Радиоактивность окружающей среды

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

В. С. Семенищев

РАДИОАКТИВНОСТЬ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Лабораторный практикум
для студентов (бакалавриат), 
обучающихся по направлению 
240100 «Химическая технология»

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2016

УДК 539.16:504.5(076.5)
ББК 22.383я73-5+20.1я73-5
          С30
Составитель В. С. Семенищев

Рецензенты:
Ремез В. П., д-р техн. наук, Заслуженный изобретатель России, директор НПО «Эксорб»
Поляков Е. В., д-р хим. наук, ст. науч. сотр., зам. директора ИХТТ 
УрО РАН

С30    Радиоактивность окружающей среды : лабораторный практикум / сост. В. С. Семенищев. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 
2016. — 68 с.

ISBN 978-5-7996-1705-9

Лабораторный практикум предназначен для студентов физико-технологического института, изучающих дисциплину «Радиоактивность окружающей среды» и преподавателей, ведущих данный курс. В издании описаны 
общие подходы к радиохимическому анализу природных проб, а также приведены содержание и подробное описание лабораторных работ. В результате 
выполнения лабораторных работ студенты приобретают навыки работы с радиометрической и спектрометрической аппаратурой, а также определения 
природных и техногенных радионуклидов в объектах окружающей среды.

УДК 539.16:504.5(076.5)
ББК 22.383я73-5+20.1я73-5

Учебное издание

Радиоактивность окружающей среды 

Составитель
Семенищев Владимир Сергеевич

Подписано в печать 01.03.2016. Формат 60×84/16. Бумага писчая. Плоская печать. 
Гарнитура Newton. Уч.-изд. л. 3,3. Усл. печ. л. 4,0. Тираж 50 экз. Заказ 15

Издательство Уральского университета
Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ
620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5. Тел.: 8 (343)375-48-25, 375-46-85, 374-19-41
E-mail: rio@urfu.ru

Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ
620075, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4. Тел.: 8 (343) 350-56-64, 350-90-13
Факс: 8 (343) 358-93-06. E-mail: press-urfu@mail.ru

ISBN 978-5-7996-1705-9 
© Уральский федеральный
 
     университет, 2016

Содержание

Введение ..................................................................................... 4

1. Общие подходы к радиохимическому анализу ..................... 5
1.1. Общие принципы пробоотбора и пробоподготовки ......... 9
1.2. Носители и трассеры в радиохимическом анализе .......... 11
1.3. Методы неселективного концентрирования 
        радионуклидов .................................................................. 13
1.4. Методы селективного концентрирования 
        и выделения радионуклидов в схемах 
        радиохимического анализа ............................................... 15

Лабораторная работа № 1  ....................................................... 18
Определение 222Rn и продуктов его распада в питьевой воде . 18

Лабораторная работа № 2
Определение массового содержания и удельной 
активности калия в объектах окружающей среды .................. 25

Лабораторная работа № 3
Радиохимический анализ 210Pb в питьевой воде ..................... 34

Лабораторная работа № 4
Определение класса строительных материалов 
по содержанию радионуклидов методом  
гамма-спектрометрии .............................................................. 45

Лабораторная работа № 5
Определение изотопного состава урана  
методом альфа-спектрометрии ............................................... 54

Список литературы .................................................................. 67

Введение

Е

ще всего три – четыре десятилетия назад контроль радиационного фактора однозначно предполагал преимущественно контроль техногенных радионуклидов и источников ионизирующего излучения. Согласно рекомендациям 
Международной комиссии по радиационной защите (МКРЗ) [1] 
предполагается одинаковый подход к нормированию техногенных и природных радионуклидов. В частности, это выражается в повышенном интересе к контролю и нормированию таких 
радиотоксичных природных изотопов, как 222Rn, 226, 228Ra, 210Pb, 
210Po, 232Th, 227Ac, 238U и т. д. Лабораторный практикум по курсу 
«Радиоактивность окружающей среды» отвечает в первую очередь на вопросы, связанные с определением природных радионуклидов в реальных объектах окружающей среды. Все лабораторные работы основаны на измерениях естественных уровней 
активности природных радионуклидов в природных объектах.

1. Общие подходы к радиохимическому анализу

Е

стественная миграция природных радионуклидов и техногенное рассеяние природных и искусственных радионуклидов вследствие штатной деятельности предприятий ядерного топливного и радиационных аварий, деятельности 
предприятий металлургической, химической и горнодобывающей отраслей промышленности, традиционно не относящихся 
к радиационноопасным, приводят к попаданию радионуклидов 
в природные воды и почву. Определение естественных и искусственных радионуклидов в объектах окружающей среды является неотъемлемой частью радиоэкологического мониторинга. 
Большое значение радиоэкологический мониторинг имеет для 
своевременного принятия решений и снижения радиационной 
нагрузки на человека за счет внутреннего облучения, связанного с попаданием и накоплением радионуклидов в организме человека. Другой задачей радиоэкологического мониторинга является получение информации для моделирования миграции 
радионуклидов с целью прогнозирования динамики радиоэкологической обстановки на радиоактивно-загрязненных территориях. В современных условиях, а особенно в условиях чрезвычайных ситуаций, радиоэкологический мониторинг должен 
осуществляться в кратчайшие сроки, с сохранением при этом 
высокой точности и достоверности результатов расчетов. При 
проведении мониторинга возникает необходимость не только 
оценки общей α- и β-активности объекта, но и определения активности отдельных радионуклидов.

1. Общие подходы к радиохимическому анализу

Для идентификации и количественного определения радионуклидов используют следующие методы:

1. Определение активности радионуклида по типу и энергии 
излучения. При проведении радиоэкологического мониторинга некоторые радионуклиды можно определять прямым способом или с помощью методов, требующих минимальной предварительной подготовки проб, таких как g-спектрометрия. 
Гамма-спектрометрия позволяет одновременно и независимо 
регистрировать индивидуальное излучение различных радионуклидов, операции их предварительного разделения становятся 
излишними. В ряде случаев предварительная подготовка пробы 
может не требоваться вовсе. При определении радиоактивности 
источника необходимо учесть геометрию и плотность пробы, 
а также вклад фона и других γ-излучателей в пик полного поглощения анализируемого радионуклида. Существенно более 
сложный характер носят задачи, связанные с определением радионуклидов, являющихся «чистыми» a- или β-излучателями, 
или когда по объективным причинам не могут быть использованы гамма-спектрометры высокого разрешения. Если удельная 
активность интересующего нас радионуклида очень низка, или 
он испускает излучение, обладающее малой проникающей способностью (a-излучение), то становятся необходимыми операции предварительного концентрирования и радиохимического 
выделения. Интересующий нас радионуклид нужно выделить 
из пробы с определенным химическим выходом и в форме, подходящей для измерения ядерного излучения. Так операции индивидуального выделения остаются необходимыми при определении одного из биологически опасных радионуклидов 90Sr 
(100 % β-излучатель).
При определении a-излучающих радионуклидов обязательным условием является приготовление тонкослойных источников для измерения интенсивности a-излучения, и, что более 
важно, для α-спектрометрического анализа. При этом в случае 

1. Общие подходы к радиохимическому анализу

толстых проб α-спектрометры не позволяют надежно идентифицировать радионуклиды вследствие самопоглощения и рассеяния a-излучения в образце. В качестве примера на рис. 1 
приведены a-спектры различных источников из природного 
урана; видно, что с увеличением толщины источника качество 
получаемых спектров резко падает, и идентификация изотопов 
становится невозможной.

                а                              б                              в                                 г
Рис. 1. a-спектры источников из природного урана, приготовленных 
электроосаждением из проб с различным солесодержанием:

а) < 2 мг; б) 15 мг; в) 75 мг; г) 150 мг

Избежать проблем, связанных с приготовлением тонкослойных α- и β-источников для измерения можно путем использования жидкосцинтилляционных спектрометров, однако стоимость их высока, и имеются такие спектрометры 
далеко не во всех лабораториях, занимающихся рутинным радиохимическим анализом. Тем не менее, независимо от типа 
используемой спектрометрической аппаратуры необходимо 
химически разделить радионуклиды с перекрывающимися 
по энергии пиками α-излучения, такие как 241Am и 238Pu или 
237Np и 234U.
При выборе схемы радиохимического анализа также следует 
учитывать схему распада определяемого радионуклида. В ряде 
случаев гораздо удобнее проводить определение не самого ра