Оценка доз внешнего облучения работников лесного хозяйства в зонах радиоактивного загрязнения в Брянской области

Одним из актуальных вопросов при ведении хозяйства на загрязнённых радионуклидами территориях после аварии на ЧАЭС продолжает оставаться обеспечение радиационной безопасности работающих [1]. Уже в первые годы после аварии было показано, что дозы внешнего облучения работников сельского и лесного хозяйства, в первую очередь, полеводов, пастухов и лесников, были в 1,5-3 раза выше по сравнению с работающими в других отраслях народного хозяйства [2]. В частности, на территории Брянской области до 378 тыс. га сельскохозяйственных и 270 тыс. га лесных угодий имеют плотность загрязнения почвы 137Cs >37 кБк/м2 [3]. При этом, в отдельных районах запада Брянской области общая площадь бывших сельскохозяйственных угодий и лесов с плотностью загрязнения >555 кБк/м2 достигает 20 и 13 тыс. га соответственно [4]. В этом аспекте важное значение имеет не только определение существующих доз внешнего облучения работающих, но и их прогнозная оценка, позволяющая планировать безопасное ведение хозяйства в будущем. Для этой цели применяются различные методы, в число которых входят непосредственное измерение или расчёт мощности дозы внешнего гамма-излучения на реперных участках леса в зависимости от содержания и распределения по глубине почвы основного дозообразующего радионуклида – 137Cs [4, 5]. Полученные расчётные параметры позволяют

оценить дозу внешнего облучения работающих в зависимости от плотности загрязнения почвы радионуклидом и продолжительности выполнения работ. В частности, Рамзаевым В.П. и соавт. [4] на основе измерений и расчётов мощности амбиентного эквивалента дозы в лесных насаждениях установлен диапазон годовых доз внешнего облучения при работе в лесных насаждениях в целом по Брянской области, а в работе [5] – при их выполнении в конкретном участке леса. Вместе с тем, на протяжении года работники лесного хозяйства могут осуществлять деятельность на участках с различной плотностью загрязнения 137Cs, что необходимо учитывать при оценке внешнего облучения за длительный период.

Цель исследования – прогнозная оценка доз внешнего облучения работников лесного хозяйства при проведении работ на землях, выведенных из сельскохозяйственного пользования.

Материалы и методы

Объектом исследования послужили бывшие сельскохозяйственные угодья вблизи населённого пункта Увелье Красногорского района Брянской области с плотностью загрязнения почвы 137Cs от 60 до 1320 кБк/м2 на 2015 г. [6]. В основу выполненных модельных расчётов были положены следующие допущения.

На территории, переданной в лесной фонд, предполагается выполнение различных видов лесохозяйственных работ, к которым, в частности, относятся: посадка и уход за лесными насаждениями, создание и поддержание в рабочем состоянии квартальной и дорожной сети, борьба с вредителями и лесными пожарами и т.д. [7].

Бывшие сельскохозяйственные земли разграничены на лесные кварталы, в пределах каждого из них выделены отдельные участки – выдела (минимальные по площади участки леса с однородными лесорастительными условиями, видовым составом древесно-кустарниковой растительности и живого напочвенного покрова), в пределах которых осуществляется планирование и ведение лесохозяйственных работ [7]. Площадь выдела примерно соответствует площади элементарного участка бывших сельскохозяйственных угодий с характерной для него плотностью загрязнения почвы 137Cs [6].

Работники лесного хозяйства (мастера леса, лесники и рабочие) осуществляют работы в отдельных лесных выделах в течение 200 рабочих дней в году по 6 ч ежедневно. В продолжительность рабочего дня и при расчёте дозы облучения не учитывается время на переезд к месту выполнения работ и обратно, а также подготовительно-заключительные работы.

Выдел, в котором осуществляются работы в конкретный рабочий день, выбирается случайным образом с помощью генератора случайных величин независимо от его принадлежности к зоне радиоактивного загрязнения, при этом возможно выполнение работ в одном и том же выделе на протяжении нескольких дней.

При работе в течение одного рабочего дня в пределах одного выдела все работники получают одинаковую дозу внешнего облучения. Работы осуществляются только на открытом воздухе без экранирования излучения техникой.

Внешним облучением, сформированным в других условиях, например, при проживании в сельском населённом пункте, пренебрегали, таким образом, выполняли расчётную оценку внешнего облучения только при осуществлении профессиональной деятельности.

Консервативно не учитывали экранирование гамма-излучения снеговым покровом и вследствие выпадения атмосферных осадков. Также не учитывали количество дней с атмосферными осадками, при которых работы в лесу не проводятся.

За начальную точку при прогнозировании плотности загрязнения почвы 137Cs и мощности амбиентного эквивалента дозы принят 2015 г. [6]. Плотность загрязнения почвы 137Cs каждого выдела рассчитывали с учётом радиоактивного распада с шагом 10 лет до 2055 г. Для каждого года прогнозирования выполняли распределение площадей земель по зонам радиоактивного загрязнения [7].

Для каждого выдела рассчитывали мощность эквивалента амбиентной дозы на высоте 1 м над поверхностью почвы как произведение плотности загрязнения почвы 137Cs в год прогнозирования на дозовый коэффициент 6⋅10-10 (мЗв/ч)/(Бк/м2) для объёмного источника излучения с массовой толщиной 10 г/см2 и равномерно распределённой активностью [8]. Выбор такого источника обусловлен агротехнической обработкой почвы рассмотренных земель в первые годы после аварии, что привело к равномерному распределению радионуклида в её верхнем корнеобитаемом слое.

Годовую дозу внешнего облучения отдельного работника D^T в год T рассчитывали по формуле:

D^T =£^(6^ •DCF)                                  (1)

где 6 - продолжительность работы в лесном выделе, ч; A T - плотность загрязнения почвы ¹³⁷Cs в i -ом выделе для года Т , Бк/м²; DCF – коэффициент дозовой конверсии, (мЗв/ч)/(Бк/м²), согласно [8].

Для каждого года прогнозирования рассчитывали 5%, 50% и 95% перцентили мощности амбиентного эквивалента дозы и годовой эффективной дозы внешнего облучения работающих.

Результаты и их обсуждение

В 2015 г. бóльшая часть земель – 55% или 1983 га относилась к II зоне радиоактивного загрязнения и 33% или 1202 га – к III зоне (табл. 1). В 2025 г., по мере радиоактивного распада, доля территорий в III зоне радиоактивного загрязнения уменьшится в 2 раза (до 625 га), а во II зоне достигнет 65% от всей исследуемой площади.

Таблица 1

Прогноз распределения выведенных из сельскохозяйственного пользования земель в районе населённого пункта Увелье по зонам радиоактивного загрязнения

Зона радиоактивного загрязнения (плотность загрязнения по 137Cs, кБк/м2)	Годы
	2015	2025	2035     2045     2055
Незагрязнённая территория (<37 кБк/м2) I зона (37-185 кБк/м2) II зона (185-555 кБк/м2) III зона (555-1480 кБк/м2) IV зона (>1480 кБк/м2)	- 436 12 1983 55 1202 33	- 637 18 2359 65 625 17	- 997 28 2493 69 131 3	10 0 1468 41 2143 59 -	10 0 1958 54 1653 46 -
	0
Всего	3621

Примечание: в числителе площадь сельскохозяйственных угодий в га, в знаменателе – выраженная в % от общей.

В последующее десятилетие эта тенденция сохранится и площадь земель в III зоне радиоактивного загрязнения уменьшится в 6 раз по сравнению с 2025 г. (до 131 га), а во I зоне произойдет увеличение до 997 га или 28% от всей площади загрязнённых земель. Наибольшая площадь в 2025 г. будет сосредоточена во II зоне радиоактивного загрязнения – 2493 га, что составит 69% от всей обследуемой территории. К окончанию периода прогнозирования (2055 г.) основное количество земель – 54% (1958 га) будет сосредоточено в I зоне и 46% (1653 га) – во II зоне. Таким образом, анализ распределения земель по зонам радиоактивного загрязнения свидетельствует, что по истечении 80 лет с момента аварии основное их количество останется в I и II зонах радиоактивного загрязнения.

Распределение мощности амбиентного эквивалента дозы имеет выраженную правостороннюю асимметрию со снижением вероятности появления больших значений (рис. 1).

Мощность амбиентного эквивалента дозы, мкЗв/ч

Рис. 1. Распределение мощности амбиентного эквивалента дозы на высоте 1 м над поверхностью почвы в лесных выделах.

В 2015 г. 5% перцентиль ряда распределения мощности амбиентного эквивалента дозы составлял 0,1, а 95% перцентиль – 0,5 мкЗв/ч, вероятность появления значений >0,6 мкЗв/ч не превышала 1% (рис. 1). По мере радиоактивного распада 137Cs мощность дозы снижается и к 2025 г. для менее чем 5% выделов исследуемый показатель прогнозируется <0,07 и для 95% – <0,4 мкЗв/ч. К 2055 г. 95% перцентилю будет соответствовать значения 0,2 мкЗв/ч, а максимальная величина не превысит ∼0,3 мкЗв/ч.

Межквартильный интервал мощности амбиентного эквивалента дозы в 2015 г. составлял 0,17-0,35 мкЗв/ч (рис. 2). В дальнейшем этот показатель будет снижаться и в 2025 г. составит 0,13-0,28 мкЗв/ч, в 2035 г. – 0,11-0,22 мкЗв/ч, а к 2055 г. – 0,07-0,14 мкЗв/ч (рис. 2). Таким образом, если в 2015 г. показатели внешнего облучения в исследуемых выделах примерно в 3 раза превысят фоновую величину, обусловленную излучением естественных радионуклидов и 137Cs, поступившим с глобальными выпадениями, то к 2055 г. это превышение будет менее чем двукратным [9, 10].

Согласно принятых допущений при прогнозировании годовой эффективной дозы, выбор выдела для работы в конкретный рабочий день носит случайный характер независимо от зоны радиоактивного загрязнения. Соответственно, это позволило охватить все зоны радиоактивного загрязнения на конкретный год прогнозного расчёта. Такой подход позволил избежать излишней консервативности в расчётах дозы, если бы таковые проводились только для наиболее загрязнённых участков.

Рис. 2. Прогноз динамики межквартильного интервала мощности амбиентного эквивалента дозы на высоте 1 м над поверхностью почвы в лесных выделах.

Рис. 3. Прогноз динамики межквартильного интервала дозы внешнего облучения работающих в лесных выделах.

Наибольший межквартильный интервал годовой дозы внешнего облучения при работе в лесных выделах в 2015 г. мог составлять 0,32-0,36 мЗв/год (рис. 3). В последующем этот диапазон будет снижаться до 0,23-0,28 мЗв/год (2025 г.) и достигнет минимального значения в 2055 г. – 0,12-0,14 мЗв/год. Полученные результаты дозы внешнего облучения сопоставимы с таковыми, определёнными для работающих на различных лесных участках в юго-западных районах Брянской области [4, 5], а также с измеренными в лесхозах Республики Беларусь в 2003-2013 гг. [11].

Заключение

На примере выведенных из оборота земель в районе населённого пункта Увелье Красногорского района Брянской области спрогнозировано распределение их площадей по зонам радиоактивного загрязнения и дозы внешнего облучения работающих. На момент последнего обследования (2015 г.) основная часть угодий относилась к II и III зонам радиоактивного загрязнения (55% и 33% соответственно). К 2055 г. прогнозируется переход основного количества земель в I и II зоны загрязнения (54% и 46% соответственно). С 2015 по 2055 гг. наиболее вероятно снижение межквартильного интервала расчётной мощности амбиентного эквивалента дозы с 0,17-0,35 до 0,07-0,14 мкЗв/ч. При осуществлении работ на протяжении 1200 ч в году на исследуемой территории для работников лесного хозяйства возможно формирование дозы внешнего облучения от 0,32-0,36 мЗв/год в 2015 г. до 0,12-0,14 мЗв/год в 2055 г. Полученные данные имеют важное значение при планировании лесохозяйственной деятельности на выведенных из сельскохозяйственного оборота землях.