Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

The accident in 1986 at the nuclear power station in Chernobyl, Ukraine, dispersed radioactive cesium over large areas of Europe. The half life of 137Cs is 30 years and this radionuclide also behaves like potassium, which means that it can easily be taken up by the vegetation or be adsorbed in to the structure of clays, principally illitic clays. When radiocesium decays ionizing radiation is emitted, which is harmful to humans that are exposed, either directly or indirectly through food intake. It is there-fore important to know what happens to the cesium that is dispersed into the environ-ment.

In this project a simulation model was constructed to simulate the adsorption and transport of radiocesium in the soil and plant uptake. The model was parameterized from literature values, measured values, calibration and evaluated using measured data from a field site called Skogsvallen 50 km northwest of Uppsala, where meas-urements have been taken five times (1987, 1992, 1994, 2000, 2004) since the acci-dental release of radiocesium 1986. The results regarding transport show that the model works best 1 year after deposition (Model efficiency, EF, 0.77).

The parameters regarding vegetation uptake were more difficult to explain (EF 0.46 as the best). One year after deposition the uptake in reality was large, but it was not pos-sible to include that fact in the model without a large overestimation later on. Some of the measured activity in the upper cm should be classified as activity in the vegetation instead of the soil, because of the root mat, but it is very difficult to separate the many fine roots from the soil. The dense roots at the soil surface could also contribute to less adsorption during the first few years after deposition.

For the whole model, EF was calculated as 0.56. To improve the simulation model, more detailed information about the relation between Kd, clay content and organic matter in the soil profile is desirable.

The investigation of the cesium activity in the soil profile at Skogsvallen 2004 shows that 18 years after the accident, 80% of the total activity still remains in the upper 5 cm of the soil. This means that adsorption to clay minerals is strong. Even if this lim-its vegetation uptake, it is still important to consider how strongly contaminated soils should be used in the future.

Till följd av kärnkraftsolyckan i Tjernobyl, Ukraina våren 1986 spreds stora mängder radiocesium
över Europa. På grund av den långa halveringstiden på 30 år för 137Cs, så kommer
den isotopen finnas kvar i marken under lång tid. När radiocesium sönderfaller till en stabil
slutprodukt sänds joniserande strålning ut, som kan ge upphov till cancerskador hos människor
som utsätts för höga stråldoser. Detta kan ske på olika sätt, antingen genom extern bestrålning
på kroppen, eller internt genom intag av förorenade livsmedel. Cesium liknar kalium,
vilket gör att det lätt kan tas upp av vegetationen och följer med vidare uppåt i livsmedelskedjan.
Därför är det viktigt att ta reda på vad som händer med det radiocesium som
sprids efter en kärnkraftsolycka.
I detta projekt har en simuleringsmodell konstruerats för att simulera adsorption av radiocesium
i lermineral, transport i mark, samt upptag av radiocesium i vegetation. Modellen parameteriserades
utifrån litteraturvärden, uppmätta data samt kalibrering. De simulerade värdena
från modellen de tjugo närmaste åren efter nedfallet utvärderades mot uppmätta data
från fem olika tidpunkter (1987, 1992, 1994, 2000 och 2004). Provtagningsplatsen heter
Skogsvallen och ligger fem mil nordväst om Uppsala.
Resultaten visar att modellen fungerar som bäst med avseende på cesiums fördelning i markprofilen
ett år efter nedfallet (EF 0,77). Men 8 år efteråt (1994) och 14 år efteråt (2000) var
EF-värdena nästan lika höga (EF 0,76 samt 0.75). Vegetationsupptaget av radiocesium i modellen
var svårare att beskriva. Det verkliga upptaget var stort året efter depositionen, vilket
inte gick att få med i modellen utan en stor överskattning längre fram. Detta kan bero på att
aktiviteten i det översta jordskiktet, 0 –1 cm räknas till jorden, medan det egentligen till stor
del består av aktivitet i rötterna från den täta rotmattan. Det är dock svårt att särskilja rötterna
från jorden, vilket vore önskvärt för en förbättring av modellen. EF-värdet var som bäst 0,46
med avseende på vegetationsupptaget.
Det totala EF-värdet för hela modellen är 0,54. För att resultatet ska kunna bli ännu bättre
krävs mer detaljerade adsorptionsförsök för att ta hänsyn till varierade lerhalt, mullhalt och
Kd-värde i jordprofilen.
Den vegetation som växte på Skogsvallen 1986 finns nu som förna i marken. Aktiviteten i
det växtmaterialet har omfördelats i jorden genom biologisk aktivitet, tex genom daggmaskars
förflyttning av jord i marken. Även svampmycel har del i translokeringen av cesium i
marken. På detta sätt kan man tänka sig en ”biologisk diffusion”, som inte tas hänsyn till i
arbetet. Naturen är ett mycket komplext system, som är svårt att beskriva i sin helhet.
2004 års undersökning av cesiumaktiviteten i jordprofilen vid Skogsvallen visar att ca 80 %
av den totala aktiviteten i marken finns kvar i den översta horsisonten 0-5 cm. Detta påvisar
att adsorption av cesium till lermineral påverkar migrationen i marken starkt. Genom adsorption
fastläggs radiocesium i marken så att det inte längre är växttillgängligt. Men eftersom
det fortfarande finns kvar i marken är det viktigt att tänka på hur starkt förorenad mark används
i framtiden.