Миграция урана-238 в системе почва-растение
Российский
Университет Дружбы Народов
Экологический
факультет
Направление: 511100 «Экология и
природопользование»
Кафедра «Радиоэкология»
Султанова Екатерина Фаритовна
Квалификационная
работа бакалавра
Миграция
урана-238 в системе почва-растение
Научный руководитель: к. б. н. Г. А. Кулиева
Заведующий кафедрой: профессор, д. т. н. А. А.
Касьяненко
Москва,
2006 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
1. ОБЕДНЕННЫЙ УРАН В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ (обзор литературы)
.1
Применение U238 в военных целях
.1.1
Пути поступления U238 в организм человека
1.2
Химические свойства U238
.3
Содержание U238 в почвах
.4
Поступление U238 из почв в сельскохозяйственные растения
.5
Мероприятия, ограничивающие накопление U238 в сельскохозяйственных культурах
ГЛАВА
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
.1
Подготовка почвы к закладке опыта
.2
Внесение U238 в почву
.3
Метод определения U238 в почве
.4
Методы определения U238 в растениях
.4.1
Плазменно-эмиссионный метод определения U238 в растениях
.4.2
Альфа-спектрометрический метод определения U238 в растениях
ГЛАВА
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
.1
Активность U238 в почве
.2
Переход U238 из почвы в растения ячменя
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В 1789 году немецким химиком
М. Клапротом был открыт уран. Он является тяжелым естественным радионуклидом,
принимающий участие в строении земной коры.
В природе уран находится в земной коре, реках,
подземных водах в виде различных комплексов и минералов. Концентрация
природного урана в почве составляет от 0,1 до 4,7 мг/кг почвы в зависимости от
типа почв; концентрация урана в естественных водоемах колеблется от 1 до 100
мкг/л (Дричко, 1983). Однако эти цифры могут резко возрастать вследствие
естественного или антропогенного загрязнения земной поверхности.
Загрязнение окружающей среды природным ураном
обнаружено в районах выхода на поверхность подземных вод в местах залегания
пород с высоким содержанием урана. Также на сегодняшний день известно несколько
источников антропогенного загрязнения ураном:
· добыча урана и образующийся урановый
след;
· атомная промышленность и ядерная
энергетика;
· сельское хозяйство (применение
фосфорных удобрений);
· использование радиоактивных снарядов
в военных целях.
Загрязнение ураном окружающей среды приводит к
повышенному содержанию этого элемента в грунтовых водах и верхних слоях почвы,
что может привести к накоплению данного элемента растениями и миграции урана по
трофическим цепям. Уран является долгоживущим радионуклидом, период его
полураспада составляет 4,5·109 лет, таким образом, последствия уранового
загрязнения могут оказаться крайне тяжелыми. В связи с этим необходимо
проведение детального изучения поведения урана в окружающей среде и путей
миграции урана по трофическим цепям, в первую очередь на отрезке почва-растение.
Поэтому целью данной работы является изучение закономерности поведения U238
в системе почва-растения.
Задачи дипломной работы:
1. изучить и проанализировать литературные
данные по поведению обедненного урана в системе почва-растение;
2. изучить методику определения U238
в зерновых культурах на примере растений ячменя.
. изучить закономерности распределения U238
по органам растений;
. провести сравнительный анализ 3-х
годичных экспериментальных данных по накоплению U238
в растениях;
. сравнить результаты измерений
плазменно-эмиссионного и альфа-спектрометрического методов.
ГЛАВА 1. ОБЕДНЕННЫЙ УРАН В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
1.1 Применение U238 в
военных целях
Обедненный уран в последнее время широко
применяется в военных целях для производства бронебойных снарядов. Одной из
основных причин этого является его высокая плотность, которая примерно в 1,5
раза превосходит плотность свинца. Благодаря высокой плотности снаряды с
обедненным ураном способны разрушать железобетонные конструкции и военную технику.
Кроме этого, обедненный уран - это дешевое сырье, т.к. является отходом
производства. На сегодняшний день известно, что обедненный уран применяют кроме
США, также Великобритания, Франция и Россия.
Впервые снаряды с обедненным ураном
использовались в Ираке в ходе операции «Буря в пустыне» в 1991 году. Оружие,
которое применялось, включало сердечники из урана диаметром 120, 105, 30, 25 и
20 мм (рис. 1).
Тогда на территорию Ирака было сброшено в общей
сложности 320 тонн вещества. Позднее такие снаряды применялись американской
армией на Балканах, в 1995 году - в Боснии и Герцеговине, в 1999 году - против
Югославии, где было выпущено свыше 30 тысяч зарядов [16, 17]. В этой стране
применялись снаряды с сердечниками диаметром 120, 100, 30 и 25 мм (рис. 1). Такие
сердечники входили в состав авиаснарядов и крылатых ракет «Томагавк».
Противотанковый урановый сердечник авиационного снаряда, используемый на
самолетах А-10, диаметром 30 м содержит 275 г, танковый 120 мм снаряд ─
3000 г, 105 мм снаряд М774 - 3364 г, а 105 мм снаряд М833 3668
г
урана
При ударе такого сердечника о твердое
препятствие он разогревается за счет трения до высокой температуры и
самовоспламеняется, при этом до 70% его превращается в аэрозоль. Большинство
частиц имеют размер менее 5 мкм в диаметре. В процессе взрыва некоторая часть
урана окисляется, образуя оксиды U3O8,
UO2 (см. приложение
1). Черная урановая пыль при таком взрыве покрывает военную технику и
поверхность земли в радиусе до 100 м. Кроме этого, она разносится ветром на
большие расстояния в зависимости от его скорости и направления, загрязняя
окружающую среду Разнос урановой пыли ветром способствует радиоактивному
загрязнению больших территорий. Особая опасность этого загрязнения заключается
в том, что сам уран и большинство продуктов его распада являются альфа
излучателями, а альфа-излучение при обследовании и оценке радиационной
обстановки, как правило, не измеряется и не нормируется.
1.1.1. Пути поступления
U238 в
организм человека
Наиболее существенный вклад в поражение организма
в результате воздействия урана вносят ингаляционный и оральный пути
поступления.
Сразу после взрыва снаряда, когда урановая пыль
находится в воздухе, уран попадает в организм с воздухом в процессе дыхания.
Однако после осаждения урановой взвеси, все еще остается высокая вероятность
попадания урана в организм человека через легкие. Этот риск существует для
людей, работающих непосредственно с почвой, и детей, которые любят играть с
землей.
После оседания урановой пыли основным путем
поступления урана в организм становиться оральный, т. е. с водой и продуктами
питания. При естественном содержании урана в почвах (1-4 мг/кг) поступление
урана в организм человека с продуктами питания составляет 1-6 мг/сутки.
Уран, накапливаясь в организме, оказывает
двойное негативное влияние: радиационное поражение тканей, приводящее к
хронической лучевой болезни и токсическое, характерное для отравления тяжелыми
металлами.
В ноябре 2000 г. в Косово была направлена
комиссия UNEP, которая
посетила 11 мест, где было применено оружие с обедненным ураном. Согласно ее
исследованиям концентрация U238
в продуктах питаниях остается в пределах нормы и не вызывает риска для здоровья
населения. Ссылку на литературные источники необходимо делать в строгой
последовательности - по порядку(1,2,3, и т.д.).
Несколько лет назад в докладе американского
армейского Института экологической политики говорилось: "Если обедненный
уран проник в организм, он в принципе может привести к определенным медицинским
последствиям. Обедненный уран представляет собой опасность и в химическом, и в
радиоактивном плане. Персонал, находящийся внутри или рядом с машинами,
пораженными боеприпасами с обедненным ураном, может подвергнуться серьезному
облучению"
Многие врачи называют обедненный уран -
канцерогеном. И этому есть косвенные подтверждения. По заявлению официального
Багдада, использование американцами и британцами снарядов из обедненного урана
при обстрелах и бомбардировке территорий Ирака привели к заражению территорий и
к существенному росту уровня раковых заболеваний (с 4.183 в 1989 году до 6.427
в 1994 году). В последние годы выяснилось, что на особо сильно загрязненных
ураном иракских территориях в районе иракского города Басры в 3-4 раза
увеличилась частота преждевременных родов, спонтанных абортов, врожденных
дефектов новорожденных. Такие же врожденные нарушения (отсутствие глаз, ушей,
сращение пальцев и сосудов и т.д.) обнаружились более, чем у 60 процентов
детей, родившихся в семьях американских ветеранов "Войны в Заливе".
Многие балканские миротворцы жаловались на
хроническую утомляемость, расстройство зрения, головные боли, бессонницу,
импотенцию, заболевания почек и печени, нервно-психические расстройства, потерю
волос (см. приложение 2). По сообщению Министерства здравоохранения Боснии, в
ее мусульманской части, где применялись урановые боеприпасы, уровень первичных
раковых заболеваний увеличился на 51 процент (с 152 случаев на 100 000 жителей
в 1999 году до 230 в 2000 году). В тоже время в сербской части Боснии (где не
применялись урановые боеприпасы) заболеваемость раком сохраняется на прежнем
уровне. По разным данным на начало 2001 года, от раковых заболеваний в Косово
погибли около 400 мирных жителей.
Профессор наук по окружающей среде Университета
Джексонвилля (США) Дуг Роке, занимаясь исследованием воздействия урана на
организм человека, обнаружил, что уран, попадая в организм из воздуха, может
вызвать лимфому, нервно-психические расстройства, кратковременные нарушения
памяти, быть причиной врожденных уродств в следующих поколениях и нарушать иммунную
систему организма.
С другой стороны, попадание большого числа
снарядов глубоко в почву, может привести к заражению грунтовых вод и миграции
урана по трофическим цепям [18]. В июле 2000 г. НАТО представила в ООН
детальную карту Югославии с указанием 112 мест, где были применены боезаряды с
обедненным ураном. Наибольшее количество урановых боезарядов было применено на
территории Косово.
На территории Югославии в местах проникновения
сердечников в земную поверхность было обнаружено повышенное содержание урана.
Загрязненная площадь была небольшой ─ порядка 20х20 см. Концентрация
обедненного урана достигала от 10 мг до 18 г урана-238/кг почвы (в
незагрязненных почвах концентрация радионуклида составляет порядка 5 мг/кг
почвы). По заключению UNEP
повышенного содержания урана в растительности не установлено. Однако, согласно
проведенным исследованиям югославских ученых распространения урана на
территории Югославии в составе пищевых продуктов и в системах
"почва-растения-мед", свидетельствуют о присутствии в данных системах
урана
1.2 Химические
свойства U238
Уран - (лат. Uranium), U,
радиоактивный химический элемент III группы периодической системы Менделеева,
относится к семейству актиноидов
<#"535533.files/image001.gif">
Участки I
и II - недостаток и
оптимальные концентрации элемента в питательной среде; III
- токсические концентрации элемента в питательной среде.
Рис. 3. Типичная зависимость концентрации
химических элементов в растениях от концентрации в питательной среде
Переход U238
в растительность варьирует в пределах 2-13 раз и определяется строением
корневой системы [2.19]. Корни растений выделяют ионы водорода, органические и
аминокислоты, хелаты и другие вещества, играющие высокую роль в усвоении и
перемещении многих элементов. Глубина размещения корней различных видов
растений также играет важную роль в перемещении и извлечении радиоактивных
элементов из толщ почвы [10.174]. Как известно радионуклиды в основном
накапливаются в верхнем десятисантиметровом слое, и поэтому растения с
неглубокой разветвленной корневой системой гораздо интенсивнее поглощают эти
элементы. Число придаточных корней увеличивается в ряду: корневищные
бобовые<разнотравье<злаковые, ряд характеризующий переход U238
в луговые растения следующий: злаковые>разнотравье>бобовые[2.11].
В накоплении урана высшими растениями отчетливо
проявляются видовые различия (табл. 2). Большое накопление радионуклида
отмечается у многолетних древесных и кустарниковых растений. При этом по
органам отдельных видов растений уран распределяется в зависимости от их
возраста [1.210].
Таблица №2
Коэффициенты накопления U238
в сельскохозяйственных культурах, n·10-2
Культура,
часть растения
|
Kn, U238
|
Озимая
рожь: зерно солома
|
0,56
2,13
|
Яровая
пшеница: зерно солома
|
0,83
3,24
|
Ячмень:
зерно солома
|
0,7
2,50
|
Овес:
зерно солома
|
0,90
4,91
|
Картофель:
клубни ботва
|
1,58
12,70
|
Сахарная
свекла: корнеплоды ботва
|
13,50
38,50
|
Однолетние
сеяные травы
|
3,73
|
Многолетние
сеяные травы
|
6,36
|
Разнотравье
|
6,94
|
Клевер
|
3,92
|
Люцерна
|
9,50
|
Кукуруза,
зеленая масса
|
3,32
|
1.5 Мероприятия,
ограничивающие накопление U238 в с/х культурах
На снижение накопления урана растениями влияет
применение различных удобрений, способствующих закреплению данного элемента
почвами. Существенное влияние оказывает внесение в почву органических
удобрений, извести. Максимальный положительный эффект наблюдается при внесении
навоза.
Также благотворное влияние оказывает внесение
минеральных и органических удобрений.
Снижение концентрации радионуклидов в урожае при
внесении удобрений может быть обусловлено рядом причин: увеличением биомассы и
тем самым «разбавлением» радионуклидов; повышением концентрации в почве
обменных катионов, усилением антагонизма между ионами радионуклидов и ионами
вносимых солей при корневом усвоении; изменением доступности для корневых
систем радионуклидов вследствие перевода их в труднодоступные соединения и обменной
фиксации в результате реакции радионуклидов с вносимым удобрением [21.198].
В большинстве случаев радиоактивного загрязнения
сельскохозяйственных угодий, выпавшие на поверхность почвенно-растительного
покрова, радионуклиды первоначально сосредотачиваются в самом верхнем слое
почв. Пахота почв приводит к перераспределению радиоактивных веществ в
корнеобитаемом слое почвы (как правило, 0 - 25 см).
Достаточно эффективным средством снижения
перехода U238 из почвы в
растения может быть правильный подбор сельскохозяйственных растений.
Способность сельскохозяйственных растений (в пределах, как отдельных семейств,
так и родов, видов и сортов) накапливать радионуклиды в разных концентрациях
может быть использована при организации растениеводства с целью получения
продукции с минимальным содержанием радиоактивных веществ [21.212].
ГЛАВА 2.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. Методика проведения исследований
.1 Подготовка почвы к
закладке опыта
На протяжении трех лет ведутся совместные
исследования РУДН и ВНИИСХРАЭ по изучению перехода U238
из почвы в растения. Первый вегетационный эксперимент был заложен в апреле 2003
г. Культура ─ ячмень, сорт «Эльф-Суперэлита». Почва дерново-подзолистая
легкосуглинистая, рН 6.0 закладывалась в 5-ти килограммовые сосуды.
Агрохимическая характеристика почвы представлены в таблице 3.
Таблица №3
Агрохимическая характеристика
дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы
рНКСl
|
Нг,
мг·экв на 100г почвы
|
Р2О5
|
К2О
|
Са
|
Мg
|
Емкость
поглощения
|
Гумус,
%
|
|
|
мг/100
г почвы
|
мг
экв/100 г почвы
|
|
6,0
|
1,4
|
6,0
|
10,7
|
9,8
|
0,4
|
22,9
|
1,3
|
2.2 Внесение U238 в
почву
В качестве фона в почву вносили N60P60K60.
В почву добавляли соединение нитрата уранила UO2(NO3)2·6H2O.
Концентрация вносимого урана составляла 0, 50, 100 и 150 мг на кг почвы.
Гомогенность радионуклида и питательных веществ достигается тщательным
перемешиванием всех компонентов вручную.
Содержание азота в соединении нитрата уранила не
оказывает влияния на общую концентрацию азота в опыте. С UO2(NO3)2·6H2O
в почву дополнительно вносится 0,8 % азота.
В сосуды с внесенным в почву ураном посеяли по
21 зерну. Повторность опыта 4-х кратная. Глубина заделки семян ─ 1,5-2
см.
Опыт был повторен в тех же сосудах в 2004, 2005
годах. В почву вновь вносили питательные вещества и тщательно все перемешивали.
2.4 Метод определения U238 в
почвах
Содержание урана в почве определялось
гамма-спектрометрическим методом, сущность которого состоит в регистрации
гамма-квантов, испускаемых ядрами радионуклида, гамма-спектрометром.
Измерения выполнялись согласно «Методике измерений
удельной активности радионуклидов в объемных образцах на гамма-спектрометре ACCUSPEC»
с использованием многоканального анализатора «InSpector-2000»
фирмы «Canberra»
(рис.4,5).
Рис. 4 Гамма-спектрометр
ACCUSPEC
Рис.5 Схема гамма-спектрометра
1. Свинцовый экран - защита. Обеспечивает
повышение чувствительности спектрометра за счет снижения уровня внешнего
гамма-фона, регистрируемого в блоке детектирования (внешняя сторона «домика»
выполнена из свинца с толщиной стенки 100 мм, а внутренняя часть ─ из
листового свинца и листового кадмия);
2. полупроводниковый детектор
коаксиального типа из особо чистого германия фирмы «Canberra».
Диапазон регистрируемых энергий детектора от 50 кэВ до 10 МэВ. Эффективность
регистрации ─ 35 %. Разрешение по линии 60Со (1.33 МэВ) ─ 1.8 кэВ;
. предусилитель спектрометрический;
. спектрометрическое устройство;
. многоканальный анализатор «InSpector-2000»
(рис. 6).
. компьютер Pentium-II
с системой Windows-98
и программным обеспечением для гамма-спектрометрии «Genie-2000»
фирмы «Canberra»;
. принтер;
. измеряемая проба в сосуде необходимой
геометрии (сосуд типа «Дента»).
Рис.6. Многоканальный анализатор «InSpector-2000»
Гамма-кванты, испускаемые в процессе распада
урановых ядер частично (комптоновское рассеяние) или полностью
(фотопоглощение), попадая в детектор, теряют свою энергию в веществе детектора.
Потерянная энергия испускается затем в виде квантов света, которые с помощью
фотоэлектронного умножителя превращаются в электрические импульсы. Амплитуда
импульсов пропорциональна поглощенной энергии гамма-квантов. Расчет содержания U238
гамма-спектрометрическим методом проводим по радионуклиду Th234.
В цепочке распада он находится в состоянии равновесия с U238.
Для расчета используем энергетические линии 63,4 Кэв (выход гамма-квантов 3,8%)
и 92 Кэв (суммарный выход гамма квантов 5,4%).
На экране анализатора возникает гамма-спектр, в
котором наряду с комптоновским распределением импульсов присутствуют фотопики,
соответствующие полной потере энергии гамма-квантов в кристалле детектора.
Площадь фотопика пропорциональна активности радионуклида, а его местоположение
(после калибровки установки по энергии) соответствует энергии гамма-квантов,
испущенных радионуклидом. Эти данные используются для определения активности
урана.
Энергетическая калибровка спектрометра
проводится с целью установления связи между энергией гамма-квантов и положением
пиков полного поглощения в экспериментальном спектре.
Перед непосредственным измерением активности
пробы почвы, измерялась активность объемного эталонного образца для градуировки
спектрометра по энергии, энергетическому разрешению и эффективности
регистрации.
2.6 Методы определения
урана в растительности
.6.1
Плазменно-эмиссионный метод определения U238 в растениях
Содержание урана в соломе и зерне определялось
двумя методами: плазменно-эмиссионным и альфа-спектрометрическим.
В первом случае измерения проводились на ICP-AES-спектрометре
аксиального типа LIBERTY
AX фирмы «Varian»
(рис.7, 8). В состав используемого оборудования входит монохроматор (0,75 м)
Черни-Турнера. Максимальное оптическое разрешение (нм, теоретическое и
практическое) на 2-м порядке дифракции (175-470 нм): теоретическое ─
0,007; практическое ─ 0,009.
Рис. 7. ICP-AES-спектрометр
аксиального типа LIBERTY
AX фирмы «Varian»
Рис. 8. Камера распыления
Условия проведения анализа (определяемый элемент
─ U):
Power
|
1.2
kW
|
Plasma gas
flow
rate
|
15.0
L/min
|
Auxiliary gas
flow
rate
|
2.25 L/min
|
Torch tipe
|
Low flow quartz torch
|
Nebulizer type
|
V-groove
|
Nebulizer pressure
|
200 kPa
|
Pump tube
|
PVC Grey-gray (intel), PVC
Blue-blue (outlet)
|
Pump rate
|
15 rpm
|
Sample uptake rate
|
2.0 mL/min
|
Integration time
|
3 s
|
Replicates
|
3
|
Viewing height
|
Optimized for Intensity
|
Background correction
|
Polynomial plotted background
|
PMT voltage
|
800 V
|
Grating order
|
2
|
Scan window
|
0.120 nm
|
Peak tracking window
|
0.030 nm
|
Snout purge
|
High
|
Wavelength, nm
|
385.958; 367.007
|
Рассматриваемый метод обладает довольно высокой
чувствительностью определения некоторых элементов. Основные преимущества
плазменно-эмиссионных методов состоят в высокой производительности и простоте
выполнения анализа [25]. Плазменные источники света обладают высокой
стабильностью горения, в них можно равномерно вводить исследуемый раствор и
обеспечить постоянство состава газового облака. Эти обстоятельства позволяют
выполнять анализ в широких пределах концентраций по абсолютной интенсивности
аналитической линии, что значительно упрощает технику анализа [25].
Плазменно-эмиссионный метод предполагает
введение пробы в источник только в жидком состоянии. Поэтому анализу растений
предшествует химическая и физическая подготовка проб, которая заключается в
переведении пробы в раствор или извлечении из нее тех или иных соединений
определяемых элементов [25].
2.6.2
Альфа-спектрометрический метод определения U238 в
растениях
Измерения проводились на установке для измерений
спектров альфа-излучающих радионуклидов (рис. 9), которая предназначена для
измерения спектров радионуклидов, излучающих альфа-частицы (234U,
235U, 238U,
238-242Pu, 241Am).
Установка для измерения альфа-излучающих
спектров состоит из дезактивированного детектора с поверхностным запирающим
слоем, установленным в вакуумной камере, интегрированного предватирельного
усилителя, линейного усилителя и блока питания. Выход для сигналов линейного
усилителя соединен с многоканальным анализатором амплитуд сигналов. Для
получения и поддержания в измерительной камере вакуума служит вакуумный насос,
который способен поддерживать в камере вакуум от 13,3 до 133 Па.
Рис. 9. Установка для измерения альфа-излучающих
спектров
Альфа-частицы, взаимодействуя с веществом
детектора, частично или полностью теряют свою энергию. Детектор и интегральный
предусилитель выдают электрические импульсы с амплитудой пропорциональной
потерянной в детекторе энергии. Для удовлетворения технических условий входа
многоканального анализатора, амплитуды электрических импульсов усиливаются с
помощью линейного усилителя.
При работе многоканального анализатора в режиме
накопления, он измеряет амплитуду каждого импульса, пришедшего от усилителя, в
результате чего за время измерения в памяти анализатора в разных каналах
накапливаются импульсы с различными амплитудами и на экране монитора отображается
спектр амплитуд этих импульсов с пиками соответствующих полной потере энергий
альфа-частиц в веществе детектора. Количество импульсов в таком пике спектра
пропорционально активности радионуклида, а его положение соответствует энергии
альфа-частиц, испущенных радионуклидом.
3.1 Активность U238 в
почве
Для изучения поведения урана-238 в системе
почва-растение в 2003 г был заложен эксперимент. В 16 сосудах было выращено по
21 растению ячменя. Для эксперимента в контрольном варианте использовалась
дерново-подзолистая почва с добавлением стандартного набора удобрений NPK.
В остальные сосуды в почву добавляли соединение нитрата уранила UO2(NO3)2
__ это растворимая форма урана. Уран в виде данного соединения усваивается
растениями. Концентрация урана составляла: 0, 50, 100 и 150 мг на кг почвы.
Повторные эксперименты были поставлены через год и два года в тех же сосудах и
с той же сельскохозяйственной культурой __ ячменем.
После сбора урожая в 2003, в 2004 и 2005 годах был
проведен спектрометрический анализ почвы для определения содержания урана.
Результаты трехгодичных исследований представлены в виде диаграммы (рис.8).
Доза урана в почве составила от 16 до 1073 Бк/кг почвы в 2003 г; 19-1042 Бк/кг
почвы __ в 2004 г, от 14 до 1076 Бк/кг почвы в 2005г. За три года исследований
активность урана-238 в почве практически не изменилась.
Рис. 8. Содержание урана-238 в почве
2003-2005гг.
3.2 Влияние урана-238
на урожайность ячменя
Согласно полученным данным, что при концентрации
урана-238 от 0 до 100 мг/кг почвы биометрические параметры растений сильно не
различались, однако при увеличении концентрации урана-238 в почве до 150 мг/кг
отмечается заметное угнетение роста растения (рис. 9, 10). Необходимо отметить,
что имеющиеся в литературе сведения относительно действия урана на рост
растений противоречивы. Наряду с указаниями на ингибирующее действие, имеются
данные и о стимуляции роста под действием невысоких концентраций этого
радионуклида.
Влияние урана-238 на урожайность растений ячменя
- неоднозначны. Данные за 2003 и 2005 гг. демонстрируют незначительную
тенденцию к увеличению массы зерна с ростом концентрации радионуклида в почве,
в 2004 году, наоборот, отмечалось уменьшение массы зерна с ростом концентрации
урана-238 (рис. 11).
Рис. 9. Растения ячменя. Выход в трубку
Слева - концентрация урана-238 в почве - 150
мг/кг; справа - концентрация урана-238 в почве - фоновая.
Рис.10. Динамика роста стеблей ячменя
Рис. 11. Масса 1000 зерен 2003-2005гг.
3.3 Переход урана-238
из почвы в растения
В первый год эксперимента уран поглощался более
интенсивно растениями, на втором и третьем годах опытов, концентрация урана в
зерне снижается (рис.12, 13, 14).
Накопление урана-238 растениями идет
пропорционально увеличению концентрации этого элемента в субстрате. Более
активно уран-238 поглощается вегетационной массой по сравнению с
репродуктивными органами. При этом степень перехода урана-238 в
хозяйственно-ценную часть урожая колеблется от 7 до 20 %.
При увеличении концентрации урана-238 в почве до
150 мг/кг отмечается резкое увеличение концентрации этого радионуклида в
вегетационной массе.
Согласно мнению некоторых авторов, перенос ионов
внутрь клеток может осуществляться с помощью переносчиков различного типа.
Установлено наличие двух систем переноса ионов. Первая система имеет более
высокую избирательную способность; она, как правило, функционирует в
естественных условиях при низкой концентрации ионов. Повышение концентрации
ионов во внешнем растворе вызывает быстрое насыщение первой системы;
дополнительно к ней вступает в действие вторая, менее селективная система [28].
Однако также это может быть связано с токсическим действием урана-238 на
корневую систему растения.
Рис.12. Содержание урана в соломе и
зерне, мг/кг (2003г)
Рис. 13. Содержание урана-238 в
соломе и зерне, мг/кг (2004г.)
Рис. 14. Содержание урана-238 в соломе, зерне,
мг/кг (2005г)
Согласно формуле
Были рассчитаны коэффициенты накопления для
зерна (рис. 15) и соломы (табл. 4). При увеличении концентрации урана-238 в
почве отмечается рост коэффициента накопления. Однако, в целом, показатели
переноса урана-238 из почвы в растения остаются достаточно низкими. Для зерна
также отмечается снижение данного показателя примерно в 4 раза на третий год
опытов по сравнению с первым.
обедненный уран растение почва
Таблица № 4
Коэффициенты накопления урана-238 в соломе,
Кн·10-2
Содержание
урана-238 в сосудах, мг/кг
|
Кн
(2003г)
|
Кн
(2004г)
|
Кн
(2005г)
|
50
|
1,03
|
0,68
|
0,6
|
100
|
1,04
|
0,92
|
0,96
|
150
|
1,36
|
2,38
|
1,96
|
Рис. 15. Коэффициенты накопления урана-238 в
зерне Кн·10-2 (2003-2005гг)
3.4.
Сравнительный анализ
плазменно-эмиссионного и альфа-спектрометрического методов
Обычно для измерения концентрации урана-238 в
растениях используют альфа-спектрометрический метод. Однако масса навесок
данного опыта была в 5 - 20 раз меньше необходимой для достоверного измерения
активности радионуклида альфа-спектрометрическим методом. Анализ методом ICP-спектрометрии
требует незначительного количества образца, что позволяет концентрировать
исходный раствор до концентрации урана, достоверно определяемой на
плазменно-эмиссионном спектрометре.
Альфа-спектрометрический метод характеризуется
более низкой чувствительностью, по сравнению с ICP-спектрометрией.
По этой причине, а также в связи с незначительным переходом урана-238 из почвы
в растения, альфа-спектрометрическим методом удалось получить результаты только
для образцов с наибольшей концентрацией урана-238, т. е. для соломы (рис.16).
Полученные результаты соответствовали данным ICP-спектрометрии.
В связи с этим в 2005 году анализ проб
проводился только плазменно-эмиссионным методом.
Основываясь на полученных результатах, можно
сделать вывод, что плазменный-эмиссионный метод является более чувствительным и
требует меньшей массы образца для достоверного определения концентрации
радионуклида, по сравнению с альфа-спектрометрическим методом. Это позволяет
применять метод ICP-спектрометрии
для определения небольших концентраций.
Рис. 16. Содержание урана-238 в соломе. Данные,
полученные альфа-спектрометрическим методом
Таким образом, в результате проведенного
анализа, выявлена зависимость между содержанием радионуклида в почве и
накоплением его растениями, что доказывают сравнительные результаты измерений,
полученные двумя методами.
ВЫВОДЫ
1. Уран-238 относится к элементам с
«барьерным» типом поглощения корневыми системами растений. Вынос радионуклида в
надземную часть растений в условиях вегетационного опыта был крайне
незначительным и составил менее 0,06 % от его количества в почве, что
объясняется низким переходом урана-238 из почвы в растения.
2. Концентрация урана-238 в
хозяйственно-ценной части урожая была наибольшей в первый год вегетационных
опытов, в последующие годы интенсивность поглощения урана-238 растениями
сокращается. Указать содержание в цифрах
3. Накопление урана-238 растениями идет
пропорционально увеличению концентрации этого элемента в субстрате. Более
активно уран-238 поглощается вегетационной массой по сравнению с
репродуктивными органами.(напиши во сколько раз) При этом степень перехода
урана-238 в хозяйственно-ценную часть урожая колеблется от 7до 20 %.
. Плазменный-эмиссионный метод является
более чувствительным и требует меньшей массы образца для достоверного
определения концентрации радионуклида, по сравнению с альфа-спектрометрическим
методом.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение 1
Приложение 2
Сосуды с растениями ячменя в период полной
спелости
83 ─ контрольный вариант;
─ концентрация урана в почве 50 мг/кг;
─ концентрация урана в почве 100 мг/кг;
─ концентрация урана в почве 150 мг/кг
Приложение 4
Сосуды с растениями ячменя в теплице
Литература
1. Н.А.
Титаева А. И. Таскаев Миграция тяжелых естественных радионуклидов в условиях
гумидной зоны, изд. «Наука», Ленинград, 1983 1
. Иванов
Ю. А. Закономерности миграции 238U
и 232 Th в луговых
фитоценозах Автореферат дис на соиск уч степ канд биол наук Обнинск 1986 стр.
21 2
. Ищенко
Г. С. Закономерности миграции урана-238 в системе почва-растение в условиях
Средней Азии, автореферат Обнинск - 1988 стр. 20 3
. Гулалиев
Тельман Джаннатали оглы Закономерности распределения и миграции естественных и
искусственных радионуклидов в системе почва-растение в условиях Азербайджана.
Обнинск - 1991 автореферат 4
. А.
Д. Белов учебник радиобиологии Москва, Колос, 1999г стр. 382 5
. А.
А. Искра, В. Г. Бахуров Естественные радионуклиды в биосфере 1981 Москва,
Энергоиздат стр. 124 6
. А.
Б. Ахундова Содержание урана в почвах, растениях и водах бассейна р. Виляжчай
Ленкоранской зоны Азербайджана ССР автореферат изд. ЭЛМ Баку 1970г. 7
. А.
А. Булгаков, О. В. Шкута Моделирование перехода радиоцезия из почвы в растения
2004 г. НПО «Тайфун», Обнинск т. 44 №З Радиационная биология радиоэкология, с.
351-360 8
. Б.
С. Пристер, Г. Бизольд, Ж. Девиль-Ковемен. Способ комплексной оценки свойств
почвы для прогнозирования накопления радионуклидов растениями Москва изд.
«Наука», т. 43 № 6, Радиационная биология, радиоэкология, стр. 689 - 696 2003
г. 9
. Трансурановые
элементы в окружающей среде (под ред. У. С. Хэнсона), Москав, энергоиздат,
1985г. стр. 343 10
11. Трифонов
Д.Н. Страницы биографии урана. /К 200-летию открытия химического элемента №92/.
- ВИЕТ. 1989. №2.
С.73-85.
www.medpeterburg.ru/news <http://www.medpeterburg.ru/news> 2005 11
. korchmastory.newmail.ru/htm/tech/r1.doc
(73 КБ)
· 09.03.2006 13
. bizinfo.otrok.ru/chem/elem.php
14.
. news.bbc.co.uk/hi/russian/
sci/tech/newsid Тарик Кафала,
Би-би-си Среда,
10 января
200115
15. Крышкин
Е. Американские войска в Ираке применяют боеприпасы с обедненным ураном
www.vor.ru/Iraq/Exclusives/excl_next272_1251. 16
16. Применение
боезарядов с "обедненным" ураном приведет к экологической катастрофе
в Ираке www. newsru.com 2003г среда17
. МИНИСТЕРСТВО
ИНОСТРАННЫХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ ИНФОРМАЦИИ И ПЕЧАТИ
ИНФОРМАЦИОННЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ
. 6
марта 2001 г. СООБЩЕНИЯ МИНИСТЕРСТВА ИНОСТРАННЫХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ В
связи с обнародованием Специальной группой Программы ООН по окружающей среде
(ЮНЕП) доклада
«Обеднённый уран в Косово: оценка состояния окружающей среды после конфликта»
19. www.medpeterburg.ru/news/Out.aspx?Item=14482
(6 КБ) Uranijum
u zivotnoj sredini. Duric
Gordana D., Popovic Dragana Lj. Hem. ind. 2000. 54, № 2, с. 50-52. Библ. Серб.;
рез. англ. YU. ISSN 0367-598X
20. Д.
А. Алиев, М. А. Абдуллаев Исскуственные и естественные радионуклиды в
почвенно-растительном покрове Азейрбаджана журнал «Аграрная наука» 1996 г. тип.
Россельхозакадемия стр. 149
. Под
редакцией Р. М. Алексахина и Н. А. Корнеева Сельскохозяйственная радиоэкология
Москва Экология 1991г. стр. 396
. А.А.
Касьяненко, Г. А. Кулиева Экологические последствия применения обедненного
урана в боезарядах Вестник, РУДН, №6, 2002 г., серия экология и безопасность
жизнедеятельности, стр. 90 - 99.
. Н.
А. Титаева Ядерная геохимия изд. Московского Университета, 1992 г., стр. 272
24. Depleted
uranium in Kosovo. Post-conflict environmental assessment. UNEP.
2001. ─ 184 стp.
. Агрохимические
методы исследования почв. - М.: Издательство «Наука», 1975г. -655 стр.
. Почвоведение.
- М. ВО: Издательство «Агропромиздат», 1989, 719 стр.
. Анненков
Б. Н., Юдинцева Е.В. Основы сельско-хозяйственной радиологии. - М.:
Издательство Агропромиздат, 1991. - 287стр.
. Ягодин
Б. А., Жуков Ю. П., Кобзаренко В. И. Агрохимия. - М.: Издательство «Колос»,
2002, 584с.