Эколого-техническая оценка состояния хранилища радиоактивных отходов на примере регионального объекта в бассейне реки протва на севере калужской области
На правах рукописи
ВАСИЛЬЕВА Анна Николаевна ЭКОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ХРАНИЛИЩА РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ПРИМЕРЕ РЕГИОНАЛЬНОГО ОБЪЕКТА В БАССЕЙНЕ РЕКИ ПРОТВА НА СЕВЕРЕ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ Специальность 03.00.16. – Экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва – 2007 Диссертация выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации – Физико-энергетическом институте им. А.И. Лейпунского.
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Старков Олег Викторович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зайцев Валентин Алексеевич доктор химических наук Новиков Александр Павлович Ведущая организация Обнинский государственный технический университет атомной энергетики (ИАТЭ)
Защита состоится «» 2007 года в часов на заседании диссертационного совета Д 212.204.14 при Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева (РХТУ) по адресу: 125047, г. Москва, Миусская пл.,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского химико технологического университета им. Д.И. Менделеева.
Автореферат разослан «» 2007 года
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Н.Е. Кручинина
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В материалах документа «Основы экологической политики Минатома» отмечается, что в настоящее время в ядерном промышленном комплексе сохраняются серьезные экологические проблемы. Особое внимание заслуживают хранилища радиоактивных отходов (РАО), введенные в эксплуатацию в 50 – 70-ые гг. прошлого столетия. Одним из таких объектов является созданное в 50-х годах в черте г. Обнинска региональное хранилище. Оно было единственным пунктом захоронения радиоактивных отходов в Центральном регионе. Условия хранения РАО в нем не соответствуют требованиям многобарьерной защиты, поэтому объект может представлять потенциальную опасность для населения и природной среды и возникает необходимость комплексной оценки радиационного и химического воздействия на биоту и здоровье населения. Опыт данной работы может использоваться в регионах России, обладающих радиационно-опасными производствами.
Цель работы. Изучение технического состояния и экологической обстановки в районе размещения хранилища РАО, расположенного в черте г. Обнинска. Разработка предложений по обращению с данным радиационно-опасным объектом.
Задачи исследования:
изучение технического состояния хранилища РАО и динамики формирования источников радиоактивного и химического загрязнения окружающей среды на территории надпойменной террасы реки Протва;
изучение закономерностей радиоактивного загрязнения биогеоценозов на территории, прилегающей к площадке хранилища РАО;
определение физико-химических форм нахождения техногенных радионуклидов в почвах и грунтах и оценка их биологической доступности;
обоснование технических решений и защитных мероприятий, направленных на снижение темпов распространения загрязнения за пределами территории хранилища;
обоснование методов биологической индикации радиоактивного загрязнения и биотестирования состояния природной среды.
Объект исследования – региональное хранилище РАО и территория в районе его размещения, биота исследуемой территории.
Предмет исследования – закономерности загрязнения территории радиоактивными и химическими веществами, оценка эффективности технических мероприятий по предотвращению распространения радиоактивного загрязнения, определение биологической доступности радионуклидов, оценка влияния хранилища на биоту и население в районе его размещения.
Научная новизна. На основании проведенных исследований установлен наиболее опасный фактор формирования радиационной обстановки при разрушении емкостей приземного захоронения РАО – в подстилающих грунтах легкого механического состава происходит сравнительно быстрое (~ 2 м/сут) формирование вторичных источников загрязнения, полное устранение которых практически не представляется возможным. Миграция в данном случае может сдерживаться только естественными геохимическими барьерами, обладающими высокой сорбционной способностью по отношению к загрязняющим веществам. Определены приоритетные тест-объекты биотестирования загрязнения природной среды 90Sr и оценки воздействия физических и химических факторов на организмы животных.
Практическая значимость. Предложен метод эколого-технической оценки состояния хранилищ РАО, сооруженных в 50 – 70-е годы прошлого столетия.
Для конкретного объекта оценена роль уже существующих и возможность создания новых защитных барьеров на пути распространения радиоактивных веществ.
Показана целесообразность использования «прямой» -радиометрии (минуя стадию радиохимического выделения) раковин наземных моллюсков для экспрессной индикации распространения и составления карт загрязнения 90Sr.
По полученным результатам определены степень опасности и возможность сохранения рассматриваемого объекта на месте его нынешнего размещения.
Создан пакет научно-технической документации для характеристики и эколого-технической оценки состояния хранилища РАО.
Полученные результаты могут быть использованы при организации радиационного, химического и биологического мониторинга на территориях размещения хранилищ РАО и других видов отходов.
Показана целесообразность создания на изучаемой территории учебно исследовательского полигона с задачами отработки современных высокочувствительных методов радиационного, физико-химического и биологического мониторинга.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены: на 3-й Всероссийской научно-практической конференции "Экологические проблемы промышленных городов" (Саратов, 4 – 5 апреля 2007. – С.29-33), на IX Российской научной конференции «Радиационная защита и радиационная безопасность в ядерных технологиях». (Обнинск, 24 – 26 октября 2006. – С.446-447), на III Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 28 – сентября 2005. – С. 243-246), на IV региональной научной конференции "Техногенные системы и экологический риск" (Обнинск, 26 – 27 апреля 2007. – С.63 – 66).
Публикации. По теме диссертации опубликовано три статьи и четыре доклада.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, глав, выводов, списка использованной литературы и 2 приложений. Общий объем работы составляет 152 страницы, включая 25 рисунков, 44 таблицы. Список литературы состоит из 152 наименований.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Предложен метод эколого-технической оценки состояния хранилищ РАО, сооруженных в 50 – 70-е годы прошлого столетия, включающий следующие основные этапы: изучение архивных материалов, выявление проблемных конструктивных характеристик, оценку реального технического состояния хранилища, изучение источников и закономерностей радиоактивного и химического загрязнения, риска загрязнения подземных и поверхностных вод, оценку влияния объекта на биоту и население.
Миграция 90Sr из основного источника – слоя загрязненного грунта большей 2.
частью обусловлена перемещением с внутрипочвенным латеральным стоком.
Аккумуляция происходит на сорбционном барьере заболоченного притеррасного понижения.
3. Sr достаточно прочно фиксирован в грунтах притеррасного понижения, что способствует снижению его подвижности во внешней среде. Результаты расчета вертикальной миграции 90Sr показали, что при имеющейся толщине (1 м) водоупорный горизонт верховодки является надежным препятствием проникновению радионуклида в нижележащие слои и его распространению в горизонте грунтовых вод.
Накопление 90Sr в раковинах сухопутных моллюсков дает возможность их 4.
использования для «прямой» -радиометрии при экспресс-оценке уровня загрязнения внешней среды 90Sr с составлением карт распространения радионуклида. Данный вид животных является чувствительным биоиндикатором загрязнения природной среды.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1 Описание и технические характеристики объекта исследования Изучаемая территория расположена в средней части бассейна р. Протва на надпойменной террасе в пределах абсолютных отметок 131 – 145 м.
Общий объем емкостей траншейного типа для размещения твердых радиоактивных отходов (ТРО) составляет ~ 2500 м3. Объем емкости для хранения жидких радиоактивных отходов (ЖРО) – 330 м3. Заполнение емкостей хранилища проводили с 1954 года. В 1961 году региональное хранилище было законсервировано.
Для контроля за миграцией радионуклидов пробурено 10 наблюдательных скважин (рис. 1).
Многолетние наблюдения (1961 – 1998 гг.) ГНЦ РФ – ФЭИ за содержанием радионуклидов в воде наблюдательных скважин хранилища показывали соответствие фоновым значениям. Впервые значительное увеличение активности (до ~ 43 Бк/л) отмечено в октябре 1998 г. Результаты измерений показали, что радиоактивность воды в основном обусловлена 90Sr. В 1999 г. было проведено частичное вскрытие емкостей хранения РАО и ряд защитных мероприятий. В водах верховодки, выходящей из-под хранилища, и в настоящее время содержание 90Sr и концентрации ряда тяжелых металлов превышают установленные нормативы. Значительное содержание радиоактивного стронция также было обнаружено в почве и растительности изучаемой территории. Для исследования состояния природной среды было заложено два профиля (через природные и природно-антропогенные геосистемы), описаны геосистемы, выполнены почвенные разрезы, произведен послойный отбор проб почвы, растительности, воды и биологических материалов.
Комплекс исследований, проводимых в районе хранилища, включал следующие этапы:
определение источников загрязнения природной среды;
выбор репрезентативных точек пробоотбора;
изучение геоморфологических особенностей исследуемой территории;
определение возможных путей, скоростей миграции и мест аккумуляции радиоактивных и химических веществ;
определение масштабов загрязнения района размещения регионального хранилища;
определение подвижности техногенных радионуклидов и факторов, влияющих на масштабы их миграции;
оценку влияния хранилища на биоту с использованием методов биотестирования;
оценку влияния исследуемого объекта на население по возможным сценариям поступления радиоактивных и токсических веществ в организм человека;
анализ ситуации и выработку предложений по обращению с хранилищем РАО.
2 Объекты и методы исследований Места заложения ландшафтных профилей и выбор репрезентативных точек осуществляли на основании полевых маршрутных исследований. Пробы воды отбирали из наблюдательных скважин глубиной 12 м и водоемов, расположенных в районе размещения объекта. Объем проб составлял 2 – 10 л, в зависимости от наличия воды в скважине. Отбор проб почвы и грунта производили послойно с помощью бура через каждые 5 или 10 см. Травянистую растительность скашивали с площади 1 м2.
Вертикальное распределение радионуклидов в почвах рассчитывали по формуле:
x q q(x ) = t e 4 Dt, (2.1) 2 Dt где D – эффективный коэффициент миграции, м2/год, – постоянная распада радионуклида, год-1, t – время, прошедшее после поступления в верхний слой, лет, q(x) – содержание радионуклида на глубине х, Бк/м3, q0 – общий запас радионуклида в почве, Бк/м2, х – глубина, м.
Рис. 1. Схема территории хранилища с номерами точек пробоотбора:
– номера емкостей;
– горизонтали (линии равной высоты над уровнем моря);
– емкость для хранения ТРО;
– точки отбора проб;
– контрольные скважины;
– емкость для хранения жидких РАО;
– автомобильная дорога Скорости переноса радионуклидов с грунтовыми водами определяли по формуле:
, (2.2) U =v 1+ kp где v – скорость движения воды, м/сут, kp – коэффициент распределения радионуклида [1].
Коэффициент задержки радионуклидов почвой при распространении с грунтовыми водами рассчитывали по формуле:
C ln C, (2.3) k= r где С – содержание радионуклида в грунтовой воде после фильтрации сквозь слой грунта толщиной r, Бк/м3, С0 – исходное содержание радионуклида в грунтовой воде, Бк/м3, r – толщина фильтрующего слоя грунта, м.
Для определения содержания стронция в пробах использовали стандартную методику радиохимического выделения с последующим измерением активности радионуклида на сцинтилляционном спектрометре бета-излучения «БЕТА-01С» (НПЦ «Аспект», г. Дубна, Россия). Содержание 137Cs определяли методом гамма спектрометрии с использованием полупроводникового гамма-спектрометра (НПЦ «Аспект», г. Дубна, Россия) с Ge(Li) детектором. Формы нахождения радионуклидов в почвах определяли по методике последовательного выщелачивания [2].
Расчет годовых доз внешнего гамма-облучения организмов, обитающих в верхнем почвенном слое и на поверхности почвы, проводили с использованием гамма-метода, а также данных расчета экспозиционных доз от толстослойных источников с гомогенно распределенными радионуклидами естественного генезиса [3]. Для моллюсков дозы внешнего бета-облучения оценивали для геометрии диска конечной толщины в центре его поверхности по формуле Левинджера [4]:
h h c D (0, h) = 0,5 E C р / н c 2 2 + ln + e c 3 + 1 e1h t, (2.4) h c где - средняя энергия -частиц, МэВ, Ср/н – содержание радионуклида, мкКи/г, с,,, - параметры, зависящие от энергии -частиц и геометрии, h – толщина панциря моллюска (~ 250 мкм) и по формуле Маринелли: D = 1,065 E C р / нt [сГр]. Для мышей дозы внешнего бета-облучения рассчитывали с использованием геометрии толстослойного источника с равномерно распределенной активностью.
Измерение концентрации металлов в образцах вод проводили методом атомно эмиссионной спектрометрии с использованием спектрометра Varian Liberty Series II ICP-AES. Содержание макроэлементов K, Na, Ca, Mg определяли методом атомной абсорбции на приборе Varian 250 Plus. Содержание нитратов определяли колориметрическим методом с салициловой кислотой, хлоридов – колориметрическим методом, рН определяли потенциометрическим методом [5].
Содержание белков-металлотионеинов (МТ) определяли методом радиоактивных индикаторов с помощью -счетчика “Beckman PU5500” (США).
Гематологические исследования проводили на автоматическом анализаторе клеток крови «Minos STX» («Ideal Products», Франция).
Оценку достоверности результатов выполняли по критерию Стьюдента для двусторонней доверительной вероятности 0,95 при трех-шестикратной повторности [6]. Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием программного обеспечения Microsoft Excel 2002 и Microcal (TM) Origin Working Model (Version: 6.0, 1999).
Оценки хронического неканцерогенного риска при употреблении в качестве питьевой воды, загрязненной химическими веществами, выполняли с использованием программного обеспечения Risk Assistant (1.1a, 1995).
3 Анализ источников, путей миграции и мест аккумуляции техногенных радионуклидов В ходе исследования установлено, что защитные мероприятия позволили в раза снизить содержание 90Sr в грунтовых водах, таким образом, основная утечка из емкости № 4 устранена. При этом уменьшения содержания 90Sr в воде близлежащих водоемов не наблюдается. Следовательно, источник загрязнения прилегающей территории существует и поныне.
По полученным данным наблюдается общая тенденция роста содержания 90Sr в грунтовых водах по мере подъема их уровня за счет вымывания радионуклида из верхних загрязненных слоев грунта. За период выхода радиоактивных веществ из аварийной траншеи в районе ее расположения образовался объемный источник 90Sr, простирающийся на глубину около 12 м.
Для определения степени воздействия хранилища на прилегающие геосистемы были заложены два профиля параллельно друг другу на расстоянии около 50 м. В пределах каждого профиля были выбраны наиболее репрезентативные точки, в которых проводили описание компонентов природных или природно-антропогенных геосистем, отбирали образцы почв, растительности, биоты и, где возможно, воды.
Получены данные о литологической основе изучаемой территории. Главной особенностью является легкий механический состав пород: песчаные отложения, перекрытые маломощными суглинками, являющимися водоупором для верховодки. В нижней части склона они выходят на поверхность, где происходит разгрузка подземных вод.
Миграция радионуклидов происходит в основном с внутрипочвенным латеральным стоком. Аккумуляция происходит на сорбционном барьере заболоченного притеррасного понижения. Возможно накопление радионуклидов в верхних горизонтах почв.
По данным измерений содержания 90Sr и 137Cs в образцах воды из аварийной емкости и грунтовых вод, отобранных на различных расстояниях от нее, получены коэффициенты задержки радионуклидов грунтами исследуемой территории и скорости их миграции с внутипочвенными водами. Расчеты показали, что скорость миграции 90Sr с грунтовыми водами в исследуемом районе в 10 раз превышает скорость распространения 137Cs. Это обусловлено необменной сорбцией цезия в межпакетных пространствах способных к набуханию глинистых минералов почвенного комплекса. Скорости диффузии данных элементов при поверхностном загрязнении территории на 4 порядка для стронция и 3 – для цезия меньше скоростей миграции с внутрипочвенными водами. При этом глубина проникновения в песчаный грунт наиболее подвижного из них во внешней среде – 90Sr не превысит 2,3 м за время, равное 7 периодам его полураспада. Таким образом, основную опасность представляет распространение радионуклидов с грунтовыми водами. Сорбция в почвенном комплексе притеррасного понижения вызывает снижение содержания 90Sr до фоновых значений (2 Бк/кг) при миграции на глубину менее 1 м. Таким образом, слой данного грунта толщиной 1 м является надежным препятствием проникновению радионуклида в нижележащие слои и его распространению в горизонте грунтовых вод.
Для оценки максимальных негативных последствий утечки радионуклидов из емкостей хранения ТРО было рассмотрено развитие ситуации по консервативному сценарию: одновременное разрушение всех емкостей с выходом содержимого и дальнейшим распространением в горизонте грунтовых вод. Показано, что и в этом случае толщина водоупорного горизонта является надежной защитой от загрязнения нижележащих вод. При миграции с латеральным стоком в данной ситуации содержание 90Sr в почвенных водах достигнет фоновых значений (0,5 Бк/л) на расстоянии около 190 м на юг от забора хранилища.
4 Оценка масштабов радиационного и химического загрязнения и определение степени подвижности во внешней среде техногенных радионуклидов Результаты измерений содержания радионуклидов в пробах воды.
Наибольшая концентрация радионуклида Sr наблюдается в воде верховодки, выходящей на поверхность в т. 6а (52 Бк/л 10 УВ, 1 УВ = 5 Бк/л), наблюдательной скважины № 4 и ручья (~ по 50 Бк/л), протекающего вблизи хранилища. Содержание данного радионуклида в водах других скважин, а также колодцев на приусадебных участках, расположенных вблизи хранилища РАО, много меньше уровня вмешательства. Загрязнения воды Cs не наблюдается.
Результаты измерений содержания радионуклидов в пробах почвы и грунта. Результаты измерений проб почвы и грунта свидетельствуют о том, что участок локализации Sr расположен в районе притеррасного понижения (тт. 6 – 7в).
Загрязнение почвенного покрова весьма неравномерно по площади. Различия в содержании данного радионуклида в образцах почв с близлежащих участков, порой 90 достигают 240 раз (т. 7б). Значимых концентраций Sr и Cs в илистых отложениях вблизи садового общества не обнаружено.
В целом, загрязнение исследуемой территории 137Cs незначимо. В отличие от Sr, загрязнение данным радионуклидом не получило распространения за пределы территории хранилища и не представляет опасности для окружающей среды.
Результаты определения содержания Sr в сухой массе растений. Для растительности и почв исследуемой территории наблюдается схожий характер 90 загрязнения Sr. Радиоэкологическая обстановка полностью обусловлена Sr.
Содержание Sr в вегетативной массе гороха с приусадебных участков расположенного вблизи хранилища садового общества, не превышает фоновых значений.
Результаты химического анализа подземных и поверхностных вод в исследуемом районе показывают, что значения рН (6,82 – 8,70) соответствуют принятой классификации природных вод от нейтральных до слабощелочных. В воде скважин 4 и 5 имеет место высокое содержание марганца и цинка (1187, 2463 и 1364, 687 мкг/л, соответственно), примерно такие же концентрации марганца наблюдаются и в местах выхода верховодки (тт. 6, 7в).
Данные значения ~ в 1,4 – 24,6 раза превышают ПДК для вод объектов хозяйственно- питьевого и культурно-бытового водопользования [7]. Отмечены повышенные концентрации никеля в воде скважин 4, 5, 7 (от 134,5 до 318,2 мкг/л).
Это может быть обусловлено выносом за пределы емкостей продуктов коррозии содержащихся в них отходов.
С целью определения подвижности 90Sr и 137Cs во внешней среде исследованы формы нахождения радионуклидов в почвах.
Результаты определения форм нахождения показали, что наибольшая доля обменного цезия содержится в почвах участков 1 и 1а, на глубине 10 – 15 см (до 49 %) (рис. 2), что является весьма высоким значением. Основная часть необменного цезия (46 – 53 %) приходится на прочносвязанную и фиксированную формы.
Результаты (рис. 3) показывают, что доля обменных форм стронция в районе притеррасного понижения (точки 6, 6а и 7в) невелика: от 14 до 23 %. Содержание обменных форм 90Sr для почв такого типа по литературным данным [8] составляет порядка 48 %. Из необменных форм в исследуемых почвах около 35 – 40 % находится в составе органической фракции, в прочносвязанной форме – от 26 до 29 %, на кислоторастворимую приходится 21 – 22 %.
29% 28% 41% 48% 50% 10% 13% 53% 0% 11% 8% 9% Точка 1 (0 – 5 см) Точка 1 (10 – 15 см) Точка 1а (0 – 5 см) Водорастворимая + 46% 41% обменная Кислоторастворимая «Органическая» Прочносвязанная + фиксированная 0% 13% Точка 1а (10 – 15 см) Рис. 2. Диаграммы распределения форм нахождения 137Cs в почвах 4% 14% 2% 13% 26% 27% 21% 22% 37% 34% Точка 6 Точка 6а 2% Водорастворимая 8% 29% Обменная 23% Кислоторастворимая "Органическая" 38% Прочносвязанная Точка 7в Рис. 3. Диаграммы распределения форм нахождения 90Sr в почвах В грунтах данного района содержится до 7 % органического вещества. Водород карбоксильных групп гуминовых кислот гумусового вещества почвы способен замещаться катионами Sr2+ с образованием нерастворимого в воде гумата стронция:
2 RCOOH + Sr 2 + (RCOO )2 Sr +2 H +. (4.1) Почвы исследуемой территории относятся к карбонатным. При взаимодействии карбонат-ионов с катионами стронция образуется нерастворимый в воде, но растворимый в соляной кислоте карбонат стронция:
Sr 2 + + CO32 SrCO3. (4.2) На пути от нижней части хранилища до болота (места разгрузки грунтовых вод) содержание 90Sr в воде снижается от 52 до 2 Бк/л. Вода очищается в 25 раз, что также подтверждает высокую сорбционную способность почв данного района.
Таким образом, прилегающий к хранилищу район притеррасного понижения характеризуется ландшафтно-геохимическими условиями, способствующими аккумуляции и прочной фиксации 90Sr в почвенном комплексе и снижению его подвижности. Из-за обширных масштабов загрязнения, а также легкого состава подстилающих грунтов сооружение каких-либо противомиграционных барьеров на данной территории нецелесообразно. Меры по уменьшению подвижности стронция типа известкования эффективны на кислых почвах, к каковым не относятся грунты исследуемой территории (рН7).
5 Оценка влияния регионального хранилища на биоту и население в районе его размещения Для оценки влияния регионального хранилища на биоту в качестве ранее апробированных тест-объектов [9] были выбраны сухопутные моллюски и мелкие млекопитающие – грызуны, постоянно обитающие в зонах хранения РАО.
В данной работе использованы следующие методики биотестирования:
• определение содержания белков-металлотионеинов (МТ) в тканях животных в зависимости от годовой дозы облучения;
• исследование основных показателей системы кроветворения у мышей.
Результаты определения содержания 90Sr в раковинах моллюсков.
Несмотря на различие результатов, полученных для одних и тех же образцов разными методами, наличие загрязнения внешней среды 90Sr четко определяется по его содержанию в раковинах моллюсков при измерении «напрямую» (табл. 1).
Содержание 90Sr, определенное прямым измерением, коррелирует с содержанием, полученным с применением радиохимического выделения радионуклида, с коэффициентом корреляции r = 0,996. Стронций – химический аналог кальция, необходимого для формирования панциря моллюска, избирательно накапливается в данной части организма. Это дает возможность использовать «прямую» радиометрию 90Sr в данных объектах для оперативной оценки и составления карт загрязнения территорий рассматриваемым радионуклидом.
Таблица Содержание Sr в раковинах моллюсков Содержание 90Sr, Бк/кг N точки пробоотбора С использованием При прямой радиохимического выделения радиометрии радионуклида 7,1 К.т. 1* 1,97 5,88 101 2,13 К.т. 1,06 103 3,28 3,15 103 1,04 7б 2,15 103 6,88 7в 2,35 102 8,22 * К.т. – контрольная точка.
Результаты определения годовых доз облучения и удельного содержания белков металлотионеинов в мягких тканях моллюсков. Результаты анализа показали достоверное увеличение удельного содержания МТ ~ в 2 – 5,7 раза у опытных животных – улитки кустарниковой (Bradybaena fruticum), отловленных на наиболее загрязненных участках, по сравнению с контрольными. Данные по удельному содержанию белков-металлотионеинов в зависимости от дозы облучения представлены на рис. 4. Исследуемый показатель у животных растет с увеличением дозы облучения, достигая наибольшего значения на участке с максимальным содержанием 90Sr в почве (9500 Бк/кг) при величине поглощенной дозы ~ 50 мГр/год.
Содержание белков-МТ, мкг/г ткани 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Годовая поглощенная доза внешнего облучения, мГр Рис. 4. Зависимость удельного содержания белков-МТ от годовой поглощенной дозы внешнего облучения в организмах наземных моллюсков Результаты определения годовых доз облучения и удельного содержания белков-металлотионеинов в органах грызунов. Удельное содержание белка-МТ в почках и печени опытных мышей также увеличено по сравнению с контрольными:
~ до5,8 и 4,2 раза, соответственно, что подтверждает наличие токсического воздействия в исследуемом районе на организм животных. Вполне вероятно, – это результат комбинированного действия ионизирующего излучения и токсичных металлов. Для данных животных не наблюдается четкой зависимости рассматриваемого показателя от уровня загрязнения участков отлова (рис. 5). Это может быть вызвано обширной территорией обитания грызунов (до 1 га для изучаемого вида – лесной мыши (Apodemus sylvaticus)), что затрудняет определение их точного места обитания в пределах конкретного участка. В свою очередь, наземные моллюски обитают в пределах нескольких растений на исследуемом участке. Таким образом, использование грызунов в качестве тест-объектов целесообразно для оценки общего техногенного воздействия на участках, сравнимых размерами с территорией их обитания.
Оценка состояния основных показателей системы кроветворения у грызунов, обитающих в районе размещения регионального хранилища РАО.
Анализ приведенных данных не выявил базовых диагностических признаков анемии в опытной группе животных. Также не выявлено достоверных количественных отличий в сравниваемых группах животных по тромбоцитам крови и ядросодержащим клеткам костного мозга.
Содержание белков-МТ в печени и почках мышей, мкг/г ткакни почки печень 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 Годовая поглощенная доза внешнего облучения, мГр Рис. 5. Зависимость содержания белков-МТ в почках и печени грызунов от годовой поглощенной дозы внешнего облучения Таким образом, на загрязненной территории в организме всех исследуемых тест-объектов наблюдается достоверное увеличение (до 5,8 раз по сравнению с контролем) содержания белков-МТ, несущих защитную функцию. Это может быть результатом комбинированного влияния рассматриваемых факторов. Тем не менее, заметных нарушений функций кроветворения у опытных грызунов не обнаружено.
В ходе исследования определен и проанализирован реальный сценарий воздействия загрязняющих веществ на организм человека при употреблении в качестве питьевой воды верховодки, содержащей марганец. Результаты оценки хронического неканцерогенного риска показывают, что предельная доза (ПД) будет превышена (коэффициент опасности (КО)1) в том случае, если за 30-летний период в течении 5 месяцев в год уровень употребления такой воды составит более 0,9 л/сут.
Данный район малопосещаем, потребление загрязненной воды носит случайный характер, поэтому возникновение ощутимой угрозы здоровью населения маловероятно.
Выводы 1. Установлен основной источник 90Sr – слой загрязненного грунта, простирающийся на глубину около 12 м. Миграция радионуклидов в основном происходит с внутрипочвенным стоком со скоростями, превышающими скорости диффузии 90Sr и 137Cs (на 3 – 4 порядка, соответственно) на данных видах почв при поверхностном загрязнении. На основе данных радиационного мониторинга показано, что аккумуляция происходит на сорбционном барьере заболоченного притеррасного понижения.
2. Показано, что радиационная обстановка в исследуемом районе полностью обусловлена 90Sr. Значительное содержание данного радионуклида обнаружено в водах (до 52 Бк/л), грунтах (до 2·104 Бк/кг), растительности (до 740 Бк/кг) и биоте (до 104 Бк/кг). В целом, высокая подвижность в окружающей среде 90Sr позволит использовать его в качестве индикатора миграции загрязняющих веществ в случае их выхода во внешнюю среду при разрушении емкостей хранилищ. Содержание Cs на порядок меньше содержания 90Sr и его миграции за пределы территории объекта не наблюдается.
3. Обнаружены высокие концентрации марганца (до 1,4 мг/л), цинка (до 2,4 мг/л) и никеля (до 0,3 мг/л) в воде наблюдательных скважин и верховодки, вытекающей из-под хранилища. Это может быть обусловлено выносом за пределы емкостей продуктов коррозии.
4. В результате исследования установлено, что в конкретном случае 90Sr прочно фиксирован в грунтах притеррасного понижения (до 86% – в необменных формах). Результаты расчета показали, что глубина вертикальной миграции 90Sr не превысит 1 м, и слой данного грунта является надежным препятствием проникновению радионуклида в нижележащие слои и распространению в горизонте грунтовых вод. Таким образом, на данном участке существует естественный геохимический барьер, снижающий подвижность 90Sr во внешней среде.
5. Обнаружено повышенное содержание белков-МТ в органах опытных грызунов.
Аналогичные изменения выявлены у моллюсков, которые явились эффективным биоиндикатором локальных воздействий в очагах загрязнения радионуклидами и токсичными металлами. В целом, серьезных аномалий в состоянии биоты не выявлено.
6. Установлено, что «прямое» измерение -активности раковин сухопутных моллюсков дает возможность экспресс-оценки уровня загрязнения внешней среды Sr с составлением карт миграции радионуклида. Данный вид животных является чувствительным биоиндикатором загрязнения природной среды.
7. Показано, что загрязнение носит локальный характер, а серьезные аномалии в состоянии биоты и угроза для здоровья населения отсутствуют, в связи с чем предлагается сохранить хранилище на месте его нынешнего размещения с осуществлением периодического контроля объектов внешней среды.
8. В районе размещения объекта предложено создать учебно-исследовательский полигон с задачами отработки современных высокочувствительных методов радиационного, физико-химического и биологического мониторинга.
СПИСОК РАБОТ, опубликованных по теме диссертации:
1. Латынова Н.Е., Козьмин Г.В., Васильева А.Н. и др. Изучение геосистем в районе хранилища твердых радиоактивных отходов с целью обоснования радиоэкологического мониторинга // Экология речных бассейнов: Материалы III Междунар. научно-практической конф. – Владимир, 2005. – С. 243-246.
2. Васильева А.Н., Козьмин Г.В., Старков О.В., Сморызанова О.А., Момот О.А.
Оценка загрязнения окружающей среды в районе размещения регионального хранилища радиоактивных отходов с использованием моллюсков в качестве тест объекта // Экологические проблемы промышленных городов: Научные труды 3-й Всерос. научно-практической конф. – Саратов, 2007. – С.29- 3. Васильева А.Н., Козьмин Г.В., Момот О.А., Старков О.В., Сморызанова О.А.., Латынова Н.Е. Оценка содержания металлотионеинов в организме мышей, обитающих в районе размещения регионального хранилища радиоактивных отходов // Техногенные системы и экологический риск: Материалы IV регион.
научн. конф. – Обнинск, 2007. – С.63 – 66.
4. Козьмин Г.В., Сынзыныс Б.И., Васильева А.Н. и др. Оценка и управление биологическим риском в биоценозах, прилегающих к хранилищам радиоактивных отходов в г. Обнинске и Сергиевом Посаде // Радиационная защита и радиационная безопасность в ядерных технологиях: Материалы IX Рос. научн.
конф. – Обнинск, 2006. – С.446-447.
5. Васильева А.Н., Козьмин Г.В., Латынова Н.Е. и др. Общие закономерности загрязнения геосистем в районе размещения регионального хранилища радиоактивных отходов // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2007. – №2. – С.64-74.
6. Васильева А.Н. Оценка влияния регионального хранилища радиоактивных отходов на окружающую природную среду и население // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2007. – Вып.1. – №3. – С.65-73.
7. Васильева А.Н., Козьмин Г.В., Вайзер В.И. и др. Оценка защитных барьеров на пути миграции радионуклидов в районе размещения хранилища радиоактивных отходов // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2007. – Вып.1. – №3. – С.74-82.
Список использованных источников 1. Силин И.И. Закономерности формирования техногенных гидрогеохимических полей в промышленных районах с радиационно-опасными объектами (на примере бассейна р. Протва): Автореф. диссертации докт. геол.-минер. наук. – М.: ВИЭМС, 2007.
2. Stalikas C.D., Pilidis G.A., Tzouwara-Karayanni S.M. Use of sequential extraction scheme with data normalization to assess the metal distribution in agricultural soils irrigated by lake water // Sci. Total Environ. – 1999. – 236. – P.7-18.
3. Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене.
3-е изд. Перер. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984.
4. Cross W.G. Empirical expressions for beta ray point source dose distributions // Radiation Protection Dosimetry. – 1997. – V.69. – No.2. – P.85-96.
5. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / Под ред.
А.Д. Семенова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977.
6. Урбах В.Ю. Биометрические методы. – М: Наука, 1964.
7. Опекунов А.Ю. Экологическое нормирование. – С.-П.: СПб., ВНИИ Океангеология, 2001.
8. Сельскохозяйственная радиоэкология / Под ред. Алексахина Р.М., Корнеева Н.А. – М.: Экология, 1992.
9. Биоиндикация хранилищ радиоактивных отходов и урбанизированных экосистем по уровню белков-металлотионеинов в тканях грызунов / Сынзыныс Б.И., Прудникова Е.В., Козьмин Г.В. и др. // Докл. IX Межд. экологического симпозиума «Урал атомный, Урал промышленный – 2002». – Екатеринбург, 2002. – С.311.