Радиоизотопы как искусственные индикаторы |
Величайшее преимущество искусственно вводимых в воду радиоактивных индикаторов заключается в возможности обнаружить их там в очень небольшом количестве. Таким образом, радиоактивные индикаторы можно использовать вместо высоко концентрированных химических индикаторов, которые вызывают существенные химические изменения в водоносных горизонтах и которые стремятся отделиться от воды под влиянием гравитации. К сожалению, все индикаторы, и радиоактивные в особенности, имеют определенные недостатки. Основной недостаток — радиационная опасность, даже при использовании трития, относительно безопасного. Другой недостаток — это необходимость иметь специальное оборудование для обнаружения индикатора; особенно трудно обнаружить небольшие количества альфа- и бета-излучателей. Идеальный индикатор должен быть легко обнаружимым,. использоваться в небольших количествах, не должен изменять гидравлические свойства водоносных горизонтов, должен быть недорогим, не поглощаться окружающей средой, иметь достаточно продолжительный период полураспада, низкую токсичность и не присутствовать в водоносном горизонте в больших количествах как естественный компонент. Если бы тритий был легко обнаружим, он вполне удовлетворял бы почти всем перечисленным требованиям. В качестве искусственных индикаторов также применяются J131 (рис. 5.8), Сr51, Со60, Rb86, Ru103 и Вr82. Иод-131 сильно поглощается глинами. С успехом был использован комплексный ион Co(CN)3-6. Он перемещается вместе с водой и легко обнаружилм. Хром-51 можно использовать в комплексе с этилендиаминтетрауксусной кислотой, в связи с чем он будет в меньшей степени подвержен сорбции. Период полураспада хрома-51 примерно 28 суток, что идеально для проведения опытов методом индикаторов длительностью менее нескольких месяцев. Бром-82 легко обнаружить по гамма-излучению, но период его полураспада всего 36 час и это ограничивает его-использование во многих опытах. Основные факторы, определяющие скорость миграции радиоизотопов в подземных водах, следующие: тип и концентрация радиоизотопа, скорость движения воды, виды ионов и их концентрация в воде, сорбирующая способность среды и пористость водоносных пород. Окружающая среда стремится поглотить радиоизотопы, содержащиеся в воде, заменить их устойчивыми ионами подземных вод, которые стремятся занять место радиоизотопов. ![]() Рис. 5.8. Изменение концентрации J131 во времени на различных расстояниях от пусковой скважины. Поэтому чем выше концентрация иона, тем быстрее радиоизотоп будет двигаться путем последовательных замещений. Приблизительное выражение для скорости движения радиоизотопов в одномерном потоке подземных вод имеет вид ![]() где Vi — скорость движения иона; Vw — скорость движения воды; ρb — эффективная плотность среды; n — пористость; Кd — коэффициент распределения среды по отношению к определенному иону и другим ионам воды. Если скорости движения иона и воды выражены в одних единицах, а плотность измерена в г/см3, коэффициент Кd будет выражен в см3/г. Физический смысл коэффициента распределения заключается в том, что он служит мерой распределения определенного иона между водой, или жидкой фазой, и твердой фазой, которая стремится поглотить ион. Высокий коэффициент распределения свидетельствует о сильной тенденции среды к поглощению. Коэффициент распределения — переменная величина, однозначно определимая лишь в конкретных физических и химических условиях. При очень низких концентрациях коэффициент распределения зависит главным образом от свойств среды и концентрации конкурирующих ионов. На рис. 5.9 показано влияние различных концентраций натрия и некоторых глинистых минералов на коэффициент распределения цезия, находящегося в небольших количествах. Коэффициент распределения для незначительных количеств стронция в песчаных водоносных горизонтах, в которых отсутствуют глины и органические вещества, но вода которых насыщена различными катионами, изменяется примерно от 0,5 до 50 см3/г. Коэффициент распределения для цезия в сходных условиях от около 1 до 500 см3/г. У грубозернистого кварцевого песка самый низкий коэффициент распределения, у тонкозернистого кальцитового песка — наивысший. ![]() Рис. 5.9. Коэффициент распределения цезия для различных глинистых минералов в зависимости от концентрации иона натрия. Указанные значения верны только при малых концентрациях Сs, т. е. обычно менее 10-8N (1,3 ч. на 1 млрд.). Поскольку Sr90 и Сr137 — два из наиболее опасных загрязнителей, образуемых в результате ядерного деления, приведенная выше информация имеет большое практическое значение. Принимая средние величины пористости и плотности зернистых пород, слагающих водоносные горизонты, можно видеть, что при заражении подземных вод изотопами Sr90 и Cs137 скорость перемещения этих радиоизотопов составляет лишь малую долю скорости движения подземных вод. Кроме того, в питьевой воде скорость движения Cs137 почти всегда меньше скорости Sr90. |
След. > |
---|