Переоценка радона как надежного трассера подземных вод

Все радиоактивные материалы, естественно присутствующие в воде, производят по крайней мере один изотоп радона в качестве продукта распада. По мере переноса радиоактивных атомов через водоносные горизонты в форме газообразного радона они в конечном итоге попадают в атмосферу. Измерения скорости этого переноса, теоретически, можно использовать для отслеживания инфильтрации воды в окружающую почву. Однако в новом исследовании, подробно описанном в EPJ Plus, ученые из Египта и Саудовской Аравии под руководством Эльсаеда Эльмаграби из Египетского агентства по атомной энергии показали, что у этой методики может быть существенный недостаток.

В настоящее время исследователи используют перенос радона из подземных вод для оценки факторов — от экологических последствий добычи руды до предвестников землетрясений. Общая скорость переноса радона в атмосферу определяется несколькими процессами: его образованием при радиоактивном распаде, транспортом к поверхности воды, адсорбцией на окружающих атомах и диффузией под действием градиентов концентрации. При измерении этой скорости исследователи обычно предполагают, что концентрация радона находится в равновесии с продуктами его собственного радиоактивного распада.

Чтобы проверить это предположение, команда Эльмаграби приготовила водный раствор, содержащий торий и уран, и оставила его в изоляции на два года. После этого раствор подвергли воздействию атмосферы и измерили, как изменялась скорость выделения радона со временем. Затем эксперимент смоделировали математически, учитывая все релевантные процессы.

Моделирование показало, что во время изоляции жидкости продукты распада частично повторно растворялись в воде в разной степени, что отчасти зависело от геометрии среды. Это может сильно варьироваться в присутствии таких частиц, как песок или почва, которые имеют разнообразные формы и размеры. Кроме того, на повторное растворение влияло наличие пузырьков, содержащих газы, такие как водяной пар и гелий — еще один естественный продукт распада. В конечном счете, это означало, что радон и продукты его распада не могут находиться в равновесии, что ставит под сомнение предыдущие измерения общей скорости переноса радона.