Оценка экологического риска и интегрального показателя загрязнения приземного слоя атмосферы в зоне наблюдения ФГУП «ПО «Маяк»

Производственное объединение «Маяк» расположено на территории Челябинской области и является одним из крупнейших предприятий Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом». Предприятие функционирует уже более 70 лет и до 90-х годов было ориентировано на производство оружейного плутония. Основными направлениями текущей деятельности ФГУП «ПО «Маяк» являются:

• -    выполнение государственного оборонного заказа по производству компонентов ядерного оружия;

• -    транспортировка и переработка отработавшего ядерного топлива;

• -    производство и реализация изотопной продукции;

• -    машиностроение и приборостроение;

• -    научно-производственная деятельность и решение проблем ядерного наследия [1].

Павлова Н.Н.* - науч. сотр., к.б.н.; Крышев И.И. – гл. науч. сотр., д.ф.-м.н., проф., академик РАЕН; Сазыкина Т.Г. - гл. науч. сотр., д.ф.-м.н.;

Каткова М.Н. - и.о. зав. лаб., к.б.н.; Крышев А.И. - вед. науч. сотр., д.б.н.; Косых И.В. - науч. сотр. ФГБУ «НПО «Тайфун».

В начальный период работы предприятия (с 1949 г.) произошло значительное загрязнение окружающей среды долгоживущими радионуклидами [2]. Причиной послужили как работа предприятия, в особенности радиохимического завода на первых этапах его функционирования в условиях неотработанных технологий производства оружейного плутония и, в меньшей степени, реакторного производства, так и ряд аварийных ситуаций. В 1949-1956 гг. жидкие радиоактивные отходы сбрасывали в р. Теча, поэтому пойма и донные отложения р. Течи загрязнены радионуклидами, в особенности, верхняя часть реки [2].

В штатном режиме работы предприятия поступление радионуклидов в окружающую природную среду обусловлено удалением в атмосферу технологических вентиляционных выбросов, загрязнённых радионуклидами, сбросами жидких радиоактивных веществ, нетехнологических и хозяйственно-бытовых вод и захоронением жидких и твёрдых отходов всех уровней активности [3]. Основными источниками радиоактивного загрязнения объектов окружающей природной среды в районе ФГУП «ПО «Маяк» в настоящее время являются территории, загрязнённые в результате аварии 1957 и 1967 гг., а также пойма р. Течи. В ноябре 2015 г. акватория оз. Карачай была полностью ликвидирована (закрыта скальным грунтом), что исключает повторение ситуации 1967 г. – с ветровым разносом радионуклидов. В соответствии с требованиями НРБ-99/2009 [4] и ОСПОРБ-99/2010 [5] вокруг промышленной зоны предприятия установлены санитарно-защитная зона (СЗЗ) и зона наблюдения (ЗН). Площадь СЗЗ составляет 256 км2. В СЗЗ отсутствуют населённые пункты, отдельные жилые дома и объекты социальной инфраструктуры. Площадь ЗН составляет около 1800 км2 [1].

Радиационный контроль загрязнения атмосферы в районе размещения ФГУП «ПО «Маяк» проводится сотрудниками предприятия с 1952 г. [6]. Мониторинг радиационной обстановки в 100-км ЗН осуществляется Уральским управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (УГМС) [3].

После ликвидации акватории водоёма Карачай, сокращения сбросов радионуклидов в окружающую среду, оптимизации системы обращения с радиоактивными отходами и др. произошло существенное (на один-два порядка величины) снижение объёмной активности техногенных радионуклидов в атмосфере [7].

Целью исследования является оценка загрязнения атмосферы техногенными радионуклидами в зоне наблюдения ФГУП «ПО «Маяк». Для реализации указанной цели были поставлены следующие задачи:

• -    анализ многолетней динамики изменений объёмной активности ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr и изотопов Pu в приземном слое атмосферы в ЗН по данным мониторинга радиационной обстановки;

• -    расчёт интегрального показателя загрязнения;

• -    расчёт обобщённого показателя риска.

Материалы и методы

ФГУП «ПО «Маяк» осуществляет контроль загрязнения атмосферы в ЗН в 17 пунктах. Уральским УГМС проводятся систематические наблюдения за объёмной активностью радионуклидов в приземном слое атмосферы в трёх пунктах [3].

Ближайшими к ликвидированному оз. Карачай пунктами контроля являются: п. Новогорный (Ю 6 км), п. Худайбердинск (ЮВ 11 км), г. Кыштым (ЗСЗ 17 км). При контроле радиационной обстановки особое место занимает п. Новогорный, поскольку он находится в непосредственной близости от ФГУП «ПО «Маяк» и его территория подверглась загрязнению в результате штатной работы предприятия и аварийных ситуаций [6].

Анализ загрязнения атмосферы 137Cs, 90Sr и Pu по данным мониторинга ФГУП «ПО «Маяк» и Уральского УГМС проводился в следующих пунктах контроля ЗН предприятия: г. Озёрск, г. Кыштым, п. Новогорный, п. Худайбердинск, п. Метлино, п. Башакуль.

Для оценки радиационной обстановки использовали следующие показатели:

• -    интегральный показатель загрязнения (ИПЗ) [8, 9];

• -    обобщённый показатель риска (ОПР) с учётом пространственного масштаба, продолжительности и интенсивности радиационного воздействия [8, 9].

Интегральный показатель загрязнения рассчитывается по формуле:

ипз = 2^ ,                                                 (1)

Akt где Ai - объёмная активность i-го радионуклида в атмосферном воздухе, Бк/м3; Ак. - контрольный уровень объёмной активности i-го радионуклида с учётом экологического и радиационного критериев. При ИПЗ<1 выполняется условие сохранения благоприятной окружающей среды.

Расчёт ОПР проводится по формуле:

ОПР = А_П р • А_В р • ИРВ_б ,                                                       (2)

где А пр – коэффициент, учитывающий пространственный масштаб загрязнения территории, балл; А вр – коэффициент, учитывающий временной масштаб радиационного воздействия, балл; ИРВ б – показатель интенсивности радиационного воздействия, балл.

Пространственный масштаб радиационного воздействия определяется на основе данных мониторинга, модельных или экспертных оценок по следующим критериям:

• -    локальное воздействие на природную среду в районе размещения, в СЗЗ радиационного объекта или на территории площадью до 10 км², А пр =1;

• -    местное воздействие на природную среду в ЗН радиационного объекта или на территории площадью до 100 км², А пр =2;

• -    региональное воздействие за пределами ЗН радиационного объекта или на территории площадью свыше 100 км², А пр =3.

Временной масштаб радиационного воздействия определяется на основе данных мониторинга, модельных или экспертных оценок по следующим критериям:

• -    кратковременное воздействие продолжительностью не более 1 месяца – 1 балл;

• -    воздействие продолжительностью не более 1 года – 2 балла;

• -    воздействие продолжительностью более 1 года – 3 балла.

Интенсивность радиационного воздействия определяется на основе расчётных оценок фоновых и максимальных индексов радиационной нагрузки или ИПЗ по данным мониторинга радиационной обстановки и моделирования по следующим критериям:

• -    незначительное воздействие – при ИПЗ, значения которого не отличаются значимо от фона;

• -    слабое воздействие – при ИПЗ менее 0,1;

• -    умеренное воздействие – при ИПЗ менее 1;

• -    сильное воздействие – при ИПЗ больше или равном 1.

Шкала для оценки интенсивности радиационного воздействия представлена в табл. 1.

Таблица 1

Шкала оценки интенсивности радиационного воздействия на природную среду

Воздействие	Интенсивность радиационного воздействия		Балл
Незначительное	Изменения в природной среде не превышают пределы естественной изменчивости	Индекс экологического риска или интегральный показатель загрязнения не отличаются от фоновых параметров на всей территории зоны наблюдений	1
Слабое	Превышаются пределы природной изменчивости, природная среда полностью самовос-станавливается	Максимальный индекс экологического риска или интегральный показатель загрязнения менее 0,1	2
Умеренное	Возможны нарушения отдельных эколого-физиологических параметров, природная среда сохраняет способность к восстановлению	Максимальный индекс экологического риска или интегральный показатель загрязнения менее 1	3
Сильное	Возможны значительные нарушения отдельных компонентов природной среды, видового разнообразия, потеря способности природной среды к восстановлению	Максимальный индекс экологического риска или интегральный показатель загрязнения больше или равно 1	30

В целях интерпретации ОПР для интегральной оценки радиационной обстановки с учётом пространственного масштаба, продолжительности и интенсивности радиационного воздействия на природную среду используется шкала, приведённая в табл. 2 [9].

Шкала оценки радиоэкологической обстановки и необходимости природоохранных мероприятий

Таблица 2

Воздействие на радиоэкологическую обстановку	Обобщённый показатель риска (ОПР)	Рекомендации
Незначительное	ОПР<10 (ОПР н <0,33)	Не требуются природоохранные мероприятия по обеспечению радиационной безопасности окружающей среды
Слабое	10≤ОПР<20 (0,33≤ОПР н <0,66)	Оценивается влияние природных и техногенных факторов на радиационную обстановку территории путём сопоставления с фоном
Умеренное	20≤ОПР<30 (0,66≤ОПР н <1,00)	Рекомендуются дополнительные исследования по снижению неопределённости в оценке радиоэкологической обстановки
Сильное	ОПР≥30 (ОПР н ≥,00)	Оценивается необходимость природоохранных мероприятий с учётом экологических, технологических и экономических факторов

Примечание. ОПР н – значение ОПР, нормированное на 30 (максимальную интенсивность радиационного воздействия).

Результаты и обсуждение

Многолетняя динамика объёмной активности ¹³⁷Cs в приземном слое атмосферы по данным УГМС Росгидромета в п. Новогорный представлена на рис. 1. Согласно данным мониторинга содержание ¹³⁷Cs в приземном воздухе значительно ниже (на 6-8 порядков) величины ДОА нас (27 Бк/м³).

Анализ многолетней динамики объёмной активности ⁹⁰Sr (рис. 2) в среднем по ЗН ФГУП «ПО «Маяк» показал, что за период 2004-2021 гг., несмотря на значительные колебания, содержание радионуклида на несколько порядков ниже ДОА нас (2,7 Бк/м³). Средние значения концентрации ⁹⁰Sr в приземном слое атмосферы рассчитывали по шести пунктам: г. Озёрск, г. Кыштым, п. Новогорный, п. Худайбердинск, п. Башакуль и п. Метлино.

В табл. 3 представлены данные ФГУП «ПО «Маяк» о выбросах и объёмной активности изотопов плутония в трёх пунктах ЗН: г. Озёрск, п. Метлино и п. Новогорный [1, 3].

По данным, представленным в табл. 3, был проведён корреляционный анализ зависимости выбросов изотопов плутония и объёмной активности радионуклида в приземном слое атмосферы. Коэффициенты корреляции приведены в табл. 4. Все данные были разделены на два периода: 2004-2015 гг. – до ликвидации акватории оз. Карачай, 2016-2021 гг. – после ликвидации акватории оз. Карачай.

Рис. 1. Объёмная активность ¹³⁷Cs в зоне наблюдения ФГУП «ПО «Маяк»

за период 1999-2022 гг.

Рис. 2. Объёмная активность ⁹⁰Sr в зоне наблюдения ФГУП «ПО «Маяк» за период 2004-2021 гг.

Таблица 3

Многолетняя динамика выбросов изотопов плутония на ФГУП «ПО «Маяк» и объёмной активности в приземном слое атмосферы г. Озёрска, п. Метлино и п. Новогорный

Год	Фактический выброс 239Pu, Бк/год	Допустимый выброс 239Pu, Бк/год	Объёмная активность изотопов Pu, Бк/м3
			г. Озёрск	п. Новогорный	п. Метлино
2004	3,39·108	7,40·109	1,20·10-5	6,00·10-6	1,10·10-5
2005	6,71·108	7,40·109	1,30·10-5	3,00·10-6	1,20·10-5
2006	4,60·108	7,40·109	1,40·10-5	7,00·10-6	5,00·10-6
2007	4,79·108	7,40·109	1,40·10-5	1,60·10-5	1,00·10-5
2008	5,30·108	7,40·109	1,40·10-5	1,00·10-5	1,50·10-5
2009	5,42·108	7,40·109	2,00·10-6	1,00·10-6	1,00·10-6
2010	4,60·108	7,40·109	1,00·10-6	3,00·10-6	1,00·10-6
2011	4,60·108	7,40·109	1,00·10-6	2,00·10-6	4,00·10-6
2012	4,79·108	4,74·1010	4,00·10-6	7,00·10-6	4,00·10-6
2013	3,99·108	6,27·1010	6,00·10-6	9,00·10-6	6,00·10-6
2014	3,49·108	4,92·1010	1,30·10-5	8,00·10-6	5,00·10-6
2015	4,21·108	4,92·1010	7,00·10-6	8,00·10-6	7,00·10-6
2016	3,76·108	4,92·1010	1,00·10-5	1,00·10-5	2,00·10-5
2017	5,07·108	4,92·1010	3,00·10-5	2,00·10-5	2,00·10-5
2018	6,35·108	4,92·1010	3,00·10-5	1,00·10-5	2,00·10-5
2019	7,41·108	4,92·1010	3,00·10-5	4,00·10-5	3,00·10-5
2020	5,44·108	4,92·1010	2,00·10-5	4,00·10-5	2,00·10-5
2021	5,23·108	1,03·1010	2,00·10-5	2,00·10-5	2,00·10-5

Таблица 4

Результаты корреляционного анализа зависимости выбросов плутония и его содержанием в приземном слое атмосферы г. Озёрска, п. Новогорный и п. Метлино зоны наблюдения ФГУП «ПО «Маяк»

Период	Коэффициент корреляции
	г. Озёрск	п. Новогорный	п. Метлино
2004-2015 гг.	0,021	-0,265	0,217
2016-2021 гг.	0,789	0,533	0,739

Результаты, представленные в табл. 4, показывают, что до ликвидации акватории оз. Ка-рачай выбросы изотопов плутония не являлись основным фактором, определяющим содержание радионуклида в приземном слое атмосферы рассматриваемых пунктов наблюдения. После засыпки оз. Карачай скальным грунтом, которая была завершена в 2015 г., в последующие годы прослеживается прямая зависимость между выбросами плутония и его объёмной активностью в атмосферном воздухе г. Озёрска и п. Метлино.

На следующем этапе работы был рассчитан ИПЗ техногенными радионуклидами (137Cs, 90Sr и изотопами Pu) приземного слоя атмосферы в ЗН ФГУП «ПО «Маяк» в среднем по зоне и в отдельных пунктах наблюдения: г. Озёрск, г. Кыштым, п. Татыш, п. Новогорный, п. Худайбер-динск, п. Башакуль и п. Метлино.

При определении ИПЗ использовали контрольные уровни, удовлетворяющие как природоохранному критерию – непревышение предельно допустимого радиационного воздействия на объекты биоты, так и радиационному критерию – непревышение уровней перехода содержания радионуклидов в компонентах природной среды в категорию радиоактивных отходов [8]. Во всех пунктах наблюдений и в среднем по ЗН полученные значения ИПЗ были на 2 порядка ниже значений, соответствующих безопасному уровню облучения биоты. Для обеспечения экологической безопасности при наличии в атмосферном воздухе смеси техногенных радионуклидов значение

ИПЗ должно быть меньше 1. Для примера на рис. 3, 4 представлена динамика ИПЗ в п. Новогорный и г. Озёрск. Следует отметить, что при использовании контрольных уровней только по природоохранному критерию при расчётах ИПЗ значения показателя варьируют в диапазоне 1⋅10-4-1⋅10-3. Расчёт ИПЗ проводился по данным ФГУП «ПО «Маяк», поскольку Уральское УГМС проводит наблюдения за объёмной активностью радионуклидов в атмосфере в трёх пунктах ЗН предприятия.

Рис. 3. Динамика интегрального показателя загрязнения ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и Pu (сумма изотопов) приземного слоя атмосферы в п. Новогорный в зоне наблюдения ФГУП «ПО «Маяк» за период 2017-2021 гг.

Рис. 4. Динамика интегрального показателя загрязнения ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и Pu (сумма изотопов) приземного слоя атмосферы в г. Озёрске зоны наблюдения ФГУП «ПО «Маяк» за период 2017-2021 гг.

Оценка ОПР показала, что за период исследования 2017-2021 гг. наблюдается слабое воздействие ФГУП «ПО «Маяк» на загрязнение приземного слоя атмосферы техногенными радионуклидами, при котором рекомендуется регулярно оценивать влияние природных и техногенных факторов на радиационную обстановку (табл. 5).

Таблица 5

Значения ИПЗ и ОПР в приземном слое атмосферы зоны наблюдения ФГУП «ПО «Маяк»

Год	ИПЗ	Вклад в ИПЗ, %			ОПР
		90Sr	137Cs	Pu
2017	0,0140	4,3	1,6	94,1	12
2018	0,0089	1,9	1,3	96,8	12
2019	0,0112	1,4	2,0	96,6	12
2020	0,0118	2,1	1,0	96,9	12
2021	0,0115	2,2	3,0	94,8	12

Учитывая результаты корреляционного анализа и вклад изотопов плутония в ИПЗ (табл. 4, 5) необходимо проводить оценку содержания радионуклида в атмосферном воздухе по данным мониторинга для своевременного выявления изменений радиационной обстановки в районе расположения ФГУП «ПО «Маяк». Необходимость мониторинга содержания плутония в окружающей среде определяется также тем обстоятельством, что в значительной степени с ним связываются долговременные последствия радиоактивного загрязнения [10, 11].

Заключение

Анализ многолетней динамики изменений объёмной активности ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr и изотопов Pu в приземном слое атмосферы в зоне наблюдения ФГУП «ПО «МАЯК» показал, что, несмотря на колебания значений в разные годы наблюдений за период 2004-2021 гг., содержание техногенных радионуклидов значительно ниже ДОА нас .

В представленной работе проведена оценка радиоэкологической обстановки в зоне наблюдения ФГУП «ПО «МАЯК» по интегральному показателю загрязнения (ИПЗ) техногенными радионуклидами приземного слоя атмосферы и обобщённого показателя риска (ОПР).

Полученные значения ИПЗ ниже 1, что свидетельствует о непревышении экологически безопасных уровней облучения природных объектов. Значения ОПР, рассчитанные в соответствии с Рекомендациями Р 52.18.923-2022 [8], больше 10, но меньше 20, что соответствует слабому радиационному воздействию на биоту. Основной вклад в ИПЗ атмосферного воздуха вносят изотопы плутония. Корреляционный анализ зависимости выбросов изотопов плутония и объёмной активности радионуклида в приземном слое атмосферы показал, что до ликвидации акватории оз. Карачай выбросы изотопов плутония не являлись основным фактором, определяющим содержание радионуклида в приземном слое атмосферы рассматриваемых пунктов наблюдения. После засыпки оз. Карачай скальным грунтом, которая была завершена в 2015 г., в последующие годы прослеживается прямая зависимость между выбросами плутония и его объёмной активностью в атмосферном воздухе г. Озёрска и п. Метлино. В целом, радиационная обстановка на территории зоны наблюдения ФГУП «ПО «Маяк» оценивается в настоящее время как стабильная. Значения контролируемых параметров содержания техногенных радионуклидов в атмосферном воздухе в ЗН предприятия ниже допустимых.

С учётом потенциальной радиационной опасности предприятия рекомендуется продолжить мониторинг загрязнения атмосферного воздуха плутонием и другими техногенными радионуклидами.