Воздействие выбросов СХК и ОДЭК на гидробионты 30-км зоны СХК

Устоявшаяся система радиационной безопасности и защиты человека, основанная на не превышении приемлемого риска при его облучении, а также выполнение с запасом нормативов воздействия радиационно-опасных объектов при нормальной эксплуатации на население и окружающую среду позволили больше внимания уделять воздействию радиационного фактора на живые природные организмы.

Основной постулат о безопасности радиоактивного загрязнения окружающей среды для организмов «защищён человек – защищена биота» в большей степени определяется тем, что нормативы для человека установлены для избегания значимых стохастических эффектов, которые во много раз меньше референтных уровней воздействия на биоту, оцениваемых по детерминистским эффектам. Несмотря на это, международное научное сообщество последовательно двигалось от признания необходимости исследования воздействия радиационного фактора действующих предприятий до разработки референтных уровней и методов оценки доз облучения на биоту. Общие подходы к оценке и нормированию воздействия излучений на биоту были определены в Публикации 91 МКРЗ [1]. Рекомендации по разработке новых стандартов радиационной защиты в Публикации 103 [2] указывают также на необходимость отражения в этих стандартах подходов к радиологической защите окружающей среды. В Публикации 108 [3] уже содержится методология количественной оценки радиационного воздействия на биоту.

Соломатин В.М.* – нач. отдела гл. радиоэколога ПН «Прорыв», к.б.н.; Спирин Е.В. – гл. науч. сотр. отдела гл. радиоэколога ПН «Прорыв», д.б.н. АО «Прорыв».

Накопленные данные по биологическим эффектам на различные природные организмы позволили определить референтные уровни допустимого воздействия – 1 мГр/сут для млекопитающих, позвоночных животных и сосны обыкновенной и 10 мГр/сут для растений и беспозвоночных животных. Эти уровни изложены в публикациях НКДАР ООН [4, 5], МАГАТЭ [6] и МКРЗ [3, 7].

Требование по обеспечению экологической безопасности на всех стадиях жизни радиационно-опасных объектов в России закреплено на законодательном уровне. В соответствии с Федеральным законом № 7 «Об охране окружающей среды», Постановлением Правительства РФ № 87, отраслевым стандартом СТО 95 12020-2017 [8-10] и др. оценка воздействия на окружающую среду является одним из положений, необходимым для обоснования безопасности объекта использования ядерной энергии. Для оценки доз облучения референтных представителей биоты наземных и водных экосистем Росгидрометом разработаны Рекомендации, позволяющие производить расчёты с помощью коэффициентов дозового преобразования и коэффициентов перехода на основе данных о содержании радионуклидов в объектах окружающей среды – почвы, воды и донных отложениях [11].

По результатам радиологического обследования 30-км зоны Сибирского химического комбината (СХК) в 2017 г. с использованием методики из Рекомендаций [11] были проведены оценки доз облучения представителей наземных экосистем в существующей радиационной обстановке. Одновременно был произведён прогноз доз облучения биоты от проектных выбросов строящегося Опытного демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК) с быстрым реактором БРЕСТ-ОД-300 [12]. Было установлено, что в существующей радиационной обстановке максимальная мощность дозы облучения наземных животных в секторе с наибольшей повторяемостью ветра составляет примерно 6 мкГр/сут, что в 170 раз меньше контрольного уровня 1 мГр/сут. Максимальная прогнозная мощность дозы от проектных выбросов ОДЭК на 30-й год эксплуатации была примерно в 300-370 раз меньше контрольного уровня.

Ранее по отдельным мониторинговым данным о содержании радионуклидов в воде и донных отложениях от сбросов предприятий СХК проводились оценки доз облучения гидробионтов. Было установлено, что в различные временные периоды дозы облучения биоты значительно отличаются. Так, оцененная мощность дозы облучения рыбы и моллюсков в р. Ромашка и Чернильщиков-ской протоке в период с 2000 по 2008 гг. составила 200 и 42 мкГр/сут соответственно, а в период с 2009 по 2014 гг. – 0,9 и 0, 14 мкГр/сут [13]. Такая особенность характерна для проточных водоёмов, когда наряду с изменением количества сбросов происходит разбавление и перемещение с водой.

Цель настоящей работы – провести оценку доз облучения гидробионтов в 30-км зоне СХК в существующей радиационной обстановке по результатам масштабного обследования в 2017 г. и от проектных выбросов ОДЭК в условиях нормальной эксплуатации.

Материалы и методы

Радиоэкологическое обследование 30-км зоны СХК в существующей обстановке, проведённое в 2017 г., включало исследование содержания радионуклидов в воде и донных отложениях реки Томь, озёр и речек, всего 18 объектов [12, 14]. Схема размещения точек отбора проб воды и донных отложений показана на рис. 1.

Рис. 1. Карта-схема размещения точек отбора проб из водных объектов в 30-км зоне СХК (жёлтые флажки).

Расчёт мощности дозы облучения гидробионтов в существующей радиационной обстановке по результатам обследования удельной активности радионуклидов в воде и донных отложениях в 30-км зоне СХК проводили в соответствии с Рекомендациями Росгидромета [11]. В каждом случае вводили взвешивающий коэффициент на относительную биологическую эффективность 10 для альфа-излучающих радионуклидов. Расчёт для пелагических рыб, а также водных млекопитающих проводили по формуле:

P wi = 0,024 -[ A w - ( D in - КН + D ex,w )] ,                                                        (1)

где 0,024 - коэффициент перевода единиц дозовых коэффициентов D in и D ex от мкГр/ч в мГр/сут; A w - удельная активность радионуклида в воде, Бк/л; D in и D ex,w - дозовые коэффициенты внутреннего и внешнего облучения от воды, (мкГр/ч)/Бк/л); КН - коэффициент накопления радионуклида в звене вода - гидробионт, отн. ед.

Мощность дозы облучения придонных рыб, пресноводных моллюсков и водных растений рассчитывали по формуле:

P w2 = 0,024-[ Aw( D in - КН + 0,5 - D ex,w )+ 0,5 - A o - D ex,o ] ,                                      (2)

где A o - удельная активность донных отложений, Бк/кг; D ex,o - дозовый коэффициент внешнего облучения от донных отложений, мкГр/ч.

Расчёт мощности дозы облучения водоплавающих птиц рекомендуется проводить по формуле:

P b = 0,024-[ 0,5 - Aw( D n - KH+D exw )+ 0,5 - A s- ( D ex,s + D n - KH s )] ,                          (3)

где индекс s относится к почве.

Прогноз содержания радионуклидов в воде озёр от выбросов предприятий ОДЭК на 30-й год эксплуатации провели с помощью Гауссовой модели рассеяния для категории устойчивости «С», как наиболее вероятной для места расположения СХК, скорости ветра 3 м/с и скорости осаждения аэрозолей 0,008 м/с. Количество румбов выбрано восемь. Учитывали поправку на розу ветров (табл. 1).

Таблица 1

Поправка на розу ветров, средняя за год

Сектор	Отношение к круговой розе
С-СВ	2
В-СВ	1,04
В-ЮВ	0,6
Ю-ЮЗ	0,68
Ю-ЮЗ	0,8
З-ЮЗ	0,72
З-СЗ	0,6
С-СЗ	1,56

Расчёт накопления радионуклидов в воде и донных отложениях провели с помощью камерной модели первого рода. При этом учитывали, что среднее время нахождения радионуклидов в воде до осаждения их на дно составляет 3 года [15]. Общее содержание радионуклидов σ w за время 30 лет в толще воды озера на одном квадратном метре определяется по формуле, являющейся решением дифференциального уравнения:

d a w / d t = - ( 2 + 11 T ) -a w + J ,                                                                (4)

a w = J -[ 1-exp (- ( 2 +1I T ) - 30)]/( 2 +1 I T ) ,                                                       (5)

где λ – константа распада, 1/год; J – интенсивность выпадений радионуклидов, Бк/(м²⋅год); τ – среднее время задержки радионуклида в воде до осаждения на дно, год.

Поверхностная активность радионуклидов в донных отложениях через 30 лет от осаждения радионуклидов из воды рассчитывается по формуле:

ao = J-[( 1-exp(-2-30))/2 - (1-exp(-(2+1/T) -310))/(2+1 IT)].(6)

Удельная активность в воде (Бк/л) и донных отложениях (Бк/кг) равны:

Aw = 0,001-aw13,(7)

Ao = ao180,(8)

где 0,001 – перевод с м3 на л; 3 – средняя глубина озер на территории 30-км зоны СХК, м; 80 – массовая толщина 5-см слоя донных отложений с плотностью 1,6 г/см3 (дно озёр песчаное), кг/м2.

Результаты и обсуждение

Исследование доз облучения в существующей радиационной обстановке по результатам обследования рек и озёр 30-км зоны СХК провели с использованием формул (1) и (2). Измерения проб воды и донных отложений выявили наличие только 137Cs, 90Sr, 241Am и 239,240Pu. Расчёт доз водоплавающих птиц не проводили. Результаты расчёта максимальной мощности дозы облучения (с учётом взвешивающего коэффициента для альфа-излучения) в отдельных исследованных объектах представлены в табл. 2.

Таблица 2

Максимальные дозы облучения гидробионтов в объектах водной среды 30-км зоны СХК, мГр/сут

Водный объект	Количество проб	Пелагическая рыба	Придонная рыба	Пресноводные моллюски	Водные растения	Пресноводные млекопитающие
оз. Круглое, н.п. Самусь	1	4,57E-04	4,56E-04	6,12E-04	4,47E-04	6,04E-05
оз. Мальцево, н.п. Семиозерки оз. Яково, н.п. Семиозерки	2	9,12E-04	8,93E-04	1,09E-03	1,17E-03	5,19E-04
	3	9,57E-04	9,38E-04	5,87E-04	7,04E-04	1,90E-03
р. Васильевка, н.п. Луча-ново	1	5,50E-03	5,50E-03	6,21E-05	1,18E-04	1,88E-02
р. Мостовка	1	2,74E-03	2,74E-03	1,92E-05	4,46E-05	9,38E-03
р. Порос	2	9,40E-06	9,07E-06	1,00E-05	1,20E-05	8,42E-06
р. Ромашка, место впадения в р. Томь	2	5,22E-03	5,22E-03	4,89E-03	6,12E-03	7,67E-03
р. Томь	25	6,90E-03	6,90E-03	1,15E-04	1,94E-04	2,35E-02
р. Чёрная	1	1,76E-04	1,75E-04	2,30E-04	1,83E-04	3,97E-05

Наибольшее количество отбора проб было произведено в р. Томь. По данным измерений в этих пробах возможно построение статистических распределений доз облучения гидробионтов. Из-за близости распределений для пелагической и придонной рыбы, а также для моллюсков и водных растений, выборки данных были объединены. Распределения мощностей взвешенных доз представлены на рис. 2-4.

Из рисунков наглядно показано, что наибольшие значения доз могут сформироваться в пресноводных млекопитающих. Это связано с наибольшим коэффициентом накопления 137Cs в организм животных. Во всех случаях мощность дозы облучения гидробионтов значительно меньше референтных уровней допустимых доз для биоты.

Рис. 2. Распределение мощности дозы облучения рыб в р. Томь.

Рис. 3. Распределение мощности дозы облучения моллюсков и водных растений в р. Томь.

Рис. 4. Распределение мощности дозы облучения пресноводных млекопитающих в р. Томь.

Для прогноза доз облучения проведены расчёты интенсивности выпадения радионуклидов, а также удельной активности радионуклидов в воде и донных отложениях в озёрах в предположении их расположения на разных расстояниях от источника выбросов при круговой розе ветров. После этого была введена поправка на розу ветров и определены значения параметров загрязнения водных компонент шести, наиболее крупных озёр на территории 30-км зоны ОДЭК. Было найдено, что только семь радионуклидов являются основными вкладчиками в дозу облучения гидробионтов. В табл. 3 приведены данные по содержанию этих радионуклидов в воде и донных отложениях.

Вклады радионуклидов в дозу облучения гидробионтов в зависимости от вида организма различаются. В табл. 4 показано, что для рыб и пресноводных млекопитающих основной вклад в дозу облучения даёт тритий. Для моллюсков и водных растений существенный вклад дают радионуклиды плутония.

Таблица 3

Прогноз содержания радионуклидов в воде и донных отложениях стоячих водоёмов от выбросов ОДЭК на 30-й год после эксплуатации (глубина объекта 3 м), Бк/л

Радионуклид	Среда	Расстояние от источника выброса, км
		1	2	4	10	20	30
3 H	Вода Донные отложения	4,06E+03 0	2,09E+03 0	7,19E+02 0	1,46E+02 0	4,19E+01 0	2,01E+01 0
134 Cs	Вода Донные отложения	5,00E-04 1,86E-02	2,57E-04 9,58E-03	8,85E-05 3,29E-03	1,80E-05 6,68E-04	5,16E-06 1,92E-04	2,48E-06 9,22E-05
137 Cs	Вода Донные отложения	9,06E-04 2,28E-01	4,67E-04 1,17E-01	1,60E-04 4,04E-02	3,25E-05 8,19E-03	9,36E-06 2,36E-03	4,49E-06 1,13E-03
238 Pu	Вода Донные отложения	1,89E-05 5,76E-03	9,75E-06 2,97E-03	3,35E-06 1,02E-03	6,80E-07 2,07E-04	1,95E-07 5,95E-05	9,38E-08 2,85E-05
239 Pu	Вода Донные отложения	3,70E-05 1,25E-02	1,90E-05 6,43E-03	6,55E-06 2,21E-03	1,33E-06 4,48E-04	3,82E-07 1,29E-04	1,83E-07 6,18E-05
240 Pu	Вода Донные отложения	4,93E-05 1,66E-02	2,54E-05 8,56E-03	8,73E-06 2,94E-03	1,77E-06 5,97E-04	5,09E-07 1,72E-04	2,44E-07 8,24E-05
244Cm	Вода Донные отложения	1,41E-06 2,97E-04	7,24E-07 1,53E-04	2,49E-07 5,25E-05	5,05E-08 1,07E-05	1,45E-08 3,06E-06	6,97E-09 1,47E-06

Таблица 4

Вклад радионуклидов в дозу облучения различных видов гидробионтов, %

Радионуклид	Пелагическая рыба	Придонная рыба	Пресноводные моллюски	Водные растения	Пресноводные млекопитающие	Водоплавающие птицы
3 H	92,6	92,3	35	13,8	77,6	93,3
134 Cs	2,2	2,2	0		7,5	2,4
137 Cs	3,6	3,8	0	0,1	10,2	3,8
238 Pu	0,3	0,3	12	16,2	0,8	0,0
239 Pu	0,5	0,5	22	29,6	1,5	0,0
240 Pu	0,6	0,6	29	39,5	2,0	0,0
244Cm	0	0	1	0,4	0,0	0,0

Озёра расположены на расстоянии от 6 км от места расположения предприятий ОДЭК (оз. Чёрное) до 25 км (оз. Савинское). Результаты оценки доз облучения гидробионтов в озёрах 30-км зоны СХК от газоаэрозольных выбросов ОДЭК представлены в табл. 5.

Таблица 5

Прогноз мощности дозы облучения гидробионтов от штатных выбросов при одновременной работе предприятий ОДЭК, мГр/сут

Водный объект	Расстояние, км	Пелагическая рыба	Придонная рыба	Пресноводные моллюски	Водные растения	Пресноводные млекопитающие	Водоплавающая птица
оз. Круглое	15	6,03E-06	6,05E-06	1,57E-05	4,06E-05	7,20E-06	2,99E-06
оз. Мальцево	16	9,40E-06	9,43E-06	2,46E-05	6,33E-05	1,12E-05	4,67E-06
оз. Савинское	25	1,63E-06	1,63E-06	4,25E-06	1,10E-05	1,94E-06	8,09E-07
оз. Яково	17	9,40E-06	9,43E-06	2,46E-05	6,33E-05	1,12E-05	4,67E-06
оз. Чёрное	6	4,80E-05	4,81E-05	1,25E-04	3,23E-04	5,73E-05	2,38E-05
оз. Копыловское	10	7,48E-06	7,51E-06	1,95E-05	5,04E-05	8,93E-06	3,72E-06

Из таблицы видно, что максимальные дозы в ближайшем к источнику выбросов озере Чёрное ниже допустимых доз воздействия примерно на четыре порядка. Сопоставление с данными оценки воздействия в существующей радиационной обстановке показывает, что прогнозные дозы облучения меньше доз в существующей обстановке примерно в 10 раз меньше.

Выводы

• 1)    Установлено, что максимальные дозы облучения гидробионтов в существующей радиационной обстановке составляют для пресноводных млекопитающих 24 мкГр/сут (меньше допустимого уровня в 40 раз), для рыб – 7 мкГр/сут (меньше допустимого уровня в 140 раз), для водных растений и моллюсков – 1,2 мкГр/сут (меньше допустимого уровня примерно в 10000 раз).

• 2)    Максимальные прогнозные дозы облучения гидробионтов от выбросов ОДЭК формируются в озере Чёрное и составляют для рыб, пресноводных млекопитающих и птиц 0,05 мкГр/сут, для водных растений и моллюсков – 0,3 мкГр/сут.

• 3)    Основной вклад в прогнозную дозу облучения животных, птиц и рыб от выбросов ОДЭК даёт ³Н.

• 4)    Проведённые оценки доз облучения природных организмов из наземных и водных экосистем в 30-км зоне СХК и ОДЭК доказывают отсутствие необходимости в проведении специальных мероприятий для защиты окружающей среды.

Настоящая работа выполнена в рамках ПН «Прорыв» Госкорпорации «Росатом».