Медицина экстремальных ситуаций
Научно-практический рецензируемый журнал
ФМБА России

Включен в перечень ВАК

Редакция: +7 (915) 205-95-44
mesmag@fmbamail.ru
Подписка: +7 (985) 315-52-58 baranovskaya@fcitep.ru
Реклама: +7 (499) 190-30-00
rec@j-mes.ru

Сравнительная характеристика формирования радиационно-гигиенической обстановки на загрязненных территориях Уральского региона.

Авторы: В.А. Костюченко, Л.М. Перемыслова, А.В. Аклеев, И.Я. Попова, В.А. Батурин, Н.Н. Казаченок, B.C. Мельников, Д.В. Усольцев.

Увеличение срока после аварий на ПО «Маяк» способствует снижению уровней радиоактивного загрязнения пострадавших территорий, снижению внешнего облучения населения, уменьшению содержания радионуклидов в продуктах питания, производимых населением. Основными процессами, способствующими этому, являются радиоактивный распад долгоживущих радионуклидов, а также процессы миграции в почве и изменение биологической доступности радионуклидов.

Целью работы является сравнительный анализ формирования радиационной обстановки в условиях различных радиационных ситуаций, сопоставление динамики поступления радионуклидов в продукты питания.

Материалы и методы

Основные загрязнители внешней среды в поздние стадии аварии представлены небольшим количеством долгоживущих радионуклидов: 90Sr, 137Cs. На реке Тече пробы воды, донных отложений, почвы и травы поймы отбирали по нескольким сечениям в соответствии с основными требованиями отбора проб (МУ 2.6.1.715-98 и МУК 2.6.1.016-99). Во всех пробах определяли содержание, 137Cs и 90Sr, их биологическую доступность. На загрязненных территориях основное внимание было уделено изучению радиоактивного загрязнения населенных пунктов и прилегающих территорий, уровням содержания радионуклидов в продуктах, переходу активности из почвы в продукты питания, молоко. На типичных территориях исследовали вертикальное распределение 90Sr и 137Cs. Определялись коэффициенты пропорциональности (Kn) между удельной активностью радионуклида в продуктах растениеводства и плотностями загрязнения 90Sr почвы. Пробы продуктов питания и других объектов внешней среды в лабораторных условиях обрабатывались по стандартным методикам. Обработка и подготовка отобранных проб к гамма-спектрометрическому и радиохимическому анализу производили по стандартным общепринятым методикам [9]. Удельную активность 137Cs определяли с помощью сцинтилляционного гамма-спектрометра, в малоактивных пробах 137Cs измеряли радиохимически сурьмянойодидным методом. Определение 90Sr производилось радиохимическим методом с использованием МИОМФК. Методики выполнения измерений аттестованы в ГОСТ-стандарте. Применяемые средства измерений проходят государственную поверку в центре стандартизации и метрологии.

Сравнивались три Уральские радиационные аварии, имеющие различные причины и закономерности развития. Сбросы жидких радиоактивных отходов ПО «Маяк» в 1949—1951 гг. привели к радиоактивному загрязнению реки, выбросы радиоактивных продуктов в атмосферу в 1957 и 1967 гг. — поверхности почвы (Табл. 1).

В составе сбросов в р. Течу были представлены все основные продукты распада урана, в том числе долгоживущие 90Sr и 137Cs (Табл. 2). Особенностью выброса на Восточно-Уральском радиоактивном следе (ВУРС) является наличие всех основных продуктов деления урана при минимальном содержании долгоживущего 137Cs (Табл. 3). Сбросы в реку Теча поступали непосредственно из радиохимического производства, радионуклиды на ВУРСе оказались в результате химического взрыва. Состав радиоактивных выпадений на Карачаевском радиоактивном следе (КРС) представлен преимущественно радионуклидами 137Cs и 90Sr (Табл. 4), которые предварительно побывали в контакте с илистыми донными почвами оз. Карачай. В результате биологическая доступность основных долгоживущих радионуклидов во всех авариях была различной.

Наиболее существенным отличием сравниваемых радиационных ситуаций является количество облученного населения и размер загрязненной территории (Табл. 5). На р. Тече размер затапливаемой поймы в среднем не превышал нескольких сот метров, что в совокупности составило 80 км2 по всей реке.

Одним из основных видов облучения населения является поступление радионуклидов в организм с продуктами питания. В таблице 6 показан основной состав нуклидов в продовольствии при различных радиационных ситуациях и динамика их очищения от радионуклидов. На р. Тече в первоначальный период основная часть активности поступала населению с питьевой водой, в первый год в составе продовольствия преобладали 95Zr+95Nb и 106Ru+106Rh. Со второго года радиоактивное загрязнение продовольствия определялось 90Sr и 137Cs, с постепенным преобладанием 90Sr. На ВУРСе среди ряда радионуклидов первые три года преобладал 144Се+144Рг, затем стал преобладать 90Sr. На следе 1967 года в продуктах в течение ряда лет в сопоставимых количествах содержались 137Cs и 90Sr.

Таблица 1

Время и причины радиационных аварий.

Радиационный инцидент Время образования Причины аварий
 Р. Теча 1948 — 1951 гг.  Отсутствие технологий утилизации радиоактивных
 отходов производства.
 ВУРС 29 сентября 1957 г.  Взрыв ёмкости с радиоактивными отходами.
 Карачаевский след Апрель 1967 г.  Ветровой разнос пылеобразных радиоактивных
 веществ с храналища р.в. Карачай.

 

Таблица 2                                                                                                                                      Таблица 3

Радионуклидный состав и активность             Характеристика радиационного выброса и
суммарного сброса в реку Теча с 1949 г.         начальный запас радионуклидов на
по октябрь 1951 г. [3].
                                      территории ВУРСа за пределами промплощадки [1].

Нуклид Величина
сброса, кКи
%
 95Zr 510,1 10,4
 95Nb 793,5 16,2
 89Sr 321,4 6,5
 90Sr/90Y 66,9 1,4
 91Y 388,1 7,9
 103Ru/103mRu 407,5 8,3
 106Ru/106mRu 80,2 1,6
 137Cs/137mBa 98,4 2,0
 141Ce 239 4,9
 144Ce+144Pr 1557 31,7
 147Nd, 131I, 125Sb,
 151Sm, 155Eu
21,1 >1
 143Pr 49,8 1,0
 147Pm 207 4,2
 140Ba 49,9 1,0
 140La 51 1,0
 Сумма: 4908 100
Радионуклид % Запас, ПБк
 89Sr следы
 90Sr+90Y 5,4 2,0
 95Zr+95Nb 24,8 18,4
 106Ru+106Rh 3,7 2,7
 137Cs 0,036 0,26
 144Ce+144Pr 66,0 48,7
 147Pm, 155Eu следы
 239Pu следы 0,0014

 

Таблица 4

Радионуклидный состав выпадений
на Карачаевском следе [5].

Радионуклид % Суммарный запас*
 90Sr+90Y 34 0,22 ПБк
 137Cs 48
 144Ce+144Pr 18

 

 

          Примечание: * в пределах изолинии
3,7 кБк/м2 по 137Cs.

Снижение содержания и биологической доступности радионуклидов в почве является основной причиной их уменьшения в растительности и продуктах питания. В настоящее время средняя удельная активность травы на различных участках по оси ВУРСа колебалась в пределах 1—1,5 тыс. Бк/кг 90Sr и 3—60 Бк/кг 137Cs. Содержание 90Sr в молоке с 1958 г. по 2006 г. снизилось с 30—35 Бк/л до 2—3 Бк/л. Резкое снижение содержания 90Sr в молоке произошло до 1963 г. С середины 70-х годов удельная активность 90Sr в молоке практически не менялась и составляла 1,5—3,5 Бк/л. Содержание 137Cs в молоке было в 2 раза ниже. В 2006 г. эта величина равнялась 1,1±0,4 Бк/л. Через 2 года после аварии вторым по значению после молока источником поступления 90Sr в рационы питания населения являлся картофель, содержание в котором с 1960 г. по 2008 г. снизилось с 32 Бк/кг до 2—3 Бк/кг.

На Карачаевском следе удельная активность 137Cs в траве с 1967 г. по 2001 г. снизилась с 3810 Бк/кг до 74 Бк/кг. Удельная активность 90Sr в траве с 1967 г. по 2001 г. снизилась с 1965 Бк/кг до 100 Бк/кг. Начальная удельная активность 90Sr в молоке в конце апреля 1967 г. составляла 140 Бк/л, a 137Cs — 237 Бк/л. Среднее содержание 90Sr в молоке с 1967 по 2008 гг. снизилось с 20 до 0,8 Бк/л. Среднее содержание 137Cs в молоке за этот период снизилось в 250 раз. В настоящее время удельная активность 90Sr в молоке в 2 раза выше глобального уровня. Средний уровень содержания 137Cs в картофеле в 1967 г. составлял 14 Бк/кг, в 2005 г. он в 2—3 раза превышал глобальные уровни, которые составляют, по нашим данным, 0,1—0,2 Бк/кг. Содержание радионуклидов в хлебе не превышало уровня, обусловленного глобальным загрязнением.

Таблица 5

Масштабы радиационных аварий [2].

Радиационный инцидент Площадь, км2 Количество населённых пунктов Количество населения, тыс.чел.
 Р. Теча  ~80 39 23,5
 ВУРС  23000* (по 90Sr) 217 270
 560** (по 90Sr) 19 10
 Карачаевский след  1800* (по 137Cs) 42 42

Примечания: * — при плотности загрязнения > 3,7 кБк/м2 (0,1 Ки/км2);
                      ** — при плотности загрязнения > 74 кБк/м2 (2 Ки/км2).

Таблица 6

Состав радионуклидов, поступающих в организм с продуктами питания
в различные после аварии сроки [4].

Время после аварии, лет Основные радионуклиды, % Прочие
90Sr+90Y 137Cs 144Ce+144Pr 95Zr+95Nb 106Ru+106Rh
Река Теча
 1 (1949 г.) 4 11 28 55 89Sr 24—2,
32P 0,5—1
 5 (1953 г.) 72 9 1 1
 10 (1958 г.) 86 8
ВУРС
 1 (1957 г.) 10,1 1,5 76,9 10,1 1,3 <1%
 5 (1961 г.) 90,3 2,7 6,2 0,6
 10 (1966 г.) 98,8 1,2
Карачаевский след
 1 (1967 г.) 34,0 48,0 18,0 <1%
 5 (1972 г.) 40,0 60,0
 10 (1977 г.) 45,0 55,0

 

Таблица 7

Сравнительные значения периодов полуочшцения растительности и продуктов питания, лет.

Автор Объект исследования Период времени, гг. Радионуклид
90Sr 137Cs
ВУРС
 [10, 6]  Молоко 1958—1962 4,5  
1960—2006 23  
 Пшеница 1980—2002 8,4  
 Картофель 1962—1963 1,5  
1980—-2002 6,8  
Карачаевский след
 [8]  Трава 1967—1971 0,5—1,5 1,8
1971—2001   4,7
 Молоко 1967—1969 0,3—0,5 0,3—0,5
1971—2001 20 10
 Картофель 1967—1971   1—1,5
Река Теча
 [6]  Молоко 1968—1975 2,5—3,0  

 

Таблица 8

Стандартизованная динамика поступления радионуклидов в организм с рационом.

Радиационный инцидент Время после аварии, лет Радионуклиды, Бк/год:кБк/м2 Особые условия
90Sr+90Y 137Cs
 ВУРС [10, 6]  1 (1957 г.) 3800 580 Относительно плотности загрязнения 90Sr
 2 (1958 г.) 1100 240
 3 (1959 г.) 480 55
 5 (1961 г.) 260 8,0
 10 (1966 г.) 160 1,9
 35 (1991 г.) 19 0,25
 След 1967 г. [8]  1 (1967 г.) 91 293 Относительно плотности загрязнения 90Sr
 2 (1968 г.) 58 145
 3 (1969 г.) 26 52

 

На реке Теча в 2009 г. удельная активность 90Sr в траве колебалась от 50 до 1000 Бк/кг, 137Cs — от 8 до 990. Удельная активность 137Cs в молоке прибрежных населенных пунктов составила в среднем 0,62±0,12 Бк/л, в 5 % проб молока удельные активности 90Sr превышали 11,3 Бк/л. Среднее содержание 90Sr в картофеле составило 0,6 Бк/кг, 137Cs — 0,7 Бк/кг, что также превышало глобальные уровни.

Сравнение значений периодов полуочищения растительности и продуктов питания от радионуклидов представлено в Табл. 7. Как видно очищение молока от 90Sr в отдаленный период при всех радиационных ситуациях происходит за аналогичное время 10—20 лет. На Карачаевском следе в начальный период скорости полуснижения 90Sr в молоке (за счет поверхностного очищения) наиболее высокие: 0,5—1,5 года. Аналогичные результаты получены и при изучении времени очищения молока от 137Cs. В целом полученные результаты говорят о наличии общих закономерностей поведения радионуклидов во внешней среде.

Усредненный суточный состав рациона сельских жителей Челябинской области за 1960—2006 гг. следующий: молоко и молокопродукты — 600 г, хлеб и хлебопродукты — 540 г, мясо и мясопродукты — 140 г, картофель — 265 г, овощи — 160 г.

Наибольшее количество радионуклидов на единицу загрязнения почвы 90Sr с рационом в начальный период поступало жителям ВУРСа (табл. 8). Сопоставление данных показателей довольно условно, не известны многие составляющие, в том числе составы почв при проведении данных исследований. Река Теча функционирует в режиме, который определяется уровнем текущего сброса радионуклидов в реку и потому трудно сопоставима с другими радиационными ситуациями. На ВУРСе через 48 лет после аварии поступление радионуклида с рационом снизилось в 150 раз по сравнению с первым годом и в 2006 г. составляло в среднем 310 Бк/год. Эта величина в 40 раз ниже предела годового поступления для населения, установленного Нормами радиационной безопасности (НРБ-99/2009) [7].

Таблица 9

Сравнительные значения коэффициентов пропорциональности в цепочке почва—продукты питания, Бк/кг:кБк/м2.

Автор Объект исследования Время после аварии,
лет (год)
Вид активности
∑β-активность 90Sr+90Y 137Cs
ВУРС
 [10]  Зерно  2 (1958) 90 0,50  
 27 (1983) 0,44 0,18  
 Овощи  1 (1957) 4,6 0,47  
 27 (1983)   0,24  
След. 1967 г.
 [8]  Зерно  1 (1967)     0,6*
 2 (1968)   0,6  
 Картофель  1 (1967)   0,18 0,07*
 30 (1997)   0,02  

 

На Карачаевском следе в настоящее время расчетное поступление 90Sr с рационом составляет 324 Бк/год, 137Cs — 732 Бк/год, что в 40 и 105 раз ниже предела поступления с рационом критическим группам населения. Эквивалентная годовая доза облучения от 90Sr составляет 33 мкЗв. Из рисунка 1, где представлены данные о динамике и уровнях поступления 90Sr с рационом взрослым жителям, проживавших на КPC и ВУРСе с начальной плотностью загрязнения территории 37 кБк/м2, видно, что поступление 90Sr после 20 лет становится одинаковым. Различие было связано с более высоким поступлением 90Sr по молочной пищевой цепочке на территории ВУРСа.

Среднее годовое поступление радионуклида с рационом жителям прибрежных населенных пунктов на р. Тече в 2004 г. составило 410 Бк, что составляет 3,3 % от предела годового поступления для населения, установленного НРБ-99/2009. Эквивалентная годовая доза облучения от 90Sr составляет 33 мкЗв.

Наиболее информативны величины, характеризующие процесс загрязнения продуктов радионуклидами — коэффициенты пропорциональности (Кn), характеризующие отношение удельной активности в продукте (Бк/кг) к плотности загрязнения почвы (Бк/м2) (Табл. 9). Величины перехода 90Sr в зерно наибольшие, не отмечено значительных различий коэффициентов на КРС и ВУРСе. На Карачаевском следе отмечаются более низкие величины перехода стронция в картофель.

Значение нормированного коэффициента пропорциональности в цепочке почва — молоко в 1960 г. составляло 0,34 Бк/л:кБк/м2 , в 2006 — 0,045 Бк/л:кБк/м2 . При поступлении 90Sr из почвы в молоко через 48 лет после аварии значение Кп снизилось в 7,5 раз, в том числе, за счет распада радионуклида в почве — в 3,2 раза. Остальное снижение обусловлено снижением биологической доступности радионуклида в цепочке почва — пастбищная трава.

При сравнении коэффициентов пропорциональности в цепочке почва — молоко на Карачаевском и Восточно-Уральском радиоактивных следах, отнесенных к одной плотности загрязнения (37 кБк/м2 ), можно отметить более высокие переходы 90Sr в молоке на ВУРСе практически за все годы (Рис. 2). Нормированные коэффициенты пропорциональности для 90Sr в цепочке почва — молоко на Карачаевском следе были в среднем в 5 раз ниже за соответствующие сроки после выпадения на почву.

На реке Теча коэффициент пропорциональности для 90Sr в цепочке почва — трава поймы с 1992 г. по 2005 г. составил в среднем 5,4 Бк/кг:кБк/м2. Коэффициенты пропорциональности перехода радионуклидов в растительность сильно варьируют в зависимости от места отбора. Коэффициенты пропорциональности для 90Sr составляли от 0,2 до 47,1; 137Cs — от 0,013 до 2,9 Бк/л:кБк/м2. При этом удельная активность почв в корнеобитаемом слое не оказывает существенного влияния на величины коэффициентов. Различия в величине коэффициентов пропорциональности могут быть объяснены как различиями в сорбционной способности почвенно-поглощающего комплекса разных типов почв, так и с отличиями в видовом разнообразии растительного покрова.

Выводы

Радиационные аварии можно разделить на две большие группы: первая авария — Теченская связана с загрязнением речной системы, остальные — «сухопутные». Полученные результаты свидетельствуют о стабильном уменьшении радиационного воздействия на население, проживающего на Восточно-Уральском и Карачаевском радиоактивных следах. Современное содержание 90Sr и 137Cs в продуктах (молоке и картофеле) не превышают допустимых удельных активностей. Мощность экспозиционной дозы не превышает средние величины, регистрируемые в Челябинской области. Современные уровни радиоактивного загрязнения речной системы в пределах ареалов прибрежных населенных пунктов и характер использования поймы приводят к поступлению долгоживущих радионуклидов по пищевым цепям в рацион жителей. Плотности загрязнения долгоживущими радионуклидами почвы поймы р. Теча остаются высокими. Не происходит снижения удельной активности 90Sr в речной воде. Современное содержание 90Sr и 137Cs в продуктах не превышают допустимых удельных активностей. Снижение содержания радионуклидов в почве является основной причиной их уменьшения в продуктах питания. На всех ситуациях скорость заглубления 90Sr в почве (в том числе и донных отложениях) примерно одинакова, периоды полувыведения радионуклидов из различных слоев почвы близки при различных радиационных ситуациях. Периоды полуочищения растительности и продовольствия на Карачаевском следе и ВУРСе были аналогичны. Очищение молока от 90Sr и 137Cs в отдаленный период при всех радиационных ситуациях происходит за аналогичное время 10—20 лет.

В целом результаты, полученные при различных радиационных ситуациях, говорят о наличии общих закономерностей поведения радионуклидов во внешней среде и, как следствие, некоторых общих закономерностях ее реабилитации после радиационных аварий.

Литература

1. Авраменко М.И., Аверин А.Н., Глаголенко Ю.В. и др. Авария 1957 г. Оценка параметров взрыва и анализ характеристик радиационного загрязнения территории // Вопросы радиационной безопасности. — 1997. - № 3. - С. 18-28.

2. Алексахин P.M., Булдаков Л.А., Губанов В.А. и др. Крупные радиационные аварии: последствия и защитные меры / Под общей ред. Л.А. Ильина и В.А. Губанова. - М.: ИздАТ, 2001. - 759 с.

3. Глаголенко Ю.В., Дрожко Е.Г., Мокров Ю.Г., Ровный С.И., Стукалов П.М., Иванов И.А., Алексахин А.И. Воробьева М.И., Дегтева М.О., Аклеев А.В. Восстановление параметров источника сбросов жидких радиоактивных отходов радиохимического производства в р. Теча. Сообщение 1. Разработка методики и основные результаты. — Вопросы радиационной безопасности, 2008, спецвыпуск, с 76-81.

4. Итоги изучения и опыт ликвидации последствий аварийного загрязнения территорий продуктами деления урана /Под ред. А.И. Бурназяна. - М., 1970. - 144 с.

5. Корсаков Ю.Д., Федоров Е.А., Романов Г.Н., Пантелеев Л.И. Оценка радиационной обстановки на территории, загрязненной в результате ветрового переноса радиоактивных аэрозолей в районе предприятия в 1967 г. // Вопр. радиационной безопасности. — 1996. - № 4. - С. 50-59.

6. Костюченко В.А, Аклеев А.В., Перемыслов