Estimation and Spatial-temporal dispersion of radionuclides in the aquatic environment

389 σ.Τα ραδιονουκλίδια αποτελούν μέρος του φυσικού περιβάλλοντος και η ακτινοβολία που εκπέμπουν επηρεάζει σημαντικά τη ζωή μας. Οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες από τα μέσα του 20ου αιώνα εμπλουτίζουν επιπλέον το περιβάλλον με τεχνητά ραδιονουκλίδια ή διαταράσσουν την κατά τόπους υπάρχουσα φυσική ισορροπία. Οι διαρκώς αυξανόμενες απαιτήσεις για κατανάλωση ενέργειας και η πληθώρα εφαρμογών που χρησιμοποιούν ραδιονουκλίδια, προοιωνίζουν την ήδη αυξανόμενη παραγωγή πυρηνικών καυσίμων, παραπροϊόντων χρήσης ραδιονουκλιδίων αλλά και αποβλήτων που έχουν σαν τελικό αποδέκτη το περιβάλλον, κυρίως το υδάτινο. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την περιορισμένη επιστημονική γνώση για την ακριβή συμπεριφορά των ραδιονουκλιδίων στα διάφορα οικοσυστήματα καθιστούν ιδιαίτερα σημαντική την συστηματική τους μελέτη. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η παροχή αξιόπιστων δεδομένων ραδιολογικών μετρήσεων στο υδάτινο περιβάλλον, η αξιοποίησή τους ως ραδιοϊχνηθετών για τον χαρακτηρισμό περιοχών και η χωροχρονική μοντελοποίηση της ραδιενεργού διασποράς με άμεσο στόχο τον προσδιορισμό της επίδρασής τους στον άνθρωπο. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε ολοκληρωμένη μεθοδολογία ραδιολογικού χαρακτηρισμού υδάτινων περιοχών και μοντελοποίησης της χωροχρονικής διασποράς ραδιονουκλιδίων με σκοπό την πρόβλεψη των ραδιολογικών επιπτώσεων. Η μεθοδολογία υλοποιήθηκε ενδεικτικά στο Θερμαϊκό Κόλπο περιλαμβάνοντας μετρήσεις υποβάθρου (νερό και ίζημα), ανάπτυξη ραδιολογικού προτύπου και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της μοντελοποίησης με βάση επιστημονικά και κοινωνικά κριτήρια, ενώ παράλληλα προσδιορίστηκε και ο ρυθμός ιζηματογένεσης σε υδάτινα περιβάλλοντα με διαφορετικά χαρακτηριστικά εφαρμόζοντας μεθόδους ραδιοχρονολόγησης. Σε κάθε περίπτωση, οι πειραματικές μετρήσεις στο σύνολό τους παρέχουν σύγχρονα ποιοτικά δεδομένα σε περιοχές ενδιαφέροντος στη ΒΑ Μεσόγειο. Η διατριβή είναι διαρθρωμένη σε επτά κεφάλαια αποτελούμενη από το θεωρητικό (1ο και 2ο Κεφάλαιο), το μεθοδολογικό (3ο και 4ο Κεφάλαιο) και το πειραματικό (5ο και 6ο Κεφάλαιο) μέρος, ενώ η διατριβή ολοκληρώνεται με ένα επιπλέον κεφάλαιο σύνοψης των συμπερασμάτων και συζήτησης των προοπτικών (7ο Κεφάλαιο).Radionuclides as part of the natural environment affects significantly our lives due to the radiation they emit. Since the mid-20th century human activities further enrich the environment with artificial radionuclides or disrupt the existing local natural balance. The increasing demands for electric energy and the variety of applications that use radionuclides foreshadow the already growing production of nuclear fuels, retreatment of byproducts and disposal of radionuclide wastes that have as final recipient the environment, especially the aquatic. This fact, coupled with the limited scientific knowledge about the exact behavior of radionuclides in different ecosystems makes particularly important the systematic study in this scientific field. In this frame the present PhD thesis entitled “Estimation and Spatial-temporal dispersion of radionuclides in the aquatic environment” has been realized. The purpose of this study is to provide reliable data of radiological measurements in the aquatic environment, use them as radiotracers to characterize regions of interest and model the spatial and temporal dispersion of radionuclides with final objective to determine their impact on humans. In particular, an integrated methodology for radiological characterization and radionuclides’ dispersion modeling of aquatic areas has been developed in order to predict the environmental radiological impacts. The methodology, indicatively, have been implemented at Thermaikos Gulf, N Aegean Sea including background measurements of sea water and sediment, radionuclides’ dispersion simulation for 137Cs and 90Sr; and evaluation of the modeling estimations based on scientific and social criteria. Additionally, the sedimentation rates have been deduced by applying radiochonology methods and the radiological mapping of the seabed has also been performed for different characteristic aquatic environments. On the whole, the experimental measurements provide resent data in regions of interest at the NE Mediterranean. The thesis consists on seven chapters including the theoretical (Chapters 1 and 2), methodological (Chapters 2 and 4) and experimental (Chapters 5 and 6) part, concluding with an additional chapter of main findings and perspectives (Chapter 7):Γεώργιος Δ. Ελευθερίο

Radiological assessment of hydrological characteristics of the submarine groundwater spring in Stoupa (NE Messenia, Peloponnese)

195 σ.Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών "Φυσική και Τεχνολογικές Εφαρμογές"Το νερό είναι το επικρατέστερο συστατικό του πλανήτη και αποτελεί πηγή ζωής για τον άνθρωπο και όλα τα έμβια όντα της Γης.Πολύ σημαντικό κομμάτι του υδρολογικού κύκλου αποτελούν οι υποθαλάσσιες εκροές υπόγειων υδάτων μέσα στην θάλασσα (SGD). Πρόκειται για ένα φαινόμενο καθοριστικής σημασίας τόσο για τις παράκτιες και ηπειρωτικές περιοχές, όσο και για όλες τις ωκεάνιες και περιβαλλοντικές διαδικασίες που συνδέονται με τις κλιματολογικές συνθήκες. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε η ραδιολογική μελέτη της παραθαλάσσιας περιοχής της Στούπας, στην Νοτιοανατολική Μεσσηνία, με απώτερο στόχο την διερεύνηση του φαινομένου των υποθαλάσσιων εκροών με μεθόδους πυρηνικής φυσικής. Σκοπός της έρευνας ήταν ο προσδιορισμός υδρολογικών δεδομένων μέσω της ανίχνευσης ραδιοϊχνηθετών στα υπόγεια νερά και στην παράκτια θαλάσσια ζώνη της ευρύτερης περιοχής, με κύριο σημείο ενδιαφέροντος την υποθαλάσσια ανάβλυση γλυκού νερού στον όρμο της Καλογριάς. Παράλληλα έγινε προσπάθεια εφαρμογής, ελέγχου και σύγκρισης προτεινόμενων μεθόδων επιτόπιας και εργαστηριακής υποθαλάσσιας εντοπισμένης (σημειακής) φασματοσκοπίας-γ. Στην εργασία επιπλέον περιλαμβάνεται αναλυτική αναφορά στο θεωρητικό υπόβαθρο του ευρύτερου φαινομένου και των τρόπων διερεύνησης των SGD, πλήρης περιγραφή της περιοχής έρευνας, της οργανολογίας και της μεθοδολογίας των ραδιολογικών μετρήσεων και των διασκοπίσεων που πραγματοποιήθηκαν, ενώ παρατίθονται με λεπτομέρεια τα αποτελέσματα της έρευνας που αφορούν στο φαινόμενο καθεαυτό, καθώς και την ανάπτυξη νέων τεχνικών και γενικότερων πρακτικών συμπερασμάτων που απορρέουν από την όλη διαδικασία.Submarine groundwater discharges (SGD) into the sea are an integral part of the global hydrological cycle. The last decades it has been well known that SGD are a phenomenon of crucial importance for both coastal and inland areas; and responsible for many oceanic and environmental processes. Only very recently has been explored the role that applied nuclear physics can play in the field of SGD’s investigation; and is nowadays clear that the use of radiotracers as a potential mean of research, is very promising. In the present work the radiological study of the coastal area of Stoupa, Southeast Messenia, is presented, exploring the offshore groundwater discharges with nuclear spectrometry methods. The purpose of this study is to identify hydrologic data by detecting radiotracers in groundwater in the coastal marine area of the region, with main point of interest the freshwater vent at Kalogria Bay. Furthermore, new proposed techniques for in situ and laboratory underwater localized (spot) gamma spectroscopy were implemented, tested and compared with each other. In this work a detailed reference to the essential theoretical background is also included, along with the standard methods of SGD’s investigation. A full description of the research area, instrumentation and applied methodologies are also included, while are out in detail the results of the research concerning the phenomenon itself, the developed new techniques and the general conclusions arising from the experimental processes.Γεώργιος Δ. Ελευθερίο