博斯腾湖流域人工放射性核素的来源及其运移机理研究

Artificial radionuclides depositted in sediment is most important to elucidate the history of pollution in a century. 137Cs and 239+240Pu are widely applied to date recent lacustrine sediment. However they are useless in those lakes close to nuclear sites since it is hard to distinguish the time mark which is correspond to the year of 1964. Studies on the source identification and transportion of radionuclides are truly need be elucidated in whole watershed. In the present project, studies would firstly be done on the investigation of activity and isotopic ratio of radionuclides from the source of the Lop Nor nuclear testing site. The data on activity and isotopic ratio of radionuclides for global fallout together with debris from the Semipalatinsk nuclear test site are also be acquired. The distribution of 137Cs and 239+240Pu would then be analyzed in soil profiles at upwind and downwind of Lake Bosten. And the source and trasportion mechanism for radionuclides in Lake Bosten coulde be elucidate by using three-tuple isotopic model. Moreover, the distribution of 137Cs and 239+240Pu in Lake Bosten are investigated to elucidate the mechanism of deposition, sedimentation and resuspension of 137Cs and 239+240Pu in this watershed. The time mark corresponding to the year of 1964 could, therefore, be clearly distinguished for lakes close to nuclear sites. The work will redound to improving the accuracy and application range of 239+240Pu dating data, which is fundamental for the improvement and development of recent chronology.

人工放射性核素的年代学特征是反演流域近百年污染历史的重要时间尺度。放射性铯和钚被广泛应用于湖泊近代沉积物计年，但在受人为核活动影响的湖泊中核素年代学时标难于辨识，需从流域角度全面阐释核素的来源、运移途径及历史。本研究拟在调查罗布泊核试验场土壤中人工放射性核素活度和同位素比值等源数据的基础上，结合全球沉降和前苏联核试验的源数据，研究博斯腾湖流域上风向和下风向土壤剖面中137Cs和239+240Pu的分布特征，结合三元同位素混合模型，揭示博斯腾湖流域人工放射性核素的来源组成和运移途径；同时研究博斯腾湖各环境介质中137Cs和239+240Pu的分布特征，阐明博斯腾湖流域137Cs和239+240Pu的沉降、沉积及迁移机制，建立受人为核活动影响的湖泊沉积物中核素蓄积峰年代学时标的辨识方法。该成果有助于提高Pu年代学数据的准确性和应用范围，为丰富和发展放射性核素的近代沉积年代学提供理论依据。

人工放射性核素的年代学特征是反演流域近百年污染历史的重要时间尺度。针对典型受人为核活动影响的湖泊中核素来源甄别及年代学时标辨识难的实情，本研究根据我国核试验源的人工放射性核素比活度及同位素组成调查得出，我国表层土壤239+240Pu主要来源于全球大气核试验造成的沉降，然而地理位置靠近罗布泊的地区，可能受到罗布泊核试验场大气核试验的影响。重点对博斯腾湖流域上风向土壤剖面中137Cs和239+240Pu比活度等的分布特征研究，对比我国已报道的同纬度其它地区（甘肃西部、辽东湾沿岸、北京、内蒙古集宁等），博斯腾湖流域除全球大气沉降外可能还有其它来源。根据博斯腾湖各环境介质中核素比活度、239+240Pu/137Cs和240Pu/239Pu比值的分布特征，沉积物中人为放射性核素源于全球大气沉降及中国核试验基地，且非全球大气沉降源中，除有中国核爆试验产生的可溶性气溶胶颗粒和热核颗粒沉降后再悬浮造成的偶然性、区域性污染之外，可能亦有源自罗布泊的地表径流引起的人为放射性核素污染。基于239+240Pu/137Cs和240Pu/239Pu比值的三元混合模型核算，西北地区的博斯腾湖、双塔水库、苏干湖近及酒泉地区的人工放射性核素部分源于上风向区罗布泊核试验基地，且贡献份额约为27-40%。建立了受人为核活动影响的湖泊沉积物中核素蓄积峰年代学时标的辨识方法，其中，在受人为扰动较弱的湖泊沉积物中，239+240Pu蓄积峰可提供有效的近期沉积年代学数据，但在人为扰动较大的湖泊中，137Cs和239+240Pu蓄积峰在近期沉积物计年的有效性值得慎重考虑。本研究成果有助于提高239+240Pu年代学数据的准确性和应用范围，对回顾性评价中国核试验的环境影响，以及准确评价核电工业对环境和安全的影响具有指导意义。