Анализ технологических решений очищения территорий, загрязненных природными радионуклидами.

Введение

Со времен аварии на производственном объединении «Маяк» в городе Кыштым и взрыве на Чернобыльской атомной электростанции на территории стран бывшего Советского Союза, а особенно Российской Федерации актуальным является очищение территории от радионуклидов. Этим вопросом занимаются многочисленные научно-исследовательские институты, лаборатории (самым главным из которых является ВНИИ радиологии в г. Обнинск Калужской области). Вопросу снижения содержания радионуклидов в продуктах питания, уменьшения дозовой нагрузки на человека посвящено не мало научных разработок, диссертаций, трудов, патентов, монографий Р.М. Алексахина, Б.С. Пристера, Н.А. Лощилова, Н.В.Молчановой и др. Но содержание радионуклидов в сельскохозяйственной и лесной продукции часто все равно остается выше нормы, высоким остается содержание радионуклидов в почве. Поэтому есть необходимость в разработке новых подходов к уменьшению содержания радионуклидов. Каждый из предлагаемых способов применим в конкретных почвенно-климатических и хозяйственных условиях, поэтому перед применением того или иного способа необходим тщательного анализ условий региона и плюсов и минусов способа.
Целью работы является проанализировать существующие технологические подходы к очистке территорий от радионуклидов, рассмотреть их преимущества и недостатки и определить рациональную сферу применения каждого из них.
Объектом исследований были территории, загрязненные радионуклидами.
В задачи исследований входило:
Привести характеристику основных понятий, связанных с загрязнением радионуклидами.
Провести литературный обзор мнений и взглядов ученых относительно радионуклидов и способов очистки от них.
Рассмотреть специфику миграции радионуклидов по пищевым цепочкам как основного фактора дозовой нагрузки на человека.
Сделать сравнительный анализ существующих технологических решений относительно очистки территории от радионуклидов.
Предметом исследований являются технологические решения по очистке территории от радионуклидов.
Методами исследований были табличный, библиографический, сравнения, обобщения, анализа и синтеза, статистический, наблюдения.
Информационной базой для написания работы были литература по экологии. радиоэкологии, радиобиологии, статистические отчеты, статьи в профессиональных изданиях, глобальная сеть Интернет, в частности электронная библиотека, собственные наблюдения.


СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ В ПИЩЕВЫХ ЦЕПЯХ
С конца 40-х годов после ряда испытаний ядерного оружия многие ученые начали исследовать влияние радиации на окружающую среду. Основоположником советской сельскохозяйственной радиологии является В.М.Клечковский, которому принадлежат многочисленные работы о поведении радионуклидов в почве, их поступлению в сельскохозяйственные культуры. Ряд базовых работ по поведению радионуклидов в природе, методикам определения радиоизотопов, глобальному загрязнению земной поверхности радиоизотопами принадлежат Р.М.Алексахину, Ю.А. Израэлю, Ф.И.Павлоцкой, Э.Б.Тюрюкановой, М.В.Тимофееву-Ресовскому [3,13,22,26,27]. Формирование целей и задач радиоэкологии появилось одновременно независимо друг от друга в работах, как российских, так и иностранных ученых [ 29,30].
Перечисленные выше работы описывают поведение глобальных радионуклидов. Более детальными исследованиями на локальном уровне ученые России занялись после аварии на производственном объединении «Маяк» в городе Кыштым Челябинской области. Осенью 1957 года вследствие разгерметизации контейнера в окружающую среду было выброшено более 2 млн. Кu радиоактивных веществ, которые сформировали Восточно-уральский радиоактивный след (ВУРС). Исследованиями в зоне ВУРС занимались Н.В.Куликов, И.В.Молчанова, Б.В.Никипелов [ 19,20].
Основой для всех упомянутых исследований были работы В.А.Ковды, А.И.Перельмана о биогеохимии почвенного покрова, Д.Л.Арманда о ландшафтах, а также учение В.И.Вернадского о живом веществе [6,12,15,23].
Обобщающей работой о поведении разных видов радионуклидов в почвенно-растительной среде, основанной на исследованиях, выполненных в зоне ВУРС является книга Н.В.Куликова, И.В.Молчановой, Е.Н.Караваевой «Радиоэкология почвенно-растительного покрова» (1990). В ней рассматривается влияние почвенно-климатических условий (рН почвенного раствора, температуры поверхности почвы, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) почвы, содержание железа и его соединений, особенности растительного опада) на горизонтальную и вертикальную миграцию трития, церия, цезия-134, цезия-137, стронция-90.
Ряд подопытных участков был установлен в 30-километровой зоне Чернобыльской АЭС с целью исследования вертикальной, горизонтальной миграции разных форм радионуклидов «чернобыльского» происхождения и их перехода в растения. Этими исследованиями занимались Б.С.Пристер, С.В.Фесенко, Н.И.Санжарова, Р.М.Алексахин [ 4,24]. Стоит отметить, что опыт, полученный в зоне ВУРС не подходил для чернобыльских радионуклидов, поскольку оказались и другие формы радионуклидов и другие почвенно-климатические условия.
Свои модели вертикальной миграции предлагают И.Н.Голиков, Ю.А.Иванов, В.О.Кашпаров [18]. Те исследователи, которые вели исследования с искусственно внесенными радионуклидами утверждают, что они проникают в почву не глубже. Чем на 0-5 см (С.Б.Йохансон, В.П.Махонько ). Но при опытах с «чернобыльскими» радионуклидами было отмечено, что они способны проникать в почву до 50 см [11].
И.В.Молчанова утверждает, что повышенная обводненность почв способствует повышенной вертикальной миграции радионуклидов [19]. Она также отмечает, что радионуклиды закрепляются в почвах в таком порядке 137Cs>91Y>144Ce>106Ru>90Sr [ 19].
Н.В.Оголенко считает, что по глубине продвижения радионуклидов по профилю почв почвы размещаются в таком порядке: суглинистые, осушенные торфяники, супесчаные, песчаные [ 21].
По мнению О.М.Ратникова по степени интенсивности миграционных процессов цезия-137 в почвенном профиле естественные луга составляют ряд [ 25]:
Суходольные луга (90% в слое 0 – 5 см).
Суходольные луга на отрицательных элементах микрорельефа.
Пойменные периодически подтопляющиеся луга.
Пойменные постоянно подтопляющиеся луга.


ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ РАДИОНУКЛИДАМИ
Радионукли́ды, радиоакти́вные нукли́ды (менее точно — радиоакти́вные изото́пы, радиоизото́пы) — нуклиды, ядра которых нестабильны и испытывают радиоактивный распад

. Большинство известных нуклидов радиоактивны (стабильными являются лишь около 300 из более чем 3000 нуклидов, известных науке) [26, с.50 ].
Миграция радионуклидов – процесс временно-пространственного перераспределения радионуклидов в окружающей среде.
Коэффициент перехода - КП)– соотношение содержания радионуклидов в растении (Бк/кг) к его содержанию в почве (кБк/м2.) (имеется в виду, как правило, верхний слой почвы). Размерность м2/кг*10-3 . Характеризует интенсивность поступлення радионуклида в растение.
Коэффициент накопления – – является обратной величиной к коэффициенту перехода – соотношение содержания радионуклида в почве к его содержанию в растении (кг/м2*10-3). Характеризует накопление радионуклида в растении.
Дозовая нагрузка – сумма внутренней и внешней доз облучения человека
Контрмеры – совокупность мероприятий по снижению дозовой нагрузки на человека.
Основные радиометрические величины приведены в таблице 1:
Таблиця 1 Основные радиометрические и дозиметрические единицы
Величина
Единицы
Соотношения между ними

SI Внесистемные
1 2 3 4
Активность А – способность атома к распаду
Беккерель - Бк
1Бк=1расп./с Кюри – Кі 1Кu=3,75*1010 расп./с 1 Кu=3,75*1010 Бк
1 Бк=2,75*10-11 Кu

Продолжение таблицы 1
1 2 3 4
Удельная активность –содержание радионуклидов в единице массы тела
Бк/кг Кu/кг
Объемная активность Аоб. – акт. ––содержание радионуклидов в единице объема Бк/м3 Бк/л, Кu/л
Поверхностная активность Апов. –содержание радионуклидов в единице площади
Бк/м2 Кu/км2 1Кu/км2=3,75*107Бк/м2

Экспозиционная доза Х – величина электрического заряда, создаваемая в 1 кг воздуха ионизирующим облучением


Кл/кг Рентген – Р, доза, при которой в 1 см3 воздуха создается 2,08 *109 пар ионів
1Кл/кг=3,88*103Р
1Р=2,58*10-4 Кл/кг
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4
Поглощенная доза Д, способность поверхности поглощать облучение
Грей Гр
1Гр=1 Дж/кг Рад 1Гр = 100 рад
1рад = 0,01 Гр
Эквивалентная доза – накопление радионуклидов в живом организме Зв - Зиверт
Биологический эквивалент Рентгена - БЭР 1 Зв = 100 бер
1 бер = 0,01 Зв


СПЕЦИФИКА МИГРАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ
Согласно с исследованиями Р.М.Алексахина, Б.С.Пристера и других учених есть следующие закономерностипоступления радионуклидов в растения [3,4 ]:
КП радионуклидов из почвы в растения выше на легких по механическому составу почвах, чем на тяжелых. Самые высокие КП зафиксированы на торфах.
Особенно активны радионуклиды в кислой среде и депонируются на щелочных геохимических барьерах.
Доказано, что в лесах, природных лугах и «диких» местностях поступление радионуклидов в растения значительно выше, чем на окультуренных ландшафтах.
Относительно культур КП самый высокий у бобовых и зернобобовых культур. При этом, основная часть радионуклидов сконцентрирована в съедобной части растения. Озимые накопляют в 1,5 – 2 рази меньше радионуклидов, чем яровые. Зависит это также и от сорта растения.
Также цезий активно всасывают растения, нуждающиеся в калии – наприклад, картофель. Поэтому, если почвы бедны калим, будет происходить активное всасывание растениями изотопов цезия.
Очень высокие КП радионуклидов у грибов, особенно у белого (Boletus edulis) – до 18000 Бк/кг, сыроежек (Russulaceae) – до 7000 Бк/кг и польського (Xerocomus badius) - до 20000 Бк/кг.


СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОЧИСТКЕ ТЕРРИТОРИИ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ
Как уже было сказано, комплекс мероприятий по снижению негативного воздействия РН, прийнято называть контрмерами. Их можно разделить на 2 большие группы:
1)мероприятия по очистке почвы от радионуклидов;
2) мероприятия по снижению темпов миграции РН в растения и молоко.
Целью и тех, и других групп мероприятий является сниженние поступлення РН в организм человека.
Выполнение перечисленных мероприятий происходит согласно законодательным актам и нормативам « О радиационной безопасности», « О статусе территории и защите населения, подвергшегося загрязнения в результате аварии на Чернобыльской АЭС», «Нормы радиационной безопасности».
Также есть медицинские (регулярное обследование население, прием сорбирующих добавок и радиопротекторных препаратов человеку и сельскохозяйственным животным), организационные (переселение людей, проведение разъяснительных работ среди населения. Пропаганда в средствах массовой информации), контролирующие мероприятия (проведение экологического мониторинга на содержание радионуклидов в почве. Воде, продуктах питания).
К организационным мерам и мерам по снижению поступления РН в растения можно также отнести различные агротехнические и агрохимические мероприятия. По мнению украинских ученых Пристера Б.С, Гудкова И.Н.,. значительную часть дозовой нагрузки на сегодняшний день человек получает с продуктами питания [6,7]. Норматив дозовой нагрузки на организм человека согласно «Норм радиационной безопасности 2002» – 1 мЗв/год [8]. Пути поступления радионуклидов в организм человека могут быть следующими [9]: почва – растение – человек, почва – растение – молоко - человек. Поэтому многие контрмеры направлены на снижение содержания радионуклидов в продуктах питания. Если речь идет о растениях, тем более тех, которые непосредственно употребляются человеком в еду, многие мероприятия направлены на то, чтобы снизить темпы миграции радионуклидов в растение.
Например, на сильно загрязненных землях активно используется такие мероприятия как внесение местных сапропелей, древесного лигнина, которые тоже загрязнены, но большей активности не создадут, а помогут сорбировать радионуклиды. Также это могут быть цеолиты, глины, туфы, которые являются естественными сорбентами. Внесение повышенных доз калийных удобрений упреждает всасывание растениями цезия, который является химическим аналогом калия. Известкование насыщает почву кальцием, а значит, упреждает всасывание стронция, снижает кислотность и тем самым уменьшает активность радионуклидов. При чем в качестве сорбентов может активно использоваться местный материал – вблизи лесов – это может быть лигнин древесный, в Ровенской области Украины много отходов трудно утилизируемого фосфогипса