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

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.

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

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. 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.

29. 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.

30. 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.

31. 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.