ПРИЛОЖЕНИЕ
(СПРАВОЧНЫЕ СВЕДЕНИЯ)

Приложение 1

ФОНОВОЕ РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА

Помимо радиоактивных загрязнений, связанных с деятельностью Производственного объединения «Маяк» (ПО «Маяк»), на территории Уральского региона присутствует и радиоактивность другого происхождения, которую для целей настоящего атласа условно можно считать фоновой. Во-первых, это природная, не связанная с человеческой деятельностью, радиоактивность горных пород, почв, водных объектов и атмосферы. Во-вторых, – радиоактивные загрязнения, связанные с проводившимися в атмосфере ядерными испытаниями. В третьих – это загрязнения, возникшие в результате аварии на Чернобыльской атомной электростанции и других радиационных инцидентов. Максимальные плотности этих загрязнений и создаваемые ими дозы облучения значительно меньше, чем максимальные (например, характерные для центральных частей ВУРСа и Карачаевского следа) значения плотностей и доз облучения, обусловленных деятельностью ПО «Маяк».

До аварии 1957 г. и возникновения Восточно-Уральского радиоактивного следа радиационный фон был незначительным. На момент образования Карачаевского следа (1967 г.), фоновое загрязнение было связано с глобальными выпадениями в результате ядерных испытаний и не превышало 0,15 Ки/км² для ¹³⁷Cs и 0,09 Ки/км² для ⁹⁰Sr. В 1986 г. к фону добавилось загрязнение, связанное с Чернобыльской аварией.

Природная радиоактивность

Естественные радиоактивные элементы – уран, торий и калий – возникли в результате реакций синтеза ядер при образовании солнечной системы. Природный уран состоит из двух изотопов: ²³⁸U (99,3 %) и ²³⁵U (0,7 %), имеющих периоды полураспада 4,5 млрд лет и 0,71 млрд лет соответственно. Природный торий практически полностью состоит из изотопа ²³²Th, имеющего период полураспада 13,9 млрд лет, с незначительной примесью ²²⁸Th. Калий состоит из трёх изотопов: радиоактивного ⁴⁰K (0,0119 %) и двух стабильных – ³⁹K (93,08 %) и ⁴¹K (6,91 %).

Среднее содержание урана, тория и калия в земной коре составляет 2,5·10^-4 %, 13,0·10^-4 % и 2,5 % соответственно. Оно в значительной мере зависит от типа горных пород. Содержание естественных радиоактивных элементов в почвах определяется радиоактивностью исходных материнских пород и совокупностью последующих процессов почвообразования. Средние содержания радиоактивных элементов в почвах характеризуются следующими значениями: уран – 1,6·10-4 %, торий – 6·10-4 % и калий – 1,4 %, что ниже средней радиоактивности таких типичных почвообразующих пород, как глины, песчаники, сланцы. Как правило, радиоактивность чернозёмных и каштановых почв выше, чем лесных и подзолистых. Максимальные содержания урана, тория и калия соответствуют почвам, развитым на кислых магматических породах и глинах.

Природная радиоактивность атмосферы в основном связана с инертным радиоактивным газом радоном (²²²Rn) и продуктами его радиоактивного распада. Радон-222 имеет период полураспада 3,8 суток и образуется в результате распада радия (²²⁶Ra). В свою очередь ²²⁶Ra является членом уранового радиоактивного ряда, поэтому содержание радона-222 в атмосфере определяется пространственным распределением урана в почвах и горных породах, а также климатическими и почвенными характеристиками, влияющими на газообмен между почвой и атмосферой. Концентрация ²²²Rn в нижнем слое атмосферы толщиной 300 м над Европейской частью бывшего СССР, определенная для бесснежного периода, характеризуется значением 0,4–0,7 Бк/м³. Примерно по 55° с.ш. можно провести условную границу двух зон с различными концентрациями радона-222: в северной зоне значения изменяются в пределах 0,4–3,5 Бк/м³, а в южной – 3,5–7,4 Бк/м³. Содержание ²²²Rn в атмосфере довольно изменчиво.

Коэффициент вариации средней концентрации обычно составляет 35–60 %.

Достигающее Земли космическое излучение делится на первичное и вторичное. Первичное излучение имеет галактическое и солнечное происхождение, вторичное представляет собой продукты реакции и взаимодействия первичных космических лучей с атмосферой Земли. Интенсивность космического излучения зависит от геомагнитной широты и возрастает с увеличением высоты над уровнем моря. Величина его суточных вариаций обычно не превышает 1,0–1,5 %, сезонные колебания в умеренных широтах достигают 2–3 %, в высоких широтах – 5 %.

Радиоактивное загрязнение в результате ядерных испытаний в атмосфере

При проведении испытаний ядерного оружия в атмосфере в ее верхнюю часть – стратосферу было занесено довольно значительное количество мелкодисперсных (размером в единицы или доли мкм) радиоактивных частиц. В результате осаждения этих частиц на земную поверхность сформировались обширные области низкоуровневого радиоактивного загрязнения, относительно равномерно распределенные по обширной широтной зоне северного полушария (глобальные выпадения). Поскольку осаждение частиц из стратосферы происходит достаточно медленно, глобальные выпадения формировались в течение многих недель, месяцев и даже лет после породивших их ядерных взрывов. По этой же причине характерной особенностью выпадений является смешение в их составе радиоактивных продуктов различных взрывов. Из-за длительности процесса осаждения в составе выпадений отсутствуют быстро распадающиеся (короткоживущие) радиоактивные продукты ядерных взрывов. Присутствуют главным образом ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Ce, ⁹⁵Zr+⁹⁵Nb, в небольших количествах были обнаружены ⁵⁴Mn, ¹⁰⁹Cd, ¹¹³Cd, ¹⁰²Rh, тритий, изотопы плутония и некоторые другие радионуклиды.

Радиоактивное загрязнение поверхности Земли глобальными выпадениями происходило в основном после 1957 г.; уровни загрязнения возрастали вплоть до 1964 г. После подписания в 1963 г. Московского договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой проведение атмосферных ядерных взрывов прекратили СССР и США, но в течение некоторого времени такие взрывы продолжали проводить Франция (до 1974 г.) и Китай (до 1980 г.) В 1964–1980 гг. уровни глобального загрязнения изотопом ¹³⁷Cs оставались примерно постоянными за счёт установившегося равновесия между его радиоактивным распадом и новыми выпадениями из атмосферы в результате французских и китайских испытаний. В последующие годы уровень загрязнения начал снижаться (Израэль, 1996).

Наиболее важными составляющими глобальных выпадений из-за значительного периода полураспада, а следовательно, длительности создаваемого воздействия являются радиоактивные изотопы ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. В 1968–1973 гг. на территории СССР было проведено обследование (съёмка) загрязнения ¹³⁷Cs.

Методом аэрогаммаспектральной (самолётной) съёмки (Коган и др., 1991; Пегоев, 2010) были обследованы равнинные и слабо-гористые районы, составлявшие около 80 % территории страны. В высокогорных районах, примерно на 10 % территории страны, исследования проводили методом наземной гамма-спектрометрии. По результатам этих работ были определены закономерности распределения цезия-137 в выпадениях и построена карта уровней цезиевого загрязнения территории СССР. Максимальные уровни загрязнения наблюдали в широтном поясе 50–60° с.ш. К югу и к северу от этого пояса уровни постепенно снижаются. Однако существуют и отклонения от этой закономерности: уровни загрязнения повышаются по мере приближения к горным системам и по мере увеличения количества атмосферных осадков (Болтнева и др., 1977; Коган и др., 1991).

Стронциевое загрязнение, в отличие от цезиевого, нельзя исследовать гамма-спектральным методом, поскольку ⁹⁰Sr является не гамма, а бета-излучателем. На основании отбора проб почв и проведения их гамма-спектрометрического и радиохимического анализа было установлено, что соотношение между содержанием ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в глобальных выпадениях является постоянной величиной. Плотность загрязнения стронцием-90 составляет 0,6 плотности загрязнения цезием-137, определенной по гамма-излучению ¹³⁷Cs. Таким образом, плотность загрязнения территории ¹³⁷Cs легко может быть пересчитана в плотность загрязнения ⁹⁰Sr (Коган и др., 1991). Поскольку периоды полураспада ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr являются близкими величинами, то указанное соотношение сохраняется на любой год для территорий, затронутых только глобальными выпадениями (т.е. в отсутствие других радиоактивных загрязнений).

При проведении ядерных испытаний, в результате атмосферного переноса и последующего выпадения радионуклидов, на земной поверхности формировались радиоактивные следы различной протяжённости, не имеющие характера глобальных загрязнений. На территории Уральского региона такие следы не зафиксированы.

Радиоактивное загрязнение в результате аварии на Чернобыльской атомной электростанции

Авария на четвёртом энергоблоке Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. началась с мощного теплового взрыва в активной зоне реактора, который стал причиной первоначального выброса частиц ядерного топлива и радионуклидов, накопившихся к этому моменту в реакторе. Возникший после взрыва и поддерживаемый энергией распада радионуклидов в реакторе пожар графитовой кладки способствовал непрерывному выбросу в атмосферу мощной струи газообразных и аэрозольных радиоактивных продуктов. Ликвидация пожара привела к значительному сокращению выброса радиоактивности в атмосферу, которое произошло на одиннадцатые сутки после начала аварии.

В течение мая 1986 г. были проведены работы по установлению радионуклидного состава загрязнения различных компонентов природной среды. В атмосфере был зарегистрирован широкий набор радионуклидов: ⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr, ⁹¹Y, ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ⁹⁹Mo, ¹⁰³Ru, ¹⁰⁶Ru, ¹²⁵Sb, ¹³¹I, ¹³²Te, ¹³²I, ¹³⁴Cs, ¹³⁶Cs, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁰Ba, ¹⁴⁰La, ¹⁴¹Ce, ¹⁴⁴Ce, ²³⁹Np и др. В пробах почвы, отобранных через несколько дней после аварии, были идентифицированы перечисленные выше радионуклиды, а также изотопы ²³⁸Pu, ^239,240Pu, ²⁴¹Pu, ²⁴¹Am, ²⁴²Cm, ²⁴⁴Cm.

Учитывая короткие периоды полураспада большинства перечисленных выше радионуклидов, через 2–3 года значимыми остались только загрязнения ⁹⁰Sr (период полураспада 28,6 лет), ¹³⁷Cs (30,2 г.), ²³⁸Pu (86,4 г.), ^239,240Pu (24 110 лет и 6 553 г.), ²⁴¹Am (433 г.). С учётом низкой летучести ⁹⁰Sr и трансурановых изотопов, радионуклидом, определяющим современную радиационную обстановку в чернобыльском выбросе на удалении в 100 и более километров от аварийного реактора, оказался ¹³⁷Cs (Израэль, 1996).

Рис. 1. Карта загрязнения радионуклидом ¹³⁷Cs территории России в пересчёте на 1986 г. (Национальный..., 2007)

Характер и структура выпадений радионуклидов на земную поверхность определялись долговременным (11 суток) характером выхода радионуклидов из поврежденного реактора и изменениями метеорологической обстановки: скорости и направления ветрового переноса, интенсивности вымывания радионуклидов из атмосферы осадками. Исследование радиоактивного загрязнения выявило значительную пятнистость зон загрязнения, обусловленную выпадением в ряде мест интенсивных дождевых осадков.

В 1988–1993 гг. были реализованы широкомасштабные работы по радиационному мониторингу территории Европейской части России, Урала и Западной Сибири. Для этого использовался метод аэрогаммаспектральной съёмки в сочетании с отбором и лабораторным анализом проб почвы. Спектрометры, использовавшиеся при аэрогаммаспектральной съёмке, эталонировались на калибровочных площадках, содержание радионуклидов на которых было аттестовано органами Госстандарта.

Съёмкой была охвачена территория общей площадью 7,76 млн км² (Коган и др., 1991; Израэль, 1996). По итогам этой работы для наиболее загрязнённых (уровни загрязнения более 1 Ки/км²) территорий России были созданы карты загрязнения цезием-137 в масштабе 1:500 000, утвержденные в 1995 г. Межведомственной комиссией по радиационному мониторингу окружающей среды.

Для территорий с уровнями загрязнения менее 1 Ки/км² были построены карты загрязнения цезием-137 в масштабе 1:1 000 000 и 1:2 500 000. Эти карты характеризуют загрязнения на удалении в 500 и более километров от Чернобыльской АЭС. Карты цезиевого загрязнения, наряду с другими картографическими и информационными материалами, вошли в атласы радиоактивного загрязнения России, Украины, Белоруссии и европейских стран (Атлас загрязнения, 1998; Атлас радиоактивного загрязнения, 1998; Атлас, 2009) и в Национальный атлас России (Национальный..., 2007).

На территории Уральского региона аэрогаммаспектральная съёмка была выполнена Производственным геологическим объединением «Аэрогеология» в 1991 г.

Цезиевые загрязнения чернобыльского происхождения представляют собой два простирающихся с запада на восток следа, которые выделяются по изолинии 0,1 Ки/км² на территории Свердловской и Тюменской областей (рис. 2). Наиболее интенсивное загрязнение цезием-137 наблюдаются в пределах южного следа, проходящего через города Екатеринбург и Тюмень. Здесь значения загрязнения в центре следа в 1986 г. достигали 0,3–0,5 Ки/км². Интенсивность загрязнения в центре второго следа, расположенного на севере Свердловской области, не превышала 0,3 Ки/км². К 2012–2013 гг., в результате радиоактивного распада ¹³⁷Cs, уровни загрязнения уменьшились по сравнению с 1986 г. почти вдвое.

Рис. 2. Загрязнение радионуклидом ¹³⁷Cs территорий Свердловской, Челябинской, Курганской и Тюменской областей по данным аэрогаммаспектральной съёмки, в пересчёте на 10 мая 1986 г. (дата окончания выпадений в результате Чернобыльской аварии). На карте отражены загрязнения как чернобыльского, так и глобального происхождения. Загрязнение в зоне влияния ПО «Маяк» показано схематически

<<< Наверх