Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Бураева Е.А. 1, 2 Стасов В.В. 1 Малышевский В.С. 2 Кубрин С.П. 1, 2 Толпыгин И.Е. 3 Дубоносов А.Д. 4

---

1 Научно-исследовательский институт физики ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»

2 ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»

3 Научно-исследовательский институт физической и органической химии ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»

4 Южный научный центр Российской академии наук

Проведены исследования особенностей сезонного поведения 7Be, используемого в качестве трассера при изучении и описании различных экологических и метеорологических процессов в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону. Приведенные данные охватывают вторую половину 23-го (2001–2007 гг.) и первую половину 24-го (2007–2011 гг.) циклов солнечной активности. Установлено, что содержание (объемная активность) 7Ве в атмосферных аэрозолях варьируется в пределах от 0,025 до 27,0 мБк/м3 при среднем содержании за все время наблюдений 5,107 мБк/м3, при этом наблюдаются максимум в весенне-летний период и минимум – в осенне-зимний. Полученные зависимости подтверждают наличие процессов вымывания радиоактивных аэрозолей из атмосферы осадками и обратную зависимость среднегодовой концентрации 7Ве от солнечной активности. Данные результаты являются характерными для средних широт и умеренно-континентального климата.

Статья в формате PDF

911 KB

7Ве

радионуклиды

приземная атмосфера

сезонное поведение

температура

солнечная активность

относительная влажность

осадки

1. Azahra M., Camacho-Garcia A., Gonzalez-Gomez C., Lopez-Penalver J.J., Bardouni T.El. Seasonal 7Be concentrations in near-surface air of Granada (Spain) in the period 1993–2001 // Applied Radiation and Isotopes. – 2003. – № 59. – Р. 159–164.

2. Gerasopoulos E., Zanis P., Stohl A., Zerefos C.S., Papastefanou C., Ringer W., Tobler L., Hubener S., Gaggeler H.W., Kanter H.J., Tositti L., Sandrini S. A climatology of 7Be at four high-altitude stations at the Alps and the Northern Apennines // Atmospheric Environment. –2001. – № 35. – Р. 6347–6360.

3. Ioannidou A., Manolopoulou M., Papastefanou C. Temporal changes of 7Be and 210Pb concentrations in surface air at temperate latitudes (40оN) // Applied Radiation and Isotopes. – 2005. – № 63. – Р. 277–284.

4. Kulan A., Aldahan A., Possnert G., Vintersved I. Distribution of 7Be in surface air of Europe // Atmospheric Environment. – 2006. – № 40. – Р. 3855–3868.

5. Papastefanou C., Ioannidou A. Beryllium-7 and solar activity. // Applied Radiation and Isotopes. – 2004. – № 61. – Р. 1493–1495.

7Ве (период полураспада, Т½ = 53 дня) – естественный радионуклид космогенного происхождения. Он образуется в ядерных реакциях на азоте, кислороде и углероде в верхних слоях атмосферы. В приземный слой воздуха, в почву и растительность 7Ве попадает в результате перемешивания воздушных масс и вымывания осадками. 7Ве при радиоактивном превращении (двойной К-захват) образует стабильный изотоп 7Li.

Образование и поведение 7Ве в приземной атмосфере связано с солнечной активностью и метеопараметрами региона исследований. В поведении 7Ве отмечается наличие максимума в весенне-летний период и минимума – в осенне-зимний [2, 3]. Длительные измерения объемной активности 7Ве в приземном слое воздуха показывают наличие обратной зависимости с солнечной активностью (числами Вольфа) [4, 5].

В целом объемная активность 7Ве варьируется в широких пределах − от 42 до 10 мБк/м3 [1-5]. В настоящее время выявлены зависимости содержания данного радионуклида от температуры воздуха и количества осадков [1, 3].

7Be используется в качестве трассера при изучении и описании различных экологических и метеорологических процессов, таких как перенос и осаждение атмосферных аэрозолей, а также для оценки их времени жизни.

В связи с этим для изучения процессов переноса данного радионуклида в приземной атмосфере необходимо проведение комплексных исследований, связанных с установлением зависимостей объемной активности (ОА) 7Be от солнечной активности (числа Вольфа) и основных метеопараметров.

Материалы и методы исследования

Для отбора проб дисперсной фазы атмосферных аэрозолей и осадков в Лаборатории радиоэкологических исследований НИИ физики Южного федерального университета в 2000 году введена в эксплуатацию фильтровентиляционная установка (ФВУ). Атмосферные аэрозоли отбирали на фильтр из ткани Петрянова ФПП-15-1.7 общей площадью 0,56 м3. Реальное (чистое) время экспозиции каждой пробы, определяемое электронным хронометром, составляет 168 часов. Расход воздуха ФВУ составляет около 510–630 м3/ч. В целом за 2001–2011 гг. было отобрано более 500 проб атмосферных аэрозолей.

Для оценки удельной активности 7Ве в атмосферных аэрозолях использовали радиометрическую низкофоновую установку на основе коаксиального полупроводникового детектора из особо чистого германия (GeНР) с эффективностью 25 % в диапазоне 13–1500 кэВ, отношением пик/комптон 51.7:1.

7Ве определяли по пику с энергией 477 кэВ. По разности весов экспонированного и чистого фильтра определяется запыленность воздуха Р0 = Р/V (мкг/м3).

Результаты исследования и их обсуждение

В результате непрерывных измерений ОА 7Ве в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону за период 2001–2011 гг. установлено, что его содержание в атмосферных аэрозолях варьируется в пределах от 0,025 до 27,0 мБк/м3 при среднем содержании за все время наблюдений 5,107 мБк/м3 (рис. 1). В основном большинство измеренных значений содержания 7Ве попадает в диапазон 3–7 мБк/м3, что согласуется с полученными данными для умеренных широт (40–50° СШ) [2, 5].

Рис. 1. Частота распределений объемной активности 7Ве (мБк/м3) в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону

В сезонном ходе 7Ве в атмосфере г. Ростова-на-Дону также имеют место максимум в весенне-летний период и минимум – в осенне-зимний. Подобное поведение объемной активности 7Ве связано с весенне-летней перестройкой атмосферы (из-за наличия между стратосферой и тропосферой слоя мощной температурной инверсии) и началом вегетационного периода (рис. 2).

В сезонном поведении 7Ве (см. рис. 2) в 2001–2011 гг явно выраженные максимумы объемной активности приходятся в основном на июль. Максимальные среднемесячные значения содержания 7Ве зафиксированы в 2009 г. (июль) – 19,5 мБк/м3, а минимум в 2001 г. (февраль) – 1,51 мБк/м3.

Локально-временные изменения концентрации 7Ве связаны с сочетанием солнечной активности и различных метеопараметров (количество осадков, влажность, температура воздуха) в г. Ростове-на-Дону.

Изучение зависимости сезонного поведения объемной активности 7Ве в приземном слое воздуха от количества осадков г. Ростова-на-Дону (по данным Гидрометцетра России) показало, что в большинстве случаев максимумы содержания 7Ве приходятся на минимум количества осадков, что свидетельствует о вымывании радиоактивных аэрозолей из атмосферы осадками (рис. 3).

Рис. 2. Сезонное поведение ОА 7Ве в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону

Рис. 3. Сезонное поведение объемной активности 7Ве и количества осадков

Исследования радиоактивности приземной атмосферы г. Ростова-на-Дону охватывают вторую половину 23-го (2001–2007 гг.) и первую половину 24-го (2007–2011 гг.) солнечных циклов.

Полученные данные (таблица) подтверждают обратную зависимость среднегодовой ОА 7Ве от солнечной активности. На максимум чисел Вольфа (111,0) приходится минимум содержания 7Ве (3,2 мБк/м3).

Результаты проведенных исследований согласуются с длительными измерениями содержания 7Ве в приземной атмосфере ряда стран Европы [1–5].

Детальное (среднемесячное) поведение ОА 7Ве и чисел Вольфа также демонстрирует их обратную зависимость (рис. 4). При этом явные солнечные вспышки (например, в 2003 г.) не сказываются на годовом поведении 7Ве в атмосфере, что, по-видимому, связано с дополнительным совокупным влиянием метеопараметров и времени года на сезонное распределение данного радионуклида.

Выводы

Таким образом, в результате проведенных исследований сезонного поведения 7Ве в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону в период 2001–2011 гг. выявлены зависимости его объемной активности от относительного числа солнечных пятен и количества выпавших осадков. Анализ подобных результатов показывает, что для детальной оценки и интерпретации годового распределения 7Ве в атмосферных аэрозолях необходим комплексный учет взаимного влияния солнечной активности и метеорологических факторов. Полученные данные являются характерными для средних широт и умеренно-континентального климата.

Динамика изменения среднегодовой ОА 7Ве в г. Ростов-на-Дону за 2001–2011 гг.

Рис. 4. Сезонное поведение 7Ве и чисел Вольфа в приземной атмосфере г. Ростова-на-Дону

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (№ 14.А18.21.0633).

Рецензенты:

Цветянский А.Л., д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры общей физики физического факультета Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону;

Бугаев Л.А., д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой теоретической и вычислительной физики физического факультета Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону.

Работа поступила в редакцию 26.11.2012.

Библиографическая ссылка