Мониторинг радиоактивности воды

Отбор проб воды проводится в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51 592−2000 (Вода. Общие требования к отбору проб), ГОСТ 17.1.5.04−81 Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения проб природных вод, ГОСТ 27 065–86 (Качество вод. Термины и определения) и ГОСТ 17.1.3.08−82. Метод отбора проб выбирают в зависимости от типа воды, глубины пробоотбора, цели исследований и перечня определяемых показателей с таким расчётом, чтобы исключить (свести к минимуму) возможные изменения определяемого показателя в процессе отбора.

Батометр — гидрологический прибор для взятия проб воды с различных глубин водоёма. Обычно — сосуд цилиндрической формы, с клапаналш или кранами для закрывания под водой на заданной глубине. Основное назначение — взятие пробы на заданном горизонте и дальнейшее предохранение её от смешивания с водой других горизонтов при подъёме прибора на поверхность. Взятие проб воды проводится с одновременной автоматической записью температуры.

Рис. 6. Батометр.

Пробы воды отбирают в батометры, помещаемые в водный объект на определенную глубину. Часто совмещают отбор и обогащение пробы. Для обогащения по радиоактивном}' компонент}', содержащемуся в воде, последнюю пропускают через колонку с сорбентом. Такое концентрирование возможно осуществлять и на различных глубинах самого водоёма, подключив к патрону насос, опускаемый в воду на нужную глубину. Отобранную пробу воды проверяют на присутствие в ней коллоидов и определяют количество коллоида, заряд частиц и распределение их по размерам. Измеряют распределение радионуклида между атомарно-дисперсной и коллоидной видами.

Отбор проб атмосферных осадков определяется требованиями ГОСТ 17.1.5.05−85 (Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков). Этот стандарт распространяется на поверхностные и морские воды, лёд водоёмов и водотоков, морской и ледниковый лёд и атмосферные осадки (дождь, снег, град).

Для прямого определения вертикальных потоков взвешенного вещества используют седиментационные ловушки.

Для измерения радиоактивности морской воды применяются прямые методы с использованием погружаемых приборов для непосредственной регистрации у-радиоактивности морской воды и радиохимические методы с отбором проб морской воды, концентрированием, выделением и измерением радиоактивности отдельных нуклидов с помощью лабораторной низкофоновой аппаратуры.

Сцинтилляционная у-спектроскопия — метод прямого определения удельной активности у-излучателей в морской воде. Однако высокая удельная активность естественного у-излучателя ««к в морской воде (3,3−10* ¹¹ Ки/л по у-излучению) затрудняет измерение у-излучателей с энергией <1,46 МэВ. С другой стороны чувствительность сцинтилляционных детекторов к высокоэнергетическим у-квантам (?=1,46 МэВ) относительно невелика, т.к. сечения фотоэффекта и эффекта Комптона убывают с ростом энергии у-квантов, так что вероятность полного поглощения энергии высокоэнергетичных первичных у-квантов в кристаллах у-спектрометрических детекторов незначительна. Поэтому применение таких детекторов в системах обнаружения низких уровней излучения требует использования большого числа сцинтилляторов для достижения, требуемой чувствительности, что резко увеличивает вес, габариты и стоимость таких систем.

Лучшие результаты даёт применение счётчиков, основанных на регистрации черенковского излучения, возникающего при движении заряженной частицы в прозрачной диэлектрической среде со скоростью, превышающей скорость света в этой среде. Такие детекторы имеют меньшие габариты и во много раз дешевле. Их действие основано на том, что область спектральной чувствительности фотоприёмника детектора лежит в спектральной области черенковского свечения, возникающего в результате взаимодействия регистрируемого ионизирующего излучения со средой, в которой оно распространяется, и, поэтому на входе детектора не требуется преобразователь (сцинтиллятор).

Удельная активность «°К в морской воде составляет ~12 Бк/л и определяет её естественную радиоактивность в толще воды. Черенковское излучение испускается водой под воздействием электронов радиоактивного распада 4°К (Ер_Макс=1.37 МэВ). Поэтому черепковский детектор применяется для определения содержания 4°К в морской воде.

Обнаружить в природной водной среде (например, непосредственно в океане) ультранизкие (400 Бк/мз) концентрации техногенных радионуклидов по черепковскому излучению не удаётся из-за высоких уровней естественного светового фона. Наиболее мощным источником естественного светового фона является атмосферный свет, интенсивность которого в поверхностных водах океана (на глубине до 200 м) на несколько порядков превосходит уровень черенковского излучения в рабочей (2504−350 нм) области спектра. Существенной помехой при регистрации черенковского излучения в поверхностных слоях морской воды в ночное время является биолюминесценция. Спектральные характеристики свечения морских биолюминесцентов мало отличаются друг от друга и имеют максимумы в районе 450⁵⁵⁰ нм. Ещё одним источником фона является природный радиоактивный элемент 4°К. Световой поток, возникающий вследствие присутствия в морской воде 4°К, является черенковским излучением, составляющим неустранимый естественный световой фон для искомого излучения.

Для определения техногенных радионуклидов в водах морей и океанов черепковский счётчик снабжают ультрафиолетовым фильтром, отсекающим фоновое излучение. Обычно детектор черенковского излучения включает элемент, чувствительный в ближней ультрафиолетовой области спектра, и расположенный на входе фоточувствительного элемента солнечно-слепой фильтр, состоящий из изолированного от воздуха слоя калия на прозрачной подложке, стабилизирующего слоя и интерференционного фильтра, состоящего из нескольких отрезающих фильтров. Пороговая чувствительность такого детектора при обнаружении в морской воде 9°Sr составляет 510¹¹ Ки/л при измерении в течение f=iooo с.