Моделирование радиационного воздействия на сельскохозяйственные растения от бетаи гамма-излучения при радиоактивных выпадениях в водорастоворимой форме

Литература

1. Сельскохозяйственная радиоэкологии. Под ред. Р. М. Алексахина, Н. А. Корнеева. М.: Экология, 1992.

2. Гусев Н. Г., Беляев В. А. Радиоактивные выбросы в биосфере: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991.

3. Мошаров О. В. Прогнозирование накопления долгоживущих радионуклидов в сельскохозяйственных растениях. Дисс. на соискание ученой степени канд. наук. Обнинск, ВНИИСХРАЭ, 2006.

4. Quantification of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments for radiological assessments (IAEA-TECDOC-1616). Vienna, 2009. 680 p.

Modeling of radiation impact to agricultural plants from beta and gamma radiation caused by radioactive fallout in a water-soluble form Perevolotsky A.1, Spiridonov S.2, Perevolotskaya T.3 Моделирование радиационного воздействия на сельскохозяйственные растения от бета- и гамма-излучения при радиоактивных выпадениях

в водорастоворимой форме Переволоцкий А. Н.1, Спиридонов С. И.2, Переволоцкая Т. В.3

1Переволоцкий Александр Николаевич /Perevolotsky Aleksander - доктор биологических наук,

ведущий научный сотрудник; 2Спиридонов Сергей Иннокентьевич /Spiridonov Sergey— доктор биологических наук, профессор,

заведующий лабораторией; 3Переволоцкая Татьяна Витальевна /Perevolotskaya Tatiana - кандидат биологических наук, доцент,

старший научный сотрудник, лаборатория математического моделирования, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии, г. Обнинск, Калужская область

Аннотация: разработана динамическая модель оценки доз в- и у-излучения при аварийных выпадениях. Показан определяющий вклад в формирование суммарной дозы от облучения радионуклидов, осевших на поверхность растения.

Abstract: the dynamic model for assessment of в- and у-radiation doses in case of emergency radioactive fallout has been developed. A decisive contribution to the formation of total radiation dose from radionuclides deposited on the plant surface is shown.

Ключевые слова: дозиметрическая модель, бета-излучение, гамма-излучение, радиоактивные выпадения.

Keywords: dosimeter model, beta-radiation, gamma-radiation, radioactivity fallout.

Исследования радиационных эффектов на сельскохозяйственные растения сталкиваются со сложностью количественной оценки воздействия от ионизирующего излучения на ранних этапах после радиоактивных выпадений [1, 2]. Необходимость проведения подобных исследований диктуется и дальнейшим развитием ядерных технологий, что определяет необходимость оперативной оценки доз облучения при штатных и аварийных ситуациях на предприятиях ядерного топливного цикла. Цель исследований - разработать дозиметрическую модель оценки доз внешнего облучения при радиоактивных выпадениях. Материалы и методы

В основу модели были положены следующие предположения: радиоактивные выпадения в водорастворимой форме могут произойти в любой момент вегетационного периода, удерживание радионуклидов растениями зависит от их биомассы, распределение выпадений в фитомасее равномерно в течение времени прогнозирования дозы. Водорастворимая форма выпадений характеризуется большей удерживающей способностью по сравнению с твердыми

частицами. Динамика фитомассы растений смоделирована по литературным данным [1]. Рассмотрены четыре пути облучения растений от каждого из в- и у-излучателей.

Мощность поглощенной дозы в-излучения от радионуклидов на поверхности растений представлена в виде блоковой модели [1]:

Рбл = РГХ1С ха

Vхк(, , с -1 2 + 1п-| +

с I V х к ,

- 3

+1 -ахе

(\-vxh) |

где Р° - доза внутри объема, заполненного радиоактивным веществом, Гр/с; И - толщина блока, в котором определяется мощность дозы, м; V - эффективный коэффициент поглощения, 1/м; с, а -коэффициенты. Формулы для нахождения коэффициентов, а также Р° и V приведены в [3]. Мощность поглощенной дозы в-излучения от поверхности почвы [3], Гр/с:

с

Р0р = 8 -10-11 -V- Ер-а-а-

с-Л + 1п

V - к

- /с)1 + е

где, Е р - средняя энергия в - излучения радионуклида, МэВ; а - плотность загрязнения почвы радионуклидов, Бк/м2; остальные обозначения приведены в предыдущей формуле.

При сопоставимой степени ослабления у - излучения в различных средах мощность поглощенной дозы (Гр/с) на высоте АН (м) от растительности с равномерно распределенной объемной активностью у - излучателя д0 (Бк/м3) по высоте Н можно представить в следующем виде [4]:

_ 2^х Г хрх х д ^0 =

М* хРо

2 х

А

1 - А

1 + а 1 +а2

Е* М,х—(к -Ак) - Е* МхР хАк

. Р* . . Р* _

Обозначения всех коэффициентов формулы подробно описаны в [4].

Величина мощности дозы у - излучения на высоте АН (м) от бесконечного тонкого источника (почвы) объемной активностью (Бк/м3), Гр/с:

пг = 2*х Г хР*х д1, ^* I М

' хР 1 *1р*

Обозначения всех коэффициентов формулы подробно описаны в [4].

Мощность дозы выражали в мкГр/сут для более удобного восприятия данной величины.

Предполагалось, что активность радионуклидов в растительности убывает экспоненциально с периодом полуочищения 10 сут. для трансурановых и редкоземельных радиоизотопов, 20 сут. - для щелочных и щелочноземельных, 30 сут. - для мигрирующих в анионной форме [1].

Модельные расчеты были выполнены для посевов озимой ржи на стадии всходов. Моделируемая активность радиоактивных выпадений составила: по 137С8 - 37 кБк/м2, 134С8 - 18 кБк/м2, 1311 - 111 кБк/м2, 1321+132Те - 250 кБк/м2. Время и величины выпадений примерно соответствовали условиям во время аварии на Чернобыльской АЭС для западных районов Российской Федерации.

Результаты и обсуждение

Результаты модельных расчетов приведены на рисунке. Как следует из представленных данных, наиболее высокая суммарная мощность поглощенной дозы наблюдается в первые сутки после радиоактивных выпадений, достигая 800 мкГр/сут. При этом наибольший вклад в мощность поглощенной дозы (до 90%) вносило в- излучение. В течение первых трех суток мощность дозы снижается почти на порядок в связи с быстрым распадом 1321+132Те.

500.0

50.0

о

3" о

5.0

0.5

\ \ * \ \ \ \ \ Б Г зта-изп - - от С —- от п шма-иг - от С /чение пока р£ оверхн< пучениг лока р£ оверхн< .шрное ститепьности ЭСТИ ПОЧЕЫ ститепьности

\\ ^........... Л ч 'Л — Сум излучение

\ Ч N Ч V

-- _ _ __ _

30-Арг 20-Мау Э^ип 29-иип 19^и1 8-Аид 10-Мау 30-Мау 19-иип 9^и1 29^и1

Дата

Рис. 1. Динамика мощности поглощенной дозы для озимой ржи при радиоактивных выпадениях на

стадии всходов

Следующий этап характеризуется радиоактивным распадом 1311. С начала мая до середины июня суммарная мощность поглощенной дозы снижается с ~200 мкГр/сут до ~12 мкГр/сут. Практически исчез вклад в суммарную дозу от у - излучения блока растительности и в -излучения от поверхности почвы. Быстрое снижение вклада от последнего источника объясняется интенсивным ростом растений и поэтому в - частицы, имеющие малый пробег, не достигают высоты точек роста.

С середины июня и до уборки суммарная мощность поглощенной дозы характеризуется медленными изменениями (с 12 до 10 мкГр/сут).

Таким образом, динамика мощности поглощенной дозы сельскохозяйственных растений определяется вкладом в изотопном составе выпадений радионуклидов с различным периодом полураспада: преобладание короткоживущих изотопов определяет быстрое снижение мощности дозы. в - излучение может определить до 90% мощности дозы в первые сутки после радиоактивных выпадений и сформировать наиболее значимую для радиационных эффектов суммарную дозу.

Литература

1. Пристер Б. С. Проблемы сельскохозяйственной радиобиологии и радиоэкологии при загрязнении окружающей среды молодой смесью продуктов ядерного деления / Чернобыль (Киев. обл.): Ин-т проблем безопасности АЭС, 2008. 320 с.

2. Анненков Б. Н., Егоров А. В., Ильязов Р. Г. Радиационные аварии и ликвидация их последствий в агросфере / Под ред. Б. Н. Анненкова. Казань: ФЭН Академии наук РТ, 2004. 408 с.

3. Радиационная дозиметрия // Под ред. Дж. Хайна и Г. Браунелла, пер. с англ., М.:Иностранная литература, 1958. 758 с.

4. Спиридонов С. И., Фесенко С. В., Гераськин С. А. / Радиац. биология. Радиоэкология, 2008. Т. 48. № 4. С. 443-449.