References

radhyd

Радиационная гигиена

Radiatsionnaya Gygiena = Radiation Hygiene

1998-426X2409-9082

NIIRG

10.21514/1998-426X-2019-12-3-27-41

radhyd-639

Research Article

Научные статьи

Scientific articles

Вертикальное распределение 137Cs в дерново-подзолистой песчаной почве на лугах и в лесах Брянской области в 2015–2016 гг.

Vertical distribution of 137Cs in soddy-podzolic sandy soil in grasslands and forests of the Bryansk region in 2015–2016

Рамзаев

В. П.

Ramzaev

V. P.

Рамзаев Валерий Павлович – кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории внешнего облучения

Valery P. Ramzaev – Candidate of Medical Sciences, Leading Researcher of the Laboratory of External Exposure

Mira Str., 8, Saint-Petersburg, 197101

V.Ramzaev@mail.ru

Барковский

А. Н.

Barkovsky

A. N.

Барковский Анатолий Николаевич – руководитель Федерального радиологического центра

Санкт-Петербург

Anatoly N. Barkovsky – Head of the Federal Radiological Centre

Saint-Petersburg

Варфоломеева

К. В.

Varfolomeeva

K V.

Варфоломеева Ксения Владимировна – младший научный сотрудник лаборатории экологии

Санкт-Петербург

Kseniya V. Varfolomeeva – Junior Researcher of the Laboratory of Ecology

Saint-Petersburg

Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт радиационной гигиены имени профессора П.В. Рамзаева, Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияSaint-Petersburg Research Institute of Radiation Hygiene after Professor P.V. Ramzaev, Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Well-BeingRussian Federation

2019

09102019

1232741

2019

Рамзаев В.П., Барковский А.Н., Варфоломеева К.В.

Ramzaev V.P., Barkovsky A.N., Varfolomeeva K.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.radhyg.ru/jour/article/view/639

Вертикальное распределение природных и техногенных радионуклидов в почвенном профиле является определяющим параметром при вычислении мощности дозы гамма-излучения в воздухе над поверхностью земли и эффективной дозы внешнего облучения человека. Основной целью настоящей работы являлось определение вертикального распределения 137Cs в дерново-подзолистой песчаной и супесчаной почве в лесах и на лугах в юго-западных районах Брянской области в отдаленном периоде после Чернобыльской аварии. В 2015–2016 гг. на 7 целинных луговых и 13 лесных участках были отобраны керны почвы до глубины 20 см. Керны разрезали на горизонтальные слои толщиной 2 см. Определение активности 137Cs в пробах проводили при помощи полупроводникового гамма-спектрометра с размещением детектора и счетного образца внутри низкофоновой камеры. Удельная активность в пробах сухой почвы (n = 200) варьировала от 6,35 Бк/кг до 83300 Бк/кг при среднем значении 4550 Бк/кг. На лугах в трех случаях максимальная удельная активность была определена в самом верхнем слое. С увеличением глубины удельная активность снижалась и достигала минимума в наиболее глубоких слоях. Разница между поверхностным и самым глубоким слоем составила два-три порядка величины. На трех других лугах отмечалось сравнительно равномерное распределение 137Cs в верхних 4–6 см с последующим уменьшением удельной активности с нарастанием глубины. На одном луговом участке пик активности 137Cs был обнаружен на глубине 4–6 см. В лесу наиболее типичным (в 10 случаях) было наличие выраженного максимума удельной активности 137Cs в самом верхнем слое. Экспериментально полученные значения общего запаса 137Cs в верхних 20 см почвы на площадках находились в диапазоне от 42 до 1940 кБк/м2. Значения запаса 137Cs положительно и статистически значимо коррелировали с официально установленными уровнями поверхностного загрязнения цезием-137 территории близлежащих населенных пунктов. Вертикальная миграция радиоцезия в почве на обследованных участках, в основном, ограничивалась верхними 10 см, которые в среднем содержали 94% от общего запаса 137Сs, находящегося в 20-сантиметровом слое почвы. Менее 1% общего запаса 137Cs было обнаружено в самом нижнем отобранном слое почвы (18–20 см). Полученные распределения активности 137Сs были использованы для вычисления мощности кермы в воздухе на высоте 1 м над почвой на обследованных площадках. Значения мощности воздушной кермы находились в диапазоне от 52 до 2240 нГр/ч (в среднем – 807 нГр/ч). Запас цезия-137, содержавшийся в верхних 6 см почвы, определял около 95% и 90% мощности кермы в лесу и на лугу соответственно. Радиоцезий, мигрировавший в почву на глубину более 10–12 см, давал пренебрежимо малый вклад (менее 1%) в мощность кермы гамма-излучения в воздухе. В практическом плане это свидетельствует о том, что глубина пробоотбора почвы, равная 20 см, в настоящее время вполне достаточна для оценки мощности дозы гамма-излучения в воздухе на целинных лугах и в лесах.

Vertical distribution of natural and man-made radionuclides in the soil profile is a decisive parameter when calculating the dose rate of gamma radiation in the air above the ground and the effective dose of external human exposure. The main purpose of this work was to determine vertical distribution of 137Cs in soddy-podzolic sandy and sandy-loam soils in forests and grasslands in the south-western districts of the Bryansk region in the remote period after the Chernobyl accident. In 2015–2016, soil cores were sampled in 7 virgin meadows and 13 forested areas to a depth of 20 cm. The cores were cut into horizontal layers 2 cm thick. The 137Cs activity in the samples was determined using a semiconductor gamma spectrometer. The activity concentration in samples of dry soil (n = 200) ranged from 6.35 Bq/kg to 83300 Bq/kg with an average of 4550 Bq/kg. In the meadows in three cases, the maximum activity concentration was determined in the uppermost layer. With increasing depth, the activity concentration decreased and reached a minimum in the deepest layers. A difference between the surface layer and the deepest layer was two to three orders of magnitude. The three other meadows showed a relatively uniform distribution of 137Cs in the upper 4–6 cm, followed by a decrease in activity concentration with an increase in depth. In one meadow area, a peak of the 137Cs activity was found at a depth of 4–6 cm. In the forest, the most typical (in 10 cases) was the presence of a pronounced maximum activity concentration of 137Cs in the uppermost layer. The experimentally obtained values of the 137Cs inventory in the upper 20 cm of soil at the surveyed sites ranged from 42 to 1940 kBq/m2. The values of 137Cs inventory positively and statistically significantly correlated with officially established levels of 137Cs surface ground contamination for the territory of nearby settlements. Vertical migration of 137Cs in the soil in the surveyed areas was mainly limited to the upper 10 centimeters. The layer on average contained 94% of the total 137Cs inventory. Less than 1% of the total 137Cs inventory was found in the deepest soil layer sampled (18–20 cm). The obtained 137Сs activity distributions were used to calculate kerma rate in the air at a height of 1 m above the ground at the surveyed sites. The air kerma rate ranged from 52 to 2240 nGy/h (on average, 807 nGy/h). The caesium-137 deposit in the upper 6 cm of soil determined about 95% and 90% of the air kerma rate in the forests and in meadows, respectively. Radioactive caesium, which migrated into the soil to a depth of more than 10–12 cm, gave a negligible contribution (less than 1%) to the gamma-radiation dose rate in the air. In practical terms, it indicates that the depth of soil sampling equal to 20 cm is currently quite sufficient to estimate the dose rate of gamma radiation in the air in virgin grasslands and in forests.

Чернобыльская авариялуглеспочва137Csвертикальное распределениемощность кермы в воздухе

Chernobyl accidentgrasslandforestsoil137Csvertical distributionair kerma rate

References1

ICRU – International Commission on Radiation Units and Measurements, 1994. Gamma-Ray Spectrometry in the Environment. ICRU report: 53. Bethesda, Maryland, USA.

Arapis, G., Chesnokov, A., Ivanova, T., Potapov, V., Sokolic, G. Evaluation of dose equivalent reduction as a function of vertical migration of 137 Cs in contaminated soil. J. Environ. Radioact., 1999, Vol. 46, pp. 251–263.

Jacob, P., Meckbach, R. Measurements after the Chernobyl accident in relation to the exposure of an urban population. In: Restoration of Environments Affected by Residues from Radiological Accidents: Approaches to Decision Making. IAEA-TECDOC-1131. International Atomic Energy Agency, Vienna, 2000, pp. 34–41.

Bunzl, K., Hillmann, U., Jacob, P., Kretner, R., Schimmack, W., Tikhomirov, F., Scheglov, A., Arkhipov, N.P., Arkhipov, A.N., Alexakhin, R.M., Kruglov, S.F., Loschilov, N., Ivanov, Y., Levchuk, S., Kashparov, V., Oreshich, L. Radionuclide mobility in soils and its effect on the external radiation exposure. In: The Radioecological Consequences of the Chernobyl Accident. Proceedings of the First International Conference. Minsk, Belarus, 18 to 22 March 1996. European Commission, EUR 16544EN, 1996, pp. 311–314.

Bunzl, K., Schimmack, W., Jacob, P. Uncertainty analysis of the external gamma-dose rate due to the variability of the vertical distribution of 137 Cs in the soil. J. Environ. Radioact., 2001, Vol. 54, pp. 243–252.

Golikov, V.Yu., Balonov, M.I., Jacob, P. External exposure of the population living in areas of Russia contaminated due to the Chernobyl accident. Radiat. Environ. Biophys., 2002, Vol. 41, No. 3, pp. 185–193.

Saito, K., Petoussi-Henss, N. Ambient dose equivalent conversion coefficients for radionuclides exponentially distributed in the ground. J. Nucl. Sci. Technol., 2014, Vol. 51, pp. 1274–1287.

UNSCEAR – United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and Effects of Ionizing Radiation, Report to the General Assembly with Scientific Annexes. United Nations, New York, 2000.

Ramzaev, V., Yonehara, H., Hille, R., Barkovsky, A., Mishine, A., Sahoo, S.K., Kurotaki, K., Uchiyama, M. Gamma-dose rates from terrestrial and Chernobyl radionuclides inside and outside settlements in the Bryansk Region, Russia in 1996– 2003. J. Environ. Radioact., 2006, Vol. 85, pp. 205–227.

Bunzl, K., Schimmack, W., Krouglov, S.V., Alexakhin, R.M. Changes with time in the migration of radiocesium in the soil, as observed near Chernobyl and in Germany,1986–1994. Sci. Tot. Environ., 1995, Vol. 175, pp. 49–56.

Korobova, E., Ermakov, A., Linnik, V. 137 Cs and 90 Sr mobility in soils and transfer in soil–plant systems in the Novozybkov district affected by the Chernobyl accident. Appl. Geochem., 1998, Vol. 13, No. 7, pp. 803–814.

Shand, C.A., Ros é n, K., Thored, K., Wendler, R., Hillier, S. Downward migration of radiocaesium in organic soils across a transect in Scotland. J. Environ. Radioact., 2013, Vol. 115, pp. 124–133.

Takahashi, J., Tamura, K., Suda, T., Matsumura, R., Onda, Y. Vertical distribution and temporal changes of 137 Cs in soil profiles under various land uses after the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant Accident. J. Environ. Radioact., 2015, Vol. 139, pp. 351–361.

Eden, M., Felbermeier, B., Mosandl, R., Völkel, J. Vertical distribution of 137 Cs in the contaminated soil of a spruce forest in Southern Germany 12 years after regeneration cutting. Forest Ecol. Manag., 2017, Vol. 406, pp. 402–409.

Ramzaev, V., Barkovsky, A. Vertical distribution of 137 Cs in grassland soils disturbed by moles (Talpa europaea L.). J. Environ. Radioact., 2018, Vol. 184–185, pp. 101–108.

Ramzaev, V.P., Barkovsky, A.N. Estimation of the air kerma rate from 137 Cs and 134 Cs deposited on the ground in the Sakhalin region of Russia after the Fukushima accident. Radiatsionnaya Gygiena = Radiation Hygiene, 2019, Vol. 12, No. 1, pp. 36–51.

Saito, K., Mariuchi, S. Development of a Monte Carlo code for the calculation of gamma ray transport in the natural environment. Radiat. Prot. Dosimetry, 1985, Vol. 12, No. 1, pp. 21–28.

Saito, K., Jacob, P. Gamma ray fields in the air due to sources in the ground. Radiat. Prot. Dosimetry, 1995, Vol. 58, pp. 29–45.

Timms, D.N., Smith, J.T., Cross, M.A., Kudelsky, A.V., Horton, G., Mortlock, R. A new method to account for the depth distribution of 137 Cs in soils in the calculation of external radiation dose-rate. J. Environ. Radioact., 2004, Vol. 72, pp. 323–334.

Karadeniz, Ö., Çakır, R., Karakurt, H. Estimation of vertical migration velocity of 137 Cs in the Mount IDA/Kazdagi, Turkey. J. Environ. Radioact., 2015, Vol. 146, pp. 27–34.

Golikov, V., Balonov, M., Ponomarev, A. Estimation of external gamma radiation doses to the population after the Chernobyl accident. In: Merwin, S.E., Balonov, M.I. (Eds.), Doses to the Soviet Population and Early Health Effects Studies. The Chernobyl Papers, Vol. 1. Research Enterprises, Richland, 1993, pp. 247–288.

Roed, J., Andersson, K.G., Barkovsky, A.N., Vorobiev, B.F., Potapov, V.N., Chesnokov, A.V. Triple digging – a simple method for restoration of radioactively contaminated urban soil areas. J. Environ. Radioact., 1999, Vol. 45, pp. 173–183.

Рамзаев, В.П. Сравнение расчетных и измеренных значений мощности кермы в воздухе над почвой, загрязненной 137 Cs / В.П. Рамзаев, В.Ю. Голиков// Радиационная гигиена. – 2015. – Т. 8, № 4. – С. 42–51.

Ramzaev V.P., Golikov V.Yu. A comparison of measured and calculated values of air kerma rates from 137 Cs in soil. Radiatsionnaya Gygiena = Radiation Hygiene, 2015, Vol. 8, No. 4, pp. 42–51. (In Russian).

Fesenko, S.V., Voigt, G., Spiridonov, S.I., Sanzharova, N.I., Gontarenko, I.A., Belli, M., Sansone, U. Analysis of the contribution of forest pathways to the radiation exposure of different population groups in the Bryansk region of Russia. Radiat. Environ. Biophys., 2000, Vol. 39, pp. 291–300.

Fesenko, S.V., Voigt, G., Spiridonova, S.I., Gontarenko, I.A. Decision making framework for application of forest countermeasures in the long term after the Chernobyl accident. J. Environ. Radioact., 2005, Vol. 82, pp. 143–166.

Ramzaev, V., Repin, V., Medvedev, A., Khramtsov, E., Timofeeva, M., Yakovlev, V. Radiological investigations at the “Taiga” nuclear explosion site, part II: man-made γ-ray emitting radionuclides in the ground and the resultant kerma rate in air. J. Environ. Radioact., 2012, Vol. 109, pp. 1–12.

Ramzaev, V., Barkovsky, A., Goncharova, Yu., Gromov, A., Kaduka, M., Romanovich, I. Radiocesium fallout at the grasslands on Sakhalin, Kunashir and Shikotan Islands due to the Fukushima accident: the radioactive contamination of soil and plants in 2011. J. Environ. Radioact., 2013, Vol. 118, pp. 128–142.

Брук, Г.Я. Средние годовые эффективные дозы облучения в 2014 году жителей населенных пунктов Российской Федерации, отнесенных к зонам радиоактивного загрязнения вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС (для целей зонирования населенных пунктов)/ Г.Я. Брук, А.Б. Базюкин, А.А. Братилова, А.Ю. Власов, Ю.Н. Гончарова, А.В. Громов, Т.В. Жеско, М.В. Кадука, О.С. Кравцова, И.К. Романович, К.А. Сапрыкин, В.С. Степанов, Н.В. Титов, И.Г. Травникова, О.Е. Тутельян, В.А. Яковлев // Радиационная гигиена. – 2015. – Т. 8, № 2. – С. 32–128.

Bruk G.Ya, Bazyukin A.B., Bratilova A.A., Vlasov A.Yu., Goncharova Yu.N., Gromov A.V., Zhesko T.V., Kaduka M.V., Kravtsova O.S., Romanovich I.K., Saprykin K.A., Stepanov V.S., Titov N.V., Travnikova I.G., Tutelyan O.E., Yakovlev V.A. The average annual effective doses for the population in the settlements of the Russian Federation attributed to zones of radioactive contamination due to the Chernobyl accident (for zonation purposes), 2014. Radiatsionnaya Gygiena = Radiation Hygiene, 2015, Vol. 8, No. 2, pp. 32–128. (In Russian).

Roed, J., Andersson, K.G., Barkovsky, A.N., Fogh, C.L., Mishine, A.S., Olsen, S., Ponomarev, A.V., Prip, H., Ramzaev, V.P., Vorobiev, B.F. Mechanical Decontamination Tests in Areas Affected by the Chernobyl Accident. RISØ National Laboratory report Risø-R-1029 (EN). RISØ National Laboratory, Roskilde, Denmark, 1998.

Laedermann, J.-P., Byrde, F., Murith, C. In-situ gamma-ray spectrometry: the influence of topography on the accuracy of activity determination. J. Environ. Radioact., 1998, Vol. 38, pp. 1–16.

Gering, F., Kiefer, P., Fesenko, S., Voigt, G. In situ gammaray spectrometry in forests: determination of kerma rate in air from 137 Cs. J. Environ. Radioact., 2002, Vol. 61, pp. 75–89.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.