Пространственно-временное распределение техногенных радионуклидов на «следе» радиационной аварии 1993 года на Сибирском химическом комбинате (СХК)
|
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА
ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1 Географическое положение 9
1.2 Роза ветров 10
1.3 Растительный мир 11
1.4 Животный мир 14
1.5 Социально-экономическая характеристика района исследования 21
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СХК .25
2.1 Общая характеристика и основная деятельность АО «СХК» 25
2.2 Аварии прошлых лет 30
2.3 Характеристика аварии на СХК 1993 года 32
2.4 Радиационная обстановка в зоне влияния СХК 35
3 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 38
3.1 Используемые в работе методики пробоотбора и пробоподготовки 38
3.2 Аппаратура и оборудование 43
3.3 Устройство гамма-спектрометра 44
4 ПЛАНИРОВАНИЕ И ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА 48
4.1 Планирование эксперимента 48
4.2 Отбор и подготовка проб для последующего анализа 49
4.3 Расчёт удельной активности техногенных радионуклидов 51
4.4 Анализ результатов измерений 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ А 61
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 62
ПРИЛОЖЕНИЕ В 63
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 65
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА
ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1 Географическое положение 9
1.2 Роза ветров 10
1.3 Растительный мир 11
1.4 Животный мир 14
1.5 Социально-экономическая характеристика района исследования 21
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СХК .25
2.1 Общая характеристика и основная деятельность АО «СХК» 25
2.2 Аварии прошлых лет 30
2.3 Характеристика аварии на СХК 1993 года 32
2.4 Радиационная обстановка в зоне влияния СХК 35
3 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 38
3.1 Используемые в работе методики пробоотбора и пробоподготовки 38
3.2 Аппаратура и оборудование 43
3.3 Устройство гамма-спектрометра 44
4 ПЛАНИРОВАНИЕ И ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА 48
4.1 Планирование эксперимента 48
4.2 Отбор и подготовка проб для последующего анализа 49
4.3 Расчёт удельной активности техногенных радионуклидов 51
4.4 Анализ результатов измерений 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ А 61
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 62
ПРИЛОЖЕНИЕ В 63
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 65
Более чем семидесятилетняя деятельность человека по активному использованию в военных и мирных целях атомной энергии привело к нарушению естественной радиационной обстановки, характерной для того или иного района. Главным образом, это обусловлено глобальными выпадениями радионуклидов из атмосферы, связанного со взрывами ядерных устройств в атмосфере, взрывами ядерных устройств в скважинах нефтегазоносных районов, функционированием предприятий ядерного технологического цикла, осуществляющих сброс радионуклидов в атмосферу, гидросферу, в глубокие водонасыщенные геологические формации. На поверхности почвы, начиная с 1945 г., обнаруживаются долгоживущие радионуклиды, такие как Cs-137, Sr-90, изотопы Pu.
Вблизи г. Томска, в самой населенной части Томской области, расположен самый крупный в мире - ядерно-технологический комплекс - Сибирский химический комбинат (СХК). В результате последствий аварии 1993 года в объектах окружающей среды - почве, растительности, донных отложениях проявилось дополнительное заражение этими радионуклидами [Л.П. Рихванов 1994, 1997].
Плутоний (Pu) - это химический элемент (второй искусственно полученный элемент), вместе с нептунием дали начало, так называемым трансурановым элементам, обладающими радиоактивностью. Изотопы плутония используются при производстве ядерного оружия и как ядерное топливо ядерных реакторов. Входят в радиоактивное загрязнение при атомных взрывах. Высокая потенциальная опасность изотопов плутония заключается в их большом периоде полураспада (14 ^ 24000 лет), чрезвычайно высокой альфа-активности, а также трудности обнаружения в природных объектах. Наиболее значимые и экологически опасные изотопы (Pu) это Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241. Все они распадаются с испусканием альфа-излучения, что затрудняет их обнаружение в природных объектах. Процентное их соотношение зависит от вида выпадения - глобальное при испытании ядерного оружия или реакторное при переработке отработавшего топлива. Один из изотопов (Pu) Pu-241 при распаде превращается в Am- 241. Далее Am-241 распадается с испусканием гамма-квантов:
2ЦРи ^ 2ЦАт + е~ + ve;
Это дает возможность оценивать активность изотопов плутония косвенным образом. Учитывая малый период полураспада Pu-241 (14.55 лет) и большой у Am-241 (432,6 лет) активность последнего будет нарастать со временем, что является дополнительным фактором антропогенного воздействия. В отличие от изотопов плутония, подвижность которых составляет 4-15 %, подвижность Am-241 существенно выше (~30 %), что увеличивает опасность его попадания в живые организмы [Л.П. Рихванов 1994, 1997]. По данным центра санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, америций-241, по сравнению с Pu-241, токсичнее примерно в 100 раз [4].
Цезий-137 (Cs-137)- один из главных компонентов техногенного радиоактивного загрязнения окружающей среды. Период полураспада составляет 30,21 лет. Содержится в радиоактивных выпадениях, сбросах, отходах радиохимических заводов. Хорошо поглощается почвой и донными отложениями. Эффективно накапливается пресноводными водорослями, арктическими наземными растениями и животными, которые ими питаются. В организме человека Cs-137 распределяется более или менее равномерно, в основном в мышечной ткани. Из-за легкости обнаружения и измерения его активности нормирование территории по степени загрязненности ее радионуклидами ведется, прежде всего, по цезию-137 [Л.П. Рихванов 1994, 1997].
Стронций-90 (Sr-90) — радиоактивный нуклид химического элемента стронция с атомным номером 38 и массовым числом 90. Образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и ядерном оружии. В окружающую среду 90Sr попадает преимущественно при ядерных взрывах и выбросах с АЭС. Стронций является аналогом кальция и способен прочно откладываться в костях. Длительное радиационное воздействие 90Sr и продуктов его распада поражает костную ткань и костный мозг (миелотоксичность), что приводит к развитию хронической лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей (радиогенная остеосаркома). У беременных женщин накопленный в костях изотоп оказывает радиоактивное воздействие и на плод. Поэтому является одним из главных факторов антропогенного радиоактивного воздействия. Период полураспада составляет 28,67 лет. Имеются трудности его идентификации и измерения активности. [Л.П. Рихванов 1994, 1997].
Загрязнение территорий техногенными радионуклидами рассматривалось в работах: Рихванов Л.П. «Общие и региональные проблемы радиоэкологии» и «Состояние окружающей среды и здоровье населения в зоне влияния Сибирского химического комбината. Томск» [Л.П. Рихванов 1994, 1997]; Язиков Е.Г. Диссертация на тему:
«Экогеохимия урбанизированных территория юга Западной Сибири» [Е.Г. Язиков, 2006]; Адам А.М., Зубков Ю.Г. «Радиационная обстановка на территории Томской области» [Адам А.М., Зубков Ю.Г 1998]; отчет о НИР Бойко В.И., Андреев О.В. «Кинетика радионуклидов в биоценозах районов, подверженных воздействию технологической аварии на СХК 06.04.93» [1994]; Ильинских Н.Н., Булатов В.И., Адам А.М., Смирнов Б.Ф., Плотников Н.Н., Иванчук И.И. «Радиационная экогенетика России» [Ильинских Н.Н., Булатов В.И., Адам А.М., Смирнов Б.Ф., Плотников Н.Н., Иванчук И.И. 1998].
Актуальность темы исследования обусловлена опасностью радиоактивного загрязнения при аварии на СХК 6 апреля 1993 г., требующего постоянного ведения радиационного мониторинга.
Объект исследования - территория, загрязненная радионуклидами в результате аварии на СХК 6 апреля 1993 г.
Предмет исследования - содержание техногенных радионуклидов в пробах почв на следе аварии 1993 г.
Цель исследования - оценить последствия загрязнения территории техногенными радионуклидами Cs-137 и Am-241.
Задачи исследования:
1. Изучить методики пробоотбора и пробоподготовки почв.
2. Провести отбор и подготовить пробы почвы к измерениям на гамма-спектрометре.
3. Провести анализ содержания Cs-137 и Am-241.
4. Провести обработку и анализ результатов измерений.
Положения выносимые на защиту:
1. Наличие высоко опасного техногенного радионуклида Am-241 в пробах почв показывает, что во время аварии на СХК 1993 г. было выброшено, наряду с Cs-137, некоторое количество изотопов плутония, среди которых обнаруживается Pu-241.
2. Естественные процессы распада радионуклидов способствуют снижению радиационного загрязнения почв Cs-137, однако «наработка» Am-241 требует постоянного внимание к территории следа.
3. Концентрация техногенных радионуклидов Cs-137 и Am-241 распределена неравномерно по всей территории загрязнения.
Апробация результатов. По итогам диссертационной работы оформлены тезисы, вошедшие в сборник «Старт в науку». Материалы исследования доложены на IV научно-практической конференции с международным участием «Экология и управление природопользованием» и включены в сборник, имеющий статус РИНЦ. Отобранные и проанализированные пробы включены в Реестр измерений проб мониторинга радиационной обстановки и ежегодный Протокол радиационного мониторинга за 2020 год по государственному заданию Департамента природных ресурсов по Томской области. По материалам исследования были проведены лекции для студентов 4 курса ТГУ по предмету «Радиационная экология». Результаты испытаний включены в раздел «Радиационная обстановка» государственного доклада «О состоянии и охране окружающей среды Томской области» в 2020 году, который в настоящее время находится в печати.
Выражаю искреннюю благодарность своему научному руководителю доктору технических наук, профессору, заведующему кафедрой экологии, природопользования и экологической инженерии Биологического института НИ ТГУ Адаму Александру Мартыновичу, всем сотрудникам Лаборатории радиационного контроля ОГБУ «Облкомприрода» (Коняшкину В.А., Клепикову М.С., Елагину В.Б., Фришману С.В., Калининой А.В.), а так же кандидату технических наук, ведущему экологу Громову Юрию Александровичу, за ценные указания при написании диссертационной работы.
Вблизи г. Томска, в самой населенной части Томской области, расположен самый крупный в мире - ядерно-технологический комплекс - Сибирский химический комбинат (СХК). В результате последствий аварии 1993 года в объектах окружающей среды - почве, растительности, донных отложениях проявилось дополнительное заражение этими радионуклидами [Л.П. Рихванов 1994, 1997].
Плутоний (Pu) - это химический элемент (второй искусственно полученный элемент), вместе с нептунием дали начало, так называемым трансурановым элементам, обладающими радиоактивностью. Изотопы плутония используются при производстве ядерного оружия и как ядерное топливо ядерных реакторов. Входят в радиоактивное загрязнение при атомных взрывах. Высокая потенциальная опасность изотопов плутония заключается в их большом периоде полураспада (14 ^ 24000 лет), чрезвычайно высокой альфа-активности, а также трудности обнаружения в природных объектах. Наиболее значимые и экологически опасные изотопы (Pu) это Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241. Все они распадаются с испусканием альфа-излучения, что затрудняет их обнаружение в природных объектах. Процентное их соотношение зависит от вида выпадения - глобальное при испытании ядерного оружия или реакторное при переработке отработавшего топлива. Один из изотопов (Pu) Pu-241 при распаде превращается в Am- 241. Далее Am-241 распадается с испусканием гамма-квантов:
2ЦРи ^ 2ЦАт + е~ + ve;
Это дает возможность оценивать активность изотопов плутония косвенным образом. Учитывая малый период полураспада Pu-241 (14.55 лет) и большой у Am-241 (432,6 лет) активность последнего будет нарастать со временем, что является дополнительным фактором антропогенного воздействия. В отличие от изотопов плутония, подвижность которых составляет 4-15 %, подвижность Am-241 существенно выше (~30 %), что увеличивает опасность его попадания в живые организмы [Л.П. Рихванов 1994, 1997]. По данным центра санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, америций-241, по сравнению с Pu-241, токсичнее примерно в 100 раз [4].
Цезий-137 (Cs-137)- один из главных компонентов техногенного радиоактивного загрязнения окружающей среды. Период полураспада составляет 30,21 лет. Содержится в радиоактивных выпадениях, сбросах, отходах радиохимических заводов. Хорошо поглощается почвой и донными отложениями. Эффективно накапливается пресноводными водорослями, арктическими наземными растениями и животными, которые ими питаются. В организме человека Cs-137 распределяется более или менее равномерно, в основном в мышечной ткани. Из-за легкости обнаружения и измерения его активности нормирование территории по степени загрязненности ее радионуклидами ведется, прежде всего, по цезию-137 [Л.П. Рихванов 1994, 1997].
Стронций-90 (Sr-90) — радиоактивный нуклид химического элемента стронция с атомным номером 38 и массовым числом 90. Образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и ядерном оружии. В окружающую среду 90Sr попадает преимущественно при ядерных взрывах и выбросах с АЭС. Стронций является аналогом кальция и способен прочно откладываться в костях. Длительное радиационное воздействие 90Sr и продуктов его распада поражает костную ткань и костный мозг (миелотоксичность), что приводит к развитию хронической лучевой болезни, опухолей кроветворной ткани и костей (радиогенная остеосаркома). У беременных женщин накопленный в костях изотоп оказывает радиоактивное воздействие и на плод. Поэтому является одним из главных факторов антропогенного радиоактивного воздействия. Период полураспада составляет 28,67 лет. Имеются трудности его идентификации и измерения активности. [Л.П. Рихванов 1994, 1997].
Загрязнение территорий техногенными радионуклидами рассматривалось в работах: Рихванов Л.П. «Общие и региональные проблемы радиоэкологии» и «Состояние окружающей среды и здоровье населения в зоне влияния Сибирского химического комбината. Томск» [Л.П. Рихванов 1994, 1997]; Язиков Е.Г. Диссертация на тему:
«Экогеохимия урбанизированных территория юга Западной Сибири» [Е.Г. Язиков, 2006]; Адам А.М., Зубков Ю.Г. «Радиационная обстановка на территории Томской области» [Адам А.М., Зубков Ю.Г 1998]; отчет о НИР Бойко В.И., Андреев О.В. «Кинетика радионуклидов в биоценозах районов, подверженных воздействию технологической аварии на СХК 06.04.93» [1994]; Ильинских Н.Н., Булатов В.И., Адам А.М., Смирнов Б.Ф., Плотников Н.Н., Иванчук И.И. «Радиационная экогенетика России» [Ильинских Н.Н., Булатов В.И., Адам А.М., Смирнов Б.Ф., Плотников Н.Н., Иванчук И.И. 1998].
Актуальность темы исследования обусловлена опасностью радиоактивного загрязнения при аварии на СХК 6 апреля 1993 г., требующего постоянного ведения радиационного мониторинга.
Объект исследования - территория, загрязненная радионуклидами в результате аварии на СХК 6 апреля 1993 г.
Предмет исследования - содержание техногенных радионуклидов в пробах почв на следе аварии 1993 г.
Цель исследования - оценить последствия загрязнения территории техногенными радионуклидами Cs-137 и Am-241.
Задачи исследования:
1. Изучить методики пробоотбора и пробоподготовки почв.
2. Провести отбор и подготовить пробы почвы к измерениям на гамма-спектрометре.
3. Провести анализ содержания Cs-137 и Am-241.
4. Провести обработку и анализ результатов измерений.
Положения выносимые на защиту:
1. Наличие высоко опасного техногенного радионуклида Am-241 в пробах почв показывает, что во время аварии на СХК 1993 г. было выброшено, наряду с Cs-137, некоторое количество изотопов плутония, среди которых обнаруживается Pu-241.
2. Естественные процессы распада радионуклидов способствуют снижению радиационного загрязнения почв Cs-137, однако «наработка» Am-241 требует постоянного внимание к территории следа.
3. Концентрация техногенных радионуклидов Cs-137 и Am-241 распределена неравномерно по всей территории загрязнения.
Апробация результатов. По итогам диссертационной работы оформлены тезисы, вошедшие в сборник «Старт в науку». Материалы исследования доложены на IV научно-практической конференции с международным участием «Экология и управление природопользованием» и включены в сборник, имеющий статус РИНЦ. Отобранные и проанализированные пробы включены в Реестр измерений проб мониторинга радиационной обстановки и ежегодный Протокол радиационного мониторинга за 2020 год по государственному заданию Департамента природных ресурсов по Томской области. По материалам исследования были проведены лекции для студентов 4 курса ТГУ по предмету «Радиационная экология». Результаты испытаний включены в раздел «Радиационная обстановка» государственного доклада «О состоянии и охране окружающей среды Томской области» в 2020 году, который в настоящее время находится в печати.
Выражаю искреннюю благодарность своему научному руководителю доктору технических наук, профессору, заведующему кафедрой экологии, природопользования и экологической инженерии Биологического института НИ ТГУ Адаму Александру Мартыновичу, всем сотрудникам Лаборатории радиационного контроля ОГБУ «Облкомприрода» (Коняшкину В.А., Клепикову М.С., Елагину В.Б., Фришману С.В., Калининой А.В.), а так же кандидату технических наук, ведущему экологу Громову Юрию Александровичу, за ценные указания при написании диссертационной работы.
В заключение данной работы мне хотелось бы отметить, что радиация не является каким-либо новым фактором воздействия на живые организмы, подобно многим химическим веществам, созданным человеком и раннее не существовавшим в природе. Исключение составляют искусственные (техногенные радионуклиды).
Радиационный мониторинг необходим, т.к. объекты окружающей среды и организм человека подвергается действию различных источников ионизирующего излучения на протяжении всей своей жизни, но действие радиации носит скрытый характер, поэтому наш организм не может определить: опасна ли данная доза облучения, воздействию которой он подвергается. Причины превышения дозовых пределов могут быть различными и не всегда явно выраженными.
В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Значения удельной активности радионуклида Am-241 находятся в диапазоне 5.37 Бк/кг, и составляет в среднем 8 Бк/кг, что свидетельствует о выпадении некоторого количества Pu-241 в момент аварии 06.04.1993 года. Для Cs-137 диапазон составляет 2.135 Бк/кг при среднем значении 34 Бк/кг.
По данным лаборатории радиационного мониторинга ОГБУ «Облкомприрода» за 1996 год, среднее содержания Cs-137 на «следе» аварии на СХК (д. Надежда, д. Георгиевка, шоссе Томск-Самусь) составило 74 Бк/кг, за 2015 год 48 Бк/кг, что указывает на снижение концентрации за прошедшее время с момента аварии 06.04.1993 года.
2. Отсутствие пространственной корреляции между Cs-137 и Am-241, возможно, связано с тем, что поступление Cs-137 в атмосферу произошло не только в момент аварии, но и в течение всего времени деятельности предприятия.
3. Диапазон значений удельной активности Pu-241 на момент аварии составлял 166.1835 Бк/кг, среднее значение - 480 Бк/кг. Наибольшее содержание Am-241, а соответственно и Pu-241, наблюдается в д. Надежда. Содержание Cs-137 преобладает в лесном массиве. Такие показания обусловлены неравномерностью выпадения и миграцией радионуклидов, а так же направлением «следа» аварии. Расчетным путем был сделан прогноз максимума наработки Am-241 из Pu-241, это - 2050-2060 г.
4. В связи с тем, что Am-241 в 100 раз токсичнее Pu-241 необходимо продолжать радиационный мониторинг в зоне следа аварии 1993 г. Следует увеличить число проб, так как загрязнение имеет пятнистый характер и возможны аномалии по активности Cs-137 и Am-241. Нужно проявлять осторожность при проведении хозяйственной деятельности на указанной территории.
Радиационный мониторинг необходим, т.к. объекты окружающей среды и организм человека подвергается действию различных источников ионизирующего излучения на протяжении всей своей жизни, но действие радиации носит скрытый характер, поэтому наш организм не может определить: опасна ли данная доза облучения, воздействию которой он подвергается. Причины превышения дозовых пределов могут быть различными и не всегда явно выраженными.
В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Значения удельной активности радионуклида Am-241 находятся в диапазоне 5.37 Бк/кг, и составляет в среднем 8 Бк/кг, что свидетельствует о выпадении некоторого количества Pu-241 в момент аварии 06.04.1993 года. Для Cs-137 диапазон составляет 2.135 Бк/кг при среднем значении 34 Бк/кг.
По данным лаборатории радиационного мониторинга ОГБУ «Облкомприрода» за 1996 год, среднее содержания Cs-137 на «следе» аварии на СХК (д. Надежда, д. Георгиевка, шоссе Томск-Самусь) составило 74 Бк/кг, за 2015 год 48 Бк/кг, что указывает на снижение концентрации за прошедшее время с момента аварии 06.04.1993 года.
2. Отсутствие пространственной корреляции между Cs-137 и Am-241, возможно, связано с тем, что поступление Cs-137 в атмосферу произошло не только в момент аварии, но и в течение всего времени деятельности предприятия.
3. Диапазон значений удельной активности Pu-241 на момент аварии составлял 166.1835 Бк/кг, среднее значение - 480 Бк/кг. Наибольшее содержание Am-241, а соответственно и Pu-241, наблюдается в д. Надежда. Содержание Cs-137 преобладает в лесном массиве. Такие показания обусловлены неравномерностью выпадения и миграцией радионуклидов, а так же направлением «следа» аварии. Расчетным путем был сделан прогноз максимума наработки Am-241 из Pu-241, это - 2050-2060 г.
4. В связи с тем, что Am-241 в 100 раз токсичнее Pu-241 необходимо продолжать радиационный мониторинг в зоне следа аварии 1993 г. Следует увеличить число проб, так как загрязнение имеет пятнистый характер и возможны аномалии по активности Cs-137 и Am-241. Нужно проявлять осторожность при проведении хозяйственной деятельности на указанной территории.
