Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах хиит и иншасс (Египет)

УДК 574:631.438.2

ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ГЛИНИСТЫХ И ПЕСЧАНЫХ ПОЧВ И ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ В РЕГИОНАХ ХИИТ И ИНШАСС

В.М. Бадави

В статье изложены результаты изучения естественной радиоактивности глинистых и песчаных почв двух регионов Египта. Определены величины поглощенной и эффективной доз облучения населения этих мест, обусловленного содержанием 22^а, 2321Ъ и 40К в почвах.

Ключевые слова: естественная радиоактивность почв, дозы облучения.

Введение

В настоящее время радиоактивность окружающей среды обусловлена радиоизотопами космогенного, техногенного и литогенного происхождения. Именно последняя группа изотопов оказывала в течение миллионов лет основное мутагенное воздействие на биоту нашей планеты. Это объясняет постоянный интерес к ней ученых, и именно она является предметом настоящего исследования.

Почвы — основной резервуар, в котором содержатся эти радионуклиды. В почвах разного механического состава их объемная активность существенно различается, а это в свою очередь определяет и варьирование дозовых нагрузок на население тех или иных регионов.

В данной работе рассматриваются результаты определения содержания в почвах трех основных радиоактивных изотопов — радия (226Ra), тория (232Th) и калия (40K) с периодами полураспада 1620, 14 и 1,5 млрд лет соответственно и формирования дозовых нагрузок, создаваемых именно этими радионуклидами.

Объекты и методика исследований

Для проведения исследований были выбраны два региона — Хиит и Иншасс. Хиит — небольшой населенный пункт сельскохозяйственного направления, расположенный в дельте Нила, в 60 км на север от Каира. Иншасс находится в пустыне, приблизительно в 40 км на восток от Каира. Выбор этих мест обусловлен присутствием на данной территории экспериментального египетского исследовательского реактора.

Предварительную подготовку образцов (начальное просушивание и очистка, сушка и озоление, размол и просеивание, упаковка и хранение) проводили по общепринятой методике [18]. Пробы для измерения затаривали в сосуды Маринеля. При измерении использовали германиевый детектор высокого разрешения HPGe (относительная эффективность 50%) и многоканальный анализатор (4096 каналов) фирмы ORTEC. Спектры образцов анализировали на персональном компьютере с помощью программного продукта Gamma-Vision GV32.

Объемную активность естественных радионуклидов (А, Бк/кг абс. сухой массы) вычисляли с помощью

следующего уравнения:

А - С

е • Р • М '

где С — число гамма-распадов, имп/с; е — эффективность датчика, регистрирующего гамма-лучи, Р — абсолютная вероятность гамма-распада; М — масса образца, кг [20].

Содержание радия, тория и калия (Мг, ррт) определяли по их взвешенной активности:

мг-\4v-Mm I-л

NА • 1п21 '1/2' где Аи — активность исходного или любого дочернего нуклида в равновесии (Бк/кг абс. сухой массы), Мт — молярная масса, г/моль; ^ — число Авогадро, 6,0 2 3-1023 молекул/моль; 1Х22 — период полураспада, с [11].

Объемная активность 226Яа определена с использованием гамма-линий энергии 352 КэВ (214РЬ) и 609 КэВ (214В0; 232ТИ — гамма-линий 911 КэВ (228Ас) и 727 КэВ (212В0; 40К — гамма-линии 1460 КэВ.

Если допустить, что естественные радиоактивные нуклиды распределены в почве относительно равномерно, то мощность поглощенной дозы на расстоянии 1 м выше поверхности почвы можно вычислять по уравнению: Б = С • F, где Б — мощность дозы, нГр/ч; С — объемная активность, Бк/кг, F — переводной коэффициент, нГр/ч в Бк/кг [18]. В этом случае мощность эффективной дозы Б^ (мкЗв/год) рассчитывается по формуле

-3

Бед = Б • к • К • К2 • 10

где Б — мощность поглощенной дозы, нГр/ч; к — число часов в году; К1 = 0,7 Зв/Гр — коэффициент пересчета поглощенной дозы в воздухе в эффективную для взрослых людей; К2 = 0,2 — безразмерный коэффициент учета среднего времени пребывания людей вне жилого помещения [19, 20].

Обсуждение результатов

Нами получены следующие данные по содержанию изучаемых радионуклидов в почвах. Объемная активность 226Яа составляет 7—13 и 5—9 Бк/кг в глинистой

и песчаной почвах соответственно; 232ТИ — 5—14 и 5-10; 40К — 131-237 и 61-73 Бк/кг в глинистой и песчаной почвах соответственно.

Значения суммарной мощности поглощенной и эффективной доз для каждого образца представлены в табл. 1; в таблицах 2 и 3 даны средние значения мощности поглощенной и эффективной доз по каждому из радионуклидов.

Таблица 1

Суммарная мощность поглощенной дозы и эффективная доза, накопленная за год

Образец Почва Мощность поглощенной дозы, нГр/ч Эффективная доза, мкЗв/г

У1 глинистая 16,9 20,7

У2 та же 13,2 16,2

У3 -»- 21,8 26,7

У4 -»- 18,9 23,2

У5 -»- 14,3 17,6

У6 -»- 11,0 13,5

У7 -»- 11,8 14,5

8Е1 песчаная 7,7 9,4

8Е2 та же 6,8 8,3

8Ю -»- 10,4 12,7

-»- 9,2 11,4

882 -»- 8,9 10,9

-»- 8,5 10,4

8W2 -»- 9,3 11,4

Таблица 2

Средние значения

Таблица 3

Средние значения

Проведено сравнение полученных нами результатов с аналогичными данными из литературных источников [7-11, 16]. Для повсеместно встречающихся песчаных почв объемная активность 22(^ составляет 5,3-7,7, в среднем 6,3 Бк/кг; 232ТИ — 10,7-17, в среднем 13,3 Бк/кг; 40К — 152-202, в среднем 163 Бк/кг. Как видно из приведенного выше, полученные нами результаты по песчаным почвам близки к указанным значениям.

Глинистые почвы характерны для дельты Нила и Центрального Египта. Активность 40К здесь состав-

ляет 29-635, в среднем 316 Бк/кг. Концентрация радионуклида уранового ряда 226Яа находится в пределах 5-63,7, в среднем 16,6 Бк/кг. Для представителя ториевого ряда 232ТИ она варьирует от 2,5 до 95,6 Бк/кг. Таким образом, полученные нами данные по глинистым почвам также не выходят за рамки указанных интервалов варьирования.

Наши результаты не противоречат сложившимся теоретическим представлениям о механизме поведения данных радионуклидов в почвах. Хотя изначально содержание радионуклидов литогенного происхождения в почвах обусловлено их количеством в материнских породах, в процессе почвообразования эта величина может существенно изменяться. Различия в условиях почвообразования могут привести к выходу на первое место других факторов. В данном случае — это обогащенность почвы мелкодисперсными фракциями, которая, как отмечалось многими исследователями (см., например, [1-3]), приводит к повышению ее естественной радиоактивности.

Средняя мощность определенной нами поглощенной дозы составила 15,4 и 8,7 нГр/ч для глинистых и песчаных почв соответственно. Средняя эффективная доза — 18,9 для глинистых и 10,6 мкЗв/г для песчаных почв. Таким образом, мощность поглощенной дозы и эффективная доза для населения в местах проведения исследований примерно в 2 раза выше в регионе с глинистыми, чем с песчаными почвами.

Величина внешних поглощенных доз, получаемых населением разных стран от почв, содержащих радионуклиды естественного происхождения, существенно варьирует. Результаты сравнения мощности доз, определенных нами для населения Египта, с аналогичными показателями для других стран приведены в табл. 4. Отметим, что международно признанная предельно допустимая (рекомендованная) величина данного радиологического параметра составляет 51 нГр/ч [19].

Таблица 4

Средние мощности поглощенной дозы на открытом воздухе от земного гамма-излучения

Страна Средняя мощность дозы, нГр/ч Источник

Австралия 93 [6]

Алжир 70 [5]

Египет 24 наши данные

Индия 56 [14]

Китай 62 [15]

США 47 [12, 17]

Финляндия 71 [4]

Швеция 56 [13]

Выводы

Проведенные исследования позволили уточнить некоторые закономерности формирования естественного радиационного фона и дозовых нагрузок на

Почва 232ТИ 226Яа 40К

М а М а М а

Глинистая 5,1 1,7 3,6 0,8 6,7 1,7

Песчаная 3,5 0,9 2,5 0,5 2,7 0,2

Почва 232ТИ 226Яа 40К

М а М а М а

Глинистая 6,3 2,0 4,4 1,0 8,3 2,0

Песчаная 4,3 0,7 3,1 0,6 3,3 0,2

население в двух регионах Египта с контрастными по механическому составу почвами.

На территориях с глинистыми почвами объемная радиоактивность, мощность поглощенной дозы и эффективная доза для населения, обусловленные содержанием 226Ra, 232Th, и 40K литогенного происхождения, существенно выше, чем с песчаными почвами.

При ориентировочных оценках интенсивности облучения населения, обусловленного содержанием

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баранов В.И., Морозова Н.Г., Кунашева К.Г. и др. Естественная радиоактивность некоторых типов почв СССР // Микроэлементы и естественная радиоактивность почв. Ростов н/Д, 1962.

2. Перцев Л.А. Ионизирующие излучения биосферы. М., 1973.

3. Рубцов Д.М. Содержание тория и урана в илистой фракции горных подзолистых почв редколесья // Радиоэкологические исследования в природных биогеоценозах. М., 1972.

4. Arvela H., Hyonen H., Lemela H. et al. Indoor and outdoor gamma radiation in Finland // Radiat. Prot. Dosim. 1995. N 59(1).

5. Benkrid M., Mebhah D., Djeffal S. et al. Environmental gamma radiation minitioring by means of TLD and ionisation chamber // Ibid. 1992. N 45(1/4).

6. Clarke P.C., Cooper M.B., Martin L.J. et al. Environmental radioactivity surveillance in Australia // Results for 1992. ARL Technical report. 1993.

7. Fowler E.B., Essington E.H. Sampling of soil transuranic nuclides. A review in transuranics in natural environment. Las Vegas, 1976.

8. Higgy R.H., Pimpl M. Natural and man made radioactivity in soil and plants around the research reactor of Inshas // Appl. Radiat. isotop. 1998. Vol. 49. N 12.

9. Ibrahiem N.M., Abdel-Ghani A.H., Shawky S.M. et al. Measurement of radioactivity levels in soil in the Nile Delta and Middle Egypt // Health. Phys. 1993. Vol. 64. P. 620-627.

рассмотренных естественных радионуклидов, необходимо учитывать неоднородность гранулометрического состава почв территории.

Рассчитанная нами суммарная мощность доз облучения людей в указанных населенных пунктах Египта от 226Яа, 232ТИ и 40К составляет 24 нГр/ч, что значительно меньше по сравнению с другими странами и в два раза меньше международной предельно допустимой величины.

10. Koster H.W., Keen A., Renders R.J. et al. Linear regression models for the natural radioactivity in dutch soil // Radiat. Prot. Dosim. 1988. N 24.

11. Measurement of radionuclide in food and environment. IAEA. Technical Reports Series. N. Y., 1989.

12. Miller KM. Measurements of external radiation in United States dwellings // Radiat. Prot. Dosim. 1992. N 45 (1/4).

13. Mjones L. Gamma radiation in Swedish dwellings // Ibid. 1986. N 15.

14. Nambi K.S. V., Bapat V.N., David M. et al. Natural Background Radiation and Population Dose Distribution in India. Bhabha Atomic Research Center. Bombay, 1986.

15. Nationwide survey of environmental radioactivity level in China 1983—1990. China, 1990.

16. Nelson J.L., Perkins R.W., Nielson J.M. et al. Reactions of radioactive nuclides from the Hanford reactors with Columbia river sediment // Disposal of radioactive wastes into seas, oceans and surface water. Vienna, 1966.

17. Oakely D.T. Natural radiation exposure in the United States. N. Y., 1972.

18. Sources and effects of ionizing radiation. UNSCEAR. N.Y., 1993.

19. Sources and effects of ionizing radiation. UNSCEAR. Report to general Assembly with Scientific Annexes United Nations. N. Y., 2000.

20. Tzortzis M., Tsertos H., Christfides S. et al. Gamma-ray measurements of naturally occurring radioactive samples from Cyprus characteristic geological rocks // Radiat. Meas. 2003. N 37.

Поступила в редакцию 17.09.08

NATURAL RADIOACTIVITY OF CLAY AND SANDY SOILS AND THE EXPOSURE DOSES OF THE POPULATION IN REGIONS HEET AND INSHASS

W.M. Badawy

In the present work, the results of the studying of naturally occuring radioactivity of clay and sandy soils in two different places in Egypt. Determined values of the absorbed and effective doses of exposed population in these places, due to the contents of 226Ra, 232Th and 40K in soils. Key words: naturally occuring radioactivity of soils, exposure doses.

Сведения об авторе

Бадави Ваел Махмуд, аспирант каф. радиоэкологии и экотоксикологии. E-mail: waelaea@yahoo.com