Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2020. Т. 32. № 3. C. 165-179. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска/Contents of this issue

Научная статья

УДК 550.35 

Синхронный мониторинг γ, β-фона и атмосферных осадков в геофизических обсерваториях ИМКЭС СО РАН И БЭК ИОА СО РАН

Г. А. Яковлев¹, А.А. Кобзев², С.В. Смирнов², И.В. Беляева³, М.Ю. Аршинов4, В. С., Яковлева5

¹Томский государственный университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, Россия
²Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, 634055, г. Томск, пр. Академический, 10/3, Россия
³Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, пл. Соляная, 2, Россия

4Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, 634055, г. Томск, пл. Академика Зуева, 1, Россия
5Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, Россия

E-mail: vsyakovleva@tpu.ru

Синхронный эксперимент по исследованию динамики радиационных величин в различных условиях: городская среда и открытая загородная местность был произведен в августе-сентябре 2020. Ежеминутно производили измерения мощности амбиентногоэквивалента дозы γ-излучения, плотности потока β-излучения на высоте 1 м на территориях геофизической обсерватории ИМКЭС СО РАН и на станции БЭК ИОА СО РАН. Оба пункта мониторинга были оборудованы оптическими осадкомерами ОПТИОС. Основной целью исследования было исследование различий в отклике радиационного β-и γ-фона на жидкие атмосферные осадки внутри городской среды и на открытой местности, вдалеке от городской инфраструктуры и лесных массивов. Доказано, что пункт мониторинг, расположенный в городской черте адекватно отражают метеорологическую обстановку, как минимум в радиусе 3 км.

Ключевые слова: бета-излучение, гамма-фон, осадки, приземная атмосфера, динамика, интенсивность, мониторинг, облако

DOI: 10.26117/2079-6641-2020-32-3-165-179

Поступила в редакцию: 07.09.2020

В окончательном варианте: 04.10.2020

Для цитирования. Яковлев Г. А. и др. Синхронный мониторинг γ, β-фона и атмосферных осадков в геофизических обсерваториях ИМКЭС СО РАН И БЭК ИОА СО РАН // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2020. Т. 32. № 3. C. 165-179. DOI: 10.26117/2079-6641-2020-32-3-165-179

Контент публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Яковлев Г. А. и др., 2020

Финансирование. Эксперимент выполнен в рамках государственного задания ИМКЭС СО РАН Проект № IX.138.2.3.

Research Article

MSC 86A10 

Synchronous monitoring of γ, β-background and atmospheric precipitations in geophysical observatories of IMCES SB RAS and BEC IAO SB RAS

G. A. Yakovlev¹, A. A. Kobzev², S. V. Smirnov², I. V. Belyaeva³, M. Ju. Arshinov4, V. S. Yakovleva5

¹Tomsk State University, Tomsk, Lenina avenue, 36
²Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 10/3 Academichesky ave., Tomsk 634055
³Tomsk State University of Architecture and Building, 2 Solyanaya sq., Tomsk 634003
4V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics of Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Academician Zuev square, 1, Tomsk 634055
5Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Lenina avenue, 30

E-mail: vsyakovleva@tpu.ru

A synchronous experiment to study the dynamics of radiation quantities in various conditions: the urban environment and open countryside was carried out in August-September 2020. Every minute measurements of the ambient dose equivalent rate of γ-radiation, β-radiation flux density were made at 1 m height in the territories of the IMСES SB RAS geophysical observatory and at the BEC station of IAO SB RAS. Both monitoring points were equipped with OPTIOS optical rain gauges. The main purpose of the study was to study the differences in the response of the β- and γ-radiation background to liquid atmospheric precipitation inside the urban environment and in open areas, far from urban infrastructure and forests. It has been proven that monitoring point located within the city adequately reflects the meteorological situation, at least within a radius of 3 km.

Key words: beta radiation, gamma background, precipitation, surface atmosphere, dynamics, intensity, monitoring, cloud.

DOI: 10.26117/2079-6641-2020-32-3-165-179

Original article submitted: 07.09.2020

Revision submitted: 04.10.2020

For citation. Yakovlev G. A., et al. Synchronous monitoring of γ, β-background and atmospheric precipitations in geophysical observatories of IMCES SB RAS and BEC IAO SB RAS. Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2020, 32: 3, 165-179. DOI: 10.26117/2079-6641-2020-32-3-165-179

The content is published under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Yakovlev G. A., et al, 2020

Funding. The experiment (study, research, investigation, analysis) was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation Project № IX.138.2.3.

Список литература/References

  1. Единая государственная автоматизированная система мониторинга радиационной обстановки на территории Российской Федерации http://egasmro.ru/ru (дата обращения от 23.10.2019).
  2. EPA’s Nationwide Environmental Radiation Monitoring https://www.epa.gov/radnet (дата обращения от 23.10.2019).
  3. Measuring stations in Germany https://odlinfo.bfs.de/EN/index.html (дата обращения от 23.10.2019).
  4. European Radiological Data Exchange Platform https://remon.jrc.ec.europa.eu/About (дата обращения от 23.10.2019).
  5. Takeuchi N., Katase A.“Rainout-washout model for variation of environmental gammaray intensity by precipitation”, Journal of Nuclear Science and Technology, 1982, №19(5), 393-409.
  6. EURADOS Report, Radiation Protection 106, 1999.
  7. Lebedyte M., Butkus D., Mork¯unas G., “Variations of the ambient dose equivalent rate in the ground level air”, Journal of environmental radioactivity, 2003, №64(1), 45-57.
  8. Beck H. L., “Gamma radiation from radon daughters in the atmosphere”, Journal of Geophysical Research, 1974, №79(15), 2215-2221.
  9. Datar G., Vichare G., Raghav A., Bhaskar A., Sinha A. K., Nair K. U., “Response of Gamma-Ray Spectrum During Ockhi Cyclone”, Front. Earth Sci., 8:15 https://doi.org/10.3389/feart.2020.00015 (2020).
  10. Mercier J. F., Tracy B. L., d’Amours R., Chagnon F., Hoffman I., Korpach E. P., Ungar R. K., “Increased environmental gamma-ray dose rate during precipitation: a strong correlation with contributing air mass”, Journal of environmental radioactivity, 100(7) (2009), 527-533.
  11. Fujinami N., Watanabe T., Tsutsui T., “Looping variation of correlation between radon progeny concentration and dose rate in outdoor air”, In Radioactivity in the Environment, 7 (2005), 284-289.
  12. Hiemstra P. H., Pebesma E. J., Heuvelink G. B., Twenhöfel C. J., “Using rainfall radar data to improve interpolated maps of dose rate in the Netherlands”, Science of the total environment, 409(1) (2010), 123-133.
  13. Burnett J. L., Croudace I. W., Warwick P. E., “Short-lived variations in the background gamma-radiation dose”, Journal of Radiological Protection, 30(3) (2010), 525.
  14. Liu H., Daisuke K., Motokiyo M., Hirao S., Moriizumi J., Yamazawa H.“On the characteristics of the wet deposition process using radon as a tracer gas”, Radiation protection dosimetry, 160(1-3) (2014), 83-86.
  15. Livesay R. J., Blessinger C. S., Guzzardo, T. F., Hausladen P. A., “Rain-induced increase in background radiation detected by Radiation Portal Monitors”, Journal of environmental radioactivity, 137 (2014), 137-141.
  16. Barbosa S. M., Miranda P., Azevedo E. B., “Short-term variability of gamma radiation at the ARM Eastern North Atlantic facility (Azores)”, Journal of environmental radioactivity, 172 (2017), 218-231.
  17. Takeyasu M., Iida T., Tsujimoto T., Yamasaki K., Ogawa Y., “Concentrations and their ratio of 222Rn decay products in rainwater measured by gamma-ray spectrometry using a low-background Ge detector”, Journal of environmental radioactivity, 88(1) (2006), 74-89.
  18. Fujinami N., “Observational study of the scavenging of radon daughters by precipitation from the atmosphere”, Environment International, 22 (1996), 181-185.
  19. Yakovleva V. S., Nagorsky P. M., Cherepnev M. S., Kondratyeva A. G., Ryabkina K. S., “Effect of precipitation on the background levels of the atmospheric β-and γ-radiation”, Applied Radiation and Isotopes, 118 (2016), 190-195.
  20. Inomata Y., Chiba M., Igarashi Y., Aoyama M., Hirose K., “Seasonal and spatial variations of enhanced gamma ray dose rates derived from 222Rn progeny during precipitation in Japan”, Atmospheric Environment, 41(37) (2007), 8043-8057.
  21. Bossew P., Cinelli G., Hernández-Ceballos M., Cernohlawek N., Gruber V., Dehandschutter B., Menneson F., Bleher M., Stöhlker U., Hellmann I.,Weiler F., Tollefsen T., Tognoli P. V., De Cort M., “Estimating the terrestrial gamma dose rate by decomposition of the ambient dose equivalent rate”, Journal of Environmental Radioactivity, 166 (2016), 296-308.
  22. Yamanishi H., Miyake H., “Separation of natural background by using correlation timeseries data on radiation monitoring”, Journal of Nuclear Science and Technology, 40 (2003), 44-48.
  23. Keller P. E., Kouzes R. T., “Influence of Extraterrestrial Radiation on Radiation Portal Monitors”, Nuclear Science, IEEE Transactions on Nuclear Science, 56 (2008), 1575-1583.
  24. Knoll G., “Background and Detector Shielding”, Radiation Detection and Measurement, 2nd ed, John Wiley & Sons, New York, 1989, 714-719.
  25. Terry I. R., “The Skyshine Benchmark Experiment Revisited”, Radiation Protection Dosimetry, 115 (2005), 538-541.
  26. Brunke E-G. et al., “Cape Point GAW station 222Rn detector: factors affecting sensitivity and accuracy”, Atmospheric Environment, 36 (2002), 2257-2262.
  27. Reuveni Y., Yair Y., Price C., Steinitz G., “142-150”, Atmospheric Research, 196 (2017).
  28. Kalchikhin V. V., Kobzev A. A., Korolkov V. A., Tikhomirov A. A., “Results of optical precipitation gage field tests”, Atmospheric and Oceanic Optics, 31(5) (2018), 545-547.
  29. Яковлева В. С., Нагорский П. М., Яковлев Г. А., Зелинский А. С., Пустовалов К. Н., Смирнов С. В., Беляева И. В., “Предварительные результаты анализа вариаций бета-фона приземной атмосферы, обусловленных ливневыми осадками”, Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки, 31:2 (2020), 139-149. [Yakovleva V. S., Nagorskiy P. M., Yakovlev G. A., Zelinskiy A. S., Pustovalov K. N., Smirnov S. V., Belyayeva I. V., “Predvaritel’nyye rezul’taty analiza variatsiy beta-fona prizemnoy atmosfery, obuslovlennykh livnevymi osadkami”, Vestnik KRAUNTS. Fiz.-mat. nauki, 31:2 (2020), 139-149].

Список литературы (ГОСТ)

  1. Единая государственная автоматизированная система мониторинга радиационной обстановки на территории Российской Федерации http://egasmro.ru/ru (дата обращения
    от 23.10.2019)
  2. EPA’s Nationwide Environmental Radiation Monitoring https://www.epa.gov/radnet (дата обращения от 23.10.2019)
  3. Measuring stations in Germany https://odlinfo.bfs.de/EN/index.html (дата обращения от 23.10.2019)
  4. European Radiological Data Exchange Platform https://remon.jrc.ec.europa.eu/About (дата обращения от 23.10.2019)
  5. Takeuchi N., Katase A. Rainout-washout model for variation of environmental gamma-ray intensity by precipitation // Journal of Nuclear Science and Technology. 1982. no. 19(5). pp. 393-409.
  6. EURADOS Report, 1999. Radiation Protection 106, URL:
    http://ec.europa.eu/energy/nuclear/radiation_protection/doc/publication/rp106.pdf
  7. Lebedyte, M., Butkus, D., & Mork¯unas, G. Variations of the ambient dose equivalent rate in the ground level air // Journal of environmental radioactivity. 2003. no. 64(1). pp. 45-57.
  8. Beck, H. L. Gamma radiation from radon daughters in the atmosphere. Journal of Geophysical Research. 1974. no. 79(15). pp. 2215-2221.
  9. Datar G., Vichare G., Raghav A., Bhaskar A., Sinha A. K., Nair, K. U. Response of Gamma-Ray Spectrum During Ockhi Cyclone // Front. Earth Sci. 2020. vol. 8. no. 15. https://doi.org/10.3389/feart.2020.00015
  10. Mercier J. F., Tracy B. L., d’Amours R., Chagnon F., Hoffman I., Korpach E. P., Ungar R. K. Increased environmental gamma-ray dose rate during precipitation: a strong correlation with contributing air mass // Journal of environmental radioactivity. 2009. vol. 100(7). pp. 527-533.
  11. Fujinami, N., Watanabe, T., Tsutsui, T. Looping variation of correlation between radon progeny concentration and dose rate in outdoor air // In Radioactivity in the Environment. 2005. vol. 7. pp. 284-289.
  12. Hiemstra P. H., Pebesma E. J., Heuvelink G. B., Twenh¨ofel C. J. Using rainfall radar data to improve interpolated maps of dose rate in the Netherlands // Science of the total environment. 2010. vol. 409(1). pp. 123-133.
  13. Burnett J. L., Croudace I. W., Warwick P. E. Short-lived variations in the background gamma-radiation dose // Journal of Radiological Protection. 2010. vol.30(3). 525.
  14. Liu H., Daisuke K., Motokiyo M., Hirao S., Moriizumi J., Yamazawa H. On the characteristics of the wet deposition process using radon as a tracer gas. Radiation protection dosimetry. 2014. vol. 160(1-3). pp. 83-86.
  15. Livesay R. J., Blessinger C. S., Guzzardo, T. F., Hausladen P. A. Rain-induced increase in background radiation detected by Radiation Portal Monitors // Journal of environmental radioactivity. 2014. vol. 137. pp. 137-141.
  16. Barbosa S. M., Miranda P., Azevedo E. B. Short-term variability of gamma radiation at the ARM Eastern North Atlantic facility (Azores) // Journal of environmental radioactivity. 2017. vol. 172. pp. 218-231.
  17. Takeyasu M., Iida T., Tsujimoto T., Yamasaki K., Ogawa Y. Concentrations and their ratio of 222Rn decay products in rainwater measured by gamma-ray spectrometry using a lowbackground Ge detector // Journal of environmental radioactivity. 2006. vol. 88(1). pp. 74-89.
  18. Fujinami N. Observational study of the scavenging of radon daughters by precipitation from the atmosphere // Environment International. 1996. vol.22. pp. 181-185.
  19. Yakovleva V. S., Nagorsky P. M., Cherepnev M. S., Kondratyeva A. G., Ryabkina K. S. Effect of precipitation on the background levels of the atmospheric β-and γ-radiation // Applied Radiation and Isotopes. 2016. vol. 118. pp. 190-195.
  20. Inomata Y., Chiba M., Igarashi Y., Aoyama M., Hirose K. Seasonal and spatial variations of enhanced gamma ray dose rates derived from 222Rn progeny during precipitation in Japan // Atmospheric Environment. 2007. vol. 41(37). pp. 8043-8057.
  21. Bossew P., Cinelli G., Hern´andez-Ceballos M., Cernohlawek N., Gruber V., Dehandschutter B., Menneson F., Bleher M., St¨ohlker U., Hellmann I., Weiler F., Tollefsen T., Tognoli P.V., De Cort M. Estimating the terrestrial gamma dose rate by decomposition of the ambient dose equivalent rate // Journal of Environmental Radioactivity. 2016. vol. 166. pp. 296-308.
  22. Yamanishi H., Miyake H. Separation of natural background by using correlation time-series data on radiation monitoring // Journal of Nuclear Science and Technology. 2003. vol. 40. pp. 44-48.
  23. Keller P.E., Kouzes R.T. Influence of Extraterrestrial Radiation on Radiation Portal Monitors // Nuclear Science, IEEE Transactions on Nuclear Science. 2008. vol. 56. pp. 1575-1583.
  24. Knoll G.Background and Detector Shielding. Radiation Detection and Measurement, 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, 1989, ch. 20, sec. I. pp. 714-719.
  25. Terry I.R. The Skyshine Benchmark Experiment Revisited // Radiation Protection Dosimetry. 2005. vol. 115. pp. 538-541.
  26. Brunke E-G. et al. Cape Point GAW station 222Rn detector: factors affecting sensitivity and accuracy // Atmospheric Environment. 2002. vol. 36. pp. 2257–2262.
  27. Reuveni Y., Yair Y., Price C., Steinitz G. Ground level gamma-ray and electric field enhancements during disturbed weather: Combined signatures from convective clouds, lightning and rain // Atmospheric Research. 2017. vol. 196. pp. 142–150.
  28. Kalchikhin V. V., Kobzev A. A., Korolkov V. A., Tikhomirov A. A. Results of optical precipitation gage field tests // Atmospheric and Oceanic Optics. 2018. vol. 31(5). pp. 545-547.
  29. Яковлева В. С., Нагорский П. М., Яковлев Г. А., Зелинский А. С., Пустовалов К. Н., Смирнов С. В., Беляева И. В. Предварительные результаты анализа вариаций бета-фона приземной атмосферы, обусловленных ливневыми осадками // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2020. Т. 31. №2. C. 139-149.

Яковлев Григорий Алексеевич – студент Томского государственного университета, г. Томск, Россия, ORCID 0000-0001-7842-5672.

Yakovlev Grigory Alekseevich — student of Tomsk State University, Tomsk, Russia, ORCID 0000-0001-7842-5672.


Кобзев Алексей Анатольевич – кандидат технических наук наук, старший научный сотрудник, Институт мониторинга кли-
матических и экологических систем СО РАН, г. Томск, Россия.

Kobzev Alexey Anatolievich – Ph. D. (Tech.), Senior Researcher, Institute for Monitoring of Climate and Ecological Systems SB RAS, Tomsk, Russia.


Смирнов Сергей Васильевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, г. Томск, Россия.

Smirnov Sergey Vasil’evich – Ph. D. (Phys. & Math.), Senior Researcher, Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, Tomsk, Russia.


Беляева Ирина Владимировна – кандидат физико-математических наук, доцент, Томский государственный архитектурно-строительный университет, г. Томск, Россия, ORCID 0000-0002-5893-2033.

Belayeva Irina Vladimirovna – Ph. D. (Phys. & Math.), Associate Professor, Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering, Tomsk, Russia, ORCID: 0000-0002-5893-2033.


Аршинов Михаил Юрьевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт оптики атмосферы СО РАН, г. Томск, Россия, ORCID: 0000-0002-4599-8287.

Arshinov Mikhail Yuryevich – Ph.D. (Phys. & Math.), senior research scientist, V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS, Tomsk, Russia, ORCID: 0000-0002-4599-8287.


Яковлева Валентина Станиславовна – доктор технических наук, доцент, профессор отделения ядерно-топливного цикла, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия, ORCID 0000-0002-5274-0735.

Yakovleva Valentina Stanislavovna — Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor, Professor of nuclear fuel cycle department, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia, ORCID 0000-0002-5274-0735.