С19 Радиоактивность окружающей среды [Электронный ресурс] : теория и практика / Ю. А. Сапожников, Р. А. Алиев, С. Н. Калмыков. <...> Рассматривается поступление естественных и техногенных радионуклидов в окружающую среду, особое внимание уделяется поведению радионуклидов в атмосфере и гидросфере. <...> УДК 543.53 ББК 22.383я73 Деривативное электронное издание на основе печатного аналога: Радиоактивность окружающей среды : теория и практика / Ю. А. Сапожников, Р. А. Алиев, С. Н. Калмыков. <...> Постановка работ по изучению радиоактивности окружающей среды требует комплексного подхода, включающего пробоотбор, предварительное концентрирование радионуклидов из природных сред с помощью радиохимических методик, отделение определяемых радионуклидов от мешающих примесей, приготовление препаратов для измерения радиоактивности, собственно процесс измерения, а также обработку и интерпретацию полученных данных. <...> Вчастности, включены разделы, посвященные жидкостно-сцинтилляционной спектрометрии, ускорительной масс-спектрометрии, применению в радиохимическом анализе новых экстракционно-хроматографических материалов. <...> A C E I k KD K ' l m n N P,p P R S t T1/2 V V,v Z Zэфф Ф АПЛ ВКИ ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ активность (скорость распада) концентрация энергия скорость счета импульсов константа скорости коэффициент переноса, распределения коэффициент удерживания толщина слоя, расстояние масса показатель преломления число (ядер, импульсов) вероятность события давление пробег частиц степень извлечения (нуклида) площадь пика соленость время период полураспада объем скорость атомный номер эффективный атомный номер вещества эффективность регистрации радиоактивная постоянная коэффициент поглощения плотность вещества сечение ядерной реакции разрешающее время схемы совпадений поток фон детектора атомная подводная лодка ГВгумусовые вещества ГК вторичное космическое излучение гуминовые кислоты 6 ДБМ дибензоилметан <...>
Радиоактивность_окружающей_среды_теория_и практика.pdf
Ю. А. Сапожников, Р. А. Алиев, С. Н. Калмыков
РАДИОАКТИВНОСТЬ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
студентов вузов, обучающихся по специальности 02.00.14 —
«Радиохимия», а также аспирантов и слушателей курсов
повышения квалификации
и Федеральном агентстве РФ по атомной энергии
в качестве учебного и учебно-методического пособия для
Межведомственным научным советом
по радиохимии при Президиуме РАН
3-е издание, электронное
Р е к омендовано
Лаборатория знаний
2020
Москва
Стр.2
УДК 543.53
ББК 22.383я73
С19
С е р и я о с н о в а н а в 2003 г.
Сапожников Ю. А.
С19 Радиоактивность окружающей среды : теория и практика
/ Ю. А. Сапожников, Р. А. Алиев, С. Н. Калмыков. — 3-е изд.,
электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2020. — 289 с. — (Методы
в химии). — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". —
Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-00101-928-2
Учебное пособие, написанное преподавателями кафедры радиохимии
химического факультета МГУ, посвящено одной из актуальных проблем
охраны окружающей среды. Рассматривается поступление естественных
и техногенных радионуклидов в окружающую среду, особое внимание уделяется
поведению радионуклидов в атмосфере и гидросфере. Обсуждаются
проблемы определения радионуклидов в окружающей среде, в том числе
пробоотбор, подготовка пробы, методы разделения и концентрирования
и выбор метода измерения радиоактивности и идентификации радионуклидов.
В качестве примеров описывается анализ различных объектов.
Для студентов радиохимических специальностей, слушателей курсов
повышения квалификации, а также экологов, геохимиков и других специалистов,
связанных с природоохранной деятельностью.
УДК 543.53
ББК 22.383я73
Деривативное издание на основе печатного аналога: Радиоактивность
окружающей среды : теория и практика / Ю. А. Сапожников, Р. А. Алиев,
С. Н. Калмыков. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. — 286 с. :
ил. — (Методы в химии). — ISBN 5-94774-376-0.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации
ISBN 978-5-00101-928-2
○c Лаборатория знаний, 2015
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................. 3
Принятые обозначения и сокращения .......................... 5
1. Введение.............................................. 7
2. Поступление радионуклидов в окружающую среду .............. 10
2.1. Естественная радиоактивность ......................... 10
2.2. Искусственные радионуклиды в окружающей среде ......... 14
2.2.1. Ядерное оружие ................................ 15
2.2.2. Ядерные взрывы, проводимые в мирных целях ........ 19
2.2.3. Сброс радиоактивных отходов в моря и реки .......... 21
2.2.4. Аварийные ситуации на морских и воздушных судах .... 27
2.2.5. Искусственные спутники Земли ................... 28
2.2.6. Ядерный топливный цикл ........................ 29
2.2.7. Аварии на предприятиях ядерного топливного цикла . . . 30
2.2.8. Боеприпасы с обедненным ураном ................. 33
Литература ........................................... 37
3. Радионуклидыв атмосфере ............................... 38
3.1. Радон и продукты его распада ......................... 38
3.2. Космическое излучение и космогенные радионуклиды ....... 42
3.2.1. Углерод-14 .................................... 43
3.2.2. Бериллий-7 и бериллий-10 ....................... 46
3.3. Искусственные радионуклиды в атмосфере ............... 47
Литература ........................................... 48
4. Радионуклидыв гидросфере .............................. 49
4.1. Естественная радиоактивность гидросферы ............... 49
4.2. Искусственная радиоактивность гидросферы .............. 61
4.2.1. Актиниды в гидросфере .......................... 69
Литература ........................................... 75
5. Радионуклидыв литосфере ............................... 77
5.1. Миграция искусственных радионуклидов в почве
и перенос почва — растение .......................... 78
Стр.283
Оглавление
283
5.2. Роль гуминовых и фульвокислот в миграции
радионуклидов ..................................... 83
5.2.1. Строение и свойства гуминовых кислот
и фульвокислот ................................ 83
5.2.2. Комплексообразование радионуклидов
с гуминовыми кислотами ........................ 87
Литература ........................................... 90
6. Природная и техногенная радиоактивность в городской среде ..... 92
6.1. Особенности городского ландшафта .................... 92
6.2. Природные радионуклиды в городской среде .............. 93
6.3. Техногенные радионуклиды в городской среде ............. 97
6.4. Радионуклиды в помещениях ......................... 103
Литература .......................................... 106
7. Применение радионуклидов в качестве трассеров
при исследовании окружающей среды ...................... 107
7.1. Природные радионуклиды ........................... 109
7.1.1. Торий-234 ................................... 109
7.1.2. Свинец-210 и полоний-210 ...................... 111
7.1.3. Бериллий-7 .................................. 116
7.1.4. Фосфор-32 и фосфор-33 ........................ 118
7.1.5. Кремний-32 .................................. 121
7.2. Искусственные радионуклиды......................... 122
7.3. Идентификация источников поступления искусственных
радионуклидов .................................... 129
Литература .......................................... 135
8. Определение радионуклидов в окружающей среде.
Общие проблемы...................................... 137
8.1. Постановка задачи ................................. 138
8.2. Выбор метода определения радионуклида ............... 139
8.3. Применение носителей ............................. 139
8.4. Определение химического выхода ..................... 140
Литература .......................................... 142
9. Отбор проб объектов окружающей среды .................... 143
9.1. Общие принципы пробоотбора ....................... 143
9.2. Планирование пробоотбора .......................... 143
9.3. Компоненты атмосферы ............................. 144
9.4. Атмосферные выпадения ............................ 145
9.5. Природная вода ................................... 146
Стр.284
284
Оглавление
9.6. Взвешенное и коллоидное вещество .................... 147
9.7. Донные отложения ................................. 149
9.8. Льды............................................ 150
9.9. Почва ........................................... 150
9.10. Биота .......................................... 152
Литература .......................................... 152
10. Методыразделения и концентрирования.................... 154
10.1. Экстракция ..................................... 154
10.1.1. Экстракция несольватированных нейтральных
соединений ............................... 156
10.1.2. Экстракция внутрикомплексных соединений ...... 156
10.1.3. Экстракция донорными экстрагентами .......... 157
10.1.4. Экстракция аминами ........................ 158
10.2. Экстракционная хроматография ..................... 160
10.3. Осаждение и соосаждение .......................... 163
Литература ......................................... 165
11. Измерение радиоактивности и идентификация радионуклидов .... 166
11.1. Основные понятия и определения .................... 166
11.1.1. Эффективность регистрации излучений .......... 166
11.1.2. Фон и холостой опыт ........................ 167
11.1.3. Идентификация радионуклидов ................ 168
11.1.4. Временные характеристики детекторов ........... 168
11.1.5. Постановка задачи .......................... 170
11.2. Ионизационные детекторы ......................... 170
11.3. Гамма-спектрометрия ............................. 176
11.3.1. Испускание и поглощение гамма-квантов ядрами. . . 176
11.3.2. Взаимодействие гамма-квантов с веществом ...... 177
11.3.3. Детектирование гамма-квантов ................ 179
11.3.4. Определение радиоактивности ................. 181
11.3.4.1. Калибровка ......................... 183
11.3.4.2. Набор спектра препарата, определение
площади пика ....................... 185
11.3.4.3. Идентификация пиков ................ 185
11.3.4.4. Учет фона .......................... 185
11.3.4.5. Количественное определение
радионуклидов ...................... 187
11.3.4.6. Учет каскадных гамма-квантов .......... 188
11.3.5. Применение метода ......................... 190
11.3.6. Проблемы метода ........................... 190
Стр.285
Оглавление
285
11.4. Альфа-спектрометрия с применением полупроводниковых
детекторов ..................................... 192
11.4.1. Взаимодействие альфа-частиц с веществом........ 192
11.4.2. Калибровка -спектрометра по энергии
и эффективности ........................... 194
11.4.3. Условия измерения ......................... 196
11.4.4. Обработка -спектров........................ 198
11.5. Жидкостно-сцинтилляционная спектрометрия .......... 199
11.5.1. Введение ................................. 199
11.5.2. Процесс регистрации излучения. Передача энергии
в жидкостно-cцинтилляционных системах ........ 200
11.5.3. Процессы гашения в ЖС системах .............. 203
11.5.4. Определение абсолютной активности.
Параметры гашения ......................... 206
11.5.5. Трассирование эффективности ................. 209
11.5.6. Установки для жидкостно-сцинтилляционных
измерений ................................ 212
11.5.7. Анализ сложных смесей радионуклидов ЖС
методом .................................. 215
11.5.8. Измерение черенковского излучения ............ 216
11.5.9. Практическая работа с аппаратурой для ЖС
измерений................................. 218
11.6. Измерение низких активностей ...................... 219
11.6.1. Критический уровень IC
11.6.2. Минимальная детектируемая скорость счета ID
...................... 221
..... 222
11.6.3. Расчет критического уровня и минимального
детектируемого количества импульсов ........... 222
11.6.4. Методы снижения фона ...................... 224
11.7. Другие методы определения радионуклидов............. 229
11.7.1. Масс-спектрометрия......................... 229
11.7.2. Активационный анализ....................... 231
Литература ......................................... 233
12. Методыопределения физико-химических форм радионуклидов ... 236
12.1. Изучение связывания с частицами разного размера ....... 236
12.2. Фракционирование радионуклидов по различным
геохимическим фракциям почв и донных осадков ........ 240
12.3. Определение химической формы радионуклидов ........ 242
12.3.1. Косвенные способы определения валентных форм
радионуклидов............................. 242
12.3.2. Прямые методы определения валентных форм
радионуклидов ............................ 244
Стр.286
286
Оглавление
12.4. Рентгеновские методы изучения форм радионуклидов ..... 244
Литература ......................................... 248
13. Анализ объектов окружающей среды ...................... 251
13.1. Углерод-14...................................... 251
13.2. Бериллий-7 ..................................... 252
13.3. Фосфор-32 и фосфор-33 ........................... 253
13.4. Радий ......................................... 254
13.4.1. Радий-226................................. 254
13.4.2. Радий-228................................. 255
13.5. Радон и короткоживущие продукты его распада ......... 256
13.6. Свинец-210 и продукты его распада................... 257
13.7. Торий-234 ...................................... 258
13.8. Цезий-137 и цезий-134 ............................ 262
13.9. Стронций-90 .................................... 264
13.10. Радиоактивные изотопы иода....................... 264
13.10.1. Иод-131 ................................. 264
13.10.2. Иод-129 ................................. 265
13.11. Трансурановые элементы.......................... 267
13.11.1. Плутоний ................................ 267
13.11.2. Нептуний ................................ 269
13.11.3. Америций ............................... 269
13.12. Определение радиоактивности в питьевой воде ......... 270
Литература ......................................... 272
Заключение ............................................ 275
Рекомендуемая литература................................. 277
Приложение. Наиболее интенсивные ă
-линии радионуклидов
естественных рядов урана–радия и тория.................. 278
Указатель радионуклидов.................................. 280
Стр.287