Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ABOUT CHARACTER OF SURFACE CONTAMINATION WITH ARTIFITIAL RADIONUCLIDES AT 4 AND 4"А" TESTING SITES, LOCATED WITHIN SEMIPALATINSK TEST SITE

Osintsev A.Yu. 1 Nefedov R.A. 1
1 Institute of Radiation Safety and Ecology NNC RK
В работе представлены результаты исследований по изучению характера загрязнения почвы искусственными радионуклидами на территории испытательных площадок 4 и 4"А", где осуществлялись программы по испытанию боевых радиоактивных веществ. Приведена современная радиационная ситуация в пределах площадок. Исследования позволили выявить все участки загрязнения – места проведения испытаний, а также определить их границы. Общее количество участков составляет 30 (5 на площадке 4, 25 – на площадке 4"А"). По результатам пешеходной β-съемки созданы карты поверхностного загрязнения территории испытательных площадок. Выявлено, что глубина загрязнения почвы 90Sr с удельной активностью 5•104 Бк/кг не превышает 40 см. Проведены оценочные расчеты содержания радиоактивных отходов (по 90Sr), суммарный объем которых составил порядка 105 м3.
In the work present the results of research of the contamination of the soil with artificial radionuclides at the 4 and 4´A´ test site, where radiological warfare agent program are testing. A modern radiation situation is given in territory. Total number of fields is 30 (5 fields in test site 4 and 25 fields - on 4"A" test site). According to the results of pedestrian beta-radiation’s research create maps of surface contamination. Found that the depth of soil contamination with a specific activity 90Sr 5•104 Bq / kg not exceeding 40 cm. Assessment calculations of radioactive waste (by 90Sr) carried, the total volume amounted is about 105 m3.
90Sr
Semipalatinsk Test Site
Radioecology
Radiological warfare agent

Введение

Площадки 4 и 4"А" в 1953–1957 гг. являлись испытательными площадками, где осуществлялись программы по испытанию боевых радиоактивных веществ (БРВ). Боевые радиоактивные вещества представляли собой жидкие или порошкообразные радиоактивные рецептуры, изготовленные либо из отходов радиохимического производства, либо путем облучения специально подобранных веществ нейтронами на атомном реакторе. Их удельная активность колебалась от десятых долей до нескольких кюри на литр [1].

К концу 1950-х годов подобные испытания в СССР были прекращены ввиду их бесперспективности: происходило заражение военной техники и переоблучение персонала при низкой эффективности поражения.

Площадка 4"А" расположена севернее, а площадка 4 – в 7-ми км западнее от испытательной площадки «Опытное поле» в пределах бывшего Семипалатинского испытательного полигона (Рисунок 1).

Рисунок 1. Расположение площадок 4 и 4"А"

На сегодняшний день на территории данных площадок было проведено 4 крупных радиологических обследования загрязненных территорий: аэрогаммасъемка в декабре 1956 [2,3]; аэрогаммаспектрометрическая съемка в 1990–1991 гг. [4]; пешеходная альфа-, бета-, гамма-съемка в 2004 г., бета-, гамма-съемка наиболее загрязненных участков, выявленных ранее, 2006 и 2011 гг.

Исследования 1956 и 1990–1991 гг. показали, что основное загрязнение почвы формируют 137Cs и 90Sr. По состоянию на 1956 г. максимальный уровень радиации достигал 30 мкР/ч (на границе площадки). Аэрогаммаспектрометрическая съемка местности, выполненная в 1990–1991 гг., не зафиксировала повышения плотностей загрязнения 137Cs окружающей среды в этой части полигона [5].

Однако более поздние исследования показали наличие отдельных пятен загрязнения со значительными уровнями содержания искусственных радионуклидов.

В статье дана оценка поверхностного загрязнения почвы 90Sr как основного радионуклида, формирующего загрязнение площадок, а также выполнены расчеты по запасу объемов радиоактивных отходов (РАО).

Материалы и методика исследования

В 2004 г. сотрудниками ИРБЭ НЯЦ РК была проведена пешеходная альфа-, бета‑, гамма‑съемка территории испытательных площадок 4 и 4"А" в фиксированных точках по сетке 200х200 метров. Дополнительно исследования включали измерения гамма‑ и бета‑излучения в режиме «поиск», визуальное и радиологическое обследование мест, имеющих отношение к проведению испытаний БРВ (строения, воронки, остатки авиабомб и др.). Данные исследования позволили получить общую картину загрязнения, выявить локальные пятна (участки) загрязнения.

Однако ввиду большого масштаба съемки (одна точка на 0,04 км2) невозможно было с достаточной точностью описать все локальные пятна загрязнения, площадь которых составляла от 0,01 до 0,53 км2. Поэтому в 2006 и 2011 гг. в рамках республиканской программы было проведено дополнительное обследование территории площадок 4 и 4"А". Целью данной работы явилось уточнение размеров пятен локального загрязнения, расчет объемов (запасов) радиоактивных отходов, а также определение параметров распределения радионуклидов на данных участках.

Участки локального загрязнения были обследованы по сети от 20х20 м до 1х1 м. Общее количество точек исследования составило более 25 000. В каждой точке обследования проведены измерения плотности потока b‑частиц и мощности эквивалентной дозы гамма-излучения, в некоторых точках проведен отбор образцов почвы и растительности.

Результаты исследования и их обсуждения

По результатам исследования 2004 г. были локализованы все пятна загрязнения. На площадке 4 количество участков локального загрязнения составило – 5, на площадке 4"А" – 25.

Диапазон значений плотности потока a-частиц в точках измерений на площадке 4 и 4"А" составил: плотности потока α-частиц -<0,5 част/(мин·см2); плотности потока b-частиц -<10‑1400 част/(мин·см2) на площадке 4 и <10‑3·104 част/(мин·см2) на площадке 4"А". Мощность эквивалентной дозы на поверхности достигала 3 и 101 мкЗв/ч на площадке 4 и 4"А" соответственно. Фоновые значения МЭД составили 0,08 мкЗв/ч.

Результаты распределения плотности потока β-частиц на территории площадок 4 и 4"А" представлены на рисунке (Рисунок 2).

а) б) 4А_Beta_1

Рисунок 2. Распределение плотности потока β-частиц на территории площадки 4 (а) и 4"А" (б)

В результате изучения характера пространственного распределения загрязнения, установлены границы его распространения и доказано, что за установленными границами не будет обнаружено загрязнения β‑излучающими радионуклидами на опасных для населения уровнях.

При проведении исследовательских работ были обнаружены металлические фрагменты. Часто эти осколки имели высокий уровень поверхностного загрязнения и, по всей видимости, являлись носителями контейнеров (зарядов) с БРВ. Фотографии некоторых фрагментов металлических изделий представлены на рисунке (Рисунок 3).

ф-1осколок

Осколок (дюралевый)
b- 8000 част/(мин·см2); МЭД -1,7 мкЗв/ч

PB280005

Задняя часть бомбы
b- 10000 част/(мин·см2); МЭД -1,27 мкЗв/ч

Рисунок 3. Фрагменты металлических изделий

Содержание искусственных радионуклидов на различных участках достигает величин для 90Sr – 0,59 ГБк/кг, 239+240Pu – 0,8 МБк/кг,241Am‑ 2,3 кБк/кг, 137Cs‑ 7,0 кБк/кг. Установлено, что основному загрязнению подверглась площадка 4«А», а основным загрязнителем почвенного покрова является радионуклид 90Sr (Рисунок 4). Однако следует отметить, что существенный вклад в радиационную опасность вносит также активность изотопов плутония. Радиоактивное загрязнение участков неоднородное, а удельная активность отличается друг от друга на несколько порядков. Результаты анализа изотопных соотношений позволяют сделать вывод, что участки радиоактивного загрязнения образованы в результате проведения независимых друг от друга испытаний БРВ.

а) Испытательная площадка 4

4А_Beta_for_Sr

б) Испытательная площадка 4"А"

Рисунок 4. Распределение удельной активности 90Sr, Бк/кг

В 2011 г. проведены исследования для оценки запасов почвы, загрязненных90Sr выше уровня радиоактивных отходов [6]. Были вычислены площади пятен ограниченные, для увеличения коэффициента прочности данной оценки, изолинией 5·104-105 Бк/кг (МЗУА 90Sr составляет 105 Бк/кг). Площади, имеющие уровень загрязнения 90Sr свыше 5·104 Бк/кг на площадке 4, отсутствуют. В пределах площадки 4"А" выделены пятна поверхностного загрязнения 90Sr с удельной активностью более 5·104 Бк/кг, площадь которых находится в диапазоне 0,1-3,2 га. Общая площадь участков составляет более 23 га.

Для оценки характера вертикального распределения 90Sr были проведены исследования в пробах почвы, отобранных послойно на глубину до 70 см. Доказано, что глубина загрязнения почвы 90Srс удельной активностью 5·104 Бк/кг не превышает 40 см (Рисунок 5).

Рисунок 5. Распределение отношений удельной активности 90Sr к максимальной удельной активности 90Sr , зафиксированной на площадке БРВ по глубине

Заключение

По результатам всех работ были проведены расчеты объемов радиоактивных отходов. Оценочный объем РАО (по 90Sr) на сегодняшний день составляет порядка 105м3. Однако следует отметить, что данные расчеты являются оценочными и могут уточняться при дальнейших исследованиях.

Современная радиационная ситуация на площадках 4 и 4"А" в целом стабильна, однако может представлять угрозу населению и домашним животным при нахождении непосредственно на территории площадок.

Для исключения проникновения на территорию домашнего скота территории площадок 4 и 4"А" огорожены периметром физической защиты, представляющим земляной ров. Для ограничения непреднамеренного доступа населения на территорию площадок, выставлены предупреждающие знаки радиационной опасности.

Рецензенты:

Кожебаев Б.Ж., д.с.-х.н., декан Аграрного факультета Семипалатинского государственного университета им. Шакарима, г. Семей.

Арынова Р.А., д.б.н., профессор кафедры животноводства и охотоведения с основами морфологии Семипалатинского государственного университета им. Шакарима, г. Семей.