Spektrometria jądrowa w badaniu biodęstopności radionuklidów z "gorących cząstek typu paliwowego" w środowisku leśnym
Loading...
DOI
Files
Date
2003
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences
Abstract
Głównym celem omawianych w pracy badań, prowadzonych w latach 1994-2003, było
możliwie szerokie rozpoznanie zróżnicowania depozycji i skali włączenia w obieg mikroelementów
wybranych składników opadu czarnobylskiego, związanych z drobno zdyspergowanym paliwem
jądrowym, zwanym „gorącymi cząstkami typu paliwowego”. Najbardziej charakterystycznymi
radionuklidami dla tej frakcji opadu były izotopy plutonu i inne transuranowce takie jak izotopy kiuru
i ameryku [Broda i inni, 1989] oraz 90 Sr. Uwaga autora koncentrowała się głównie, choć nie
wyłącznie, na tych radionuklidach. Początkowo, w latach 1994-1997 prace dotyczyły próby
rekonstrukcji depozycji na terenie Polski izotopów: 238 Pu, 239 Pu, 240 Pu, 241 Pu, 241 Am i 90 Sr. Badania te
były naturalną kontynuacją i uzupełnieniem wcześniejszych prac nad zróżnicowaniem opadu
czarnobylskiego pierwiastków gamma-promieniotwórczych, przedstawionych w pracy doktorskiej
autora [Mietelski, 1994]. Poznanie zróżnicowania geograficznego opadu stanowiło etap
przygotowawczy dla zasadniczych, późniejszych badań prowadzonych w latach 1997-2002. Dotyczyły
one przenikania wymienionych radionuklidów do różnych elementów ekosystemu w środowisku
leśnym.
Po kilkunastu latach od wystąpienia opadu czarnobylskiego, przebywające w środowisku
„gorące cząstki” mogły ulec częściowemu lub całkowitemu rozpuszczeniu. Istniało uzasadnione
przypuszczenie, że zawarte w nich radionuklidy mogły przedostawać się do różnych elementów
środowiska. Przez tytułową „biodostępność” rozumie się właśnie zdolność badanych radionuklidów
do przenikania do organizmów żywych.
Izotopy plutonu, 241 Am i 90 Sr znajdowały się w środowisku już przed katastrofą czarnobylską,
jako pozostałość globalnego opadu promieniotwórczego po atmosferycznych testach broni jądrowej.
Rozróżnienie frakcji czarnobylskiej i globalnego opadu stanowiło nieodzowną część badań.
Przedstawione w pracy badania prowadzono w Laboratorium Badań Skażeń Radioaktywnych
Środowiska (LBSRŚ) Zakładu Fizykochemii Jądrowej IFJ w ramach działalności statutowej i dwóch
projektów badawczych KBN kierowanych przez autora: „Izotopy plutonu, ameryku, strontu, europu
i kiuru w kościach dzikich roślinożernych zwierząt” (nr. 6P04G 09014, realizowany w latach 1998-
2000, oceniony przez KBN na „bardzo dobrze”) oraz „Bioindykacja skażeń radioaktywnych, głównie:
90 Sr, 241 Am oraz izotopami plutonu, z wykorzystaniem owadów i roślin oraz innych elementów
ekosystemów semi-naturalnych ” (nr. 6P04G 07520, realizowany w latach 2001-2003, jeszcze nie
oceniony). Omawiane wyniki były w większości przedmiotem publikacji, wymienionych w niniejszej
pracy wśród pozycji literaturowych.
Interdyscyplinarność prowadzonych badań wymagała współpracy głównie z biologami
i leśnikami z Akademii Rolniczej w Krakowie. Dzięki temu uzyskiwano próbki właściwie pobrane
oraz określone zgodnie z aktualna terminologią stosowaną w naukach leśnych, a w przypadku
organizmów żywych poprawnie oznaczone gatunkowo. Współpracowano również z innymi
zespołami badającymi radioaktywność środowiska, głównie z Zakładem Biofizyki Akademii
Medycznej w Białymstoku. Pomiary, których realizacja nie była w danym momencie możliwa w IFJ
wykonano we współpracy w innymi ośrodkami: Uniwersytetem Północnej Arizony w Flagstaff
(USA), Instytutem Fizyki UŚ w Katowicach oraz Instytutem Technik Jądrowych Politechniki
Budapeszteńskiej. Z ostatnim z wymienionych ośrodków współpracowano też w zakresie rozwoju
stosowanych metod radiochemicznych. Zasadniczo posługiwano się metodami radiochemicznymi
opracowanymi w Laboratorium Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (IAEA) w Seibersdorfie
(Austria), gdzie autor odbył staż naukowy w 1991 roku.
W pierwszej części pracy przedstawiono w zarysie zagadnienia związane z depozycją „gorących
cząstek”, scharakteryzowano podstawowe własności plutonu, ameryku i 90 Sr oraz omówione elementy
radioekologii. W drugiej części zaprezentowano instrumentalne techniki pomiarowe współczesnej,
wysokorozdzielczej stosowanej spektrometrii jądrowej: półprzewodnikową spektrometrię
promieniowania alfa, spektrometrię promieniowania beta wykorzystującą ciekłe scyntylatory oraz
półprzewodnikową spektrometrię promieniowania gamma. Zaprezentowano spektrometr
promieniowania gamma z osłoną czynną skonstruowany w IFJ przy współudziale autora. Oprócz typowych metod przedstawiono metody uzupełniające wykorzystujące takie zjawiska jak efekt
Czerenkowa lub promieniowanie hamowania (bremsstrahlung). Zaprezentowano również w zarysie
spektrometrię masową i jej zastosowanie w badaniach radioekologicznych oraz zasygnalizowano
wzrastające znaczenie w badaniach środowiska tej techniki. Omówienie to w założeniu miało
wykraczać ponad niezbędne, z punktu widzenia metodologicznego, przedstawienie zastosowanych w
później omawianych badaniach metod pomiarowych. Intencją autora było ich szersze zaprezentowanie
metod jądrowych w aspekcie ich zastosowań do badań środowiskowych, na przykładzie rozwiązań
przyjętych w LBSRŚ (IFJ). Poszerzonego omówienia tych metod dokonano z myślą o dydaktycznym
przesłaniu niniejszej pracy, dla uzupełnienia dostępnej już na rynku wydawniczym literatury
przedmiotu [Hrynkiewicz i Rokita, 1999].
W trzeciej, najobszerniejszej części pracy przedstawiono wyniki badań własnych prowadzonych
głównie w ramach wspomnianych powyżej projektów badawczych.
Z myślą o walorach dydaktycznych pracy przygotowano uzupełniający ją dwuczęściowy Aneks.
Zaprezentowano w nim opis opracowanych przez autora programów komputerowych służących do
analiz widm promieniowania gamma (PIMP) i alfa (ALF) oraz szczegółowo przedstawiono
zastosowane metody radiochemicznego oczyszczania, wydzielania i zatężania poszukiwanych
radionuklidów.
Dla uproszczenia terminologii w całej pracy przez aktywność rozumie się stężenie aktywności
(lub jako synonim: zawartość) wyrażone w Bq/kg suchej masy (s.m.), z wyjątkiem miejsc, gdzie
wyraźnie określono to w inny sposób.
Przedmiot pracy dotyczy skutków pewnych działań rodzaju ludzkiego, stąd motto....