Загрязнение радионуклидами некоторых регионов

Некоторые регионы России и сопредельных стран в результате испытаний ядерного оружия, аварий на АЭС и деятельности предприятий ЯТЦ оказались загрязненными техногенными радионуклидами. Некоторые регионы содержат повышенные концентрации естественных радионуклидов и в наше время.

Приведём несколько примеров.

Стабильное радиоактивное загрязнение техногенными радионуклидами почвенного покрова на территории России, как и на всей площади континентов северного полушария, сформировалось в результате испытаний ядерного оружия в атмосфере и аварии на ЧАЭС. За пределами ограниченных районов с высокими уровнями загрязнения за счёт выпадений радионуклидов от радиационных аварий уровни глобального загрязнения почвы долгоживущими продуктами деления *37Cs, 90Sr и 239.24opu были незначительными — В течение 2002 г. мощность эффективной дозы у-излучения на местности, кроме загрязненных районов, на территории РФ была в пределах колебаний естественного радиационного фона (6+20 мкЗв/ч). В юокилометровых зонах вокрут радиационно-опасных объектов значения эффективной дозы внешнего фотонного излучения в основном не превышали фоновых уровней, за исключением единичных случаев.

В настоящее время уровни глобального загрязнения в среднем по РФ имеют следующие значения: *з?Сs — 2,4 кБк/м2; o°Sr — 1,4 кБк/м2; 239.24ори_ 25 Бк/м2. Эти значения соответствуют среднему уровню радиоактивного загрязнения подстилающей поверхности Земли в полосе средних широт северного полушария. Запас долгоживущих техногенных радионуклидов в почве сосредоточен в верхнем слое толщиной до 20+30 см; фоновые уровни удельной активности техногенных радионуклидов в почвах равны, Бк/кг: *37Cs — 10+20; 9"Sr — 5+10; 239. 24opu _ о, 1+0,2, что составляет ~2% от удельной активности естественных радионуклидов в почвах. Радиационная обстановка на территориях, загрязненных техногенными радионуклидами в результате аварии ЧАЭС, определяется *37Cs, 9о§ г> 239−24ори Наибольшие площади загрязненных земель расположены в Брянской и Тульской областях, где после аварии регистрируются повышенные значения дозы внешнего у-излушения. На рубеже веков на территориях Гордеевского, Злынковского, Клинцовского, Новозыбковского и Красногорского районов Брянской области с плотностью загрязнения почвы *37Cs (50³⁰⁰) 10ш Бк/км2 максимальные значения эффективной дозы колебались от 26 до 64 мкЗв/ч (с. Ущерпье Клинцовского района). На территориях 18 районов Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей с плотностью загрязнения почвы *37Cs (20+50)10*° Бк/км2 максимальные значения эффективной дозы изменялись от 13 до 59 мкЗв/ч (с. Творишино Гордеевского района), а на территориях с плотностью загрязнения *37Cs (4+20)10*° Бк/км2 — в пределах 11+26 мкЗв/ч. Фоновые уровни загрязнения поверхностных вод техногенными радионуклидами на 3+4 порядка ниже норматива уровня вмешательства для населения. Поэтому присутствие техногенного радиоактивного загрязнения в поверхностных водах на территории России не оказывает влияния на здоровье населения и состояние живой природы. Превышение над фоном концентраций техногенных радионуклидов имеет место на отдельных участках гидрографической сети, на которых расположены крупные предприятия атомной промышленности и энергетики, а также на реках и озёрах, которые питаются водным стоком с радиоактивно загрязненных территорий. Повышенные по сравнению с фоном уровни содержания радиоактивных веществ в поверхностных водах присутствуют на водных объектах, подверженных влиянию трех крупнейших радиохимических комбинатов — ПО «Маяк» (р. Теча), СХК (р. Томь), ГХК (р. Енисей), а также на реках европейской территории России, водосборные бассейны которых загрязнены выпадениями от аварии ЧАЭС. Причём только воды верховьев р. Течи имеют уровни загрязнения ^°Sr, превышающие допустимую удельную активность для воды по санитарно-гигиеническим нормам для населения. Среднегодовая концентрация 9Sr в 2002 г. в воде р. Течи (п. Муслюмово) составила 9,9 Бк/л. Это значение в 2 раза больше норматива уровня вмешательства для населения и в 2000 раз выше фонового уровня для рек РФ. Среднегодовые концентрации этого радионуклида в поверхностных водах Белого, Баренцева, Охотского, Азовского и Японского морей, а также в водах Тихого океана у берегов Камчатки колебались в пределах от 2,0 мБк/л в прибрежных водах Камчатки до 17 мБк/л в Азовском море.

Концентрация 9°Sr и wCs в компонентах наземных экосистем в районах расположения АЭС низкая по сравнению с концентрацией естественных радионуклидов и обусловлена глобальными радиоактивными загрязнениями в результате ядерных испытаний. Для водорослей и большинства видов рыб, обитающих вблизи сбросных вод АЭС, суммарная активность техногенных радионуклидов не превышает в среднем 6% естественного уровня радиоактивности и в основном обусловлена Sr и Cs глобального загрязнения. Штатные сбросы и выбросы АЭС на радиоактивность компонент агроэкосистем, связанных с пищевым рационом человека отрицательного влияния не оказывают.

Радиационную обстановку в РФ можно отнести к благополучной на фоне других факторов воздействия.

По величине дозы природного у-излучения на территории РФ выделяют зоны пониженной (до 0,6 мЗв/год), умеренной (0,64−0,9 мЗв/год), повышенной (0,94−1,25 мЗв/год) и высокой (>1,25 мЗв/год) природной радиации. Зона пониженной радиации располагается в равнинной части севера РФ, охватывает тундровые и таёжные ландшафты Русской платформы, центральной части Западно-Сибирской плиты и север Сибирской платформы. Зона умеренной радиации охватывает лесостепные ландшафты Восточно-Европейской равнины, включая южную часть Русской платформы и Урал. Зона повышенной природной радиации сопряжена со степными ландшафтами Предкавказья и горно-таежными ландшафтами территорий Восточного Забайкалья и Дальнего Востока. Территории с высокими дозовыми нагрузками занимают 1,4% площади России и не образуют единой зоны. Это горный и высокогорный районы южной, юго-восточной и восточной окраин России. Повышенная доза радиации определяется коренными выходами магматических пород ультракислого, щелочного составов и ультра метаморфическими породами. Заметный вклад в этих районах в интенсивность радиации вносит космическое излучение, т.к. высоты достигают 15 004−2000 м и выше.

Радиоэкологическая обстановка в центральных и южных регионах Европейской части России зависит от наличия на их территории потенциально опасных в радиационном отношении промышленных, научных и других сооружений и установок и от грамотной их эксплуатации. В первую очередь это относится к АЭС, которые имеются в Ленинградской, Тверской, Смоленской, Курской, Воронежской, Саратовской и Ростовской областях. Картину дополняют исследовательские реакторы и другие ядерные установки, размещенные в крупных научных центрах: Москве, Обнинске, Санкт-Петербурге, в Гатчине, Сарове, Нижнем Новгороде, Димитровграде.

Рис. 1. Карта загрязнения территории Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей 9°Sr.

В России наиболее загрязнены техногенными радионуклидами территория Уральского региона, а также Брянская, Калужская, Орловской и Тульской западные области. Максимальные уровни загрязнения территории РФ 9°Sr и 239.24"ри чернобыльского происхождения находятся в западной части Брянской области, где уровни загрязнения по 9°Sr составляюто, 5 Ки/км2, а *39.24opu _ o, oi — од Ки/км2. Западные районы этой области ещё долгое время будут загрязнены радиоизотопами Cs. По прогнозным оценкам в 2016 г., в районе населенных пунктов Новозыбков, Злыика, уровни поверхностного загрязнения wCs будут достигать 40 Ки/км2. Почвы Брянской области загрязнены и долгоживущими сх-излучающими радионуклидами — 239. 24ори, Активность ^‘Ат в почвах Брянской области, подвергшихся загрязнению в результате аварии на ЧАЭС, будет возрастать до 2060 г. и превысит начальную активность в 6 раз за счёт распада^Ри, а суммарную активность изотопов 238,239,24pu _ в 2 раза.

На территории субъектов федерации, расположенных в европейской части России, в настоящее время добыча радиоактивных руд не производится. В СССР добычу и переработку урановых руд на территории Ставропольского края (возле г. Лермонтова) производило предприятие «Алмаз». В 1975 г работы были прекращены. В результате на горах Бештау и Бык остались отвалы «пустой» породы на площади более 50 га. Имеются также заброшенные урановые шахты в Калмыкии.

Рис. 2. Карта загрязнения территории Брянской области ‘З/Cs (прошлое и будущее).

Рис. 3. Карта загрязнения территории БрЯНСКОЙ Области 239.24ри Опасными объектами являются предприятия по переработке уранового сырья. Они расположены в Электростали в Подмосковье (производство топлива для АЭС), КировоЧепецке (химический комбинат по обогащению урановой руды), Сарове Нижегородской области (производство ядериых боеприпасов), Глазове в Удмуртии (производство ТВЭЛов). Обостряют радиационную обстановку в европейской части РФ пункты захоронения радиоактивных отходов (ПЗРО) в спецкомбинатах «Радой», которые размещаются в Московской, Ленинградской, Саратовской, Ростовской, Волгоградской, Самарской областях и в Татарстане.

В 1965;5−1988 гг. СССР проводил экспериментальные подземные ядерные взрывы, а также взрывы для решения разных нужд народного хозяйства вне официальных ядерных полигонов. В районе некоторых из них до сих пор сохраняются участки, загрязненные радионуклидами. Рис. 4. Загрязнение радионуклидом, 37Cs территорий Свердловской, Челябинской, Курганской и Тюменской областей по данным аэрогаммаспектральной съёмки (на ю мая 1986 г.: дата окончания выпадений в результате Чернобыльской аварии). На карте отражены загрязнения как чернобыльского, так и глобального происхождения.

В настоящее время на большинстве контролируемых территорий темп снижения уровней радиоактивного загрязнения составляет -3% в год. Это происходит за счёт естественного распада радионуклидов, заглубления их под действием природных процессов и перераспределения в почвенном слое за счёт антропогенных факторов.

В Уральский регион входят с севера на юг: Республика Коми, Пермская, Свердловская, Челябинская и Оренбургская области, а также Башкирия. В бо-е-70-е годы в Пермской области произведено 8 подземных ядерных взрывов. Кроме того, в 1954 г. у в районе г. Тоцка проводилось испытание ядерного оружия в атмосфере, сопряженное с военными учениями. В Уральском регионе работает одна АЭС — Белоярская, расположенная в 8о км к востоку от г. Екатеринбурга. Она является безопасной для окружающей среды. Однако загрязненная радионуклидами вода не раз попадала в р. Пышму, которая относится к бассейну р. Оби, а длительный сброс загрязненных вод в Ольховское болото привел к серьезному загрязнению его радиоактивными веществами. В годы существования СССР в Свердловской и Челябинской областях Малышевским рудоуправлением производилась добыча урановой руды. В Свердловской и Челябинской областях дислоцируется значительное количество предприятий ядерного комплекса: неполный перечень: г. Озерск (ПО «Маяк»), г. Снежинск, г. Новоуральск, г. Лесной, г. Трехгорный и др.

В Челябинской области с 50-х годов XX столетия работает ядерный центр, ПО «Маяк», — главный виновник загрязнения радионуклидами территории Среднего и Южного Урала и прилегающих областей Западной Сибири, поскольку на этом предприятии неоднократно случались аварии с крупными выбросами радионуклидов в атмосферу и водные артерии. В 1949;;-51 гг. ПО «Маяк» сбрасывал в р. Теча высокоактивные РАО. В 1957 г здесь произошёл тепловой взрыв в хранилище высокоактивных РАО; сформировавшееся облако оставило Восточно-Уральский радиоактивный след, ВУРС, в результате которого были загрязнены радионуклидами значительные площади Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей. В настоящее время продолжается сброс среднеактивных РАО в бессточные озера Карачай и Старое Болото, где накоплены радионуклиды активностью >120 млн. Ки. Из этих источников радионуклиды способны переноситься в окружающую среду.

Рис. 5. Распределение радионуклидов относительно оз. Карачай.

Рис. 5 демонстрирует отличие миграционного поведения U от поведения Ри и Ат. Уран имеет один характерный пик высокого содержания, совпадающий с расположением источника загрязнения (оз. Карачай). Зона распространения загрязнения непрерывна и максимальна в южном направлении. Однако для Ри и Am наблюдается другая картина распространения с всплесками содержания этих актинидов в грунтовых водах в некоторых местах, достаточно отдаленных от источника загрязнения.

Причиной миграции Ри из Карачая является коллоидный (ускоренный) транспорт, а не наличие Ри в виде форм Pu (V). Это объясняется тем, что наибольшее загрязнение Ри наблюдается непосредственно вблизи Карачая, для которых характерно наибольшее содержание комплексообразующих веществ, подавляющих появление форм Pu (V). Это важно, т.к. иначе миграция ионных форм привела бы к сильному загрязнению подземных вод Ри. Вдали от источника загрязнения доля Pu (V), возрастает и является основной формой миграции. В грунтовых водах Карачаевского ореола Ри находится в виде двух формах — Pu (IV) и Pu (V) — с преобладанием первой, причём распределение Ри и Ат в отличие от U и Np по загрязненной площади неравномерное. Поэтому основным механизмом миграции Ри и Ат является коллоидный транспорт, а не наличие Ри в виде форм Pu (V). Наличие этих форм определяет скорость миграции Ри только в удалённых зонах, где его содержание ниже предельно допустимых норм. На Урале Ри встречается в биологических объектах и материалах, включая человека. Имеет место накопление Ри в организме диких животных, обитающих на территории ВУРСа. На территориях с концентрацией Ри в почве 30−5-100 кБк/кг такие мелкие млекопитающие, как лесная мышь, бурозубка, полёвка, накапливают в своих тканях этот радионуклид в количестве от 2 до 9 Бк/кг, а крупные млекопитающие (косуля, лось, кабан, волк) содержат ~4 кБк Ри на кг сухой массы тела.

Уровни накопления Ри в органах человека из района ПО «Маяк» существенно превышает таковой, обусловленные глобальным выпадением и аварией на ЧАЭС. Важным фактором, определяющим уровень накопления и характер распределения U в организме, является срок проживания в загрязнённой зоне. Так, у людей, проживающих в г. Озерск с начала 50-х гг., общее содержание Ри в организме возрастало линейно до начала 90-х гг. При этом скорость ежегодного прироста составляла при средней массе работника 6о кг 0,114−0,14 Бк/год. У людей, приехавших в город в 19 404−1959 гг., средний уровень накопления Ри за 40 лет составил 4,54−5,6 Бк, что в 40 раз выше фонового показателя для Ри глобального происхождения (0,074−0,12 Бк). На рубеже веков прирост накопления Ри у жителей г. Озерска замедлился: у людей со сроком проживания в городе > 40 лет есть тенденция к снижению его содержания в организме. Несмотря на превышение фонового уровня, содержание Ри в организме жителей Озерска составляет лишь несколько процентов от допустимого уровня. Среднее содержание радионуклида в скелете жителей этого города, проживающих в нём с момента пуска предприятия до настоящего времени, примерно в 30 раз ниже допустимого содержания для лиц категории Б.

Удельная активность Ри глобальных выпадений в лимфоузлах человека превышала таковую в лёгких в ю раз. У населения зоны наблюдения это соотношение увеличивается до 104−40, а у персонала ПО «Маяк» удельная активность изотопа в лёгочных лимфоузлах в отдельных случаях превышает таковую в лёгких в ~юоо раз. Эти различия связаны с тем, что в глобальных выпадениях и от выброса предприятия частицы Ри имеют различные размеры и формы, что обусловливает их растворимость в различных биологических средах.

Радиационное загрязнение Арктического региона Европейской части РФ обусловлено выпадениями от испытаний ядерного оружия на полигоне Новая Земля; авариями на кораблях Северного флота и гражданских судов с атомными двигателями; поступлением радионуклидов из Великобритании через воды северных морей; функционированием Кольской АЭС. Через несколько лет после прекращения ядерных испытаний радиационный фон в Арктике восстановился до нормального, за исключением архипелага Новая Земля, где имеются локальные участки с радиационным фоном до 2 мР/ч. Значительная часть радионуклидов была усвоена тундровой растительностью. Среднее содержание радионуклидов в воде Северного Ледовитого океана колеблется от 8,5 до 30 Бк/мз; в донных осадках западной части Карского моря обнаружены аномалии, на порядок превышающие местный фон. Повышенной радиоактивностью обладают отходы предприятий по добыче апатитовых руд на Кольском полуострове.

В качестве примера влияния терригенных радионуклидов на радиационную обстановку региона рассмотрим экологическую обстановку на курортных городах Азовского моря. С точки зрения радиоэкологии, морские прибрежные регионы обладают рядом особенностей. Прежде всего это густонаселенные местности. Многие прибрежные города — центры с развитой промышленностью, городским транспортом, грузовыми (в том числе — нефтеналивными) портами. В результате прибрежные воды оказываются сильно загрязненными муниципальными и промышленными стоками. Сильное загрязнение вызывает и сельскохозяйственная деятельность, которая на побережье южных морей весьма интенсивна. Одновременно подобные регионы подвержены загрязнению радионуклидами, как природными так и техногенными. В то же время пляжи и побережье — зоны отдыха. Многочисленные курорты принимают большое количество женщин и детей (т.е. групп населения повышенного риска). Поэтому для морских прибрежных регионов актуальны оценки как экологического, так и радиоэкологического рисков. Типичным прибрежным регионом является северное побережье Азовского моря, для которого характерна большая плотность населения, интенсивная металлургическая промышленность и развитая курортная база, преимущественно — детская.

На экологическую обстановку на побережье Азовского моря существенное влияние оказывает возникновение в результате береговых процессов скоплений, (несколько тысяч тонн) радиоактивных ильменитциркон-монацитовых минералов — «чёрных песков», содержащих естественные радионуклиды (уран, торий, радий и т. п.). Локальные зоны отложений располагаются в местах массового, в том числе и детского, отдыха, что представляет определенную радиационную опасность.

Рис. 6. «Чёрные пески» на побережье Азовского моря.

Радиометрическое картирование территории позволило обнаружить ряд радиационных аномалий. Один из таких участков находится на побережье северной части Азовского моря (регион г. г. Таганрог — Мариуполь — Бердянск). Залежи монацитовых песков на песчаных пляжах проявляются в виде пятен и полос чёрного цвета. В зонах накопления радионуклидов ионизирующее излучение превышает нормальный фон в десятки и даже сотни раз. Непосредственно на поверхности «черного песка» уровни радиации имеют значения от нескольких сотен мкр/час до тысячи мкр/час, в зависимости от толщины слоя и степени обогащения радионуклидами, но уже в нескольких метрах от пятна принимают нормальные значения (17 мкр/ч). Толщина слоя песка, обогащенного монацитом, непосредственно на пляже не превышает одного метра. Из данных у-спектрометрии следует, что основными радиоактивными компонентами песков является 2заТЬ, 2з8и и продукты их распада.

.

Спектр у-излучения пробы чёрного песка состоит из большого числа линий. Хорошо представлена линия «°К (1,46 МэВ) и линии, связанные с жесткими у-квантами (1,4 МэВ и выше): 1.4, 1,76, 2.20 и 2.45 МэВ (RaC+RaC» — продукты распада ряда U). Присутствуют и линии ряда 2;*2Th с энергиями 0.92 (MsTh2) и 2.62 (ТЬС") МэВ. Пики с энергией 2.11 и 1.6 МэВ обусловлены утечкой одного или двух аннигилляционных квантов с энергией 2.62 МэВ. Если успектры проб, отобранных в акватории Чёрного и Азовского морей, дают содержание Th 5+7% от содержания U, то спектры пляжных песков г. Мариуполя — 60+65% Th.

Рис. 7. Гаммаспектр монацитового песка.

Основными химическими элементами «чёрных песков» являются Si, Fe и Ti (85%), представленные минералами кварц, ильменит и магнетит. Элементы, входящие в состав сырья для ферросплавов, и Zr составляют 1,5+6% исходного материала; элементы, входящие во флюсы — о, 5+2,0%; РЗЭ — 0,25%. Основное количество радионуклидов находится в слабо парамагнитной фракции, содержащей монацит (Се, La, Th)[P04] и ThP04. Содержание Th02 в этой фракции -5%. В «чёрных песках» преобладает кварц (ЗО^б0^) и титано-железосодержащие силикаты (38+42%). Из других минералов заметное содержание (2+5%) имеют гранат, циркон и минеральное сырье для получения ферросплавов.

Основным источником излучения чёрных песков является 232Th и продукты его распада. Один из продуктов — 220Rn способен покидать песок и выделяться в окружающее пространство. Именно торон представляет реальную опасность для населения и отдыхающих на курортах МариуполяБердянска. Дело в том, что строительство жилых домов и домов отдыха ведётся с использованием местных песков, включающих в себя монацит. Торон выделяется из строительных конструкций и переходит в воздух помещений. Сам 22°Rn — короткоживущий элемент, но продукты его распада — сравнительно долгоживущие (>ю ч). Продукты распада торона оседают на стенках лёгких и создают дополнительное долговременное облучение. Помимо 22°Rn, из чёрных песков выделяется, «обычный» 222Rn, но его активность значительно меньше, чем 22°Rn.