Радиоактивные подземные воды

Радиоактивность природных вод

В питьевом водоснабжении преимущественно используются поверхностные воды из рек, озер, водохранилищ, а также грунтовые воды из колодцев, родников и подземные воды (артезианские скважины, глубокие скважины для извлечения так называемых трещинных вод из зон кристаллических массивов). Радиоактивность вод обусловлена переходом радионуклидов из вмещающих пород в воду в результате растворения неустойчивых минералов или выщелачивания (переход элемента из минерала без нарушения его кристаллической структуры).

При оценках радиационного качества питьевых вод принято учитывать из ЕРН — 40К, радионуклиды рядов 238U и 232Th.

Не рассматриваются ЕРН ряда 235U (его содержание в природном уране в ~22 раза меньше, чем 238U). Удельные активности космогенных радионуклидов малы и при рассмотрении радиационной безопасности питьевой воды вкладом от облучения этими радионуклидами можно пренебречь (кроме особых случаев, связанных с ЕРН 3Н, 14С).

Радиоактивность вод изменяется в очень широких пределах в зависимости от радиоактивности вмещающих пород, интенсивности их выветривания, механизма выноса радионуклидов из этих пород водой, гидрогеологических условий, химического состава воды, формы нахождения ЕРН в воде, близости берегов и глубины водоема и даже климатических условий Вариации содержаний ЕРН в водах даже одного типа в данной климатической зоне могут достигать одного порядка, а в разных климатических зонах 2-3 порядков и более. Установить какие-либо фоновые значения содержаний ЕРН в природных водах затруднительно.

В северных широтах (осадки преобладают над испарением) преобладают гидрокарбонатно-кальциевые воды с минерализацией 0,1¸0,2 г/л, а в южных засушливых районах (испарения преобладают над осадками) преобладают сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевые воды с минерализацией 2¸5 г/л. В соответствии с этим изменяется и радионуклидный состав вод. Так, средние содержания 238U в речных водах изменяется от ~1 Бк/м3 в северных широтах до 600 Бк/м3 в южных аридных областях, достигая (1¸5)´105 Бк/м3 в водах озер засушливых районов, как и в артезианских водах и водах минеральных источников.

Содержание ЕРH в поверхностных водах широко варьирует даже для вод конкретного водоема и зависит от многих факторов, в том числе от количества взвешенного тонкодисперсного материала в воде, которое само по себе изменчиво и зависит от времени и места отбора проб воды для анализа. На мелководье, например, содержание ЕРН в 1,5¸3,0 раза выше среднего из-за большого содержания взвеси в воде.

Радиоактивность вод обусловлена прежде всего присутствием в них238,234U, 226,228,224Ra, 222Rn,220Th и 40К. Значительно меньше удельные активности 210 Pb и 210Pо. Содержания 232Th очень низки, но в редких случаях могут встречаться значительные содержания долгоживущих радионуклидов 228,230Th.

В отличие от горных пород и илов в природных водах, как правило, нарушено радиоактивное равновесие в рядах урана и тория. Это связано с различием химических свойств и миграционных способностей радиоактивных элементов и их изотопов. Так, миграционная способность радионуклидов урана много больше миграционной способности радионуклидов тория, а из двух изотопов более подвижным будет наиболее короткоживущий, так как он при выщелачивании не связан с кристаллической решеткой и не успевает диффундировать из раствора в кристаллическую структуру вмещающих пород. Типичные соотношения активностей ЕРН в природных водах приведены в таблице.

В подземных водах содержание 238U больше, чем в поверхностных; так, содержание урана в грунтовых водах выше содержания его в поверхностных водах США до 4 раз

Степень нарушения радиоактивного равновесного отношения 222Rn/ 226Ra в подземных водах больше, чем в поверхностных в результате эманирования 222Rn из горных пород и растворения его в воде Содержание 222Rn в воде из глубоких скважин может превышать 100 кБк/м3, в то время как для большинства потребителей питьевой воды из поверхностных источников и из водоносных горизонтов содержание 222Rn не превышает 1 кБк/м3.

Согласно данным таблицы в наибольшей степени радиоактивное равновесие нарушается в ряду 238U®230Th для любых природных вод.

Имеющиеся в литературе данные о содержаниях ЕРН в природных водах сведены в таблице.

Кроме данных о содержаниях ЕРН в поверхностных водах внесены данные и для подземных вод, так как около 10% населения земного шара используют для водоснабжения воду из подземных горизонтов, а в отдельных районах подземные воды являются единственными источниками водоснабжения.

Содержания урана в большинстве вод в среднем не более 2,5 Бк/м3, но в урановых провинциях в общем на порядок выше — (12¸120 Бк/м3 ), а в отдельных случаях может превышать 600 Бк/м3, особенно если в воде имеет место повышенное содержание сульфидов, хлоридов, карбонатов, фосфатов, нитратов или гумусного материала.

Подземные и родниковые воды содержат уран в количестве, в общем на порядок большем, чем поверхностные. Океанские воды содержат уран в количестве 12¸73 Бк/м3. В большинстве природных вод содержание урана существенно выше, чем содержание тория: Th/U @ 0,05.

Содержание урана в речных водах изменяется в пределах 1,2¸1200 Бк/м 3. Такие вариации содержаний, как указывалось выше, связаны со значительными различиями содержания урана в горных породах, интенсивности их выветривания, с многообразием форм нахождения урана в речных водах. Большая часть урана содержится в речных водах в растворимых формах. Содержание урана во взвешенном материале меньше и подвержено сильному влиянию климатических условий. Радионуклиды радия в воде находятся главным образом в ионной форме и характеризуются высокой миграционной способностью. Известна способность радия концентрироваться в известковых раковинах и водорослях — отмечен значительный перенос радия на дно водоемов.

В воде концентрация радия ниже, чем можно ожидать из условия радиоактивного равновесия с ураном, вследствие эффективного удаления радия из водной фазы.

Миграционная способность тория в водной фазе и интенсивность его выноса из коры выветривания меньше, чем у урана (торий сохраняется преимущественно в коре выветривания). Основная часть тория мигрирует в реках с обломочным материалом во взвешенном и коллоидном состояниях и быстро осаждается из водной толщи из-за склонности к гидролизу и адсорбции на взвеси, частицах и коллоидах.

В ряде случаев содержания тория возрастают по мере приближения к береговой линии (как следствие увеличения содержаний его во взвеси и повышенного содержания самой взвеси). Наиболее четко это прослеживается в Азовском море, где содержание тория в воде изменяется в пределах 0,16¸8,80 Бк/м 3.

Питьевые воды имеют сравнительно низкие содержания 210Pb, 210Bi и 210Po и имеется очень большой разброс в содержаниях 210Ро (до 4-х порядков).

Наиболее подробно изучена радиоактивность поверхностных и подземных питьевых вод средней полосы Европейской России. Данные об удельных активностях ЕРН включены в следующие таблицы.

Суммарные a- и b-активности этих вод варьируют в пределах:

Фоновая b-активность природных вод на 50-90% обусловлена 40К, а в a-активность наибольший вклад дают 234,238U, 224,226Ra (если не учитывать 222Rn и 220Th и продуктов их распада).

Вода из колодцев характеризуется 40% избытком 234U по отношению к 238U. Изотопные отношения: 234U / 238U = 1,4; 226Ra / 230U =6; 226Ra / 228Ra = 2,4; 224Ra \ 228Ra = 4,1. радиоактивность гидросфера торий

Вода артезианских скважин (из водоносных горизонтов зоны известковых пород) отличается относительно более высокими удельными активностями радионуклидов радия, особенно 224Ra и высокими суммарными активностями.

Воды из трещиноватых водоносных зон кристаллических пород обычно имеют очень высокие изотопные отношения (234U / 238U =17) и высокие суммарные активности.

Подземные питьевые воды по радионуклидному составу классифицируются на три типа: урановые, радиевые и смешанные.

Воды радиевого типа имеют высокие изотопные отношения 226Ra /238U = 10¸18 при относительно небольших отношениях 234U / 238U = 1,4 и 210Pо / Г = 0,12¸1,2. Суммарные активности этих вод изменяются в широких пределах: АSa = 120¸3500; АSb = 170¸2550 Бк/м 3. Радионуклидный состав вод этого типа можно иллюстрировать данными для источников в Тверской области (№ 1) и и Московской области (№ 2,3).

Воды уранового типа характеризуются низким изотопным отношением 226Ra / 238U = 0,04¸1,0, близким к 1 изотопным отношением 234U / 238U = 1,1¸2,6 и низким отношением 210Pо / 238U = 0,01¸0,08. Суммарные активности этих вод относительно невелики: АSa = 150¸1160; А Sb = 110¸1100 Бк/м3.

Радионуклидный состав вод уранового типа иллюстрируется данными для источников в Белгородской области (№ 1, № 2) и Московской области (№ 3).

Для вод смешанного уран-радиевого типа характерно изотопное отношение 226Ra / 238U @ 1 и относительно низкие суммарные активности АSa = 260¸840; АSb = 160¸590 Бк/м3.

Примеры радионуклидного состава для 3-х источников этого типа (Московская область):

Для этих вод характерно близкое к 1 изотопное отношение 224Ra /238U = 1,2¸2,1 и низкое изотопное отношение 210Pо / 238U = 0,08¸0,2.

Среди подземных источников иногда встречаются источники с высоким содержанием 210Pо. Это объясняется тем, что водозаборная скважина попадает в зону тектонической структуры с усиленной эманирующей способностью. Примерами таких источников являются 2 водозаборные скважины (Московская область).

Для этих источников изотопное отношение 234U / 238U близко к 1 (1,4¸2,1), а изотопные отношения 226Ra / 238U и 210Pо / 238U высоки (4¸12).

Источник

Рейтинг
Ufactor
Добавить комментарий