Оценка отношения активности 90Sr к активности 137Cs в чернобыльских выпадениях на территории Российской Федерации

Ермилов А . П ., Зиборов А . М .

НПО ВНИИФТРИ , п . Менделеево , Московская область ;

МЧС России , Москва

В работе выявлены корреляционные соотношения активности ⁹⁰Sr к активности ¹³⁷Cs в конденсационном компоненте чернобыльских выпадений на момент аварии 26 апреля 1986 года . Значение отношения активности ⁹⁰Sr/¹³⁷Cs в конденсационном компоненте вы падений ЧАЭС на территории Российской Федерации было найдено по данным Институ та глобального климата и экологии Росгидромета и РАН ( в качестве исходных использо вались результаты измерения активности ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ^239+240Pu в пробах почвы , отобран ных в 1992 году в Брянской , Калужской , Орловской и Рязанской областях ). Установлено , что вклад конденсационного ⁹⁰Sr в пробах почвы для чернобыльских выпадений на тер ритории России становится определяющим при значениях удельной активности ¹³⁷Cs>2000 Бк / кг .

Estimation of the ratio of 90Sr and 137Cs activities in the

Chernobyl depositions in the territory of the Russian Federation

Scientific Productive Association “VNIIFTRI”, Mendeleyevo, Moscow region; Ministry of Emergencies of Russian Federation, Moscow

Correlative relationship between activities of 90Sr to 137Cs in condenses of the Chernobyl fallouts on April 26, 1986 was detected. The ratio was estimated with the use of data of the Institute of Global Climate and Ecology of the State Committee of Hydrometeorology and Russian Academy of Sciences. The data are derived from measurements of 90Sr, 137Cs and 239+240Pu in soil samples taken in Bryansk, Kaluga, Oriol and Ryazan regions in 1992. Activity of 90Sr from the condense was found to be governing factor when specific activity of 137Cs was > 2000 Bq/kg.

Предметом рассмотрения является выявление корреляционных соотношений активности ⁹⁰Sr к активности ¹³⁷Cs в конденсационном компоненте чернобыльских выпадений на момент аварии 26 апреля 1986 года .

За некоторыми исключениями ( ВУРС , бассейн р . Теча и др .) техногенное загрязнение территорий России ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr и ^239+240Pu обусловлено наложе нием глобальных выпадений в результате испыта ний ядерного оружия , топливного и конденсацион ного компонентов аварийных выбросов ЧАЭС :

топл . конд .

глоб . черн . черн .

По сравнению с конденсационным компонентом вклад топливного компонента в активность чернобыльских выпадений оказался значимым на расстояниях менее 200 км от ЧАЭС [1]. На территории России вклад топливного компонента неве- лик, и загрязнение 137Cs и 90Sr обусловлено, вос-новном, наложением глобальных выпадений этих радионуклидов и конденсационного компонента.

По данным [2-7], полученным в 1986 г . на тер ритории Финляндии , ФРГ и Японии при измерении активности чернобыльских выпадений в струях , стартовавших от ЧАЭС в разное время с 26.04.86 г . по 06.05.86 г ., значения цезиевых отношений ак тивности ⁹⁰Sr составили :

⁹⁰Sr/¹³⁷Cs = 0,01-0,02. (2)

Пробы в [2-7] отобраны гораздо дальше двух сот километров от ЧАЭС , их “ география ” охваты вает траектории практически всех значимых струй аварийных выбросов . Эти обстоятельства позво ляют предположить , что соотношение (2) имеет универсальный характер для конденсационного компонента аварийных выбросов ЧАЭС .

Наиболее полный объем измерений был выполнен в Японии [6]. Основным способом отбора проб были седиментационные планшеты, которые экспонировались в 33 городах всех префектур в течение времени с 30.04-01.05 1986 г. по 22.05. 1986 г. В префектуре Chiba чернобыльские выпадения были измерены на двух планшетах - первый был выставлен с 1.04 по 2.05 1986 г., а следующий - со 2.05 по 22.05 1986 г. Активность чернобыльского 137Cs на первом составила 0,28 Бк/м2, на втором - 111 Бк/м2. Отсюда следует, что основной вклад в активность на планшетах обусловлен струей, стартовавшей от ЧАЭС 1.05.86 г. по маршруту вниз по Днепру, затем кавказское и турецкое побережья Черного моря, Закавказье, Алма-Ата,

Забайкалье и примерно с 5.05.86 г . - пересечение японского архипелага .

Зависимость активности ⁹⁰Sr от активности ¹³⁷Cs на планшетах представлена на рис . 1. Дан ные на рис . 1 вписываются в уравнение регрессии :

90 Sr = a + k X 37 Cs ,                          (3)

где k =0,013 ± 0,002 - отношение активности ⁹⁰Sr к ¹³⁷Cs в конденсационных выпадениях в Японии ;

а =(0,15 ± 0,18) Бк / м ² скорее всего абсолютное значение систематической составляющей погреш ности измерений активности чернобыльского ⁹⁰Sr на планшетах в Японии .

¹³⁷Cs ( Бк / м ²)

Рис . 1. Зависимость активности ⁹⁰Sr от активности ¹³⁷Cs в выпадениях на планшеты в Японии [6].

Значение отношения активности ⁹⁰Sr/¹³⁷Cs в конденсационном компоненте выпадений ЧАЭС на территории Российской Федерации было найдено по данным Института глобального климата и эко логии Росгидромета и РАН ( в качестве исходных использовались результаты измерения активности ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ^239+240Pu в пробах почвы , отобранных в 1992 году в Брянской , Калужской , Орловской и Ря занской областях ) по уравнению :

90 Sr u3M . = 90 S^ o6 . + K X 37 CS u3M . (4)

Процедура определения коэффициента K осу ществлялась в два этапа . Для того , чтобы с гаран тией исключить возможное влияние топливного компонента , на первом этапе в расчет результаты измерений активности ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs в пробах , для которых значения активности плутония были ми нимальны , и в пересчете на плотность выпадений составляли менее 2,5 мКи / км ².

Объем выборки составил 32 пары значений , которые представлены на рис . 2. Загрязнение почв ¹³⁷Cs для данной выборки не превышает 12 Ки / км ². Решением уравнения (4) для данной выборки явились значения ⁹⁰Sr^ o6 . =(30,6 ± 4,2) мКи / км ² и К =0,016 ± 0,001.

На втором этапе для увеличения объема вы борки из всего массива данных , составляющего 73 пары значений , были выбраны значения резуль татов измерений , которые удовлетворяют усло вию :

“Зи м - (( 0 Srm o6 . +28)+ КХ^ СВ изм ) < 0 , (5)

где ⁹⁰Sr глоб . , 8 К - значения параметров урав нения (4) для первой выборки .

Объем новой выборки составил 46 значений. Эти данные представлены на рис. 3, из которого следует, что в данную выборку вошли пробы, ото- бранные на территориях с плотностью загрязнения почв 137Cs до 100 Ки/км2.

Решением уравнения (4) для данных , предста вленных на рис . 3, явились значения ⁹⁰Sr■ глоб = =(43,1 ± 6,4) мКи / км ² и К =0,013 ± 0,001, а зна чение коэффициента корреляции составило 0,99.

Используя полученное значение отношения ак тивности ⁹⁰Sr к активности ¹³⁷Cs в чернобыльских выпадениях ( К =0,013) по измеренным значениям стронция и цезия , удовлетворяющим условию (5), были рассчитаны значения глобального ⁹⁰Sr.

⁹⁰Sr глоб . = ⁹⁰Sr изм .

- K x 137 CS u3M .

Среднее значение величины глобальных выпа дений ⁹⁰Sr составило 35 ± 11 мКи / км ². Отсюда сле дует , что с вероятностью 95% плотность загрязне ния территорий Брянской , Калужской , Орловской и Рязанской областей глобальным ⁹⁰Sr составляет 35 ± 22 мКи / км ², что хорошо согласуется с данными о радиоактивном загрязнении местности глобаль ными выпадениями ⁹⁰Sr по состоянию на 1986 г ., приведенными в [8].

Результаты расчетов , проведенные для всего массива данных , показали , что измеренные значе ния активности ⁹⁰Sr в пробах почвы с погрешнос тью 6% удовлетворяют соотношению :

^Sf uM =((35122)+0,013 Х ³⁷СЗ изм ) ( мКи / км 2 ). (7)

Выбросы, образовавшие чернобыльские выпадения в России и Японии, происходили в разное время, в течение разных фаз аварии, при разных значениях температуры в развале и т.д., и, тем не менее, для них оказалось одинаковым значение отношения, характеризующее конденсационный компонент 90Sr/137Cs=(0,013±0,002).

Совпадение это не случайное , и , по - видимому , является следствием сходства поведения этих элементов в разогретом реакторном топливе . На рис . 4 представлены зависимости значений эф фективной относительной утечки продуктов деле ния урана из облученного топлива от температуры [9]. Наклоны зависимостей для цезия , стронция и бария близки в достаточно широком диапазоне значений температуры . Если исходная предпосыл ка верна , то это обстоятельство позволяет ожи дать устойчивой корреляции в конденсационном компоненте не только цезия со стронцием , но и цезия с барием .

Систематические параллельные измерения ак тивности трех радионуклидов - ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ¹⁴⁰Ba - наряду с Японией были проведены в Финляндии и Индии . Результаты статистической обработки от ношений активности ¹⁴⁰ Ва /¹³⁷Cs представлены в таблице 1.

Финские данные получены по измерениям ак тивности проб воздуха , отобранных на целлюлоз ные фильтры с 27.04 по 5.05.86 г . на метеостанци ях Konala и Nurmijarvi [2, 3]. Эти данные характе ризуют выбросы , обусловленные непосредственно взрывом четвертого блока ЧАЭС 26.04.86 г . Ин дийские данные получены измерением активности смывов с поверхности пяти самолетов , прилетев ших в Бомбей с 2.05 по 29.05.86 г .

( х

¹³⁷Cs ( мКи / км ²)

Рис . 2. Зависимость активности ⁹⁰Sr от активности ¹³⁷Cs в пробах почвы при плотности загрязнения ¹³⁷Cs до 12 Ки / км ².

Таблица 1

	Место отбора
	Япония	Финляндия	Индия
140 Ba/ 137 Cs	0,75 ± 0,08	0,69 ± 0,07	0,65 ± 0,09
	(95%)	(95%)	(95%)
∆ (140Ba/137Cs) (95%)	0,46	0,51	0,35
N	32	52	5

( х 100)

( х 10000)

¹³⁷Cs ( мКи / км ²)

Рис . 3. Зависимость активности ⁹⁰Sr от активности ¹³⁷Cs в пробах почвы при плотности загрязнения ¹³⁷Cs до 100 Ки / км ².

Характеристика выборок отношения активности радионуклидов ¹⁴⁰Ba/¹³⁷Cs в конденсационном компоненте аварийных выбросов ЧАЭС

Из данных , приведенных в таблице 1, следует , что предположение о корреляционной зависимос ти активности ¹⁴⁰Ba с активностью ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr пол ностью подтвердилась . Более того , можно гово рить о том , что значения отношений активности ⁹⁰Sr/¹³⁷Cs=0,013 и ¹⁴⁰Ba/¹³⁷Cs=0,7 являются уни версальными для конденсационного компонента всех аварийных выбросов ЧАЭС , поскольку финс кие данные в таблице 1 получены по измерениям первичного выброса , образовавшегося при взрыве реактора .

Теперь несколько слов о бытующем мнении , что на территории России значения отношения ак тивности ⁹⁰Sr/¹³⁷Cs могут варьировать в широких пределах , и никакой корреляции не поддаются . На наш взгляд , причина заключается в следующем .

Активность глобальных выпадений в верхнем слое почвы на территории России в среднем составляет 137Csглоб.≈(5-10) Бк/кг, 90Srглоб.≈(2-7) Бк/кг. Допустим, что при изменении активности пробы почвы оказалось 137Cs=100 Бк/кг. Конечно, сразу же говорят - это Чернобыль. После этого измеряют 90Sr=5 Бк/кг и получают 90Sr/137Cs=0,05, забы- вая при этом, что измеренное значение активности 90Sr в этой пробе на 80% обусловлено глобальными выпадениями, а чернобыльского 90Sr вней всего лишь 1,3 Бк.

Следует иметь в виду , что вклад конденсаци онного ⁹⁰Sr в пробах почвы для чернобыльских выпадений на территории России становится оп ределяющим при значениях удельной активности ¹³⁷Cs>2000 Бк / кг .

Рис . 4. Зависимость относительной эффективной утечки продуктов деления из топлива от температуры [9].