Статья: Оценка радиационной обстановки в районе расположения АО ГНЦ НИИАР до начала эксплуатации ИЯУ МБИР

Оценка радиационной обстановки в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР» до начала эксплуатации ИЯУ МБИР

Часть 1. Наземные экосистемы

Панов А.В., Исамов Н.Н., Кузнецов В.К., Цыгвинцев П.Н., Гешель И.В.

ФГБНУ ВНИИ радиологии и агроэкологии, Обнинск

Аннотация

Представлен анализ результатов радиационного обследования наземных (природных и аграрных) экосистем в 30-км зоне вокруг АО «ГНЦ - Научно-исследовательский институт атомных реакторов» (АО «ГНЦ НИИАР») до ввода в эксплуатацию многоцелевого реактора на быстрых нейтронах (ИЯУ МБИР). Показано, что за счёт многолетних выбросов в результате работы АО «ГНЦ НИИАР» произошло поступление в окружающую среду преимущественно ¹³⁷Cs, однако большая часть активности радионуклида не вышла за границы санитарно-защитной зоны предприятия. Так, в 2011 г. средняя плотность загрязнения ¹³⁷Cs почвы в санитарно-защитной зоне (0-5 км) составила 11,1+6,5, в зоне наблюдения (5-12,5 км) - 3,1 ±2,3, в зоне влияния (12,5-30 км) - 1,3+0,4 кБк/м². Соотношение ¹³⁷Cs/⁹⁰Sr в почвенном покрове санитарно-защитной зоны максимально - 24,5+19,4, в зоне наблюдения - 8,2±6,8, в зоне влияния близко к уровню глобальных выпадений - 2,0±0,5. В лесных и луговых ценозах более 90% ¹³⁷Cs депонируется в 0-5 сантиметровом слое почвы, на заболоченных участках на глубине до 20 см. Максимальное накопление ¹³⁷Cs в компонентах экосистем отмечено в растительности санитарно-защитной зоны АО «ГНЦ НИИАР» и, в большей степени, в опаде леса. Показано, что в санитарно-защитной зоне в результате сбросов технологических вод в начальный период работы предприятия сформировался участок локального радиоактивного загрязнения площадью 0,12 км² с повышенными активностями в грунтах ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr и ²³⁹,²⁴⁰Pu. За последние 15 лет (2005-2020 гг.) в зонах наблюдения и влияния АО «ГНЦ НИИАР» плотности загрязнения ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr почвенного покрова снижаются в соответствии с законами распада радионуклидов, что говорит об отсутствии значимых выбросов института. Содержание техногенных радионуклидов в сельскохозяйственной и пищевой продукции местного производства полностью отвечает установленным радиологическим стандартам с большими коэффициентами запаса и не оказывает значимого влияния на дополнительное облучение населения района размещения АО «ГНЦ НИИАР». Для оценки воздействия на окружающую среду деятельности института и анализа радиационной безопасности ИЯУ МБИР после ввода реактора в эксплуатацию дан прогноз до 2080 г. уровней загрязнения ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr почв наземных экосистем в пределах 30 км вокруг АО «ГНЦ НИИАР».

Ключевые слова: радиационная безопасность, радиационное обследование, природные экосистемы, аграрные экосистемы, естественные и техногенные радионуклиды, почва, растения, плотность загрязнения, сельскохозяйственная продукция.

радиационный экосистема санитарный загрязнение

Abstract

Radiation situation in the area of the State Scientific Centre "Research Institute of Atomic Reactors" before putting a multi-purpose fast neutron reactor into operation. Part 1. Terrestrial ecosystems Panov A.V., Isamov N.N., Kuznetsov V.K., Tsygvintsev P.N., Geshel I.V. Russian Institute of Radiology and Agroecology, Obninsk

The paper presents results of radiation survey of terrestrial (natural and agrarian) ecosystems in the 30-km zone around the State Scientific Centre "Research Institute of Atomic Reactors" (SSC RIAR, Institute) before the commissioning of the fast neutron reactor MBIR. Due to long-term emissions during the RIAR operation, ¹³⁷Cs was mainly emitted into the environment. The most part of the radionuclide activity never extends beyond the border of the Institute sanitary protection zone. In 2011 the average density contamination of the soil with ¹³⁷Cs was 11.1+6.5 in the sanitary protection zone (0-5 km), 3.1+2.3 in the observation zone (5-12.5 km), 1.3+0.4 kBq/m² in the influence zone (12.5-30 km). The ¹³⁷Cs/⁹⁰Sr ratio is maximum in the soil cover in the sanitary protection zone - 24.5+19.4; it is 8.2+6.8 in the observation zone and it is close to the level of global fallout - 2.0+0.5 in the influence zone. More than 90% of ¹³⁷Cs is deposited in the 0-5 cm soil layer in forest and meadow cenoses and the radionuclide is deposited at a depth of up to 20 cm in a swamp. The highest ¹³⁷Cs concentration was found in ecosystems components: in vegetation in the RIAR sanitary protection zone and, to a greater extent, in forest litter. At the initial period of RIAR operation discharges of process water happened, a piece of land of 0.12 km² was contaminated with ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr and ²³⁹,²⁴⁰Pu. Over the past 15 years (2005-2020), the density of soil contamination with ¹³⁷Cs and ⁹⁰Sr in RIAR zones of observation and influence has been decaying in accordance with the radioactive decay law. It means that no significant emissions from the Institute have been registered. The content of artificial radionuclides in agricultural products and foodstuffs of local production fully meets the established radiological standards and does not have a significant effect on the additional exposure of the population living near RIAR. To assess the impact of the SSC “RIAR" activities on the environment and to assess the radiation safety of the MBIR after putting it in operation, a forecast of ¹³⁷Cs and ⁹⁰Sr contamination levels in soils of terrestrial ecosystems within 30-km around the Institute until 2080 was made.

Key words: radiation safety, radiation survey, natural ecosystems, agrarian ecosystems, natural and artificial radionuclides, soil, vegetation, contamination density, agricultural products.

Введение

Перспективы развития атомной энергетики определяются как решением вопросов обеспечения радиационной безопасности АЭС, так и созданием новых технологий, направленных на замыкание ядерного топливного цикла [1]. Разработка инновационных реакторов на быстрых нейтронах и их совместная работа с широко используемыми тепловыми энергоблоками позволит добиться в атомной энергетике «радиационной эквивалентности», т.е. снижения образования высокотоксичных радиоактивных отходов, а также решить будущую проблему обеспечения АЭС урановым топливом и последовательно утилизировать накопленные ядерные материалы военного назначения [2]. Для достижения этих важнейших экологических целей ведётся активная работа в нескольких направлениях. Уже созданы и успешно эксплуатируются на Белоярской АЭС промышленные реакторы на быстрых нейтронах (БН-600 и БН-800) [3]. На БН-800 к настоящему времени отработана технология использования уран-плутониевого МОКС-топлива. Вблизи Сибирского химического комбината (СХК) строится опытно-демонстрационный энергокомплекс (ОДЭК) с реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300, предприятием по фабрикации и переработки ядерного топлива [2]. На ОДЭК будет отрабатываться технология полного замыкания ядерного топливного цикла. На территории Научно-исследовательского института атомных реакторов (АО «ГНЦ НИИАР») возводится многоцелевой исследовательский ядерный реактор на быстрых нейтронах (ИЯУ МБИР), который является на сегодня самым крупным в мире. На нём планируются международные научные исследования по разработке и испытаниям новых видов материалов, топлива, радиоизотопов и теплоносителей для обоснования двухкомпонентной атомной энергетики также с целью замыкания ядерного топливного цикла [4, 5]. В 2021 г. начата активная фаза строительно-монтажных работ ИЯУ МБИР, а начало эксплуатации реактора запланировано на 2028 г.

Согласно основополагающим международным документам в области обеспечения радиационной безопасности [6], при эксплуатации существующих и строительстве новых радиационно-опасных объектов необходимо доказать отсутствие их негативного влияния на человека и окружающую среду. В районе расположения Белоярской АЭС с наиболее крупным в мире промышленным реактором на быстрых нейтронах БН-800 проведены радиоэкологические исследования такого рода для наземных природных [7] и аграрных экосистем [8]. Мониторинг радиационной обстановки в 30-км зоне вокруг атомной станции до и после начала промышленной эксплуатации БН-800 показал отсутствие значимого влияния нового реактора на поступление техногенных радионуклидов (прежде всего ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и 239+24op_u) в окружающую среду и их накопление в почве, растительности, сельскохозяйственной и пищевой продукции. В районе размещения СХК, где ведётся строительство ОДЭК, также проведено радиоэкологическое обследование природных [9] и аграрных [10] экосистем на уровне техногенного фона. Это позволило оценить многолетнее влияние СХК на радиационную обстановку в регионе размещения БРЕСТ-ОД-300 до начала работы нового реактора.

АО «ГНЦ НИИАР» является одним из старейших в России институтов (работает с 1956 г.), стоявшим у истоков создания атомной отрасли в стране. На базе построенных в АО «ГНЦ НИИАР» в разные годы исследовательских реакторов: СМ (запущен в 1961 г.), ВК-50 (1965 г.), МИР (1966 г.), БОР-60 (1969 г.), РБТ-6 (1975 г.), РБТ-10 (1984 г.) проводятся фундаментальные и прикладные исследования по ядерным технологиям для всех типов, используемых в России промышленных энергоблоков АЭС [11]. Так, исследования на реакторе БОР-60 с натриевым теплоносителем стали научной базой для создания реакторов на быстрых нейтронах типа БН и МБИР [12]. Деятельность АО «ГНЦ НИИАР» сопровождается строго регламентированными выбросами радионуклидов, включающих инертные радиоактивные газы, альфа- и бета-излучающие аэрозоли (в большей степени ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr и ²³⁹'²⁴⁰Pu), а также сбросами радиоизотопов в гидрографическую сеть [11]. Начатое строительство ИЯУ МБИР на площадке АО «ГНЦ НИИАР» ставит задачу комплексно проанализировать многолетнее воздействие выбросов и сбросов института на окружающую среду. Данные по сформировавшемуся техногенному фону в наземных и водных экосистемах в районе размещения АО «ГНЦ НИИАР» станут основой для дальнейшей сравнительной оценки влияния ИЯУ МБИР на человека и биоту.

Целью данной работы является радиоэкологическая оценка состояния наземных экосистем в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР» перед началом эксплуатации ИЯУ МБИР.

Материалы и методы

Анализ радиоэкологической обстановки в природных наземных и аграрных экосистемах района размещения АО «ГНЦ НИИАР» проводили на основе обобщения собственных результатов радиационного обследования 30-км зоны вокруг предприятия в 2011 г., многолетних данных мониторинга Росгидромета вблизи радиационно-опасного объекта [13], годовых отчётов по экологической безопасности института [11] и других научных исследований [14].

АО «ГНЦ НИИАР» расположено в 5,5 км от г. Димитровград (Ульяновская область) и в 5 км от Черемшанского залива Куйбышевского водохранилища р. Волга. Санитарно-защитная зона (СЗЗ) предприятия представляет собой многоугольник с варьированием границ от основного источника выбросов радионуклидов в атмосферу (труба единого вентиляционного центра) в пределах 2,65-4,97 км. Площадь СЗЗ института составляет 35 км². Зона наблюдения (ЗН) является круговой с радиусом 12,5 км [11]. Вся территория наземных экосистем СЗЗ и большей части ЗН покрыта лесом. Сельскохозяйственное производство частично ведётся в ЗН в западном и юго-восточном направлениях. При проведении радиационного обследования пробы компонентов наземных экосистем (почва, сопряжённая с растительностью) отбирали в СЗЗ, ЗН, а также зоне влияния (ЗВ), т.е. возможного воздействия института на окружающую среду в пределах 30-км вокруг предприятия (рис. 1). Все точки отбора проб выбирали с учётом «розы» ветров на разном расстоянии и направлениях от АО «ГНЦ НИИАР» так, чтобы на доминирующих типах почв были представлены основные природные и аграрные экосистемы (табл. 1). Количество точек пробоотбора и их размещение являлось достаточным для пространственной характеристики уровней содержания радионуклидов в почвенно-растительном покрове района расположения радиационно-опасного объекта [15, 16]. Таким образом, обеспечена оценка максимально возможного воздействия АО «ГНЦ НИИАР» на наземные экосистемы. В природных экосистемах и на целинных участках агроэкосистем отбирали верхний слой почвы глубиной 0-10 см, на пашне пахотный горизонт глубиной 0-20 см. Для оценки вертикальной миграции техногенных радионуклидов на представительных участках природных экосистем СЗЗ и ЗН пробы почвы отбирали послойно на глубину до 30 см.

Рис. 1. Карта-схема точек пробоотбора наземных экосистем в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР»: А - в санитарно-защитной зоне, Б - в зоне наблюдения (12,5 км) и зоне влияния (30 км).

Таблица 1 - Количество точек отбора проб наземных экосистем в районе расположения АО «ГНЦ НИИАР»

Одновременно с отбором проб почвы и растительности на контрольных участках измеряли мощность амбиентного эквивалента дозы (МАЭД) и определяли географические координаты. Подготовку образцов почвы, растительности и сельскохозяйственной продукции к анализу на содержание природных (⁴⁰K, ²²⁶Ra, ²³²Th) и техногенных (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs) радионуклидов и измерения проводили в лаборатории радиационного контроля ФГБНУ ВНИИРАЭ. Гамма-излучающие радионуклиды определяли на спектрометре ГАММА-1П с двумя измерительными трактами с полупроводниковыми детекторами из особо чистого германия («ЛСРМ», Россия, «EG&G ORTEC», США) и многоканальном гамма-спектрометре CANBERRA («Canberra Industries, Inc.», США). ⁹⁰Sr из проб выделяли радиохимическим способом. Активность препаратов измеряли на низкофоновом альфа-бета радиометре с кремниевым детектором УМФ-2000 (НПП «Доза», Россия). Относительная погрешность измерений активности радионуклидов составляла 6-15% в зависимости от типа прибора и метода измерения. Расчёт количественного содержания радионуклидов в почве, растительности и зерне проводили на сухую массу, в грибах - на сырой вес. Используемые средства измерений и методики обеспечивали достоверное определение содержания радионуклидов в почве и растениях на уровне значений регионального фона. Статистическая обработка полученных данных заключалась в определении среднего арифметического выборок данных, стандартного отклонения, среднего геометрического, минимальных и максимальных значений.

Результаты

Анализ данных радиационного обследования наземных экосистем в 30-км зоне вокруг АО «ГНЦ НИИАР» показал, что средняя удельная активность в почве основных природных радионуклидов (⁴⁰K, ²²⁶Ra и ²³²Th) на 25-35% ниже, чем аналогичные показатели, представленные в публикации НКДАР ООН [17] для территории России (табл. 2). МАЭД в точках пробоотбора была также значительно меньше верхней границы природного радиационного фона (0,3 мкЗв/ч). Так, в 2011 г. МАЭД варьировала на исследуемой территории в диапазоне 0,06-0,13 мкЗв/ч и по выделенным зонам вокруг радиационно-опасного объекта значимо не отличалась. В СЗЗ МАЭД составляла 0,10+0,02; в ЗН - 0,09+0,01; в ЗВ - 0,11+0,01 мкЗв/ч. По многолетним (2002-2020 гг.) наблюдениям Росгидромета [13] показатель МАЭД в населённых пунктах ЗН и ЗВ АО «ГНЦ НИИАР» был стабилен, варьируя в пределах 0,10-0,13 мкЗв/ч, т.е. близок к результатам обследования 2011 г. За последние 12 лет максимальные уровни МАЭД отмечены на уровне 0,18 мкЗв/ч лишь в ЗН предприятия [11].