Радиоактивное загрязнение вод реки Шаган (по результатам 2011-го года)

С 2006 г., после обнаружения на участке р. Шаган присутствия аномально высоких концентраций трития, были начаты систематические исследования, направленные на изучение характера и выявление источника радиоактивного загрязнения вод р. Шаган. В 2009 г. максимальные значения трития были зафиксированы в 4,4 км от «Атомного» озера и достигали 680000 Бк/кг, в месте слияния с р. Иртыш – не более 20 Бк/кг. Проведёнными исследованиями выявлен факт наличия значимых концентраций 90Sr, которые достигали значений 0,7 Бк/кг. 137Cs и 239+240Pu в водах р. Шаган не обнаружены [1].

Наиболее вероятными источниками радиоактивного загрязнения вод р. Шаган являются подземные воды, поступающие с площадки «Балапан», где проводились ядерные испытания в скважинах, и поверхностные воды внешнего водохранилища, образованного в результате взрыва в скважине 1004 («Атомное» озеро) [2].

Целью настоящей работы являлось изучение состояния формирования радиоактивного загрязнения вод р. Шаган в 2011 г. Для этого были проведены исследования, направленные на определение особенностей распределения трития в р. Шаган от «Атомного» озера до впадения в р. Иртыш и выявление возможных источников поступления 90Sr в р. Шаган.

Материалы и методы

Исследования 2011 г. включали полевые работы по отбору проб воды, лабораторные анализы определения удельной активности техногенных радионуклидов и анализ полученных результатов.

Полевые работы

Отбор проб для определения удельной активности трития. Пробы для определения содержания трития отбирались объёмом 0,2 л, согласно СТ РК ГОСТ Р 51592-2003 [3].

Отбор проб для определения удельной активности радионуклидов ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ^239+240Pu. Пробы для определения ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ^239+240Pu отбирали объёмом равным 10 л. Пробы для определения ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ^239+240Pu отфильтровывали сразу после отбора и консервировали азотной кислотой (ОСЧ) из расчёта 3 мл/1 л пробы. Отобранные пробы направляли в лабораторию непосредственно либо в течение 48 часов после отбора.

Лабораторные исследования

Определение содержания трития. Определение содержания ³Н проводили методом жидкосцинтилляционной спектрометрии на β-спектрометре TRI-CARB 2900 TR согласно ISO 9698/1989 [4].

Определение содержания ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ^239+240Pu осуществляли спектрометрическими методами после радиохимического выделения из предварительно сконцентрированных осадков солей – соосадителей с радионуклидами. Осаждение ⁹⁰Sr проводили с карбонатом кальция, ¹³⁷Cs – с гексацианоферратом меди, ^239+240Pu – с гидроксидом железа (III) [5]. Измерения удельной активности ¹³⁷Cs проводились на γ-спектрометре ORTEC GMX 20P4. Измерение удельной активности ⁹⁰Sr проводили в соответствии с методикой [4] на бета-спектрометре TRICARB 2900 TR. Альфа-спектрометрические измерения удельной активности ^239+240Pu проводили на спектрометре фирмы Canberra.

Результаты

Выявление возможных источников поступления 90Sr в р. Шаган

Поступление 90Sr в русловые воды р. Шаган возможно по одному из следующих путей:

• -    с водой из воронки «Атомного» озера;

• -    смыв с дневной поверхности, загрязнённой взрывом в скважине 1004;

• -    вымывание из донных отложений;

• -    подток загрязнённых подземных вод испытательной площадки «Балапан».

Предположение о поступлении 90Sr с водами «Атомного» озера основано на результатах исследований радионуклидного состава вод «Атомного» озера предыдущих лет (табл. 1).

Как видно из представленных данных, в водах воронки «Атомного» озера отмечались достаточно высокие концентрации 90Sr. Соответственно воды воронки являются наиболее вероятным источником стронциевого загрязнения р. Шаган.

Таблица 1

Содержание 90Sr, 3H, 137Cs и 239+240Pu в водах р. Шаган в 2000-2003 гг.

№ п/п	Год проведения исследований	Среднее значение удельной активности 90Sr, Бк/кг	Среднее значение удельной активности 3Н, Бк/кг	Среднее значение удельной активности 137Cs, Бк/кг	Среднее значение удельной активности 239+240Pu, Бк/кг
1.	2000	1,6	-	2	-
2.	2001	9,4	-	0,6	4,6
3.	2003	5,7	10 000	1	0,032

Поэтому в 2011 г. работы по выявлению источника были начаты с исследования поверхностных вод в районе «Атомного» озера. С этой целью были отобраны пробы воды в 6 точках: 1 – район впадения р. Шаган во внешнее водохранилище, 2 – соединительный канал, 3 – воронка «Атомного» озера, 4 – внешнее водохранилище, 5 – выход р. Шаган из «Атомного» озера (плотина), 6 – район впадения р. Ащису во внешнее водохранилище, для определения содержания радионуклидов 90Sr. Отбор проб производился в августе месяце для снижения влияния талых и паводковых вод на концентрацию техногенных радионуклидов. В этих же пробах было проведено определение концентрации 3Н, 137Cs, 239+240Pu. Схема отбора проб представлена на рис. 1.

Результаты исследований представлены в табл. 2.

Рис. 1. Расположение точек отбора на «Атомном» озере.

Таблица 2

№ п/п	Место отбора	Точка отбора	90Sr, Бк/кг	3H, Бк/кг	137Cs, Бк/кг	239+240Pu, Бк/кг
1.	Район впадения р. Шаган	Т-1	<0,006	20±2	< 0,03	<0,001
2.	Соединительный канал	Т-2	<0,005	60±6	< 0,01	<0,001
3.	Воронка «Атомного озера»	Т-3	<0,004	60±6	< 0,01	<0,001
4.	Внешнее водохранилище	Т-4	<0,005	40±4	< 0,03	<0,001
5.	Плотина	Т-5	<0,005	35±3	< 0,01	<0,001
6.	Район впадения р. Ащису	Т-6	<0,004	20±2	< 0,02	<0,002

По результатам проведённых исследований было установлено, что удельная активность 90Sr ниже минимально-детектируемой активности используемых средств измерений (≤0,004 Бк/кг). При том, что результатами 2000-2003 гг. наличие стронция в водах воронки «Атомного» озера фиксировалось в значимых количествах (до 10 Бк/кг). Значительные колебания концентраций 90Sr в воде могут быть связаны с гидрологическим режимом на данном участке, т.е. изменением уровня, расхода воды, состава и концентрации растворённых веществ и т.д. Так, среднее значение минерализации проб воды в 2001 г. составляло 9400 мг/дм3, а по данным 2011 г. – 5100 мг/дм3. Содержание 3Н, 137Cs, 239+240Pu в воде также изменяется.

В пробах, отобранных в августе месяце на мониторинговых точках, проводили определение содержания техногенных радионуклидов 137Cs и 90Sr. Результаты исследований представлены в табл. 3.

Таблица 3 Содержание 137Cs и 90Sr в водах р. Шаган в зависимости от расстояния от «Атомного» озера

№ п/п	Точка отбора	137Cs, Бк/кг	90Sr, Бк/кг
1.	4 км	< 0,01	0,1±0,01
2.	5 км	< 0,01	0,2±0,01
3.	6 км	< 0,03	0,1±0,01
4.	38 км	< 0,02	<0,01
5.	110 км	< 0,02	<0,01

Как видно из представленных данных, содержание техногенного радионуклида 137Cs оказалось ниже минимально-детектируемой активности. При этом можно отметить наличие в воде радионуклида 90Sr на расстоянии до 6 км от «Атомного» озера. Данный факт свидетельствует о том, что источник его происхождения не связан с поступлением загрязнённых поверхностных вод. В данном случае имеет место либо вымывание радионуклида из донных отложений, береговых грунтов, либо поступление загрязнённых подземных вод.

Таким образом, дать однозначный ответ о влиянии вод воронки «Атомного» озера на загрязнение реки 90Sr по имеющимся данным не представляется возможным. Необходимо провести дополнительное исследование динамики изменения концентрации техногенных радионуклидов в водах «Атомного» озера в течение года.

Остались также неизученными другие предполагаемые источники загрязнения, такие как: смыв с дневной поверхности, загрязнённой взрывом в скважине 1004, вымывание из донных отложений, подток загрязнённых подземных вод испытательной площадки «Балапан».

Определение особенностей распределения трития в р. Шаган от «Атомного» озера до впадения в р. Иртыш

Исследованиями 2010 г. впервые зафиксированы количественные значения 3Н на всём протяжении реки, вплоть до впадения в р. Иртыш, где удельная активность трития составила 400 Бк/кг. Для подтверждения данного факта в 2011 г. выполнены повторные исследования характера распределения 3Н на всём протяжении русла реки р. Шаган. Характер распределения 3Н по руслу реки в 2010-2011 гг. показаны на графике (рис. 2).

Рис. 2. Распределение удельной активности трития по руслу р. Шаган в 2010-2011 гг.

Основным результатом работ 2011 г. стало подтверждение факта поступления трития в р. Иртыш с водами р. Шаган. Отмечается увеличение удельной активности трития на участке с 4 по 10 км от «Атомного озера», по сравнению с 2010 г. Кроме того, в 2011 г. удалось произвести отбор пробы воды на участке с 53 по 84 км, который остался не изученным в 2010 г. из-за отсутствия воды (рис. 2).

Характер распределения 3Н в 2011 г. существенно не изменился по сравнению с 2010 г. Характер кривых имеет схожий вид. Так же наблюдается два пика максимальных значений, но значения удельной активности 3Н в 2011 г. на порядок превышают таковые в 2010 г. и соответственно составляют 200000 Бк/кг и 120000 Бк/кг. Наблюдается также смещение пиков, если в 2010 г. пики максимальных значений приходятся на 3,5 и 4,7 км, то в 2011 г. пики зафиксированы на участке 5 и 6 км. Результатами исследования удалось дополнить информацию о характере распределения 3Н с 53 по 84 км. При этом, отмечены два участка, на которых концентрация трития повышена. Факт поступления 3Н в р. Иртыш с водами р. Шаган полностью подтверждается.

Для изучения динамики тритиевого загрязнения поверхностных вод р. Шаган в 2011 г. были проведены мониторинговые исследования. Было организовано 5 постов мониторинга, на которых проводилось исследование радионуклидного состава русловых вод в течение весеннелетнего периода. Точка 1 – М-24 (4 км) характеризуется началом резкого повышения значений удельной активности 3Н; точки 2 и 3 – М-26 (5 км) и М-31/1 (6 км) – точки максимальных значений удельной активности 3Н; точка 4 (38 км) – характеризуется спадом значений удельной активности 3Н; точка 5 (110 км) – место впадения р. Шаган в р. Иртыш. Результаты мониторинга удельной активности 3Н представлены в табл. 4.

Таблица 4

Содержание 3H в водах р. Шаган в зависимости от расстояния от «Атомного» озера

№	Точка отбора	Удельная активность, Бк/кг
		16.05.2011 г.	15.07.2011 г.	05.08.2011 г.	22.08.2011 г.	15.09.2011 г.
1.	4 км	10000±1000	7200±700	8000±800	10000±1000	100000±10000
2.	5 км	200000±20000	20000±2000	10000±1000	20000±2000	60000±6000
3.	6 км	120000±10000	17000±2000	15000±1000	30000±3000	15000±1000
4.	38 км	250±20	280±30	150±10	150±10	300±30
5.	110 км	50±5	30±3	45±4	< 3	45±4

Наиболее показательными являются три точки, где максимальные значения зафиксированы весной в паводковый период. Значение удельной активности 3Н в точке 4 км практически не изменяется в течение всего периода отбора проб. Удельная активность 3Н в точках 5 км и 6 км изменяется синхронно, максимальные значения зафиксированы в мае (200000 Бк/кг в точке 5 км), минимальные – в августе. Исключение составляют результаты, полученные в сентябре, где максимальное значение зафиксировано в точке 4 км и составляет 100000 Бк/кг.

Результаты мониторинга поверхностных вод показали, что значение удельной активности 3Н в точке 4 км практически не изменяется в течение всего периода отбора проб. Удельная активность 3Н в точках 5 км и 6 км изменяется синхронно, максимальные значения зафиксированы в мае (200000 Бк/кг в точке 5 км), минимальные – в августе. Исключение составляют результаты, полученные в сентябре, где максимальное значение зафиксировано в точке 4 км и составляет 100000 Бк/кг. Предположительно разгрузка загрязнённых 3Н подземных вод в русло реки происходит в нескольких участках. Отмечается зависимость величины подтока от природно-климатических условий. В целом в паводковый период отмечается спад активности 3Н.

Заключение

Максимальное значение удельной активности 3Н в 2011 г. зафиксировано в паводковый период на расстоянии 5 км от «Атомного» озера и составило 200000 Бк/кг. Отличительной особенностью тритиевого загрязнения русла р. Шаган является изменчивость места максимальной концентрации 3Н. В связи с этим необходимо провести работы по локализации участка поступления и оттока загрязнённых подземных вод в русло р. Шаган. Рекомендуется расширить существующие посты мониторинга на ключевых участках и увеличить объём работ для проведения контроля за состоянием русловых вод (помимо радионуклидного – провести микроэлементный и общий химический анализ, а также – определение дебита водотока). Необходимо вести мониторинговые наблюдения не в отдельно взятых точках, а на отрезках наблюдаемых «максимумов». Это позволит получить более полную картину сезонных вариаций распределения трития.

Подтверждено, что присутствие 3Н в водах прослеживается на всём протяжении русла вплоть до впадения в р. Иртыш, и составляет 50 Бк/кг. При этом, поступление 3Н в р. Иртыш фиксируется практически в течение всего весенне-летнего периода.

Несмотря на то, что активность 90Sr в водах р. Шаган на несколько порядков ниже, чем в водах рек Российской Федерации и Республики Беларусь [6], неоднозначность результатов, полученных в исследованиях 2011 г., показывает, что для установления источника загрязнения поверхностных вод р. Шаган 90Sr целесообразно проведение повторных исследований вод «Атомного» озера, грунтов по берегам р. Шаган, донных отложений и подземных вод.