Εργασία Μεταπτυχιακής E ιδίκευσης του Παναγιώτη Μποκώρου Φυσικού

1. Πανεπιστήμιο Πατρών Σχολή Θετικών Επιστημών Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών στις Περιβαλλοντικές Επιστήμες Οριζόντια διασπορά και κατακόρυφη κατανομή του 137Cs στην υδάτινη στήλη του Βορειοανατολικού Αιγαίου Εργασία Μεταπτυχιακής Eιδίκευσης του Παναγιώτη Μποκώρου Φυσικού Πάτρα, 19/09/2006

2. Φυσικά ραδιονουκλίδια 40Κ, 214Βi, 87Rb Τεχνητής προέλευσης ραδιονουκλίδια 137Cs,134Cs,60Co, 90Sr Πηγές Παγκόσμιος ραδιενεργός επίπτωση πυρηνικών δοκιμών 2) Λειτουργία πυρηνικών αντιδραστήρων 3) Εργοστάσια επανεπεξεργασίας πυρηνικών καυσίμων 4) Διαχείριση ραδιενεργών αποβλήτων 5) Πυρηνικά ατυχήματα Θαλάσσιο περιβάλλον και Ραδιενέργεια Γενικά

3. Ραδιολογική σημασία 90Sr 137Cs 238Pu 239+240Pu 241Am Ραδιενεργοί ιχνηθέτες 99Tc 129I 137Cs Τεχνητά ραδιονουκλίδια σε θαλάσσιο περιβάλλον Θαλάσσιο περιβάλλον και Ραδιενέργεια Τεχνητής προέλευσης ραδιονουκλίδια

4. Το 137Cs στο θαλάσσιο περιβάλλον Χαρακτηριστικά • Χρόνος ημιζωής (φυσικός, βιολογικός-οικολογικός, δραστικός) • Κινητικότητα (mobility) • Εκπομπή ακτινοβολίας-γ (γ-rays emitter) • Βιοσυσσώρευση (bioconcentration) • Βιομεγέθυνση (biomagnification) • Διαλυτότητα (soluble element) • Διατηρητικότητα (conservative element) • Non particle reactive element

5. Συγκέντρωση ενεργότητας137Cs (Bq/m3) Το 137Cs στο θαλάσσιο περιβάλλον Συγκεντρώσεις ενεργότητας 137Cs σε θαλάσσια περιβάλλοντα Επίπεδα τιμών Θαλάσσια περιοχή Μέσες τιμές συγκέντρωσης ενεργότητας 137Cs σε επιφανειακά νερά θαλασσίων περιοχών κατά το έτος 2000 (Livingston and Povinec, 2000)

6. Το 137Cs στο θαλάσσιο περιβάλλον Πηγές [1/3] • Παγκόσμια Ραδιενεργός επίπτωση πυρηνικών δοκιμών • Πυρηνικά ατυχήματα • Διαχείριση ραδιενεργών αποβλήτων (Aarkrog,2003)

7. Το 137Cs στο θαλάσσιο περιβάλλον Πηγές [2/3] Γεωγραφικό πλάτος (ο) (Aarkrog,2003)

8. Το 137Cs στο θαλάσσιο περιβάλλον Πηγές [3/3] Αιγαίο Πέλαγος (1986) Εναπόθεση 137Cs + 134Cs kBq/m2 (Kritidis and Florou, 1990) Σταθμός Μέτρησης

9. Ανώτερα θηλαστικά Ατμοσφαιρική επίπτωση Βιομηχανικά απόβλητα Ψάρια Λεκάνες απορροής, λιώσιμο πάγων Υδάτινος όγκος Αιωρούμενο υλικό Απόθεση Κατανάλωση Αποσύνθεση Κινητοποίηση Προσρόφηση Διάλυση Πρόσληψη Καθίζηση Διήθηση Διαλυτοποίηση Πλανκτόν εν αιωρήσει Βενθικοί οργανισμοί Ίζημα Μικροοργανισμοί (Avery, 1996) Το 137Cs στο θαλάσσιο περιβάλλον Βιογεωχημικές διεργασίες

10. Φωτογραφική απεικόνιση συστήματος φασματομετρίας -γ Ανιχνευτής HPGe Σχετική απόδοση 90% Διακριτική ικανότητα FWHM 2,1 keV στα 1,33MeV Φασματομετρία ακτινοβολίας-γ Διάταξη 1 Θωράκιση ανιχνευτή 2 Σύστημα ανίχνευσης Σύστημα ψύξης Δοχείο υγρού Ν2 Προενισχυτής 3 Οθόνη 4 Τροφοδοτικό Υψηλής Τάσης 5 Ενισχυτής 6 Παλμογράφος

11. Το Αιγαίο Πέλαγος Βυθομετρία [1/2] (Lykousis et al.,2002)

12. Το Αιγαίο Πέλαγος Η ευρύτερη περιοχή Αζοφική Θάλασσα Μαύρη Θάλασσα Δυτική Μεσόγειος Αιγαίο Πέλαγος Λεβαντίνη Θάλασσα

13. Το Αιγαίο Πέλαγος Βυθομετρία [2/2] (Sofianos et al., 2002)

14. Το Αιγαίο Πέλαγος Πεδίον ανέμου χειμώνας άνοιξη καλοκαίρι φθινόπωρο (Poulos et al., 1997)

15. Το Αιγαίο Πέλαγος Υδρολογία [1/2] BSW BSW LSW (Georgopoulos, 2002) BSW Black Sea Water LSW Levantine Surface Water

16. Το Αιγαίο Πέλαγος Υδρολογία [1/2] BSW = 300 km3/y Sαλατότητα σε psu Τ θερμοκρασία σε οC V παροχή σε km3/y Δαρδανέλια Βόσπορος Θάλασσα Μαρμαρά Μαύρη Θάλασσα Αιγαίο Πέλαγος (Poulos et al., 1997) Εισροή 137Csστο στρώμα 0 – 50 m VΡυθμός εισροής 137Cs (TBq/y) t Χρόνος από το ατύχημα (έτη) (Egorov et al., 1999)

17. Το Αιγαίο Πέλαγος Δυναμική δομή • Χαρακτηριστικά: • Κυκλώνας Χίου • Αντικυκλωνικές κινήσεις • Κυκλώνας Σποράδων • Αντικυκλώνας Σαμοθράκης • Αντικυκλώνας Άθω • Ρεύμα ανατολικού Αιγαίου • Θερμοαλατικό μέτωπο νότια της Λήμνου • Δευτερεύοντα θερμοαλατικά μέτωπα • Αναβλύσεις - καταβλύσεις (Lykousis et al., 2002)

18. Το Αιγαίο Πέλαγος Βιοτικό καθεστώς • Κύρια Χαρακτηριστικά : • Ολιγοτροφικός χαρακτήρας • Άξονας βοράς - νότος • Άξονας δύση - ανατολή Μέση ετήσια πλανκτονική κατανομή (Siokou-Frangou et al., 2002)

19. Ραδιοοικολογικό ιστορικό Αιγαίο Πέλαγος – Λεβαντίνη Θάλασσα Αιγαίο Πέλαγος Λεβαντίνη Θάλασσα Έτος Έτος 0 – 150m 550 – 1200 mΑ : συγκέντρωση ενεργότητας 137Cs 150 – 550 m1200 - …… m (Sanchez-Cabeza et al., 2002)

20. Δνείπερος Δνείστερος Δούναβης Ραδιοοικολογικό ιστορικό Μαύρη Θάλασσα Συγκέντρωση ενεργότητας 137Cs σε επιφανειακά νερά της Μαύρης Θάλασσας κατά το 1988 (Livingston and Povinec, 2000)

21. Συγκεντρώσεις 137Cs (Βq/m3) Τσερνομπύλ Πριπαγιάτ Δνείστερος Δνείπερος Δούναβης Αδριατική Μαύρη Θάλασσα Δαρδανέλια Ιόνιο Αιγαίο Μεσόγειος Λίμνη Λιμνοθάλασσα Λεβαντίνη Θάλασσα Ραδιοοικολογικό ιστορικό Ευρύτερη περιοχή [1/2] Έτος αναφοράς1986 (Φλώρου, 1992)

22. Μαύρη Θάλασσα Δαρδανέλια Θάλασσα Μαρμαρά Ιόνιον Αιγαίον ΘάλασσαΚύπρου Μεσόγειος Μέση τιμή δικτύου 15 σταθμών Πέλαγος Λιβύης Λεβαντίνη Θάλασσα Ραδιοοικολογικό ιστορικό Ευρύτερη περιοχή [2/2] Έτος αναφοράς 1999-2000 Συγκεντρώσεις ενεργότητας 137Cs (σε Bq/m3) στο επιφανειακό θαλάσσιο στρώμα της υδάτινης στήλης κατά το 1999 - 2000 (Φλώρου και συν, 2001)

23. Μέθοδοι προσδιορισμού 137Cs Γενικά • Αυτόματα υποθαλάσσια συστήματα • Μέθοδος ΑMP συγκαταβύθισης ( ≈ 100L) • Μέθοδος επιτόπιου εμπλουτισμού του 137Csμε την χρήση φυγοκεντρικής αντλίας μεγάλου όγκου (MarkIII Centrifugal Pump, Challenger Oceanic) 137Cs4 Βq/m3 1,2 x 10-10μg/L (Heldal et al., 2003) 40Kστο θαλασσινό νερό 13.000 Bq/m3 (Tsabaris et al., 2005)

24. Μέθοδοι προσδιορισμού 137Cs Η μέθοδος ΑΜP συγκαταβύθισης Μέση απόδοση μεθόδου (98 ± 4) % Molero et al., 1999 82% παρούσα εργασία AMPφωσφορομολυβδαινικό αμμώνιο (ammonium molybdophosphate) (NH4)3P(Mo3O10)4 137Cs+ + (NH4)3P(Mo3O10)4137Cs(NH4)2P(Mo3O10)4 137Cs3P(Mo3O10)4137Cs2(NH4)P(Mo3O10)4 137Cs+ 137Cs+

25. Μέθοδοι προσδιορισμού 137Cs Μέθοδος επιτόπιου εμπλουτισμού [1/4] Ανάπτυξη μεθόδου Εργαστήριο Δειγματοληψία Εργαστήριο • Εμποτισμός φίλτρων με ιοντοανταλλάκτη • Προετοιμασία • δειγματολήπτη • Δοκιμαστική λειτουργία • Αποτέφρωση φίλτρων • Φασματομετρία-γ Όριο ανίχνευσης μεθόδου 0,05Βq/m3(ΕΡΠ, 2005)

26. Μέθοδοι προσδιορισμού 137Cs Μέθοδος επιτόπιου εμπλουτισμού [2/4] Εμποτισμός φίλτρων με ιοντοανταλλάκτη Ιοντοανταλλάκτης:Cu2[Fe(CN)6] σιδηροκυανιούχος χαλκός 2 137Cs+ + Cu2[Fe(CN)6] 137Cs2Cu[Fe(CN)6] + Cu2+ + 2 137Cs+ 137Cs4[Fe(CN)6] + Cu2+

27. ΟΝ OFF Φιάλη Erlenmeyer Φιάλη Erlenmeyer Αντλία κενού Αντλία κενού Κύλινδρος Κύλινδρος Φίλτρο Φίλτρο Μέθοδοι προσδιορισμού 137Cs Μέθοδος επιτόπιου εμπλουτισμού [3/4] Εμποτισμός φίλτρων με ιοντοανταλλάκτη K4[Fe(CN)6] + 2 Cu(NO3)2 → Cu2[Fe(CN)6]+ 4 KNO3

28. (Roos et al., 1994) Ρ Π Φ2 Φ1 • Είσοδος Μέθοδοι προσδιορισμού 137Cs Μέθοδος επιτόπιου εμπλουτισμού [4/4] Εφαρμογή μεθόδου Έξοδος A2/A1≈ 0,2 - 0,3 Παρούσαεργασία Α2/Α1 = 0,25 ± 0,22 T-test p=0,252 n=24

29. Δειγματοληψίες

30. Αποτελέσματα χειμερινής δειγματοληψίας Οριζόντια διασπορά Bq/m3 • 1 (4,73 ± 1,96) • 2 (7,03 ± 3,97) • 3 (4,70 ± 1,72) • η=4 • BSW • Επιφανειακή • κυκλοφορία

31. Αποτελέσματα χειμερινής δειγματοληψίας Κατακόρυφη κατανομή [1/3]

32. Αποτελέσματα χειμερινής δειγματοληψίας Κατακόρυφη κατανομή [2/3] n=3 n=3 n=3

33. Αποτελέσματα χειμερινής δειγματοληψίας Κατακόρυφη κατανομή [3/3] n=3 n=3 n=3

34. Αποτελέσματα χειμερινής δειγματοληψίας Στρωματοποίηση n=12

35. Αποτελέσματα χειμερινής δειγματοληψίας Πολλαπλή Γραμμική Παλινδρόμηση A = 84,44 + 12,75 .C – 14,96 .S – 7,73 . T + 2,08 . H – 0,11 .P A = 10,97.C – 9,59 .S – 1,36.T + 0,65 .H – 0,11 .P • Α η συγκέντρωση ενεργότητας 137Cs σε Bq/m3 • C η ειδική αγωγιμότητα σε mS/cm • S η αλατότητα σε psu • Τ η θερμοκρασία σε οC • H το pH • P η πίεση σε dbar Συντελεστής προσδιορισμού R2 = 0,428 n=12

36. Αποτελέσματα θερινής δειγματοληψίας Οριζόντια διασπορά Bq/m3 1 (5,50 ± 3,07) 2 (4,88 ± 2,57) 3 (5,68 ± 4,65) n=4 • BSW • Επιφανειακή • κυκλοφορία

37. Αποτελέσματα θερινής δειγματοληψίας Κατακόρυφη κατανομή [1/3]

38. Αποτελέσματα θερινής δειγματοληψίας Κατακόρυφη κατανομή [2/3] n=3 n=3 n=3

39. Αποτελέσματα θερινής δειγματοληψίας Κατακόρυφη κατανομή [3/3] n=3 n=3 n=3

40. Αποτελέσματα θερινής δειγματοληψίας Στρωματοποίηση n=12

41. Αποτελέσματα θερινής δειγματοληψίας Πολλαπλή Γραμμική Παλινδρόμηση A = -42,08 – 0,32 .C – 0,33 .S + 0,56 .T + 7,37.H + 0,01 .P A = -0,298. C – 0,393.S + 0,395.T + 0,102 .H– 0,01 .P • Α η συγκέντρωση ενεργότητας 137Cs σε Bq/m3 • C η ειδική αγωγιμότητα σε mS/cm • S η αλατότητα σε psu • Τ η θερμοκρασία σε οC • H το pH • P η πίεση σε dbar Συντελεστής προσδιορισμού R2 = 0,984 n=12

42. Συμπεράσματα Εποχιακή διακύμανση μέσων επιπέδων Bq/m3 5,48 ± 2,73 5,35 ± 3,22 n=12 Paired T-testp=0,907

43. Συμπεράσματα Εποχιακή σύγκριση κατακόρυφων κατανομών [1/2] Καλοκαιρινή δειγματοληψία n=12 Χειμερινή δειγματοληψία n=12

44. Συμπεράσματα Εποχιακή σύγκριση κατακόρυφων κατανομών [2/2] Βq/m3 1 (5,77 ± 1,15) 2(8,16 ± 4,27) 3(4,33 ± 1,73) 4(3,67 ± 0,78) 1 (10,47 ± 1,98) 2(4,03 ± 0,15) 3(3,33 ± 0,70) 4(3,57 ± 0,15) n=3 n=3

45. Συμπεράσματα Εποχιακή σύγκριση οριζόντιων διασπορών Bq/m3 • 1 (5,50 ± 3,07) • 2 (4,88 ± 2,57) • 3 (5,68 ± 4,65) • 1 (4,73 ± 1,96) • 2 (7,03 ± 3,97) • 3 (4,70 ± 1,72) • n=4

46. Συμπεράσματα Επίπεδο τιμών [1/3] Επιφανειακή στιβάδα Βορειοανατολικού Αιγαίου Δραστικός χρόνος ημιζωής 6,4y 5,4 y n=24 (Φλώρου και συν., 2001, Παρούσα εργασία)

47. Συμπεράσματα Επίπεδο τιμών [2/3]

48. Συμπεράσματα Επίπεδο τιμών [3/3] Έτος αναφοράς 2000 n=24 (Povinec et al., 2003)

49. Ευχαριστώ για την προσοχή σας