Приложение 5

Исследования по загрязнению почв изотопами плутония в разное время проводили: ОНИС ПО «Маяк» (1958 г. – до настоящего времени), МП «РЭМ» организацим «Союз Чернобыль» (1992 г.), ГЕОХИ РАН (1980–1983 гг.), Челябинский центр Уралгидромета (начиная с конца 70-х гг.), ИГКЭ РАН и Росгидромета (2010–2012 гг.). Наиболее широкие совместные исследования пространственного распределения плутония в почвах провели ОНИС и Челябинский центр Уралгидромета.

Основными источниками загрязнения плутонием окружающей среды в зоне влияния ПО «Маяк» являются:

1. Аварийные ситуации 1957 г. (взрыв ёмкости с радиоактивными отходами, что обусловило образование Восточно-Уральского радиоактивного следа) и 1967 г. (ветровой разнос активности с берегов оз. Карачай).
2. Регламентные технологические выбросы плутония в атмосферу из труб действующих производств объединения и сбросы в водные объекты.
3. Ветровой подъём плутония с участков загрязнённой территории промышленной площадки и санитарно-защитной зоны предприятия, а также головной части Восточно-Уральского радиоактивного следа.

Плотность загрязнения почвы плутонием на большей части территории вокруг промзоны составляет от 0,0027 до 0,0216 Ки/км². Повышенные уровни загрязнения от 0,0216 до 0,2160 Ки/км² наблюдаются на территории, прилегающей к санитарно-защитной зоне (СЗЗ), подвергшейся загрязнению в 1957 и 1967 гг.

За период наблюдений ОНИС и Челябинского центра (с 1980 по 2004 гг.) не было отмечено увеличения значений плотности загрязнения почв плутонием (Бакуров, Ровный, 2006).

Материалы проведённых исследований (ОНИС ПО «Маяк», Челябинский центр Уралгидромета, МП «РЭМ», ГЕОХИ РАН, ИГКЭ) свидетельствуют о следующем.
1. Данные разных исследований загрязнённости территории зоны влияния ПО «Маяк» плутонием существенно отличаются (табл. 1). Авторы отчёта МП «РЭМ» полагают, что приведённые расхождения обусловлены тем, что распределение плутония в зоне влияния ПО «Маяк» весьма неравномерное и носит пятнистый характер. При этом реальная зона распространения радиоизотопов плутония вокруг ПО «Маяк» превышает 100 км.

Таблица 1

Данные разных исследований по содержанию изотопов плутония в почве зоны воздействия ПО «Маяк»

2. В отчёте МП «РЭМ» приведены результаты анализа на содержание изотопов плутония в поверхностном 10-сантиметровом слое почвы в радиусе от 40 до 60 км от промзоны ПО «Маяк». По результатам анализов образцов почвы, которые были отобраны в 1975–1976 гг. изотопный состав плутония практически был постоянен на всей обследованной территории и соответствовал изотопам плутония-239 и 240.

Доля плутония-238 составляла около 2 % суммарной активности изотопов 239 и 240. В последующие годы после пуска завода РТ (по регенерации отработанного ядерного топлива) заметно увеличивается вклад плутония-238. Уже в 1978 г. доля плутония-238 на некоторых участках площади достигла 8–10 % суммы всех изотопов плутония. Рост вклада плутония-238 наблюдался и в последующие годы как следствие переработки ТВЭЛов реакторов ВВРЭ 440, в которых активность плутония-238 может двукратно превышать активность плутония-239+240.

Из результатов опробования вблизи границы санитарно-защитной зоны (СЗЗ) следует, что к 1990 г. активность плутония-238 в два раза превысила активность по сумме изотопов плутония-239+240. При этом следует отметить, что на контрольной точке № 14 Челябинской СЭС (вблизи промзоны) загрязнение почв плутонием по сумме всех трёх изотопов с 1988 по 1990 гг. выросло в 4,9 раза, достигнув величины 8 600 пкКи/кг. Пробы, отобранные в 1992 г. вблизи этой точки на глубину 10 см, показали активность 28 000 Бк/м² по сумме всех трёх изотопов (Бакуров, Ровный, 2006).

3. Плотности загрязнения почв плутонием-239+240 для большинства проб в центральной части ВУРСа превышают или близки к уровню 0,1 Ки/км². По оси ВУРСа на расстояниях от промзоны фиксируются уровни, показанные в табл. 2 (для сравнения в тех же точках приведены уровни содержания для ⁹⁰Sr). На Карачаевском следе повышенные плотности загрязнения почв плутонием от 0,05 до 0,46 Ки/км² фиксируются в городе Новогорный (в центре города, в парке и на южной окраине) и ареале землепользования посёлка Худайбердинский.

Таблица 2

Загрязнение почв изотопами плутония в зависимости от расстояния от промзоны ПО «Маяк»

4. Низкие значения плотностей загрязнения почв плутонием по сумме трёх изотопов (²³⁸Pu, ²³⁹Pu, ²⁴⁰Pu) заметно изменяются с расстоянием от промзоны. В табл. 3 приведены такие изменения для южного направления: от промзоны – на Аргаяш – Челябинск – Еткуль (140 км).

Таблица 3

Изменения низких плотностей загрязнения почв плутонием (²³⁸Pu, ²³⁹Pu, ²⁴⁰Pu) с расстоянием от промзоны

Среди низких значений плотностей загрязнения почв плутонием заметен вклад плутония-238, который присутствует во всех точках измерений. Рядовые значения вклада плутония-238 варьируют от 1,5 до 9,0 %. Аномальные значения вклада от 16 до 24 % проявляются в каждом районе в единичных случаях.

Таким образом, можно заключить, что наблюдается рассеяние плутония на дальние расстояния (свыше 100 км). Вместе с тем следует отметить, что к югу от промзоны на расстояниях свыше 20 км опасных уровней загрязнения почв плутонием (0,1 Ки/км² и выше) не наблюдалось.

5. В зоне ВУРСа, на границе со Свердловской областью, примерно в 400–500 м от осевой части следа уровни плотностей загрязнения почв плутонием-239+240 резко снижаются и не превышают сотых долей Ки/км².

Таким образом, повышенные уровни плутония-239+240 имеют ограниченное распространение и сопряжены с полями высоких уровней загрязнения почв ⁹⁰Sr. Экстремальные значения, как правило, сосредоточены в санитарно-защитной зоне, где нет населения, но земли, в ряде случаев, используются в качестве пастбищ и сенокосных угодий.

6. Независимо от уровней плотностей загрязнения почв плутонием-239 и 240 свыше 90 % его запаса сосредоточено в верхнем, десяти-сантиметровом слое почв.

7. Повышенные плотности загрязнения трансурановыми радионуклидами, в основном, обусловлены плутонием-239 и 240 и имеют локальное распространение в осевой части ВУРСа, а также в ближней зоне Карачаевского следа.

Подводя итог вышеизложенному, необходимо отметить следующие особенности распределения плутония.

• Опасные уровни плотностей загрязнения почв плутонием (от 0,1 Ки/км² и выше) распространяются вблизи промзоны ПО «Маяк» на расстояниях до 10–20 км от промплощадки.
• По состоянию на 2011 год наиболее высокие плотности загрязнения почв ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs отличаются также высокими значениями по сумме изотопов плутония (см карты на с. 30). При этом доля изотопа ²³⁸Pu составляет от 40 до 80 %.

Регион размещения ПО «Маяк» характеризуется преимущественно чернозёмными и серыми лесными почвами.

Эксперименты по оценке форм нахождения плутония, накопленного в почвенном покрове региона (за пределами Восточно-Уральского радиоактивного следа), включали выщелачивание плутония из образцов верхнего слоя почвы различными реагентами и показали достаточно низкую химическую подвижность плутония и высокую прочность его связи с почвенным поглощающим комплексом (табл. 4).

Таблица 4

Формы нахождения плутония в почве, % от валового содержания в почве

Почти такие же показатели характерны для плутония в почве экспериментального полевого участка (выщелоченный чернозём), куда плутоний первоначально внесли в виде раствора нитрата (Фёдоров и др., 1986).

Как показали исследования, плутоний в пахотной почве связан преимущественно с преобладающими по массе фракциями частиц почвы 5–100 мкм и 1–5 мкм, что распределяет запас плутония в почве в соотношении 84 и 12 %. Образующийся при распаде ²⁴¹Рu дочерний ²⁴¹Аm характеризуется такой же связью с почвенными частицами (Фёдоров и др., 1989).

Высокая прочность химической связи плутония в почве должна, в принципе, определять малую скорость нисходящей миграции плутония в почвенном покрове. В почвах с ненарушенной структурой на территории зоны наблюдения от 80 до 90 % запаса плутония в почве сосредоточено в верхнем 0–10 см слое; 10–15 % – в слое 10–20 см; ниже 20 см, как правило, обнаружены следовые количества плутония.

В пахотных почвах (экспериментальный участок) 99,5 % запаса плутония в почвенном покрове сосредоточены в пахотном слое до глубины 25 см, однако 0,5 % запаса плутония было обнаружено и в подпахотном слое до глубины 60 см.

Механизм миграции плутония в подпахотный горизонт не известен.

Приведённые факты свидетельствуют, что при высокой прочности связи плутония в почве пренебрегать возможностями нисходящей миграции плутония в почвенном профиле тем не менее не следует.

Поступление плутония в растения

Поступление плутония в растения может осуществляться корневым и внекорневым (аэральный) путями.

Мерой истинно корневого поступления плутония является так называемый коэффициент накопления (или коэффициент концентрирования), являющийся отношением концентраций плутония в растительном образце и питательном субстрате (почве), при условии, что возможность внекорневого поступления плутония полностью исключена.

В ОНИС ПО «Маяк» осуществлена серия вегетационных опытов в контролируемых условиях с целью оценки коэффициентов накопления плутония сельскохозяйственными растениями при использовании различных химических соединений плутония и различных типов почв (Фёдоров и др., 1986). Основные результаты этих экспериментов приведены в табл. 5. Они показывают, что корневое усвоение плутония, особенно из почвы, малоинтенсивно и существенно слабее, чем, например, усвоение ⁹⁰Sr; оно характеризуется коэффициентами накопления 10^-4–10^-5.

При использовании питательных растворов в качестве субстрата для растений корневое усвоение плутония на 2–3 порядка величины больше, что обусловлено значительно большей долей биологически подвижного плутония в питательном растворе по сравнению с почвой. Ещё большее содержание плутония в корнях растений, выращиваемых на питательных растворах, объясняется результирующим эффектом процессов сорбции и диффузии плутония из растворов. Полученные значения коэффициентов накопления при корневом усвоении плутония соответствует другим опубликованным данным (Трансурановые..., 1985).

Таблица 5

Коэффициенты накопления плутония вегетативной массой растений в вегетационных опытах

Выращивание сельскохозяйственных растений в реальных полевых условиях приводит к отношениям концентраций плутония растения–почва значительно большим, чем коэффициенты накопления при истинно корневом поступлении. На незначительную по вкладу в результирующие концентрации плутония в растениях долю, обусловленную корневым поступлением, накладывается очень большая доля внекорневого (аэрального) поступления (в т.ч. поверхностное загрязнение).

Многолетний (до 15 лет) полевой эксперимент с предварительным внесением в почву раствора нитрата ²³⁹Pu из расчёта достижения плотности загрязнения 128 МБк/м² показал, что в реальных полевых условиях поступление плутония в урожай сельскохозяйственных растений превышает уровень истинно корневого поступления более чем на один порядок величины (Фёдоров и др., 1986, 1989).

Систематические измерения интенсивности радиоактивных выпадений плутония на экспериментальном участке показали, что в сухое время эта интенсивность составляет 1–80, тогда как в дождливые периоды она снижается до 0,2–0,9 пБк/(м²с) в расчёте на 1 Бк/м² плотности загрязнения территории плутонием.

Плутоний был обнаружен в почве, а также растениях пшеницы и картофеля на расстоянии до 75 м (далее измерения не проводили) от границ экспериментального участка, что является доказательством существования ветрового подъёма и ветрового переноса плутония с поверхности участка.

Роль аэрального поступления плутония в растения доказывается также тем, что между концентрацией плутония в травянистой растительности и среднегодовой интенсивностью выпадений плутония на территории зоны наблюдения существует тесная корреляционная связь, характеризующаяся коэффициентом 0,73.

Уровни содержания плутония в пищевых цепях населения

Мониторинг плутония в пищевых цепях населения зоны наблюдения осуществлялся, к сожалению, не в полной мере и не систематически. Наиболее полная и охватывающая длительный период информация относится к уровням содержания плутония в траве на территории зоны наблюдения, а также к компонентам пищевой цепи населения пос. Метлино, расположенного на расстоянии 15 км от предприятия к СВ (мониторинг 80-х годов).

Измеренные средние уровни содержания плутония в компонентах пищевой цепи населения пос. Метлино в 80-х гг. представлены в табл. 6.

Таблица 6

Средние значения наблюдаемых концентраций плутония в компонентах пищевой цепи населения пос. Метлино в 80-х гг., Бк/кг (средняя плотность загрязнения территории плутонием 1 кБк/м²; годовые выпадения плутония 10 Бк/м²·год; отклонение от среднего в пределах 100–150 %)

Естественно, эти выпадения не могут дать такого явного прироста значений концентрации плутонмя, отмеченного выше, и потому их следует отнести к выпадениям, обусловленным дальним ветровым переносом.

Неожиданно высокими, против ожидаемых на основе опубликованных (Фёдоров и др., 1986) данных о долях перехода плутония из кормов в молоко, оказались измеренные значения концентрации плутония в молоке коров пос. Метлино (от предела чувствительности метода определения, равного 0,01 Бк/л, до 0,04 Бк/л). Вероятной причиной такого факта может служить попадание в желудочно-кишечный тракт животных частиц почвы, содержащих плутоний, либо при выпасе непосредственно с поверхности почвы, либо в составе заготовленных кормов.

Оценка поступления плутония в организм населения зоны наблюдения

В целях обоснования оценок радиационного риска для населения, обусловленного присутствием плутония в окружающей среде и пищевых цепях населения зоны наблюдения ПО «Маяк», представляется интересным оценить, хотя бы приближенно, поступление плутония в организм населения.

Как известно, радиационная опасность плутония для населения связана непосредственно с поступлением плутония в организм человека с пищевым рационом и вдыхаемым воздухом. Второй путь поступления пока не может быть оценён из-за недостаточности фактической информации о дисперсности атмосферного аэрозоля, несущего плутоний, физико-химических формах и биологической подвижности плутония, поступающего в лёгкие с вдыхаемым воздухом в реальных условиях проживания человека на территории зоны наблюдения ПО «Маяк».

Для осуществления приближенной оценки поступления плутония в организм населения приняты следующие исходные данные.

1. Уровни содержания плутония в окружающей среде зоны наблюдения соответствуют показателям, приведённым в табл. 7.

2. Уровни содержания плутония в компонентах пищевого рациона населения определяются суммой корневого + локального аэрального путей поступления, зависящих от плотности загрязнения территории и аэрального поступления от дальнего переноса.

3. Структура пищевого рациона населения соответствует данным табл. 8.

Таблица 7

Уровни содержания плутония в окружающей среде зоны наблюдения ПО «Маяк», принятые в качестве исходных в оценках поступления плутония в организм человека

Таблица 8

Объём годового потребления (m) основных пищевых продуктов взрослым населением зоны наблюдения (по данным Челябинского областного комитета санэпиднадзора)

Даже если существуют некоторые критические группы населения, представители которых удовлетворяют потребности в пищевых продуктах исключительно за счёт производимых в местах проживания, как это предполагается в расчётах, то результирующее годовое поступление плутония в организм таких людей на территории зоны наблюдения находится в пределах 8–30 Бк/год (табл. 9).

Таблица 9

Оценка годового поступления плутония в организм населения зоны наблюдения с пищевым рационом

* Содержание этого и последующего разделов основано на публикации: Романов Г.Н., Бакуров А.С., 1996.

<<< Наверх