Оценка мощности амбиентного эквивалента дозы на лесных участках в юго-западных районах Брянской области

В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглись леса 15 субъектов Российской Федерации. В период восстановительной стадии после аварии и до настоящего времени основным дозообразующим радионуклидом вне зоны отчуждения остаётся 137Cs [1, 2]. Наибольшие площади загрязнённых 137Cs лесов сохраняются в Брянской области, преимущественно в юго-западных районах. В результате аварии на всей территории области отмечены первичные радиоактивные выпадения 137Cs свыше 3,7 кБк/м2, значительная часть территории была отнесена к зонам радиоактивного загрязнения с плотностью загрязнения почвы свыше 37 кБк/м2 (1 Ки/км2) [3].

Согласно Лесному плану Брянской области на 2019-2028 гг., общая площадь лесов на 01.01.2018 г. составляла 1237,2 тыс. га (лесистость 35,5% от общей площади области). Кроме того, на территории области имеются значительные площади неучтённых лесов, преимущественно сформировавшихся на землях запаса и землях, выведенных из сельхозпользования. Фактическая лесистость Брянской области, по результатам анализа данных спутниковой съёмки Landsat, составляет 55,75% [4]. Эти данные хорошо согласуются с результатами наших исследо-

Марченко Т.А. – гл. науч. сотр., д.м.н., проф. ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФС). Радин А.И.* – зав. лаб.; Раздайводин А.Н. – зав. отд. ФБУ ВНИИЛМ.

ваний для юго-западных районов области [5]. Так, для Новозыбковского района на 2019 г. фактическая лесистость по материалам дистанционного зондирования Земли составила 43% при 23% по лесохозяйственному регламенту лесничества.

В наибольшей степени пострадали от аварии на Чернобыльской АЭС юго-западные районы: Гордеевский, Клинцовский, Красногорский, Злынковский, Климовский и Новозыбковский [3].

В соответствии с Лесным кодексом выделяют четыре зоны радиоактивного загрязнения лесов по плотности загрязнения почвы 137Cs. Современное состояние загрязнения радионуклидом территории лесного фонда Брянской области приведено в табл. 1 [6].

Таблица 1 Распределение лесов Брянской области по зонам радиоактивного загрязнения по состоянию на 2020 г.

Плотность загрязнения почвы 137Cs, кБк/м2	Площадь, тыс. га
Вне зон загрязнения, менее 37	981,8
Зона низкой степени загрязнения лесов, 37-185	127,0
Зона средней степени загрязнения лесов,185-555	84,2
Зона высокой степени загрязнения лесов, 555-1480	14,9
Зона крайне высокой степени загрязнения лесов, свыше 1480	0,8

Леса Брянской области в основном относятся к зоне хвойно-широколиственных лесов, к западной части лесного района хвойно-широколиственных (смешанных) лесов Европейской части Российской Федерации [7]. Исключение составляют наиболее южные районы (Климовский, Погарский, Стародубский), отнесённые к лесостепной зоне, к лесостепному району европейской части Российской Федерации. Основными лесообразующими породами являются сосна обыкновенная ( Pinus sylvestris L. ), берёза повислая ( Betula pendula Roth. ), берёза пушистая ( B. pubescens Ehrh. ), осина ( Populus tremula L. ), ольха чёрная ( Alnus glutinosa (L.) Gaertn. ), ель европейская (Picea abies (L.) H.Karst. ), дуб черешчатый ( Quercus robur L. ).

В лесах Брянской области преобладают сосновые и берёзовые насаждения. В лесном хозяйстве принято деление насаждений по секциям (группам древесных пород): хвойные, твёрдолиственные, мягколиственные. От общей площади покрытых лесной растительностью земель хвойные породы составляют 47,8%, твёрдолиственные – 6,2%, мягколиственные – 46,0%.

Основной запас 137Cs в лесных почвах сосредоточен в лесной подстилке и верхнем минерализованном слое. В хвойных насаждениях, особенно сосняках зеленомошных типов, до 30% запаса данного радионуклида может находиться в лесной подстилке. В лиственных лесах лесная подстилка разлагается существенно быстрее, и основной запас 137Cs располагается в верхнем минеральном слое почвы [2]. Хвойные и лиственные насаждения существенно отличаются по хозяйственной значимости и классу природной пожарной опасности.

В загрязнённых 137Cs лесах невозможно полностью прекратить хозяйственную деятельность, так как это может привести к утрате полезных хозяйственных свойств, снижению противопожарной и биологической устойчивости лесов. Для обеспечения безопасности при проведении работ по использованию, охране, защите и воспроизводству лесов необходимо иметь объективную оценку радиационной обстановки на лесных участках.

Цель исследования – на основе многолетних данных радиационного мониторинга лесов, накопленных результатов научно-исследовательских и практических работ дать оценку мощности амбиентного эквивалента дозы (МАЭД) гамма-излучения на лесных участках в зонах радиоактивного загрязнения Брянской области.

Задачи исследования: оценить диапазон МАЭД на лесных участках в зонах радиоактивного загрязнения юго-запада Брянской области; сравнить МАЭД в хвойных и лиственных насаждениях; дать оценку опасности внешнего облучения работников лесного хозяйства при проведении лесохозяйственных работ в соответствии с требованиями Норм радиационной безпасности (НРБ-99/2009).

Материалы и методы

В данной статье использованы результаты радиационного обследования лесов юго-западных районов Брянской области, проведённого нами в 2019-2022 гг. В качестве первичной учётной единицы принят лесной квартал. Размещение точек отбора проб почвы и измерения МАЭД при- ведено на рис. 1.

Рис. 1. Размещение точек обследования на территории загрязнённого ¹³⁷Cs лесного фонда Брянской области. Зоны радиоактивного загрязнения лесов даны по состоянию на 2020 г.

Измерение МАЭД проводилось в точках отбора проб почвы на высоте 1 м от поверхности с использованием дозиметров ДКГ-РМ1203М, дозиметров-радиометров МКС-АТ6130 и дозиметров-радиометров поисковых МКС-РМ1401. Пробы для определения плотности загрязнения 137Cs лесных почв отбирались по принятой в лесном хозяйстве методике (Руководство по радиационному обследованию лесного фонда, 1995 г.) при помощи почвенного пробоотборника с фиксированным диаметром 0,04 м на глубину 0,15 м с учётом лесной подстилки. В каждом квартале отбиралась объединённая проба из пяти точечных проб. Определение удельной активности 137Cs проводилось в воздушно-сухих пробах. Измерения проводились в лаборатории радиационного контроля ФБУ ВНИИЛМ на гамма-спектрометрах Гамма-1П с детекторами из особо чистого германия с программным обеспечением «SpectraLine BG». Использовалась методика измерений «Активность радионуклидов в счётных образцах. Методика измерений на гамма-спектрометрах с использованием программного обеспечения «SpectraLine» (Аттестована ГНМЦ «ВНИИФТРИ», Свидетельство об аттестации № 43151.4Б207/01.002942010 от 28.02.2014 г.)».

Анализ радиационной обстановки проводился как в целом, так и отдельно для лесных участков с преобладанием хвойных и лиственных пород. Всего в анализ были включены данные по 1107 лесным участкам, в том числе 978 в хвойных насаждениях и 129 в лиственных.

Результаты и обсуждение

Варьирование значений МАЭД на лесных участках весьма существенно. При среднем значении, равном 0,35±0,008 мкЗв/ч, размах варьирования составляет более порядка: минимум равен 0,07 мкЗв/ч, максимум – 3,15 мкЗв/ч, стандартное отклонение – 0,25 мкЗв/ч; коэффициент вариации – 72%.

При анализе мощности дозы гамма-излучения раздельно для участков с преобладанием хвойных и лиственных пород наблюдаются следующие значения: среднее для хвойных равно 0,36±0,008 мкЗв/ч, минимум – 0,07 мкЗв/ч, максимум – 3,15 мкЗв/ч, стандартное отклонение – 0,25 мкЗв/ч; коэффициент вариации – 73%. Для лиственных среднее значение равно 0,30±0,016 мкЗв/ч, минимум – 0,09 мкЗв/ч, максимум – 1,13 мкЗв/ч, стандартное отклонение – 0,25 мкЗв/ч, коэффициент вариации – 58%.

Высокие параметры варьирования мощности дозы гамма-излучения связаны с варьированием плотности загрязнения почвы 137Cs. Среднее значение для всех обследованных участков составляет 310±8,9 кБк/м2; стандартное отклонение – 296; коэффициент вариации – 96%. Для хвойных насаждений параметры плотности загрязнения 137Cs практически не отличаются: среднее – 316±9,8 кБк/м2, стандартное отклонение – 307 кБк/м2, коэффициент вариации – 97%. Обследованные участки с преобладанием лиственных пород не охватывают зону крайне высокой степени загрязнения лесов (свыше 1480 кБк/м2), поэтому здесь параметры варьирования плотности загрязнения почвы ниже: среднее – 264±17,0 кБк/м2, стандартное отклонение – 193 кБк/м2, коэффициент вариации – 73%.

Анализ значений мощности дозы гамма-излучения раздельно по зонам загрязнения показывает меньшее варьирование, особенно для хвойных насаждений, для которых выборка участков существенно больше (табл. 2, 3).

Таблица 2

МАЭД (мкЗв/ч) в хвойном лесу по зонам радиоактивного загрязнения

Параметр	Зоны радиоактивного загрязнения, кБк/м2
	менее 37	37-185	185-555	555-1480	более 1480
Среднее	0,11	0,19	0,39	0,64	2,20
Стандартная ошибка	±0,007	±0,004	±0,006	±0,022	±0,521
Медиана	0,11	0,18	0,38	0,61	2,85
Минимум	0,08	0,07	0,10	0,28	0,20
Максимум	0,18	0,70	0,83	2,50	3,15
Стандартное отклонение	0,03	0,07	0,13	0,24	1,28
Коэффициент вариации, %	26	35	33	38	58
Количество участков	18	343	486	125	6

Таблица 3

МАЭД (мкЗв/ч) в лиственном лесу по зонам радиоактивного загрязнения

Параметр	Зоны радиоактивного загрязнения, кБк/м2
	менее 37	37-185	185-555	555-1480
Среднее	0,13	0,20	0,36	0,63
Стандартная ошибка	±0,014	±0,011	±0,017	±0,109
Медиана	0,14	0,18	0,33	0,54
Минимум	0,09	0,1	0,15	0,15
Максимум	0,17	0,52	0,80	1,13
Стандартное отклонение	0,03	0,08	0,14	0,31
Коэффициент вариации, %	23	40	39	49
Количество участков	5	50	66	8

Сравнение средних значений мощности дозы гамма-излучения для лесных участков с преобладанием хвойных и лиственных пород по зонам радиоактивного загрязнения не даёт достоверных отличий. Критерий Стьюдента для участков, расположенных вне зоны загрязнения (менее 37 кБк/м2), равен 1,10; для зоны низкой степени загрязнения 137Cs лесов (37-185 кБк/м2) – 0,76; для зоны средней степени загрязнения лесов (185-555 кБк/м2) – 1,70; для зоны высокой степени загрязнения лесов (555-1480 кБк/м2) – 0,18. Таким образом, средние значения МАЭД в хвойных и лиственных лесах при одинаковой плотности загрязнения почвы 137Cs значимо не различаются.

Связь между МАЭД и плотностью загрязнения почвы 137Cs близка к линейной, коэффициент корреляции r=0,87 (рис. 2):

МАЭД = 0,12404 + 0,74х103х ПЗ, где МАЭД – мощность амбиентного эквивалента дозы, мкЗв/ч; ПЗ – плотность загрязнения почвы 137Cs, кБк/м2.

Плотность загрязнения ¹³⁷Cs, кБк/м²     _{0,95 доверит. интервал}

Рис. 2. Связь между МАЭД и плотностью загрязнения почвы ¹³⁷Cs на лесных участках.

Отклонения от полученной зависимости, которые наблюдаются на отдельных лесных участках, могут быть объяснены большой мозаичностью радиоактивного загрязнения почвы в зонах высокой и крайне высокой степени загрязнения лесов на фоне более однородных значений

МАЭД. Так, например, при детализированном обследовании лесного участка площадью 0,25 га по 49 точкам, размещённым по регулярной сетке, в зоне крайне высокой степени загрязнения лесов среднее значение МАЭД составило 2,37 мкЗв/ч, а плотность загрязнения почвы 137Cs – 2,8 МБк/м2. При этом, коэффициент вариации составляет для МАЭД 4,5%, а для плотности загрязнения почвы радионуклидом – 27,6% (размах варьирования составляет соответственно 1,3 и 3,8 раза).

Высокая корреляция МАЭД и плотности загрязнения почвы ¹³⁷Cs позволяет использовать для дальнейшего анализа значения нормированной МАЭД от ¹³⁷Cs в лесу (МАЭД норм _c s ), 10³(мкЗв/ч)/(кБк/м²). На рис. 3 и 4 приведены гистограммы частот распределения МАЭД норм_Cs в хвойных и лиственных лесах Брянской области. Статистические параметры распределения приведены в табл. 4.

Рис. 3. Гистограмма частот распределения МАЭД норм_Cs в хвойных насаждениях.

Рис. 4. Гистограмма частот распределения МАЭД норм_Cs в лиственных насаждениях.

Таблица 4

Параметры МАЭД норм_Cs (10³(мкЗв/ч)/(кБк/м²)) в лесах Брянской области

Параметр	Хвойные	Лиственные	По всем насаждениям
Число наблюдений	978	129	1107
Среднее	1,448	1,504	1,455
Стандартная ошибка	0,027	0,081	0,025
Дисперсия	0,700	0,846	0,716
Стандартное отклонение	0,836	0,920	0,846

Сравнение МАЭД норм _c s (логарифмированные значения для приведения к нормальному распределению) для хвойных и лиственных насаждений при помощи критерия Стьюдента позволяет считать выборки, относящимися к одной генеральной совокупности (t-критерий=0,16 при p=0,87).

Средние значения МАЭД норм _c s для лиственных и хвойных насаждений отличаются незначительно, средняя величина составляет 1,46. Полученные результаты близки к опубликованным в работах [8, 9]. Приведённое в работе [8] эмпирически установленное среднее значение нормализованной МАЭД от ¹³⁷Cs в лесу в летний период времени составляет 1,36х 10³(мкЗв/ч)/(кБк/м 2 ), что отличается от полученных нами значений менее, чем на 10%.

Полученные значения МАЭД норм _c s могут быть использованы для оценки внешнего облучения работников лесного хозяйства при выполнении служебных обязанностей в зонах радиоактивного загрязнения.

Основные виды работ в лесах совпадают со сроками вегетационного периода и пожароопасного сезона, составляя для Брянской области примерно ~ 165-210 дней в год. В этот период проводятся [10]:

• -    работы по охране лесов от пожаров;

• -    работы по воспроизводству лесов;

• -    работы по защите лесов от вредителей и болезней;

• -    наземные полевые работы по государственной инвентаризации лесов, лесоустроительные; топографо-геодезические, кадастровые полевые работы и т.д.

Кроме того, в летний период могут проводиться различные виды рубок.

В пожароопасный период работники лесного хозяйства имеют ненормированный рабочий день, регулярно привлекаются к работе в выходные дни, а в случае тушения лесных пожаров могут работать круглосуточно. Компенсация отработанного времени предоставляется обычно вне пожароопасного периода.

В зимнее время фактически проводятся только работы по отводу лесосек и некоторые виды рубок. Время пребывания работников в лесу ограничено.

Работники лесного хозяйства в зонах радиоактивного загрязнения не имеют статуса «персонала», в связи с чем на них распространяются требования действующих НРБ-99/2009 для категории «население». С учётом вышеизложенного, можно принять, что проводимое работником в лесном фонде за календарный год время составит ~ 1500 ч. В таком случае, для большинства специалистов и работников лесного хозяйства основной предел эффективной дозы за счёт внешнего облучения в соответствии с НРБ-99/2009 (1 мЗв/год) [11] достигается при постоянной работе на лесных участках с плотностью загрязнения почвы 137Cs в среднем 450 кБк/м2 (рис. 5). На территории Брянской области площадь участков лесного фонда, загрязнённых свыше 450 кБк/м2, по состоянию на 2022 г. составляет более 20 тыс. га (табл. 5).

Рис. 5. Лесные участки, на которых для работников лесного хозяйства может быть превышен основной предел эффективной дозы за счёт внешнего облучения.

Таблица 5

Лесничества Брянской области, в которых максимальные значения плотности загрязнения почвы 137Cs превышают 450 кБк/м2

Участковое лесничество	Плотность загрязнения почвы 137Cs, кБк/м2
	средняя	максимальная
Злынковское лесничество
Злынковское	414,1	903,7
Новозыбковское	440,2	1968,1
Софиевское	285,1	634,7
Клинцовское лесничество
Борковское	97,6	97,6
Красногорское	323,1	5232,0
Ущерпское	225,7	1095,6

Многие работники лесного хозяйства не только трудятся, но и проживают в зонах радиоактивного загрязнения. В 55 населённых пунктах Брянской области средняя накопленная эффективная доза (СНЭД) облучения жителей уже превысила 70 мЗв [12]. Во многих населённых пунктах на радиоактивно загрязнённых территориях среднегодовые эффективные дозы облучения

(СГЭД 90 ) по-прежнему превышают уровень 1 мЗв [12]. В соответствии с требованиями Федерального закона от 9 января 1996 г. № 3ФЗ «О радиационной безопасности населения» для этих населённых пунктов предусматривается необходимость продолжения проведения мероприятий по их реабилитации и возврату к нормальной жизнедеятельности [13]. Одним из таких мероприятий должен стать учёт СНЭД и СГЭД 90 при направлении на работы в лесном фонде, загрязнённом радионуклидами, а также проведение обязательного индивидуального дозиметрического контроля.

Современные лесохозяйственные технологии часто предусматривают использование оборудования, содержащего модули приёма сигналов глобальной навигационной спутниковой системы и осуществляющего сбор пространственных данных. Эти данные, объединённые с данными радиоактивного загрязнения лесного фонда, могут быть использованы для оценки получаемых работниками доз даже при отсутствии возможности инструментальной дозиметрии.

Заключение

Диапазон МАЭД на лесных участках Брянской области составляет от 0,07 до 3,15 мкЗв/ч. Высокая корреляция и близкая к линейной связь между мощностью дозы гамма-излучения и плотностью загрязнения почвы позволяет использовать для дальнейшего анализа и практических задач по обеспечению радиационной безопасности в лесном хозяйстве значения МАЭД норм _c s в лесу, 10³(мкЗв/ч)/(кБк/м²).

Оценка опасности внешнего облучения при проведении лесохозяйственных работ в зонах радиоактивного загрязнения с использованием критериев соблюдения норм, установленных НРБ-99/2009 [11] для категории «население», показала, что основной предел эффективной дозы (1 мЗв/год) достигается за счёт внешнего облучения при постоянной работе в течение сезона на лесных участках с плотностью загрязнения почвы в среднем 450 кБк/м2.

Данное исследование проводилось в ходе реализации мероприятий Программы Союзного государства по преодолению последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Результаты Программы эффективно используются в работе Управления лесами Брянской области, Главного управления МЧС России по Брянской области и регионального филиала ФБУ «Рослесозащита» по внедрению дистанционных способов обнаружения лесных пожаров, очагов вредителей и болезней леса, выявлению лесонарушений, что позволяет снизить время нахождения работников лесного хозяйства в зонах радиоактивного загрязнения.