Характеристика радиоактивного загрязнения поймы реки Шаган на бывшем Семипалатинском испытательном полигоне

Айдарханов, Асан Оралханович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Характеристика радиоактивного загрязнения поймы реки Шаган на бывшем Семипалатинском испытательном полигоне
ВАК РФ 03.01.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Характеристика радиоактивного загрязнения поймы реки Шаган на бывшем Семипалатинском испытательном полигоне"

На правах рукописи

Айдарханов Асан Оралханович

ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ПОЙМЫ РЕКИ ШАГАН НА БЫВШЕМ СЕМИПАЛАТИНСКОМ ИСПЫТАТЕЛЬНОМ ПОЛИГОНЕ

Специальность: 03.01.01 - радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

5 ДЕК 2013

Обнинск, 2013

005543008

Работа выполнена в Филиале «Институт радиационной безопасности и экологии» РГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан»

Научный руководитель: кандидат биологических наук

Анисимов Вячеслав Сергеевич

Официальные оппоненты:

Линник Виталий Григорьевич, доктор географических наук, ФГБУН Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), главный научный сотрудник

Кобялко Владимир Олегович, кандидат биологических наук, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, старший научный сотрудник

Ведущая организация: ФГБУ НПО «Тайфун»

Защита состоится «25» декабря 2013 года в 16 час.00 мин. на заседании диссертационного совета Д 006.068.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии по адресу: 249032, г. Обнинск, Киевское шоссе, 109 км, ГНУ ВНИИСХРАЭ Россельхозакадемии, к. 510.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИСХРАЭ Россельхозакадемии.

Отзывы на автореферат просим отправлять по адресу: 249032, г. Обнинск, Киевское шоссе, 109 км, ГНУ ВНИИСХРАЭ Россельхозакадемии, Диссертационный совет. Факс: (48439) 6-80-66.

Автореферат разослан «22» ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Шубина Ольга Андреевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В XX веке человечество перешло на качественно новую ступень развития, связанную с широким использованием атомной энергии. При этом, наряду с явными положительными моментами, возникла новая опасность, заключающаяся в загрязнении окружающей среды опасными поллютантами -техногенными радионуклидами.

Источники радиоактивного загрязнения окружающей среды довольно многочисленны и разнообразны: это испытания ядерного оружия, ядерные взрывы в мирных целях, аварийные выбросы атомных электростанций, ядерные реакторы исследовательского типа, реакторы морских судов, радиоактивные отходы и т.д.

Одним из наиболее существенных источников такого загрязнения, а в недалеком прошлом и самым важным, являются испытания ядерного оружия. В настоящее время официально известны четыре крупнейших ядерных полигона: Невада (США, Великобритания), Новая Земля (Россия), Моруроа (Франция), Лобнор (Китай) (Тлеубергенов С.Т., 1997 г.). Таким образом, на Земле образовались обширные территории, загрязненные техногенными радионуклидами. Сложность ситуации заключается в том, что радиоактивное загрязнение некоторых участков является источником вторичного загрязнения прилегающих территорий с процессами ветровой и водной миграции радионуклидов.

Для Республики Казахстан особое значение имеет Семипалатинский испытательный полигон (СИП), где было произведено 456 ядерных испытаний (включая подземные) в период с 1949 по 1989 гг., как в военных, так и в мирных целях. Все это привело к загрязнению окружающей среды, которое, несмотря на прошедшие годы, актуально и по сей день (Михайлов В.Н., Андрюшин И.А., Богдан В.В. и др., 1996 г.).

В пределах бывшего Семипалатинского испытательного полигона река Шаган является единственным поверхностным водотоком. Она течет вдоль восточной границы, пересекает испытательную площадку "Балапан" и является левобережным притоком р. Иртыш. В результате ядерных испытаний на СИП, долина р. Шаган подверглась радиоактивному загрязнению. На некоторых участках р. Шаган радиоактивное загрязнение техногенным радионуклидом Н более чем в 40 раз превышает уровень, установленный санитарными правилами. В целом по реке концентрация трития превышает допустимые уровни на протяжении около 20 км вниз по течению реки от установленной границы СИП. При этом существует вероятность возможного переноса радионуклидов водами р. Шаган в р. Иртыш. Таким образом, процессы миграции радионуклидов в долине р. Шаган требуют тщательного изучения.

(растения, животные, человек). Изучение механизмов формирования радиационной обстановки в долине р. Шаган позволит сделать прогноз ее развития и установить вероятность долговременных последствий, выходящих далеко за пределы территории СИП. Благодаря подобным исследованиям станет возможным принятие необходимых мер по обеспечению радиационной безопасности населения, проживающего и ведущего хозяйственную деятельность в зоне влияния р. Шаган.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы являлось изучение закономерностей формирования радиоактивного загрязнения компонентов экосистемы р. Шаган.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Установить механизмы формирования радионуклидного загрязнения почвогрунтов и донных отложений.

2. Оценить степень радионуклидного загрязнения подземных и поверхностных вод р. Шаган.

3. Определить характер радионуклидного загрязнения растений на исследуемой территории.

4. Определить степень и характер радиоактивного загрязнения воздушного бассейна исследуемой территории.

Предмет и объект исследования. Объектом исследования являлась экосистема р. Шаган бывшего Семипалатинского испытательного полигона (СИП), в частности ее компоненты: донные отложения, береговые грунты, почвогрунты, растения, водная и воздушные среды. Предметом исследования являлись механизмы формирования радиоактивного загрязнения и радионуклидные характеристики компонентов экосистемы р. Шаган.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Уровни загрязнения компонентов экосистем в пойме р. Шаган.

2. Радиоактивное загрязнение почвогрунтов и донных отложений в пойме р. Шаган сформировано несколькими источниками, включая: экскавационный взрыв в 1004, наземные и воздушные испытания на площадке "Опытное поле".

3. Основное радиоактивное загрязнение поверхностных вод р. Шаган обусловлено разгрузкой подземных вод испытательной площадки "Балапан".

4. Радиоактивное загрязнение береговой растительности в целом соответствует характеру загрязнения поверхностных и подрусловых вод.

Научная новизна результатов исследования. Полученные результаты расширяют научные представления о закономерностях формирования радиоэкологической обстановки в сложных геохимически-сопряженных ландшафтах. Впервые получены данные о содержании техногенных радионуклидов 241Ат, 137Сз, 239'240' 238Ри, 152'154Еи, 3Н в компонентах

экосистем поймы р. Шаган: почвогрунтах, донных отложениях, природных водах, растительности, воздухе. Установлено, что радиоактивное загрязнение почвогрунтов и донных отложений экосистемы р. Шаган 24|Агп 137Св 239+240'

238т> 152,154т? -- ' '

г и, Ли обусловлено не только экскавационным взрывом в скважине

1004, но и выпадениями от испытаний на площадке "Опытное" поле. Впервые установлено, что основным радиоактивным загрязнителем поверхностных и подрусловых вод реки является тритий, поступление которого в р. Шаган происходит с грунтовыми водами из мест проведения ПЯВ на площадке "Балапан" по системе тектонических нарушений (трещины и разломы). Показано, что стабильность перераспределения 3Н между водой и растениями (гигрофиты, мезофиты, фреатофиты) сохраняется в условиях различной концентрации 3Н в поверхностных и подрусловых водах. Впервые в результате оценки содержания 3Н в атмосферном воздухе в пойме р. Шаган были выделены три зоны по уровню ожидаемой годовой эффективной дозы от поступления радионуклида в организм человека.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическую значимость работы представляют выявленные закономерности миграции техногенных радионуклидов, образовавшихся в результате ядерных испытаний, в сложных геохимически-сопряженных ландшафтах. Полученные в диссертационной работе данные расширяют научные представления о механизмах миграции трития в системе грунтовые воды - почвы - растения -атмосфера.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют выделить наиболее загрязненные искусственными радионуклидами участки р. Шаган, а также способствуют проведению работ по восстановлению радиоактивно-загрязненных земель и введению их в хозяйственный оборот. Результаты диссертационной работы могут быть использованы для прогноза долгосрочного поведения радионуклидов в окружающей среде и позволяют уточнить статус и обосновать вывод из хозяйственного использования части земель, прилегающих к бассейну реки Шаган.

Соответствие паспорту специальности. Диссертация выполнена в соответствии с п. 9 «Последствия ядерных катастроф. Синдром Чернобыля. Радиоэкология» Паспорта специальности 03.01.01 - Радиобиология.

Личный вклад диссертанта в получение научных результатов, выносимых на защиту. Автором поставлена цель исследования, разработаны технические задания на проведение экспедиционных и лабораторных работ. При личном участии проводился отбор и лабораторный анализ проб окружающей среды (почвогрунты, донные отложения, вода, водяные пары). Выполнена статистическая обработка полученных данных и проведен их анализ. Разработан и апробирован системный подход для изучения радиоэкологической обстановки в сложных геохимически сопряженных ландшафтах. Самостоятельно сформулированы основные положения работы и выводы.

Апробация и реализация результатов диссертации. Полученные в ходе выполнения данной работы результаты послужили основой для предложений поданных в Министерство охраны окружающей среды Республики Казахстан с

целью придания соответствующего статуса землям, прилегающим к пойме р. Шаган, и разработке проектов по нейтрализации поступления радионуклидов в русло реки.

Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции "Радиоактивность окружающей среды" (25-27 октября 2010 г., г. Рим, Италия), на IX Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции (Тобольск, Россия, 9-10 ноября 2012 г.), на IV Международной научной конференции (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 27-31 мая 2013 г.), на IX международной конференции "Радиационная физика и экология" (г.Алматы, ИЯФ, 23-27 сентября 2013 г.), на V Международной научно-практической конференции "Семипалатинский полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения" (12-14 сентября 2010 г., г. Курчатов, ИРБЭ НЯЦ РК).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах из списка изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения и списка использованных источников, который состоит из 67 наименований. Работа изложена на 116 страницах текста, включает 59 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В настоящем разделе на основании обзора сведений, имеющихся в мировой литературе, приведен детальный анализ радиоэкологических ситуаций, сложившихся после крупнейших радиационных аварий и ядерных испытаний. Показано, что во всех рассмотренных случаях радиоактивное загрязнение экосистем водных объектов имеет свои особенности, обусловленное различными источниками загрязнения, механизмами формирования, гидрологическим режимом (Под рук. Логачева В.А., 2002 г, Дубасов В.Ю., 1994 г., Горин В.В. Матущенко A.M. и др., 1993 г. Израэль Ю.А., 1996 г., Толстиков В.Г., 1999 г., Ключников А. А., Пазухин Э.М. и др., 2005 г.).

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Предложена специальная методология проведения исследований, заключающаяся в многоэтапном комплексном подходе при оценке радиоэкологического состояния экосистем р. Шаган. На первом этапе разрабатывалось техническое задание на отбор проб окружающей среды и вид проводимых лабораторных анализов. Местоположение точек обследования определялось с помощью ГИС-технологий в геодезической системе координат. В ходе экспедиционных выездов координатная привязка точек пробоотбора осуществлялась с использованием спутникового прибора глобального

позиционирования (GPS-приемник). В ходе полевого этапа исследований предварительно проводились радиометрические измерения мощности экспозиционной дозы (МЭД) и плотность поверхностного загрязнения а- и Р-излучающими радионуклидами в фиксированных точках. Далее производился отбор проб как с помощью общепринятых методов (для почвогрунтов, донных отложений, воды, растительности), так и с использованием оригинальных методик (отбор водяных паров атмосферного и почвенного воздуха). Лабораторный анализ проб грунта, донных отложений, воды, водяных паров, растений с целью определения содержания техногенных радионуклидов проводился с использованием методов гамма-, бета-, альфа-спектрометрии и жидкостной сцинтилляции либо после предварительного концентрирования образцов, либо после радиохимического выделения из них изучаемых радионуклидов. Микро- и макроэлементы определялись масс-спектрометрическим методом.

Для проведения лабораторных исследований использовалось следующее оборудование: жидкосцинтилляционный счетчик "TRI-CARB-2900 TR"; альфа-спектрометр "CANBERRA"; гамма-спектрометр "ORTEC"; радиометры МКС-РМ1402М и МКС-АТ6130; масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой "ICP MASS Spectrometer ELAN 9000".

Полученные результаты подвергались статистической обработке с помощью пакета статистической обработки программы Excel. Оперативный контроль точности, воспроизводимости и сходимости результатов проводился в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-6.

ГЛАВА 3. МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОАКТИВНОГО

ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВОГРУНТОВ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РУСЛА Р. ШАГ АН

Представлены результаты измерения уровней содержания техногенных радионуклидов в донных отложениях, береговых грунтах и почвогрунтах долины р. Шаган. Общая схема отбора проб донных отложений и почвогрунтов показана на рис. 1.

Распределение 241 Am, 60Со, 152Ей, шЕи в дойных отложениях. Характер распределения техногенных радионуклидов в донных отложениях русла р. Шаган, показан на рис. 2.

По результатам, представленным на рис.2, видно, что содержание определяемых техногенных радионуклидов максимально в месте выхода из плотины "Атомного" озера, что, обусловлено экскавационным взрывом в скважине 1004. При этом удельная активность радионуклидов спадает неравномерно, а в виде нескольких ярко выраженных пиков, максимальная концентрация в которых уменьшается в зависимости от расстояния до "Атомного" озера. Учитывая различные миграционные способности рассматриваемых радионуклидов такой характер распределения не может быть обусловлен их миграцией с поверхностным водотоком. Такой характер

загрязнения можно объяснить разбросом, в процессе взрыва, радиоактивно загрязненной породы. Для подтверждения данного предположения были проанализированы соотношения рассматриваемых радионуклидов в донных отложениях в точках "пиковых" значений (0,2 км; 1,2 км; 3 км; 5,5 км; 6,5 км; 12 км) и на гребне воронки "Атомного" озера (рис. 3).

Условные обозначения

гранима СИП . точки отйооа проб почвы

П границы испытательны* площадок . точки отбора проб донных отложений (2010 г.)

----- следы от наземных испытаний на пл. "Опытное поле" • точки отбора проб почвы (поперек- русла)

- след от подземного ядерного испытания (скв. 1004) 1-5 - профипи отбора проб фунтов

---предполагаемая ось следа от испытаний 1-Х1 - профили отбора проб донных отложений

на пп. "Опытное поле' и береговых грунтов

Рис. 1. Общая схема отбора проб донных отложений и почвогрунтов

Рис. 2. Характер распределения техногенных радионуклидов в донных

отложениях

^ 30

I»

3 ю

8 15

'"Ат. Бк.'кг

у -

<00

350 -а зоо

" ¡00

Рис. 3. Соотношения отдельных изотопов в пробах донных отложений

В таблице 1 представлены сравнительные данные по средним соотношениям изотопов в грунтах гребня воронки и донных отложениях.

Таблица!. Средние соотношения изотопов

Место отбора 137С8 152Еи ,54Еи : 60Со 241 Ат

Донные отложения 23,1±6,0 6,7±2,2 2,4±1,0 : 2,1±1,0 1

Гребень воронки 7,8±2,5 6,4±2,2 2,2±1,0 : 1,7±0,9 1

Профиль 2 24,9±6,5 3,8±1,1 2,6±1,1 : 1,4±0,8 1

Приведенные на рис. 3 и в табл. 1 данные подтверждают предположение о том, что основное радиоактивное загрязнение донных отложений русла реки образовалось непосредственно в результате взрыва в скважине 1004 и к настоящему моменту является сформировавшимся, практически не изменяющимся со временем.

Распределение '37Св в донных отложениях. Присутствие ШС8 отмечается на всем протяжении русла водотока (рис.4). Отчетливо выделяются области повышенных концентраций '"Сэ на 13-22, 43-46, 68-72 км от "Атомного" озера, при этом на данных участках отсутствуют продукты активации, предел обнаружения для которых составляет около 1 Бк/кг. Наиболее вероятным источником появления зон с повышенными концентрациями 13?С8 являются атмосферные выпадения от испытаний на "Опытном поле". Для подтверждения высказанного предположения, на график распределения 137Св в донных отложениях нанесены оси следов от ядерных испытаний, произведенных на площадке "Опытное поле".

Согласно данным, представленным на рис.4, можно отметить, что:

- пик, находящийся на 12 км, вероятнее всего, связан с взрывом 25.09.1962 г. мощностью 7 кт, при этом, ширина следа оставленного данным взрывом находится в области 8-14 км и составляет 6 км;

- ось следа от взрыва произведенного 16.03.1956 г. и отмеченная на 20 км имеет незначительное смещение, относительно пика концентрации '37Св приходящегося на 18-й км от "Атомного" озера, с шириной следа 10 км;

- пик, расположенный на 44 км связан с взрывом 24.08.1956г. мощностью 27 кт, ширина данного следа 8 км;

- на участке с 64 по 72 км наблюдается область с несколькими пиками, однако по имеющейся на данный момент архивной информации, следы от атмосферных ядерных испытаний через данный участок не проходили.

Рис. 4. Характер распределения 137С$ в донных отложениях

Обращает на себя внимание полное отсутствие 137Сз (<3 Бк/кг) на части русла, при том, что фон глобальных выпадений по данным исследований проведенных на СИП для 137Св составляет 4-29 Бк/кг. Связано это, по всей видимости, с процессом заглубления данного радионуклида в грунт с инфильтрационным потоком.

Для подтверждения предположения связи пиков Се в донных отложениях и следов от атмосферных ядерных испытаний были проанализированы активности |37Сэ в береговых грунтах и донных отложениях. С помощью этих данных была проведена оценка возможного содержания Се в донных отложениях реки. Для чего были рассчитаны отношения средних значений удельной активности шС8ср в береговых грунтах к удельной активности 137С80 в донных отложениях в пределах поперечных профилей, пересекающих пойму реки (рис.5).

Полученные данные позволили оценить уровни загрязнения Се донных отложений. Соотношения удельных активностей 137Св в береговых грунтах и в донных отложениях колеблются в диапазоне от 2 до 35. При этом среднее значение составляет 7. Таким образом, можно предположить, что удельная активность 137С'8 в донных отложениях на пиковых участках может составить от 70 до 2100 Бк/кг, что значительно выше фона глобальных выпадений, а участки с повышенными удельными активностями '"Сэ в донных отложениях определенно связаны с осями прохождения следов от испытаний на площадке "Опытное поле".

профиль VII

lllllllllll

SO >0 SO ÍO 10

л<«м >top<Mi¿im*«

Профиль VIII

'»Cs„/«'CV35 „«к^л-Х! ' '"CV/"'CV<

i . lili i lili -Hll

Ш (кЯ иЯ НИ «m . . , ,0

50 «> 10 10 10

П|>ле<и сторон«

РУСМ

SO -»0 W ÍO 10 10 JO SO 40 SO

»*«4>)< СПфМЮру«Ял

Р»«тс«*и« oí ц»ктрд picim м

Рис. 5. Отношение средних значений удельной активности 1 "С5ср в береговых грунтах к удельной активности 137С«0 в донных отложениях

Распределение 137Ся на исследуемой территории. Детектируемые значения удельных активностей ШС8 отмечаются практически во всех обследованных точках. Результаты лабораторных исследований представлены на рис. 6.

Максимальные концентрации радионуклида отмечаются вблизи

"Атомного" озера и на осях прохождения следов от испытаний на площадке "Опытное" поле.

Распределение 241 Ат, '"Ей, 154Ей, 60Со на исследуемой территории. Данные лабораторных анализов показали, что значения удельных активностей для 241Аш, 152Еи, 154Еи, ( 1 Со, превышающие пределы обнаружения, получены лишь в единичных пробах, отобранных в зоне влияния "Атомного" озера, т.е. в радиусе 10 км и не превысили сотен Бк/кг.

Следовательно, источником радиоактивного загрязнения территории данными продуктами активации является взрыв в скважине 1004. При этом значения удельных активностей составили: 152Еи от 0,5 до 270 Бк/кг, 154Еи от 5 до 100 Бк/кг, 60Со до 90 Бк/кг.

Особенности загрязнения почвогрунтов 137Ся и 241Ат. Для изучения радиоактивного загрязнения почвогрунтов были проведены исследования по определению удельной активности техногенных радионуклидов в фунтах долины р. Шаган. Предполагалось, что, как и в случае с донными отложениями, на данной территории будут существовать, как минимум два источника загрязнения. Это экскавационный взрыв в скважине 1004 и выпадения от атмосферных ядерных испытаний на площадке "Опытное поле".

следы от наземных испытаний на пл. "Опытное поле" " 1-10 # 60-450 --- след от подземного ядерного испытания (скв. 1004) о 10-20

Рис. 6. Карта загрязнения 137Св 12

Характер распределения 137Сб и 241Агп по параллельным профилям (1 - 5) показан на рис. 7-11.

I 1,1 21 1

I *п А

1 1 \ 1

1 ...... ! Г'Т.

к •' л* ум Г».

"т К а 1 Ш ••

■и » у ' ■ ,»• 1 ■ иг*

о т. «. й » ^ ^ ,Я> т,5> г1. ^ г» # ,<> ¿1 „<• ^ <,г

137~ .. 241 ,

Рис. 7. Характер распределения Сз и * Агп по профилю 1

% ! • • 1 1 А 3 _ ь ю'З 2=

[V гА», д к^л к •« ■ й к О ,»Л

я 1 1 ( г \ f 1 / V * у Гу.«ф/.т -

.......1

о г |> * » <1- .}> ^ •О г* ❖ ❖ ^ & & & ^

км _

Рис. 8. Характер распределения Се и " Ат по профилю 2

Рис. 9. Характер распределения 137Св и 24|Ат по профилю 3

Рис. 10. Характер распределения 1 "Сч и 241 Ат по профилю 4

Рис. 11. Характер распределения 137Св и 241 Аш по профилю 5

Графики, представленные на рисунках, показывают, что пики распределения удельных активностей указанных радионуклидов, изменяются синхронно, практически по всему профилю, и это говорит об одном источнике их происхождения. Наличие пиков активности 137Св и 241Ат можно объяснить прохождением на данном участке следов от атмосферных ядерных испытаний (сплошная линия). В ряде случаев, после наложения осей следов от атмосферных ядерных испытаний (сплошная линия) на графики, стало возможным провести коррекцию прохождения осей (пунктирная линия) этих следов.

На основании всей совокупности данных, полученных в результате определения уровней радионуклидного загрязнения грунтов, были скорректированы оси следов наземных ядерных испытаний и определена их ширина (рис.12).

Характер загрязнения изотопами плутония. В исследовании характера загрязнения территории изотопами плутония методологически был сделан

акцент на выявлении корреляционной связи между 24'Аш и плутонием. На основе анализа данных о характере загрязнения территории техногенными радионуклидами, результаты лабораторных анализов по определению изотопов плутония, были разбиты на две группы. Первая группа включала в себя результаты проб, отобранных в зоне влияния "Атомного" озера, а вторая - все остальные. Для выбранных групп были построены графики значений изотопного соотношения 239+240Ри/24|Ат (рис.13).

В результате были получены два разных значения отношений

239+240-г, /241 Л „

г и/ Ат, что подтвердило версию о двух источниках загрязнения. Значит, при консервативной оценке плутониевого загрязнения исследуемой территории по корреляционной связи с 241 Аш можно использовать следующие исходные данные: для территории ограниченной радиусом 12 км, т.е. зоной влияния "Атомного" озера отношение 239+240Ри/241Ат можно принять равным 5,7, а для остальной территории оно будет равно 2,5.

Условные обозначения

УДУ граница СИП Св-137, Бк/кг О 20-40 Г***Ч границы испытательны* площадок • <1 @ 40-60 следы от наземных испытаний на пл. "Опытное поле" ° 1-10 # 60-450 - след от подземного ядерного испытания (скв. 1004) © 10-20

---скорректированная ось слада

— зона влияния взрыва в скважине № 1004

Рис. 12. Карта загрязнения '37Сз 15

О 1 2 3 < 5 б 7 8 0500 ¡ООО 1500 2000 2500 ЗОСО 3500

J!1Am, Бк/нг "'Am, Би/кг

а) Зона влияния "Атомного" озера б) Остальная обследованная территория Рис. 13. Соотношение 239+240Pu/24lAm на различных участках

ГЛАВА 4. УРОВНИ И МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОНУКЛИДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ

Содержание 90Sr, 137Cs, 239+240Ри, 241Ат, 152Еи в воде. В результате исследований показано, что до впадения в "Атомное" озеро в воде р. Шаган и ее притока р. Ашису техногенные радионуклиды отсутствуют. Детектируемые значения удельных активностей обнаружены в воде р. Шаган ниже по течению от "Атомного" озера, где удельная активность 90Sr составила от 30 мБк/кг до 2000 мБк/кг. Максимальные значения активности наблюдались на участке между 2-м и 20-м км. Удельная активность 241 Аш в среднем составляла 2,5 мБк/кг, a 152Eu'b большинстве исследованных проб находилась ниже предела обнаружения измерительной аппаратуры, равного 0,8 мБк/кг. В двух точках отбора (3 км и 5,6 км от "Атомного" озера) удельная активность 152Еи составила 1,8 мБк/кг и 2,8 мБк/кг.

Вероятно, 90Sr и 241 Ат поступают в воду реки в результате вымывания из донных отложений. Факт их обнаружения требует дальнейшего изучения с целью прогнозирования распространения данных радионуклидов.

Содержание 3Н в воде. В результате многолетних исследований выявлено и подтверждено наличие высоких концентраций 3Н в водах р. Шаган ниже по течению от "Атомного" озера. Распределение 3Н в поверхностных водах по результатам данных исследований представлено на рис. 14-15.

2006 г

2011 г

«О к» «0 :

2012 г

Рис. 14. Распределение удельной активности Н в водах р. Шаган по годам

| «ю | гМ>

5 200

10 12

Рис. 15. Значения удельной активности Н в русле р. Шаган

Максимальные значения были установлены в 5 км от "Атомного" озера, минимальные значения обнаружены в районе слияния р. Шаган с р. Иртыш. Распределение удельной активности 3Н от выхода из "Атомного" озера до 12 км приведено на рис. 16 (выделен участок интенсивного колебания удельной активности 3Н).

700 600

500 |

оргоо

|.чоо |гоо Цдоо о

4 4,2 4,4 4,6 а.з 5 5,2 5.4 5.6 5.8 6

Расстояние от "Атомного' озера, км

Рис. 16. Значения удельной активности 3Н в русле р. Шаган на участке между 4 и 6 км от "Атомного" озера

Характер загрязнения на участке между 4 и 6 км от "Атомного" озера, где колебания значений удельной активности 3Н наиболее ярко выражены, представлен на рис. 17.

пробах, огбмрлвши) и«>»?рвапом 100 м - Значении о пробах, отбноооши»

Рис. 17. Изменение концентрации 3Н и общей минерализации на участке 4-6 км от "Атомного" озера

Удельная активность 3Н на исследованном участке изменяется скачкообразно, имея ярко выраженные точки максимума и минимума. Наличие участков с резким снижением удельной активности 3Н свидетельствует о присутствии на данном отрезке реки области разгрузки русловых вод и подтока грунтовых вод, не загрязненных 3Н. Скачкообразное увеличение удельной активности 3Н в воде (рис. 15) (в частности, на 6 км от "Атомного" озера), также

свидетельствует о миграции 3Н с грунтовыми водами, выходящими на поверхность на протяжении русла. Точки с минимальными значениями общей минерализации встречаются до 9 км от "Атомного" озера, что подтверждает предположение о существовании нескольких областей разгрузки грунтовых вод. На участке от 4-го до 5-го км выявлена отчетливо выраженная отрицательная корреляция между содержанием 3Н и минерализацией. Проекции графиков изменения удельной активности 3Н и общей минерализации на участке 4-6 км от "Атомного" озера представлены на рис. 18.

Наличие участков, на которых значения минерализации существенно ниже средних значений по руслу, также свидетельствует о разгрузке грунтовых вод с более низкой минерализацией. В частности, результаты исследований показали, что грунтовые воды площадки "Бапапан" имеют солесодержание в среднем 10 г/л, следовательно, поступление этих вод в русло р. Шаган может вызывать наблюдаемый эффект резкого снижения уровня минерализации. Это является вполне возможным, принимая во внимание то, что общая минерализация, как и концентрации основных ионов в водах р. Шаган имеет довольно высокие значения и достигает на некоторых участках 30 г/л. Подобные концентрации солевого состава не характерны для речных вод. Большинство речных вод имеет минерализацию в пределах 0,5-0,9 г/л.

Рис. 18. Изменение концентрации 3Н и некоторых микроэлементов в водах р. Шаган 19

Характер распределения микроэлементов в воде р. Шаган свидетельствует о том, что в русло поступают грунтовые воды, различающиеся по химическому составу, с чем связаны резкие уменьшения активности 3Н и концентраций макро- и микрокомпонентов на некоторых интервалах. Участки резкого понижения концентраций микроэлементов связаны с химическими процессами. Если на путях миграции таких вод встречаются воды, обогащенные кислородом, или кислород воздуха, то в этих местах возникает кислородный барьер, на котором возможно концентрирование железа, марганца, серы и других элементов. В целом изменение содержания микроэлементов в водах р. Шаган носит сложный характер: точки с максимальными значениями содержания ряда микроэлементов совпадают с точками максимума удельной активности 3Н, что предполагает один источник поступления в русло реки (рис.18).

Геофизические исследования, проведенные в районе проведения ПЯВ и в долине р. Шаган позволили получить данные о геологическом строении и гидрогеологическом режиме подземных вод исследуемого района. По профилю, проходящему через несколько «боевых» скважин (1203, 1414) и наиболее загрязненный участок р. Шаган были проведены геофизические исследования и пробурен ряд гидрогеологических скважин. По результатам был построен геолого-геофизический разрез, проясняющий геологическую ситуацию исследуемого участка пл. "Балапан". Анализ геологической и гидрогеологической ситуации указывает на то, что загрязнение 3Н грунтовых вод происходит посредством смешивания с трещинными водами в местах выклинивания водоупорных глин и тектонических нарушений.

По результатам геофизического исследования на изучаемом участке р. Шаган были выявлены тектонические нарушения. При сравнении тектонической ситуации с изменением удельной активности 3Н в грунтовых и поверхностных водах, установлено, что активность 3Н в поверхностных водах увеличивается в границах тектонического разлома. Следовательно, тектонические нарушения являются основным каналом поступления загрязненных 3Н трещинных вод в воды р. Шаган.

Таким образом, основным путем тритиевого загрязнения вод р. Шаган является поступление с подземными водами. Участок разгрузки грунтовых вод, для которого характерны максимальные значения удельной активности 3Н находится в 4-5 км от "Атомного" озера.

ГЛАВА 5. СОДЕРЖАНИЕ ТРИТИЯ В РАСТИТЕЛЬНОСТИ.

Содержание 3Н определялось в свободной воде надземной части растений. Результаты анализа представлены на гистограмме (рис.19).

Рис. 19. Содержание " Н в свободной воде растений (2007-2008 гг.)

Отбор проб исследуемых видов растений проводился с левой и правой береговых зон на 3 мониторинговых площадках ежемесячно с мая по август. Отмечено, что наибольшие значения удельной активности 3Н в растительности были характерны для участков с более высоким содержанием данного радионуклида в основных предполагаемых источниках загрязнения -поверхностных и подрусловых водах. Из трех исследуемых видов растений более высокие концентрации 3Н наблюдались в тростнике (Phragmites ашиаНв), что связано с его произрастанием непосредственно в воде.

Для оценки пространственного распределения 3Н в растительном покрове в долине р. Шаган проведены исследования на террасах и водоразделе. Объектом исследования для данной территории выбран — чий (Аскпсиегит $р1епс1ет). На рисунке представлена схема расположения исследовательских площадок и значения удельной активности 3Н в свободной воде растений (рис. 20).

Рис. 20. Схема расположения исследовательских площадок в районе р. Шаган и удельная активность 3Н в свободной воде растений

По данным распределения удельной активности 3Н в растительном покрове в районе р. Шаган можно сказать, что его максимальное содержание отмечается

в растениях возле основного поверхностного водотока реки и заметно снижается по мере удаления от него. Несколько повышенные значения удельной активности 3Н наблюдаются в правой береговой зоне р. Шаган, что может говорить о наличии высоких концентраций данного радионуклида (более 1 кБк/кг) в грунтовых водах исследуемой территории. Заметное увеличение удельной активности 3Н наблюдается в 4 км от русла р. Шаган, в зоне глубокого понижения местности, что связано с гидрогеологическими особенностями данного участка и представляет определенный интерес с точки зрения пространственного распространения 3Н с грунтовыми водами на данной территории.

ГЛАВА 6. СОСТОЯНИЕ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА

Содержание техногенных радионуклидов 90Бг, !37С.ч, 239+240Ри, 241 Ат и т.д. в воздухе. На изучаемой территории был произведен отбор проб воздушных аэрозолей. По результатам лабораторных анализов присутствия техногенных радионуклидов не выявлено. Их объемная активность оказалась на три порядка ниже допустимых уровней.

Содержание трития. Для изучения динамики загрязнения 3Н атмосферного воздуха отбирались пробы водяных паров на мониторинговых площадках расположенных в 0,8; 4,7; 11 км от "Атомного" озера. Максимальные значения удельной активности 3Н в водяных парах наблюдались в июне месяце и достигали 2,5Т04 Бк/кг. Установлено, что содержание 3Н в атмосферном воздухе на участке русла р. Шаган, проходящем в пределах СИП, может изменяться в широком диапазоне значений. Оценочный расчет концентрации 3Н в атмосферном воздухе для зонирования территории был произведен по значениям концентрации 3Н в водах реки, исходя из условия, что средняя концентрация водяных паров воздуха в атмосфере составляет 10 г/м3. Установлено, что только на расстоянии 40 км от "Атомного" озера по руслу реки заканчивается зона ограниченного пребывания населения и начинается зона относительно удовлетворительной радиационной ситуации, где концентрация 3Н в воздухе составляет <140 Бк/м3. Стоит отметить, что зоны ограниченного пребывания населения и опасной радиационной ситуации имеют небольшую ширину - несколько десятков метров. Так, уже на расстоянии в 50 м от русла содержание 3Н в воздухе безопасно для человека на всем протяжении р. Шаган.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплексные радиоэкологические исследования, проведенные в долине р. Шаган — крупнейшего водотока на территории СИП позволили установить источники, степень и характер радионуклидного загрязнения компонентов экосистемы (почвогрунтов, донных отложений, природных вод, растительности, воздуха). На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:

1. Радиационное загрязнение поймы р. Шаган обусловлено: глобальными выпадениями (137С8, 241 Аш до 30 Бк/кг), продуктами экскавационного взрыва в скважине 1004 и выпадениями от испытаний на площадке "Опытное" поле. Основной вклад в загрязнение долины р. Шаган внесли экскавационный взрыв в скважине 1004 и выпадения от испытаний на площадке "Опытное" поле. Зона влияния ядерного испытания с выбросом грунта имеет радиус 10-12 км от гребня воронки "Атомного" озера, при этом максимальное загрязнение наблюдается в северо-восточном направлении по предполагаемому следу прохождения облака взрыва. Для нее характерно повсеместное наличие продуктов активации б0Со, 152Еи, 154Еи с максимальными удельными активностями »100 Бк/кг. На остальной части территории загрязнение 137С$, 241 Аш (помимо глобального) обусловлено прохождением следов от наземных ядерных взрывов на "Опытном поле", имеющих ширину до 10 км. Удельная активность 137Сз варьирует в диапазоне от 1 до 500 Бк/кг, удельная активность 241Аш - от 1 до 48 Бк/кг.

2. Концентрация 137Сз в воде на всем протяжении реки находится ниже предела обнаружения измерительной аппаратуры, равного 30 мБк/кг. Удельная активность 2 9+240Ри меньше 5 мБк/кг. На расстоянии 3 км и 5,6 км от "Атомного" озера обнаружен 152Еи, удельная активность которого составляет 1,8 мБк/кг и 2,8 мБк/кг. Удельная активность 908г составила от 30 мБк/кг до 2000 мБк/кг. В 5 км от "Атомного" озера выявлен и многократно подтвержден факт разгрузки загрязненных 3Н подземных вод в поверхностный водоток р. Шаган. Удельная активность 3Н в воде на данном отрезке реки достигает 680 кБк/кг. Эта область является источником вторичного загрязнения 3Н компонентов экосистемы, таких, как растения, продукция животноводства, воздух.

3. Максимальная активность 3Н в свободной воде растений тростника (Phragmites аш^аНв) равна 65 кБк/кг. Повышенные значения удельной активности 3Н наблюдаются в растительности правой береговой зоны р. Шаган, что может говорить о наличии высоких концентраций данного радионуклида (более 1 кБк/кг) в грунтовых водах исследуемой территории. Заметное увеличение удельной активности 3Н наблюдается в 4 км от русла р. Шаган, в зоне глубокого понижения, что может быть связано с гидрогеологическими особенностями данного участка.

4. Объемная активность техногенных радионуклидов 908г, |37Ся, 239+240Ри, 241Агп в воздушном бассейне долины р. Шаган ниже минимально-детектируемой активности используемого аппаратурно-методического обеспечения и на три порядка ниже нормируемых величин. Отмечается присутствие значимых концентраций трития в воздухе в пределах 50 м от русла реки. На остальной территории содержание 3Н в воздухе не представляет радиационной опасности для человека.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Aidarkhanov, А.О. Mechanisms for surface contamination of soils and bottom sediments in the shagan river zone within former semipalatinsk nuclear test site / A.O. Aidarkhanov, S.N. Lukashenko, O.N. Lyakhova, S.B. Subbotin, Yu. Yu. Yakovenko, S.V. Genova, A.K. Aidarkhanova // Journal of Environmental Radioactivity. -2013. -Vol. 124,- PP. 163-170.

2. Subbotin, S.B. Migration of tritium with underground waters on the former semipalatinsk test site / S.B.Subbotin, A.O. Aidarkhanov, Yu.V. Dubasov, // Radiochemistry. - 2013. - Vol. 55,- Issue 5. - PP. 557-565.

В журналах, сборниках статей и материалов конференций:

3. Генова, C.B. Исследования характера и уровней радионуклидного загрязнения вод р. Шаган (результаты 2010 года) / C.B. Генова, С.Н. Лукашенко, А.О. Айдарханов // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. - 2012. - № 1(18). - С.160-167. - Библиогр.: с. 167.

4. Субботин, С.Б. "Радиоактивное загрязнение техногенными радионуклидами компонентов экосистемы реки Шаган" / С.Б. Субботин, С.Н. Лукашенко, А.О. Айдарханов, Н.В. Ларионова, Ю.Ю. Яковенко // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. - 2010. - № 3 (14). - С.106 - 114. - Библиогр.: с. 114.

5. Айдарханов, А.О. Состояние экосистемы р. Шаган и основные механизмы его формирования /А.О. Айдарханов, С.Н. Лукашенко, С.Б. Субботин [и др.] // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007 - 2009гг. ] / под рук. Лукашенко С.Н. - Вып. 2. - Павлодар: Дом печати, 2010. - С. 9-55.: ил,- Библиогр.: с. 224-231.-ISBN 978-601-7112-28-8.

6. Ларионова, Н.В. Разработка и применение метода оценки загрязнения тритием грунтовых вод по его содержанию в растительном покрове / Н.В. Ларионова, Щ.Н. Ляхова, А.О. Айдарханов [и др.]. // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007 - 2009гг. ] / под рук. Лукашенко С.Н. - Вып. 2. - Павлодар: Дом печати, 2010. - С. 321-330.: ил,- Библиогр.: с. 224-231. - ISBN 978-601-7112-28-8.

7. Генова, C.B. Исследования характера и уровней радионуклидного загрязнения вод р. Шаган /C.B. Генова, С.Н. Лукашенко, А.О. Айдарханов // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Национального ядерного центра Республики Казахстан за 2010 г.] / под рук. Лукашенко С.Н. - Павлодар: Дом печати, 2011. - Т.1. - Вып. 3. - С. 165-178 .: ил,- Библиогр.: с. 459-461. - ISBN 97-601-7112-32-5.

8. Айдарханов, А.О. Исследование механизмов формирования поверхностного загрязнения почвогрунтов и донных отложений в зоне реки Шаган / А.О. Айдарханов, С.Н. Лукашенко, С.Б. Субботин [и др.]. //

Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Национального ядерного центра Республики Казахстан за 2010 г.] / под рук. Лукашенко С.Н. - Павлодар: Дом печати, 2011. - Т.1. - Вып. 3. - С. 179-198.: ил,- Библиогр.: с. 459-461. - ISBN 978-601-7112-32-5.

9. Актаев, М.Р. Мониторинг радиоактивного загрязнения вод р. Шаган / М.Р. Актаев, А.О. Айдарханов, С.Н. Лукашенко // Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и перспективы развития: тез. докл. Y междунар. науч.-практическая конф., 12-14 сентября. - Павлодар: Дом печати, 2012. - С.63-64. - ISBN 978-601-7112-63-9.

10. Актаев, М.Р. Применение методов изотопной гидрогеологии для изучения гидрогеологических характеристик подземных и поверхностных вод / М.Р. Актаев, А.О. Айдарханов, С.Н. Лукашенко // Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и перспективы развития: тез. докл. Y междунар. науч.-практическая конф., 12-14 сентября. - Павлодар: Дом печати 2012. - С.112. - ISBN 978-601-7112-63-9.

11. Актаев, М.Р. Методы радиоизотопной гидрогеологии в изучении подземных и поверхностных вод на загрязненном участке р. Шаган / М.Р. Актаев, А.О. Айдарханов, С.Н. Лукашенко // Современные проблемы биоматериалов, наноматериалов и наномедицины: материалы Междунар. науч. - практическая конф., 17-19 апреля 2012 г. - Семей: СГУ им. Шакарима, 2012.

12. Есимбеков, А.Ж. Исследование особенностей загрязнения вод реки Шаган радиоактивными продуктами ГОШ / А.Ж. Есимбеков, А.О. Айдарханов, С.Н. Лукашенко // Семипалатинский испытательный полигон. Радиационное наследие и перспективы развития: тез. докл. Y междунар. науч.-практическая конф., 12-14 сентября. - Павлодар: Дом печати, 2012. - С.113. - ISBN 978-6017112-63-9.

13. Айдарханов, А.О. Механизмы формирования поверхностного загрязнения почвогрунтов и донных отложений техногенными радионуклидами в зоне реки Шаган / А.О. Айдарханов, С.Н. Лукашенко, С.Б. Субботин, Ю.Ю. Яковенко // Современные проблемы загрязнения почв: сб. мат. IV Междунар. науч. конф., 27-31 мая 2013 г. - Москва: МГУ. - 2013. - С. 261-164.

14. Айдарханов, А.О. Характер и уровни загрязнения вод р. Шаган техногенными радионуклидами / А.О. Айдарханов, С.Н. Лукашенко // Тобольск научный -2012: IX Всероссийская (с междунар. участием науч.-практическая конф.), 9-10 ноября 2012 г. - Тюмень: ОАО «Тюменский изд.дом». - 2012. - С.15-18.

Заказ № 2514. Тираж 100 экз. Объём 1 п.л. Формат 60x84 '/16. Печать офсетная.

Отпечатано в МП «Обнинская типография» 249035 Калужская обл., г. Обнинск, ул. Комарова, 6

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Айдарханов, Асан Оралханович, Обнинск

ФИЛИАЛ "ИНСТИТУТ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИИ" РЕСПУБЛИКАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР РЕСПУБЛИКИ

КАЗАХСТАН"

Айдарханов Асан Оралханович ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ПОЙМЫ РЕКИ ШАГАН НА БЫВШЕМ СЕМИПАЛАТИНСКОМ

ИСПЫТАТЕЛЬНОМ ПОЛИГОНЕ

Специальность: 03.01.01 - радиобиология

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

04201451718

Научный руководитель: кандидат биологических наук B.C. Анисимов

Обнинск-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.......................................................................9

1.1 Основные источники радиационного загрязнения окружающей среды.........9

1.2 Радиоэкологическое состояние водных объектов в местах радиационных аварий и ядерных взрывов (р. Теча, р. Припять, ручьи горного массива Дегелен) .....................................................................................................................................11

1.2.1 Радиоэкологическое состояние р. Теча..........................................................11

1.2.2 Радиоэкологическое состояние р. Припять...................................................13

1.2.3 Ручьи горного массива Дегелен......................................................................14

1.3 Общие сведения об экосистеме р. Шаган и факторах, формирующих радиационную обстановку.......................................................................................17

1.3.1. Характеристика экосистемы р. Шаган..........................................................17

1.3.2 Основные факторы, формирующие радиационную обстановку в экосистеме р. Шаган.................................................................................................18

1.4 Миграция радионуклидов в системе почва-вода.............................................24

1.5 Роль трития в формировании радиоактивного загрязнения компонентов экосистем СИП..........................................................................................................30

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................33

2.1 Полевые исследования........................................................................................33

2.1.1 Измерение радиационных параметров...........................................................34

2.1.2 Отбор проб окружающей среды.....................................................................35

2.2 Аналитические исследования............................................................................39

2.2.1 Аппаратура, используемая при лабораторных исследованиях...................40

2.2.2 Подготовка проб к лабораторным анализам.................................................41

2.2.3 Методики выполнения измерений..................................................................44

ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ, БЕРЕГОВЫХ ГРУНТОВ И ПОЧВОГРУНТОВ......50

3.1 Распределение 241Аш,60Со, 152Еи, 154Еи в донных отложениях.......................50

137

3.2 Распределение Сб в донных отложениях......................................................53

131

3.3 Распределение по поверхности исследуемой территории Сб.....................57

3.4 Распределение по поверхности исследуемой территории 241 Ат...................58

3.5 Распределение по поверхности исследуемой территории 152Еи, 154Еи, 60Со. 59

3.6 Особенности загрязнения почвогрунтов 137Сз и 24|Аш...................................61

3.7 Характер загрязнения изотопами плутония.....................................................64

3.8 Характер распределения техногенных радионуклидов по глубине..............66

3.9 Дополнительные исследования с целью выявления источников загрязнения техногенными радионуклидами почвогрунтов территории прилегающей к р. Шаган..........................................................................................................................68

ГЛАВА 4. УРОВНИ И МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОНУКЛИДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ..................................................72

л 1 п 90с 137/-Ч 239+240™ 241 » _ 152с

4.1 Содержание техногенных радионуклидов ьг, Сб, Ри, Аш, Ей в воде.............................................................................................................................72

4.2 Характер и особенности загрязнения тритием поверхностного водотока р. Шаган..........................................................................................................................74

4.3 Дополнительные исследования с целью выявления источника поступления трития в поверхностные воды р. Шаган.................................................................81

ГЛАВА 5. СОСТОЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ.........................................................................................................103

5.1 Общая характеристика растительности..........................................................103

5.2 Содержание трития в растительности.............................................................104

ГЛАВА 6. СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В ВОЗДУШНОМ БАССЕЙНЕ..................................................................................108

6.1 Содержание техногенных радионуклидов 908г, 137Сз, 239+240Ри,241 Аш и т.д. 108

6.2 Содержание трития...........................................................................................108

6.3 Механизмы формирования и прогноз загрязнения воздушного бассейна.. 110

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................113

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................................116

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В XX веке человечество перешло на качественно новую ступень развития, связанную с широким использованием атомной энергии. При этом, наряду с явными положительными моментами, возникла новая опасность, заключающаяся в загрязнении окружающей среды опасными поллютантами - техногенными радионуклидами.

Таким образом, на Земле образовались обширные территории, загрязненные техногенными радионуклидами. Сложность ситуации заключается в том, что радиоактивное загрязнение некоторых участков является источником вторичного загрязнения прилегающих территорий с процессами ветровой и водной миграции радионуклидов.

Для Республики Казахстан особое значение имеет Семипалатинский испытательный полигон (СИП), где было произведено 456 ядерных испытаний (включая подземные) в период с 1949 по 1989 гг, как в военных, так и в мирных целях. Все это привело к загрязнению окружающей среды, которое, несмотря на прошедшие годы, актуально и по сей день (Михайлов В.Н., Андрюшин И.А., Богдан В.В. и др., 1996 г.).

В пределах бывшего Семипалатинского испытательного полигона река Шаган является единственным поверхностным водотоком. Она течет вдоль

восточной границы, пересекает испытательную площадку "Балапан" и является левобережным притоком р. Иртыш. В результате ядерных испытаний на СИП, долина р. Шаган подверглась радиоактивному загрязнению. На некоторых участках р. Шаган радиоактивное загрязнение техногенным радионуклидом 3Н более чем в 40 раз превышает уровень, установленный санитарными правилами. В целом по реке концентрация трития превышает допустимые уровни на протяжении около 20 км вниз по течению реки от установленной границы СИП. При этом существует вероятность возможного переноса радионуклидов водами р. Шаган в р. Иртыш. Таким образом, процессы миграции радионуклидов в долине р. Шаган требуют тщательного изучения.

Поскольку вода р. Шаган используется в хозяйственных целях населением, проживающим вблизи реки, создавшаяся ситуация требует самого тщательного изучения и оценки воздействия на биологические объекты (растения, животные, человек). Изучение механизмов формирования радиационной обстановки в долине р. Шаган позволит сделать прогноз ее развития и установить вероятность долговременных последствий, выходящих далеко за пределы территории СИП. Благодаря подобным исследованиям станет возможным принятие необходимых мер по обеспечению радиационной безопасности населения, проживающего и ведущего хозяйственную деятельность в зоне влияния р. Шаган.

Цель исследования

Целью диссертационной работы являлось изучение закономерностей формирования радиоактивного загрязнения компонентов экосистемы р. Шаган.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

Установить механизмы формирования радионуклидного загрязнения почвогрунтов и донных отложений.

Оценить степень радионуклидного загрязнения подземных и поверхностных вод р. Шаган.

Определить характер радионуклидного загрязнения растений на исследуемой территории.

Определить степень и характер радиоактивного загрязнения воздушного бассейна исследуемой территории.

Научная новизна работы. Полученные результаты расширяют научные представления о закономерностях формирования радиоэкологической обстановки в сложных геохимически-сопряженных ландшафтах. Впервые получены данные о содержании техногенных радионуклидов 24'Аш, 137Сз,

239+240. 238т-) 90с 152,154с Зи ттт

Ри, ьг, Ей, Н в компонентах экосистем поймы р. Шаган: почвогрунтах, донных отложениях, природных водах, растительности, воздухе. Установлено, что радиоактивное загрязнение почвогрунтов и донных

ттг 241 А 137/-. 239+240. 238г> 152.154т-. /-

отложении экосистемы р. Шаган Ат, Сб, Ри, Ей обусловлено

не только экскавационным взрывом в скважине 1004, но и выпадениями от

испытаний на площадке "Опытное" поле. Впервые установлено, что основным

радиоактивным загрязнителем поверхностных и подрусловых вод реки

является тритий, поступление которого в р. Шаган происходит с грунтовыми

водами из мест проведения ПЯВ на площадке "Балапан" по системе

тектонических нарушений (трещины и разломы). Показано, что стабильность

перераспределения 3Н между водой и растениями (гигрофиты, мезофиты,

фреатофиты) сохраняется в условиях различной концентрации 3Н в

поверхностных и подрусловых водах. Впервые в результате оценки содержания

Н в атмосферном воздухе в пойме р. Шаган были выделены три зоны по

уровню ожидаемой годовой эффективной дозы от поступления радионуклида в

организм человека.

Теоретическое и практическое значение работы.

Теоретическую значимость работы представляют выявленные закономерности миграции техногенных радионуклидов, образовавшихся в результате ядерных испытаний, в сложных геохимически-сопряженных ландшафтах. Описаны механизмы миграции трития в системе грунтовые воды -почвы - растения - атмосфера.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

1. Выделить наиболее загрязненные искусственными радионуклидами участки р. Шаган.

2. Способствовать проведению работ по восстановлению радиоактивно-загрязненных земель и введению их в хозяйственный оборот.

3. Прогнозировать долгосрочное поведение радионуклидов в окружающей среде.

4. Дать обоснования для придания части земель, прилегающих к бассейну реки, статуса "Земель запаса" и вывода их из народно-хозяйственного пользования.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Детальная радиоэкологическая оценка поймы р. Шаган.

2. Радиоактивное загрязнение почвогрунтов и донных отложений экосистемы р. Шаган сформировано несколькими источниками, включая: экскавационный взрыв в 1004, наземные и воздушные испытания на площадке "Опытное поле".

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции "Радиоактивность окружающей среды" (25-27 октября 2010 г., г. Рим, Италия), на IX Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции (Тобольск, Россия, 9-10 ноября 2012 г.), на IV Международной научной конференции (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 27-31 мая 2013 г.), на IX международной конференции "Радиационная физика и экология" (г.Алматы, ИЯФ, 23-27 сентября 2013 г.), на V Международной научно-практической конференции "Семипалатинский полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения" (12-14 сентября 2010 г., г. Курчатов, ИРБЭ НЯЦ РК).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах из списка изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения и списка использованных источников, который состоит из 67 наименований. Работа изложена на 123 страницах текста, включает 65 рисунков и 15 таблиц.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Основные источники радиационного загрязнения окружающей среды

Источники загрязнения окружающей среды техногенными радионуклидами довольно многочисленны и разнообразны: это аварийные выбросы атомных электростанций, испытания ядерного оружия, ядерные взрывы в мирных целях, ядерные реакторы исследовательского типа, загрязнение морей атомными кораблями, радиоактивные отходы и т.д.

В настоящее время официально известны четыре крупнейших ядерных полигона: Невада (США, Великобритания), Новая Земля (Россия), Моруроа (Франция), Лобнор (Китай). Кроме того, в СССР интенсивно использовался Семипалатинский полигон, который теперь не функционирует. Именно в этих пунктах произведена основная масса испытательных взрывов ядерных и термоядерных зарядов. Их насчитывается 2077 (по другим источникам - 1900), из которых 1090 принадлежит США, 715 - СССР, 190 - Франции, 42 -Великобритании, 40 - Китаю. В результате испытаний ядерного оружия в окружающую среду выброшено около 30 млн. Кюри 137Cs и 20 млн. Кюри 90Sr.

930

В шестидесятые годы в биосферу попало около 5т" Ри.

В результате всех проведенных ядерных взрывов в биосферу попало огромное количество радиоактивных веществ, вследствие чего радиоактивный фон вырос в среднем на 3%. Этот новый уровень фоновой радиоактивности не представляет какой-либо опасности для живых организмов. Но в ряде регионов земного шара накопление антропогенных радиоактивных веществ может существенно превосходить средние величины и достигать критических размеров.

По современным подсчетам, при испытаниях на СИП было выброшено в атмосферу -0,28 МКи l37Cs, -0,17 МКи 90Sr, =0,026 МКи 239+240Ри. Данные аэрогамма-съемки масштаба 1:300000 показали, что основная часть территории Семипалатинского испытательного полигона имеет плотность загрязнения по

1^7 2 137

Cs менее 0,3 Ки/км . Радиоактивные следы с плотностью загрязнения Cs

2 137

более 1 Ки/км занимают примерно 0,5% площади полигона. Общий запас Cs оценивается равным 3000 Ки. Запас 90Sr оценивается величиной менее 2500 Ки [61].

Наиболее тяжкие последствия для окружающей среды наступают в результате аварий на объектах ядерно-топливного цикла и испытания ядерного оружия. За суммарный срок эксплуатации всех имеющихся в мире реакторов АЭС произошли 4 крупные аварии: в Англии (Уиндекейл, 1957 г.), в США (Три-Майл-Айланд, 1979 г.), в СССР (Чернобыль, 1986 г.) и в Японии (Фукушима-1, 2011 г.). Все эти аварии сопровождались радиоактивным загрязнением больших площадей.

В результате пожара в графитовом реакторе с воздушным охлаждением (Уиндекейл для производства оружейного плутония произошел крупный (550750 ТБк) выброс радиоактивных веществ. Авария соответствует 5-му уровню по международной шкале ядерных событий (INES) и является крупнейшей в истории ядерной индустрии Великобритании [65]. По разным оценкам, радиоактивность благородных газов, выброшенных в атмосферу, в результате аварии на АЭС Три-Майл-Айланд составила от 2,5 до 13 миллионов Кюри (480 - 1015 Бк), однако выброс опасных нуклидов, таких как 1311, был незначительным. Территория станции также была загрязнена радиоактивной водой, вытекшей из первого контура. Наиболее тяжелыми являются последствия аварии на Чернобыльской АЭС. В результате аварии из сельскохозяйственного оборота было выведено около 5 млн. га земель, вокруг АЭС создана 30-километровая зона отчуждения. Перед аварией в реакторе четвёртого блока находилось 180—190 т ядерного топлива (диоксида урана). По оценкам, которые в настоящее время считаются наиболее достоверными, в окружающую среду было выброшено от 5 до 30 % от этого количества. Кроме топлива, в активной зоне в момент аварии содержались продукты деления и трансурановые элементы - различные радиоактивные изотопы, накопившиеся

во время работы реактора. Большая их часть осталась внутри реактора, но

наиболее летучие вещества были выброшены наружу. Суммарная активность веществ, выброшенных в окружающую среду, составила, по различным оценкам, до 141018 Бк (примерно 38-107 Кюри) [62].

Кроме того, известны случаи радиоактивного загрязнения территорий в результате санкционированного и аварийного сброса жидких радиоактивных отходов в открытую гидрографическую сеть. Наибольшую известность получила р. Теча (Россия), в воды которой ПО "Маяк" производит сброс радиоактивных отходов и по сей день. В 1949 - 1951 гг. была сброшена основная масса радиоактивных н�

Информация о работе

Айдарханов, Асан Оралханович
кандидата биологических наук
Обнинск, 2013
ВАК 03.01.01

Диссертация

Характеристика радиоактивного загрязнения поймы реки Шаган на бывшем Семипалатинском испытательном полигоне - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы