Разделы
Главная Сапромат Моделирование Взаимодействие Методы Инновации Индукция Исследования Факторизация Частоты
Популярное
Как составляется проект слаботочных сетей? Как защитить объект? Слаботочные системы в проекте «Умный дом» Какой дом надежнее: каркасный или брусовой? Как правильно создавать слаботочные системы? Что такое энергоэффективные дома?
Главная »  радионуклиды 

1 2 3

Техногенные радионуклиды в экосистеме

Нижней Томи

Леонова Г.А. (leonova@uiggm.nsc.ru) (1), Торопов А.В. (2), Бобров В.А. (1), Маликов Ю.И. (1) (1) Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии Сибирского отделения Российской академии наук, пр. ак. Коптюга, 3, Новосибирск, 630090 (2) Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, Томск, 634050

Введение

Во второй половине XX века речные системы Оби и Енисея подвергались техногенному радиоактивному загрязнению за счет надземных испытаний атомного оружия, аварийных и технологических сбросов радиоактивных отходов от атомных предприятий по производству плутония: Маяк (Челябинск - 65), Сибирский химический комбинат (СХК, г. Северск Томской области) и Красноярский горнохимический комбинат (КГХК, г. Железногорск). В настоящее время одной из наиболее важных проблем Обь-Иртышского бассейна является анализ возможных последствий попадания радионуклидов в гидросферу с водосборных площадей и из водоемов-отстойников, которые используются для хранения жидких слабоактивных радиоактивных отходов. Так, в донных осадках устьевой части Томи и среднем течении Оби (ниже СХК) фиксируются концентрации техногенных радионуклидов, превышающих уровень глобальных выпадений в этом районе [1]. Содержание 137Cs в донных отложениях реки Исеть в месте впадения ее в р. Тобол составляет около 2 кБк/м2, что говорит о том, что перенос радионуклидов по водной системе Исеть -Тобол - Иртыш - Обь будет происходить еще длительное время [2]. В донных отложениях эстуария Оби, согласно данным Д.Г. Матишова и др. [3], спектр и количество нуклидов отражает явное влияние радиоактивных заводских сливов. Об



этом свидетельствуют аномальные величины запасов плутония, кобальта и стронция в донных осадках на акватории Обской губы.

Изучение радиоактивности донных осадков Томи, выше и ниже сбросов СХК, а также Оби проводилось нами ранее в плане систематического изучения последствий испытаний Семипалатинского полигона на территориях Новосибирской, Кемеровской, Томской областей и Алтайского края [4-13]. В предлагаемой публикации представлен фактический материал по радиоактивному загрязнению компонентов речной системы Томи в ближней зоне влияния СХК за пределами санитарно-защитной зоны. Специальный отбор водной биоты (водоросли, макрофиты, рыбы) выявил специфический спектр короткоживущих техногенных радионуклидов, отличный от спектра радионуклидов в речных донных отложениях, что свидетельствует о высокой эффективности захвата живым веществом наиболее подвижных в водной среде

239 24 76

техногенных гамма-излучающих радионуклидов ( Np, Na, As и др.). Полученные фактические данные могут быть использованы при выполнении систематических исследований закономерностей распределения и миграции радионуклидов в экосистемах рек Томи и Оби, подобно проведенным исследованиям в долине реки Енисей [14].

Сибирский химический комбинат является одним из крупнейших комплексов предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ) и расположен в непосредственной близости от г. Томска. СХК функционирует более 40 лет, и до недавнего прошлого его деятельность проходила в полном режиме секретности. Первые открытые публикации по вопросу радиоактивного загрязнения экосистемы р. Томь от сбросов СХК появились в 1990 г [15]. Позже сведения о присутствии техногенных радионуклидов в различных компонентах природной среды в зоне влияния СХК стали размещаться в ежегодных отчетах Гидрометеослужбы, Центра государственного санэпиднадзора и



природоохранных органов. Поступление широкого спектра техногенных радионуклидов с территории СХК в открытую гидросеть (р. Томь и далее в р. Обь) началось в 1953 г. с момента фактического запуска первого и единственного прямоточного реактора Иван-1 (И-1). Кроме того, до ввода в 1963 г. площадок глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов, в р. Томь поступали радиоактивные отходы радиохимического, химико-металлургического, сублиматного заводов СХК при переполнении открытых бассейнов и водохранилищ. После остановки в 1990 г. реактора И-1 через технологический канал СХК, более известного как р. Ромашка, в Чернильщиковскую протоку р. Томь сбрасываются сточные воды системы охлаждения стержней управления защиты двуцелевых энергетических реакторов АДЭ-4 и АДЭ-5, а также часть очищенных до сбросных норм низкоактивных отходов другого происхождения [8].

Радиоактивные изотопы, поступающие в водоемы от предприятий ЯТЦ, быстро поглощаются водными организмами и грунтами, в результате чего их содержание в воде резко снижается. Поэтому низкое содержание радионуклидов в воде не всегда свидетельствует о чистоте водоема в целом. Даже при полной пригодности ее для питьевых целей концентрация многих радиоактивных изотопов в растениях, животных и грунтах может поддерживаться на уровне, превышающем их концентрацию в воде на порядки величин [16]. Специфика пресноводных водоемов проявляется в том, что в результате снижения фактора разбавления, концентрации радионуклидов в них возрастает гораздо быстрее, чем в морях и океанах. При этом слабая минерализация воды способствует более высокому накоплению радионуклидов пресноводными гидробионтами по сравнению с морскими [17].

В настоящее время принципиально важно знать современную радиоэкологическую ситуацию в речной системе Обь-Иртышского бассейна и,



особенно в ее биотической составляющей, в том числе рыбе, являющейся одним из ведущих пищевых объектов для населения сел и городов, расположенных вдоль рек. В то же время, в биообъектах ближней зоны влияния СХК техногенные радиоактивные изотопы изучены крайне слабо. Исследование водных биоценозов рек Ромашка и Томь на предмет накопления техгногенных радионуклидов в рыбе и макрофитах начаты в 1990-1991 гг. и продолжаются до настоящего времени [12-13, 18]. Радиоэкологический мониторинг рыб рек Тобол и Иртыш проводится с 1995 г. по настоящее время [2].

Объекты и методы исследования

Материалы настоящей публикации получены в двух экспедициях - 2000 и 2002 гг. Изучены особенности распределения и уровни накопления техногенных радионуклидов в воде, донных осадках и гидробионтах ближней зоны влияния СХК (р. Ромашка), реки Томь выше и ниже сброса сточных вод комбината и реки Обь ниже устья Томи. Схема отбора проб в районе исследований представлена на рис.1.

Донные осадки отобраны специальным пробоотборником конструкции Ю.И. Маликова с борта речного катера. Использование такого пробоотборника позволило впервые опробовать донные осадки в районе работ на глубину до 105 см. На 8 станциях из осадочного материала различного литологического состава отобрано 74 пробы. Из поднятых кернов на судне нарезали 5-сантиметровые фрагменты по всей длине колонки и упаковывали их в полиэтиленовые пакеты. В лаборатории определяли естественную плотность осадков и их влажность.

При выборе индикаторных биообъектов радиоактивного загрязнения водной среды предпочтение отдавалось наиболее широко распространенным массовым видам гидробионтов ( сквозные объекты): водные растения - рдест блестящий (Potamogeton lucens), хвощ приречный (Equisetum fluviatile), осока (Carex sp.); нитчатые зеленые




Рис.1. Схема отбора проб в районе исследований.

водоросли; рыбы - карась серебряный (Carassio carassio gibelio). Зоопланктон в р. Ромашке отобрать не удалось из-за чрезвычайно малой численности зоопланктонных организмов, хотя он считается наиболее информативным тест-объектом для радиоэкологических целей. По-мнению некоторых исследователей [17], в зоне сброса подогретых вод системы охлаждения энергетических реакторов происходит угнетение организмов зоопланктона, что проявляется в снижении его численности и биомассы. В р. Ромашка низкая численность зоопланктона, по-видимому, связана именно с влиянием этих факторов. Образцы водной биоты анализировались как в сыром виде, так в сухом и озоленном состоянии, что обусловлено особенностями использованных видов анализа. Пересчет от золы и сухой массы проб к сырой проводили по пересчетным коэффициентам.



Гамма-спектрометрический анализ воды и биообъектов производился сразу же после отбора проб в лаборатории отдела радиационной безопасности ОГУ Облкомприрода (г. Томск) на гамма-спектрометре РАДЭК с ППД ДГДК-100В (замеры проводили Ю.А. Громов, В.Б. Елагин). Кроме того, биообъекты анализировались в Аналитическом центре Объединенного института геологии, геофизики и минералогии (ОИГГМ ) СО РАН на базе лаборатории геохимии редких элементов и экогеохимии с использованием комплекса ядерно-физических методов анализа, включающего полупроводниковую у-, а-спектрометрию и Р-радиометрию. Основное внимание уделялось определению и изучению у-излучающих радионуклидов, которые, как правило, являются основными загрязнителями компонентов природной среды в зоне влияния предприятий ЯТЦ. Применение Р-радиометрии (определение 90Sr) и а-спектрометрии (определение изотопов 239,240Pu и 238 Pu) было ограничено значительной трудоемкостью анализа, включающего стадию радиохимического выделения с разрушением исходного образца и его высокой стоимостью. Поэтому анализ образцов на 90Sr и изотопы плутония проводился выборочно для ограниченного числа проб после их измерения на у-излучающие радионуклиды.

Гамма-спектрометрический анализ биообъектов на содержание долгоживущих радионуклидов и короткоживущих с экстраполяцией на время отбора проб проведен ОИГГМ СО РАН на коаксиальном HP Ge полупроводниковом детекторе (ППД) EGPC 20-1.80/SHF 00 30A, производства французской фирмы EURISYS MEASURES (замеры осуществлены В. А. Бобровым). Минимально измеряемая активность для различных радионуклидов составила около 1 Бк/кг.

Содержание 90Sr определяли Р-радиометрией с радиохимической подготовкой проб в некоторых зольных образцах биообъектов согласно Инструкции и



методическим указаниям по оценке радиационной обстановки на загрязненной территории , принятой методической секцией Межведомственной комиссии по радиационному контролю природной среды при Госкомгидромете СССР 17.03.1989 г. Для радиохимической подготовки биологические пробы озоляли при температуре 450о С до полного удаления следов органики. Активность 90Sr измерялась по изотопу 90Y, находящемуся с ним в состоянии радиоактивного равновесия. Чувствительность определения 90Sr составляла не более 0.1 Бк/кг.

239 240 238

Активность изотопов плутония ( Pu и Pu) в биообъектах определялась а-спектрометрическим методом после радиохимического выделения, проводимого по методике [18] на одноканальном а-спектрометре 7184 фирмы EURISYS MEASURES

239,240 238

(Франция). Чувствительность определения Pu и Pu составляла не менее 0.001 Бк при химическом выходе плутония на стадии радиохимического выделения 25 %, что соответствует значению 0.05 Бк/кг для 20-граммовой навески. Радиохимическая подготовка проб проведена И. В. Макаровой, замеры активности изотопов стронция и плутония осуществлены М.С. Мельгуновым.

Радионуклиды в воде р. Ромашка

Ранее А. В. Тороповым показано [8], что в период наблюдений с 1996 по 2000 гг. в водах нижней Томи в районе устья р. Ромашка присутствовали 18 короткоживущих у-излучающих радионуклидов (Т1/2 от 2,58 часов у 56Mn до 284 суток у 144Се), из них 10 активационной и 8 осколочной природы. Согласно этим данным, в р. Томь поступают

радионуклиды активационного происхождения (24Na, 42K, 46Sc, 51Cr, 54Mn, 56Mn, 59Fe,

65 76 239 82 99 125 131 133 140 140

Zn, As, Np) и осколочные радионуклиды ( Br, Mo, Sb, I, I, La, Ba).

При этом 54Mn, 65Zn, 140La и 140Ba фиксировались только в месте выпуска сточных вод

комбината из водохранилища. Их отсутствие в устье р. Ромашки (активность < 1 Бк/л)



объясняется разбавлением сбросных вод СХК сточными водами ТЭЦ СХК и очистных сооружений г. Северска. Единично в пробах воды отмечено присутствие долгоживущих осколочных 125Sb (Т1/2= 2,77 лет) и 152Eu (Т1/2=13,6 лет), а также активационного радионуклида 60Co (Т1/2= 5,27 лет). В среднем за годы наблюдений 98% активности гамма-излучателей, поступающих в биогидроценоз нижней Томи со сбросами СХК, приходится на 24Na (85%), 76As (6,2%), 239Np (4,5%) и 42К (2,3%). Вклад других гамма-излучающих радионуклидов не более 1% каждого и в сумме около 2% ежегодно.

Радионуклиды в водных растениях р. Ромашка и Нижней Томи

Изучена интенсивность накопления техногенных радионуклидов в наиболее часто встречающихся видах водных растений - рдесте блестящем (Potamogeton lucens), хвоще приречном (Equisetum fluviatile), осоке (Carex sp.) и нитчатых зеленых водорослях. Пробы водной растительности отбирались как в ближней зоне влияния СХК (р. Ромашка), так и в р. Томь выше устья Ромашки (условно-фоновый район) и ниже устья Ромашки. Практически весь перечень радионуклидов, содержащихся в воде охлаждения реактора и поступающей непосредственно в р. Ромашку, зарегистрирован в водных растениях р. Ромашка. Общее число техногенных радионуклидов по данным гамма-спектрометрии - 19. Замеры активности у-излучающих радионуклидов в рдесте блестящем были проведены сразу же после отбора проб в лаборатории отдела радиационной безопасности ОГУ Облкомприрода (г. Томск), поэтому в них обнаружены практически все короткоживущие радионуклиды - 24Na, 76As, 99Mo, 103Ru, 131I, 140La, 141Ce, 239Ne (табл.1).



Таблица 1

Содержание радионуклидов в воде (Бк/л) и биологических объектах (Бк/кг сырой массы) р. Ромашка и

протоки Чернильщиковой р. Томь, июль 2002 г.

Радионуклид

(период

полураспада)

Дата отбора проб - дата измерений

29.07.02 -31.07.02

29.07.02 -08.08.02

29.07.02 -13.08.02

25.07.02 -26.07.02

30.07.02 -30.07.02

Рдест блестящий

Карась серебряный

24Na (0.62 дн.)

1008

1164

42K (0.52 дн.)

46Sc (83.3 дн.)

51Cr (27.7 дн.)

54Mn (312.3 дн.)

59Fe (45.1 дн.)

60Co (5.27 лет)

65Zn (244 дн.)

2361

76As (1.1 дн.)

2141

103Ru (39.4 дн.)

131I (8 дн.)

133 I (0.8 дн.)

137Cs (30.2 г.)

140Ba (12.8 дн.)

140La (1.68 дн.)

141Ce (35.2 дн.)

239Np (2.35 дн.)

2494

2724

1670

Примечание. Замеры проведены В.Б. Елагиным и Ю.А. Громовым в отделе радиационного контроля ОГУ Облкомприроды Томской области; прочерк означает, что радионуклиды не обнаружены (то же и для других таблиц).

Кроме того, образцы водных растений в кратчайшие сроки доставлялись в АЦ ОИГГМ СО РАН, где также проводились замеры активности у-излучающих радионуклидов. Полученные результаты показывают, что наиболее интенсивно водные

239 76 24 51

растения накапливают Np, As, Na, а зеленые водоросли еще и Cr (табл. 2).

Таблица 2

Содержание техногенных радионуклидов в водных растениях (Бк/кг сырой массы) р. Ромашка и протоки

Чернильщиковой р. Томь, июль 2002 г.

Радионуклид

Дата отбора проб (25.07.02.) - дата измерений (27.07.02.)

Нитчатые водоросли

Осока

Хвощ приречный

Рдест блестящий

24Na

46Sc

1320

51Cr

8000

1600

2000

54Mn

1000

60Co

65Zn

2850

3500

76As

11600

1050

3500

7000

140La

59Fe

239Np

6600

1700

1800

Примечание. Анализы выполнены в Аналитическом центре ОИГГМ СО РАН (замеры - В.А. Бобров).



Таблица 3

Сравнительный радиоактивный состав водных растений р. Томь (Бк/кг сырой массы) и р. Енисей (Бк/кг сухой массы) [16] в зоне влияния предприятий ядерно-топливного цикла

Радионуклид

Potamogeton lucens (р. Томь, пр. Чернильщикова), 2002г.

Potamogeton lucens (р. Енисей у с. Атаманово), 2001 г. по [14]

24Na

1008

2000

46Sc

51Cr

54Mn

59Fe

60Co

65Zn

76As

2141

103Ru

131I

133 I

137Cs

140Ba

140La

141Ce

239Np

1700

Радиохимический анализ водных растений р. Ромашка показал, что в них

90 239 240 238

обнаружен Sr и изотопы плутония ( Pu, Pu). Максимальная удельная активность 90Sr (около 47 Бк/кг) отмечена в рдесте блестящем (табл. 4). Ниже по течению в рдестах р. Томи удельная активность 90Sr снижается до 9 Бк/кг.

Таблица 4

Содержание 90Sr в водных растениях технологического канала СХК (р. Ромашка) и р. Томь, июль 2002 г.

Место отбора проб

90Sr (Бк/кг сухой массы)

Potamogeton lucens /Рдест блестящий)

р. Ромашка (вблизи выпуска соков СХК)

33.7

р. Ромашка (устье)

47.4

р. Томь ( пр. Чернильщиковская)

10.6

р. Томь (условно-фоновый район)

12.5

Зеленые нитчатые водоросли

р. Ромашка (устье)

10.1

Примечание. Анализы выполнены в Аналитическом центре ОИГГМ СО РАН (радиохимическая

подготовка проб - И.В. Макарова, замеры - М.С. Мельгунов, то же и для табл. 5)

При сравнении радионуклидного состава сквозного растения рдеста блестящего, отобранного в р. Томь в зоне влияния СХК и в зоне влияния Красноярского горно-химического комбината р. Енисей по данным [14], установлено, что спектры короткоживущих техногенных радионуклидов в водных растениях схожи (табл. 3) и свидетельствуют о присутствии их в сточных водах обоих предприятий.



Подробная информация купить мебель здесь.

1 2 3