Тритиевое загрязнение почвы в местах проведения наземных ядерных испытаний на Семипалатинском испытательном полигоне

На сегодняшний день уже накоплен большой массив данных о радионуклидном загрязнении почвы площадки «Опытное поле». При проведении различного рода исследований на данной площадке основной акцент был сделан на изучение 241Am, 239+240Pu, 137Cs, 90Sr и 152Eu в почве [1]. Изучение трития (3Н) в почве на данной площадке ранее не проводилось. Считалось, что 3Н при проведении наземных ядерных взрывов выбрасывался в атмосферу и переносился с воздушными потоками далеко от мест проведения испытаний. В связи с этим, вопрос об уровне загрязнения почвы 3Н на различных участках в местах проведения наземных ядерных испытаний оставался открытым. Однако, первоначальные результаты исследований тритиевого загрязнения почвы на Семипалатинском испытательном полигоне показали, что в эпицентраль-ных зонах технических площадок 3Н в почве содержится в значимых количествах [2]. В связи с этим было проведено более детальное исследование тритиевого загрязнения почвы на площадке «Опытное поле». Цель данной работы – определение уровня и характера загрязнения почв тритием в местах проведения наземных испытаний на площадке «Опытное поле».

Материалы и методы

Участки исследований . Учитывая тот факт, что ³Н при проведении ядерных испытаний мог наработаться в результате реакции активации [3-5], то участки исследований выбирали согласно картам площадного распределения ¹⁵²Eu, который также является продуктом активации. На площадке исследовали следующие участки:

• -    эпицентры взрывов на технических площадках П-1, П-2, П-7, П-3, П-5, П2-М;

• -    участки, расположенные по мере удаления от эпицентров;

• -    объект, расположенный вне технических площадок В-1.

Схема расположения исследовательских участков на испытательной площадке «Опытное поле» представлена на рис. 1. Отбор проб осуществлялся точечным методом, глубина отбора проб почвы составляла 0-10 см.

Рис. 1. Схема расположения точек отбора проб почвы на площадке «Опытное поле».

Лабораторный анализ. В литературных источниках [6-10] упоминается, что техника и методология работ, направленных на изучение ³Н, проводились на почвах, не подверженных ядерным испытаниям. Для определения содержания ³Н почва подготавливалась методом автоклавного разложения, который основан на минерализации почв в герметично замкнутом объёме при воздействии смеси минеральных кислот, повышенной температуры и давления [11, 12].

Для очистки от мешающих компонентов к определению удельной активности 3Н полученный раствор после автоклавного разложения подвергался дистилляции. Содержание 3Н во всех отобранных пробах почвы определялось проведением бета-спектрометрического анализа на жидкосцинтилляционном спектрометре «TRI-CARB 2900 TR».

Расчёт удельной активности 3Н производился на 1 кг почвы. Все отобранные пробы почвы дополнительно анализировались гамма-спектрометрическим методом на содержание 152Eu. Полученные результаты удельной активности 3Н и 152Eu сравнивались для установления взаимосвязи и выявления, таким образом, механизма образования 3Н.

Результаты и обсуждение

Уровень и характер распределения ³Н в почве . Проведённые исследования показали, что ³Н в почве в местах проведения наземных ядерных испытаниях присутствует в значимых количествах. Точки отбора проб и уровень содержания ³Н отображены на картах исследования ¹⁵²Eu по результатам пешеходной гамма-съёмки (рис. 2, 4, 6, 8, 10, 11).

Площадка П-1. На площадке П-1 почва исследовалась как в эпицентре, так и по мере удаления от него по лучу протяжённостью 2000 м. Уровень содержания ³Н в почве составил от <100 до 184500 Бк/кг. Как видно на рис. 1, максимальное содержание ³Н находится в местах максимального загрязнения почвы ¹⁵²Eu.

Так же, в пределах данной площадки исследованы объекты ИК-2, где имеется область скопления техногенных сооружений и К-1 с наличием трёх воронок. На объекте ИК-2 уровень содержания 3Н составлял до 3400 Бк/кг, на объекте К-1 тритиевого загрязнения, так же, как и загрязнения по 152Eu, не зафиксировано.

Рис. 2. Уровень содержания ³Н на площадке П-1.

В ходе исследований распределения 3Н по мере удаления от эпицентра взрыва выявлено, что с увеличением расстояния удельная активность 3Н в почве значительно снижается (рис. 3) и на расстоянии 1300 м достигает уровня предела обнаружения, который составляет 100 Бк/кг.

Рис. 3. Распределение ³H и ¹⁵²Eu в почве по мере удаления от эпицентра взрыва на площадке П-1.

При сравнении распределения 3H и 152Eu в почве отмечена корреляционная зависимость. Это говорит о том, что одним из путей образования 3Н в почве являлась реакция нейтронной активации.

Площадка П-2, П-7. Для исследования ³Н в почве на площадках П-2, П-7 выделяли участки с максимальным радионуклидным загрязнением (рис. 4). Наибольшее значение тритиевого загрязнения в почве зафиксировано на участках 1 и 4. На данных участках удельная активность ³H составила порядка 20000 и 30000 Бк/кг соответственно. На участках 2 и 5 концентрация ³H в почве достигает порядка 14000 Бк/кг. Остальные участки отмечены меньшим уровнем тритиево-го загрязнения – до 10000 Бк/кг. На участках 16 и 19 содержание ³H составило <100 Бк/кг.

Рис. 4. Уровень содержания ³H на площадках П-2, П-7.

Распределение 3H в почве по удалению от эпицентра взрыва исследовали на участке 1, на расстоянии 1300 м. Результаты исследований представлены на рис. 5.

Результаты исследований показали, что распределение 3H, так же, как и распределение 152Eu, имеет неравномерный характер. На расстоянии 10 м от эпицентра наблюдается повышение концентрации 3H и 152Eu, а затем её снижение. Таким образом, выявлен некий пик по активности. Скорее всего, причиной этого может служить то, что в данном направлении произошёл выброс почвы при взрыве и максимальные концентрации 3H и 152Eu смещены от эпицентра в сторону предполагаемого выброса.

Площадка П-3. Для данной площадки уровень содержания 3 H в почве составил от <100 до 36800 Бк/кг (рис. 6). Максимальная удельная активность ³H выявлена на участке 1.

Рис. 6. Уровень содержания 3 H на площадке П-3.

Характер распределения 3H по удалению от эпицентра взрыва исследовался на участке 1.

Почва отбиралась по лучам, проложенным в обе стороны от эпицентра взрыва (рис. 7).

Рис. 7. Распределение ³Н и ¹⁵²Eu по удалению от эпицентра взрыва на площадке П-3 (участок 1).

Анализ полученных данных показал, что распределение 3H с левой стороны практически равномерно, а с правой стороны изначально наблюдается повышение концентрации 3H и 152Eu, а затем их снижение, то есть, выявлен пик, предположительно означающий месторасположение эпицентров максимального загрязнения почвы 3H и 152Eu.

Площадка П-5. Для площадки П-5 уровень содержания ³Н в почве составил от <100 до 52000 Бк/кг (рис. 8). Максимальная удельная активность ³H выявлена на участке 8. Участки 3, 4 и 7, имеющие наличие воронок, отмечены меньшим уровнем содержания ³H в почве от <100 до

46200 Бк/кг. На участках 5 и 6 тритиевое загрязнение в почве не выявлено.

Рис. 8. Уровень содержания ³H на площадке П-5.

Для исследования характера распределения 3H почва исследовалась по лучам, проложенным в обе стороны от эпицентра взрыва на участке 3 (рис. 9).

луч слева от эпицентра

луч справа от эпицентра

Рис. 9. Распределение ³Н и ¹⁵²Eu в почве по удалению от эпицентра взрыва на площадке П-5

(участок 3).

Результаты показали, что распределение 3H с левой стороны практически равномерно, а с правой стороны, так же, как и в случае площадки П-3, изначально наблюдается повышение концентрации 3H и 152Eu, а затем её снижение.

Объект В-1. Исследуемый объект В-1, который находится вне площадок «Опытного поля», был рассмотрен как эпицентральная зона ядерного взрыва с двумя следами радиоактивных выпадений. На рис. 10 видно, что максимальная удельная активность 3H, которая составила порядка 8000 Бк/кг, выявлена в месте наибольшего загрязнения почвы 152Eu, т.е. в эпицен- тральной зоне ядерного взрыва.

Условные обозначения

I I технические площадки ☆ технические площадки

Eu-152, cps

<4

4-8

8-12

• ■    12-16

• ■    16-20

^1 20-30

^Н 30-43.91

Н-3, Бк/кг

• •    < 100

100-5200

• •    5200-8000

  
  
  

Рис. 10. Уровень и характер распределения ³H на объекте В-1.

Площадка П2-М. Исследование ³H на площадке П2-М проводилось всего в 4 точках. Результаты лабораторных анализов показали, что ³H в почве так же, как и ¹⁵²Eu, на исследованной территории не зафиксирован. Для сравнения на рис. 11 представлены результаты пешеходной гамма-съёмки по радионуклидному загрязнению почвы ²⁴¹Am,¹³⁷Cs и ¹⁵²Eu, согласно которым на площадке П2-М преобладает наличие высокого содержания ²⁴¹Am и совсем отсутствует ¹⁵²Eu.

а)                                           б)                                           в)

Рис. 11 . Результаты пешеходной гамма-съёмки на площадке П2-М.

Механизм образования трития в почве. Для выявления механизма образования ³H в почве по полученным данным об уровне содержания ³H и ¹⁵²Eu построены зависимости отношения их удельных активностей. Отношения удельных активностей представлены на рис. 12.

По проведённому анализу стоит отметить, что во всех представленных случаях наблюдается линейная зависимость удельных активностей 3H и 152Eu.

В уравнениях значение свободного члена, вероятнее всего, отображает количество исходного 3Н, захваченного минеральными частицами при проведении взрывов (при отсутствии нейтронной активации, т.е. концентрация 152Eu=0). Максимальное значение свободного члена в уравнении отмечено для площадки П-1, порядка 2800. Вероятнее всего, причиной этого послужило проведение термоядерного испытания на данном участке. Значение свободного члена в остальных представленных уравнениях для других площадок составило от 20 до 1770. Коэффициент пропорциональности – отношение удельных активностей 3H и 152Eu является одним из показателей, который зависит от характерных физических особенностей проведения того или иного испытания.

Рис. 12. Зависимость удельных активностей ³Н и ¹⁵²Eu в почве: a) площадка П-1; б) площадка П-2, П-7 (участок 1); в) площадка П-2, П-7 (участок 4); г) площадка П-2, П-7 (участок 5); д) площадка П-3 (участок 1); е) площадка П-5 (участок 3).

Заключение

Проведённые исследования позволили дать общую оценку тритиевого загрязнения почвы на площадке «Опытное поле». Установлено, что удельная активность 3Н составила от <100 до 185000 Бк/кг. Максимальная концентрация 3Н зафиксирована в эпицентральной зоне технической площадки П-1, что может быть связано с проведением термоядерного испытания. С увеличением расстояния от эпицентров удельная активность 3Н снижается.

В ходе исследований была установлена хорошая корреляционная зависимость между содержанием 3Н и 152Eu в почве на всех обследованных участках. Этот факт указывает на то, что основным механизмом образования 3H в почве на площадке «Опытное поле» являются нейтронно-активационные процессы, происходившие во время проведения наземных ядерных испытаний.