Одновременные наблюдения гамма-фона почвенных радионуклидов и электрической проводимости приземной атмосферы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе представлены результаты одновременных наземных наблюдений спектров гамма-излучения почвенных радионуклидов, объемной активности радона и электрической проводимости воздуха приземной атмосферы. На основе анализа спектров гамма-излучения выполнены оценки концентрации 238 U, 232 Th и 40K в верхнем слое грунта и мощности дозы земного гамма-излучения для 43 площадок 8 пунктов наблюдений, расстояние между которыми в диапазоне от 1 м до 25 км. Диапазон зарегистрированных концентраций составил 1.28–2.64 мг/кг для 40K, 0.7–1.41 мг/кг для 238 U и 4.4–8.88 мг/кг для 232 Th. Определены средние соотношения между объемными активностями указанных почвенных радионуклидов и статистика отклонений от средних. За период наблюдений диапазон изменения мощности дозы гаммы-излучения от почвенных радионуклидов на высоте 1 м над поверхностью земли составил 26–52 нГр/ч. Во время дождя регистрируется увеличение количества гамма-квантов в пиках 214 Bi, достигающее 1200% для энергии квантов вблизи 1765 кэВ и 300% для энергии квантов вблизи 2204 кэВ. Автокорреляционная функция временного ряда мощности дозы гамма-излучения почвенных радионуклидов в условиях хорошей погоды спадает с характерным временным масштабом, составляющим несколько суток, который уменьшается до нескольких часов при наличии осадков в анализируемом интервале времени, сопровождающихся усилением линий 214 Bi в спектре гамма-излучения. Электрическая проводимость воздуха приземной атмосферы показывает наличие суточной вариации с минимумом в дневное время и двумя максимумами — утром и вечером. Разнесенные по высоте наблюдения показали, что электрическая проводимость на высоте 0.5 м в среднем больше, чем на высоте 1.5 м, при этом в дневное время разность значений проводимости на этих высотах выражена более отчетливо.

Об авторах

С. В. Анисимов

Геофизическая обсерватория “Борок”, филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: svga@borok.yar.ru
Борок, Россия

С. В. Галиченко

Геофизическая обсерватория “Борок”, филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: svga@borok.yar.ru
Борок, Россия

Е. В. Климанова

Геофизическая обсерватория “Борок”, филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: svga@borok.yar.ru
Борок, Россия

К. В. Афиногенов

Геофизическая обсерватория “Борок”, филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: svga@borok.yar.ru
Борок, Россия

А. С. Козьмина

Геофизическая обсерватория “Борок”, филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: svga@borok.yar.ru
Борок, Россия

А. А. Прохорчук

Геофизическая обсерватория “Борок”, филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: svga@borok.yar.ru
Борок, Россия

Список литературы

  1. Анисимов С.В., Галиченко С.В., Афиногенов К.В., Макрушин А.П., Шихова Н.М. Объемная активность радона и ионообразование в невозмущенной нижней атмосфере: наземные наблюдения и численное моделирование // Физика Земли. 2017. № 1. с. 155–170.
  2. Анисимов С.В., Галиченко С.В., Афиногенов К.В., Прохорчук А.А. Глобальные и региональные составляющие электричества невозмущенной нижней атмосферы средних широт // Физика Земли. 2018. № 5. с. 104–114.
  3. Анисимов С.В., Галиченко С.В., Климанова Е.В., Прохорчук А.А., Афиногенов К.В. Вклад фотонной компоненты в ионизацию атмосферы радионуклидами земной коры и радиоактивными эманациями // Физика Земли. 2023. № 6. с. 245–258.
  4. Анисимов С.В., Афиногенов К.В., Галиченко С.В., Прохорчук А.А. Датчик концентрации легких атмосферных ионов для полевых натурных геофизических наблюдений // Сейсмические приборы. 2022. Т. 58. № 3. с. 43–60.
  5. Бреслер С.Е. Радиоактивные элементы. м.: ГИТТЛ. 1957. 550 с.
  6. Портнов А.М. Радиогеохимический поиск руды // Природа. 1984. № 5. с. 99–105.
  7. Смыслов А.А. Уран и торий в земной коре. Л.: Недра. 1974. 231 с.
  8. Сыромятников Н.Г., Иванова Э.И., Трофимова Л.А. Радиоактивные элементы как геохимические индикаторы породо- и рудообразования. м. 1976. 232 с.
  9. Рихванов Л.П. Общие и региональные проблемы радиоэкологии. Томск: ТПУ. 1997. 383 с.
  10. Таблицы физических величин. справочник / И.К. Кикоин (ред.). м.: Атомиздат. 1976. 1008 с.
  11. Яковлев Г.А., Кобзев А.А., Смирнов С.В., Беляева И.В., Аршинов М.Ю., Яковлева В.С. Синхронный мониторинг g, b-фона и атмосферных осадков в геофизических обсерваториях ИмКЭс сО РАН и БЭК ИОА сО РАН // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки 2020. Т. 32. № 3. с. 165–179.
  12. Aladeniyi K., Olowookere C., Oladele B.B. Measurement of natural radioactivity and radiological hazard evaluation in the soil samples collected from Owo, Ondo State, Nigeria // J. Radiat. Res. Appl. Sci. 2019. V. 12. № 1. P. 200–209.
  13. Alekseenko V., Alekseenko A. The abundances of chemical elements in urban soils // J. Geochem. Explor. 2014. V. 147. P. 245–249.
  14. Amestoy J., Meslin P.-Y., Richon P., Delpuech A., Derrien S., Raynal H., Pique É., Baratoux D., Chotard P., Van Beek P., Souhaut M., Zambardi T. Effects of environmental factors on the monitoring of environmental radioactivity by airborne gamma-ray spectrometry // J. Envir. Rad. 2021. V. 237. 106695.
  15. Anisimov S.V., Galichenko S.V., Aphinogenov K.V., Prokhorchuk A.A. Evaluation of the atmospheric boundary-layer electrical variability // Boundary-Layer Meteorol. 2018. V. 167. P. 327–348.
  16. Anisimov S.V., Galichenko S.V., Prokhorchuk A.A., Aphinogenov K.V., Kozmina A.S. Turbulent electric current in the marine convective atmospheric boundary layer // Atmos. Res. 2019. V. 228. P. 327–348.
  17. Anisimov S.V., Galichenko S.V., Prokhorchuk A.A., Aphinogenov K.V. Mid-latitude convective boundary-layer electricity: a study by large-eddy simulation // Atmos. Res. 2020. V. 244. 105035.
  18. Anisimov S.V., Galichenko S.V., Prokhorchuk A.A., Aphinogenov K.V. Mid-latitude convective boundary-layer electricity: A study by using a tethered balloon platform // Atmos. Res. 2021. V. 250. 105355.
  19. Anisimov S.V., Galichenko S.V., Prokhorchuk A.A., Aphinogenov K.V. On the ratio of the components of the atmospheric vertical electric current density in fair weather // IOP Conf. Series: Earth and Envir. Sci. 2022. V. 1040. 012026.
  20. Anisimov S.V., Galichenko S.V., Prokhorchuk A.A., Klimanova E.V., Kozmina A.S., Aphinogenov K.V. Estimation of autocorrelation functions of atmospheric electric field variations using a Golomb array of sensors // Atmos. Res. 2025. V. 315. 107847.
  21. Barbosa S.M., Huisman J.A., Azevedo E.B. Meteorological and soil surface effects in gamma radiation time series — Implications for assessment of earthquake precursors // J. Envir. Rad. 2018. V. 195. P. 72–78.
  22. Barbosa S.M., Miranda P., Azevedo E.B. Short-term variability of gamma radiation at the ARM Eastern North Atlantic facility (Azores) // J. Envir. Rad. 2017. V. 172. P. 218–231.
  23. Bossew P., Cinelli G., Hernández-Ceballos M., Cernohlawek N., Gruber V., Dehandschutter B., Menneson F., Bleher M., Stöhlker U., Hellmann I., Weiler F., Tollefsen T., Tognoli P.V., de Cort M. Estimating the terrestrial gamma dose rate by decomposition of the ambient dose equivalent rate // J. Envir. Rad. 2017. V. 166. P. 296–308.
  24. Bottardi C., Albéri M., Baldoncini M., Chiarelli E., Montuschi M., Raptis K.G.C., Serafini A., Strati V., Mantovani F. Rain rate and radon daughters' activity // Atmos. Envir. 2020. V. 238. 117728.
  25. Burnett J.L., Croudace I.W., Warwick P.E. Short-lived variations in the background gamma-radiation dose // J. Radiol. Prot. 2010. V. 30. P. 525–533.
  26. Cinelli G., Tondeur F., Dehandschutter B., Bossew P., Tollefsen T., De Cort M. Mapping uranium concentration in soil: Belgian experience towards a European map // J. Envir. Radioactivity 2017. V. 166. P. 220–234.
  27. Fujinami N. Observational study of the scavenging of radon daughters by precipitation from the atmosphere // Envir. International. 1996. V. 22. P. S181–S185.
  28. Gasser E., Nachab A., Nourreddine A., Roy Ch., Sellam A. Update of 40K and 226Ra and 232Th series g-to-dose conversion factors for soil // J. Envir. Radioactivity 2014. V. 138. P. 68–71.
  29. Grasty R.L. Radon emanation and soil moisture effects on airborne gamma-ray measurements // Geophys. 1997. V. 62. № 5. P. 1379–1385.
  30. Greenfield M.B., Domondon A.T., Okamoto N., Watanabe I. Variation in g-ray count rates as a monitor of precipitation rates, radon concentrations, and tectonic activity // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. № 3. P. 1628–1633.
  31. Gross W.H. Radioactivity as a guide to ore // Economic Geology. 1952. V. 47. № 7. P. 722–742.
  32. Guedalia D., Allet C., Fontan J., Druilhet A. Lead-212, radon and vertical mixing in the lower atmosphere (100-2000) m. Tellus. 1973. V. 25(4). P. 381–385.
  33. Huang T.-Y., Teng F.-Z., Rudnick R.L., Chen X.-Y., Hu Y., Liu Y.-S., Wu F.-Y. Heterogeneous potassium isotopic composition of the upper continental crust // Geochimica et Cosmochimica Acta 2020. V. 278. P. 122–136.
  34. Ielsch G., Thiéblemont D., Labed V., Richon P., Tymen G., Ferry C., Robé M.C., Baubron J.C., Béchennec F. Radon (222Rn) level variations on a regional scale: influence of the basement trace element (U, Th) geochemistry on radon exhalation rates // J. Envir. Radioactivity 2001. V. 53. P. 75–90.
  35. Ielsch G., Cuney M., Buscail F., Rossi F., Leon A., Cushing M.E. Estimation and mapping of uranium content of geological units in France // J. Envir. Radioactivity 2017. V. 166. P. 210–219.
  36. Inomata Y., Chiba M., Igarashi Y., Aoyama V., Hirose K. Seasonal and spatial variations of enhanced gamma ray dose rates derived from 222Rn progeny during precipitation in Japan // Atmos. Envir. 2007. V. 41. P. 8043–8057.
  37. Lebedyte M., Butkus D., Morkūnas G. Variations of the ambient dose equivalent rate in the ground level air // J. Envir. Radioactivity 2003. V. 64. P. 45–57.
  38. Marsac K.E., Burnley P.C., Adcock C.T., Haber D.A., Malchow R.L., Hausrath E.M. Modeling background radiation using geochemical data: A case study in and around Cameron, Arizona // J. Envir. Radioactivity 2016. V. 165. P. 68–85.
  39. Melintescu A., Chambers S.D., Crawford J., Williams A.G., Zorila B., Galeriu D. Radon-222 related influence on ambient gamma dose // J. Environ. Radioact. 2018. V. 189. P. 67–78.
  40. Mercier J.-F., Tracy B.L., d'Amours R., Chagnon R., Hoffman I., Korpach E.P., Johnson S., Ungar R.K. Increased environmental gamma-ray dose rate during precipitation: a strong correlation with contributing air mass // J. Environ. Radioact. 2009. V. 100. P. 527–533.
  41. Nowak K.J., Solecki A.T. Factors affecting background gamma radiation in an urban space // J. Elem. 2015. V. 20(3). P. 653–665.
  42. Porstendörfer J. Properties and behavior of radon and thoron and their decay products in the air // J. Aerosol. Sci. 1994. V. 25. № 2. P. 219–263.
  43. Rizzo A., Antonacci G., Borra E., Cardellini F., Ciciani L., Sperandio L., Vilardi I. Environmental gamma dose rate monitoring and radon correlations: evidence and potential applications // Environments 2022. V. 9. P. 66.
  44. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Treatise on Geochemistry 2003. V. 3. P. 1–64.
  45. Szegvary T., Leuenberger M.C., Conen F. Predicting terrestrial 222Rn flux using gamma dose rate as a proxy // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7. P. 2789–2795.
  46. Taylor S.R. Abundance of chemical elements in the continental crust: a new table // Geochimica et Cosmochimica Acta 1964. V. 28. P. 1273–1285.
  47. Taylor S.R., McLennan S.M. The continental crust: its composition and evolution. Oxford, London, Edinburgh, Boston, Palo Alto, Melbourne: Blackwell Scientific. 1985. xvi+312p.
  48. Tchorz-Trzeciakiewicz D.E., Rysiukiewicz M. Ambient gamma dose rate as an indicator of geogenic radon potential // Sci. Total Envir. 2021. V. 755. 142771.
  49. Tchorz-Trzeciakiewicz D.E., Solecki A.T. Variations of radon concentration in the atmosphere. Gamma dose rate // Atmos. Envir. 2018. V. 174. P. 54–65.
  50. UNSCEAR. Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Assembly. Annex B: Exposures from Natural Radiation Sources. 2000.
  51. Voltaggio M. Radon progeny in hydrometeors at the earth's surface // Radiat. Protect. Dosim. 2012. V. 150. P. 334–341.
  52. Wedepohl K.H. The composition of the continental crust // Geochimica et Cosmochimica Acta 1995. V. 59. № 7. P. 1217–1232.
  53. Yakovleva V., Poberezhnikov A.D., Yakovlev G.A., Kobzev A.A., Smirnov S.V., Arshinov M.Yu. Analysis of gamma-radiation background changes during periods of atmospheric precipitation // Atomic Energy 2021. V. 131. № 1. P. 50–55.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).