[LT] Išradimas priklauso analizės būdams, kuriais nustatomas radionuklido, skleidžiančio gama spinduliuotę, savitąjį aktyvumą medienoje, nenukertant medžio. Savitasis 137Cs aktyvumas metinėje rievėje nustatomas pagal šio radionuklido pasiskirstymą dirvožemyje po medžio laja. 137Cs pasiskirstymui dirvožemyje po medžio laja nustatyti surenkami dirvožemio bandiniai 1 m atstumu nuo medžio, išdžiovinami iki pastovios masės 105 oC temperatūroje, paruošiami tyrimui, atliekama gama spektrometrinė analizė. Žinant cheminių analogų konkurencingumo, 40K santykinio pasiskirstymo koeficientus bei gama spektrometrijos tyrimo duomenis, nustatomas savitasis aktyvumas paskutinėje suformuotoje medžio rievėje – santykinis skirtumas, išreikštas procentais, tarp būdo ir natūrinio eksperimento rezultatų yra iki 16,7 %. Vertinant 137Cs savitojo aktyvumo pasiskirstymą metinėse rievėse gaunamas vidutinis santykinis skirtumas, išreikštas procentais, tarp būdo ir natūrinio eksperimento rezultatų, yra 27,0 %.
[EN] The invention relates to the methods of analysis for determining specific activities of gamma radiation emitting radionuclide in wood, without crossing the trees. The specific activity of 137Cs is determined by the distribution of the nuclide in the soil under the tree crown. To determine the distribution of 137Cs in soil under the tree crown, the collected soil samples at a distance of 1 m from tree is dried to constant weight at temperature 105 oC , prepared to analysis and a gamma spectrometry carried out. Specific activity of the last formed wood ring is determined from coefficients of the competitiveness of chemical analogues, 40K relative distribution and gamma spectroscopy data – relative percentage difference between the results obtained by the method and the specific results of the experiment is up to 16,7 percent. Assessing the distribution of the specific activities of 137Cs in the annual rings the average relative percentage difference between the results obtained by the method and the specific results of the experiment is obtained: it is 27,0 percent.
[0001] Technikos sritis
[0002] Išradimas priklauso aplinkos užtaršos analizės būdams, kuriais nustatomas radionuklido (l37Cs), skleidžiančio gama spinduliuotę, savitasis aktyvumas medienoje.
[0003] Technikos lygis
[0004] Aplinkos užtaršos radionuklidais įvertinimo būdas aprašytas patente RU 2265869 Cl. Šis būdas apima medienos bandinių parinkimą, jų paruošimą ir radionuklidų pasiskirstymo metinėje rievėje analizę, taikant skeveldrinės radiografijos būdą. Pasitelkiant šį būdą galima įvertinti maksimalios radionuklidų taršos patekimą į aplinką. Tačiau šiuo metodu nenustatoma konkreti radioaktyvios užtaršos ir konkretaus radionuklido savitojo aktyvumo vertė metinėje rievėje.
[0005] Šiuo metu vienas iš taikomų radioaktyviosios užtaršos retrospektyvinės analizės metodų yra l37Cs savitojo aktyvumo paprastosios pušies metinėje rievėje nustatymas gama spektrometrinės analizės būdu. Šis metodas apima medžių kirtimo darbus ir pirminį medžio bandinių surinkimą, toliau seka medžio bandinių paruošimas gama spektrometrinei analizei, t.y. skaldymas, džiovinimas, deginimas ir smulkinimas, ir pati medienos bandinių gama spektroanalizė, kurios metu nustatoma metinių medžio rievių radioaktyvioji užtarša (Buziny, M.; Los, L.; Shepelevich, K. 2000. The distribution of l37Cs and 90Sr in the biomass of pine trees planted in 1987 - 1988 in the near zone of Chernobyl nuclear power plant. Radiation and Isotopes 52: 905-910.; Kagawa, A.; Aoki, T.; Okada, N.; Katayama, Y. 2002. Tree - Ring Strontium - 90 and Cesium - 137 as Potential Indicators of Radioactive Pollution. Journal of Envoronmental Quality 31: 2002-2007.; Malek, M. A.; Hinton, T. G.; Webb, S. B. 2000. A comparison of 90Sr and l37Cs uptake in plants via three pathways at two Chernobyl- contaminated site. Journal of Envoronmental Radioactivity 58: 129-141).
[0006] Pagrindinis šio metodo trūkumas - medžių kirtimas.
[0007] Išradimo esmė
[0008] Išradimo tikslas - sudaryti galimybę įvertinti retrospektyvinę radioaktyviąją užtaršą medžio rievėse, išsaugant medį.
[0009] Radioaktyviosios užtaršos medžio rievėse nustatymo būdas kaip ir prototipas apima bandinių surinkimą ir paruošimą spektrometrinei analizei bei spektrometrinę analizę. Nauja yra tai, kad bandiniai formuojami iš dirvožemio po medžio laja, radionuklido kiekis medžio rievėse įvertinamas pagal spektrometrine analize nustatytą radionuklido savitąjį aktyvumą dirvožemyje, naudojant 40K santykinio pasiskirstymo ir cheminių analogų konkurencingumo koeficientus. Be to, dirvožemio bandiniai parenkami 0,5-1,3 m atstumu nuo medžio, kas 2 cm iki 10 cm gylio, o gilesniuose sluoksniuose - kas 5 cm.
[0010] Aplinkos užtarša l37Cs atsispindi dendrochronologinėse sekose. Taigi šiame išradime siūlomas būdas l37Cs kaupimuisi metinėse rievėse tirti pagal jo pasiskirstymo dirvožemyje po medžio laja analizės duomenis.
[0011] Brėžinio aprašymas
[0012] Išradimui paaiškinti pateikiamas grafikas, kuriame nurodyta medžio amžiaus priklausomybė nuo koeficiento, apibūdinančio santykį l37Cs savitojo aktyvumo paskutinėje rievėje (Ar) ir prieš tai suformuotose rievėse (A(r-n), čia n = 1 ... n).
[0013] Išradimo įgyvendinimo aprašymas
[0014] l37Cs savitasis aktyvumas metinėje rievėje nustatomas pagal šio radionuklido pasiskirstymą dirvožemyje po medžio laja. l37Cs pasiskirstymui dirvožemyje po medžio laja nustatyti surenkami dirvožemio bandiniai 1 m atstumu nuo medžio, 0-10 cm gylyje kas 2 cm, 10-25 cm - kas 5 cm. Dirvožemio bandiniai išdžiovinami iki pastovios masės 105 °C temperatūroje, jie paruošiami tyrimui, nustatomas l37Cs savitasis aktyvumas dirvožemyje.
[0015] Norint įvertinti l37Cs pasiskirstymą paprastosios pušies (Pinus sylvestris L.) metinėse rievėse priimama, kad:
[0016] 1. 40K (l37Cs cheminis - biologinis analogas) dirvožemyje yra pasiskirstęs homogeniškai.
[0017] 2. l37Cs vienodai pasiskirstęs dirvožemyje po medžio laja pagal pasaulio šalis.
[0018] 3. l37Cs vertikalus pasiskirstymas dirvožemyje nustatomas eksperimentiškai tiriamaisiais metais.
[0019] 4. l37Cs vertikalus pasiskirstymas dirvožemyje prieš tai buvusiais metais įvertinamas teoriškai, pagal l37Cs difuzijos ir kryptinės pernašos lygties sprendinį.
[0020] 5. Atsižvelgiama į tai, kad per šaknų sistemą l37Cs į medį patenka apie 80 %, o efektyviausiai l37Cs įsisavinamas praėjus apie 9 - 15 metų nuo užtaršos. Be to, iš 0-5 cm dirvožemio gylio l37Cs nežymiai patenka į augančios pušies medieną, tuo tarpu aktyviausia l37Cs pernaša yra iš 15-20 cm dirvožemio gylio. Paprastosios pušies šaknų biomasės išsidėstymas dirvožemio vertikalėje apibūdinamas taip: 0 - 5 cm gylyje 5 %; 5 - 10 cm - 16,7 %; 10 - 15 cm - 21,7 %; 15 - 20 cm - 28,3 %; 20 - 25 cm - 21,7 %; 25 - 30 cm -10,0 %.
[0021] 6. Pagal eksperimentinius duomenis įvertinus l37Cs ir 40K savitųjų aktyvumų santykius dirvožemyje ir medienoje nustatomas cheminių analogų konkurencingumo koeficientas G, kuris yra lygus:
[0022]
[0023] Čia A(Cs)d - l37Cs savitasis aktyvumas dirvožemyje tam tikrais metais, Bq/kg;
[0024] A(Cs)m - l37Cs savitasis aktyvumas metinėje rievėje, įvertinus radioaktyvųjį suskilimą, Bq/kg;
[0025] A(K)d - 40K savitasis aktyvumas dirvožemyje, Bq/kg;
[0026] A(K)m - 40K savitasis aktyvumas metinėje rievėje, Bq/kg.
[0027] 7. Nustatomas 40K santykinio pasiskirstymo koeficientas L, nusakantis vidutinį santykį 40K savitojo aktyvumo dirvožemyje ir medienoje:
[0028]
[0029] 8. Žinant cheminių analogų konkurencingumo koeficientą G ir 40K santykinio pasiskirstymo koeficientą L, nustatomas l37Cs savitasis aktyvumas paskutinėje suformuotoje medžio rievėje pagal formulę:
[0030]
[0031] čia Xi - koeficientas, įvertinantis medžio šaknų vertikalų išsidėstymą;
[0032] A(CS)d,i - l37Cs savitasis aktyvumas tam tikruose dirvožemio gyliuose tiriamaisiais metais, Bq/kg;
[0033] Lvid - koeficientas, nusakantis vidutinį santykį 40K savitojo aktyvumo dirvožemyje ir medienoje;
[0034] Gi - koeficientas, įvertinantis l37Cs ir 40K savitųjų aktyvumų santykius dirvožemyje ir medienoje, skirtas tam tikram dirvožemio gyliui.
[0035] (3) formulėje, vertinančioje l37Cs kiekį medienoje, atmetamos dedamosios, kurios aprašo l37Cs patekimą iš gilesnių nei 15 cm sluoksnių dirvožemio, kadangi šiuose sluoksniuose pastarojo radionuklido kiekiai yra nedideli - pagal eksperimentinius, teorinius duomenis vidutiniškai mažiau nei 8 %. Todėl l37Cs savitasis aktyvumas paskutinėje suformuotoje medžio rievėje nustatomas pagal formulę:
[0036]
[0037]
[0038] čia X0-2, 2-4, 4-6, 6-8, 8-10, 10-15 - koeficientas, įvertinantis medžio šaknų vertikalų išsidėstymą 0-2, 2-4, 4-6, 6-8, 8-10, 10-15 cm dirvožemio gyliuose;
[0039] G0-2, 2-4, 4-6, 6-8, 8-10, 10-15 – koeficientas, įvertinantis 137Cs ir 40K savitųjų aktyvumų santykius dirvožemyje ir medienoje, 0-2, 2-4, 4-6, 6-8, 8-10, 10-15 cm dirvožemio gyliuose.
[0040] 40K santykinio pasiskirstymo koeficientas Lvid, nusakantis 40K santykį dirvožemyje ir medienoje, atsižvelgiant į dirvožemio savybes, pateikiamas 1 lentelėje.
[0041] 1 lentelė. Koeficiento Lvid vertės priesmėlio dirvožemiui
[0042]
[0043] Cheminių analogų konkurencingumo koeficientas G, įvertinantis 137Cs ir 40K santykių dirvožemyje ir medyje santykį, pagal dirvožemio gylius paskutinei medžio suformuotai rievei, pateikiamas 2 lentelėje.
[0044] 2 lentelė. Cheminių analogų konkurencingumo koeficiento G vertės
[0045]
[0046] Pagal (4) formulę įvertinus 137Cs savitąjį aktyvumą paskutinėje suformuotoje medžio rievėje, nustatomi kokie savitieji aktyvumai yra ankstesniais metais suformuoto se medžio rievėse. 1 pav. pateikiama medžio amžiaus priklausomybė nuo koeficiento, apibūdinančio santykį 137Cs savitoj o aktyvumo paskutinėje rievėje (Ar) ir prieš tai suformuotose rievėse (A(r-n), čia n = 1 ... n).
[0047] Rievėms, suformuotoms iki 2005 metų, koeficientas, apibūdinantis santykį 137Cs savitojo aktyvumo paskutinėje rievėje (Ar) ir prieš tai suformuotų rievių (A(r-n), įvertinamas pagal tokią ryšio formulę, gautą eksperimentiškai:
[0048]
[0049] čia Ar - 137Cs savitasis aktyvumas paskutinėje rievėje, Bq/kg;
[0050] A(r-n) - 137Cs savitasis aktyvumas prieš tai suformuotų rievių, čia n = 1 ... n, Bq/kg;
[0051] r - medžio augimo metai.
[0052] Rievėms, suformuotoms po 2005 metų (šiuo atveju atitinka 70 medžio augimo metus), medžio amžiaus priklausomybė nuo koeficiento, apibūdinančio santykį 137Cs savitojo aktyvumo paskutinėje rievėje (Ar) ir prieš tai suformuotų rievių (A(r-n), kur n = l ... n), nustatoma pagal formulę:
[0053]
[0054] čia Ar - 137Cs savitasis aktyvumas paskutinėje rievėje, Bq/kg;
[0055] A(r-n) - 137Cs savitasis aktyvumas prieš tai suformuotų rievių, čia n = 1 ... n, Bq/kg;
[0056] r - medžio augimo metai.
[0057] Žinant koeficiento, apibūdinančio 137Cs savitojo aktyvumo paskutinėje rievėje (Ar) ir prieš tai suformuotose rievėse (A(r-n) , čia n = l...n) santykį, 137Cs savitojo aktyvumo vertės rievėje nustatomos pagal formulę:
[0058]
[0059] čia A(Cs)r - 137Cs savitasis aktyvumas bet kurioje rievėje, Bq/kg;
[0060] A(Cs)m - 137Cs savitasis aktyvumas paskutinėje suformuotoje rievėje, įvertintas pagal (4) formulę, Bq/kg;
[0061]
[0062] Vertinant medžio amžiaus priklausomybę nuo koeficiento, apibūdinančio santykį 137Cs savitojo aktyvumo paskutinėje rievėje (Ar) ir prieš tai suformuotų rievių (A(r-n), čia n = 1... n), atsirado rievių suskirstymas atsižvelgiant į laikotarpį. Nuo 2005m (70 augimo metai) priklausomybės pobūdį nulėmė tokie veiksniai, kaip buvusios radioaktyviosios atmosferos taršos dėl branduolinių bandymų bei branduolinių įrenginių avarijų, vertikali 137Cs sklaida dirvožemyje ir įtaka augančiam augalui. 1. pav. medžio amžiaus priklausomybė nuo koeficiento, apibūdinančio 137Cs savitojo aktyvumo paskutinėje rievėje (Ar) ir prieš tai suformuotose rievėse (A(r-n) čia n = l...n), kai rievės suformuotos po 2005 m. yra nežymiai kylančios tiesės pobūdžio. Toks kitimas atitinka prielaidą, kad po 2005m. papildomos atmosferos radioaktyviosios taršos nėra, o medžio radioaktyvios taršos pagrindinis šaltinis - radionuklidai, esantys dirvožemyje. Šiuo metu 137Cs didžiausi savitieji aktyvumai nustatomi ties 5 cm dirvožemio sluoksniu. Po 40 metų šis radionuklidas turėtų pasiekti medžio pagrindinę šaknų biomasę. Žinant, kad 137Cs T0,5 = 30 metų, savitasis aktyvumas šio radionuklido sumažės šiek tiek daugiau nei per pusę. Taip pat dirvožemyje vyksta ne tik vertikali migracija žemyn, bet ir horizontalus persiskirstymas bei dirvožemio remediacija dėl kitų žemesnės klasės augalų veiklos.
[0063] Naudojant 137Cs savitojo aktyvumo paprastosios pušies metinėje rievėje nustatymo pagal jo pasiskirstymo dirvožemyje po medžio laja analizės duomenis tyrimo būdą, vidutinė santykinė paklaida (%) tarp tyrimo būdo rezultatų ir natūrinių tyrimų, nustatant savitąjį aktyvumą paskutinėje suformuotoje rievėje, yra 4,6 - 16,7 %, o nustatant savitojo aktyvumo pasiskirstymą visose rievėse yra 27,0 %.
1. Radioaktyviosios užtaršos 137Cs medžio rievėse nustatymo būdas, apimantis bandinių surinkimą ir paruošimą spektrometrinei analizei bei spektrometrinę analizę, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad bandiniai yra formuojami iš dirvožemio po medžio laja, radionuklido kiekis medžio rievėse įvertinamas pagal spektrometrine analize nustatytą šio radionuklido savitąjį aktyvumą dirvožemyje, naudojant 40K santykinio pasiskirstymo ir cheminių analogų konkurencingumo koeficientus.
2. Radioaktyviosios užtaršos 137Cs medžio rievėse nustatymo būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad dirvožemio bandiniai yra parenkami 0,5-1,3 m atstumu nuo medžio.
3. Radioaktyviosios užtaršos medžio rievėse nustatymo būdas pagal 1-2 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad dirvožemio bandiniai yra renkami kas 2 cm iki 10 cm gylio, o gilesniuose sluoksniuose - kas 5 cm.