Н.Е. ЛАТЫНОВА, Г.В. КОЗЬМИН

Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, Калужская обл.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ ³H, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs И ²²⁶Ra
В РЕЗУЛЬТАТЕ НАРУШЕНИЯ МНОГОБАРЬЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ХРАНИЛИЩ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
Рассмотрены основные факторы, характеризующие радиоэкологическую обстановку в районе расположения проблемных хранилищ РАО: пространственно-временные закономерности радиоактивного загрязнения компонентов наземных и пресноводных экосистем, гидрологические и геохимические процессы, приводящие к формированию объемных радиоактивных источников загрязнения. Установлены направления и скорости горизонтальной миграции радионуклидов и дана оценка их подвижности и биологической доступности.
В настоящее время, несмотря на существующий жесткий контроль в сфере обеспечения радиационной и экологической безопасности на объектах атомной отрасли, существует проблема старых хранилищ низкоактивных РАО, созданных во второй половине 20 века без должного учета особенностей природной среды в местах их размещения. Проблемные хранилища РАО находятся, в частности, на севере Калужской области. В конце 90-х годов прошлого столетия на старом хранилище РАО, принадлежащем ГНЦ РФ – ФЭИ, произошла утечка радионуклидов (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ²²⁶Ra) в результате нарушения многобарьерной защиты одной из емкостей. Новое хранилище РАО является источником поступления в окружающую среду трития, что впервые было отмечено в процессе мониторинговых исследований НПО «Тайфун» в середине 90-х годов XX века [1].

Целью настоящей работы стало изучение характеристик загрязнения техногенными радионуклидами наземных и пресноводных экосистем и оценка радиоэкологической обстановки в районе размещения проблемных хранилищ РАО.

Объектами исследования явились компоненты экосистем катенарного ряда склона первой надпойменной террасы и притеррасного понижения поймы р. Протва в районе размещения региональных хранилищ РАО. Оба хранилища располагаются в идентичных геоморфологических, геохимических и гидрогеологических условиях: в нижней части склона надпойменной террасы, сложенной флювиогляциальными песками, перекрытыми маломощным (до 1 м) шлейфом пылеватых делювиальных суглинков. Ниже по склону находятся частично заболоченные притеррасные понижения, питаемые атмосферными осадками и грунтовыми водами, в зоне формирования которых расположены емкости хранилищ [2].

Природные условия района исследований типичны для долинных комплексов южной части лесной зоны, что позволяет использовать полученные в настоящих исследованиях данные при создании систем радиоэкологического мониторинга в аналогичных регионах. Необходимо отметить, что ряд природных особенностей территории севера Калужской области способствует миграции радионуклидов: избыточное увлажнение, низкая емкость поглощения почв, преимущественно кислая реакция почвенного раствора, развитие эрозионных процессов. В то же время, существующие природные геохимические барьеры супераквальных и аквальных ландшафтов отличаются достаточно высокой емкостью и служат эффективным препятствием для распространения отдельных радионуклидов.

Для изучения направлений миграции радионуклидов определялось их содержание (удельная и объемная активность) в пробах воды, снега, почв, донных отложений, растительности, а также в раковинах моллюсков. Пробы отбирались в репрезентативных точках ландшафтно-геохимических катен.

Источники поступления в окружающую среду и миграция трития. Тритриевая аномалия на севере Калужской области впервые была отмечена по результатам НПО «Тайфун» в середине 1990-х годов. Согласно результатам исследования ГНЦ РФ – ФЭИ основным источником поступления трития в окружающую среду являются тритиевые мишени, находящиеся в новом хранилище РАО [3]. В окружающей среде тритий распространяется с воздушными и водными потоками.

С целью изучения вклада воздушного переноса определялась объемная активность трития в пробах снега, отобранного с крышки емкости с тритиевыми мишенями, вблизи емкости в различных направлениях, за пределами хранилища по направлению сезонной розы ветров. Результаты измерений представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты измерения объемной активности трития в снеге

Место отбора	Активность, Бк/л
Крышка емкости 8 227П	144±14,4
Coop. 227 запад	39,7±3.9
Coop. 227 юг	9,21±0,9
Coop. 227 восток	136±13,6
Coop. 227 север	168±16,8
Родник с/о «Орбита»	33,8±3,4
Старица	<1,0
Д. Потресово, левый берег	<1,0
Шк. №1(1,5 км к СВ от соор. 227)	<1,0

На основании полученных результатов сделаны следующие выводы:

• 
  аэральное поступление ³Н с водяным паром из емкостей хранилища незначительно; при аэральном переносе паров НТ и НТО происходит быстрое разбавление концентрации трития в воздушной среде до фоновых значений; при распространении ³Н воздушным путем накопление его возможно в твердых атмосферных осадках в непосредственной близости от источника;
  
• 
  основным путем воздушной миграции обогащенных ³Н атмосферных осадков является метелевый перенос с территории хранилища, радиус формирования наземной тритиевой аномалии – первые сотни метров; при метелевом переносе НТО естественные преграды (повышения рельефа, здания, древесные насаждения) являются эффективными барьерами.
  

На следующем этапе были проведены исследования содержания ³Н в грунтовых водах. Объемная активность ³Н в пробах коррелирует со степенью воднасыщенности грунтов и показывает зависимость содержания данного радионуклида в подземных водах от глубины их залегания. В относительно глубоких горизонтах подземных вод (25 м) содержание ³Н ниже, чем в приповерхностных. Отмечается сезонная динамика содержания ³Н в подземных водах скважин: увеличение концентрации в сухие сезоны. Результаты измерения ³Н в воде старицы, питаемой формирующейся под территорией хранилища верховодкой (1–1,5 м), свидетельствуют об увеличении поступления ³Н с почвенными водами в период наибольшего водонасыщения грунтов талыми водами. При этом объемная активность ³Н увеличивается почти в три раза по сравнению с «сухими» сезонами.

Полученные результаты позволяют утверждать, что наиболее активное распространение ³Н происходит в приповерхностных горизонтах (область формирования верховодки) преимущественно в периоды наибольшего водонасыщения. В более глубоких горизонтах (5–10 м) во влажные сезоны происходит снижение концентрации ³Н за счет разбавления менее загрязненными инфильтрационными водами, поступающими с большей территории.

С увеличением расстояния от хранилища содержание ³Н в подземных водах уменьшается. В родниках на расстоянии 5 км вниз по течению, а также в родниках, расположенных выше по течению р. Протвы, превышение содержания ³Н над фоном не обнаружено.

Учитывая, что ³Н проникает с инфильтрационными водами в достаточно глубокие горизонты, были проанализированы пробы воды из скважин водозаборных сооружений. Повышенные концентрации ³Н в отдельных пробах отмечаются на всех водозаборах г. Обнинска, но статистически достоверные аномалии содержания ³Н установлены только на водозаборах Центральный и Самсоновский.

Полученные данные положены в основу оценки риска возникновения стохастических эффектов при облучении населения в результате употребления содержащей ³Н воды.

В табл. 2 приведены значения индивидуального и коллективного пожизненного риска, рассчитанные в работе [4].

Таблица 2

Результаты расчета индивидуального и коллективного пожизненного риска

для населения г. Обнинска

Когорта Инд. эффективная доза за год	Индивидуальный пожизненный риск r, 1/чел.	Коллективный пожизненный риск R
1 когорта (дачники) 0,44 мкЗв	3.21·10–8	3.21·10–5
2 когорта (дачники) 1,42 мкЗв	7.42·10–8	7.42·10–6
3 когорта (сотрудники ГНЦ РФ – ФЭИ) 3,74 мкЗв	2.09·10–7	8.38·10–4

С учетом анализа приведенных в таблице данных можно заключить, что риск возникновения стохастических эффектов облучения в результате употребления воды, содержащей тритий, для указанных когорт населения г. Обнинска лежит ниже предела индивидуального пожизненного риска (5.0 · 10^–5) (Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009) [5].

Миграция ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ²²⁶Ra в компонентах экосистем, прилегающих к хранилищу РАО. В результате нарушения герметичности емкостей регионального хранилища РАО, расположенного в городской черте и за пределами промплощадки ФЭИ, наблюдается миграция ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ²²⁶Ra по всему изученному ландшафтно-геохимическому профилю и их аккумуляция в пределах притеррасного понижения, препятствующая их дальнейшему распространению на пойму и воду р. Протвы. Максимальная обнаруженная активность ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и техногенного ²²⁶Ra в почвах локальных участков загрязнения притеррасного понижения составляет 19400 ± 315, 18 ± 6 и 95 ± 31 Бк/кг соответственно [6]. Почвенные и грунтовые воды данной территории формируются на глубине до 6 м от дневной поверхности. Помимо атмосферных осадков, существенную роль в их питании играют протечки из тэнков городских водоочистных сооружений, находящихся вблизи хранилища РАО и выше его по склону. Разгрузка подземных вод происходит в виде небольших родников в нижней части склона террасы непосредственно под хранилищем РАО. В сухое время года эти источники нередко пересыхают.

Факторами, благоприятствующими миграции радионуклидов, являются промывной водный режим зоны аэрации, легкий механический состав подстилающих пород (хорошо перемытые средне- и мелкозернистые флювиогляциальные пески), значительные уклоны местности. Результаты измерения активности радионуклидов в послойно отобранных образцах почвы указывают на довольно равномерное распределение их по почвенному профилю. В процессах вертикальной дифференциации ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ²²⁶Ra при внутрипочвенном их поступлении ведущая роль принадлежит гранулометрическому составу почвообразующих пород, особенностям водного режима зоны аэрации, содержанию органического вещества, а также характеру и степени нарушенности почвенного покрова.

Измерение объемной активности радионуклидов в подземных и поверхностных водах показало, что радиоактивное загрязнение аквальных экосистем, прилегающих к хранилищу, обусловлено главным образом ⁹⁰Sr, миграционная способность которого в данных условиях в 10 раз больше, чем ¹³⁷Cs. Активность ⁹⁰Sr в подземных водах, определенная в месте их выхода на поверхность (39,2 ± 11,8 Бк/л), на порядок выше, чем в водах старицы в 1,5 м от источника (3,8 ± 1,1 Бк/л). Данный факт свидетельствует о высокой емкости природного геохимического барьера, формируемого органическими илами притеррасного понижения. Кроме того, важным фактором, ограничивающим подвижность ⁹⁰Sr, является достаточно высокое значение реакции среды (pH 8). На расстоянии 3 м от места впадения родника в старицу удельная активность ⁹⁰Sr составляет всего 1,6 ± 0,5 Бк/л. Несмотря на повышенное содержание данного радионуклида в илистых отложениях, концентрация его в поверхностных водах низкая и не превышает допустимого уровня вмешательства (4,9 Бк/л), установленного НРБ. Данные по формам нахождения радионуклидов показали, что они находятся преимущественно в малоподвижных формах, на долю водорастворимой фракции стронция-90 приходится, например, от 2 до 4 %.

Дальнейшая миграция ⁹⁰Sr происходит в направлении естественного стока поверхностных и подземных вод по заболоченной нижней части долины ручья Комсомольский в сторону распо­ложения общества садоводов и огородников. Содержание радионуклида в водах и илах дренажных канав на приусадебных участках, расположенных на расстоянии около 200 м от хранилища РАО, ниже уровня вмешательства.

Ореол радиоактивного загрязнения ⁹⁰Sr в районе хранилища РАО не превышает нескольких десятков метров на поверхности и чуть более 10 м в глубину. Благодаря природным геохимическим барьерам в настоящее время угрозы попадания радионуклидов в организм человека по пищевым цепям через сельскохозяйственную продукцию нет.

Мониторинг распространения ⁹⁰Sr в природной среде, основанный лишь на контроле содержания ⁹⁰Sr в природных водах, может быть затруднен в связи с аппаратурно-методическими ограничениями. Чувствительность радиационно-экологического мониторинга может быть существенно повышена при использовании организмов-накопителей ⁹⁰Sr, какими являются наземные моллюски. Площадь обитания этих животных весьма ограничена, что позволяет осуществлять не только текущий контроль, но и давать прогноз направлений распространения данного радионуклида за пределы площадки размещения регионального хранилища. Результаты определения удельной активности ⁹⁰Sr в раковинах улитки кустарниковой (Bradybaena fruticum) – 822 ± 8 Бк/кг, в листьях малины (Rubus daeus) – 11,6 ± 1,1 Бк/кг и в верхней части гумусового горизонта дерново-слабоподзолистой почвы – 8 ± 1 Бк/кг показывают, что активность ⁹⁰Sr в раковинах моллюсков на два порядка больше, чем в гумусовом горизонте и в листьях растений, которыми они питаются [7].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сойфер В.Н., Горячев В.А., Вакуловский С.М., Катрич И.Ю. Тритиевые исследования природных вод в России. М.: ГЕОС, 2008.

2. Латынова Н.Е., Вайзер В.И., Козьмин Г.В и др. // Труды 3-й Междунар. науч.-практ. конф. «Экология речных бассейнов». Владимир, 2005. С. 243.

3. Старков О.В., Моисеева О.В. //Информационный бюллетень. Ядерная и радиационная безопасность России. Вып 2(5). М.: ЦНИИ атоминформ, 2002. С. 64.

4. Момот О.А., Сынзыныс Б.И., Латынова Н.Е. // Тезисы докладов IX Международной конференции «Безопасность АЭС и подготовка кадров». Обнинск: ИАТЭ, 2005. Ч.2. С. 101.

5. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Гигиенические нормативы. М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 2009.

6. Васильева А.Н., Круглов С.В. и др. // Радиационная биология. Радиоэкология. 2008. Т. 48. С. 116.

7. Васильева А.Н., Сынзыныс Б.И. и др. // Радиационная биология. Радиоэкология. 2007. Т. 47. С. 608.