reforef.ru 1


Информационный материал к теме практического занятия №3

«Гигиеническая оценка радиоактивности воды»

Цель: Ознакомиться с основными принципами определения радиоактивности воды.

Алгоритм занятия:

1. Ознакомление с факторами, обуславливающими радиоактивность воды различного происхождения:


  • метеорные воды;

  • подземные воды;

  • поверхностные воды.

2. Ознакомление с алгоритмом определения радиоактивности проб воды:

2.1. отбор проб для радиометрического и радиохимического исследования;

2.2. подготовка проб для определения радиоактивности;

2.3. Расчет скорости счета установки от фона;

2.4. Расчет скорости счета установки от эталонного источника;

2.5. Расчет чувствительности установки (ή) по активности радионуклида в эталонном источнике;

2.6. Расчет скорости счета установки от исследуемой пробы; расчет радиоактивности пробы; расчет удельной радиоактивности воды;

2.7. расчет абсолютной и относительной статистической ошибки измерения:

2.8. гигиеническая оценка результатов расчета удельной радиоактивности проб воды.

3. Решить ситуационные задачи по оценке радиоактивности воды, дать гигиеническую оценку полученным результатам и соответствующие рекомендации.


Учебные пособия:

1. Ильин Л.А. Радиационная гигиена: учебник /Л.А. Ильин, В.Ф. Кириллов, И.П. Коренков.- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010.- С. 212-264.

2. Архангельский В.И. Радиационная гигиена: практикум / В.И. Архангельский, В.Ф. Кириллов, И.П. Коренков. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009.- С. 133-147.

3. Ширинский В.А. Методические указания к практическим занятиям по радиационной гигиене: Пособие кафедры / В.А. Ширинский, А.И. Положенцева. – Омск, 2012.- 47 с.

4. Ширинский В.А. Задачи для самостоятельного решения и тестовые задания по радиационной гигиене: Пособие кафедры / В.А. Ширинский, А.И. Положенцева. – Омск, 2012.- 79 с.

5. Лекция №1 по радиационной гигиене.

6. Информационный материал к темам практических занятий №№ 2, 3.


Вопросы для самостоятельной подготовки:


  1. Факторы, обуславливающие радиоактивность метеорных вод.

  2. Факторы, обуславливающие радиоактивность поверхностных вод.

  3. Факторы, обуславливающие радиоактивность подземных вод.

  4. Естественная радиоактивность воды из различных источников.

  5. Особенности накопления радионуклидов различными гидробионтами.

  6. Особенности накопления радионуклидов в донных отложениях.

  7. Принципиальное устройство радиометрических установок.

  8. Методы определения радиоактивности воды.

  9. Понятие об относительном методе определения радиоактивности.

  10. Эталонные источники радиоактивности.

  11. Основные этапы определения радиоактивности проб с помощью радиометров.

  12. Алгоритм определения радиоактивности воды водоемов.

  13. Методика отбора проб для определения радиоактивности воды водоемов.

  14. Объем проб воды для радиометрического и радиохимического анализа.

  15. С какой целью проводится радиохимический анализ воды?

  16. Подготовка проб для определения радиоактивности воды.

  17. Определение и гигиеническая оценка радиоактивности воды.

Радиационный фон Земли складывается из следующих компонент:

  1. Космическое ионизирующее излучение

  2. Ионизирующее излучение от естественных РН, рассеянных в земной коре, почве, воздухе, воде и других объектах внешней среды.

  3. Технологически измененный естественный радиационный фон.

  4. Ионизирующее излучение от искусственных РН, выпавших на поверхность Земли после испытаний ядерного оружия;

  5. Ионизирующее излучение от искусственных РН, поступивших в окружающую среду в результате деятельности предприятий и учреждений, применяющих в своей деятельности РВ.

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации.

Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи (внешнее облучение). Радиоактивные вещества могут оказаться в воздухе, в пище, в воде и попасть внутрь организма (внутреннее облучение).

Природная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами естественного происхождения, присутствующими во всех оболочках земли — литосфере, гидросфере, атмосфере, биосфере. Радиоактивные элементы естественного происхождения условно могут быть разделены на три группы.

1. Радиоактивные изотопы, входящие в состав радиоактивных семейств, родоначальниками которых являются уран U238, торий Th232.

2. Генетически не связанные с ними радиоактивные элементы: калий К40, кальций Са48 и др.

3. Радиоактивные изотопы, непрерывно возникающие в атмосфере Земли под воздействием космических лучей. Наиболее важными из них являются углерод-14 (С14), натрий-22 (Na22) и тритий (Н3).

Кроме естественных радиоактивных изотопов, существующих в природной смеси элементов, известно много искусственных. В практике радиационного мониторинга радиоактивность объектов окружающей среды оценивается, в основном, по стронций-89 (Sr89), стронций-90 (Sr90), йод-131 (I131), цезий-137 (Cs137)

По данным научного комитета по действию атомной радиации при ООН дозы облучения, которую человек получает от естественных радиоактивных веществ, поступающих в организм с водой, пищей и вдыхаемым воздухом.

Естественные радионуклиды поступают в организм с питьевой водой. Радиоактивность природных вод во многом зависит от условий их формирования и обусловлена наличием в ней таких РН как калий-40, уран-238, радий-226, родон-222, торий-232.

Уровни естественной радиоактивности (ЕР) подземных вод, особенно из артезианских скважин, зависят от содержания и растворимости в воде содержащихся в водоносных грунтах естественных радиоактивных изотопов. Радиоактивность подземных вод в значительной степени прямо зависит от степени их минерализации. Наиболее часто в воде встречаются калий-40, радий-226 и радон-222. Удельная радиоактивность артезианских вод по радию-226 может быть в пределах от 0,5 до 1370 мБк/литр. Наименьшей активностью обладают подземные воды в осадочных породах, поэтому их чаще всего их используют для водоснабжения населения. Они содержат - 7,4∙10-2 Бк/л радий-226 и радона - 1,85 Бк/л. Минеральные воды иногда содержат повышенное количество радона-222 (Ra222) - до 48 Бк/л.

Радиоактивность грунтовых вод, которые формируются в 1-м водоносном горизонте, в гораздо большей степени зависит от территориальных климатических условий, а также от удельной радиоактивности грунта и воды находящихся вблизи озер, болот и рек. Удельная РВ грунтовых вод колеблется от 207 Бк/л по калию-40 до 1,1 мБк/литр по радию-226.

Естественная радиоактивность воды открытых водоемов суши зависит от химического состава подстилающих пород, климатических условий, типа питания: за счет осадков или подземных вод. Дождевые, ледниковые, снеговые воды содержат относительно меньше радионулидов, поэтому в период паводка радиоактивность речной воды понижена. В другие периоды года, особенно в засушливые, жаркие периоды, удельная активность воды повышается. Радиоактивность речной воды обусловлена в основном присутствием К40, Ra226, причем содержание калия-40 может доходить до 0,6 Бк/л, радия-226 —до 7.4∙10-2 Бк/л.

Радиоактивность воды озер зависит от активности воды притоков и питающих озера подземных вод. В северных районах активность воды озер близка к активности воды рек. В южных районах, где испарение воды из озер превышает сток из них, накапливаются соли и соответственно повышается активность воды и может достигать по К40 до 3,7 Бк/л.

Естественная радиоактивность морской и океанской воды по К40 находится в пределах 11-18 Бк/л, по Ra226 - 3,7*10-2 Бк/литр.



Метеорные воды (дождь, снег, ледники) обычно малоактивны и содержат следы космогенных радионуклидов Н3, С14, Ве7, возникающих в результате взаимодействия космического излучения с атомами и молекулами атмосферного воздуха, а также К40, U238 (уран-238), попадающих в приземные слои атмосферы с поверхности почвы.

Источники водоснабжения, в основном, поверхностные, могут загрязняться радиоизотопами искусственного происхождения. Грунтовые воды в связи с неглубоким залеганием в большей степени, нежели артезианские, подвержены загрязнению, в т.ч. и радиоактивному.

При поступлении искусственных радионуклидов (ИРН) в воду открытых водоемов в первую очередь наблюдается их разбавление, которое зависит от типа водоема (река-озеро), скорости течения и других факторов. Одновременно происходит накопление ИРН дном и донными отложениями. Дно становится своеобразным депо долгоживущих РН. Степень накопления дном радиоактивных продуктов зависит от структуры грунта и от химических свойств самих РН. Слабо фиксируется грунтом дна радиоизотопы серы, несколько лучше — искусственные изотопы фосфора и цезия. Если дно состоит из плотных глинистых пород, распространение ИРН в глубину достигает лишь 15-20 см, в то время как проникновение в дно из торфа и песка достигает 1,5 м и более.

При постоянстве концентраций ИРН в воде открытых водоемов наблюдается устойчивое динамическое равновесие с их содержанием в донных отложениях. При снижении концентрации ИРН в воде дно может быть источником вторичного радиоактивного загрязнения воды в результате десорбции ИРН из донных отложений и гидробионтов.

Наряду с разбавлением в воде и их сорбцией донными отложениями ИРН могут накапливаются в гидробионтах.

Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что при внесении в микробную взвесь радионуклидов уже через несколько минут удельная активность бактериальных тел становится во много раз выше, чем удельная радиоактивность водной среды. В зависимости от химических свойств радиоизотопов, вида микроорганизмов, рН воды коэффициент накопления для бактериальных клеток варьирует в пределах от 100 до 4— 6 млн. раз и более.

Большая удельная поверхность тела у планктона, губок и некоторых других гидробионтов создает благоприятные условия для адсорбции ими значительного количества радиоактивных изотопов. Скорость накопления планктоном ИРН такова, что в течение 5 минут накапливается 50—60 % (от предельного количества) радиоактивного стронция. Максимальное накопление зоопланктоном ИРН составляет несколько часов.

У водных растений процесс накопления ИРН более медленный скоростью процессов обмена. Предельное накопление в водорослях происходит в течение 7—30 суток. Коэффициент накопления для водорослей составляет 100—28 000.

У рыб основной путь поступления радионуклидов в организм - алиментарный. Поэтому в данном случае существенное значение имеет уровень загрязнения низших организмов, являющихся кормом для рыб. Вместе с тем радиоактивные изотопы проникают в организм рыбы и через жабры. Значимость этого пути возрастает с повышением удельной активности. Время предельного накопления изотопов (при постоянстве концентрации) в теле рыб колеблется от 10 до 120 дней. Коэффициент накопления для рыб находится в пределах от 4 до 130 раз.
Оценка радиоактивности воды.

1. Отбор проб для радиометрического и радиохимического исследования.

Процесс отбора проб воды предваряет санитарно-топографическое обследование источника водоснабжения, основной задачей которого является оценка условий возможного загрязнения водоема радиоактивными веществами. При этом учитывают гидрогеологические, топографические особенности местности, характер потенциальных источников радиоактивного загрязнения. Дозиметрические измерения с помощью специальных приборов позволяют получить предварительные сведения об уровне возможного радиоактивного загрязнения воды. По результатам санитарно-топографического обследования и дозиметрических измерений намечают точки отбора проб воды для последующей радиометрии. Отбор проб воды сопровождается отбором донных отложений, планктона, рыбы.

При установленном факте сброса в водоем сточных вод, содержащих РВ, пробы отбирают выше сброса сточных вод, а также ниже места сброса (0,25 км, 0,5 км, 1 км) с глубины 0,5 м. Срок хранения пробы воды составляет от 14 дней (при добавлении консерванта) и не более 2 дней (без консерванта).

Для общей радиометрии воды объем пробы составляет 0,5-2 литра.

С водой в организм попадают радиоизотопы, которые обладают различной радиотоксичностью, которая зависит от многих факторов, в т.ч. вида их распада, характера преимущественного распределения РН по тканям и органам после поступления в организм, времени пребывания РН в организме. Наиболее опасны РН, распадающиеся по α-типу (при распаде радон-222, радий-226, полоний-209 из ядра вылетает α-частица, оказывающая разрушительное воздействие на различные биологические структуры, в т.ч на элементы ядра клетки). Особую опасность представляет накопление остеотропных РН (изотопы кальция, стронция, бария, радия) в трубчатых костях, в которых располагается красный костный мозг. Наибольшей радиотоксичностью обладают РН с длительным эффективным периодом пребывания в организме (стронций – несколько лет).

Поэтому для оценки опасности радиоактивного загрязнения воды проводится ее радиохимические исследование. В радиологической лаборатории методами экстракции, хроматографии, адсорбции, сокристаллизации выделяют отдельные изотопы, а затем уже определяют активность каждого из них. Объем пробы воды для радиохимического исследования должен быть не менее 5 литров.


2. Подготовка проб для определения радиоактивности.

Выбор способа подготовки проб воды для радиометрии определяется результатами предварительной дозиметрии, а также возможным содержанием в воде легколетучих радиоизотопов (йод-131). Если по данным санитарно-топографического обследования источника водоснабжения и дозиметрического измерения есть все основания предполагать высокий уровень радиоактивности пробы, а также наличие в воде легколетучих радиоизотопов, то в этом случае 1-2 мл исследуемой воды размещают на подложку, высушивают под инфракрасной лампой, а затем проводят радиометрию пробы.

Во всех других случаях проводится концентрирование пробы воды путем выпаривания и получения зольного остатка в результате последующего сжигания сухого остатка воды в муфельной печи.

Важно! В воде могут находиться радиоизотопы, распадающиеся как по α-типу, так и β-типу. В соответствие с Санитарными правилами 2.1.4.1074-01 радиоактивность питьевой воды нормируется по общей суммарной альфа-радиоактивности и общей бета-радиоактивности. Поэтому при исследовании проб воды скорость счета от фона (п. 3), скорость счета от эталонных источников (п. 4), скорость счета от пробы исследования (п. 5) определяются раздельно с применением α-счетчиков и β-счетчиков. Отдельно рассчитываются общая суммарная альфа-радиоактивность и общая бета-радиоактивность воды (пп. 7, 8, 9, 10).

3. Определение количества импульсов от естественного радиационного фона (nфона, в импульсах) за время tфона (в минутах). Расчет скорости счета установки от фона (Nфона), имп./сек..

4. Определение количества импульсов от эталонного источника (nрад.эталона, в импульсах) в течение определенного времени (tрад.эталона, в минутах). Расчет скорости счета установки от эталонного источника (Nрад.эталона), имп./сек.. 5. Расчет чувствительности установки (ή) по активности радионуклида в эталонном источнике (Арад.эталона, Бк; Бк/кг)


6. Определение количества частиц от исследуемой пробы (nпробы) за время tпробы (в минутах). Расчет скорости счета установки от исследуемой пробы (Nпробы), имп./сек:

7. Расчет радиоактивности пробы (Апробы, в Бк):

8. Расчет удельной радиоактивности воды:

Бк/литр,

mобъем пробы воды, взятой для исследования, в литрах

9. Расчет абсолютной (Nабс.) и относительной статистической ошибки измерения (∆δотн.):

10. Гигиеническая оценка результатов расчета удельной радиоактивности проб воды по общей суммарной альфа-радиоактивности и общей суммарной бета-радиоактивности.

Суммарная радиоактивность питьевой воды



(из СанПин 2.1.4.1074-01)

Показатели

Единицы измерения

Нормативы

Лимитирующий показатель

Общая суммарная альфа-активность

Бк/л

0,1

Радиационный

Общая суммарная альфа-активность

Бк/л

1,0

Радиационный