СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ Th В ПОЧВЕ Российский патент 2008 года по МПК G01T1/167 

Предлагаемый способ относится к области радиационного контроля объектов окружающей среды, а более точно к радиационному контролю почвы, в которую для повышения плодородия вносятся минеральные удобрения. Способ может найти применение в тех хозяйствах, где минеральные удобрения вносились в почву длительное время. Это могло привести к значительному накоплению ²²⁸Th и других природных радионуклидов в почве. В то же время имеются сведения о том, что в шкале относительного риска от радионуклидов, поступающих в окружающую среду, ²²⁸Th занимает первое место [1].

Известен эманационный метод определения ²²⁸Th [2]. К недостаткам этого метода относятся: 1) использование ряда дорогих реактивов (гидроксиламин солянокислый, "торон", тринатриевая соль бензол-2-арсеновая кислота - (1-азо-1)-2-оксикарталин-3,6-дисульфокислоты, стандартный раствор тория азотнокислого); 2) необходимость выполнения последовательности трудоемких процедур, 3) потребность в применении ионизационной камеры, которая к тому же должна быть проэталонирована.

Другой известный метод определения ²²⁸Th основан на измерении равновесной активности дочернего ²²⁴Ra, выделенного из анализируемой пробы [3]. Этому методу присущи уже отмеченные выше недостатки по п.1 и п.2. Еще одним недостатком является то, что при реализации метода необходимо использовать установку для α-радиометрии препарата, содержащего ²²⁴Ra.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения ²²⁸Th, основанный на предварительном выделении из пробы почвы ²¹²Pb, образующегося по цепочке радиоактивных превращений из ²²⁸Th. Недостатком этого способа является то, что он требует применения бета-радиометрической установки малого фона, например УМФ-1500.

Целью заявляемого способа является упрощение анализа почвы на содержание ²²⁸Th.

Цель достигается тем, что в известном способе определения удельной активности ²²⁸Th в почве, включающем внесение в пробу почвы носителя свинца, выделение хромата свинца, определение выхода носителя свинца, пробу почвы до начала анализа помещают в герметичный сосуд и выдерживают в нем не менее 20 суток, через 5-10 часов после выделения хромата свинца выполняют его γ-спектрометрию по γ-линии ²⁰⁸Tl 2.615 МэВ, записывают ее интенсивность N_Tl и моменты начала t₁ и конца t₂ набора γ-спектра, отсчитанные от момента выделения хромата свинца, выполняют γ-спектрометрию равновесного калиброванного источника ²²⁶Ra по γ-линии ²¹⁴Bi 2.448 МэВ, записывают ее интенсивность Т_Bi и длительность Т набора спектра, а удельную активность ²²⁸Th в почве определяют по формуле

где A_Th - удельная активность ²²⁸Th в почве, Бк/кг;

α_Ra - активность источника ²²⁶Ra, Бк;

N_Tl - интенсивность γ-линии ²⁰⁸Tl 2.615 МэВ, импульсов;

N_Bi - интенсивность γ-линии ²¹⁴Bi 2.448 МэВ, импульсов;

δ_Tl - доля распадов ²¹²Bi с образованием ²⁰⁸Tl, δ_Tl=0.3589 [4];

δ_Bi - доля распадов ²¹⁴Bi, сопровождающихся испусканием фотона с энергией 2.448 МэВ, δ_Bi=0.0155 [5];

λ - постоянная распада ²¹²Pb, λ=0.065 час^-1 [6];

Т - длительность набора γ-спектра от калиброванного источника ²²⁶Ra, час;

t₁ и t₂ - моменты начала и конца набора γ-спектра от препарата хромата свинца, час;

р - выход носителя свинца в долях;

m - масса пробы почвы, использованной в анализе, кг;

Выделение хромата свинца из пробы почвы требует минимального использования широко доступных реактивов (носитель свинца, кислоты плавиковая, азотная, соляная), применения простых процедур (прокаливание в муфеле, растворение, упаривание) и минимального оборудования (весы, муфельная печь, химические стаканы и пипетки).

Наиболее дорогостоящей составляющей оборудования, необходимого для осуществления заявляемого способа, является γ-спектрометр. Однако γ-спектрометр является штатным прибором радиологической лаборатории и обычно имеется в наличии для решения многих задач.

Пример осуществления способа. В пробу почвы массой 0.1 кг, прокаленной в муфеле при температуре 500°С, внесен носитель свинца в виде водного раствора азотнокислого свинца Pb(NO₃)₂ с концентрацией 20 мг/мл по свинцу в объеме 50 мл. Полученная проба переведена в раствор путем разложения смесью плавиковой кислоты и концентрированной азотной кислоты. По методике, изложенной в методических рекомендациях [7], из пробы выделен хромат свинца PbCrO₄ массой 1.3 г, что соответствует массе выделенного свинца 1.3·207/323=0.833 г, где 207 и 323 - атомные массы свинца и хромата свинца соответственно. Поскольку масса внесенного в пробу носителя по свинцу равна 20 мг/мл·50 мл=1000 мг=1 г, то выход р носителя по свинцу составил 0.833 г/1 г=0.833. Гамма-спектрометрия хромата свинца по γ-линии 2.615 МэВ проведена на интервале от 10 до 15 часов после его выделения. По ее результату интенсивность γ-линии 2.615 МэВ составила 200 импульсов. Интенсивность γ-линии ²¹⁴Bi 2.448 МэВ от источника ²²⁶Ra с активностью 1000 Бк при длительности набора 1 час составила 3000 импульсов. Удельная активность ²²⁸Th в анализируемой пробе почвы в соответствии с полученными результатами рассчитывается по формуле (1):

Для почв, в которые минеральные удобрения вносились длительное время, наиболее вероятно состояние радиоактивного равновесия в ряду ²³²Th. В этом случае предлагаемый способ позволяет по результату анализа на ²²⁸Th определять удельные активности в почве, в том числе ²³²Th и других радионуклидов этого семейства.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа обусловлен тем, что при проведении анализа на ²²⁸Th отпадает необходимость применения дорогостоящих реактивов и уникального оборудования такого, как ионизационная камера и электрометр. В качестве детектора используется γ-спектрометр, который, как правило, уже имеется в радиологической лаборатории для решения не только рассматриваемой, но и многих других задач. Применение способа только в одной лаборатории может дать экономию денежных средств до 10 тыс. рублей в год.

Источники информации

1. Salomon S.N. The relative risk from radionuclides in sewage sludge. Health Physics, vol.86, N 6, June 2004, p.S154.

2. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды. /Под ред. А.Н.Марея и А.С.Зыковой. Минздрав СССР, М., 1980, с.190.

3. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды. /Под ред. А.Н.Марея и А.С.Зыковой. Минздрав СССР, М., 1980, с.191.

4. Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения. Рекомендации МКРЗ, ч.2, кн.2. М., Энергоатомиздат, 1987, с.161.

5. Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения. Рекомендации МКРЗ, ч.2, кн.2. М., Энергоатомиздат, 1987, с.168.

6. Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения. Рекомендации МКРЗ, ч.2, кн.2. М., Энергоатомиздат, 1987, с.132.

7. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды. /Под ред. А.Н.Марея и А.С.Зыковой. Минздрав СССР, М., 1980, с.171.

Изобретение можно использовать при радиационном контроле почв тех хозяйств, где минеральные удобрения вносились в почву длительное время и обусловили значительное накопление ²²⁸Th и других радионуклидов в почве. Технический результат изобретения: упрощение анализа почвы на определение в ней ²²⁸Th. Сущность изобретения: пробу почвы выдерживают в герметичном сосуде не менее 20 суток. Через 5-10 часов после выделения из почвы хромата свинца проводят его γ-спектрометрию по γ-линии ²⁰⁸Tl 2.615 МэВ. На том же приборе проводят γ-спектрометрию равновесного калиброванного источника ²²⁶Ra по γ-линии ²²⁴Bi 2.448 МэВ. По найденным интенсивностям γ-линии с учетом длительностей их набора определяется удельная активность ²²⁸Th в пробе почвы.

Способ определения удельной активности ²²⁸Th в почве, включающий внесение в пробу почвы носителя свинца, выделение хромата свинца, определение выхода носителя свинца, отличающийся тем, что, с целью упрощения анализа, пробу почвы до начала анализа помещают в герметичный сосуд и выдерживают в нем не менее 20 сут, через 5-10 ч после выделения хромата свинца выполняют его γ-спектрометрию по γ-линии ²⁰⁸Tl 2,615 МэВ, записывают ее интенсивность N_Tl и моменты начала t₁ и конца t₂ набора γ-спектра, отсчитанные от момента выделения хромата свинца, выполняют γ-спектрометрию равновесного калиброванного источника ²²⁶Ra по γ-линии ²¹⁴Bi 2.448 МэВ, записывают ее интенсивность N_Bi и длительность Т набора спектра, а удельную активность ²²⁸Th в почве определяют по формуле

где А_Th - удельная активность ²²⁸Th в почве, Бк/кг;

a_Ra - активность источника ²²⁶Ra, Бк;

N_Tl - интенсивность γ-линии ²⁰⁸Tl 2.615 МэВ, импульсов;

N_Bi - интенсивность γ-линии ²¹⁴Bi 2.448 МэВ, импульсов;

δ_Tl - доля распадов ²¹²Bi с образованием ²⁰⁸Tl, δ_Tl=0.3589;

δ_Bi - доля распадов ²⁴¹Bi, сопровождающихся испусканием фотона с энергией 2.448 МэВ, δ_Bi=0,0155;

λ - постоянная распада ²¹²Pb, λ=0.065 ч^-1;

Т - длительность набора γ-спектра от калиброванного источника ²²⁶Ra, ч;

t₁ и t₂ - моменты начала и конца набора γ-спектра от препарата хромата свинца, ч;

р - выход носителя свинца в долях;

m - масса пробы почвы, использованной в анализе, кг.