Викиди ^137Cs в повітря при спалюванні забрудненої біомаси. Огляд лабораторних досліджень

В.К. Шинкаренко, А.М. Новіков

Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, вул. Лисогірська, 12, Київ, 03028, Україна

DOI: doi.org/10.31717/2311-8253.24.3.7

Анотація

Зроблено огляд літератури щодо емісії цезію під час лабораторного спалювання забрудненої біомаси та представлено результати порівняння емісії 137Cs при горінні та тлінні, отримані авторами. Зразок лісової підстилки, зібраної в Чорнобильській зоні відчуження, спалювали в спеціально сконструйованій печі в режимах полум’я і тління. Під час полум’яного спалювання на аерозольному фільтрі було зареєстровано 8,4 % активності 137Cs, тоді як під час тління з іншої частини того ж зразка в повітря було вивільнено менше 1 %. Результат добре узгоджується з відомими літературними даними і демонструє сильну залежність викидів 137Cs від режиму горіння. Виявлені розбіжності в літературних даних щодо коефіцієнтів емісії можуть бути обумовлені різницею в дисперсному складі досліджуваних фракцій диму, а також використанням дещо некоректної методики визначення активності емісії по залишковій активності золи, при якій всі втрати активності в ході експерименту автоматично відносяться до емісії з димом. Зроблено висновок, що за різних початкових умов лісової пожежі коефіцієнти емісії 137Cs навіть для однієї і тієї ж ділянки лісу можуть суттєво відрізнятися.

Ключові слова: лісові пожежі, лабораторне спалювання забрудненої біомаси, емісія 137Cs з димом

Список використаної літератури

1. Peterson D.L. Wildland Fire Smoke in the United States: A Scientific Assessment / D.L. Peterson, S.M. McCaffrey, T. Patel-Weynand // Springer Nature, 2022. – 341 p. – doi.org/10.1007/978-3-030-87045-4.

2. Koppmann R. A review of biomass burning emissions, part I: gaseous emissions of carbon monoxide, methane, volatile organic compounds, and nitrogen containing compounds / R. Koppmann, K. Von Czapiewski, J.S. Reid // Atmospheric chemistry and physics discussions. – 2005. – Vol. 5. – P. 10455–10516. – Available at: https://acp.copernicus.org/preprints/acpd-2005-0301/acpd-5-10455-2005.pdf

3. Burning radionuclide question: What happens to iodine, cesium and chlorine in biomass fires? / B. D. Amiro, S.C. Sheppard, F.L. Johnston [et al.] // The Science of the Total Environment. – 1996. – Vol. 187. – P. 93–103. – Available at: doi.org/10.1016/0048-9697(96)05125-X

4. Cesium emissions from laboratory fires / W.M. Hao, S. Baker, E. Lincoln [et al.] // Journal of the Air & Waste Management Association. – 2018. – Vol. 68 (11). – P. 1211–1223. – Available at: https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/10962247.2018.1493001.

5. Distribution of radionuclides between atmosphere and ash during combustion of contaminated vegetation / L.J. Zhou, R. Rao, E. Corcoran, D. Kelly // Journal of environmental radioactivity. – 2016. – Vol. 165. – P. 159–167. – Available at: https://inis.iaea.org/collection/ NCLCollectionStore/_Public/49/103/49103588.pdf.

6. Experimental wildfire induced mobility of radiocesium in a boreal forest environment / J. Martinsson, G. Pédehontaa-Hiaa, V. Malmborg, D. Madsen, C. Rääf // Science of the Total Environment. – 2021. – Vol. 792. – Art. 148310. – Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S 0048969721033817.

7. Influence of variable oxygen concentration on the combustion derived release of radiocesium from boreal soil and peat / J. Martinsson, G. Pédehontaa-Hiaa, D. Madsen, C. Rääf // Science of the Total Environment. – 2022. – Vol. 815. – Art. 152725. – Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721078049.

8. Дворник А.М. Радиоактивные продукты горения / А.М. Дворник, А.А. Дворник // Проблемы лесоведения и лесоводства: Сборник научных трудов ИЛ НАН Беларуси. – Вып. 74. – Гомель : Институт леса НАН Беларуси. – 2014. – С. 431–435.

9. Resuspension and redistribution of radionuclides during grassland and forest fires in the Chernobyl exclusion zone: part I. Fire experiments / V.I. Yoschenko, V.A. Kashparov, V.P. Protsak [et al.] / Journal of Environmental Radioactivity. – 2006. – Vol. 86. – No. 2. – P. 143–163. – Available at: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/52/067/52067297.pdf.

10. Resuspension and redistribution of radionuclides during grassland and forest fires in the Chernobyl exclusion zone: part II. Modeling the transport process / V.I. Yoschenko, V.A. Kashparov, S.E. Levchuk [et al.] // Journal of Environmental Radioactivity. – 2006. – Vol. 87(3). – P. 260–278. – Available at: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/52/067/52067292.pdf.

11. Distribution and influence of forest fires on the ecological and radiation situation in radioactively contaminated areas / V. Sydorenko, S. Yeremenko, V. Vambol [et al.] // Procedia Structural Integrity. – 2022. – Vol. 36. – P. 318–325. – doi.org/10.1016/j.prostr.2022.01.041.

12. Newman-Thacker F. Investigating the drivers of the unprecedented Chernobyl Power Plant Wildfire in April 2020 and its effects on 137Cs dispersal / F. Newman-Thacker, L. Turnbull // Natural hazards. – 2021. – Vol. 109 (2). – P. 1877–1897. – Available at: https://link.springer.com-/article/10.1007/s11069-021-04902-7.

13. Пазухин Э.М. Лесной пожар как фактор перераспределения радионуклидов чернобыльского генезиса в окружающей среде / Э.М. Пазухин, А.А. Боровой, Б.И. Огородников // Радиохимия. – 2004. – Т. 46 (1). – С. 93–96. – Режим доступа: http://www.physchembio.ru/mediafiles/journals/9_journal/issues/2004_46_1/R_2004_46_1_93-96.pdf.

14. Forest fires in the territory contaminated as a result of the Chernobyl accident: radioactive aerosol resuspension and exposure of fire-fighters / V.A. Kashparov, S.M. Lundin, A.M. Kadygrib [et al.] // Journal of environmental radioactivity. – 2000. – Vol. 51 (3). – P. 281–298. – doi.org/10.1016/S0265-931X(00)00082-5.

15. Evaluation of radioactive air contamination due to a forest fire within the Exclusion Zone on June 5–8, 2018 / М.М. Talerko, Т.D. Lev, S.I. Kireev [et al.] // Nuclear Power and the Environment. – 2019. – Vol. 2. – P. 47–57. – doi.org/10.31717/2311-8253.19.1.7.

16. Resuspension of radionuclides into the atmosphere due to forest fires / J. Paatero, K. Vesterbacka, U. Makkonen [et al.] // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. – 2009. – Vol. 282(2). – P. 473–476. – doi.org/10.1007/s10967-009-0254-9.

17. A review of biomass burning emissions, part II: Intensive physical properties of biomass burning particles / J.S. Reid, R. Koppmann, T. F. Eck, D.P. Eleuterio // Atmos. Chem. Phys. Discuss. – 2004. – Vol. 4. – P. 5135–5200. – doi.org/10.5194/acp-5-799-2005.

18. Andreae M.O. Emission of trace gases and aerosols from biomass burning / M. O. Andreae, P. Merlet // Global Biogeochem. Cycles. – 2001. – Vol. 15 (4). – P. 955–966. – Available at: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2000GB001382.

19. Пат. 153772 Україна, МПК G01N 1/00, F23B 80/00. Пристрій для спалювання твердих матеріалів і відбору проб для аналізу речовин, що містяться в диму / В.К. Шинкаренко, А.М. Новіков; заявник і власник ІПБ АЕС НАН України. – № u202300905; заявл. 07.03.2023; опубл. 23.08.2023, бюл. № 34/2023. – Режим доступу: https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/1755183.

20. Kabata-Pendias A. Trace elements in abiotic and biotic environments / A. Kabata-Pendias, B. Szteke. – Taylor & Francis, 2015. – 468 p. – Available at: https://library.oapen.org/bitstream/handle/20.500.12657/41690/9781482212815.pdf?sequence=1.

21. Burger A. Stable and radioactive cesium: a review about distribution in the environment, uptake and translocation in plants, plant reactions and plants’ potential for bioremediation / A. Burger, I. Lichtscheidl // Science of the Total Environment. – 2018. – Vol. 618. – P. 1459–1485. – doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.09.298.

22. Tuli J.K. Nuclear Data Sheets for A=137 / J.K. Tuli // Nuclear Data Sheets. – 1994. – Vol. 72 (3). – P. 355–408. – doi.org/10.1006/ndsh.1994.1031.

23. Isotopic Ratio of 137Cs/133Cs in Soils and Vegetation Cover of Forest Ecosystems / D.N. Lipatov, A.I. Shcheglov, D. V. Manakhov, O. B. Tsvetnova // Moscow University Soil Science Bulletin. – 2022. – Vol. 77 (4). – P. 218–226. – Available at: https://link.springer.com/article/10.3103/s014768742204010x.

24. Cains P. Volatilization of ruthenium, caesium and technetium from nitrate systems in nuclear fuel processing and waste solidification. / P. Cains, K. Yewer, S. Waring // Radiochim. Acta. – 1992. – Vol. 56. – P. 99–104. – Available at: https://www.degruyter.com/document/doi/10.1524/ract.1992.56.2.99/html.

25. Цезий содержащие фазы в древесных золах чернобыльского района / Ф.В. Белкин, С.В. Габелков, Р.В. Тарасов [и др.] // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. – Вип. 11. – 2009. – С. 136–141. – Режим доступу: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/7417/18-Belkin.pdf?sequence=1º/.

26. Vapour Pressure Chart. – Friday Harbor, Washington: Luxel Corporation. – Available at: http://luxel.com/wp-content/uploads/2013/04/Luxel-Vapor-Pressure-Chart.pdf

27. Emissions of trace gases and aerosols during the open combustion of biomass in the laboratory / G.R. McMeeking, S.M. Kreidenweis, S. Baker [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. – 2009. – Vol. 114. – D19. – doi.org/10.1029/2009JD011836.

28. Individual aerosol particles from biomass burning in southern Africa: 1. Composition and size distributions of carbonaceous particles. / M. Posfai, R. Simonics, J. Li [et al.] // J. Geophys. Res. – 2003. – Vol. 108. – D13. – P. 8483. – Available at: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1029/2002JD002291.

29. Etiegni L. Physical and chemical characteristics of wood ash. / L. Etiegni, A. G. Campbell // Bioresource technology. – 1991. – Vol. 37 (2). – P. 173–178. – Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/096085249190207Z.

30. Emissions of formaldehyde, acetic acid, methanol, and other trace gases from biomass fires in North Carolina measured by airborne Fourier transform infrared spectroscopy / R. J. Yokelson, J. G. Goode, D. E. Ward [etal.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. – 1999. – Vol. 104. – D 23. – P. 30109–30125. – Available at: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1029/1999JD900817.

31. Kudzin M. Distribution of 137 Cs between the components of pine forest of Chernobyl NPP exclusion zone / M. Kudzin, V. Zabrotski, D. Harbaruk // Impact of Cesium on Plants and the Environment. – 2017. – P. 149–169. – Available at: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-41525-3_9

Повний текст (PDF)

---