1. Радиоактивност речног седимента
М. Крмар, И. Бикит, Ј. Сливка, М. Весковић,
Н. Тодоровић, Д. Мрђа, Г. Шоти, Н. Јованчевић
Департман за физику, ПМФ, Нови Сад

2. Речни седимент – комадићи подлоге различитих величина доспели у речне токове ерозивним дејством падавина, леда и гравитације
Глина 44%, кварц 30%, карбонати 22%, органске материје 4%.
Река га транспортује и коначно исталожи у морима или језерима
Облик речног корита и правац тока реке зависе од димамичке равнотеже између количине седимента који ерозивним дејством долази до реке и њене могућности да тај материјал транспортује

3. Речним седиментом се већ вековима занимају геолози, инжењери, хемичари, физичари, биолози, археолози, антроползи итд.

4. Принос седимента у неком делу речног тока је она количина материјала којег река донесе и исталожи. Изражава се у тонима по квадратном килиметру годишње [t/km2 year].
Обично се принос седимента изражава за неку локацију у речном кориту, али може и за дренажне канале и површине које река периодично плави.
Принос седимента зависи од климатских услова (количине падавина), геолошке структуре земљишта у сливу, нагиба, начина коришћења земљишта у сливу, вегетације, броја и величине притока или дренажних канала итд.

5. река
држава
локација
[ t / km2 year]
Дунав
Словачка
Братислава 79
Мађарска
Нађмараш 28
Румунија 83
Тиса
Сегедин 49
Дон
Русија 18
Дњепар
Украјина
Дњепропетровск
5.2 По
Италија
Пјаћенца
107
Амазон
Бразил
ушће 65
Ганг
Индија
1400
Бангладеш
1545
Јанг Це
Кина
Чикионг
541
Хуанг Хе
Шенкшиен
2910
Саншенганг
273
Нил
Египат 40
Плави Нил
Судан
957

6. Органска компонента Минерална компонента
биљни и животињски материјал из реке и површине слива
испуштање отпадних индустријских и комуналних вода
Минерална компонента
ерозија материјала са површине комплетног речног слива
1. природни минерални садржај из горњег тока реке, материјал еродиран са околних површина (падавине, ветар) и обала речног корита
2. неоргански материјали испрани падавинама са одређених површина у сливу реке (јаловишта рудника, средства исхрану биљака и друге агротехничке супстанце, депоније смећа, радионуклиди емитовани у атмосферу)
испуштање индустријских и комуналних отпадних вода
1. воде којима се хладе реактори нуклеарних електрана
2. испирање руде, технолошке воде итд.

7. Еродирани материјали као и материјали директно испуштени у реку путем отпадних вода се акумулирају на речном дну.
Све материје које су депоноване на површину након испуштања у атмосферу временом доспеју у реку и на дно речних токова.
У речном седименту се коначно акумулирају разне органске и неорганске материје, природног или антропогеног порекла.

8. Rastvor
Živi svet
rastvaranje
Suspendovane čestice
taloženje
rastvaranje
taloženje
resuspenzija
turbulentna
taloženje
Sediment

9. Седимент
биљке на алувијалној равни и речном кориту (ланци исхране)
грађевински материјал
Речна вода
пијаћа вода за градове на рекама
иригациони канали, наводњавање

10. Присуство неког радионуклида у мереном узорку најлакше се може установити детекцијом еммитованог зрачења
Различите врсте радиоактивног зрачења на различит начин интерагују са материјом што доводи до знатних разлика у продорној моћи
Свака врста радиоактивног зрачења захтева посебан начин детекције

11. ДЕТЕКЦИЈА ГАМА ЗРАЧЕЊА
Осим 3H и 90Sr сви остали радионуклиди приликом алфа или бета распада емитују и пропратно гама зрачење
Дискретан енергетски спектар карактеристичан за радионуклид који га емитује. Квалитативна и квантитативна анализа
E [keV] i (квантни принос [%])
226Ra
186.1 (4.0)
214Bi
(46), (4.88)
(3.66), (15)
(5.92), (4.02)
(2.199, (15.9)
(4.99), (1.55)
214Pb
295.2 (19.2), (37.2)
232Th
E [keV] i (квантни принос [%])
228Ac
129.1 (2.1), (4.6)
270.3 (3.8), (3.4)
338.4 (12.0), (2.2)
463.0 (4.6), (11.83)
794.8 (4.8), (5.5)
968.9 (17.5), (1.95)
212Pb
(44.6), (3.4)
208Tl
(31.06), (12.3)
(34.50)
238U

12. Нискофонска гама-спекрометрија
Полупроводнички детектор + заштита (олово или гвожђе)
Нема потребе за претходном припремом узорка
Из једног измереног спектра се могу одредити концентрације већег броја радиоизотопа

13. Карактеристичан спектар мерен детектором у заштити од гвожђа

14. Присуство неког радиоактивног изотопа у мереном узорку се изражава у Bq/kg или Bq/l (ређе у μg/l)
Bq – SI јединица за активност. Активност од једног Bq има онај извор зрачења коме се у једној секунди распаде једно језгро.
Уобичајени ниво активности узорака из природе је реда величине 10 Bq, школски извори за студентске вежбе су ахтивности Bq, извори зрачења у радиотерапији имају активност реда величине 1014 Bq.

15. Радионуклиди природни вештачки Radionuclide – Radioactive Nuclide
Нестабилно језгро које се распада емитујући том приликом радиоактивно зрачење које може бити: алфа, бета, гама и карактеристично х-зрачење
Користи се још и назив радиоизотопи
космогени
терестријални

16. Најпознатији космогени радионуклиди:
14С, 10Ве, 7Ве

17. Након стварања у спалационим нуклеарним реакцијама, изотопи берилијума се везују за честице аеросола и таложе на површину земље а угљеник се у облику СО2 равномерно распоређује по атмосфери.
Нивои активности космогених радионуклида су далеко испод граница које би се могле сматрати алармантним.
Значајни су у истраживањима:
14С (Т1/2 = 5730 година) за датирање материјала органског порекла
10Ве (Т1/2 = 1.6 · 106 година) за за датирање геолошких слојева
7Ве (Т1/2 = 53.3 дана) за мапирање ефеката ерозије

18. Терестријални радионуклиди - нестабилни изотопи којима је период полураспада већи од 500 милиона година
40К је најраспрострањенији.
0.0117% у природном калијуму
(T1/2(40K) = година)
изотоп
Период полураспада
[година]
Врста зрачења
50V
5 ·1015
бета
87Rb
5 ·1010
138La
1 ·1011
144Nd
3· 1015
алфа
147Sm
1.3 ·1011
176Lu
4.5 ·1010
187Re
4 ·1012

19. Уколико потомци распада неког природног радионуклида нису стабилни, настају радиоактивни низови или фамилије.
Уранијум – радијумски, уранијум – актинијумски и торијумски
238U – 4.47· 109 година
235U – 7.04 ·108 година
232Th – 1.41· 1010 година

20. Минерална компонента речног седимента настаје таложењем честица одвојених од стена разним ерозивним факторима
стена
238U [Bq/kg]
232Th [Bq/kg]
40K [Bq/kg]
гранит 60 81
1000
диорит 23
32.6
700
базалт
11.5 11
240
кречњаци 28 7 89
карбонати 27
7.8
---
пешчари
18.5
370
шкриљци 45
Карбонатне стене и шкриљци на јужним падинама Хималаја садрже повишену концентрацију уранијума.
Индијске реке унесу преко 1000 тона уранијума годишње у океан.

21. Bezdan 1982 Bezdan 2002 Dunav 2002 Tisa 2002 Begej 2002
UNSCEAR (средње)
7Be
16 ± 13
7.7 ± 1.7
13 ± 10
6.8 ± 2.1
4 ± 3
40K
440 ± 90
395 ± 17
412 ± 12
486 ± 21
520 ± 48
370
232Th
32 ± 9
26 ± 4
30.9 ± 1.3
36.5 ± 5.0
49 ± 4 35
226Ra
28 ± 7
25 ± 4
27.5 ± 1.0
27.7 ± 2.7
30 ± 3 40
238U
-----
31 ± 6
42 ± 12
37.3 ± 7.3
71 ± 15
137Cs
9 ± 3
16 ± 4
8.8 ± 1.5
6.6 ± 0.6
45 ± 7

22. 238U
232Th
236Ra
40K
UNSCЕАR
средње 35 40
370
UNSCEAR
опсег
Нил
16.3
12.9
200
Дунав
Србија 42 31 28
412
Kali
моназит
DL - 36
Tinito
Фосфатни гипс испред рудника 20
41.6 44
382
Фосфатни гипс иза рудника
515
60.0
226
330
Karnaphuli
фосф. ђубриво испред фабрике
36.3
77.6
Фосф. ђубриво иза фабрике
89.7
84.6
Dao
рудник урана
562
116
305
Tavora
620
195
448
Mondego
952
346
1978

23. Вештачки радионуклиди
Постоје подаци о преко 2000 вештачки произведених радионуклида
(природних радиоизотопа има око 60)
Највећи број вештачких радионуклида је произведен у лабораторијама у истраживачке сврхе

24. Нуклеарна фисија – потенцијални извор највећег броја произведених радионуклида који могу доспети у воде и животну средину
У животну средину доспевају након надземних проба нуклеарнох оружја и неконтролисаног цурења из нуклеарних електрана.

25. Распоред нуклеарних централа у Европи

26. Највећи број фисионих продуката су краткоживећи.
Приликом рутинске контроле речног седимента проверава се садржај
74Se, 144Ce, 141Ce, 125Sb, 103Ru, 134Cs, 137Cs, 124Sb, 106Ru, 110mAg, 95Zr, 95Nb, 58Co, 160Tb и 60Co
Посебна пажња се поклања 134Cs (Т1/2 = 2.0 година) и 137Cs (Т1/2 = 30 година) пошто се хемијски понашају као K и Na.
Осим у речном седименту вештачки радионуклиди се рутински контролишу и у речним водама, рибама и биљном материјалу
До хаварије у Чернобилу, вештачки радиоизотопи присутни у животној средини су потицали од надземних проба нуклеарног оружија

27. Догађај у коме је дошло до највеће једнократне емисије радионуклида у атмосферу је чернобилски акцидент.

28. Концентрација ваштачких радиоизотопа у узорцима седимента из Дунава је била на ивици границе детектибилности до године.

29. Концентрација вештачких радиоизотопа се временом смањује због распада, испирања и физичког померања од стране речног тока.
Концентрација 137Cs у Дунаву се смањила на половину након 230 дана од момента када је детектовано његово повећано присуство.
Време полуелиминације 137Cs је око 0.6 година у периоду од 1986 до 1988.

30. река
Период полуелиминације
(у годинама)
Временски период
Дунав
0.63
Влтава
2.2 30

32. No Nuclide NIDConf MDA activity(1s) activity+-1.6s OR MDA
==================================================================================
No Nuclide NIDConf MDA activity(1s) activity+-1.6s OR MDA
[Bq/kg] [Bq/kg] [Bq/kg]
1 Be (11)
2 K (16)
3 CO (11) <1.1
4 CO (10) <1.0
5 SE (13) <1.3
6 ZR (21) <2.1
7 RU (10) <1.0
8 RH (4) <4
9 AG-110m (13) <1.3
10 SB (15) <1.5
11 SB (3) <3
12 CS (14) <1.4
13 CS (3)
14 CE (16) <1.6
15 CE (7) <7
16 TB (3) <3
17 TL (5)

33. 18 PB E (19)E <0.19E+03
19 BI (9) <9
20 BI (3)
21 PB (11)
22 BI (8)
23 PB (7)
24 RA (28) <28
25 RA (15)
26 TH (10) <10
27 AC (10)
28 PA-234M E (18) <0.10E+03
29 TH (22) <22
30 U (8)
31 AM (8) <8
===============================================================================================================
Formula activity(1sC) cspdf activity+-1.6sC
[Bq/kg] [Bq/kg]
Ra226S=WMeanC(RA-226,PB-214,BI-214,PB-210)= (5)
Th232S=WMeanC(AC-228,RA-224,PB-212,BI-212)= (20)
U235S=WMeanC(U-235,TH-227,BI-211)= (8)
U238S=WMeanC(TH-234,PA-234M,RA-226,PB-214,BI-214,PB-210)= 37.3(6)
U238(234)=WMeanC(TH-234,PA-234M)= (3)E <0.10E+03
natural=Be7+K40+U235+Th232+U238= (16)
artificial= (13) <29
total=natural+artificial= (21) ( )E+03
buildint=K40/3000+Ra226/200+Th232/300+artificial/4000= (10)
buildext=K40/5000+Ra226/400+Th232/400+artificial/4000= (7)

35. radioisotope
Mean [Bq/kg]
Range [Bq/kg]
238U
42±12
232Th
36.0±9.5
226Ra
32.4±8.4
40K
445±88
ratio
Mean
range
238U/232Th
1.18(19)
238U/40K
0.094(17)
232Th/40K
0.080(9)
226Ra/232Th
0.92(16)