Характеристика радиоактивного загрязнения поймы реки Шаган на бывшем Семипалатинском испытательном полигоне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.01, кандидат наук Айдарханов, Асан Оралханович

• Айдарханов, Асан Оралханович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Айдарханов, Асан Оралханович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Основные источники радиационного загрязнения окружающей среды

1.2 Радиоэкологическое состояние водных объектов в местах радиационных аварий и ядерных взрывов (р. Теча, р. Припять, ручьи горного массива Дегелен)

1.2.1 Радиоэкологическое состояние р. Теча

1.2.2 Радиоэкологическое состояние р. Припять

1.2.3 Ручьи горного массива Дегелен

1.3 Общие сведения об экосистеме р. Шаган и факторах, формирующих радиационную обстановку

1.3.1. Характеристика экосистемы р. Шаган

1.3.2 Основные факторы, формирующие радиационную обстановку в экосистеме р. Шаган

1.4 Миграция радионуклидов в системе почва-вода

1.5 Роль трития в формировании радиоактивного загрязнения компонентов экосистем СИП

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Полевые исследования

2.1.1 Измерение радиационных параметров

2.1.2 Отбор проб окружающей среды

2.2 Аналитические исследования

2.2.1 Аппаратура, используемая при лабораторных исследованиях

2.2.2 Подготовка проб к лабораторным анализам

2.2.3 Методики выполнения измерений

ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ, БЕРЕГОВЫХ ГРУНТОВ И ПОЧВОГРУНТОВ

3.1 Распределение 241Аш,60Со, 152Еи, 154Еи в донных отложениях

137

3.2 Распределение Сб в донных отложениях

131

3.3 Распределение по поверхности исследуемой территории Сб

3.4 Распределение по поверхности исследуемой территории 241 Ат

2

3.5 Распределение по поверхности исследуемой территории 152Еи, 154Еи, 60Со

3.6 Особенности загрязнения почвогрунтов 137Сз и 24|Аш

3.7 Характер загрязнения изотопами плутония

3.8 Характер распределения техногенных радионуклидов по глубине

3.9 Дополнительные исследования с целью выявления источников загрязнения техногенными радионуклидами почвогрунтов территории прилегающей к р. Шаган

ГЛАВА 4. УРОВНИ И МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОНУКЛИДНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ

л 1 п 90с 137/-Ч 239+240™ 241 » _ 152с

4.1 Содержание техногенных радионуклидов ьг, Сб, Ри, Аш, Ей в воде

4.2 Характер и особенности загрязнения тритием поверхностного водотока р. Шаган

4.3 Дополнительные исследования с целью выявления источника поступления трития в поверхностные воды р. Шаган

ГЛАВА 5. СОСТОЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

5.1 Общая характеристика растительности

5.2 Содержание трития в растительности

ГЛАВА 6. СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В ВОЗДУШНОМ БАССЕЙНЕ

6.1 Содержание техногенных радионуклидов 908г, 137Сз, 239+240Ри,241 Аш и т.д

6.2 Содержание трития

6.3 Механизмы формирования и прогноз загрязнения воздушного бассейна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Характеристика радиоактивного загрязнения поймы реки Шаган на бывшем Семипалатинском испытательном полигоне»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В XX веке человечество перешло на качественно новую ступень развития, связанную с широким использованием атомной энергии. При этом, наряду с явными положительными моментами, возникла новая опасность, заключающаяся в загрязнении окружающей среды опасными поллютантами - техногенными радионуклидами.

Источники радиоактивного загрязнения окружающей среды довольно многочисленны и разнообразны: это испытания ядерного оружия, ядерные взрывы в мирных целях, аварийные выбросы атомных электростанций, ядерные реакторы исследовательского типа, реакторы морских судов, радиоактивные отходы и т.д.

Одним из наиболее существенных источников такого загрязнения, а в недалеком прошлом и самым важным, являются испытания ядерного оружия. В настоящее время официально известны четыре крупнейших ядерных полигона: Невада (США, Великобритания), Новая Земля (Россия), Моруроа (Франция), Лобнор (Китай) (Тлеубергенов С.Т., 1997 г.).

Таким образом, на Земле образовались обширные территории, загрязненные техногенными радионуклидами. Сложность ситуации заключается в том, что радиоактивное загрязнение некоторых участков является источником вторичного загрязнения прилегающих территорий с процессами ветровой и водной миграции радионуклидов.

Для Республики Казахстан особое значение имеет Семипалатинский испытательный полигон (СИП), где было произведено 456 ядерных испытаний (включая подземные) в период с 1949 по 1989 гг, как в военных, так и в мирных целях. Все это привело к загрязнению окружающей среды, которое, несмотря на прошедшие годы, актуально и по сей день (Михайлов В.Н., Андрюшин И.А., Богдан В.В. и др., 1996 г.).

В пределах бывшего Семипалатинского испытательного полигона река Шаган является единственным поверхностным водотоком. Она течет вдоль

восточной границы, пересекает испытательную площадку "Балапан" и является левобережным притоком р. Иртыш. В результате ядерных испытаний на СИП, долина р. Шаган подверглась радиоактивному загрязнению. На некоторых участках р. Шаган радиоактивное загрязнение техногенным радионуклидом 3Н более чем в 40 раз превышает уровень, установленный санитарными правилами. В целом по реке концентрация трития превышает допустимые уровни на протяжении около 20 км вниз по течению реки от установленной границы СИП. При этом существует вероятность возможного переноса радионуклидов водами р. Шаган в р. Иртыш. Таким образом, процессы миграции радионуклидов в долине р. Шаган требуют тщательного изучения.

Поскольку вода р. Шаган используется в хозяйственных целях населением, проживающим вблизи реки, создавшаяся ситуация требует самого тщательного изучения и оценки воздействия на биологические объекты (растения, животные, человек). Изучение механизмов формирования радиационной обстановки в долине р. Шаган позволит сделать прогноз ее развития и установить вероятность долговременных последствий, выходящих далеко за пределы территории СИП. Благодаря подобным исследованиям станет возможным принятие необходимых мер по обеспечению радиационной безопасности населения, проживающего и ведущего хозяйственную деятельность в зоне влияния р. Шаган.

Цель исследования

Целью диссертационной работы являлось изучение закономерностей формирования радиоактивного загрязнения компонентов экосистемы р. Шаган.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

Установить механизмы формирования радионуклидного загрязнения почвогрунтов и донных отложений.

Оценить степень радионуклидного загрязнения подземных и поверхностных вод р. Шаган.

Определить характер радионуклидного загрязнения растений на исследуемой территории.

Определить степень и характер радиоактивного загрязнения воздушного бассейна исследуемой территории.

Научная новизна работы. Полученные результаты расширяют научные представления о закономерностях формирования радиоэкологической обстановки в сложных геохимически-сопряженных ландшафтах. Впервые получены данные о содержании техногенных радионуклидов 24'Аш, 137Сз,

239+240. 238т-) 90с 152,154с Зи ттт

Ри, ьг, Ей, Н в компонентах экосистем поймы р. Шаган: почвогрунтах, донных отложениях, природных водах, растительности, воздухе. Установлено, что радиоактивное загрязнение почвогрунтов и донных

ттг 241 А 137/-. 239+240. 238г> 152.154т-. /-

отложении экосистемы р. Шаган Ат, Сб, Ри, Ей обусловлено

не только экскавационным взрывом в скважине 1004, но и выпадениями от

испытаний на площадке "Опытное" поле. Впервые установлено, что основным

радиоактивным загрязнителем поверхностных и подрусловых вод реки

является тритий, поступление которого в р. Шаган происходит с грунтовыми

водами из мест проведения ПЯВ на площадке "Балапан" по системе

тектонических нарушений (трещины и разломы). Показано, что стабильность

перераспределения 3Н между водой и растениями (гигрофиты, мезофиты,

фреатофиты) сохраняется в условиях различной концентрации 3Н в

поверхностных и подрусловых водах. Впервые в результате оценки содержания

Н в атмосферном воздухе в пойме р. Шаган были выделены три зоны по

уровню ожидаемой годовой эффективной дозы от поступления радионуклида в

организм человека.

Теоретическое и практическое значение работы.

Теоретическую значимость работы представляют выявленные закономерности миграции техногенных радионуклидов, образовавшихся в результате ядерных испытаний, в сложных геохимически-сопряженных ландшафтах. Описаны механизмы миграции трития в системе грунтовые воды -почвы - растения - атмосфера.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

1. Выделить наиболее загрязненные искусственными радионуклидами участки р. Шаган.

2. Способствовать проведению работ по восстановлению радиоактивно-загрязненных земель и введению их в хозяйственный оборот.

3. Прогнозировать долгосрочное поведение радионуклидов в окружающей среде.

4. Дать обоснования для придания части земель, прилегающих к бассейну реки, статуса "Земель запаса" и вывода их из народно-хозяйственного пользования.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Детальная радиоэкологическая оценка поймы р. Шаган.

2. Радиоактивное загрязнение почвогрунтов и донных отложений экосистемы р. Шаган сформировано несколькими источниками, включая: экскавационный взрыв в 1004, наземные и воздушные испытания на площадке "Опытное поле".

3. Основное радиоактивное загрязнение поверхностных вод р. Шаган обусловлено разгрузкой подземных вод испытательной площадки "Балапан".

4. Радиоактивное загрязнение береговой растительности в целом соответствует характеру загрязнения поверхностных и подрусловых вод.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции "Радиоактивность окружающей среды" (25-27 октября 2010 г., г. Рим, Италия), на IX Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции (Тобольск, Россия, 9-10 ноября 2012 г.), на IV Международной научной конференции (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 27-31 мая 2013 г.), на IX международной конференции "Радиационная физика и экология" (г.Алматы, ИЯФ, 23-27 сентября 2013 г.), на V Международной научно-практической конференции "Семипалатинский полигон. Радиационное наследие и проблемы нераспространения" (12-14 сентября 2010 г., г. Курчатов, ИРБЭ НЯЦ РК).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах из списка изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения и списка использованных источников, который состоит из 67 наименований. Работа изложена на 123 страницах текста, включает 65 рисунков и 15 таблиц.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Основные источники радиационного загрязнения окружающей среды

Источники загрязнения окружающей среды техногенными радионуклидами довольно многочисленны и разнообразны: это аварийные выбросы атомных электростанций, испытания ядерного оружия, ядерные взрывы в мирных целях, ядерные реакторы исследовательского типа, загрязнение морей атомными кораблями, радиоактивные отходы и т.д.

В настоящее время официально известны четыре крупнейших ядерных полигона: Невада (США, Великобритания), Новая Земля (Россия), Моруроа (Франция), Лобнор (Китай). Кроме того, в СССР интенсивно использовался Семипалатинский полигон, который теперь не функционирует. Именно в этих пунктах произведена основная масса испытательных взрывов ядерных и термоядерных зарядов. Их насчитывается 2077 (по другим источникам - 1900), из которых 1090 принадлежит США, 715 - СССР, 190 - Франции, 42 -Великобритании, 40 - Китаю. В результате испытаний ядерного оружия в окружающую среду выброшено около 30 млн. Кюри 137Cs и 20 млн. Кюри 90Sr.

930

В шестидесятые годы в биосферу попало около 5т" Ри.

В результате всех проведенных ядерных взрывов в биосферу попало огромное количество радиоактивных веществ, вследствие чего радиоактивный фон вырос в среднем на 3%. Этот новый уровень фоновой радиоактивности не представляет какой-либо опасности для живых организмов. Но в ряде регионов земного шара накопление антропогенных радиоактивных веществ может существенно превосходить средние величины и достигать критических размеров.

По современным подсчетам, при испытаниях на СИП было выброшено в атмосферу -0,28 МКи l37Cs, -0,17 МКи 90Sr, =0,026 МКи 239+240Ри. Данные аэрогамма-съемки масштаба 1:300000 показали, что основная часть территории Семипалатинского испытательного полигона имеет плотность загрязнения по

1^7 2 137

Cs менее 0,3 Ки/км . Радиоактивные следы с плотностью загрязнения Cs

2 137

более 1 Ки/км занимают примерно 0,5% площади полигона. Общий запас Cs оценивается равным 3000 Ки. Запас 90Sr оценивается величиной менее 2500 Ки [61].

Наиболее тяжкие последствия для окружающей среды наступают в результате аварий на объектах ядерно-топливного цикла и испытания ядерного оружия. За суммарный срок эксплуатации всех имеющихся в мире реакторов АЭС произошли 4 крупные аварии: в Англии (Уиндекейл, 1957 г.), в США (Три-Майл-Айланд, 1979 г.), в СССР (Чернобыль, 1986 г.) и в Японии (Фукушима-1, 2011 г.). Все эти аварии сопровождались радиоактивным загрязнением больших площадей.

В результате пожара в графитовом реакторе с воздушным охлаждением (Уиндекейл для производства оружейного плутония произошел крупный (550750 ТБк) выброс радиоактивных веществ. Авария соответствует 5-му уровню по международной шкале ядерных событий (INES) и является крупнейшей в истории ядерной индустрии Великобритании [65]. По разным оценкам, радиоактивность благородных газов, выброшенных в атмосферу, в результате аварии на АЭС Три-Майл-Айланд составила от 2,5 до 13 миллионов Кюри (480 - 1015 Бк), однако выброс опасных нуклидов, таких как 1311, был незначительным. Территория станции также была загрязнена радиоактивной водой, вытекшей из первого контура. Наиболее тяжелыми являются последствия аварии на Чернобыльской АЭС. В результате аварии из сельскохозяйственного оборота было выведено около 5 млн. га земель, вокруг АЭС создана 30-километровая зона отчуждения. Перед аварией в реакторе четвёртого блока находилось 180—190 т ядерного топлива (диоксида урана). По оценкам, которые в настоящее время считаются наиболее достоверными, в окружающую среду было выброшено от 5 до 30 % от этого количества. Кроме топлива, в активной зоне в момент аварии содержались продукты деления и трансурановые элементы - различные радиоактивные изотопы, накопившиеся

во время работы реактора. Большая их часть осталась внутри реактора, но

10

наиболее летучие вещества были выброшены наружу. Суммарная активность веществ, выброшенных в окружающую среду, составила, по различным оценкам, до 141018 Бк (примерно 38-107 Кюри) [62].

Кроме того, известны случаи радиоактивного загрязнения территорий в результате санкционированного и аварийного сброса жидких радиоактивных отходов в открытую гидрографическую сеть. Наибольшую известность получила р. Теча (Россия), в воды которой ПО "Маяк" производит сброс радиоактивных отходов и по сей день. В 1949 - 1951 гг. была сброшена основная масса радиоактивных нуклидов: около 12ПБк 90Sr, 13 ПБк 137Cs, 106 ПБк короткоживущих радионуклидов. В период с 1951 по 1956 годы интенсивность сбросов активности в речную систему снизилась в 100 раз, а после 1956 года среднеактивные отходы стали поступать в открытую гидросеть в небольших количествах. Тем не менее, за период с 1949 по 1956 гг. в экосистему р. Теча попало порядка 76 млн. м сточных радиоактивных вод, общей активностью по бета-излучению 2,75 МКюри [64].

Таким образом, на Земле образовались обширные территории, загрязненные техногенными радионуклидами. Сложность ситуации заключается в том, что радиоактивное загрязнение некоторых участков является источником вторичного загрязнения прилегающих территорий с процессами ветровой и водной миграции радионуклидов.

1.2 Радиоэкологическое состояние водных объектов в местах радиационных аварий и ядерных взрывов (р. Теча, р. Припять, ручьи горного массива Дегелен)

1.2.1 Радиоэкологическое состояние р. Теча

Река Теча вытекает из оз. Иртяш (Каслинский район Челябинской области) и, протекая в восточном и северо-восточном направлении, впадает в р. Исеть. Длина реки при выходе из оз. Иртяш 243 км, падение реки 145 м, средний уклон 0,6 промилле. Площадь водосбора реки равна 7600 км , в том числе около 280 км - бессточная. Средняя ширина реки достигает от 10 до 20 метров, а глубина насчитывает от 3 до 5 метров.

В результате сбросов РАО в р. Теча образовались источники техногенных воздействий: так называемый Теченский каскад водоемов, являющийся хранилищем жидких радиоактивных отходов средней и слабой активности; так называемые Асановские болота, расположенные в верховьях р. Теча, где запас 137Сз и 908г составляет около 6000 Ки и 1000 Ки соответственно. Р. Теча является действующим источником техногенного облучения для Сосновского р-на (1600 га пойменных земель с высокой плотностью загрязнения долгоживущими радионуклидами) и для Красноармейского р-на (600 га пойменных земель), где так же расположено 3 населенных пункта (Бродокалмак, Русская Теча, Нижнепетропавловское).

Из всего количества сброшенных в открытую гидрографическую сеть техногенных радионуклидов, около 75% задерживалось в болотистой пойме и донных отложениях в верховьях реки. Наибольшая аккумуляция радионуклидов в верховье реки объясняется наличием там заболоченной поймы, в которой имеются значительные торфяные отложения с максимальной сорбционной емкостью по сравнению с суглинками и супесями, характерными для более узкой поймы среднего и нижнего течения.

Наибольшие концентрации радионуклидов в 0-10 см слое варьируют в зависимости места отбора проб: для 908г от 136 до 1500, а 137Сз - от 240 до 1200 Бк/кг. Концентрация 90Бг в надземной части травянистых растений на один-два

1 ^ 7

порядка выше, чем Сб [28].

Миграция 908г в водной экосистеме определяется закономерностями распространения растворимых форм. При этом донные отложения поймы, загрязненные в первые годы работы комбината, играют роль буфера, который регулирует вынос изотопа и поддерживает среднегодовую его концентрацию на уровне 14-18 Бк/л. Максимальные концентрации изотопа 908г за период с 1994 года наблюдались в 2004 году и достигали величины 50,1 Бк/л в створе с. Муслюмово, что в 10 раз превышало уровень вмешательства (УВ) для 908г по НРБ-99.

137

Среднегодовые концентрации Сб в воде р. Теча колеблются в пределах 0,12 - 0,29 Бк/л, что значительно ниже УВ для данного радионуклида [63]. Распределение радионуклидов по глубине почв характеризуется тем, что 9798% 137Сз сосредоточено в слое 0-20 см, распределение 239-240Ри идентично 137С8, а распределение по глубине 908г в значительной степени зависит от типа почвы. Так, на болотисто-торфяных и лугово-болотных иловатых почвах в слое 0-20 см содержится 58-84% запаса 908г, а на аллювиально-песчаных почвах - до 95%. В болотистых почвах наблюдается проникновение радионуклидов на глубину 5060 см, при этом в нижних слоях может содержаться до 0,5% общего запаса 137С8, изотопов 239-240Ри и до 30% 908г.

Особенности распространения долгоживущих радионуклидов в пойменных ландшафтах оценены в трех направлениях; вдоль реки, по ширине затопляемой зоны и по глубине почвенного профиля. Оценка выноса радионуклидов с водным стоком р.Теча показала, что за год перемещается и поступает в р. Исеть около 2*1012Бк 908г, 01*10|2Бк ,37Сб и 0,6*108 Бк 239'240ри [29].

1.2.2 Радиоэкологическое состояние р. Припять

Одним из наиболее загрязненных водных объектов Чернобыльской зоны отчуждения является р. Припять.

Длина реки составляет 775 километров. Площадь бассейна 114,3 тыс. км2. Припять берет начало на Волынской возвышенности, северо-западней г. Ковеля. Через 204 км ниже по течению она пересекает границу Беларуси, где течет 500 км по Полесской низменности в слабовыраженной долине; в районе Пинских болот течёт в низких заболоченных берегах, разбиваясь на рукава (русло реки частично канализировано), в среднем течении берега песчаные, русло неустойчивое, в нижнем - в русле увеличивается число перекатов. Последние 50 километров Припять протекает снова на территории Украины и впадает в нескольких километрах южнее Чернобыля в Киевское водохранилище.

Питание смешанное, с преобладанием снегового. Половодье с первой декады марта, максимум в середине апреля, спад затягивается на 3 - 3,5 месяца. Подъём уровня в верхнем течении до 2 м, в среднем — до 3,5 м, в нижнем - до 5 - 7 м; сопровождается обширными разливами. Летне-осенняя межень прерывается подъёмами уровня от дождей. Средний расход воды у Мозыря 370 м3/с, в устье 460 м3/с (максимум около 6000 м3/с). Годовой сток 14,5 км3.

При общей протяженности реки в 780 км., в пределах зоны отчуждения длина р. Припять составляет около 50 км. Площадь водосбора составляет около 2000 км2.

В воде р. Припять наиболее часто встречается 908г и 137Сз. На данное время содержание 137Сз в воде составляет 150 Бк/м3, а 908г 300 - 350 Бк/м3. Протекая по радиационно загрязненным территориям, р. Припять играет исключительную роль в переносе (миграции) радионуклидов за пределы зоны отчуждения. Исследованиями доказано, что вынос радионуклидов с водой р. Припять является наибольшим в сравнении с другими путями (воздушным, техногенным, биогенным и т.д.). Вынос радионуклидов рекой увеличивается в период разливов и затоплений значительных радиоактивно-загрязненных территорий поймы р. Припять. Например, наибольшие значения выноса радиостронция за пределы зоны отчуждения, около 10 ТБк, были зарегистрированы при разливе в 1999 г. Эти значения были наибольшими за последнее десятилетие.

137

Имеется факт, что около 80% от всего Сб, который выносится р. Припять в Киевское водохранилище, поступает в реку не в зоне отчуждения, а за ее пределами. Радионуклиды поступают в реку с водосборных территорий, которые также подверглись мощному радионуклидному загрязнению после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г.

1.2.3 Ручьи горного массива Дегелен

Испытательная зона Дегелен является одной из основных испытательных

площадок СИП, где проводились подземные ядерные взрывы (ПЯВ)

мощностью до 150 кт в горизонтальных горных выработках - штольнях. Всего

14

за период с 1961 г. по 1989 г. в одноименном горном массиве была пройдена 181 штольня, в которых было проведено 209 ядерных испытаний.

Особое значение в формировании радиоактивной обстановки на территории горного массива Дегелен имеет гидрогеологическая сеть, в которую в течение многих лет происходит поступление радиоактивно загрязненных вод из штолен. Загрязненная вода, просачиваясь через зоны разрушения пород и многочисленные трещины, образовывала водотоки, которые выходили на дневную поверхность. Наиболее интенсивные водопроявления были отмечены в штольнях № 176 и №177, сток которых поступает в долины ручьев Байтлес и Узынбулак.

Экосистема штольни № 176.

Территория представляет собой левостороннюю часть долины ручья Байтлес, отделенную от основного русла небольшим вытянутым по течению повышением с обнажениями скальных пород. Ширина русла водотока от штольни, в основном, не превышает 1 м. Иногда на пути водного потока встречаются глыбы и плиты скальных пород. На расстоянии около 700-750 м от плотины в плоском русле, сложенном плитами гранита, постоянного стока воды нет. Но русло далее спускается уступом высотой до 3 м, где вода в случае полноводья спускается водопадом.

Исследованиями, проведенными ранее [41], установлено, что

среднегодовой дебит водотока штольни № 176 превышает 500 л/мин.

Среднегодовая удельная активность радионуклидов на выходе водотока на

поверхность составляла для '"Сэ - 89 Бк/кг, 908г - 275 Бк/кг, 3Н - 341 кБк/кг.

Данные радиационного мониторинга показывают, что годовой вынос

техногенных радионуклидов со штольневой водой за период наблюдения не

был постоянным и зависел в первую очередь от количества атмосферных

осадков. При этом содержание 908г всегда превышало содержание |37Сз в 2-3

раза [42]. Удельная активность 239+240ри была ниже предела обнаружения,

составлявшего 0,02 Бк/кг. По результатам полевой радиометрии, проведенной

на момент закрытия, известно, что на припортальной площадке МЭД не

15

превышала 0,50 мкЗв/ч, плотность потока а- и ß-частиц находилась ниже предела обнаружения (<0,5 и <10 част/(мин*см ), соответственно) [31].

По полученным отношениям плотности потока ß-частиц к МЭД сделано предположение, что в начале водотока штольни № 176 преобладает радионуклид Cs, дающии основной вклад в гамма-излучение, а к концу водотока преобладает 90Sr - основной бета-излучатель.

Экосистема штольни № 177.

Территория правосторонней части притока долины ручья Узынбулак отделена от основного русла небольшим вытянутым по течению повышением и насыпью дороги. Ширина водотока, в основном, не превышает 1 м.

На пути водного потока встречаются навалы обломочного материала, где поток исчезает или его русло меняется. Кроме основного водотока у подножья гряды, где находится котловая полость обследуемой штольни, появляются небольшие родники, вода которых сливается в общий ручей. Расстояние от истока водотока штольни № 177 до основного русла ручья Узынбулак ~ 650 м.

Штольня № 177 характеризуется наличием в настоящее время постоянного водотока (в первые годы наблюдений водопроявление было сезонным). За годы наблюдений 2001-2005 гг. установлен среднегодовой дебит воды,

о

составляющий 4,4*10 л/мин (более 500 л/мин) [66]. Среднегодовая концентрация радионуклидов в штольневой воде за этот период составляла по 137Cs - от 2 до 6 Бк/кг, по 90Sr - от 630 до 1100 Бк/кг, по 3Н - от 550 до 630 кБк/кг. Ранее проведенные анализы проб воды отмечали превышение уровня вмешательства по 239+240ри почти в 12 раз (0,56 и 6,6 Бк/кг).

В экосистеме штольни № 177 на всем протяжении преобладает 90Sr. Эти предварительные выводы были подтверждены количественными данными, характеризующими распределение радионуклидов в почвах исследуемых русел.

Установлено, что радионуклид 239+240ри подвижней, чем 137Cs, как в случае

горизонтального перемещения вдоль и поперек русла водотока, так и в глубину

почвенного профиля. Миграция в пространстве Cs ограничивается

небольшим расстоянием и водным потоком. 90Sr, как наиболее растворимый и

16

подвижный в водной среде, значительно распространяется в пространстве и переносится на большие расстояния от источника загрязнения. Также установлена возможность оценочного прогноза содержания радионуклидов в почве по удельной активности этих радионуклидов в воде.

Различные величины содержания радионуклидов в сопряженных компонентах экосистемы (поверхностные воды - грунтовые воды - почвы) говорят о неравновесности их состояния в данной системе.

Таким образом, проведенный обзор показал, что во всех случаях радиоактивное загрязнение экосистем водных объектов имеет свои особенности, заключающиеся в различных источниках загрязнения и их количестве, механизмах формирования радиоактивного загрязнения, различном гидрологическом режиме и т.д. Следовательно, при оценке радиационного состояния экосистемы р. Шаган следует сконцентрировать усилия на выяснении особенностей и механизмов формирования радиоэкологической ситуации и роли в этом отдельных компонентов экотопа. Кроме того, поскольку практически отсутствует информация о загрязнении тритием объектов окружающей среды, необходимо уделить особое внимание поведению этого радионуклида.

1.3 Общие сведения об экосистеме р. Шаган и факторах, формирующих радиационную обстановку

1.3.1. Характеристика экосистемы р. Шаган

Р. Шаган с притоком р. Ащису является самым протяженным поверхностным водотоком на территории Семипалатинского полигона, его главной водной артерией. Она протекает вдоль восточной границы СИП пересекая площадку "Балапан" и является левобережным притоком р. Иртыш. Площадь водосбора бассейна реки более 10 ООО км , длина главного лога - 275 км, а длина притока - р. Ащису - 115 км. Исток реки расположен на склонах горного хребта Канчингиз с отметкой рельефа 875 м (рис. 1).

Рисунок 1. Область водосбора бассейна р. Шаган и следы локальных атмосферных выпадений от наземных взрывов на "Опытном поле"

В месте впадения р. Шаган в р. Иртыш абсолютная отметка составляет 160 м, т. е., разница в отметках равна 715 м. При длине русла реки 275 км, средний уклон составляет около 0,003. В пределах СИП длина русла реки - около 50 км, а уклон в среднем равен 0,002. Площадь водосбора левобережной части площадки, где расположены испытательные скважины, составляет примерно 900 км2.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Айдарханов, Асан Оралханович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Авто-гамма-спектрометрическая съемка участков СИП: отчет КГГП. -Алматы: Волковгеология, 1994.

2 Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана. Выпуск 2. Сборник трудов Национального Ядерного центра Республики Казахстан за 2007-2009 гг. / под рук. С.Н. Лукашенко - Павлодар: Дом печати, 2010г. - 9 с, 42 с, 12 с, 402 с, 11 с, 57 с, 77 с, 103, 155 с.

3 Алексахин P.M. Сельскохозяйственная радиоэкология / P.M. Алексахин, A.B. Васильев, В.Г. Дикарев и др.; Под ред. Алексахина P.M., Корнеева H.A. - М.: Экология, 1992. - 400 с. ISBN 5 - 7120-0684-7.

4 Артемьев О.Н. Изучение природных сорбентов Семипалатинского региона / О.Н. Артемьев, Н.В. Голикова, Г.А. Донцова, Н.В. Ларин // Вестник НЯЦ PK. Радиоэкология. Охрана окружающей среды. - 2003. - Вып. 3. - С. 61-64.

5 Ахметов М.А. Использование сорбентов на основе глин для очистки воды, загрязненной радионуклидами / М.А. Ахметов, В.А. Синяев, В.Н. Ларин, Д.С. Курманбаева [и др.] // Вестник НЯЦ PK. Радиоэкология. Охрана окружающей среды. - 2002. - Вып. 3. - С.133-135.

6 Ахметов М.А. Характеристика исходных данных радиационного состояния эпицентральной зоны объекта «Шаган»-экскавационного подземного ядерного взрыва для создания искусственного водохранилища / М.А. Ахметов, Е.М. Баядилов, С.Г. Смагулов, Г.С. Шуклин [и др.]. // Известия HAH PK. Сер. физико-математическая. - 1994. - № 6.

7 Брянцева Н.В. Изучение способов сорбционной очистки радиоактивно загрязненных вод горного массива Дегелен / Н.В. Брянцева // Вестник НЯЦ PK. -2005.-Вып. 4-С. 71-75.

8 Вернадский В. И. История минералов земной коры. Т. 2. История природных вод, в. 1—3, 1933—1936.

9 Временные допустимые уровни содержания радионуклидов в объектах контроля Минсельхоза Республики Казахстан, не вошедших в перечень Минздрава Республики, 22.02.94.

10 Галин Д. JI. Интерпретация данных инженерной геофизики / Д.Л. Галин. -М.: Недра, 1989.- 124с.

11 Геохимия техногенных радионуклидов. Национальная Академия Наук Украины Институт геохимии окружающей среды. - Киев: Наукова книга, 2002.

- С.135, 148.

12 Горин В.В. Семипалатинский полигон: хронология подземных ядерных взрывов и их первичные радиационные эффекты (1961-1989 гг.) /В.В. Горин, Г.А. Красилов, А.И. Куркин, A.JI. Мальцев [и др.] // Бюллетень Центра общественной информации по атомной энергии. - Москва: ЦНИИатоминформ, 1993. - №9. - С.21-32.

13 ГОСТ 17.4.3.01-83. Общие требования к отбору проб. - Введ. 1984-01-07. // Сборник. Охрана природы. Почвы. - М.: Изд-во стандартов, 1998. - С. 29-31.

14 ГОСТ 17.4.4.02.84. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа. - Введ. 1986-01-01. // Сборник. Охрана природы. Почвы. - М.: Изд-во стандартов, 1998. -С.48-54.

15 CT PK ГОСТ 26449.1-85 Установки дистилляционные опреснительные стационарные. Методы химического анализа солёных вод. - Введ. 1987-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1985. - 71 с.

16 Государственные санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99): СП 2.6.1. 758-99; ввод, в действие 01.01.2000. - Алматы: Агентство по делам Здравоохранения PK, 1999.

- 80с. - ISBN 9965-501-42-4.

17 Дозиметр-Радиометр поисковый "МКС-РМ 1402М". Руководство по эксплуатации. - Беларусь: ООО "Полимастер", 2005. - 45 с.

18 Дозиметры радиометры МКС-АТ6130, МКС-АТ6130А, МКС-АТ6130В. Руководство по эксплуатации. АТОМТЕХ Научно-производственное унитарное предприятие. - 84 с.

19 Дубасов Ю.В. Современная радиационная обстановка на бывшем СИП и вокруг него / Ю.В. Дубасов // Радиохимия. - 1997. - Т. 39. - Вып.1. - С.80-87.

20 Дубасов Ю.В. Хронология ядерных испытаний в атмосфере на Семипалатинском полигоне и их радиационная характеристика / Ю.В. Дубасов // Вест. Научной программы «Семипалатинский полигон - Алтай». - 1994. - №4.

21 Заключительный технический отчет по проекту МНТЦ К-337 "Разработка основ и выбор технологий ликвидации поверхностного загрязнения и способов ограничения вторичного загрязнения территории Семипалатинского Испытательного Полигона", Институт ядерной физики Национального ядерного центра, Алматы, 2003.

22 Заключительный технический отчет по Проекту МНТЦ К-053 «Характеризация радиологических и нерадиологических загрязнителей в месте расположения Семипалатинского полигона» Институт ядерной физики Национального ядерного центра, Алматы, 1999.

23 Зеленцов С. А. Подземные ядерные испытания на полигонах в Семипалатинске и на Новой Земле: Радиационная феноменология (обзор) / С.А. Зеленцов, A.M. Матущенко, С.Г. Смагулов, Ю.С. Цатуров [и др.]. - Антверпен, 1993.

24 Израэль Ю.А. Радиоактивные выпадения после ядерных взрывов и аварий / Ю.А. Израэль. - С.-Петербург: Прогресс-Погода, 1996.

25 «Изучение современного состояния и последствий деятельности объектов атомной энергетики семипалатинского полигона на окружающую среду» Этап: «Исследование экосистем, подверженных влиянию радиоактивно-загрязненных водотоков»: отчет о научно - исследовательской работе ИРБЭ НЯЦ РК по НТП (информационный, годовой) / ИРБЭ НЯЦ РК; рук. Лукашенко С.Н. -Курчатов: ИРБЭ НЯЦ РК, 2011.

26 Инструкция и методические указания по оценке радиационной обстановки на загрязненной территории. Госкомгидромет СССР. 17.03.89.

27 Инструкция по сейсморазведке. - М.: Министерство геологии СССР, 1986.

28 Караваева E.H. Миграция радионуклидов в пресноводных и наземных экосистемах / E.H. Караваева, И.В. Молчанова, A.B. Трапезников, В.Н. Трапезникова. - Т. И. - Екатеринбург: Изд-во Урал, 2007. - 146 с.

29 Караваева E.H. Миграция радионуклидов в пресноводных и наземных экосистемах / E.H. Караваева, И.В. Молчанова, A.B. Трапезников, В.Н. Трапезникова. - Т. II. - Екатеринбург: Изд-во Урал, 2007. - 264 с.

30 Комплекс аэрогеофизических работ в районе Семипалатинского испытательного полигона. КАЭ ПГО "Аэрогеология". - М. - 1990.

31 Ландшафтно-экологические, радиоэкологические карты с таблицами надфоновых значений радиометрических параметров: отчет о НИР / ИРБЭ НЯЦ PK; исполн.: Хасанов Э.Г. - Курчатов: ИРБЭ НЯЦ PK, 1999. - Инв. № 0-284.

32 Логачев В. Радиоэкологические последствия испытаний БРВ на Семипалатинском полигоне / В. Логачев, А. Матущенко // Бюллетень по атомной энергии, серия ядерная, энергия и оборона. - 2002. - № 12. - С. 62-67.

33 Лукашенко С.Н., Субботин С.Б., Айдарханов А.О., Кубенов A.M. / Исследование уровня и характера распределения трития в объектах окружающей среды на территории СИП. Ядерный потенциал Республики Казахстан, 2008.

34 Материалы по вопросам радиоэкологического состояния территории бывшего Семипалатинского полигона в результате воздействия значимых ядерных испытаний (окончательный доклад по контракту DNA-03-94-033) / Физико-Технический Центр при ВНИИЭФ - Российский Федеральный Центр, Арзамас - 16. - Москва, Санкт-Петербург, 1994.

35 Методика измерения гамма-фона территорий помещений: утв. Зам. Главного Государственного санитарного врача PK, 1997.

36 Методика определения содержания искусственных радионуклидов Ри239+240 и Sr90 в объектах окружающей среды (почвах, грунтах, донных отложениях и растениях): KZ.07.00.00471-2005. - Алматы: Изд-во стандартов, 2010. - 24 с.

37 Методика определения содержания искусственных радионуклидов плутония-(239+240), стронция-90 и цезия-137 в природных водах методом концентрирования. - Алматы: ИЯФ РГП НЯЦ РК, 2010. - 24 с.

38 Методика определения содержания искусственных радионуклидов плутония-(239+240), стронция-90, цезия-137 в природных водах, KZ.07.00.00732-2007. - ИЯФ НЯЦ РК. - Регистрационный № 0307/3 от 5.04.2001г.

39 МИ 2143-91 РК. "Активность радионуклидов в объемных образцах. Методика выполнения измерений на гамма-спектрометре".- Введ. 1998-06-02. -Per. № 5.06.001.98.-М.: НПО ВНИИФТРИ, 1991.-18 с.

40 Обеспечение радиационной безопасности на территории Республики Казахстан. Мероприятия 1. Обеспечение безопасности бывшего Семипалатинского испытательного полигона: отчет РБП 038 (информационный, годовой) / ИРБЭ НЯЦ РК; рук. Лукашенко С.Н. -Курчатов: ИРБЭНЯЦРК, 2010.

41 Отчет о научно-технической деятельности Института радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК [НТП 0346 "Развитие атомной энергетики в Республике Казахстан"]: информационный отчет за 2005 г. / ИРБЭ НЯЦ РК; рук. Птицкая Л.Д. - Курчатов: ИРБЭ НЯЦ РК, 2005. - 39 с.

42 Отчет о научно-технической деятельности ИРБЭ НЯЦ РК [РЦНТП "Развитие атомной энергетики в Казахстане"]: информационный отчет за 19992003 гг. / ИРБЭ НЯЦ РК; рук. Птицкая Л.Д. - Курчатов: ИРБЭ НЯЦ РК, 2003.

43 Отчет о проведении комплекса аэрогеофизических работ в районе СИП / МКАЭ ПГО "Аэрогеология", 1990.

44 Охрана почв от загрязнения, http://ecolog.ucoz.ru/publ/2-1 -0-533.

45 Оценка радиационной обстановки района Семипалатинского полигона: отчет по разделу НИР / Экология. - В/ч № 52605. - 1992.

46 Паницкий A.B. Характерные особенности радиоактивного загрязнения компонентов природной среды экосистем водотоков штолен горного массива Дегелен / A.B. Паницкий, Р.Ю. Магашева, С.Н. Лукашенко // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана [Сборник трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007-2009гг.] / под рук. Лукашенко С.Н. -Павлодар: Дом печати, 2010. - Вып. 2. - С. 60, 67-68. - ISBN 978-601-7112-28-8.

47 Перельман А.И. Геохимия природных вод /А.И. Перельман. - М.: Наука, 1982.

48 Плотников В.И. Сорбция стронция и цезия породами с площадки Балапан / В.И. Плотников, Т.И. Аксенова, А.К. Бердаулетов [и др.]. // Вестник НЯЦ PK. Радиоэкология. Охрана окружающей среды. - 2001. - Вып. 3 - С. 133-135.

49 Предварительная оценка радиологической ситуации на Семипалатинском испытательном полигоне Республики Казахстан: основа для дальнейших исследований // Отчет экспертной группы МАГАТЭ. - Вена: МАГАТЭ, 1996. -38 с.

50 Радиационная обстановка на территории СССР в 1990 г.: Ежегодник /под ред. К.П. Махонько. - Обнинск: НПО "Тайфун", 1991.

51 Смагулов С.Г. Справка по результатам радиационного обследования территории горного массива Дегелен, связанного с наличием водопроявлений в штольнях. 1992.

52 Справочник геофизика. Полевые методы: В 2-х т. Т. 1. / под ред. В.К. Хмелевского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1989. - 438 с.

53 CT PK ИСО 17294-2-2006. "Качество воды. Применение масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС)".

54 Субботин С.Б. Выявление путей миграции техногенных радионуклидов за пределы испытательной площадки «Балапан» / С.Б. Субботин, С.Н.Лукашенко [и др.]. // [Сборник трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2010 г.г. ] / под рук. Лукашенко С.Н. - Вып. 3. - Павлодар: Дом печати, 2011.

55 Субботин С.Б. Изучение сорбции цезия-137 из растворов проб подземных

вод площадки Дегелен горными породами, распространенными на территорий

121

бывшего СИП / С.Б. Субботин, Л.Ф. Субботина, О.Ю. Коровина // Тр. VI конф. конкурса НИОКР молодых ученых и специалистов НЯЦ PK. - Курчатов: НЯЦ PK, 2006. http://www.nnc.kz/ru/events/conferences/2006-god/smus/konkursnye-raboty.html.

56 Субботин С.Б. Подземная миграция искусственных радионуклидов за пределы горного массива "Дегелен" /С.Б. Субботин, С.Н.Лукашенко [и др.]. // [Сборник трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007 -2009гг. ] / под рук. Лукашенко С.Н. - Вып. 2. - Павлодар: Дом печати, 2010.

57 Эколого-биологические исследования почвенно-растительного покрова радиационно-загрязненных территорий. Изучение миграции радионуклидов по пищевой цепи за 2004-2006 гг.: отчет о НИР (заключительный): 01.01.01.05 / ИРБЭ НЯЦ PK; рук. Кадырова Н.Ж. - Курчатов: ИРБЭ НЯЦ PK, 2006.

58 Ядерные испытания СССР. Гидроядерные эксперименты. Инвентаризация затрат плутония. - Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 1998. - 22 с.

59 Ядерные испытания СССР. - Москва: ИздАТ, 1997. - 304 с.

60 Ядерные испытания СССР. Семипалатинский полигон. «Обеспечение общей и радиационной безопасности ядерных испытаний». - Москва, 1997.

61 Burmistrov V.R. Field Measurements, Soil Sampling and Laboratory Analysis for Ten Areas on the Former Semipalatinsk Nuclear Test in the Republic of Kazakhstan / V.R. Burmistrov, I.V. Kazachevskiy, Sh.T. Tukhvatulin [etc] // NNC RK/DNA USA, Techn. Report DNA-TR-95-99. - Almaty: Alexandria, 1996.

62 Chernobyl's Legacy. Summary Report / The Chernobyl Forum, 2003-2005. Printed by the IAEA in Austria, 2006. IAEA/PI/A.87 Rev.2 / 06-09181. - Austria, 2006.

63 http://chelindustry.ru/tipa podrob.php?id p=548&rr=8&ids=72.

64 http://www.chelpogoda.ru/pages/332.php.

65 INES Руководство для пользователей международной шкалы ядерных и радиологических событий. - Вена: МАГАТЭ, 2010. - 235 с.

66 Качество воды. Определение активности трития, соответствующей данной концентрации - жидкостной метод сцинтилляционного счёта: Международный стандарт ISO 9698/1989. -Введ. 1989-12-01. - Москва: ВЦП НТЛИД, 1990. -17с.

67 Kazachevskiy I.V. Some aspects of determination of radionuclides at the former Semipalatinsk Nuclear Test Site / I. V. Kazachevskiy, V.P. Solodukhin, S. Khazhekber, L.N. Smirin [etc.] // Jour of Radioanal & Nucl.Chem. - 1998. - Vol.235. -No 1/2.-P.145-149.