Результаты измерений радона и торона на шельфе морей Российского сегмента Арктики
В работе представлены данные о содержании радона и торона в морских водах российского сегмента Арктики. Образцы воды 5 морей отобраны из поверхностных слоёв с помощью проточной системы и с разных глубин на гидрологических станциях с помощью батометров и бокскорера. Измерения 1053 проб воды проведены с помощью радиометра RAD7. Выявлена тенденция к увеличению ОА радона с глубиной. Обнаружено, что концентрация радона и торона в пробах воды, отобранных в 2018 году, на порядок больше, чем в пробах воды, отобранных в 2019 году. Данный результат объясняется активным таянием льдов в 2019 году. Полученные результаты свидетельствуют о том, что радон и торон являются удобными трассерами для изучения динамики процессов, происходящих в акваториях Российского сегмента Арктики.
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 11
1. Обзор литературы…………………………………………………………………………………. 13
1.1 Методы измерения ОА радона и торона в воздухе …………………………… 17
1.2 Методика измерения ОА радона и торона в воде на основе α-детекторов
………………………………………………………………………………………………………………… 26
1.3 Методика измерения ОА радона и торона в воде на основе γ –
спектрометров………………………………………………………………………………………….. 26
2. Методы исследования …………………………………………………………………………… 28
2.1 Принцип работы радиометра RAD7 …………………………………………………. 29
2.2 Калибровка радиометра RAD7 …………………………………………………………. 30
2.2.1 Калибровка радиометра RAD7 по радону…………………………………… 31
2.2.2 Калибровка радиометра RAD7 по торону…………………………………… 33
3. Экспериментальная часть ……………………………………………………………………… 35
3.1 Планирование исследований …………………………………………………………… 35
3.2 Методики пробоотбора воды и измерения ОА радона и торона ……….. 40
3.2.1 Методика пробоотбора из поверхностного слоя воды ……………….. 40
3.2.2 Методики пробоотбора воды с глубин ………………………………………. 41
3.2.2 Методика измерения ОА радона и торона в воде……………………….. 45
4. Результаты измерений ОА радона и торона …………………………………………… 47
4.1 Результаты измерений ОА радона и торона в 2018 году …………………… 47
4.2 Результаты измерений ОА радона и торона в 2019 году …………………… 51
4.3 Сравнительный анализ результатов 2018 и 2019 годов …………………….. 53
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение.. 55
5.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ….. 55
5.2 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………. 61
5.3 Бюджет научно-технического исследования ……………………………………. 66
5.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования . 71
Выводы по разделу…………………………………………………………………………………… 75
6. Социальная ответственность ………………………………………………………………… 76
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ….. 76
6.2 Производственная безопасность ……………………………………………………… 79
6.3 Экологическая безопасность……………………………………………………………. 90
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………. 92
Выводы по разделу «социальная ответственность» …………………………………… 94
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 95
Список используемой литературы: …………………………………………………………… 96
Приложение А (справочное) …………………………………………………………………… 100
Приложение Б (графики зависимости ОА радона и торона от глубины в 2018
году) ………………………………………………………………………………………………………. 113
Приложение В (графики зависимости ОА радона и торона от глубины в 2019
году) ………………………………………………………………………………………………………. 123
Приложение Г (гистограммы распределение частот ОА радона и торона в
поверхностных водах морей 2019 года) ………………………………………………….. 138
В связи с развитием экономики северных территорий России особое
внимание уделяется исследованию природно-климатических условий
Арктики. В частности, интерес представляют радиоизотопные исследования
северных морских вод. Основными задачами таких исследований являются:
оценка радиоэкологической обстановки в Российском сегменте Арктики;
изучение зависимости концентраций радиоизотопов от глубины моря; оценка
доли речных вод в морских водах; изучение стока грунтовых вод в море.
Основным природным источником облучения является радиоактивный
газ радон, образующийся в результате последовательных радиоактивных
превращений ядер семейства урана (Rn-222) и тория (Rn-220). В ходе 73-го и
78-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» осенью 2018-2019 гг. был
запланирован радиометрический анализ проб воды, отобранных из
поверхностного слоя воды с помощью «проточной» системы и на
гидрологических станциях с помощью батометров с трёх горизонтов:
поверхностный слой, придонный слой, слой термо- и галоклинного скачка при
помощи батометров (галоклинный скачок – резкое изменение солёности в слое
воды от глубины).
Цель исследования: исследование активности радона и торона на
шельфе морей Российского сегмента Арктики.
Задачи:
• изучение методик пробоотбора и измерения ОА радона и торона в
воде с помощью радиометра RAD7;
• изучение методики калибровки радиометра RAD7 по эталонному
источнику Rn-220;
• отбор проб, полученных из проточной системы, бокскорера и на
гидрологических станциях;
• измерение ОА Rn-222 и Rn-220 в пробах воды с помощью
радиометра RAD7;
• обработка результатов измерений;
• анализ полученных результатов.
1. Обзор литературы
Радон – самый тяжелый из инертных газов, не имеет цвета и запаха.
Температура его сжижения равна –62 С. В нормальных условиях плотность
радона в 7,5 раза выше плотности воздуха. Радон-222 образуется в природе как
продукт радиоактивного распада в радиоактивной цепочке, началом которой
является U-238, а радон-220 – продукт распада в цепочке Th-232 (рис.1) [1].
Очень хорошо растворим в воде до 460 мл на 1 л воды при нормальных
условиях. Благодаря инертности он относительно легко выходит из
кристаллической решётки минерала, в котором образуется при радиоактивном
распаде Ra. Взаимодействие с водой происходит в результате диффузии. Из-
за слабых электронов на внешней оболочке атома радон удерживается
Вандервальсовскими силами межатомного взаимодействия в воде и других
жидкостях.
В идеальных условиях распределение радона между газовой и жидкой
фазами подчиняется закону Генри [Старик, 1960], согласно которому при
постоянной температуре растворимость газа в данной жидкости прямо
пропорциональна давлению этого газа над раствором. Закон пригоден лишь
для идеальных растворов и невысоких давлений. Однако, при изменении
температуры потока, его минерализации и скорости или давления газа
происходит межфазное перераспределение. При температуре 0 °C отношение
концентрации радона, растворенного в воде к его концентрации в воздухе,
находится в пределах 0.51–0.53, при повышении температуры до 25 °C этот
коэффициент падает до 0.23. Также, растворимость радона падает с
увеличением минерализации раствора [Schubert, Paschke, Lieberman et al.,
2012]
При описании природных радиоактивных цепочек можно встретить не
только стандартные обозначения радионуклидов, но и их исторические
названия, встречающиеся как в литературе прошлых лет издания, так и в
практической деятельности. В частности, для изотопа Rn-222 распространено
исторически использующееся название «радон», а для изотопа Rn-220 –
«торон».
В цепочке радиоактивного распада U-235 существует третий изотоп
радона Rn-219 (актинон), однако в силу короткого периода полураспада – 3,96
В ходе выполнения работы изучен принцип действия и устройство
радиометра RAD7; изучены и освоены методики пробоотбора поверхностных
вод и вод с разных глубин; изучены и освоены методики измерения ОА радона
и торона в воде с помощью радиометра RAD7; изучена методика проведения
калибровки радиометра RAD7 по эталонному источнику Rn-220; отобрано 533
пробы поверхностных вод из проточной системы, 8 проб и бокскорера и 590
проб на гидрологических станциях на разных глубинах; измерена ОА радона
и торона в отобранных пробах воды с помощью радиометра RAD7; проведена
обработка и анализ результатов измерений.
На основе проведённых исследований сделаны следующие выводы:
• Из-за активного таяния льда ОА активность радона и торона,
измеренная в 2019 году, на порядок меньше значений ОА, полученных в 2018
году.
• Распределение частот для результатов измерения ОА радона и
торона в поверхностных водах подчиняется дискретным законам
распределения.
• ОА радона и торона в пробах воды, отобранных в дельтах рек, в
среднем в 2 больше чем в пробах воды, отобранных вне зоны влияния рек.
• ОА радона имеет тенденцию к увеличению с ростом глубины.
Общей закономерности изменения ОА торона с глубиной выявить не удалось.
• Радон и торон являются удобными трассерами для изучения
динамики процессов, происходящих в акваториях Российского сегмента
Арктики.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (285 отзывов)
5 (49 отзывов)
5 (428 отзывов)
4.8 (9 отзывов)
4.9 (35 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
5 (8 отзывов)
5 (44 отзыва)
