Деякі аспекти накопичення 90Sr та 90Y в березовому соку

к.с-х.н. Переволоцкий А.Н., к.с-х.н. Булавик І.М., Діденко Л.Г.

Радіонукліди в екологічних дослідженнях часто використовуються як мітки, за допомогою якої зручно відстежувати рух їх хімічних і ізотопних аналогів. Так, 137Cs відображає міграцію калію і стабільного цезію, 90Sr v кальцію і стабільного стронцію. Тому вивчення перерозподілу штучних радіонуклідів в екосистемах має важливе значення для більш глибокого розуміння механізмів функціонування природних спільнот.

У даному аспекті зручним об'єктом дослідження кореневого надходження радіонуклідів для берези звичайної є її сік у період інтенсивного весняного сокодвіженія. У його складі знаходяться не тільки цукру і амінокислоти, запасені в попередній вегетаційний період, але й мінеральні і органічні сполуки, що надійшли з грунту. Саме це і дозволяє оцінити кореневу доступність широкого спектру речовин. Однак, якщо концентрація основних мінеральних елементів, що мають биогенное значення, в соку вивчена в достатній мірі/1-3 /, то для радіонуклідів подібні дослідження почали проводиться тільки в останні роки і пов'язано це з радіоактивним забрудненням навколишнього середовища внаслідок аварії на ЧАЕС. Причому, при досить детальному вивченні закономірностей кореневого надходження 137Сs в березовий сік/4-6 /, ці питання для 90Sr і для його дочірнього радіонукліду - 90Y практично не вивчені. Тому метою даного дослідження було вивчення особливостей накопичення радіонуклідів 90Sr та 90Y в березовому соку. ОБ'ЄКТИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження проводилися на стаціонарних дослідних об'єктах сектора радіології лісу Інституту лісу НАНБ в далекій зоні радіоактивного забруднення в кв.340 Добрушский лісництва Гомелского лесохоза і кв.168 Ветковского лісництва Ветковского спецлесхоза (170 км на північний захід від ЧАЕС). Сосново-березові насадження на пробних площах відносяться до мшиста типу лісу, їх вік становить 40-60 років. Радіометричний аналіз грунту показав, що поверхнева активність 90Sr в межах зазначених кварталів становила 24-41 кБк/м2.

На кожній пробної площі подсачівалось 3-5 дерев. При підсочка в кожному з них спеціальним буравом в окоренкові частини просверліваются отвір діаметром 1,5 см і на глибину 1 см безпосередньо під яким закріплювався металевий жолобок. У місці відбору прикріплювався поліетиленовий пакет, що дозволило до мінімуму скоротити привнесення радіоактивності ззовні. Загальна тривалість відбору однієї проби становила близько 1 доби і за цей час обсяг заготовленого соку складав 2-3 літра. Після завершення відбору проби підкислює, переливалися в поліетиленові ємності й доставлялися в лабораторію. У кв. 168 відбір був проведений 8 квітня, а в кв. 340 - 13 квітня.

Визначення об'ємної концентрації радіонуклідів в березовому соку проводилося -радіометром EL-1311? Атомтех |. Для дослідження спектрів випромінювання в даному приладі використовується планарних детектор типу? Фосвіч |, що складається з пластикового сцинтилятора мм для реєстрації -випромінювання і неорганічного сцинтилятора СsI (Tl) мм для дослідження спектру -випромінювання. Визначення концентрації 90Sr проводиться методами -радіометрії по випромінюванню дочірнього 90Y , причому передбачається наявність радіоактивного рівноваги між материнським і дочірнім радіонуклідами в досліджуваній пробі/7 /. В якості вихідного параметра програмне забезпечення радіометра призводить величину сумарної об'ємної b-активності по суміші 90Sr +90 Y. Приладова ефективність реєстрації 90Sr та 90Y становить 5,1 х 10-3 л х Бк-1 х з-1/7 /. Вимірювання проб проводилося в стандартних 200 мл судинах. Час виміру кожної проби становило 40-60 хвилин. РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ

При проведенні повторних радіометричних аналізів проб березового соку, відібраних в кв. 168 8 квітня, було відмічено, що сумарна об'ємна активність 90Sr +90 Y в них знизилася від 195-240 Бк/л до 105-151 Бк/л приблизно за три доби (табл.1). Схожий характер зменшення об'ємної концентрації зазначених радіонуклідів був зафіксований і на 10 інших досвідчених об'єктах в Ветковском і Гомельському лісгоспах, де нами проводяться багаторічні моніторингові дослідження за накопиченням радіонуклідів у березовому соку. Причиною цього явища, на нашу думку, могло бути порушення в березовому соку радіоактивного рівноваги між 90Sr та 90Y на користь дочірнього радіонукліда. Для підтвердження цієї гіпотези і встановлення часових параметрів зміни об'ємної активності був проведений спеціальний експеримент, при якому проби соку, відібрані в кв.340, піддавалися радіометричної аналізу протягом місяця. Спочатку вимірювання проводились рівно через добу, а після 18 квітня через дві-три доби. Терміни між вимірами та їх результати наведено в табл. 1.        Згідно з даними, наведеними в таблиці 1, сумарна об'ємна активність 90Sr +90 Y   в березовому соку з кв. 340 через 10 годин після відбору проб становила 200-280 Бк/л. Оцінюючи тимчасову динаміку об'ємної концентрації   радіонуклідів, неважко помітити у всіх пробах монотонне зниження цього показника з подальшим виходом на плато при 45-50 Бк/л по закінченню 200-250   годин після відбору проби. При цьому найбільш інтенсивно об'ємна активність зменшується в перші три доби.         Таблиця 1
  Об'ємна активність 90Sr +90 Y в березовому соку, Бк/л     

Очевидно, що виявлене зменшення об'ємної активності 90Sr +90 Y в березовому соку при зазначених в методиці особливості вимірі даними приладом, може бути визначене як раз порушенням радіоактивного рівноваги між цими генетично пов'язаними радіонуклідами в бік дочірнього радіонукліда. В іншому випадку можливі були б два варіанти:  об'ємна      активність не зазнавала жодних змін в часі. Цьому нагоди      відповідало б надходження обох радіонуклідів із грунту в березовий      сік в рівних кількостях;  об'ємна      активність збільшувалася в часі з наступним виходом на плато. Цьому      нагоди відповідає більш інтенсивне надходження 90Sr у      березовий сік з грунту в порівнянні з 90Y. Надалі, за      міру розпаду материнського радіонукліда, кількість дочірнього буде      зростати до встановлення стану радіоактивного рівноваги між ними.      Подібне збільшення могло бути зафіксовано радіометром при вимірюванні      одних і тих же проби протягом тривалого часу.

Можна припустити, що корневе надходження генетично пов'язаних 90Sr та 90Y в березу відбувається з різних закономірностям, через що радіоіттрій надходить більш інтенсивно, ніж радіостронцію.

Тому, безпосередньо після відбору об'ємна -активність березового соку максимальна. Надалі, відбувається радіоактивний розпад ? надмірно | надійшов 90Y і концентрація зменшується до тих пір, поки між материнським і дочірнім радіонуклідами не встановиться стан радіоактивного рівноваги.

Фактично, задача зводиться до класичного в ядерній фізиці нагоди дослідження динаміки об'ємної активності суміші материнського і дочірнього радіонуклідів, для якої характерно зміщення радіоактивного рівноваги в бік останнього. Для більш точного визначення співвідношення радіонуклідів на момент відбору, що дозволяє оцінити рівні їх надходження в березовий сік, динаміка об'ємної активності для радіоіттрія була змодельована математично:

ActY = Ac0Yexp (-0.693 t/T) + Ac0Sr [1-exp (-0.693 t/T)], (1)

де

ActY v об'ємна -активність 90Y в березовому соку в момент часу t;

Ac0Y v об'ємна -активність 90Y в березовому соку в момент початку відбору;

Ac0Sr - об'ємна -активність 90Sr у березовому соку в момент початку відбору, але з огляду на великий період напіврозпаду радіостронцію, її можна прийняти постійною протягом 720 годин вимірювань протягом усього експерименту;

tv час у годинах з початку відбору соку;

T v період напіврозпаду радіоіттрія у годинах (64 годин).

Дане рівняння складається з складових, що відображають проходження двох різновекторних процесів. Перший член відповідає радіоактивного розпаду? надмірно | що надійшов в сік (по відношенню до материнського 90Sr) дочірнього 90Y, другий v накопиченню радіоіттрія, викликаного розпадом материнського радіонукліда.

Неважко помітити, що при часі t значно меншому за період напіврозпаду материнського радіонукліда цей випадок рухомого рівноваги можна розглядати як вікове рівновагу. Необхідними умовами при цьому є дотримання відносин постійних розпаду мат << l доч. і незмінності протягом часу експерименту, рівного багатьом періодам напіврозпаду дочірнього радіонукліда, активності материнського. Важливим припущенням, також, є рівність коефіцієнтів счетності материнського і дочірнього радіонуклідів.        На рис. 1 наведена графічна інтерпретація розрахунку динаміки активності радіоіттрія в суміші 90Y 90 Sr при відношенні їх   активностей як 50:10.   Сумарна активність 90Y (лінія 4) змінюється, як уже говорилося вище, за   рахунок проходження двох різноспрямованих процесів. З одного боку, надмірно що надійшла в сік (по відношенню до материнського 90Sr) частка   радіоіттрія зазнає радіоактивний розпад, що відзначено лінією 1. Але з іншого боку, йде накопичення дочірнього радіонукліда в соку за рахунок розпаду   материнської фракції (лінія 3). Підсумовування цих двох різновекторних процесів, у підсумку, призводять до більш повільного зміни сумарної   активності, відбитому лінією 4. При цьому неважко помітити, що динаміка активності буде залежати від початкового співвідношення активностей 90Y /   90Sr у відібраної пробі v чим вище, тим більш різкими будуть зміни. Важливість оцінки цього співвідношення активностей в момент відбору соку   полягає в тому, що воно відображає фактичні концентрації радіонуклідів у рослині.          Рис.1. Графічна інтерпретація розрахункової активності суміші ізотопів 90Y та 90Sr     

Параметри для рівняння 1 нескладно визначити з табл.1 виходячи з умови передбачуваного радіоактивного рівноваги в пробі [7]. Так, ActY = Act/2 може бути обчислена з табл. 1 для будь-якого моменту вимірювання t. У нашому випадку, для дерев у кв.340, вона знижується від 100-140 Бк/л при t = 10 годин до 20-30 Бк/л при t = 250-710 годин. Ac0Sr також дорівнює Act/2, однак, ця величина може бути коректно визначена при фактично сталому радіоактивному рівновазі між радіостронцію і радіоіттріем, тобто, як мінімум, після 250-300 годин після відбору проби. Для дерев в кв. 340 вона буде знаходиться на рівні 20-30 Бк/л. В цілому ж, з огляду на великий період напіврозпаду 90Sr можна прийняти Ac0Sr = const протягом всього часу експерименту. Таким чином, за допомогою представлених величин і даних табл. 1 з рівняння (1) була розрахована початкова об'ємна -- активність радіоіттрія Ac0Y, що відповідає його змісту на момент відбору соку t = 0 (табл. 2).

Таблиця 2

Початкова об'ємна активність радіонуклідів в березовому соку, Бк/л        Показники         Номери модельних дерев             | 1         | 2         | 3         | 4         | 5             Ac0Y, Бк/л         143         119         128         120         114             Ac0Sr, Бк/л         30         24         27         26         24             Відношення Ac0Y/Ac0Sr         4,77         4,96         4,74         4,62         4,75     

Після того, як було визначено всі невідомі величини в рівнянні 1, ActY була розрахована теоретично для довільного моменту часу t. На рис. 2 наведено середнє значення, нормованих об'ємних активностей на момент першого вимірювання (приблизно 10 годин після відбору).

Про високу адекватність теоретичних даних фактичним результатами свідчать високі значення кореляційних відносин між ними = 0,964-0,982 при нульовому рівні значущості, відносної помилки апроксимації v 8-9%, а критерію відповідності = 4,74 -9,48 при табл = 23,685.         http://www. laboratory.ru/articl/biol/rab024.htm
  Рис. 2. Динаміка об'ємної -активності 90Y в березовому соку в   відносних одиницях по усім модельним деревах               Таким чином, встановлене нами ставлення Ac0Y/Ac0Sr = 4,6-4,9   дозволяє однозначно стверджувати про перевищення надходження радіоіттрія в березу в порівнянні з материнським 90Sr, традиційно вважається   високомобільну в системі грунт-рослина. Якщо ж розглядати 90Y як радіоактивну мітку стабільного ітрію, то стає очевидним, що   потоки останнього в екосистемі березового лісу можуть бути досить інтенсивними. Ймовірно, подібне явище може бути пов'язане зі здатністю   ітрію до комплексоутворення з різними органічними речовинами, що володіють високим розчинністю і рухливістю. Крім того, іонний радіус   даного елемента нижче, ніж у стронцію, з чим також може бути пов'язано декілька більше надходження в рослини. Поки що складно говорити і   переносимості отриманих результатів на інші деревні рослини, надалі планується продовжити дослідження з цієї теми.      Висновки:  Вимірювання      концентрації 90Sr методами -радіометрії      по випромінюванню дочірнього 90Y в біологічних об'єктах слід      проводити тільки за умови встановлення радіоактивного рівноваги між      цими генетично пов'язаними радіонуклідами після закінчення 200-250 годин з      моменту відбору проби.  Надходження      90Y в березовий сік відбувається в 4,6-4,9 (в середньому в 4,75)      рази інтенсивніше, ніж, 90Sr. Це дозволяє говорити про      більш високої біологічної активності в екосистемі березового лісу      радіоіттрія. Список використаної літератури.

1. Орлов І.І., Рябчук В.П. Березовий сік.// М.: Лісова промисловість. - 1982. - 55 с.

2. Рябчук В.П. Соки листяних дерев (Отримання і використання).// Львів: Вища школа, 1988. - 150 с.

3. Leaf A.L. Watterston K.C. Chemical analysis of sugar maple sap and foliage as related to sap and sugar yields// Foresn Science. 1964. Vol.10 | 3. - P.228-292.

4. Кучма Н.Д., Архипов Н.П., Федотов І.С. та ін Радіоекологічні і лесоводственние наслідки забруднення лісових екосистем зони відчуження// Чорнобиль., 1994. - 53 с.

5. Мухамедшін К.Д., чилімом А.І., Мішуков Н.П. та ін Лісове господарство в умовах радіації. - М.: ВНІІХлксхоз. - 1995. - 53 с.

6. Ліс, Людина, Чорнобиль. Лісові екосистеми після аварії на Чорнобильській АЕС: стан, прогноз, реакція населення, шляхи реабілітації.// За заг. ред Іпатьєва В.А. - Гм. 1999. - 454 с.

7. Методика виконання вимірювань вмісту радіонуклідів стронцію-90 і цезію-137 в продуктах харчування, питній воді, грунті, сільськогосподарському сирі і кормах, продукції лісового господарства та інших об'єктах навколишнього середовища на бета-гамма-радіометр МКС-1311 (El-1311) МВИ МН 977-99. v НПП? Атомтех |, затверджена 20.03.99 р. v Мн. 1999. v 36 с.