Реконструкция и прогноз радиоактивного загрязнения реки Теча

Производственное объединение (ПО) «Маяк» было создано на Южном Урале в конце 1940;х годов по Решению Правительства СССР для получения оружейного плутония.

История становления и развития ПО «Маяк» неразрывно связана с эксплуатацией речной системы р. Теча, поскольку все основные производственные объекты предприятия расположены на водосборной территории этой реки и ее притоков.

Еще в 1947 году секция № 4 Научно-технического совета Первого Главного Управления при Совнаркоме СССР констатировала невозможность решения (в отведенные сжатые сроки) проблемы полного обезвреживания огромных объемов жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся при радиохимическом выделении плутония, и обратилась в Минздрав СССР с предложением об установлении допустимых доз облучения населения, обусловленных предполагаемыми сбросами ЖРО в р. Теча.

Таким образом, заложенные в проект радиохимического завода технические решения на сброс ЖРО в р. Теча были продиктованы сжатыми сроками создания атомного оружия в СССР и отсутствием в тот период времени знаний по обращению с радиоактивными отходами, поведению радионуклидов в речных системах и о влиянии радиоактивных продуктов на здоровье человека.

В 1949;1956 гг., в период выполнения Государственной оборонной программы ПО «Маяк» производило регламентные (предусмотренные техническим проектом) и аварийные сбросы ЖРО в р. Теча, причем, основная часть активности (более 99%) поступила в воды реки до ноября 1951 г. В результате, крупномасштабному радиоактивному загрязнению подверглись все компоненты р. Теча (вода, донные отложения, пойма, растительность, биота), а жители прибрежных населенных пунктов получили значительное радиационное воздействие.

Первые выборочные медицинские обследования состояния здоровья населения, проживавшего в верхней и средней части р. Теча, были выполнены экспедиционными бригадами Института биофизики (ИБФ) Минздрава СССР в 1951;1955 гг. В результате этих обследований у нескольких сотен жителей р. Теча были выявлены признаки, характерные для хронической лучевой болезни (ХЛБ), причем у 66 человек этот диагноз был впоследствии подтвержден. Правительство СССР, осознавая критичность сложившейся ситуации, разработало и реализовало ряд экстренных мероприятий, направленных на снижение радиационного воздействия на население и оказание дополнительной медицинской помощи пострадавшим. К числу таких мероприятий следует отнести [35,102]:

— отселение части жителей, проживавших на наиболее загрязненных территориях в чистые районы;

— проведение защитных и реабилитационных работ на загрязненных территориях с целью минимизации радиационного воздействия на жителей неотселенных районов;

— создание в г. Челябинске специализированного диспансера для организации медицинской помощи и осмотров облучившегося населения.

Специализированный диспансер был позднее преобразован в филиал № 4 ИБФ, а в 1990;е годы — в Уральский научно-практический центр радиационной медицины (УНПЦ РМ). Специалисты этого центра в течение многих лет проводят широкомасштабные дозиметрические и эпидемиологические исследования, направленные на выявление отдаленных последствий облучения населения и оценку радиационных рисков.

До настоящего времени все рекомендации МКРЗ по оценке радиационных рисков основаны на результатах обследования населения, пережившего атомную бомбардировку в Японии, т. е. на основе изучения показателей здоровья лиц, подвергшихся острому радиационному воздействию с высокой мощностью дозы. Проводимые в УНПЦ РМ исследования по когорте населения реки Теча имеют важнейшее фундаментальное значение и направлены на оценку радиационных рисков при облучении с относительно небольшой мощностью дозы в течение достаточно длительного периода времени. В июне 2002 года в Германии (Chiemsee,.

Bavaria) состоялась международная конференция, на которой были представлены новые научные результаты по оценке радиационных доз и рисков для населения Южного Урала.

В частности, специалистами УНПЦ РМ были представлены новые результаты по оценке доз внешнего облучения населения, проживающего на берегах р. Теча. В отличии от ранее (1996 г.) полученных оценок, авторы новой дозиметрической системы (TRDS-2000) попытались снизить неопределенность значений доз внешнего облучения за счет более детального учета реального расстояния между жилыми домами и рекой и уточненных данных о фактическом времени пребывания населения на загрязненной пойме реки. В результате, новые оценки доз внешнего облучения оказались значительно (в 2,5−3 раза) ниже значений полученных в рамках TRDS-1996, а новая оценка риска солидных раков превышает предыдущую, по крайней мере, в 3 раза. Полученные результаты, с учетом рекомендуемого МКРЗ значения фактора редукции по дозе и мощности дозы (DDREF=2), превышают общепринятую оценку риска солидных раков в 6 раз, что противоречит всем современным представлениям по практике радиационной защиты.

Для объяснения сложившегося противоречия на конференции в Германии предлагалось учесть дополнительные дозы облучения населения р. Теча, обусловленные:

— газо-аэрозольными выбросами радионуклидов (главным образом йода-131) в атмосферу из высоких труб ПО «Маяк» в ранние годы работы предприятия [102, 172];

— диагностическим рентгеновским облучением во время медицинских обследований и частых госпитализаций.

Указанные дополнительные факторы радиационного воздействия несомненно имели место и их необходимо учитывать для корректной оценки риска, но они вряд ли позволят объяснить все имеющиеся противоречия и, в частности большое число диагностированных случаев ХЛБ для населения р. Теча.

При выполнении исследований по оценке доз внешнего и внутреннего облучения населения, проживавшего на р. Теча, специалисты УНПЦ РМ использовали данные о радио-нуклидном составе ЖРО и о динамике сброса активности в р. Теча, которые были получены в 1950;х годах на ПО «Маяк». Все существующие в настоящее время представления о мощности и динамике сброса активности и о радионуклидном составе сбрасываемых в р. Теча ЖРО были получены в 1956 г. Д. И. Ильиным и с тех пор ни разу не пересматривались.

В данной работе автор предполагает показать, что основной причиной сложившихся противоречий является неопределенность интерпретации имеющихся архивных данных о радионуклидном составе сбрасываемых ЖРО и о параметрах радиоактивного загрязнения р. Теча в 1949;1951 гг., когда радиационный контроль отсутствовал или был ограничен.

В архивах ПО «Маяк» содержится большое число научно-технических отчетов и другой первичной информации посвященной различным аспектам радиоактивного загрязнения реки Теча. Основная часть имеющейся информации получена сотрудниками ПО «Маяк» в период после 1951 г. в рамках штатного радиационного мониторинга речной системы. Значительный объем научной информации был получен в результате совместных исследований, выполненных в разные годы специалистами’ПО «Маяк» и Института Биофизики (основное отделение — г. Москва, филиал № 1 — г. Озерск, филиал № 4 г. Челябинск), Радиевого Института (г. Санкт-Петербург), Института Прикладной Геофизики (г. Москва) и др. Эти исследования выполнялись периодически, во время совместных экспедиций, и были нацелены на решение конкретных специальных задач. Следует отметить, что содержащаяся в архивах ПО «Маяк» информация о радиационно-химических характеристиках сброшенных ЖРО и анализируемых проб компонентов речной системы (вода, донные отложения, почва и др.) крайне ограничена и ее трудно интерпретировать, поскольку радиохимические и радиометрические методы используемые специалистами ПО «Маяк» для изучения радионуклидного состава в 1950;х содержали ряд специфических особенностей. Вся имеющаяся архивная информация может быть условно разделена на две большие группы.

К первой группе относятся первичные результаты радиационных и радиометрических измерений (удельная активность, мощность экспозиционной дозы и т. п.), выполненных специалистами ПО «Маяк» в 1950;х годах. Эта информация представляет собой особую ценность, поскольку она не может быть повторно получена никаким другим образом. Тем не менее, для правильной интерпретации результатов первичных измерений необходимо учитывать особенности радиохимических методов выделения и радиометрических методов измерения активности, которые использовались на ПО «Маяк» в начале 1950;х годов. Следует иметь в виду, что в ряде случаев результата измерений относятся не к одному, а к группе радионуклидов, обладающих сходными химическими свойствами. Ниже будет показано, что указанные результаты первичных измерений обладают высокой достоверностью и, после внесения необходимых поправок, могут служить надежной основой для реконструкции параметров радиоактивного загрязнения речной системы.

Ко второй группе архивных данных относятся результаты различных расчетных оценок, выполненных на основе (или с использованием) результатов первичных измерений. К таким данным относятся результаты различных интегральных (пространственных и/или временных) оценок параметров радиоактивного загрязнения (запас активности депонированной в донных отложениях, суммарный радиоактивный сток и т. п.). Достоверность указанной информации должна в каждом конкретном случае перепроверяться поскольку в архивных документах, как правило, не указаны исходные предположения и методики проведения расчетных оценок.

Таким образом, при реконструкции радиоактивного загрязнения реки Теча необходимо опираться на данные первичных измерений (после соответствующих корректировок), а результаты выполненных в 1950;е годы расчетных оценок следует перепроверять с учетом современных знаний о поведении радионуклидов в водных системах.

Общая характеристика работы.

Актуальность исследования. На всех этапах освоения ядерной энергии и создания атомной промышленности вопросам прогнозирования, оценки радиационной значимости и ликвидации последствий аварийных ситуаций, связанных с крупномасштабным поступлением радиоактивных веществ в окружающую среду, уделялось первостепенное внимание. Трагические последствия крупных радиационных аварий и катастроф должны быть тщательно проанализированы и детально изучены. Исследования поведения радионуклидов в реальных полномасштабных природных экосистемах позволяют приобрести бесценный опыт и новые знания, которые невозможно получить никаким другим образом. Эти знания необходимы для разработки оптимальных, научно-обоснованных мероприятий по радиационной реабилитации загрязненных территорий и для минимизации неблагоприятных последствий, связанных с проживанием населения на загрязненных участках.

С этой точки зрения, все обстоятельства, связанные с регламентными и аварийными сбросами ЖРО радиохимического производства ПО «Маяк» в небольшую реку Теча (19 491 956 гг.), представляют особую актуальность.

По своим масштабам и последствиям радиационная авария на р. Теча не имеет прецедентов и является одной из наиболее значимых за всю историю атомной эры. К сожалению, в следствии целого ряда объективных и субъективных причин, многие аспекты этой аварийной ситуации остаются неизвестными до сих пор. Все существующие до настоящего времени представления о параметрах радиоактивного загрязнения реки основываются на информации, полученной специалистами ПО «Маяк» в середине 1950;х годов. Непосредственное использование этой информации для целей радиационной дозиметрии населения не представляется возможным по следующим причинам:

— первые данные о параметрах радиоактивного загрязнения реки были получены летом 1951 г., а регулярный радиационный контроль был организован только в конце 1951 г., когда интенсивный сброс ЖРО был уже прекращен. Отсутствие данных радиационного контроля за период с 1949 по июнь 1951 года является одной из главных причин имеющихся неопределенностей;

— сохранившиеся в архивах результаты измерений радиоактивного загрязнения компонентов речной системы должны быть верифицированы, поскольку существовавшие в тот период времени радиометрические, радиохимические и радиационные методы и средства проведения измерений были несовершенны и содержали ряд специфических особенностей, затрудняющих интерпретацию полученных результатов;

— в 1950;х годах отсутствовали знания о гидрохимических и сорбционных свойствах различных радионуклидов, о формах их существования в природных водных системах и о механизмах переноса радионуклидов с речными водами, а значения многих ядерно-физических и химических характеристик радиоактивных нуклидов в тот период времени были неизвестны или содержали большие неопределенности. Поэтому, полученные в 1950;х годах интегральные расчетные оценки радионуклидного состава сбрасываемых ЖРО и общего радиоактивного стока (сброса) требуют критического пересмотра (методики проведения таких расчетных оценок в архивах отсутствуют). Получение объективных и достоверных данных о параметрах радиоактивного загрязнения р. Теча в 1949;1956 гг. является необходимым условием корректной оценки дозы облучения и, в конечном итоге, радиационных рисков. Таким образом, проблемы реконструкции и прогноза радиоактивного загрязнения р. Теча являются чрезвычайно актуальными, как с научной, так и практической точки зрения.

Цель работы состоит в реконструкции (получении наиболее достоверных оценок) параметров сбрасываемых в 1949;1956 гг. в р. Теча ЖРО (радионуклидный состав, мощность сброса) и характеристик радиоактивного загрязнения воды, донных отложений и поймы (удельная активность, общий запас активности депонированной на различных участках реки) — в получении предварительных оценок дозового воздействия на население р. Теча (19 491 954 гг.) — в построении научно-обоснованного прогноза радиоактивного загрязнения компонентов речной системы р. Теча на период до 2034 г.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

— проведение комплексного критического анализа всех сохранившихся архивных данных о параметрах эксплуатации реакторного и радиохимического производства ПО «Маяк» в 1949;1956 гг., о гидрологическом режиме р. Теча и о результатах гидрохимического, радиохимического и радиационного контроля;

— проведение ретроспективной верификации результатов измерений параметров радиоактивного загрязнения компонентов речной системы, выполненных в 1950;х годах;

— разработка и верификация комплекса математических моделей переноса различных радионуклидов с жидким (в ионной форме) и твердым (на взвесях) стоком по всей длине реки в зависимости от расхода воды;

— оценка вклада и роли взвешенных частиц в формировании радиоактивного загрязнения речной системы;

— изучение основных закономерностей переноса радионуклидов с речным потоком;

— проведение серии вариантных расчетов и построение (с использованием различных методических подходов) полного баланса активности за период 1949;2000 гг.;

— получение первых предварительных расчетных оценок дозы внешнего и внутреннего облучения жителей за период 1949;1954 гг. на основе разработанного нового методического подхода к реконструкции динамики радиоактивного загрязнения р. Теча и упрощенных моделей жизнедеятельности населения;

— оценка текущей мощности источников фильтрационного поступления радионуклидов из водоемов ТКВ в воды р. Теча и построение прогноза загрязнения реки на период до 2034 г.;

— проведение исследований (с использованием созданных математических моделей) по прогнозированию последствий гипотетических аварий, связанных с радиоактивным загрязнением водосборной площади р. Теча.

Объект исследования — архивные данные гидрологического контроля водного, твердого и радиоактивного стока р. Теча, результаты радиационного мониторинга и специализированных радиационных обследований речной системы за период 1949;2000 гг.

Предмет исследования — закономерности переноса радионуклидов осколочного происхождения с водами р. Теча в зависимости от расхода водыпостроение моделей и расчет баланса активности в речной системесопоставление расчетных и экспериментальных результатов и получение на этой основе наиболее достоверных ретроспективных и прогнозных характеристик радиоактивного загрязнения реки.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

— получены новые данные о радионуклидном составе регламентных и аварийный сбросов ЖРО в р. Теча за период 1949;1951 гг.;

— впервые разработаны гидродинамические модели р. Теча, позволяющие описывать перенос загрязненных радионуклидами взвешенных частиц по всей длине реки (включая водоемы-отстойники В-3 и В-4) с учетом процессов осаждения взвесей и взмучивания донных отложений;

— созданы новые стационарные и динамические сорбционные модели (полуэмпирические, аналитические, камерные), позволяющие учитывать перенос радионуклидов в растворенном виде (ионные формы) с учетом сорбционных свойств поймы и Асанов-ских болот;

— выявлены новые закономерности переноса радионуклидов с водным потоком р. Теча;

— впервые показано, что крупномасштабное радиоактивное загрязнение донных отложений и поймы р. Теча (на всем ее протяжении) сформировалось в период с июня по октябрь 1951 г. и было обусловлено переносом загрязненных взвешенных частиц;

— на основе общего баланса активности в речной системе уточнены (реконструированы) значения активности, сброшенной в реку Теча в составе ЖРО. В частности, показано, дл 4 лч что выполненные в середине 1950;х годов оценки поступления Sr и Cs в р. Теча завышены примерно на порядок величины, а общеизвестная оценка суммарного сброса всех радионуклидов (2,73 млн. Ки) занижена в несколько раз;

— реконструировано пространственно-временное распределение активности на всей длине р. Теча;

— выявлены новые закономерности формирования поля внешнего гамма-излучения вблизи береговой полосы реки. В частности, было показано, что в период до ноября 1951 г. мощность дозы на берегу водоема В-4 (с. Метлино) была обусловлена излучением 140Ba+140La (береговая полоса) и излучением 95Zr±95Nb (поверхность воды), а вклад излучения 13 Cs+137mBa не превышал 1%;

— на основе нового подхода к реконструкции радиоактивного загрязнения р. Теча получены первые предварительные оценки доз внутреннего и внешнего облучения, жителей. Показано, что новые дозовые оценки существенно (в 3−4 раза) больше, чем это считалось ранее, при этом значительно изменилась структура дозы облучения;

— впервые получен научно-обоснованный прогноз радиоактивного загрязнения р. Теча по всем основным радионуклидам (^Sr, 13 Cs, Pu) для нормальных и аварийных условий эксплуатации ТКВ.

Практическая значимость. Результаты диссертационной работы позволяют по-новому подойти к проблеме реконструкции дозы облучения жителей р. Теча, и, в конечном итоге, к уточнению значений радиационных рисков при пролонгированном облучении. Эти исследования представляют самостоятельную крупную задачу и должны быть выполнены с участием специализированных медицинских учреждений (например, УНПЦ РМ). Получени ные первые предварительные дозовые оценки позволили выявить причины и объяснить противоречия в значениях радиационных рисков для когорты жителей р. Теча и населения, пережившего атомную бомбардировку в Хиросиме и Нагасаки (Япония).

Разработанные методы и модели использованы для прогноза радиоактивного загрязнения компонентов речной системы при нормальной (штатной) эксплуатации Теченского каскада водоемов (ТКВ), и при гипотетических радиационных авариях техногенного и природного происхождения. Полученные результаты могут быть использованы для разработки проектов радиационной реабилитации р. Теча и для планирования медицинской помощи и социальной защиты пострадавшему населению.

Положения, выносимые на защиту.

1 Обоснование методов, подходов и результатов реконструкции радионуклидно-го состава регламентных и аварийных сбросов ЖРО в р. Теча.

2 Обоснование методики и результатов реконструкции радиоактивного загрязнения компонентов речной системы р. Теча.

3 Разработанные миграционные модели и выявленные основные закономерности переноса радионуклидов с водами р. Теча.

4 Оценки поступления активности в открытую гидрографическую систему р. Теча (отдельно по каждому радионуклиду).

5 Численные оценки параметров радиационной обстановки в прибрежных районах р. Теча.

6 Результаты предварительных оценок дозы внутреннего и внешнего облучения жителей с. Метлино и с. Муслюмово за период 1949;1954 гг.

7 Результаты прогнозных оценок радиоактивного загрязнения р. Теча при нормальных условиях и радиационных авариях природного и техногенного происхождения.

Личный вклад автора заключается в формулировке задач исследования, в разработке единой методологии реконструкции радиоактивного загрязнения р. Теча, в проведении критического анализа и верификации имеющихся архивных данных гидрологического и радиационного мониторинга, в создании комплекса математических моделей, в выявлении и обосновании основных закономерностей переноса активности с водным стоком реки, в проведении всех расчетных исследований и анализе полученных результатов.

Практически все приведенные в работе результаты исследований получены автором единолично. В соавторстве с Д. М. Шагиным созданы гидродинамические модели реки, а в соавторстве с Т. А. Антоновой получены оценки фильтрационного поступления 90Sr из ТКВ в р. Теча. Анализ параметров источников современного радиоактивного загрязнения территории ПО «Маяк» выполнен в соавторстве с Ю. В. Глаголенко, Е. Г. Дрожко и Г. Н. Романовым в составе российско-норвежской группы экспертов.

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, обсуждались на многих международных и всероссийских конференциях, семинарах и симпозиумах (более 15), в том числе: Международная конференция «Медико-дозиметрические регистрыоснова регламентации радиационной безопасности профессионалов и населения (07−11 июля 2004 г., Москва) — Международный Семинар .по дозиметрии населения района р. Теча (8−10 декабря 2003 г., Москва) — The Third International Conference on Environmental Radioactivity in the Arctic (June 1−5, 1997, Tromso, Norway) — The 5-th International Conference on Environmental Radioactivity in the Arctic and Antarctic (16−20 June, 2002, St. Petersburg, Russia) — Международная конференция «Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях» (24−26 апреля 2002 г., Москва) — Научная конференция «Гигиенические, дозиметрические и медико-биологические аспекты отдаленных эффектов хронического облучения» (24−25 апреля 2003 г., Озерск) — Четвертая Российская конференция по радиохимии «Радиохимия 2003» (20−25 октября 2003 г., Озерск) — Уральская конференция по радиохимии (27−29 сентября 2001 г., Екатеринбург);

Международный семинар НКК МНТЦ «Реабилитация больших территорий» (21−25 июня 1999, ВНИИТФ, Снежинск) и ряд других научных собраний. По материалам научных конференций и форумов опубликованы тезисы или доклады.

Материалы диссертационной работы были заслушаны и обсуждены на расширенном заседании Ученого Совета Южно-Уральского института биофизики (24.10.2002 г.), на заседании Ученого Света УНПЦ РМ (08.10.2002 г.), на первой российской школе по радиохимии и ядерным технологиям (23−27.08.2004 г., Озерск) — на семинаре «Проблемы радиоэкологии и пограничных дисциплин» (март 2001 г., Заречный) — на семинаре ЦГСЭН Челябинской области «Преодоление последствий радиационных аварий на период до 2010 г.» (29.10.2003 г.) и ДР.

Публикации по теме диссертации. Основное содержание диссертации отражено в более чем 50 опубликованных работах, среди которых: 2 монографии подготовленные в составе норвежско-российской группы экспертов- 2 монографии, опубликованные в редакци-онно-издательском центре «Вопросы радиационной безопасности» — 13 статей в реферируемых иностранных журналах (Radiation and Environmental Biophysics, Health Physics, Environmental Science and Technology и др.) — 18 статей в отечественных журналах- 5 статей в книгах и сборниках- 17 материалов к докладам на конференциях.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и выводов, списка использованной литературы и приложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ВЫВОДЫ.

1 Собрана, проанализирована и обобщена вся имеющаяся информация о гидрографическом и морфологическом описании реки Теча (1949;1956 гг.), левобережного (ЛБК) и правобережного (ПБК) обводных каналов Теченского каскада водоемов (ТКВ), о гидрологическом режиме водного стока реки (1949;2000 гг.) и обводных каналов (1968;2004 гг.), о параметрах ЖРО, сбрасываемых в р. Теча и в ТКВ (1949;2000 гг.), и о характеристиках радиоактивного и химического загрязнения компонентов речной системы (1949;2000 гг.).

2 Проанализированы радиохимические методы выделения и радиометрические методы измерения активности радионуклидов, применявшиеся в практике радиохимических лабораторий ПО «Маяк» в 50-х годах XX века. Отмечается, что основная часть (более 99%) всех радиометрических измерений, выполняемых в этот период времени, основывалась на методе регистрации счета бета-частиц с использованием торцевых бета-счетчиков. При определении удельной активности суммы бета-излучающих нуклидов в исследуемой пробе поправки на поглощение бета-частиц в слюдяном окошке торцевого счетчика, в слое воздуха (между счетчиком и пробой) и в самой пробе проводились только «.для наиболее ответственных проб», к числу которых относились: овощи, молоко, мясо и другие продукты питания. Во всех остальных случаях измерения активности проводились относительным методом, то есть путем сравнения скорости счета анализируемой пробы со скоростью счета от эталона, изготовленного из окиси урана. Показано, что при определении активности проб неизвестного радионуклидного состава указанным методом, измеренное значение активности могло быть занижено для: 95Nb в 5−14 раз, l03Ru в 2,5−3,3 раза, 95Zr в 1,6−1,8 раза, а для остальных радионуклидов, присутствовавших в составе сбрасываемых ЖРО, на (5−30)%.

Отмечается, что все результаты первичных измерений (архивные данные) обладают высокой достоверностью, и, после внесения необходимых расчетных поправок, могут служить надежной основой для реконструкции параметров радиоактивного загрязнения речной системы.

3 Проанализированы имеющиеся архивные данные об источниках образования и о физико-химических параметрах различных типов ЖРО, сбрасываемых в р. Теча в 19 491 956 гг. Показано, что радионуклидный состав регламентных (предусмотренных техническим проектом радиохимического завода) сбросов ЖРО хорошо соответствует радионуклид-ному составу продуктов деления, образующихся в топливе ядерного реактора при продолжительности облучения (Т=120 сут) и времени выдержки до радиохимической переработки (t=35 сут), характерных для эксплуатации реакторного и радиохимического производства ПО «Маяк» в начале 1950;х годов. Отмечается, что нерегламентные (аварийные) сбросы ЖРО образуются при попадании в систему охлаждения емкостей комплекса «С», хранившихся в них высокоактивных отходов (ВАО). В качестве усредненного радионуклидного состава аварийных сбросов рекомендуется принимать состав, образующийся при равномерном заполнении емкости-хранилища ВАО регламентными сбросами в течение -120 сут.

4 Проанализированы параметры жидкого и твердого радиоактивного стока в верховье р. Теча (от плотины П-2 до плотины П-4). Показано, что в 1950;х годах на указанном участке реки основным источником водного стока являлся сброс условно «чистой» воды из водоема В-2 (оз. Кызылташ), а основной источник твердого стока определялся сбросами земснаряда (рефулера), который использовался для добычи песка со дна водоема В-2. Сбросы рефулера, представлявшие собой мелкодисперсные взвешенные частицы глины, подхватывались водой из водоема В-2 и через плотину П-2 поступали в р. Теча. В точке сброса ЖРО (300 м ниже плотины П-2) поступающая активность распределялась между водой и взвесью.

Показано, что радионуклиды 89Sr, 90Sr, |40Ва и 1311 переносились водным потоком преимущественно в растворимом виде, а их миграция по длине реки определялась в основном сорбционными свойствами донных отложений. Большинство других осколочных радионуклидов (95Zr+95Nb, 14|Се, l44Ce+144Pr, 137Cs, 9IY и др.) переносилось с водным потоком на взвесях, причем, часть из них осаждалась в водоемах В-3 и В-4, а остальные поступали через плотину П-4 в открытую гидрографическую систему р. Теча. Соотношение между жидким и твердым радиоактивным стоком на различных участках реки Теча определялось содержанием взвесей и расходом воды.

5 На основе программного комплекса «НЕС-6» (Hydrologic Engineering Center, US Army Corps of Engineers, 1993), с использованием материалов гидрографического описания (1949;1951 гг.) и гидрологического обследования (1948;1956 гг.) созданы и верифицированы гидродинамические модели (ГДМ) реки Теча («TECHA-SED») и прудов отстойников («TECHA-SED2»).

С использованием созданных ГДМ проведены серии вариантных расчетов, позволивших для каждого расчетного створа по длине реки (52 створа на участке от плотины П-2 до плотины П-4 и 244 створа на участке от П-4 до устья) и для различных режимов водного стока получить следующие распределения:

— скорости осаждения взвесей различного гранулометрического состава на пойме и русловой части реки;

— интенсивности взмучивания различных фракций донных отложений;

— размеров и площади затопляемой речной долины.

Выполненные расчетные исследования показали, что:

— процесс взмучивания (эрозии) донных отложений не играл заметной роли (19 491 956 гг.) в перераспределении удельной активности донных отложений и переносе радионуклидов по длине реки;

— распределение плотности осаждения взвесей (глины) по длине реки для режима форсированного водного стока (июнь-октябрь 1951 г.) хорошо коррелирует с распределением удельной активности донных отложений (1951;1952 гг.) и с современными данными о запасе Cs137 на различных участках поймы реки (1994;1996 гг.);

— современные экспериментальные данные (1989 г.) о ширине (площади) загрязненной поймы р. Теча хорошо соответствуют расчетным результатам зоны затопления речной долины для периода форсированных водных сбросов (июнь-октябрь 1951 г.).

Показано, что крупномасштабное загрязнение поймы речной системы р. Теча (на всем её протяжении) сформировалось в период с июня по октябрь 1951 г. и было обусловлено переносом загрязненных радионуклидами взвешенных частиц с размером менее 5 мкм.

6 Создана и верифицирована одномерная стационарная сорбционная модель «LINE», позволяющая определять параметры радиоактивного загрязнения воды и донных отложений реки в районе точки сброса ЖРО. Отмечается, что донные отложения реки играют роль своеобразного природного регулятора, выравнивающего (стабилизующего) уровень радиоактивного загрязнения воды в реке, и, в виду определенной инерционности протекающих десорбционных процессов, несут в себе информацию о параметрах источника сброса ЖРО.

Показано, что расчетный радионуклидный состав донных отложений реки вблизи точки сброса ЖРО хорошо соответствует всем имеющимся экспериментальным данным (1950;1952 гг.), и, в частности, экспериментальным «кривым распада» проб донных отложений (декабрь 1951 г.). Выполненные расчетные исследования позволили подтвердить корректность выбранного (реконструированного) радионуклидного состава ЖРО и уточнить мощность источника сбросов ЖРО в период (июнь 1950 — 1951 гг.).

Получены количественные оценки о влиянии соотношения жидкого и твердого стока на процесс радиоактивного загрязнения верхнего участка р. Теча.

7 Результаты многочисленных современных экспериментальных исследований показывают, что основная часть активности долгоживугцих радионуклидов (^Sr,, 37Cs и Pu) депонирована в заболоченной пойме реки (Асановские болота). В период сбросов ЖРО в р. Теча (1949;1956 гг.) заболоченные участки верховья реки интенсивно задерживали (сорбировали) сбрасываемую активность, выполняя роль своеобразного природного фильтра. В последующий период времени заболоченная пойма являлась основным источником вторичного загрязнения воды реки в результате процессов десорбции (для ^Sr) и водной эрозии (для 137Cs и Ри). Создана и верифицирована полуэмпирическая (6 параметров) модель переноса^Sr с водами реки Теча («РМ6Р»), позволяющая учитывать сорбционные свойства заболоченной поймы (Асановских болот) для различных режимов водного стока. Модель позволяет проводить прогнозные и эпигнозные расчеты не только для^Sr, но и для 89Sr и, 40Ва.

8 На основе разработанных моделей: «POND34» (предназначенной для учета изменения во времени содержания активности в воде и донных отложениях водоемов В-3 и В-4), «LINE», «РМ6Р» и ГДМ («TECHA-SED» и «TECHA-SED2») создан единый компьютерный комплекс «T-ALL» .

Указанный комплекс был использован для реконструкции характеристик радиоактивного загрязнения (в виде среднемесячных значений удельной и общей активности 11 основных радионуклидов, входящих в состав сбрасываемых ЖРО) основных компонентов речной системы (вода, донные отложения, пойма) для 15 участков р. Теча. При проведении расчетов рассматривались три формы переноса активности с речным потоком: техногенные труднорастворимые мелкодисперсные осадки солей (поступающие по сбросным коммуникациям в составе ЖРО), природные взвеси в виде частиц глины (поступающие с водой из водоема В-2) и растворимые в воде формы радионуклидов. Приведен полный баланс активности для каждого радионуклида на верхнем и среднем участке реки за каждый год. Всего с ЖРО в речную систему было сброшено -7,2 млн. Ки (270 ПБк) активности, из которых в открытую гидрографическую систему (через плотину П-4) поступило -2,6 млн. Ки (96 ПБк), а через створ с. Муслюмово прошло -0,42 млн. Ки (15,5 ПБк). Полученная оценка суммарного сброса ЖРО (7,2 млн. Ки / 270 ПБк) оказалась почти в три раза больше, чем указывал Д. И. Ильин (2,7 млн. Ки / 100 ПБк) в 1956 году, а переоцененные значения сброса 90Sr (~24 кКи / 890 ТБк) и 137Cs (-25 кКи / 930 ТБк) оказались более чем в 10 раз меньше соответствующих оценок (320 кКи /12 ПБк и 350 кКи /13 ПБк). Показано, что расчетные результаты не противоречат всем имеющимся экспериментальным архивным данным.

9 Выполнены архивные исследования, позволившие собрать и обобщить единый непрерывный набор экспериментальных данных о радиоактивном стоке для среднего (с. Муслюмово, с. Бродокалмак) и нижнего (с. Першино) течения р. Теча за период 19 521 980 (1989) гг., которые представлены в виде помесячных значений водного стока и ежемесячных (среднемесячных) значений удельной активности суммы бета-излучающих нуклидов. Показано, что имеющиеся данные позволяют реконструировать некоторые обобщенные (интегральные) параметры радиоактивного загрязнения р. Теча для^Sr (и, частично, для 106Ru и 144Се) другим независимым способом. Предложен методический подход и расчетная схема, основанные на оценке общего баланса активности в речной системе с использованием простейших полуэмпирических миграционных моделей самоочищения речной системы. Выполнены расчетные оценки стока 90Sr, 106Ru и 144Се в среднем и нижнем течении р. Теча за каждый год в период с 1949 г. по 1995 г. Показано, что всего за указанный период времени в створе с. Першино прошло около 25,1 кКи (930 ТБк)^Sr, а в створе с. Муслюмово — 25,6 кКи (950 ТБк), что хорошо согласуется с результатами имитационного моделирования (см. гл. 5).

Полученные результаты представляют особый интерес, поскольку в предложенном методическом подходе не используются какие-либо предположения о радионуклидном составе сбрасываемых ЖРО и не рассматриваются механизмы переноса активности с твердым радиоактивными стоком.

10 На основе полученных новых результатов реконструкции радиоактивного загрязнения р. Теча, выполнены первые предварительные оценки дозы облучения жителей с. Метлино и с. Муслюмово за период 1949;1954 гг. Показано, что радиационное воздействие на население носило комплексный, многофакгорный характер. Значительному облучению подверглись не только красный костный мозг (ККМ) и костная поверхность (КП), но и желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), щитовидная железа (ЩЖ), кожа и все тело.

Получены следующие основные выводы:

— значение эффективной дозы внутреннего облучения взрослых жителей сел Метлино и Муслюмово за счет поступления радионуклидов с речной водой оценивается в -2,3 и 0,5 Зв, причем за период 1951;1952 гг. накапливается до 80% суммарной дозы. Указанные оценки доз почти в три раза выше аналогичных результатов, полученных ранее специалистами УНПЦ-РМ;

— дозы внутреннего облучения ККМ и КП, обусловленные поступлением 89Sr с водой могут быть соизмеримы (для взрослых) или даже значительно больше (для детей до 7 лет) соответствующих доз от ^Sr;

— основная часть дозы внешнего облучения жителей с. Муслюмово была получена в период с июня 1951 г. по июнь 1952 г. и была обусловлена излучением 95Zrf95Nb, 103Ru+l03inRh и др., а вклад излучения 137Cs не превышал нескольких процентов. Причем, накопленная доза внешнего облучения (0,5−1,9 Зв) может быть сопоставима или даже значительно превышать дозу внутреннего облучения;

— основная часть дозы внешнего облучения жителей с. Метлино была получена в период с июня 1951 г. по ноябрь 1951 г. и была обусловлена излучением, 40Ba+140La (береговая полоса) и излучением 95Zr+9sNb (поверхность воды). Распределение накопленной дозы внешнего облучения, обусловленной излучением 140Ba+140La вдоль села Метлино, характеризуется высокой неравномерностью (0,9−6,6 Зв) и уменьшается от западной части села (средняя часть Метлинского пруда) до центральной части села (Метлинская мельница) почти на порядок величины. Суммарная (1949;1954 гг.) доза облучения жителей с. Метлино оценивается в диапазоне 1,2−6,9 Зв.

11 Выявлены и оценены основные параметры источников водного питания и радиоактивного загрязнения р. Теча после создания (1965 г.) в верховье реки Теченского каскада водоемов (ТКВ).

Показано, что основным внутренним источником радиоактивного загрязнения воды р. Теча является заболоченная пойма в верховье реки (Асановские болота), а внешний источник определяется процессом фильтрации загрязненной воды из водоемов ТКВ в ЛБК и ПБК через боковые ограждающие дамбы.

12 Получен среднесрочный (на 30 лет) прогноз изменения радиоактивного стока основных радионуклидов rsr, Cs и Pu) с водами р. Теча. Показано, что начиная с 1970 года, нижняя часть реки (ниже с. Муслюмово), а, начиная с 1995 года, и верхняя часть реки Теча находятся в режиме «стабилизации» стока^Sr (запаса^Sr на участке реки). Режим «стабилизации» характеризуется условием, при котором поступление Sr на входном створе реки полностью компенсируется процессами радиоактивного распада и выхода (вымывания) этого радионуклида через выходной створ. Уровень «стабилизации» (запас^Sr на участке реки) прямо пропорционален поступлению^Sr через входной створ и (в первом приближении) обратно пропорционален водному стоку. Показано, что в ближайшие 30−50 лет сток 90Sr с водами р. Теча будет определяться, главным образом, фильтрационным поступлением этого нуклида из водоемов ТКВ (через боковые ограждающие дамбы) в ЛБК и ПБК (-30 — 40 Ки/год / 1,1 — 1,5 ТБк). Определены параметры источника фильтрационного поступления^Sr в р. Теча в зависимости от уровня воды в водоемах В-10 и В-11 и от уровня воды (водного стока) в ЛБК и ПБК.

Показано, что в настоящее время (1995 г.) на верхнем участке р. Теча (плотина П-11 -с. Муслюмово) депонировано -18,5 Ки (-680 ГБк) плутония (239' 240Ри), а на среднем и нижнем участке (с. Муслюмово — устье) —3,0 Ки (~110 ГБк), причем около 50% содержащегося не этом участке плутония (-1,5 Ки / 56 ГБк) является плутонием глобального происхождения.

Указывается, что сток Cs и Ри с водами р. Теча определяется в основном твердым стоком илистых и глинистых частиц, образующихся в результате водной эрозии заболоченной поймы в районе Асановских болот (Надыров Мост), и характеризуется сильной внутри-годовой неравномерностью. Основная (до 95%) часть радиоактивного стока происходит во время весенних паводков или в периоды интенсивных попусков воды из оз. Иртяш по ЛБК.

Показано, что радиоактивный сток 137Cs с водами реки будет снижаться в соответствии с радиоактивным распадом (-1−2 Ки/год (37−74 ГБк/год) к 2034 году), а сток Ри существенно не изменится (6−12 мКи/год / 220−440 МБк/год), при этом удельная активность рассматриваемых радионуклидов будет оставаться значительно ниже уровня вмешательства (НРБ-99). Приведено описание математических прогностических моделей и численные оценки радиоактивного стока для различных режимов водного стока.

13 Разработана математическая модель и выполнены расчетные исследования по реконструкции и прогнозу поступления^Sr в Карское море с водами рек Теча — Исеть — Тобол — Иртыш — Обь. При разработке и верификации модели использовались экспериментальные данные о водном и радиоактивном стоке р. Обь (г. Салехард), о динамике глобальных радиоактивных выпадений 90Sr и расчетно-экспериментальные данные о поступлении 90Sr в р. Исеть с водами р. Теча и Синара.

Показано, что за период 1949;1990 гг. общее поступление 90Sr в Карское море от всех источников составило не менее 93,2 кКи (3,5 ПБк), из них с водами р. Обь поступило -38,2 кКи (1,4 ПБк), а с водами р. Теча (Синара) — 24,8 кКи / 0,92 ПБк (то есть -27%).

14 Разработанные математические модели переноса радионуклидов с водами р. Теча использованы для оценки последствий ряда крупномасштабных гипотетических аварийных ситуаций, связанных с радиоактивным загрязнением водосборной территории и компонентов речной системы. Показано, что планово-предупредительный контролируемый сброс избытка воды из водоема В-11 ТКВ можно рассматривать как эффективное противо-аварийное мероприятие, позволяющее повысить устойчивость плотины П-11 и обеспечить условия ее безопасной эксплуатации в длительный период аномально высокой водности. При этом удельная активность «Sr в водах р. Теча заметным образом (не более чем в 2−3 раза) увеличится только в первый год, а в последующем вернется к исходному состоянию. Полученные прогнозные оценки верифицированы международной российско-норвежской группой экспертов.