Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ОЦЕНКА РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА УСЛОВНО «ФОНОВЫХ» ТЕРРИТОРИЙ СЕМИПАЛАТИНСКОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ПОЛИГОНА

Ларионова Н.В. 1 Лукашенко С.Н. 1
1 Филиал «Институт радиационной безопасности и экологии» Республиканского Государственного предприятия «Национальный ядерный центр» Республики Казахстан

В статье представлены результаты исследования параметров накопления искусственных радионуклидов растениями и оценка радиоактивного загрязнения растительного покрова условно «фоновых» территорий Семипалатинского испытательного полигона (СИП). Приведены количественные данные параметров накопления радионуклидов 137Cs, 90Sr и 239+240Pu растениями (коэффициенты накопления – Кн). Получен ряд радионуклидов по их способности к накоплению растениями: Кн 90Sr > Кн 137Cs > Кн 239+240Pu. Установлены средние величины Кн 137Cs, 90Sr и 239+240Pu для условно «фоновых» территорий СИП, которыми принято считать средние геометрические (GM) – Кн 90Sr = 0,25; Кн 137Cs = 0,030; Кн 239+240Pu = 0,019. Предложены рекомендации и выполнена оценка радиоактивного загрязнения растительного покрова с использованием Кн, правильность которой подтверждена фактическими данными.

коэффициенты накопления (кн)
растения
почвы
pu-239+240
am-241
sr-90
cs-137
радиоактивное загрязнение
радиоэкология
семипалатинский испытательный полигон (сип)
1. Активность радионуклидов в объемных образцах. Методика выполнения измерений на гамма-спектрометре: МИ 2143-91. - Введ. 1998-06-02. - Рег. № 5.06.001.98. – М. : НПО ВНИИФТРИ, 1991. - 18 с.
2. Ларионова Н.В. Параметры накопления техногенных радионуклидов растениями на различных участках бывшего СИП // Н.В. Ларионова, С.Н. Лукашенко // Тобольск научный - 2012: IX Всероссийская (науч.-практическая конф. с междунар. участием), 9-10 ноября 2012 г. – Тюмень : ОАО «Тюменский изд. дом», 2012. – С. 32-36.
3. Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного бета-спектрометра с программным обеспечением «Прогресс». - Менделеево, 2004. - 20 с.
4. Методика определения содержания искусственных радионуклидов плутония-(239+240), стронция-90 в объектах окружающей среды (почвах, грунтах, донных отложениях и растениях) : Алматы, 2010. - 25 с.
5. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Quantification of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments for radiological assessments, IAEA -TECDOC-1616. – Vienna : IAEA, 2009.

Оценка радиоактивного загрязнения растительного покрова – один из важнейших этапов при проведении радиоэкологических работ, так как растения являются неотъемлемой частью пищевой цепи «почва-растение-животное-человек». Определяющим параметром в этом случае выступает удельная активность радионуклидов в надземной части растений, которая может быть установлена непосредственно прямым измерением или рассчитана на основании удельной активности радионуклидов в почве. Для количественной оценки поступления радионуклидов из почвы в растения используется один из наиболее широко применяемых показателей – коэффициент накопления (Кн) – отношение содержания радионуклида в единице массы растений и почвы соответственно.

Учитывая большую площадь Семипалатинского испытательного полигона (СИП), которая составляет 18 300 км2, более экономически выгодно для оценки радиоактивного загрязнения растительного покрова использовать именно Кн. Исходя из природы процессов, происходящих при проведении ядерных испытаний либо испытаний с использованием радиоактивных веществ, обусловивших характер радиоактивного загрязнения различных территорий СИП, можно предположить, что Кн для них могут существенно различаться. Чтобы получить достоверные средние значения Кн радионуклидов для всех территорий СИП, их исследование должно основываться на учете видов проведенных испытаний и механизмов формирования радиоактивного загрязнения.

Средние значения Кн радионуклидов 137Cs, 90Sr, 239+240Pu и 241Am на территории СИП ранее были получены для эпицентров наземных испытаний, «следов» радиоактивных выпадений, зон радиоактивных водотоков и мест испытаний боевых радиоактивных веществ (БРВ) [4] (табл. 1).

Таблица 1

Средние значения коэффициентов накопления (Кн) радионуклидов 137Cs, 90Sr, 239+240Pu и 241Am для отдельных территорий СИП

Территории СИП

Средние значения Кн радионуклидов

137Cs

90Sr

239+240Pu

241Am

n = 275

n = 276

n = 159

n = 96

Эпицентры наземных испытаний

0,0028

0,023

0,0014

0,00052

«Следы» радиоактивных выпадений

0,020

0,026

0,0068

0,0056

Зоны радиоактивных водотоков

0,20

1,7

0,0059

-

Места испытаний БРВ

-

1,2

-

-

n – общее число случаев

Основной целью данной работы стало обобщение средних Кн и оценка радиоактивного загрязнения растительного покрова условно «фоновых» территорий СИП.

Материалы и методы исследования

Для получения Кн на условно «фоновых» территориях СИП всего было заложено 55 исследовательских площадок: 14 – в «северной» его части, 22 – в «западной» и 19 – в «юго-восточной» (рис. 1). На каждой площадке произведен отбор смешанной пробы почвы (методом «конверта» на глубину 5 см) и надземной части растений (площадь отбора ~ 2 кв. м). Травостой представлен степным разнотравьем с доминированием ковылей (Stipa capillata, S. sareptana, S. lessingiana), типчака (Festuca valesiaca) и полыней (Artemisia gracileccens, A. frigida). Для прямой оценки радиоактивного загрязнения растительного покрова дополнительно заложено 15 исследовательских площадок в «южной» части СИП (рис. 1): на 10 произведен отбор надземной части растений, представленных двумя видами (ковыль (Stipa sareptana) и полынь (Artemisia gracileccens)), на 5 – смешанных образцов степного разнотравья.

Рис. 1. Схема территории СИП

Определение удельной активности радионуклидов 137Cs и 241Am [1] проводилось на гамма-спектрометре Canberra GX-2020, 90Sr и 239+240Pu [6] – радиохимическим выделением с последующим измерением на бета-спектрометре TRI-CARB 2900 TR и альфа-спектрометре Canberra (мод. 7401) соответственно. Концентрация радионуклидов в растениях определялась в золе, с последующим пересчетом на сухое вещество. Предел обнаружения по 137Cs составлял 1 Бк/кг (для проб растений) и 4 Бк/кг (для проб почвы), 241Am – 0,02 и 0,5 Бк/кг, 239+240Pu – 0,1 и 1 Бк/кг, 90Sr – 1 и 5 Бк/кг соответственно. Дополнительно для определения 90Sr применяли бета-спектрометр «Прогресс» [5], предел обнаружения по 90Sr составил 100 Бк/кг. Погрешность измерений для 137Cs и 241Am не превышала 10-20%, 90Sr – 15-25%, 239+240Pu – 30%.

 

Результаты исследования и их обсуждение

Коэффициенты накопления (Кн) для условно «фоновых» территорий СИП

По данным проведенного радионуклидного анализа, значения удельной активности 137Cs в почвах «северной», «западной» и «юго-восточной» территорий составили от 4,5 до 110 Бк/кг, 241Am – не превысило 17 Бк/кг. Содержание в почвах радионуклидов 90Sr и 239+240Pu в отдельных случаях достигало 200 Бк/кг (табл. 2).

Таблица 2

Удельная активность радионуклидов в почвах

Территория

Диапазон значений удельной активности, Бк/кг

137Cs

90Sr

241Am

239+240Pu

min

max

min

max

min

max

min

max

«Северная» часть СИП

24±1

110±2

-*

13±6,4

0,5±0,2

7,3±0,4

6,2±0,3

14,2±0,7

«Западная» часть СИП

4,5±0,5

79±2

-*

28±8

-*

17±4

-*

101±6

«Юго-восточная» часть СИП

24±2

87±2

-*

200±10

-*

5,3±0,5

1,7±0,2

190±6

* – ниже предела обнаружения

Значения Кн получены для радионуклидов 137Cs, 90Sr и 239+240Pu, для 241Am – установить не удалось из-за отсутствия количественных величин удельной активности данного радионуклида в растениях (табл. 3).

Таблица 3

Коэффициенты накопления (Кн) 137Cs, 90Sr и 239+240Pu

Радионуклиды

n

min – max

GM

GSD

AM

SD

«Северная» часть СИП

137Cs

15

0,003 – 0,056

0,014

2,6

0,020

0,016

90Sr

1

239+240Pu

9

0,012 – 0,095

0,024

2,1

0,033

0,031

«Западная» часть СИП

137Cs

12

0,01 – 0,15

0,034

2,6

0,052

0,050

90Sr

3

0,15 – 1,73

0,53

3,4

0,81

0,82

239+240Pu

13

0,002 – 0,21

0,018

4,1

0,042

0,060

«Юго-восточная» часть СИП

137Cs

13

0,012 – 0,3

0,063

2,8

0,10

0,10

90Sr

14

0,0079 – 0,84

0,22

4,2

0,39

0,29

239+240Pu

11

0,00075 – 0,11

0,018

3,6

0,031

0,031

n – число случаев; GM – среднее геометрическое, GSD – стандартное отклонение от среднего геометрического, AM – среднее арифметическое, SD – стандартное отклонение среднего арифметического

Результаты показывают, что параметры накопления радионуклидов растениями на перечисленных условно «фоновых» территориях СИП изменяются в широких пределах. Диапазон значений Кн 137Cs варьирует до 2-х порядков, 90Sr и 239+240Pu достигает 3-х порядков. В наибольшей степени в растениях накапливается радионуклид 90Sr, в наименьшей степени – 239+240Pu. Для большей наглядности проведено обобщение всех полученных данных по Кн для условно «фоновых» территорий. Сравнительное распределение полученных Кн 137Cs, 90Sr и 239+240Pu представлено в виде гистограммы частоты встречаемости их значений, выраженных в виде десятичных логарифмов (lg Кн) (рис. 2).

Рис. 2. Распределение значений lg Кн 137Cs, 90Sr и 239+240Pu

Представленная гистограмма наглядно демонстрирует, что накопление всех исследуемых радионуклидов изменяется в следующем ряду убывания:

Кн 90Sr > Кн 137Cs > Кн 239+240Pu.

Для количественной оценки разницы в накоплении радионуклидов растениями рассчитаны отношения: Кн 90Sr / Кн 137Cs ≈ 8,3; Кн 137Cs / Кн 239+240Pu ≈ 1,6.

Таким образом, если накопление радионуклида 90Sr растениями принять за единицу, то установленный ряд убывания имеет следующий вид:

Кн 90Sr

Кн 137Cs

Кн 239+240Pu

1

 

0,12

 

0,075

Характер распределения lg Кн для условно «фоновых» территорий близок к нормальному, поэтому в качестве средних величин Кн наиболее верно будет использовать средние геометрические (GM): Кн 137Cs = 0,030; Кн 90Sr = 0,25; 239+240Pu = 0,019.

Рекомендации по оценке радиоактивного загрязнения растительного покрова

Учитывая разницу в Кн для различных территорий СИП, для оценки радионуклидного загрязнения растительного покрова рекомендуется выделение собственно условно «фоновых» территорий, а также участков, сформировавшихся в результате наземных испытаний, радиоактивных выпадений, выноса радионуклидов с водотоками и проведения испытаний БРВ.

В случае исследования радионуклидного загрязнения растительного покрова территории, сформировавшегося в результате наземных испытаний, рекомендуется использовать Кн, полученные для эпицентров наземных испытаний: Кн 137Cs – 0,0028; 90Sr – 0,023; 239+240Pu – 0,0014; 241Am – 0,00052. Для оценки радионуклидного загрязнения растительного покрова, сформировавшегося в результате радиоактивных выпадений, рекомендуется использовать Кн, полученные для так называемых следов радиоактивных выпадений: Кн 137Cs – 0,020; 90Sr – 0,026; 239+240Pu – 0,0068; 241Am – 0,0056. Оценку радионуклидного загрязнения растительного покрова в зонах выноса радионуклидов с водотоками рекомендуется проводить с использованием Кн, полученных в зонах радиоактивных водотоков штолен: Кн 137Cs – 0,20; 90Sr – 1,7; 239+240Pu – 0,0059. В качестве Кн 90Sr для мест испытания БРВ рекомендуется использовать значение 1,2 (табл. 1).

На условно «фоновых» территориях для оценки радионуклидного загрязнения растительного покрова рекомендуется использовать Кн, полученные в «северной», «западной» и «юго-восточной» частях СИП: Кн 137Cs – 0,030; 90Sr – 0,25; 239+240Pu – 0,019. Эти же значения Кн 137Cs и 239+240Pu рекомендуется использовать на участках проведения испытаний БРВ, поскольку предполагается, что данная территория загрязнена лишь радионуклидом 90Sr.

Из-за отсутствия количественных величин Кн 241Am для условно «фоновых» территорий, зон радиоактивных водотоков и мест испытания БРВ в качестве средних значений рекомендуется использовать значение 0,002, приведенное для пастбищных трав на характерных для территории СИП суглинистых почвах в материалах МАГАТЭ (2009 г.) [7].

Оценка радиоактивного загрязнения растительного покрова условно «фоновых» территорий СИП

Для оценки радиоактивного загрязнения условно «фоновых» территорий рассмотрена «южная» часть СИП (рис. 1), для которой, по данным площадного распределения радионуклидов в почве, выделено две зоны: 1 – зона «следа» радиоактивных выпадений и 2 – непосредственно условно «фоновые» территории (рис. 3).

Рис. 3. Схема расположения исследовательских площадок

Для теоретической оценки радионуклидного загрязнения растительного покрова 1-й зоны «южной» части СИП использованы Кн, полученные ранее для «следов» радиоактивных выпадений, 2-й зоны – для условно «фоновых» территорий СИП. В качестве средних значений Кн 241Am из-за отсутствия количественных величин для условно «фоновых» территорий использованы Кн данного радионуклида, приведенные в материалах МАГАТЭ (2009 г.) [7]. Учитывая принятые значения Кн и средние значения удельной активности (УА) радионуклидов в почве, рассчитано среднее содержание 137Cs, 90Sr, 239+240Pu и241Am в растениях (табл. 4).

Таблица 4

Расчет удельной активности искусственных радионуклидов в растениях

Зона

Средние значения

Искусственные радионуклиды

137Cs

90Sr

239+240Pu

241Am

1

Кн

0,020

0,026

0,0068

0,0056

Средняя УА в почве, Бк/кг

44,5

31,6

19,3

1,4

Расчетная УА в растениях, Бк/кг

0,89

0,082

0,1

0,0078

2

Кн

0,030

0,25

0,019

0,002

Средняя УА в почве, Бк/кг

20,3

14,4

4,6

0,7

Расчетная УА в растениях, Бк/кг

0,6

3,6

0,087

0,0014

Для оценки правильности представленного расчета для исследуемой территории «южной» части СИП получены значения удельной активности 137Cs, 90Sr и 241Am в дополнительно отобранных 15 пробах растений. В таблице 5 представлены значения удельной активности радионуклидов 137Cs, 90Sr и 241Am в отобранных пробах растений, средние значения удельной активности данных радионуклидов в растениях (при расчете значения ниже предела обнаружения приняты за количественные) и средние расчетные значения.

Таблица 5

Удельная активность радионуклидов 137Cs, 90Sr и 241Am в растениях

Зона

Точка отбора

Растения

Удельная активность (УА) радионуклидов, Бк/кг

241Am

137Cs

90Sr

1

1

ковыль

< 0,2

0,5 ± 0,1

< 100

полынь

< 0,1

0,8 ± 0,2

< 100

2

ковыль

< 0,4

< 0,7

< 100

полынь

< 0,6

< 2,3

< 100

3

полынь

< 0,1

< 0,13

< 100

ковыль

< 0,1

< 0,2

< 100

4

ковыль

< 0,1

< 0,4

< 100

полынь

< 0,4

< 1

< 100

Средняя УА в растениях, Бк/кг

0,25

0,75

100

Расчетная УА в растениях, Бк/кг

0,0078

0,89

0,082

2

5

ковыль

< 0,1

< 0,1

3 ± 0,7

полынь

< 0,1

< 0,5

< 100

6

ковыль

< 0,1

< 1

< 100

полынь

< 0,1

< 0,7

< 100

7

ковыль

< 0,2

< 1

< 100

полынь

< 0,1

2,3 ± 0,5

< 100

8

ковыль

< 0,1

< 0,4

< 100

полынь

< 0,7

2,3 ± 0,5

< 100

9

ковыль

0,33 ± 0,07

< 0,1

12 ± 2

полынь

< 0,1

< 0,3

8,3 ± 1,2

10

ковыль

< 0,1

1,2 ± 0,2

< 100

полынь

< 0,2

1,4 ± 0,3

< 100

11

разнотравье

< 0,084

< 0,5

-

12

разнотравье

< 0,099

< 0,2

-

13

разнотравье

< 0,08

< 0,3

-

14

разнотравье

< 0,2

< 0,2

-

15

разнотравье

< 0,068

< 0,4

-

Средняя УА в растениях, Бк/кг

0,16

0,76

77

Расчетная УА в растениях, Бк/кг

0,0014

0,6

3,6

- данные отсутствуют

Полученные значения удельной активности радионуклидов в отобранных пробах растений для «следа» радиоактивных выпадений (1-я зона) оказались практически сравнимы с установленными средними значениями удельной активности, полученными в ходе теоретического расчета. Непосредственно же для условно «фоновых» территорий (2-я зона) отдельные значения удельной активности радионуклидов в отобранных пробах растений в некоторых случаях превышают среднюю расчетную удельную активность радионуклидов в растениях. Данное обстоятельство может быть связано с неравномерностью содержания радионуклидов в растительном покрове и характеризует возможные повышенные (или максимальные) значения их удельной активности в растениях на исследуемой территории. Однако в абсолютном большинстве случаев полученные значения удельной активности радионуклидов в отобранных пробах растений находятся ниже пределов обнаружения используемой аппаратуры и не противоречат расчетным величинам.

Выводы

По результатам проведенных исследований установлено, что для условно «фоновых» территорий СИП диапазон значений Кн 137Cs варьирует до 2 порядков, 90Sr и 239+240Pu достигает 3 порядков. Ряд убывания радионуклидов по их способности к накоплению растениями имеет следующий вид: Кн 90Sr > Кн 137Cs > Кн 239+240Pu. Значения Кн 90Sr в среднем в 8,3 раза превышают Кн 137Cs и до 13 раз Кн 239+240Pu.

В качестве средних величин Кн 137Cs, 90Sr и 239+240Pu для условно «фоновых» территорий СИП принято считать средние геометрические (GM) – Кн 90Sr = 0,25; Кн 137Cs = 0,030; Кн 239+240Pu = 0,019. Предложенные рекомендации и оценка радиоактивного загрязнения растительного покрова с использованием Кн оправдывают себя, подтверждены фактическими данными и являются оптимальными.


Библиографическая ссылка

Ларионова Н.В., Лукашенко С.Н. ОЦЕНКА РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА УСЛОВНО «ФОНОВЫХ» ТЕРРИТОРИЙ СЕМИПАЛАТИНСКОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ПОЛИГОНА // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 3.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=24761 (дата обращения: 30.07.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074