

     При термическом разложении гидрида  или нитрида стронция образуется мелкодисперсный стронций, склонный к легкому воспламенению.

     Стронций  — мягкий серебристо-белый металл, обладает ковкостью и пластичностью, легко режется ножом.

     Полиморфен  — известны три его модификации. До 215^оС устойчива кубическая гранецентрированная модификация (α-Sr), между 215 и 605^оС — гексагональная (β-Sr), выше 605^оС — кубическая объемно-центрированная модификация (γ-Sr).

     Температура плавления — 768^оС, Температура кипения — 1390^оС.

     Стронций  в своих соединениях всегда проявляет  валентность +2. По свойствам стронций близок к кальцию и барию, занимая промежуточное положение между ними.

     В электрохимическом ряду напряжений стронций находится среди наиболее активных металлов (его нормальный электродный потенциал равен  −2,89 В. Энергично реагирует с водой, образуя гидроксид: Sr + 2H₂O = Sr(OH)₂ + H₂↑ [4 , 21].

     Взаимодействует с кислотами, вытесняет тяжёлые  металлы из их солей. С концентрированными кислотами (H₂SO₄, HNO₃) реагирует слабо.

     Металлический стронций быстро окисляется на воздухе, образуя желтоватую плёнку, в которой помимо оксида SrO всегда присутствуют пероксид SrO₂ и нитрид Sr₃N₂. При нагревании на воздухе загорается, порошкообразный стронций на воздухе склонен к самовоспламенению.

     Энергично реагирует с неметаллами —  серой, фосфором, галогенами. Взаимодействует с водородом (выше 200^оС), азотом (выше 400^оС). Практически не реагирует с щелочами.

     При высоких температурах реагирует  с CO₂, образуя карбид: 

     5Sr + 2CO₂ = SrC₂ + 4SrO (1) 

     Легко растворимы соли стронция с анионами Cl^-, I^-, NO₃^-. Соли с анионами F^-, SO₄^2-, CO₃^2-, PO₄^3- мало растворимы.

     Основные  области применения стронция и его  химических соединений — это радиоэлектронная промышленность, пиротехника, металлургия, пищевая промышленность.

     Стронций  применяется для легирования меди и некоторых ее сплавов, для введения в аккумуляторные свинцовые сплавы, для обессеривания чугуна, меди и сталей.

     Стронций  чистотой 99,99—99,999 % применяется для  восстановления урана [5 , 90].

     Магнитотвёрдые  ферриты стронция широко употребляются  в качестве материалов для производства постоянных магнитов.

     В пиротехнике применяются карбонат, нитрат, перхлорат стронция для окрашивания  пламени в карминово-красный цвет. Сплав магний-стронций обладает сильнейшими  пирофорными свойствами и находит  применение в пиротехнике для зажигательных и сигнальных составов.

     Радиоактивный ⁹⁰Sr (период полураспада 28,9 лет) применяется в производстве радиоизотопных источников тока в виде титанита стронция (плотность 4,8 г/см³, а энерговыделение около 0,54 Вт/см³).

     Уранат  стронция играет важную роль при получении водорода (стронциево-уранатный цикл, Лос-Аламос, США) термохимическим способом (атомно-водородная энергетика), и в частности разрабатываются способы непосредственного деления ядер урана в составе ураната стронция для получения тепла при разложении воды на водород и кислород.

     Оксид стронция применяется в качестве компонента сверхпроводящих керамик.