Метод определения естественного и техногенного урана в объектах окружающей среды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат физико-математических наук Эргашев, Дамир Эркинович

• Эргашев, Дамир Эркинович
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Эргашев, Дамир Эркинович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ НА

МЕСТНОСТИ.

1.1. Источники радиоактивности в поверхностном слое грунтов

1.2. Уран, как индикатор радиационной обстановки на обследуемой местности.

1.3. Анализ существующих методов определения локального загрязнения радионуклидами почвы на природном и глобальном фоне.

1.4. Обоснование концепции разделения природных и техногенных компонент концентрации изотопов урана.

1.5. Резюме.

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ

КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД.

2.1. Современное аппаратурное обеспечение для измерения гамма-радиоактивности объектов окружающей среды.

2.2. Низкофоновая камера и полупроводниковый гамма-спектрометр.

2.3. Применение современных геоинформационных технологий для представления экспериментальной информации.

2.4. Разработка методологии и технологии реализации базы радиоэкологических данных на основе электронной карты.

2.5. Резюме.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ

ТЕХНОГЕННЫХ КОМПОНЕНТ КОНЦЕНТРАЦИЙ ИЗОТОПОВ УРАНА НА ФОНЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ.

3.1. Методы экспериментального определения фонового уровня

• радиоактивности.

3.2. Метод запаздывающих нейтронов и метод нейтронно-активационного анализа по определению суммарных концентрации изотопов урана в грунтах.

3.3. Определение равновесных естественных и техногенных компонент концентраций изотопов урана в поверхностных почвах и грунтах.

3.4. Разделение неравновесных компонент концентраций

9 изотопов урана.

3.5. Резюме.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ НА

ТЕРРИТОРИИ ТОМСКОГО РАЙОНА.

4.1. Расчет дозовых нагрузок на население города Томска и Томского района.

4.2. Корреляционная связь равновесных и неравновесных компонентов концентраций изотопов урана с другими идентифицированными радионуклидами природного и техногенного происхождения.

4.3. Источники природной и техногенной радиоактивности, идентифицированные по анализу поверхностных фунтов.

4.4. Рекомендации по эффективному использованию комплексного ядерно-физического метода естественного и техногенного урана для оценки радиационной обстановки на местности.

• 4.5. Резюме. 149 ВЫВОДЫ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 152 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 157 ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод определения естественного и техногенного урана в объектах окружающей среды»

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

В России в 1994 году Правительство Российской Федерации приняло

Федеральную целевую программу снижения уровней облучения населения России и производственного персонала от природных источников ионизирующего излучения (программа «Радон»). В 1996 году приняты Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» и нормы радиационной безопасности НРБ-96, а с 2000 года введены нормы радиационной безопасности НРБ-99. В этот период начались активные радиационные обследования территорий в отдельных регионах РФ. В настоящее время из-за отсутствия финансирования для многих регионов все еще открыта проблема оценка уровней облучения естественными радионуклидами от природных и техногенных источников.

На современном этапе развития цивилизации обеспечение радиационной безопасности человека и окружающей среды становится актуальной проблемой в связи с возрастающей потребностью сообщества в наращивании энергетических мощностей и в связи с сопутствующим этому процессу выбросом в окружающую среду радиоактивных элементов. Достоверная информация об уровнях радиоактивного загрязнения окружающей среды является необходимым условием для оценки дозовых нагрузок на население и для принятия решений о проведении мероприятий по обеспечению радиационной безопасности.

Многолетнее функционирование предприятий энергетики привносит на прилегающие территории дополнительную радиоактивность, элементный состав которой повторяет естественную радиоактивность, аккумулированную в объектах окружающей среды. Поэтому выделение техногенной радиоактивности на фоне естественной, аккумулированной в объектах окружающей среды, например, в почве, достаточно сложная аналитическая задача и способы ее решения недостаточно наработаны. Нет корректных способов определения относительных вкладов в загрязнение окружающей среды каждого отдельного предприятия, совокупности предприятий, расположенных на ограниченной территории, которые могут быть источниками дополнительной радиоактивности, сбрасываемой в окружающую среду.

Из всей совокупности естественных радионуклидов уран широко используется в промышленности и присутствует практически во всех рудах и в энергетическом топливе, добываемом их недр Земли. Следовательно, загрязнение объектов окружающей среды ураном обусловлено комплексом техногенных источников [1, 7, 89]. Однако, способы использования в промышленности, источники и пути поступления в окружающую среду изотопов урана, различны. Кроме того, содержание и физико-химические свойства урана в выбросах различного рода техногенных источников также различны, что способствует активному развитию комплекса экспериментальных методов определения концентраций техногенных изотопов урана в натурных образцах [84,^85, 127]. Службы радиационного контроля различной ведомственной принадлежности используют для определения концентраций изотопов урана, аккумулированных в объектах окружающей среды, прямой гамма-спектрометрический метод по гамма-излучению дальних дочерних продуктов распада в радиоактивных семействах изотопов урана. Очень часто результаты анализов представляются без проверки сохранения или нарушения радиоактивного равновесия в радиоактивных цепочках распада изотопов урана. Тогда конечная цель таких измерений - оценка доз внешнего и внутреннего облучения населения на обследуемых территориях, дает недостоверный результат. Радиоактивное равновесие может нарушаться в силу разных причин, например, за счет природных геохимических процессов, происходящих в объектах окружающей среды [24, 47, 55] или в технологических процессах предприятий ЯТЦ [84, 87]. Использование одного ядерно-физического метода анализа не позволяет определить концентрации равновесных и неравновесных компонент изотопов урана в природных объектах. Для этого необходимо использование взаимосвязанного комплекса ядерно-физических методов. При изучении миграции и переноса естественных радионуклидов в природе недостаточно оперировать концентрациями естественных радиоактивных элементов (U, Th, К). Необходимо исследовать их изотопный состав и концентрации неравновесных компонент в объектах окружающей среды. Это позволит оценить относительные вклады разделенных компонент в дозу облучения населения, а также использовать неравновесные компоненты в качестве индикаторов миграции и техногенного привнесения радиоактивных элементов от локальных источников.

Совокупность перечисленных выше причин ставит задачу разработки и практической реализации метода по определению техногенного вклада в загрязнение объектов окружающей среды радионуклидами в ряд актуальных задач обеспечения радиационной безопасности человека и окружающей среды.

СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

Радиоактивность природных объектов: воды, атмосферного воздуха, почвы, растительности обусловлена комплексом природных и техногенных а-, Р", у- излучателей. Для получения достоверной информации об источниках дополнительной радиоактивности на фоне естественной требуется селективная идентификация радионуклидов, аккумулированных в объектах окружающей среды.

Существует система, предназначенная для выявления антропогенных изменений состояния природной среды - радиационный мониторинг [141]. Задачи антропогенного изменения окружающей среды решаются с использованием долговременного мониторинга, проводимого в течение пяти и более лет [4, 31, 107, 140]. Вопросам организации радиационного мониторинга на территориях, непосредственно примыкающих к АЭС, посвящено большое количество публикаций, как в России, так и за рубежом [4, 140, 31, 34, 151-154]. Следует отметить, что в настоящее время не существует единого мнения не только о методологии мониторинга АЭС, но и о целесообразности его проведения [4]. Автор убежден в необходимости мониторинга, но с условием оптимизации схемы мониторинга и, соответственно, оптимизации количества применяемых ядерно-физических методов элементного анализа объектов окружающей среды. При этом необходимо учитывать радиоактивные загрязнения природных объектов радиоактивностью, источниками которой являются предприятия аграрно-промышленного комплекса, предприятия, сжигающие органическое топливо (ТЭС, ГРЭС, котельные и т.п.).

Анализ литературных источников показывает, что объектами долговременного мониторинга, в основном, являются территории, относящиеся к разряду зон наблюдения предприятий, связанных с ядерным топливным циклом [4, 5, 20, 27-31]. Если перед началом строительства предприятия на площади будущей застройки произведены измерения фоновой природной радиоактивности [4], то результаты последующего мониторинга достоверно характеризуют влияние функционирующего предприятия на территорию зоны наблюдения. Но в большинстве регионов России, на территориях которых работают предприятия ЯТЦ, таких предварительных исследований местности не проводилось. Поэтому есть необходимость разработки методов определения фонового уровня радиоактивности, даже после длительного радиоактивного прессинга на окружающую среду со стороны предприятий энергетики и сельского хозяйства. Такую задачу можно решить однократным отбором образцов на обследуемой территории с последующим их лабораторным анализом, без применения долговременного радиационного мониторинга. Для этого необходим достаточно большой объем аналитической информации о радиоактивности объектов окружающей среды, на основе которого создается база данных.

Для управления базой радиоэкологических данных нами предложено использовать географическую информационную систему (ГНС) [75, 76]. С целью визуализации поверхностных распределений радионуклидов по обследуемой территории и привязки их к географическим ориентирам на местности, в среде ГИС использована географическая электронная карта (например, г.Томска и Томского района). ГИС-технология объединяет традиционные операции управления базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического поверхностного распределения. Оригинальный подход к применению ГИС и созданию в ее среде многоуровневой базы радиоэкологических данных посвящена вторая глава настоящей работы.

В качестве объекта исследования выбран поверхностный слой почвы, толщиной пять сантиметров. Почва считается наиболее значимым источником внешнего облучения человека. Кроме того, почва служит основным "депо" долгоживущих радионуклидов, в котором они пребывают в течение длительного периода времени, по сравнению со временем пребывания в остальных звеньях биологических цепочек [4, 6, 7].

К настоящему время накоплен большой объем сведений о распределениях, концентрациях и миграции радионуклидов в почвах различных типов [4, 45, 46]. Однако нет единой, разработанной до логического завершения, методологии радиационного мониторинга почв.

Проблема воздействия радиоактивных элементов на человека в среде его жизнедеятельности связана не только с их концентрацией и распределением по территориям, но и с особенностями их миграции. Это в полной мере относится и к тяжелым радионуклидам естественного происхождения (U, Th, К), повышенные концентрации которых чаще обусловлены, в настоящее время, техногенными причинами. Исключением являются территории с выходами на поверхность земли природных месторождений пород, обогащенных торием, ураном, калием [9, 47]. - .

Радиоактивный элемент уран широко используется в промышленности и присутствует во всех рудах и в энергетическом топливе, добываемых из недр Земли. Его широкое использование и практически повсеместное присутствие во всех технологических и топливных процессах проводит к выбросам от функционирующих промышленных объектов на прилегающие территории. Поступление урана в почвенный покров связывают, главным образом, с функционированием предприятий по добыче, переработке некоторых видов минерального сырья и ископаемого топлива, а также с применением в сельскохозяйственном производстве фосфатных удобрений [7, 48]. В технологических циклах предприятий ЯТЦ изотопы урана очищаются от дочерних продуктов распада [84, 87], в результате чего радиоактивное равновесие в цепочках распада нарушается. Соответственно, энергетические спектры излучений, генерируемые материнскими ядрами изотопов урана сильно отличаются от спектров излучений природных равновесных радиоактивных рядов. Этот факт и определяет различия в методах измерения активностей и определения концентраций равновесных и неравновесных изотопов урана, аккумулированных в объектах окружающей среды.

При сжигании органического топлива в золопылевых выбросах из труб и в золоотвалах вековое равновесие в радиоактивных рядах изотопов урана не нарушается. Поэтому выбросы, осевшие из атмосферы на поверхность почвы, дополняют ее естественную радиоактивность.

Неравновесная компонента урана в почве может быть обусловлена биохимическими и геохимическими миграционными процессами, протекающими в природе. В местах развития резко восстановительных (для UVI) условий, например, в глубинных подземных водах или в некоторых иловых отложениях морей, озер и рек, почти весь уран переходит из шестивалентного в четырехвалентное состояние и практически выпадает из раствора [52].

Неравновесное состояние урана в почвах еще можно объяснить тем, что органические вещества в почве способны накапливать растворенный уран [52-55]. В процессе накопления урана органические вещества нарушают радиоактивное равновесие [47, 48, 51]. В связи с этим, очевидно, что неравновесные компоненты изотопов урана и тория имеют сопоставимую с равновесными радиоэкологическую значимость. Это указывает на необходимость их учета при проведении радиоэкологического мониторинга сферы сельского хозяйства, расчета доз облучения биологических объектов, а также при нормировании содержания ЕРН в почвах и сельхозпродукции.

На обогатительных предприятиях, заводах по разделению изотопов урана возможно загрязнение прилегающих территорий неравновесными компонентами изотопов урана.

При наземном испытании ядерного оружия происходит локальное загрязнение территорий продуктами деления [2, 24]. Например, при взрыве ядерного боеприпаса территория загрязняется 235U, 239Ри и U и продуктами их деления. К глобальным выпадениям относятся радиоактивные продукты, выпадающие из стратосферы. Процесс этого выпадения длится годами на поверхность всего земного шара. Радионуклиды 90Sr и ,37Cs в составе глобальных осадков выпадают в водорастворимой форме. Не разделившиеся атомы изотопов 238U, 235U и 239Pu осаждаются, в основном, в нерастворимой форме химических соединений. В результате происходит технологическое повышение естественного радиационного фона, т.к. уран, с исходных позиций, природный радионуклид и является одним из основных радиоактивных элементов, формирующих радиационный фон Земли.

Обладая свойством растворимости в воде, уран способен мигрировать и создавать вечные аномалии, которые также препятствуют выделению техногенных компонент урана на фоне естественной радиоактивности.

В качестве трассеров миграции наиболее удобно использовать изотопные отношения: 234U/238U, 228Th/232Th, 230Th/232Th, а в ряде случаев - и отношения дочерних продуктов распада изотопов урана, например, Ra/ U, 230Th/234U и др. [47]. Как правило, разделение радионуклидов происходит на границе двух фаз, например, твердой и жидкой. Жидкая фаза обогащается

Л ^ i ^ ^ о более подвижными, дочерними радионуклидами U, Th, а в сопряженной твердой фазе наблюдается, соответственно, их дефицит. В результате этого процесса радиоактивное равновесие в исследуемой системе будет нарушено. Изотопные отношения в жидкой фазе будут больше равновесного значения, а в твердой фазе - меньше. Нарушенное радиоактивное равновесие, таким образом, будет указывать на существование миграции урана и тория в данных физико-химических состояниях миграционной среды.

Все перечисленные факты определили необходимость разработки нового метода определения естественного и техногенного урана разделением концентраций изотопов урана, аккумулированных в объектах окружающей среды, на четыре компоненты: естественную равновесную; техногенную равновесную; естественную неравновесную; техногенную неравновесную. Метод реализуется комплексным анализом измерительных образцов, приготовленных из натурных проб, отобранных на объектах окружающей среды, применением инструментального гамма-спектрометрического анализа, нейтронно-активационного анализа и метода запаздывающих нейтронов с последующей компьютерной обработкой результатов в пакете программного обеспечения ГИС. Физические основы метода представлены в главе 3 настоящей работы. Результаты применения разработанного метода использованы для дифференцирования эквивалентных дозовых нагрузок на население, проживающее на обследованных территориях. Оценки эквивалентных доз для населения представлены в главе 4 настоящей работы.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

Целью является разработка метода разделения равновесных и неравновесных компонент концентраций изотопов урана в объектах окружающей среды с последующей оценкой их относительных вкладов в эффективную эквивалентную дозу внешнего облучения населения.

Задачи исследования.

1. Разработка физической модели метода разделения концентраций изотопов урана в объектах окружающей среды на равновесные и неравновесные компоненты.

2. Выбор комплекса ядерно-физических методов анализа для экспериментального определения компонент концентраций изотопов урана в натурных образцах.

3. Создание базы данных по радиоактивности, аккумулированной в поверхностном слое почв, с применением технологии географической информационной системы, на примере обследования территории Томского района.

4. Определение источников естественной природной и техногенной радиоактивности, оценка значимости их относительных вкладов в эффективную эквивалентную дозу внешнего облучения населения.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1. Предложено рассматривать концентрацию изотопов урана в природных объектах как индикатор выбросов техногенной радиоактивности с промышленных предприятий и территорий интенсивной жизнедеятельности в природный комплекс.

2. Впервые предложен новый метод разделения измеренных концентраций изотопов урана, аккумулированных в объектах окружающей среды, на четыре компоненты: естественную равновесную; техногенную равновесную; естественную неравновесную; техногенную неравновесную. Предложенным методом определены относительные вклады компонент концентраций в суммарную радиоактивность и дозовую нагрузку на население.

3. Научно обоснована и разработана концепция использования комплекса ядерно-физических методов анализа для экспериментального определения компонент концентраций изотопов урана в натурных образцах.

4. Разработана технология получения оценок распределений интегральных запасов техногенных радионуклидов в поверхностном (5 сантиметровом) слое почв с применением ГИС.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ заключается в

• полезности применения метода разделения концентраций изотопов урана на компоненты с использованием комплекса ядерно-физических методов анализа для определения доли техногенной радиоактивности в объекты окружающей среды предприятиями ядерного топливного цикла и предприятиями энергетики, работающими на органическом топливе;

• возможности использования оценок доз внутреннего облучения за счет поступления в организм человека неравновесного урана при оценке вклада естественных и техногенных радионуклидов в суммарный уровень облучения населения;

• применимости метода разделения концентраций изотопов урана на компоненты с использованием комплекса ядерно-физических методов для решения прикладных задач в различных областях науки и техники: геоэкологии, геофизике, радиоэкологии и др.;

• возможности проведения радиационного мониторинга на территориях вблизи радиационно-опасных промышленных объектов с отображением динамики в результатах мониторинга применением ГИС - технологии;

• возможности определения радиационного загрязнения природной среды радиоактивными продуктами при испытаниях ядерных зарядов и аварийных выбросах радиоактивности в окружающую среду, а также возможности ретроспективного и перспективного моделирования степени воздействия радиоактивных загрязнений на биологические объекты и население.

Практическая значимость подтверждена двумя актами внедрения результатов диссертационной работы: низкофоновый полупроводниковый гамма-спектрометр, внедренный в учебный процесс в ТПУ для подготовки специалистов по специальности 330300 "Радиационная безопасность человека и окружающей среды" (акт внедрения от 12.01.2004 г.); компьютерная база данных "Распределение естественной и техногенной радиоактивности в поверхностном слое почв на территории Томского района и г. Томска", внедренная для использования в Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Администрации Томской области (акт внедрения от 20.01.2004 г.). ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Метод определения концентраций изотопов урана, аккумулированных в объектах окружающей среды, с разделением их на четыре компоненты: естественную равновесную; техногенную равновесную; естественную неравновесную; техногенную неравновесную. В этом случае, при последующей обработке результатов анализа в пакете программного обеспечения географической информационной системы (ГИС), возможно не только дифференцирование источников техногенной радиоактивности на обследуемых территориях, но и идентификация их по географическому признаку с оценкой относительных вкладов в суммарную радиоактивность.

2. Способ управления многоуровневой базой данных по радиоактивности, аккумулированной в объектах окружающей среды, работающей в интерактивном режиме и позволяющий оперативно моделировать эффективную эквивалентную дозу внешнего облучения населения на обследуемых территориях с точностью до погрешности экспериментальных результатов.

3. Комплексный метод экспериментальных исследований натурных образцов, обеспечивающий выделение неравновесной компоненты концентрации изотопов урана в объектах окружающей среды на фене равновесной компоненты, основанный на одновременном применении трех ядерно-физических методов: нейтронно-активационного; метода запаздывающих нейтронов; прямой инструментальной гамма-спектрометрии натурных образцов.

4. Способ ранжирования относительных вкладов от разных источников радиоактивности естественного и техногенного происхождения в эффективную эквивалентную дозу внешнего облучения населения на обследованных территориях, позволяющий минимизировать размеры санитарно-защитных зон вокруг потенциально опасных объектов.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА.

Личный вклад заключается в постановке задач теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертационной работы, в разработке концепции метода разделения концентраций изотопов урана на четыре компоненты. Экспериментальные результаты, представленные в диссертации, получены им лично. Диссертант рассчитывал изоповерхностные распределения удельных активностей радионуклидов, производил идентификацию источников привнесенной радиоактивности, проводил расчеты эффективных эквивалентных дозовых полей на обследованных территориях, определял вклады отдельных компонент активностей естественной и техногенной радиоактивности в суммарную дозовую нагрузку на население.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международном симпозиуме "Контроль и реабилитация окружающей среды" (Томск, 1998); научно-практической конференции молодежи «Проблемы региональной экологии» (Томск, 1998);

4ой и 5й областных международных научно-практических конференциях

Современные техника и технологии" (Томск, 1998, 1999); 3й Всесоюзной конференции "Экоаналитика-98" (Краснодар, 1998); научно-методической конференции "Образовательные технологии: состояние и перспективы"

Томск, 1999); 3м международном научном симпозиуме «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 1999); Научно-практической конференции НИО-5,

РФЯЦ-ВНИИТФ (Снежинск, 2000); Всероссийской научно-технической конференции "Энергетика: экология, надежность, безопасность" (Томск,

2001); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы технологий атомной промышленности» (Томск, 2001);

1ой и 211 научно-технических конференциях «Научно-инновационное сотрудничество» (Москва, 2002, 2003).

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме диссертации опубликовано 21 печатная работа: статей - 8; докладов (тезисов) на конференциях - 13.

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов,

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Эргашев, Дамир Эркинович

ВЫВОДЫ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Теоретически обоснована и разработана концепция использования комплекса ядерно-физических методов анализа для экспериментального определения равновесных и неравновесных компонент концентраций изотопов урана в натурных образцах. На ее основе проведено экспериментальное исследование концентраций изотопов урана в поверхностном слое почв, 5-и сантиметровой толщины, на территории Томского района и города Томска и показано, что поверхностное распределение концентраций неравномерно и обусловлено, главным образом, техногенными причинами.

2. Разработан новый метод оценки относительной значимости влияния на окружающую среду дополнительной техногенной радиоактивности разделением концентраций изотопов урана, аккумулированных в объектах окружающей среды, на четыре компоненты: естественную равновесную, привнесенную техногенную равновесную, естественную неравновесную, привнесенную техногенную неравновесную. Метод позволил дифференцировать источники техногенной радиоактивности на обследованной территории с идентификацией по географическому признаку.

3. Разработан способ управления базой данных по естественной и техногенной радиоактивности, аккумулированной в поверхностном слое почв, с применением технологии географической информационной системы. База данных представлена на примере аналитического обследования территории Томского района.

4. Получены оценки эффективных эквивалентных доз внешнего облучения населения от радионуклидов, аккумулированных в поверхностном слое почвы и представленные в технологии ГИС, которые позволили ранжировать относительные вклады от разных источников радиоактивности. Показано, что на территории Томского района основной вклад в дозу внешнего облучения вносят природные радионуклиды (87 %), и предприятия энергетики, работающие на органическом топливе (12,5 %), а уровни облучения населения ниже предельно допустимых, согласно НРБ-99. Определены абсолютные запасы активностей радионуклидов и площади территорий, загрязненных техногенными радионуклидами. Полный запас радиоактивности в г. Томске составил 84 Ки, а в целом по Томскому району - 7200 Ки. Абсолютный запас техногенной радиоактивности составил 150 Ки, площадь загрязнения около 1400 км2.

В заключение следует отметить наиболее важные результаты работы.

Научно обоснована и разработана концепция использования комплекса ядерно-физических методов анализа для экспериментального определения компонент концентраций изотопов урана в натурных образцах почв.

Создана электронная база данных природной и техногенной радиоактивности поверхностного слоя почвы Томского района с использованием технологий ГИС. База данных содержит электронные таблицы и растровые темы поверхностной активности радионуклидов, позволяющие оперативно иллюстрировать и оценивать радиационную обстановку на исследуемой местности.

Разработана оригинальная методика определения фонового уровня естественной радиоактивности от радионуклидов 40К, 232Th и 238U, а также методика определения уровней глобального и локальных выпадений на подстилающие поверхности территорий долгоживущего радионуклида

1 4*7 техногенного происхождения Cs. Обе методики разработаны с использованием ГИС технологий и многомерной статистической обработки данных - сингулярного разложения. Определены территории с фоновым уровнем радиоактивности, на которых поверхностная и удельная активности обусловлены только естественными радионуклидами - 235U, 238U, 232Th, 40К, а также дочерними продуктами их распада.

Концентрация изотопов урана, аккумулированная в поверхностном слое почв и грунтов, разделена на 4 компоненты с помощью ГИС-технологии:

- естественную равновесную компоненту, обусловленную природным содержанием изотопов 238U + 235U в почвенном слое, находящихся в вековом равновесии со всеми дочерними продуктами радиоактивного распада и образующими радиоактивные семейства;

- техногенную равновесную компоненту, обусловленную переносом и выпадением на подстилающую поверхность территории шлаковых и зольных мелкодисперсных частиц, выбрасываемых в атмосферу из труб тепловых электростанций и котельных теплоснабжения населения;

- неравновесную компоненту, обусловленную гидрогеологическими и биохимическими процессами в почве, а также атмосферным переносом и выпадением на подстилающую поверхность территорий веществ, содержащих уран, прошедший радиохимическую переработку на предприятиях ЯТЦ;

- естественную равновесную компоненту, обусловленную природными геологическими аномалиями с повышенной концентрацией изотопов урана.

Разработанный метод позволяет определить географическое расположение источников радиоактивного загрязнения объектов окружающей среды однократным отбором образцов с последующим их лабораторным анализом, без применения долговременного радиационного мониторинга.

Определены источники техногенной неравновесной радиоактивности и локализованы на электронной карте. По значимости они разделены в следующем порядке:

- геологические месторождения монацитов, обогащенные изотопами урана и тория;

- топливно-энергетический комплекс города Томска и Северного промышленного узла, использующий в качестве топлива каменный уголь: площадь распределения площадь пятна S=678 км ; полный запас радиоактивности Q=44Kh; среднее значение поверхностной активности в пятне 65±17 мКи/км ;

- аграрно-промышленный комплекс Томского района, выбрасывающий в окружающую среду большое количество калия: площадь пятна S=300 км2; полный запас радиоактивности Q=24,4 Ки; среднее значение поверхностной активности в пятне 60±10 мКи/км ;

- Сибирский химический комбинат, сбрасывавший на прилегающие к ЗАТО территории за период производственной деятельности

1 ■y'j осколочные радионуклиды. По индикатору Cs: площадь пятна S=380 км2; полный запас радиоактивности Q=33 Ки на 2001 год; среднее значение поверхностной активности в пятне 88±28 мКи/км2. Установлено, что источниками неравновесных изотопов урана являются гидрогеохимические процессы и биохимические процессы в природе, приводящие к нарушению радиоактивного равновесия в радиоактивных рядах и к изменению природного изотопного соотношения. Выбросов неравновесного урана в процессе радиохимической переработки на предприятиях СХК не обнаружено.

Установлены значения дозовых нагрузок внешнего облучения населения, проживающего в Томском районе, от всех компонент природной и техногенной радиоактивности. В настоящее время средние (максимальные) значения эффективных эквивалентных доз составляют:

235

- от активности U природного равновесного — 2,2 мкЗв/год (3 мкЗв/год);

- от активности U природного равновесного - 43 мкЗв/год (65 мкЗв/год);

- от активности 235U техногенного равновесного - 0,28 мкЗв/год (1 мкЗв/год);

- от активности U техногенного равновесного - 6 мкЗв/год (8 мкЗв/год);

- от активности 235U природного неравновесного — 2,2 мкЗв/год (3 мкЗв/год);

- от активности 40К природного - 102 мкЗв/год (150 мкЗв/год);

- от активности 40К техногенного - 13 мкЗв/год (23 мкЗв/год);

- от активности 232Th природного - 100 мкЗв/год (115 мкЗв/год);

- от активности 232Th техногенного - 21 мкЗв/год (32 мкЗв/год);

1 47

- от активности Cs глобального - 0,8 мкЗв/год (1,2 мкЗв/год);

1 47

- от активности Cs локального - 0,5 мкЗв/год (8,3 мкЗв/год);

- от активности 137Cs в зоне его максимальной локализации (санитарно-защитная зона СХК) - 5,1 мкЗв/год (9 мкЗв/год).

Доза облучения от почвы, в среднем по Томскому району, составила -270±60 мкЗв/год. На этом фоне минимальная и максимальная эффективные эквивалентные дозы составляют, соответственно, 136 и 408 мкЗв/год.

Полный запас радиоактивности в г. Томске составил 84 Ки, а в целом по Томскому району - 7188 Ки. Абсолютный запас техногенной радиоактивности составил 150 Ки, площадь загрязнения около 1400 км2.

Корреляционные связи неравновесных изотопов урана с цезием в почвах Томского района не обнаружено, что дополнительно подтверждает их природное происхождение.

Разработаны рекомендации для использования метода определения концентраций техногенных компонент изотопов урана на территориях, прилегающих к АЭС и др. предприятий ЯТЦ, а также для восстановления дозовых нагрузок на территориях, где были произведены наземные испытания ядерных боезарядов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Эргашев, Дамир Эркинович, 2004 год

1. Булдаков J1.A. Радиоактивные вещества и человек. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 160 с.

2. Коган P.M., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Основы гамма-спектрометрии природных сред. 3-е изд., перераб. и доп. - М., Энергоатомиздат, 1991, - 232 с.

3. Искра А.А., Бахур В.Г. Естественные радионуклиды в биосфере. — М.: Энергоатомиздат, 1981. 220 с.

4. Барбашев С.В., Верховецкий Н.А., Пристер Б.С. Радиоактивное и химическое загрязнение почвы и растительности в районе Запорожской АЭС. М.: ИАЭ им. И.В. Курчатова. 1991. - 82 с.

5. Силантьев А.И., Силантьев К.А., Шкуратов И.Г. Определение выпадений радионуклидов на почву на фоне имевшихся загрязнений. Атомная энергия, 1998, т.84, вып. 6, С. 551-555.

6. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней Среды. / Под ред. А.Н. Марея и А.С. Зыковой. М.: Минздрав СССР. 1980. -366 с.

7. Радиоактивность природных вод./ Бахур А.Е. "АНРИ", 1996/97, вып.2, - С. 32-38.

8. Ильин JI.A., Кирилов В.Ф., Коренков И.П. Радиационная гигиена: Учебник. М.: Медицина, 1999. - 384 с.

9. Рихванов Л.П. Общие и региональные проблемы радиоэкологии. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 1997. — 384 с.

10. Совершенно открыто. Иллюстрационный журнал о городах, которых не было на карте. / Шамшина В., Алтухина Н. Красноярск-26, 1996, №5.-45 с.

11. Книжников В.А., Бархударов Р.М Сравнительная оценка радиационной опасности для населения от выбросов в атмосферу тепловых и атомных электростанций. Атомная энергия, 1977. т.43. в.З, С. 181-186.13,14,1516,17,1821