Содержание плутония в растениях на территории Обнинска, прилегающей к хранилищу радиоактивных отходов

Среди радиоактивных элементов плутоний привлекает особое внимание в связи с его большим периодом полураспада и высокой радиотоксичностью [1, 2]. Плутоний в окружающей среде имеет преимущественно техногенное происхождение. Источниками антропогенного плутония являются атмосферные, наземные и подземные ядерные взрывы, аварии на атомных предприятиях и электростанциях, выбросы и сбросы предприятий по переработке и захоронению, аварии транспортных средств, перевозящих ядерные материалы и т.д. Хранилища радиоактивных отходов (РАО) являются возможными источниками поступления радионуклидов, включая изотопы плутония, в окружающую среду. Особую опасность представляют хранилища РАО, созданные на заре развития атомной промышленности [3] и не отвечающие современным требованиям безопасности. В настоящее время известны случаи утечки радионуклидов, в том числе плутония, из ёмкостей хранилищ с дальнейшим их поступлением в окружающую среду [4-8].

Эдомская М.А. – зав. лаб., к.б.н.; Лукашенко С.Н. – гл. науч. сотр., д.б.н.; Шаврина К.Е.* – мл. науч. сотр.; Казакова Е.А. – ст. науч. сотр., к.б.н.; Шаповалов С.Г. – науч. сотр., к.б.н. НИЦ «Курчатовский институт» – ВНИИРАЭ.

Одним из первых хранилищ РАО на территории России является хранилище РАО, расположенное в Обнинске. На территории данного хранилища велось захоронение РАО предприятий Москвы, Санкт-Петербурга и Обнинска в период с 1959 по 1961 гг. [9]. В настоящее время хранилище обнесено железобетонным ограждением, оснащённым в верхней части дополнительным инженерно-физическим барьером [10]. В период с 1998 по 1999 гг. фиксировалось увеличение объёмной активности 90Sr и 137Cs в наблюдательных скважинах, расположенных на территории объекта. Результаты частичного вскрытия ёмкостей хранения РАО выявили утечку радионуклидов из ёмкости хранилища за счёт потери её герметичности. В 1999 г. был реализован ряд инженерных защитных мер для ликвидации утечки [11]. Дальнейшие исследования показали, что на территории объекта и на территории, прилегающей к ней, находятся локальные очаги загрязнения вод, почв и растительности преимущественно 90Sr [9, 10].

В 2020-2021 гг. проведено исследование содержания изотопов плутония в почвах между юго-восточной границей хранилища и заболоченной территорией. В результате работ установлено, что удельные активности 239+240Pu в 5-см слое почвы варьируют: 3,7-9,6 Бк/кг со средним значением в 6,7 Бк/кг, что превышает уровень глобальных выпадений плутония на порядок величины. Отмечается его неравномерное распределение по глубине почвенного горизонта, с концентрациями до 12 Бк/кг, что указывает на его поступление с грунтовыми водами [12].

Учитывая повышенное содержание плутония в почве, можно предположить, что содержание 239+240Pu в растительности также повышено. Количественное определение содержания плутония в растительности может дать более полноценную оценку радиоэкологической ситуации вблизи хранилища РАО в Обнинске.

Целью данной работы является оценка содержания 239+240Pu в древесной, кустарниковой и травянистой растительности, произрастающей на территории, прилегающей к хранилищу РАО, расположенному в Обнинске.

Материалы и методы

Отбор растительности проводился 13 июля 2022 г. в пределах 50-м зоны от границы хранилища в юго-восточном направлении (рис. 1).

Прилегающая территория к хранилищу РАО в Обнинске характеризуется дикорастущей растительностью. В 50-ти метрах в юго-западном направлении расположена заболоченная притеррасная впадина. Территория характеризуется слаборазвитыми дерновыми почвами. Мёртвый покров характеризуется покрытием в 10%, полуразложившийся, мощностью в 1 см, неравномерный, состоит из сухих листьев деревьев, сухой хвои, веток.

Ассоциация: снытно-копытенево-зеленчуковая ( Galeobdolon luteum L. + Asarum europaeum L. + Aegopodium podagraria L. ) с древесным ярусом с преобладанием берёзы повислой ( Betula pendula Roth. ). Степень сомкнутости крон древостоя 80%, характеризуется равномерной густотой ярусов с небольшими окнами. Состояние возобновляемого древостоя хорошее.

Сомкнутость полога подлеска составляет 30%. Преобладающими видами являются: лещина обыкновенная ( Corylus avellana (L.) H.Karst. ), рябина обыкновенная ( Sorbus aucuparia L. ), смородина белая ( Ribes niveum Lindl. ).

Общее проективное покрытие почвы травостоем 90%. Высота травостоя составляет 41 см. Состояние травостоя характеризуется 3 ярусами. Средняя высота растений подъяруса: I подъярус - 78 см; II подъярус - 35 см; III подъярус - 10 см. Преобладающие виды: зеленчук жёлтый

( Galeobdolon luteum L. ), копытень европейский ( Asarum europaeum L. ), сныть обыкновенная ( Aegopodium podagraria L.).

- ограждение хранилища радиоактивных отходов

- места отбора проб растительности

Рис. 1. Участок отбора проб растительности с территории, прилегающей к хранилищу РАО в Обнинске для определения концентраций изотопов плутония.

Растительность отбирали с разделением на части. Для травянистой растительности - копытень европейский ( Asarum europaeum L. ), сныть обыкновенная ( Aegopodium podagraria L. ), папоротник кочедыжник ( Athyrium L. ), зеленчук жёлтый ( Galeobdolon luteum L. ), хвощ зимующий ( Equisetum hyemale L. ) на надземную и корневую части. Древесную растительность - берёза повислая ( Betula pendula Roth. ), ель обыкновенная ( Picea abies (L.) H.Karst. ), рябина обыкновенная ( Sorbus aucuparia L. ), ива ломкая ( Salix fragilis L. ) - разделяли на листья или хвою, ветви различного диаметра, а также (для ивы) кора, луб и мох. Отбор кустарниковой растительности - смородина белая ( Ribes niveum Lindl. ), лещина обыкновенная ( Corylus avellana (L.) H.Karst. ) - осуществляли с разделением на надземную часть (ветви, листья и грозди с ягодами) и корневую систему.

Пробы травянистой растительности общей массой 2 кг отстригали ножницами. Корни растений выкапывали с почвой и очищали встряхиванием. Листья и хвою отбирали на разных ветках во всех направлениях. Листву отбирали вместе с черешками. Для отбора мелких побегов и ветвей использовали секаторы, большие ветви единично спиливали пилой. Образцы помещали в полиэтиленовые пакеты и маркировали. После каждого отбора использованное оборудование промывали водой, а затем вытирали бумажными салфетками.

Определение удельной активности плутония в образцах растительности, а также контроль анализа проводили согласно методике [13]. Для этого образцы растений промывали в водопроводной воде и ополаскивали дистиллированной водой, высушивали в сушильном шкафу при температуре 75 °C до постоянного веса. Сухие образцы измельчали и озоляли в муфельной печи при температуре 500 °C, регулярно перемешивая.

Далее проводили радиохимическое выделение плутония. Функциональная схема определения удельной активности плутония представлена на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная схема определения удельной активности плутония в почвах, грунтах, донных отложениях и растениях.

Измерение удельной активности изотопов плутония в полученных источниках проводили методом альфа-спектрометрии. Источники располагали на расстоянии 5 мм от детектора. Измерения проводили на альфа-спектрометре МКС-01А «МУЛЬТИРАД-АС» (ООО «НТЦ Амплитуда», Россия).

Удельную активность изотопов плутония определяли из соотношения регистрируемых импульсов 239+240Pu и предварительно внесённого 242Pu в качестве изотопной метки.

Результаты и обсуждение

Удельная активность 239+240Pu в образцах рассматриваемых видов растений представлены на рис. 3-5.

Рис. 3. Содержание ^239+240Pu в травянистой растительности, произрастающей на территории, прилегающей к хранилищу РАО в Обнинске.

Данные анализа удельной активности плутония в травянистой растительности (рис. 3) свидетельствуют, что наибольшие значения его содержания наблюдаются для корневых систем. При этом более широкий диапазон концентраций плутония отмечается для корневой системы, составляя (7,9±2,0)∙10-2 – (1,7±0,1)∙100 Бк/кг, в то время как для надземной части концентрации плутония варьируют от (3,4±1,0)∙10-2 Бк/кг до (1,2±0,4)∙10-1 Бк/кг. Вместе с тем в травостое нижнего подъяруса (копытень европейский) различие в накоплении плутония между надземной частью и корневой системой практически нет, а у трав более высокого подъяруса (сныть обыкновенная, зеленчук жёлтый) отличие отмечается. Однако, преобладание накопления плутония в корневой системе хвоща зимующего не фиксируется. Это может быть связано с его строением (жёсткие и крепкие стебли), а также, что он относится к голосеменным растениям. Установление распределения накопления плутония в разных частях рассматриваемых видов травянистой растительности требует дополнительных исследований.

По литературным данным распределение плутония в надземной части и корневой системе для луговой растительности, произрастающей в зоне воздействия радиоактивных осадков, вызванных аварией на Чернобыльской АЭС [14] и на территории Семипалатинского испытательного полигона [15] имеют аналогичное распределение.

Диапазон содержания 239+240Pu в кустарниках находится в пределах от (4,0±1,4)∙10-2 Бк/кг до (9,0±2,7)∙10-1 Бк/кг (рис. 4). Наибольшие концентрации плутония для лещины обыкновенной отмечаются в листьях (3,0∙10-1 Бк/кг). Наибольшее содержание плутония у смородины белой наблюдается для кистей с ягодами (9,0∙10-1 Бк/кг). В целом, содержание плутония в разных частях смородины белой можно ранжировать в следующий ряд: кисти с ягодами (9,0∙10-1 Бк/кг) > корневая система (2,0∙10-1 Бк/кг) > листья (7,8∙10-2 Бк/кг) > ветви (4,0∙10-2 Бк/кг).

• ■ Корни         ■ Ветки          □ Грозди с ягодами □ Листья

• □ Ветки <0,5 см   ПВетки 0,5-3 см □ Ветки 3-6 см

1.Е+01

Рис. 4. Содержание ^239+240Pu в кустарниках, произрастающих на территории, прилегающей к хранилищу РАО в Обнинске.

Полученное распределение концентраций плутония по вегетативным органам смородины хорошо соотносятся с распределением плутония в вегетативных органах смородины чёрной, произрастающей в 30-км зоне Горно-химического комбината [16]: ягоды (до 8,8∙10-1 Бк/кг) > листья (до 4,0∙10-1 Бк/кг) > ветви ((1,0-5,6)∙10-2 Бк/кг).

□ Ветки >10 см □ Листья ВКора       ЭМох        ЕПобеги

□ Ветки 3-6 см ВВетки <0,5 см □Ветки 0,5-3 смВХвоя        □Ветки 1-2 см

1.Е+00

Рис. 5. Содержание ^239+240Pu в древесной растительности, произрастающей на территории, прилегающей к хранилищу РАО в Обнинске.

Концентрации 239+240Pu в древесной растительности имеют широкий диапазон до 3-х порядков величины и составляют от n∙10-3 до n∙100 (рис. 5). Распределение содержания изотопов плутония в структурных элементах ствола ивы ломкой свидетельствует, что накопление плутония происходит преимущественно в коре дерева. Древесина ивы ломкой практически не накапливает плутоний. Данные по содержанию плутония в древесной растительности в литературных источниках крайне ограничены. Результаты исследования накопления плутония сосной, произрастающей на территории следа наземного ядерного взрыва, проведённого на Семипалатинском испытательном полигоне, свидетельствуют, что его содержание в коре дерева выше, чем в древесине, однако, данная разница менее выражена и составляет один порядок величины [17, 18].

Неравномерное распределение концентраций плутония в органах и тканях растений вероятно связано с рядом факторов. Во-первых, с физиологическими особенностями разных частей растений, таких как особенности питания разных органов и тканей, их структура и клеточное строение, выполняемые функции в жизнедеятельности растений и др. Во-вторых, возможно имеет место вторичное загрязнение пористой структуры коры и листьев растений вследствие подъёма мелкодисперсной пыли от почвы, содержащей плутоний.

Заключение

Таким образом, в рамках настоящего исследования проанализировано содержание 239+240Pu в травянистой растительности, кустарниках и деревьях на территории, прилегающей к хранилищу РАО в Обнинске. В ходе работ установлено, что наибольшее накопление изотопов плутония фиксируется в корневой системе травянистой растительности. По содержанию изотопов плутония вегетативные органы смородины белой можно ранжировать в следующий ряд: кисти с ягодами (9,0∙10-1 Бк/кг) > корневая система (2,0∙10-1 Бк/кг) >листья (7,8∙10-2 Бк/кг) > ветви (4,0∙10-2 Бк/кг).

Содержание 239+240Pu в разных частях деревьев варьирует в широком диапазоне, достигая 3-х порядков величины от n∙10-3 до n∙100 Бк/кг. Распределение изотопов плутония по структурным элементам ствола ивы ломкой свидетельствует, что его накопление происходит преимущественно в коре дерева, а древесина практически не накапливает плутоний.