автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Методы контроля радиоактивного загрязнения природной среды на примере Санкт-Петербурга и Ленинградской области

Р Г 6 024

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им.Г.В.ПЛЕХАНОВА

На правах рукописи

РЕШЕТОВ ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ

"МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ РЛДИОАКТИВННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ПРИМЕРЕ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА И ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ"

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ :05.! 1.13 "Приборы и методы контроля природной среды,вещестЕ,материалов и изделий"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995 г.

\

Работа выполнена в Региональном геоэкологическом центре Государственного геологического предприятия "Невскгеология".

Научный руководитель: доктор геолого-минералогичсских наук,профессор А.А.СМЫСЛОВ

Официальные оппоненты: д.ф.м.н. И.Ы.ХАЙКОВИЧ /НПО "РУДГЕОФИЗИСА'

к. т.н. Р.М.ГАБИТСВ /СПбГД/

Ведущее предприятие: ШО "РАДИЕВЫЙ ИНСТИТУТ"

Зашша состоится "X." ^"Ц"с 1995 г. в час."_1£" мнн.на

заседайш) диссертационного Совета Д.063.15.11_

при Санкт-Петербургском горном институте имени Г.В.Плеханова по адресу: 199026,Санкт-Петербург,21-я линия,дом.2,аудитория 7320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Г*

Автореферат разослан " ^У " **_1995 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета проф..д.т.н.

Р.М.Проскуряков

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Ионизирующее излучение - неотъемлемая часть окружающего мира с момента его сотворения и до сегодняшних дней. За время развития человечества радиационный фон менялся незначительно и, лишь с началом изучения и использования атомной энергии, особенно п последние полвека.

Повышенный интерес к вопросам радиоэкологии , вызв?иныП аварией на ЧАЭС, стимулировал целый ряд исследовании в рамках различных программ по изучению радиационной обстановки.

Для Ленинградской области - одной из наиболее промышленно развитых и стране, со вторым в России по количеству жителей городом Санкт-Петербургом .также крупнейшим научным и произйЬдственным центром, вопросы радиоэкологии играют далеко не последнюю роль.На территории Ленинградской области и Санкт-Петербурга проявлены все составляющие искусственного и естественного радиационного фона,зачастую в- аномальных аномальных эксхаляний радона , радиоактивные Чернобыльские выпадения .последствия становления в Санкт-Петербурге отечественной радиохимии и ряд других.

Учитывая реальную картину сложившегося радиоактивного загрязнения и ,хотя и с малой вероятностью,но гипотетически возможную тяжелую радиационную- аварию на АЭС, исследовательских или корабельных реакторах,автор счел необходимым обобщить накопленную информацию о радиоэкологической обстановке,выделить наиболее значимые факторы и предложить ряд методических приемов для решения радиоэкологических проблем в Ленинградской области . ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Учитывая проявления аномальных значений всех сестаБйяшцих-радиационного фона в Ленинградской области и Санкт-Петербурге, в ходе выполнения работы предполагалось ранжировать основные радиационно-опасные факторы. Выбрать оптимальный комплекс аппаратуры н методики , позволяющий наиболее экспрессно и экономично получать пространственно распределенную информацию о проявлении того или иного радиационно-опасного фактора.

При этом должны быть решены вопросы метрологического обеспечения , точности и влияния мешающих факторов. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. В рамках выполнения работы применялись полевые геофизические методы .включающие математическое и физическое моделирование,научное обобщение теоретических,натурных и полученных автором результатов радиоэкологических исследований.

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. Диссертация подготовлена на основе данных, собраных автором при работе в Региональном геоэкологическом центре ГГТГНевскгеология" ,в рамках выполнения Федеральной программы поиска мест радиоактивного загрязнения неаварийного происхождения,Федеральной программы "Атлас" (аэрогамма-спсктральная съемка территорий,загрязненных радиоактивными продуктами Чернобыльской аварии,региональных и локальных выпадений от ядерных взрывов,предприятий атомной энергетики и прсмышленности),выполнеиия ряда договорных работ.

При этом основная информация собрана на основе проведения аэрогамма-спектрометрической съемки , автогамма-спектрометрической-съемки и пешеходных радиометрических поисков . Кроме того , использованы данные о геологическом строении, радиогеохимических закономерностях, присущих рассматриваемой территории.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Для территории Ленинградской области н Санкт-Петербурга впервые обобщены сведения о проявлениях природного повышенного радиационного фона.техногенно-повышенного природного фона, искусственного радиационного фона , проведено их сопоставление .Доказано,что из всего многообразия радиоэкологических проблем, наиболее значимыми по воздействию на большие группы населения, в настоящее время и в ближайшем будущем, являются аварийные выпадения от Чернобыльской АЭС и облучение радоном и его дочерними продуктами распада.

Учитывая большое количество радиационно-опасных объектов в регионе н актуальность картирования Чернобыльского загрязнения о работе рассмотрены методические основы применения азрогамма-спектро:.: гтрн-iсъемки для картирования аварийного загрязнения.Ппн этом предложен метод, так называемого, "дополнительного окна" дал гамма-спектрометрического определения поверхностной активности цезия-137 - основного техногенного радионуклида в аварийных выпадениях.

В качестве метрологической основы картирования поверхностной активности цезия-137 при участии автора был предложен к аттестации ,а затем и аттестовал, Государственный стандартный образец (ГСО) поверхностной активности цезих-137 в естественном залегании (вследствие аварийных выпадений) - ГСО ИРН - АП "Маклаково", который лег, затем, в основу сети аналогичных ГСО.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ,ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ подтверждается

большим объемом использованного фактического' материала, дистанционное определение поверхностной активности (запаса) це>ия-137 по защищаемому методу "дополнительного окна" подтверждено большим объемом лабораторных

аналиюв. Результаты. полученные на основе предлагаемого метода, при градуировке на выбранном автором епшдартном образце незия-137 в естественном зала амин официально приняты в стране м опубликованы на трех картах.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ Проведенный комплекс исследований явился основой для картирования, аварийного и неаварийного эшрязнения » пределах Ленинградской области и Санкт-Петербурга ,а также других региоиоз, где выполнялись аналогичные работы ГГП "Невскгеология".

РЕАЛИЗАЦИЯ РА БОТЫ.Разработано две региональные программы - "Контроль радиационной обстановки в Ленинградской области " и "Ограничение облучения населения от естественных источников ионизирующего излучения". Разработана методика устойчивого решения обратной задачи гамма-спектромегрии относительно цезия-137 и внедрена на 6 спектрометрах в ГГП "Невскгеология".

Выбранная градунровочная площадка легла в основу сети Государственных стандартных образцов техногенного радиоактивного загрязнения.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ..Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных научных конференциях и семинарах:"Геозкология:проблемы и решения" (1990г.) , "Ядерные технологии в завтрашнем мире"(!992 г.),на XXXI годичной сессии ученого совета ВСЕГЕИ (1993 г.), "Экология Рссс:;!!"Ч59?Зг^-тзаседании ТС ГГП "Невскгеология" (1990 .1993.1994 гг.) и ряде других.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 19 работ и 4 находятся в печати.Материапы диссертационной работы использованы более чем в 20 производственных отчетах и при составлении нескольких ведомственных инструкций и методических рекомендаций.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ . 1. Для территории Ленинградской области и Санкт-Петербурга наиболее значимыми по воздействию на большие группы населения, в настоящее время и в ближайшем будущем,являются радиоактивные выпадения, происшедшие вследствие аварии на Чернобыльской АЭС и облучение радоном и его дочерними продуктами распада.

2. При гамма-спектрометрическом картировании аварийных выпадений по цезшо-137 предлагается использовать метод "дополнительного окна",позволяющий получать более устойчивое решение без уменьшения точности и пространственного разрешения . Предлагаемый метод универсален как для аварийного,так и неаварийного техногенного радиоактивного загрязнения,» позволяет повысить точность определения поверхностной активности (запаса) цезия-137, в основном, при низких уровнях загрязнения пли в присутствии повышенных значений массовых долен естественных радионуклидов.

3, Для метрологического обеспечения картирования аварийного загрязнения наиболее эффективно использовать аттестованные меры поверхностной активности искусственных радионуклидов в естественном залегании,образовавшиеся в результате аварийных выпадешш.Аттестация выполнялась совместно с И .М .Хайковичем.В .И .Фоминых.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа состоит из введения, трех разделов, заключения, двух текстовых приложений общим объемом 155 страниц текста, иллюстрированного 14 рисунками и 27 таблицами. Список литературы включает в себя 87 Наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе даны характеристики составляющих радиационного фона : - природного радиационного фона, техногашо-нзменешюго радиационного фона и искусственного радиационного фона.

Под природным радиационным фоном подразумевается облучение населения за счет излучения естественных радионуклидов, к которым относятся, в основном, калий-40 (0,00119% от валового калтО-к-радиоактивные ряды .образуемые ураном-238 , торием-232 и рядом других ,

Техногенно-измеиенный природный фон (ТИРФ) определяется перераспределением естественных радионуклидов (ЕРН) в ходе промышленной деятельности - стройиндустрии,энергетики на органическом топлив ¿добычи подземных вод, накопления радона в жилищах и некоторых иных процессов. .

Искусственный радиационный фон создается техногенными .радионуклидами,' в основном, за счет ядерного топливного цикла,повальных выпадений и радиационных аварий. ■

Во второй глаае дана характеристика составляющих радиационного фона Ленинградской области и Санкт-Петербурга.

Природные повышенные поля гамма-излучения наблюдаются в трех районах Ленинградской области: . ' ' •

• I) На севере н западе Карельского перешейка,где они соответствуют выходам на поверхность гранитоидов Балтийского шита, содержащих повышенные концентрации радионуклидов: урана - 3,5-7,0 1(И% >ТОрия . i 2-52-10-4% и калия- 2,5 - 4 %. Размеры полей, выходящих на поверхность,не превышают по площади 20-30 кв.км.

2) В центральной части Ленинградской области повышение мощности экспозиционной дозы прнурочено к горизонту сланцев (в основном днктионемовых) пакерортского горизонта нижнего ордовика npoiHi .шающемуся в широтном направлении от Ивангорода до р.Сясь.

Днктионемовые сланцы характеризуются ,в целом .высоким содержанием урана - более 20-50-10-4% (торня-8-15-10-4%) > но иногда уран образует и рудные концентрации (более 10010*4%).

3) В Боксмтогорском районе повышение естественного радиационного фона обусловлено выходом горизонта бокситоносных песчаников и глинистых бокситов нижнекаменноугольного возраста, прослеживающегося в северовосточном направлении на 180 км.

Повышенные гамма-поля отвечают участкам наиболее высоких содержаний радиоактивных элементов в породах ( урана более 2010-4% и тория -более20-10-4%).

Для описываемого региона ТИРФ определяется следующими ашропогеннымн факторами:

- использование в качестве строительного сырья горных породе повышенным содержанием ЕРН;

- сжигание органического топлива;

-деятельности ПО "ФОСФОРИТ",приводящего к перераспределению урана и его продуктов распада из диктнонемовых сланцев;

- возможное загрязнение продуктами распада радия искусственных водных коммуникаций в случае использования вод m гдовского водоносного горизонта;

- аномальные концентрации радона в помещениях.

Последний из перечисленных факторов является наиболее

значимым,что доказано сопоставлением составляющих ТИРФ. Площади с наибольшей вероятностью радоиосласности пространственно приурочены к гранитам выборгского массива на северо-западе Карельского перешейка, приглшгговой части горизонта диктионс-мовых сланцев, и выходам бокекиш » районе Боксито! орска-Пикалево.

Всею в Лсшыгра/ккой области гглс.шадп i ни ufanee ж.кокой вероятнойыо ра.юнооиасиости шшмакп 7 500 h'-it^H-i >каммной

' • 8 территории проживает около ВО % населения ,хотя в "группу риска" попадают лишь жители первых этажей.

Предыдущие методы прогноза радоноопасности территорий основывались на качественной интерпретации геологических и радиогеохимических данных.В то же время, вероятно, возможно осуществление количественного прогноза радоноопасности территории по скорости поверхностной эксхаляции (Я):

К^Яп'Р'СпочвДа'Рпочв'^Яп (I)

где Я - скорость поверхностной эксхаляции [Бк/м2-с ]; ХЯп - константа распада радона-222 [2. Ы О*6 с-! ]; Оючв.Иа ~ удельная активность радия-226 в почве [Бк/кг]; И-коэффициент эмапирования; Рпочв" плотность ПОЧВЫ [кг/м3]; Ьр1П - диффузионная длина радона в почве [м], тогда риск потенциальной радоноопасности можно определить как вероятность (Р) существования домов(помещений) с превышением действующих нормативов ОА радона:

Р=/(ЫгД,В,0 (2)

Кг - количество домов с первыми и полуподвальными этажами ; К - эксхаляция радона, определяемая по (1);

В - строительные особенности здания, влияющие на его радоно-безопасность(проницаемосгь фундамента и перекрытий .вентили-. руемость подпольного пространства и жилых помещений и т.д.); О - поверхностные инженерно-геологические факторы (проницаемость рыхлых отложений,уплотнение грунтов вокруг здания и т.д.).

Твкой прогноз составлен только с учетом поступления радона в жилые помещения из геологического пространства.

Соискателем, совместно с проф.Э.М.Крисюком, была разработана Региональная программа работ по снижению доз облучения населения от природных источников ионизирующего излучения (Региональная программа "Радон").Текст указанной программы приведен в Приложении ! диссертации.

Искусственный радиационный, фон определяется загрязнением природных сред искусственными радионуклидами:

- глобальные выпадения искусственных радионуклидов из атмосферы;

• выпадения радионуклидов вследствии аварии на Чернобыльской АЭС;

- последствия работы Ленинградской АЭС .исследовательских реакторов .морских ядерных энергетических установок;

- использование изотопов в промышленности,медицине,научных '' Исследованиях,в автономных энергетических установках (ИЭУ);

-техногенное неаварийное загрязнение ИИИ.

В настоящее время на территории города и области расположены 15 объектов промышленности и науки, эксплуатирующие атомные реакторы и использующие мощные радиоактивные установки, п том числе - Ленинградская атомная станция с 4 энергоблоками шпа РПМК. В Ленинградской области расположено 85 рщиоизоюнных термоэлектрических генераторов.

После сопоставления слагающих ИРФ установлено,что по площади воздействия и создаваемой коллективной дозе наибольшего внимания заслуживают чернобыльские выпадения.

По результатма аэрогамма-спектромегрических работ, в западной части Ленинградской области, была оконтурена площадь, в пределах которой наблюдается загрязнение осадками ЧАЭС. Ореол • радиоактивного загрязнения протягивается в юго-восточном направлении на 190 км, от Нарвсхого залива до границы с Новгородской областью, при ширине до 70 км. Поверхностная активность цезия-137 по аэроданным достигает 1.5 Ки/км2.

Остальная часть территории практически не затронута осадками аварийных выбросов.

Неаварийное радиоактивное загрязнение характерно, в основном, для территории Санкт-Петербурга,где к настоящему времени выявлено около полугора тысяч участков радиоактивного загрязнения.

Рассмотрев основные дозообразующие факторы Санкт-Петербурга и Ленинградской области, можно сказать, что для всей территории , в той или иной мере, характерно наличие практически всех основных составляющих радиационного фона, причем зачастую эти составляющие превышают средний уровень.

Основными факторами, создающими* наибольшие коллективные дозы для жителей Ленинградской области и Санкт-Петербурга, можно считать Чернобыпские выпадения и облучение радоном

В третьей главе описываются приборы и методы контроля аварийного радиоактивного загрязнения.

Для определения масштабов аварийного загрязнения местности, используемых в практике принятия управленческих решений, неизбежно придется определять нуклидный состав загрязнения для чего метод гамма-спектрометрии.

Выпускаемые отечественной промышленностью аэрогамма-спектрометры в составе серийных станций СКАТ-77 и СТК обеспечивают регистрацию аппаратурного спектра гамма-излучеиия з нескольких энергетических интервалах (ДК - дифференциальных

каналах ) , расположенных в областях фотопнков определяемых нуклидов.Стандартная настройка спектрометров приведена в Табл. I

Табл.1

Стандартная настройка азрогамма<пешраметра

дифференциальный Радионуклид Энергия Энергетический

канал фотопика (МэВ) диапазон

ДК-1 208x1 2.62 2.35-3.0

ДК-2 214В1 1.76 1.65-1.95

ДК-3 4 0К 1.46 1.33-1.58

ДХ-4 1.12, 1.06-1.20

да-5 137С8 0.66 • 0.60-0.14

ДК-6 . 2.20 2.06-2.20

ДК-7 234Ра 1.00 0.88-1.06

ДК-8 60СО 1.17,1.33 1.08-1.38

Приведенная настройка аэрогамма-спектрометра практически универсальна для всех сцинтилляционных типов гамма-спектрометров с большим объемом детектора. Наиболее часто используются пять первых дифференциальных каналов .

Наименьшими погрешностями .обусловленными статистическими флуктуациямн, при решении обратной задачи гамма-спектрометрии обладает метод работы в "широких энергетических окнах" - на основе решение системы линейных уравнений:.

(3)

где - искомое содержание (активность) радионуклида; ^ N1 - скорости счета гамма-квантов в 1-канале;

ау - спектральный коэффициент, учитывающий вклад излучения ^-ого нуклида в ¡-ом канале. Должно соблюдаться условие: |>]

Для оценки погрешности взаимовлияния радионуклидов запишем уравнение (3) в матричном виде:

0 = А^ . (4)

где<^ - вектор-столбец содержаний и,ТЬ,К,'37С$; • Ы- вектор-аолбец скоростей счета в ДК;

А - матрица градуировочных коэффициентов. Для удобства преобразуем уравнение (4) в вид:

Вх<3 = ГЧ (5)

Поскольку элементы В определяются,в силу различных причин, неоднозначно, для оценки устойчивости! решения удобно использовать элементы теории решения "плохо обусловленных

и

систем линейных уравнений" . При решении системы (3)

чувствительность определяется отношением к изменению элементов

В и N. Пусть мы имеем определение параметров с некой ошибкой ( = + Щ

4 (6)

I №гМ + бМ '

Тогда уравиени; (3) примет вид:

N + 6М = в^ю -г (7)

После вычитания .'руг из яр>|а уравнений (6) :: (7> получим:

ЗС^Вр-^П (8)

следовательно:

II 1/1 |аГ4| 1=1 1 , (9)

где 11в]||| - норма матрицы в дальнейшем просто В) определенная как

11аяМ=-/ЁйТр2 О»)

Относительная ошибка в определении вектора N.тогда составит:

1ид||/||д|1кМз||-1иИ||.!!5р||)/(||д||) (П)

Число ||в||-||В-1|| можно рассматривать, как число обусловленности задачи.Чем меньше это число,тем лучше обусловлена задача для

Перейдя к оцеше относительной' ошибки решения системы уравнений,предположим сдвиг рабочих окон,что неизбежно вызовет изменение элементов матрицы на 5В:

(В +8В)<0 + ГС}) = N или (В +8В)8С> =-5ВС* (12) По условиям В ш вырожденная матрица и сдвиг рабочих окон не должен привести к вырождению матрицы (В+8В) (I |В"'8В| I <1) . В соответсвии с уравнениями 9-12 получим:

116(31 !<(||В-16В1ММ1У(1- ИВ-«5В||) (13) исходя из условий невырожденности задачи

||в-1гв||<! о ||В-1|Ы1бВМ<1 (14)

оценим относительную погрешность в соответсвии с проведенными преобразованиями:

ИадИ МбвИ 1

—< (Ив1111в-1||) —---—----—

Ид11 • Ив|Ц1-11в1М1в-1||(||8вМ/Пв||)1 ..

(15)

Решающую роль в оценке обусловленности матрицы играет число :

к«||в||.||в-1||. (16)

Число "К" называют также спектральным числом ,что более полно соответствует условиям задачи. Для количественного сравнения различных систем настройки было посчитано спектральное число(16).Исходя из формул 4,14,15 следует,что спектральное число ,в соответствии с (15),не может быть меньше порядка матрицы.

Таблица 2 Вариации спектральных чисел

в&риаит настройка спектрометра (Табл.1) спектральное число

трехканальный геологический 1 ДК-1 ДК-2 дк-з 20.9

2 четырехканальный геологический ДК-1 ДК-2 ДК-ЗДК-4 146.4

з четырехканальный геологический ДК-1 (ДК-2+ДК-4) ДК-З 29.2

4 четырехканальный экологический ДК-1 ДК-1 ДК-З ДК-5 203.3

При вычислении полезного сигнала в спектре ,

обусловленного цезием-137, происходит геометрическое сложение погрешностей определения спектральных коэффициентов для ЕРН,: <2С8=Кб^1(ацС1+а21С2+а31Сз)^2(а12С|+а22С2+ «32Сз)-Из(а13С1+а23С2+аЗЗСз) (17) Формула (17) показывает источники ошибок в спектральных коэффициентах при N1.N2.N3.

Все сказанное по поводу нестабильности вычисления цезия-137 , ведущего гамма-излучающего техногенного радионуклида, заставил» автора искать более устойчивое решение обратной задачи гамма-спектрометрии.

Выбор энергетических интервалов, создающих максимальный полезный сигнал, обусловлен положениями фотопиков и вряд ли может быть улучшен, следовательно, для получения более устойчивого решения следует искать варианты системы с меньшей размерностью.

Преобразуем уравнение (17) для случая отсутствия загрязнения,

разложив уравнения для моноэлементных сред: 1 »

г 13

^ М5-С1(ацМ1+а^2+а13Кз)=0

I ^5-С2(а21^1+а22^2+Э23^з)-0 (18),

I ^-Сз(аз1К1+аз2^+аззКз)=0

Очевидно,что максимальной устойчивостью каждое из уравнений будет обладать в случае С=С2=Сз=ам=1 или:

, (19).

где можно искать в виде скорости счета в одном

единственном дополнительном энергетическом диапазоне . Условие (19) можно записать, с учетом принципа суперпозиции, в нде:

Г <?С8=о

I <*и: М5/1Чдоп=1 (20),

I <?к^5/1Чдоп=1 В случае строгого соблюдения условий (20) при выборе "дополнительного окна" решение относительно цезия-137 перестанет зависеть от соотношения ЕРН.

Рисунок 1 наглядно иллюстрирует совместное для веек моноэлементных спектров решение,приходящееся на диапазон 1.15 ^ 1.34 Мэв. _

п.

Я|

1.0Б

М4

В.»

1>«

ляз.

"135"

ж

М» " • ^^^

г - ....... Ч о

» "Ш......

ы 1.2 1Л

Рмс.5

1.4

1-5 Мав

Рис.1 Взаимное расположение дополнительных окав

Решение обратной задачи гамма-спектрометрии относительно цезня-137 примет вид:

дС5=а(М5-Мдоп) (21)

где а - градуировочный коэффициент.

Оценим возникающие при этом погрешности в определении активности цезия-137, как за счет соотношения массовых долей ЕРН, так и за счет нестабильности работы аппаратуры.

Доказательством независимости отношения (Н5/Идоп) от соотношения ЕРН может служить то,что границы "дополнительного окна" подбирались для условий с различным» содержаниями ЕРН Разложим излучение в дополнительном и цезиевом окне на составляющие, в соответствии с принципом суперпозиции, присвоив дополнительному окну номер9(ДК9): К=<М5/М9)И<С51гт С52<?и+

С530к)/(С91дтЬ+С920и+С93Рк» (22)

Результаты расчета по формуле (22) приведены в Табл.3, что подтверждает правильность выбора границ дополнительного окна для широких вариаций содержаний ЕРН.

Табл.3

Содержания уршю^тория и калия в различных типах почв

почвы уран тгорий калий К

Ц0"4%] [10"«%1 1%)

болотные 0.5 1.Ь 0.3 0.97

водвалисгые 0.7 3.0 -0.5 0.94.

дсрь-ороиодзолкстые 1.2 Ь.4 , 1.1? 1.03

серые легаше I .4 б.Ь ■ 1 .2 1. оз"

чериоаэм 1.7 8.6 ' 14 б .52

кавтако&ые '2.1 9.5 - ' 1.1 . . 1.П ■

сероаемц 2. Ъ 11 .4 2.2 1.05

Для оценки точности решения за счет нестабильности энергетической шкалы было проведено моделирование решения обратной задачи для спектров искусственно "пвинутых" на 2.3|'МХы>.Рсзульгаты модельных расчетов приведены в Табл.4, лля следующих' спектров 1 - (ГСО-1К25+ Г< О-1826+ГСО-18 2 7+6 М01 /91 (М а к л а ков о)): 2 - (6198/9} (Пусуи-Офи) >-6001/91 ); 3 -(6464/9> (Пут-Сари) + 6001«! ); 4 -<6№>К91 ).

Табл.4.

Реальная относительная ошибка обусловленная нестабильностью энергетической шкалы

СПЕКТР (}С$(ГО=0%> Ос5(и=0) Ос$(со=о>

0с5(Ю=+3%) (}С*(0)=+1%) (Зс»(ю=-3%) <2Св(Ш=-1%)

ПРИ КЛАССИЧЕСКОМ РЕШЕНИИ СИСТЕМНО 10)

1 0.76 0.91 1.21 1.07

2 0.85 о: 97 1.11 1.02

3 0.83 0. 98 Г.1? 1.04

4 0.87 0.97 1.13 1.02

П>И РЕШЕНИИ ЧЕРЕЗ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОКНО ,СИСТЕМА (3.33)

1 0.82 0.93 1.14 1.08

2 0.95 0.98 1.08 1.03

3 0.96 0.98 1.08 1.03

4 0.94 0.97 1.07 1.02

Данные, Приведенные о Табл.4 показывают , что при расчете активности цеэня-137 через дополнительное окно, ошибка за счет нелинейности (нестабильности) энергетической шкалы практически всегда меньше,чем при расчете классическим методом.

Таким образом .теоретические расчеты показали,что

предлагаемый вариант расчета поверхностной активности цезия-137 должен давать более устойчивое решение,что позволит понизить порог количественных определений цезия-137 и улучшить воспроизводимость результатов.

Для градуирования "чистого" сигнала цезкя-137 необходимо решить следующие задачи.

- учет вклада излучения цезия-134, который , с точки зрения

геохимии, в окружающей среде ведет себя сипфазно;........

- при гамма-спектральных наблюдениях ( особенно в аэро- варианте) необходим переход от поверхностной активимни (UJMep.vc.U0ii величине ) к запасу (законодательно нормируемой величине);

- создание меры цезия-137 (цезия-134) для градуирования дистанционной аппаратуры,позволяющей решить первые две проблемы.

При вычислении 137С$ путем раздельного учета вкладов излучения ЕРН вклад в ДК-5 не учитывается, а при

вычислении М^Сб через дополнительное окно вклад в ДК-5

уменьшается примерно на 5%. При картировании продуктов деления, обра-зовавшихся за одну компанию .выброшенных в результате аварии соотношение 137с5/134с$ сохраняется постоянным на »сей загрязненной площади и, следовательно, остается постоянным

систематическая ошибка в определении "чистого" сигнала, обусловленного 137с$. При правильной схеме градуировки эту ошибку можно исключить.

Далее рассмотрены пути перехода от поверхностной активности '37о; х запасу. Существует два подхода к пересчету позерхностдай активности в запас - при производстве АГС-съемки производится аэровизуальное картирование ландшафтов (пашня,целина лее) и, зная усредненные характеристики заглубления для различных типов ландшафтов , при построении карт вводится поправка за заглубление.

Реально ошибка при этом способе определения запаса может достигать 300%.

Для реализации второго подхода необходимо учесть параметры заглубления цезия-137 и, з зависимости от ландшафта, использовать две модели вертикального распределения :

- обычно в пахотном слое сельскохозяйственных ландшафтов радиоизотопы цезия распределены равномерно на глубину вспашки;

- на целинных участках активность меняется с глубиной по экспоненциальному закону:

А(г)=Аосхр(-хЮ , (23)

где А - ахтивноегь на глубине (г);

Ао - активность на поверхности;

Р - параметр заглубления

[см2/г].

Решение прямой задачи перехода от поверхностной активности к запасу дано в работах (И.М.Хайхович,1993).

Как известно , основное количество Iамма-квантов , притерпевшее множество актов комптоновского рассеяния , регистрируется в мягкой части аппаратурного энергетического спектра. Следовательно соотношение итснсивяосппготока гамма-квантов, лрнгерпевших комлгоновское рзгег-чн" и приходящихся на пик полного поглощения зависит от характера заглубления радионуклидов.

Для расчета поверхностной активности цезия-137 по интенсивности потока гамма-квантов возможно "применение прямого и обратного" решения метрологического обеспечения.

Под прямым решением подразумевается пересчет регистрируемого потока гамма-квантов, с учетом всех аппаратурных искажений, в поверхностную активность с учетом функций прохождения гамма-излучения через вещество (почву м воздух), ядерных характеристик радионуклидов, особенностей апаратуры.

При проведении АГС-сьемок для картирования чернобыльских вы-ладенин по программе "Атлас" использовался способ

1радуирования на полигонах с известной поверхностной активностью (запасом) цезия-137.

Такой полигон "Маклахово" расположен в западной части Ломоносовского района Ленинградской области, в 10 км от пос.Колорье.Полигон представляет собой относительно' ровный и протяженный участок (2х0.бкм),на котором нет лесного покрова . В 1988 г. автором этот участок был выбран из 5 прочих и затем на нем организованы работы положившие основу создания градуировочной площадки. Градуирование на таком стандартном образце позволяет более точно учесть функции влияния условий полета н метеорологических факторов, вклад цезия-134, параметры заглуб-ления, сопоставлять результаты, полученные различными аппаратурными комплексами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполнения работы решены следующие задачи: 1. Обобщены сведения о радиоэкологической обстановке л Санкт-Петербурге и Ленинградской области на основе сопоставления проявленности факторов природного,техногенно-измененного и искусственного радиационных фонов.

2, Проведено ранжирование раднацнонно опасных факторов по степени и области воздействия, в качестве основных факторов выделены два - Чернобыльские выпадения и облучение радоном. 3. Проанализированы возможности основ fn,ix существующих приборов и методов, применяемых для картирования аварийного радиоактивного загрязнения. Доказано,что наиболее универсальным для решения поставленных задач является сциятилляцнонная гамма-спектрометрия в азроварианте:

4. Для сцинтилляционных гамма-спектрометров разработан метод определения цезия-137 в присутсгии ЕРИ, позволяющий получать более устойчивое решения с меньшими погрешностям и. 5. Для метрологического обеспечения предлагаемого метода наиболее удобна система градуировочных полигонов, позволяющая учесть основные мешающие факторы.

Во время проведения исследований и написания диссертации соискатель получал помощь от научного руководителя дохтора геолого-минералогических наук, профессора -А. А.Смыслова, которому автор выражает свою признательность.

Автор также выражает искреннюю благодарность сотрудникам СПбГИ - Габитову P.M. , НПО "Радиевый институт" - Гаврилову В.М.,Тишкову В.П., а также коллегам из 1111 "Невскгеологня" А.П.Богоявленскому , В.М.Горькому , А.И.Потифорову и из НПО

"Рудгеофизика" - Т.Г.Брагннской, Е.И.Зубову , И.М.Хайковичу за постоянную помощь в работе над диссертацией.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в:

1 Исследования радиоактивных веществ в Балтийском море в В.П. Тишков, В.В.Решетов,Ц1ШИатсмннформ,М.,1992 г. - 38 с.

2 К вопросу о траектории прохождения "северного" Чернобыльского слега.В.В.Решетов ..Методика и некоторые результаты авиационной гамма-съемки радиоактивного загрязнения территории европейской часгн Россни.Сборннк статей. Гидрометеоиздат,С-Пб,1994 г.224-230с.

3 Комплексные радиоэкологические исследования - место в завтрашнем мире.А.И.Потнфоров,В.В.Решетов.Сбор1Шк докладов на конференции "Ядерные технологии в завтрашнем дне" ,С-Пб,1992 г.-128-130 с.

4 Пример комплексного радиоэкологического картирования, проведенного на ~ основе аэрогамма-спектрометрической съемки.А.И.Потнфоров.В.В.Решетов. Методика и некоторые результаты авиационной гамма-съемки радиоактивного загрязнения территории европейской часта Россни.Сборннк статей. Гидромстеоиздат,С-Пб, 1994 г.- 197-206 с.

5 Современный радиоэкологический облик регионов - результат взаимодействия природно-геологичесхих и техногенных факторов 01а примере Ижорского плато) В.А.Максимовский, М.Г.Харламов, И.А.Лучин,В.В.Решетов.,Тезнсы докладов XXXI. годичной сессии ученого совета ВСЕГЕИ.С-Пб. 1993г. - 17с.

6 Фактор радонового риска на территории Санкт-Петербурга. Ю.В.Хлебалин,В.В.Решегов,И.В.Шкрабо.,Тезисы докладов научно-практической конференции "Критерии экологической безопасности". Санкт-Петербургский научный центр. 1994 г. -56 с.

7 Evaluation • of ecological sensing technique .N.Mashynov, V.Reshetov. Scince of the Total Environment-1994 - 8 p.

8 Study of radioactiv substences in îhe Baltic Sea in 1986-1987 .STUK-B-VAO 69,Helsinki, 1991..E.IIUS, V.Gaviilov, V.Reshetov

9 Карта радиационной обстановки на территории Европейской части СНГ il государств Балтии по состоянию на январь 1993 г. Плотность загрязнения цезием-137.Масштаб 1:2 500 ООО.Под ред.Ю.А.Израэля.Минск,1993 г.

10 Карта радиоактивного загрязнения Европейской части н Уральского региона России цезием-137 (По состоянию на январь 19УЗ г.) Под ред.Ю,А.Израэля.М.,1993г.