Винахід відноситься до охорони навколишнього середовища і призначений для прогнозу вертикальної міграції радіонуклідів в ґрунті. Винахід дозволяє, використовуючи дані натурних спостережень за грунтом, забрудненої залповим викидом радіоактивної речовини, визначати коефіцієнт дифузії радіонукліда для різних грунтів. Для цього визначають розподіл радіонукліда в грунті по вертикалі, визначають глибину максимальної концентрації радіонукліда, визначають швидкість конвективного перенесення радіонукліда, а коефіцієнт дифузії визначають по математичної залежності з урахуванням раніше визначених параметрів і часу пройшов з моменту разового залпового викиду радіоактивного речовини. 1 табл.
Винахід відноситься до грунтознавства та охорони навколишнього середовища і може бути використано в службах радіаційно-екологічного моніторингу та практиці агрохімічних служб при оцінці і прогнозі вертикальної міграції радіонуклідів в ґрунті.
Відомий спосіб визначення коефіцієнта дифузії радону в плівкових матеріалах, по якому досліджуваним матеріалом поділяють дві камери, в одну з яких вводять радон, а коефіцієнт дифузії визначають за співвідношенням радіоактивного газу в камерах після припинення їх зміни в часі (авт.св. СРСР N 1392454, кл. G 01 N 13/00, 1988).
Недоліком даного способу є обмеженість класу досліджуваних речовин, а саме неможливість визначення коефіцієнта дифузії радіонуклідів в грунтах.
Відомий спосіб визначення коефіцієнта дифузії в рідини, що полягає у вимірюванні середньої швидкості переміщення молекул рідини, сили, яка додається до молекул рідини, температури рідини, визначення коефіцієнта рухливості як відносини середньої швидкості молекул до сили, яка додається до молекул, а коефіцієнт дифузії знаходять із співвідношення D qkT , (1) де D коефіцієнт дифузії в рідини, м 2 / с; q коефіцієнт рухливості; k постійна Больцмана, Дж / К; Т температура рідини, К.
(Ар'є А. Г. Фізичні основи фільтрації підземних вод. М. Недра, 1984, с. 22).
Недоліками цього способу є, по-перше, необхідність вимірювання середньої швидкості молекул і сил, прикладених до молекул, що зробити в натурних умовах практично неможливо; по-друге, не враховується розподіл домішок в системі "рідина тверда фаза", що призводить до неадекватних оцінок, що знижують достовірність результатів визначення коефіцієнта дифузії; по-третє, до уваги береться реальний розподіл дифундуючої домішки, що також знижує достовірність отриманих результатів.
Відомий спосіб визначення коефіцієнта дифузії радіонуклідів в грунті, який взятий за прототип, згідно з яким на поверхню попередньо перемішаної ізольованою грунту вносили 90 Sr, а потім протягом 6-8 років відбирали проби грунту і вимірювали розподіл 90 Sr по глибині, а коефіцієнт дифузії радіонукліда в грунті визначали по математичної залежності.
Основні недоліки цього способу полягають в наступному.
Приймаються допущення про те, що швидкість конвективного переносу дорівнює нулю, а константа швидкості зміни змісту радіонукліда в грунті покладається рівною постійної природного радіоактивного розпаду; порушується природна структура грунту в процесі перемішування. Ці недоліки, по-перше, не дозволяють використовувати цей спосіб для визначення коефіцієнтів дифузії радіонуклідів в грунтах, забруднених залповим викидом радіоактивної речовини, за даними натурних спостережень, по-друге, є причиною трудомістких лабораторних досліджень, результати яких можна використовувати тільки для умов, близьких до умов проведення лабораторного експерименту.
Завданням винаходу є забезпечення можливості використання даних натурних спостережень для визначення коефіцієнта дифузії радіонукліда в грунті, забрудненої залповим викидом радіоактивної речовини.
Завдання винаходу вирішується за рахунок того, що у відомому способі визначення коефіцієнта дифузії радіонукліда в грунті, що включає внесення радіонукліда в грунт, вимір розподілу радіонукліда по глибині грунту через проміжок часу і розрахунок коефіцієнта дифузії з математичної залежності, на грунтах, забруднених разовим залповим викидом радіоактивної речовини , по вертикалі вимірюють відстань від зовнішньої поверхні грунту до точки з максимальною концентрацією радіонукліду, визначають швидкість конвективного перено а радіонукліда, а коефіцієнт дифузії радіонукліда в грунті знаходять з наступного співвідношення: D (z m 2 u 2 t * 2) (zm + 0,5 u t *) u -1 t * -2. (2) де D коефіцієнт дифузії радіонукліда в грунті, м 2 / с; zm відстань від зовнішньої поверхні грунту до точки з максимальною концентрацією радіонукліду, м; u швидкість конвективного перенесення радіонукліда в грунті, м / с.
t * час, що минув з моменту залпового викиду радіоактивного речовини на грунт, с.
Вимірювання вмісту радіонукліда в грунті грунтується на визначенні питомої активності грунту, так як концентрацію радіонукліда в грунті знаходять із співвідношення Ci kA -1 A y, iп г / м 3 (3) де kA активність одиничної маси радіонукліда, Бк / г;
Ay, i питома активність грунту в i-й точці ґрунтового шару, Бк / кг;
п - середня щільність грунту в відібраній пробі, кг / м 3.
Питому активність грунту визначають наступним чином.
Відбирають пробу грунту і вимірюють її масу, вимірюють активність радіонукліда, що міститься в пробі ґрунту, виконують розрахунок по формулі
Ay, i = Бк / кг (4) де Аi активність радіонукліда, що міститься в i-й точці ґрунтового шару, Бк;
Mi маса i-ї проби грунту, кг.
Вимірювання маси проби грунту і активності радіонукліда, що міститься в цій пробі, визначення щільності ґрунту, в цікавлять точках, здійснюють відповідно до вимог діючих державних стандартів. Вимірювання часу, що пройшов з моменту залпового викиду радіоактивного речовини на поверхню грунту, і відстані до точки з максимальною питомою активністю грунту також здійснюють стандартними методами.
Визначення швидкості конвективного перенесення радіонукліда в грунті здійснюють будь-яким відомим способом, наприклад, за величиною середньої лінійної швидкості фільтрації ґрунтового розчину (Прохоров В.М. Міграція радіоактивних забруднень в грунтах. М. 1981, с. 85-86).
Співвідношення для розрахунку коефіцієнта дифузії радіонукліда в грунті випливає з рішення диференціального рівняння
+ u D C,
(5) для наступних умов:
C (z, O) 0, -D + uC (t), i C
(6) де С (z, t) концентрація радіонукліда в грунті, г / кг;
z вертикальна координата, м;
t поточний час процесу міграції радіонукліда, с;
D коефіцієнт дифузії радіонукліда в грунті, м 2 / с;
константа швидкості зміни змісту радіонукліда в грунті;
Q маса радіонукліда, який випав на одиничну площу поверхні грунту в одиницю часу при залповий викид радіоактивної речовини, г / (м 2 с);
(T) дельта функція Дірака.
Рішення рівняння (5) для умов (6) з точністю, достатньою в практичних розрахунках, можна записати у вигляді
) X (0,5 u 2 t -1 +
Координата точки, що відповідає максимальній питомої активності грунту, визначається з умови dC / dz 0. Обчисливши похідну функцію (7) z і прирівнявши її до нуля, отримаємо
D (zm 2 u 2 t * 2) (zm + 0,5u t *) x
x u -1 t * -2 м 2 / c (8)
Практична реалізація запропонованого способу визначення коефіцієнта дифузії радіонукліда в грунті здійснена в Центрі хімізації та сільськогосподарської радіоекології "Тульський" для територій Тульської області, забрудненої продуктами викиду при аварії на ЧАЕС. Були визначені значення коефіцієнта дифузії 137 Сs в грунті, які використані для прогнозу радіаційно-екологічної обстановки на забруднених територіях. Дослідження виконані для різних господарств за даними натурних спостережень за розподілом 137 Сs в грунтах, забруднених разовим залповим викидом радіоактивної речовини. Грунтові розрізи, через які здійснювалося визначення коефіцієнта дифузії, знаходяться на грунтах, що відрізняються один від одного за своїми фізико-хімічними властивостями. Результати практичної реалізації запропонованого способу представлені в таблиці.
Спосіб визначення коефіцієнта дифузії радіонукліда в грунті, що включає введення радіонукліда в грунт, вимір розподілу радіонукліда по глибині грунту через проміжок часу і розрахунок коефіцієнта дифузії з математичної залежності, що відрізняється тим, що на грунтах, забруднених разовим залповим викидом радіоактивної речовини, по вертикалі вимірюють відстань від зовнішньої поверхні грунту до точки з максимальною концентрацією радіонукліду, визначають швидкість конвективного перенесення радіонукліда, а коефіцієнт D Діффа зії радіонукліда в грунті знаходять з наступного співвідношення:
D = (Z 2 m -U 2 t 2 *) (Zm +
+0,5Ut *) U -1 t - * 2,
де D коефіцієнт дифузії радіонукліда в грунті, м 2 / с;
Zm відстань від зовнішньої поверхні грунту до точки з максимальною концентрацією радіонукліду, м;
U швидкість конвективного перенесення радіонукліда в грунті, м / с;
t * час, що минув з моменту залпового викиду радіоактивного речовини на зовнішню поверхню грунту, с.