Критерии реабилитации загрязнённых радионуклидами территорий размещения объектов использования атомной энергии

Основной целью реабилитации радиоактивно загрязнённой территории размещения объекта использования атомной энергии (ОИАЭ) является снижение радиологической опасности для человека и окружающей среды до уровня приемлемого радиационного и экологического риска. Большинство территорий ОИАЭ даже после вывода из эксплуатации отдельных объектов будет использоваться в промышленных целях. При проведении работ по перепрофилированию использования территорий возникает задача определения существующих рисков вредного воздействия на персонал и соотнесения их с нормативными установленными величинами. В случае несоответствия существующих рисков современным требованиям обеспечения безопасности возникает необходимость разработки плана реабилитационных работ промышленной

Крышев И.И. * – гл. научн. сотр., д.ф.-м.н., проф.; Крышев А.И. – зав. лаб., д.б.н. ФГБУ «НПО «Тайфун» Росгидромета. Панченко С.В. – зав. лаб.; Ведерникова М.В. – научн. сотр., к.т.н. ИБРАЭ РАН.

площадки, в котором важное место занимает определение параметров конечного состояния территории. При этом в соответствии с международными основными нормами безопасности [1, 2] , наряду с защитой нынешних и будущих поколений человека от радиационных рисков, при использовании атомной энергии необходимо подтверждать защиту окружающей среды от воздействия радиоактивного загрязнения. В настоящее время в России отсутствуют критерии допустимого радиационного воздействия на человека, а также производные радиоэкологические нормативы остаточного содержания радионуклидов в объектах окружающей среды, позволяющие считать загрязнённую территорию реабилитированной в зависимости от целей её дальнейшего использования [2, 3] .

Предметом настоящей работы является разработка количественных операционных критериев реабилитации загрязнённых радионуклидами территорий размещения ОИАЭ, обеспечивающих радиационную безопасность человека и окружающей среды.

Материалы и методы

В качестве практических критериев обеспечения радиационно-экологической безопасности при реабилитации загрязнённой радионуклидами территории целесообразно использовать контрольные уровни (КУ) содержания радионуклидов в почве (операционный критерий), которые могут быть непосредственно сопоставлены с данными прямых измерений параметров радиоактивного загрязнения.

Оценка контрольных уровней содержания радионуклидов в почве по радиационно-гигиеническому критерию

Расчёт КУ для / -го радионуклида, присутствующего в почве загрязнённой радионуклидами территории ОИАЭ, проводился по формуле [3, 4]:

КУ i = K3i- Csi, где КУ - контрольные уровни плотности загрязнения грунта /-м радионуклидом, Бк/м2; Cs,i — плотность загрязнения грунта /-м радионуклидом, Бк/м2; КЗ/ - коэффициент запаса для /-го радионуклида, определяемый по формуле:

КЗ i

ЕД где ПД - предел дозы допустимого облучения для человека; ЕД/ - доза облучения человека от /-го радионуклида.

Согласно рекомендациям МАГАТЭ [1, 5], референтным пограничным уровнем радиологической опасности для принятия решения о необходимости реабилитации территории является дозовая нагрузка на человека 20 мЗв/год. Это значение дозовой нагрузки принято в качестве ПД .

При расчёте КУ по радиационно-гигиеническому критерию учитывались такие пути облучения человека как внешняя доза и ингаляция атмосферного воздуха, т.е. предполагалось чисто индустриальное использование загрязнённой территории ОИАЭ: без выращивания и потребления местных сельскохозяйственных продуктов и воды.

Внутренняя доза облучения при вдыхании радионуклидов H_/nhj/ определялась из соотношения:

H inh , i

е. _ . и U _ inh ,i       inh

и С air,s,i

и С

work

где £ _inh ,i - фактор дозовой конверсии при ингаляции i -го радионуклида, Зв/Бк; U_inh - интенсивность дыхания человека, м³/год; C_air ,s, _i - концентрация радионуклида в воздухе c учётом ресуспензии, Бк/м³; C work - часть времени, проводимая на промплощадке (консервативно принимается C work =0,3).

Концентрация радионуклида в воздухе c учётом ресуспензии рассчитывалась следующим образом:

C      . = C .• K      , air , s , i            s , i         в. п го , где Cs,i - плотность загрязнения грунта i-м радионуклидом, Бк/м2; Кв.п - фактор ресуспензии, определяемый как отношение результирующей в данной точке концентрации радиоактивного вещества в приземном слое воздуха (Бк/м3) к плотности радиоактивного загрязнения в этой точке (Бк/м2), м-1, Кв.п„ - равновесный фактор ресуспензии, м-1. Значение Кв-п„ находится в пределах 10-8 - 10-10 м-1, рекомендованное его среднее значение 10-9 м-1 [6, 7].

Внешняя доза облучения от загрязнённой радионуклидом поверхности земли H_si рассчитывалась по формуле:

H =C ⋅Ri ⋅ki ⋅C si          s , i       s       s       work , где Cs,i - плотность загрязнения грунта /-м радионуклидом, Бк/м2; R^ - дозовый фактор конверсии при облучении от поверхности грунта для i-го радионуклида, (Зв^м2/Бктод), k^ - коэффициент экранирования облучения от грунта; Cwork - часть времени, проводимая на промплощадке ( Cwork =0,3).

Выбор параметров для расчётов базировался на рекомендациях [8, 9]. Значения дозовых коэффициентов внутреннего облучения от ингаляции были взяты в соответствии с [1, 10].

Оценка контрольных уровней содержания радионуклидов в почве по экологическому критерию

В соответствии с [11-12] расчёты КУ по экологическому критерию проводились при условии предельно допустимого радиационно-экологического воздействия на объекты биоты: для млекопитающих, позвоночных животных и сосны обыкновенной Pinus sylvestris, равного 1,0 мГр в сутки; для растений (кроме сосны обыкновенной) и беспозвоночных животных, равного 10 мГр в сутки.

В качестве представительных объектов наземной биоты для оценки радиационноэкологического воздействия на загрязнённой территории промплощадки ОИАЭ были выбраны следующие группы организмов наземной биоты: деревья (сосна), наземные млекопитающие (мышевидные грызуны), дождевые черви. В соответствии с [11] выбор этих объектов в качестве представительных обусловлен следующим. Мышевидные грызуны и дождевые черви являются экологически значимыми объектами фауны, доступными для радиоэкологического мониторинга, способными к самовосстановлению. Мышевидные грызуны характеризуются относительно высокой радиочувствительностью, а дождевые черви могут подвергаться более высоким дозовым нагрузкам на промплощадке по сравнению с другими организмами вследствие постоянного пребывания в загрязнённом грунте. Из представителей флоры сосна является наиболее радиочувствительным видом, что имеет важное значение для консервативной оценки КУ. Отметим, что при рассмотрении конкретной площадки ОИАЭ расчёт КУ следует производить с учётом региональной специфики видового состава биоты, реально обитающей в районе расположения рассматриваемого ОИАЭ.

При оценке величины радиационно-экологического воздействия учитывались следующие пути облучения: внутреннее – от радионуклидов, накопленных организмами биоты; внешнее – от почвы.

КУ удельной активности i -го радионуклида в почве для n -го представительного объекта наземной биоты A m,i,n,эк , Бк/кг, рассчитывался по формуле [13]:

A

m ,i, n,эк

P max, n

" (DCF .ПЛ • CF. n ,4 + DCF.....)• T ’ где Рmax,n – критерий предельно допустимого радиационно-экологического воздействия на n-й представительный объект наземной биоты, мГр/сут; DCFi,n,1 – фактор дозовой конверсии для внутреннего облучения n-го представительного объекта наземной биоты от i-го радионуклида, (мкГр/ч)/(Бк/кг сырого веса); CFi,n,4 – коэффициент накопления i-го радионуклида в n-м представительном объекте наземной биоты, (Бк/кг сырой массы)/(Бк/кг почвы); DCFi,n,4 – фактор дозовой конверсии для внешнего облучения n-го представительного объекта наземной биоты от i-го радионуклида, (мкГр/ч)/(Бк/кг сырого веса); т - переводной коэффициент, равный 2,4^10—2 (мГр/сут)/(мкГр/ч).

КУ удельной активности i -го радионуклида рассчитывался для верхнего 10-сантиметрового слоя почвы для объектов биоты, обитающих на поверхности, либо верхнего 50-сантиметрового слоя почвы для объектов биоты, обитающих внутри почвы.

Значение CF i,n,4 рекомендуется определять на основе данных наблюдений для исследуемой территории. В случае отсутствия таких данных следует использовать значения, представленные в Р 52.18.820 [11]. Там же приведены значения параметров DCF i,n,1 , DCF i,n,4 .

Результаты и обсуждение

Контрольные уровни по радиационно-гигиеническому критерию

Контрольные уровни содержания радионуклидов в почве при пределе дозы для человека 20 мЗв/год, рекомендуемом МАГАТЭ [5] для принятия решения о необходимости реабилитации территории, приведены в табл. 1. Из рассмотренных радионуклидов наименьшие значения КУ характерны для у -излучающих радионуклидов (в Бк/кг): ⁶⁰Co, 6,4^10 3 ; ¹⁵⁴Eu, 1,3^10⁴; ¹³⁷Cs, 2,6^10⁴; а также с учётом внешнего облучения от дочерних радионуклидов для ²²⁶Ra, 9,3·10³; ²³²Th, 6,4·10³.

Значения КУ содержания радионуклидов в почве для человека

Таблица 1

Радионуклид	Период полураспада, лет	КУ, Бк/м2	КУ, Бк/кг	ПЗУА [14], Бк/кг
60Co	5,27	9,0·105	6,4·103	104
90Sr	29,1	4,2·108	3,0·106	105
99Tc	2,13·105	2,6·1010	1,9·108	106
137Cs	30	3,6·106	2,6·104	104
154Eu	8,8	1,8·106	1,3·104	104
226Ra	1,6·103	1,3·106	9,3·103	104
232Th	1,40·1010	9,0·105	6,4·103	103
235U	7,04·108	1,3·107	9,3·104	104
238U	4,47·109	8,4·107	6,0·105	104

Примечание: в условиях равновесия с дочерними радионуклидами: 90Sr – 90Y; 137Cs – 137mBa; 226Ra – 222Rn, 218Po, 214Pb, 214Bi, 214Po, 210Pb, 210Bi, 210Po; 232Th – 228Ra, 228Ac, 228Th, 224Ra, 220Rn, 216Po, 212Pb, 212Bi, 208Tl (0,36), 212Po (0,64); 235U – 231Th; 238U – 234Th, 234mPa.

Основной вклад в дозу облучения человека для γ -излучающих радионуклидов даёт внешнее облучение от грунта. Для радионуклидов, не являющихся источником внешнего облучения, КУ на порядок и более выше по сравнению с γ -излучателями. Для ⁶⁰Co рассчитанные значения КУ ниже по сравнению с ПЗУА [14], для ¹⁵⁴Eu, ²²⁶Ra – близки величине ПЗУА, для остальных рассмотренных радионуклидов более жёсткими являются величины ПЗУА.

Контрольные уровни по экологическому критерию

Значения КУ A m,i,n,эк для представительных объектов наземной биоты на загрязнённой радионуклидами территории ОИАЭ приведены в табл. 2, значения КУ для критической группы наземной биоты – в табл. 3.

Таблица 2

Значения КУ удельной активности радионуклидов в почве для представительных объектов наземной биоты

Радионуклид	КУ, Бк/кг
	Деревья	Млекопитающие	Дождевые черви
60Co	1,0·105	8,1·104	3,2·104
90Sr	1,3·105	3,8·104	8,9·106
99Тс	2,7·104	1,9·106	1,9·106
137Cs	2,9·105	4,0·104	1,3·105
154Eu	1,3·105	3,4·105	6,6·104
226Ra	1,5·105	7,1·104	1,9·104
232Th	1,6·107	1,4·108	2,0·106
235U	9,8·105	3,1·106	4,6·105
238U	2,5·106	1,5·108	1,9·106

Таблица 3

Значения КУ удельной активности радионуклидов в почве для критической группы наземной биоты

Радионуклид	Значение КУ A m,i,n,эк , Бк/кг	Критическая группа наземной биоты
60Co	3,2·104	Дождевой червь
90Sr	3,8·104	Млекопитающие
99Тс	2,7·104	Дерево
137Cs	4,0·104	Млекопитающие
154Eu	6,6·104	Млекопитающие
226Ra	1,9·104	Дождевой червь
232Th	2,0·106	Дождевой червь
235U	4,6·105	Дождевой червь
238U	1,9·106	Дождевой червь

При наличии в почве смеси радионуклидов должно выполняться соотношение:

∑

A

m , i

< 1

A

m , i , n , эк

где A m,i – удельная активность i -го радионуклида в верхнем 10-сантиметровом слое почвы для объектов биоты, обитающих на поверхности, либо верхнем 50-сантиметровом слое почвы для объектов биоты, обитающих внутри почвы, Бк/кг.

Выполнение этого соотношения обеспечивает отсутствие негативного радиационноэкологического воздействия на объекты наземной биоты загрязнённой территории ОИАЭ. Превышение КУ и нарушение соотношения являются основанием для рассмотрения вопроса о реабилитации загрязнённой радионуклидами территории по экологическому критерию.

Сравнение экологических и радиационно-гигиенических критериев реабилитации загрязнённой территории

В целях выбора единого критерия реабилитации загрязнённой радионуклидами территории, обеспечивающего безопасность человека и биоты, необходимо произвести сопоставление рассчитанных значений контрольных уровней по экологическому и радиационно-гигиеническому принципам (табл. 4).

Таблица 4

Сравнение КУ содержания радионуклидов в почве по экологическому и радиационно-гигиеническому критериям

Радионуклид	КУ (экологический критерий), Бк/кг	КУ (радиационно-гигиенический критерий), Бк/кг	ПЗУА [14], Бк/кг
60Co	3,2·104	6,4·103	104
90Sr	3,8·104	3,0·106	105
99Tc	2,7·104	1,9·108	107
137Cs	4,0·104	2,6·104	104
154Eu	6,6·104	1,3·104	104
226Ra	1,9·104	9,3·103	104
232Th	2,0·106	6,4·103	103
235U	4,6·105	9,3·104	104
238U	1,9·106	6,0·105	104

Выбор в качестве единого норматива контрольных уровней содержания радионуклидов в почве наиболее консервативного критерия, удовлетворяющего как радиационно-гигиеническим, так и экологическим требованиям, обеспечивает радиационную безопасность как человека, так и окружающей среды [15, 16].

Сравнение контрольных уровней содержания радионуклидов в почве (табл. 4) показывает, что для 90Sr, 99Tc экологический критерий жёстче санитарно-гигиенического и становится лимитирующим фактором при решении вопросов о необходимости реабилитации территории. В ряде случаев (для изотопов естественного происхождения: 232Th, 238U и большинства трансурановых элементов) в качестве лимитирующего фактора может быть рассмотрено значение ПЗУА, которое оказывается жёстче двух других критериев. В связи с этим возникает вопрос: насколько корректно были в своё время оценены значения ПЗУА для отдельных радионуклидов? Возможно, правомочно при подготовке следующей редакции нормативных документов по отнесению отходов к радиоактивным отходам скорректировать значения ПЗУА для ряда радионуклидов, расширив число рассматриваемых ситуаций облучения человека и биоты.

Следует также добавить, что пограничный уровень радиологической опасности для принятия решения о необходимости реабилитации территории в виде дозовой нагрузки не имеет в настоящее время в отечественной практике чёткой регламентации. Следовательно, использование значения дозовой нагрузки на репрезентативного индивидуума - 20 мЗв/год - является лишь иллюстративным примером предложенного методического подхода для получения операционных критериев реабилитации радиоактивно загрязнённых промышленных площадок ОИАЭ.

Заключение

Выбор критериев реабилитации радиационно загрязнённой территории размещения ОИАЭ не всегда может быть осуществлён только по радиационно-гигиеническому принципу. Значимость экологического критерия реабилитации обусловлена тем фактом, что, несмотря на более высокие уровни экологически безопасного облучения для объектов живой природы по сравнению с человеком, объекты биоты подвергаются радиационному воздействию практически по всем возможным путям и, соответственно, получают более высокие дозовые нагрузки.

Человек, в отличие от биоты, не связан с загрязнённой территорией пищевыми цепочками. Единственными путями облучения от γ -излучающих радионуклидов для него являются внешнее облучение от земной поверхности и вдыхание воздуха, а для β - и α -излучающих радионуклидов – только ингаляция. Таким образом, при разработке критериев реабилитации загрязнённых радионуклидами территорий промплощадок ОИАЭ необходимо использовать как радиационно-гигиенические, так и экологические требования. Проблемным вопросом при выборе критериев реабилитации остаётся использование в ряде случаев значений ПЗУА. Также правомочной остаётся задача корректировки самих этих значений за счёт как расширения рассматриваемых сценариев облучения, так и использования более реалистичных моделей оценки радиационного воздействия на человека и биоту.