Вплив іонної сили розчину на формування підвищеної міграції ⁹⁰Sr в підземних водах промислового майданчика Чорнобильської АЕС

І. О. Коваленко¹, М. І. Панасюк¹, Н. В. Сосонна¹, Г. В. Левін¹,
П. А. Люшня¹, Г. К. Роєнко¹, Л. А. Паламар¹, М. Г. Бузинний²,
І. Р. Онищенко³

¹ Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, вул. Кірова, 36а, Чорнобиль, 07270, Україна
² ДУ «Інститут громадського здоров’я О. М. Марзієва Національної академії медичних наук України»,
вул. Гетьмана Павла Полуботка (Попудренка), 50, Київ, 02094, Україна
³ ДУ «Науково-інженерний центр радіогідрогеоекологічних полігонних досліджень НАН України»,
вул. О. Гончара, 55б, Київ, 01601, Україна

DOI: doi.org/10.31717/2311-8253.23.1.5

Анотація

Виконано термодинамічне моделювання форм знаходження 90Sr для пояснення умов його міграції з підземними водами на основі даних моніторингових досліджень свердловини 4-Г, яка до її ліквідації у 2008 р. розташовувалася на промисловому майданчику Чорнобильської АЕС. Дослідження міграційних форм 90Sr проводилося за допомогою набору програмних інструментів Geochemist’s Workbench Community Edition. Для підтвердження та розуміння міграційних процесів проводилося моделювання поширення з підземними водами різних комплексних з’єднань 90Sr, таких як SrCO3, SrHCO3 + , SrSO4, SrOH+ та SrNO3 + . За допомогою SpecE8 було виконано розрахунок різних форм знаходження 90Sr, а також розраховано іонну силу розчину (ІСР) підземних вод. В експерименті в інтервалі pH 9,5–12,4 спостерігається зростання в підземних водах концентрації 90Sr у 200–500 разів — до 550 Бк/л. У цьому ж інтервалі рН, за даними моделювання, спостерігається зростання в підземних водах концентрації стронцію у формі SrOH+ та його зниження у формі Sr2+. Причиною різкого зростання об’ємних активностей 90Sr в сильнолужних підземних водах може бути підвищення ІСР > 5 ммоль/л. Збільшення ІСР сильнолужних підземних вод призводить до зниження сорбційних властивостей ґрунтів і до ремобілізації адсорбованого 90Sr назад до підземних вод шляхом катіонного обміну. Імовірно, в інтервалі рН 9,5–12,4 та при ІСР > 5 ммоль/л відбувається зміна поверхневого заряду частинок ґрунту (зазвичай із від’ємного на позитивний), при якому катіони не можуть сорбуватися, а, навпаки, повинні ремобілізуватися з поверхні ґрунтів до підземних вод. При цьому рН = 9,5, як припускається, є точкою нульового заряду (pzc). Для оцінки можливості існування зв’язку між концентраціями 90Sr та ІСР було проведено кореляційний аналіз методом геохімічної статистики. При цьому ступінь кореляції K = 0,87, що підтримує ідею існування тісного зв’язку між цими даними.

Ключові слова: проммайданчик ЧАЕС, підземні води, сильнолужне середовище, іонна сила розчину, термодинамічне моделювання, міграція різних форм знаходження 90Sr

Список використаної літератури

1. Role of magnetite and humic acid in radionuclide migration in the environment / B. K. Singh, A. Jain, S. Kumar [et al.] // Journal of Contaminant Hydrology. — 2009. — Vol. 106, no. 3–4. — doi.org/10.1016/j.jconhyd.2009.02.004.

2. Correlation between chemical composition and 90Sr concentrations in groundwater of the Chornobyl NPP industrial site / І. О. Kovalenko, М. I. Panasiuk, А. D. Skorbun [et al.] // Journal of Environmental
Radioactivity. — 2021. — Vol. 240. — Art. 106756.

3. Забруднення 90Sr підземних вод території об’єкта «Укриття» Чорнобильської атомної електростанції / I. A. Литвин, M. I. Панасюк, Г. В. Левін, I. П. Онищенко // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2016. — Вип. 26. — С. 122–127. — Режим доступу: http://www.ispnpp.kiev.ua/wp-content/uploads/2017/2016_26/c122.pdf.

4. Radioactive contamination of groundwater and soils of the local zone of the “Shelter” object and the ChNPP industrial site / M. I. Panasyuk, A. M. Alferov, A. D. Scorbun [et al.] // Collection of reports “Twenty-five years of the Chernobyl disaster. Security of the future”. — 2011. — P. 79–84.

5. Panasyuk M. I. Laws of distribution of uranium in groundwater of ChNPP industrial site / M. I. Panasyuk, I. A. Lytvyn // Nuclear Physics and Atomic Energy. — 2017. — Vol. 18. — P. 56–62.

6. Soils and ground water’s radioactive contamination into the local zone of the “Shelter” object and industrial site of Chernobyl NPP / M. I. Panasyuk, I. A. Lytvyn, E. P. Liushnya [et al.] // Uranium — Past and Future Challenges. — Springer International Publishing, 2015. — P. 657–664. — doi.org/10.1007/978–3–319–11059–2_75.

7. Можливість використання термодинамічного моделювання формування високих концентрацій 90Sr в сильнолужних підземних водах / M. І. Панасюк, Д. Т. Матросов, O. І. Стоянов, Г. В. Левін // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2018. — Вип. 31. — С. 120–126.

8. Effect of groundwater pH and ionic strength on strontium sorption in aquifer sediments: Implications for 90Sr mobility at contaminated nuclear sites / S. H. Wallace, S. Shaw, K. Morris [et al.] // Applied
Geochemistry. — 2012. — Vol. 27, no. 8. — doi.org/10.1016/j.apgeochem.2012.04.007.

9. Изучение особенностей радионуклидного состава грунтовой воды скважины 4-Г локальной зоны объекта «Укрытие» / В. Е. Хан, А. А. Одинцов, А. К. Калиновский [и др.] // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2006. — Вип. 4. — С. 111–120.

10. Радионуклиды в грунтовой воде наблюдательных скважин локальной зоны объекта «Укрытие» / А. А. Одинцов, В. Е. Хан, В. А. Краснов, Э. П. Пазухин // Радиохимия. — 2007. — Т. 49, № 5. — С. 467–473.

11. Bethke C. M. GWB Essentials Guide / C. M. Bethke, B. Farrel, M. Sharifi. — Illinois: Aqueous Solutions, LLC Champaign, 2022. — 220 p. — Available at: https://www.gwb.com/pdf/GWB2022/GWBessentials.pdf.

Повна стаття (PDF)