Радиационно-экологическая обстановка в районе размещения Обнинского регионального хранилища радиоактивных отходов

Радиационно-экологическая обстановка в районе размещения Обнинского регионального хранилища радиоактивных отходов

Вайзер В.И.1, Козьмин Г.В.2, Васильева А.Н.1, Бахвалов А.В.3

1 Негосударственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования Центральный институт повышения квалификации (НОУ ДПО ЦИПК), Обнинск;

2 Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и

агроэкологии (ВНИИСХРАЭ), Обнинск;

3 Институт атомной энергетики Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Обнинск

Одним из источников поступления в окружающую среду радионуклидов являются хранилища радиоактивных отходов (РАО), созданные на заре развития атомной промышленности. В качестве примера в статье рассматривается ситуация на реальном объекте - региональном хранилище РАО, сооружённом в 50-е годы прошлого столетия в бассейне реки Протвы на севере Калужской области.

Ключевые слова: 90Бг, 137Ов, миграция радионуклидов, защитные барьеры, радиационная нагрузка.

Объектом настоящих исследований явилась территория в районе размещения регионального хранилища РАО приповерхностного типа - единственного пункта захоронения в Центральном регионе в 50-х годах прошлого века. На территории хранилища расположены четыре ёмкости траншейного типа (№№ 1-4) для хранения твёрдых радиоактивных отходов (ТРО), а также одна железобетонная ёмкость (№ 5) для сбора и хранения жидких радиоактивных отходов (ЖРО) (рис. 1). Заполнение ёмкостей проводили с 1954 г. В 1961 г. региональное хранилище было законсервировано. Объект расположен в черте города Обнинска. В настоящее время он обнесён железобетонным ограждением, оснащённым в верхней части дополнительным инженерно-физическим барьером. Для осуществления контроля за миграцией радионуклидов имеется 10 наблюдательных скважин [6].

В период с 1961 по 1999 гг. выполнялся контроль активности воды в наблюдательных скважинах. Впервые значительное увеличение объёмной активности (от десятых долей Бк/л до ~ 40 Бк/л) было отмечено в октябре 1998 г. в воде скважины № 4 и в верховодке, вытекающей из-под хранилища в виде ручья и впадающей в небольшое болотце (табл. 1) [3]. Проведённые измерения показали, что радиоактивное загрязнение обусловлено присутствием техногенного радионуклида 90Эг. Увеличение объёмной активности 90Эг (от десятых долей до 110 Бк/л), происходившее в период с 1998 по 1999 гг., дало повод предположить утечку радионуклидов из ёмкостей хранилища за счёт потери их герметичности.

Вайзер В.И. - зав. каф. НОУ ДПО ЦИПК; Козьмин Г.В. - вед. научн. сотр. ВНИИСХРАЭ, к.б.н.; Васильева А.Н.* - вед. специалист НОУ ДПО ЦИПК, к.т.н.; Бахвалов А.В. - аспирант ОИАТЭ НИЯУ «МИФИ».

‘Контакты: 249031, Калужская обл., Обнинск, ул. Курчатова, 21. Тел.: 8(48439) 2-91-81; e-mail: vasilyeva@scicet.ru.

Рис. 1. Схема старого хранилища РАО.

I I - ёмкости хранения ТРО; @ - ёмкость для хранения ЖРО; ^ - наблюдательные скважины;

• - точки опробования; >ч/ - горизонтали; - дорога.

Таблица 1

Результаты измерения 90Эг в пробах воды, отобранных в районе размещения

хранилища

Дата пробоотбора Скважина № 4 Ручей Болото

08.10.1998 г. 40±4 - -

08.12.1998 г. 100±5 - -

29.12.1998 г. - 2±1 2±1

11.05.1999 г. - 10±2 3±1

25.05.1999 г. 110±5 - -

В июне 1999 г. было проведено частичное вскрытие ёмкостей хранения РАО с целью выяснения причин обнаруженного увеличения концентрации стронция. В ходе осмотра объектов хранилища было обнаружено, что поступление радионуклидов за пределы аварийной ёмкости № 4 происходило как из-под верхних защитных плит за счёт её переполнения атмосферными осадками через неплотности в гидроизоляции верхнего периметра, так и через обнаруженную у дна течь. В 1999 г. проведён комплекс защитных инженерных мероприятий по снижению экологической нагрузки на окружающую среду.

Согласно результатам ранее проведённых и нынешних исследований [1, 2, 4, 5] в настоящее время на территории прилегающего к рассматриваемому объекту притеррасного понижения имеются локальные очаги радиоактивного загрязнения компонентов геосистем (вод, почв, растительности) техногенным радионуклидом 90Эг. В водах верховодки, выходящей из-

под хранилища, отмечается высокий уровень объёмной активности 90Бг (до 110 Бк/л). Значительное содержание радиоактивного стронция так же было обнаружено в почве и растительности исследуемой территории (до 2,3104 и 740 Бк/кг, соответственно). Так же зафиксировано незначительное загрязнение исследуемой территории 137Св, сосредоточенное в основном вблизи ёмкости № 1, предназначенной для хранения низкоактивных отходов (НАО) и не имеющей дополнительных защитных барьеров. Таким образом, можно принять, что радиационная обстановка в основном обусловлена 90Эг в силу его большой подвижности в окружающей среде.

Миграция радионуклидов осуществляется главным образом перемещением с поверхностным и внутрипочвенным латеральным стоком, а также инфильтрацией в грунтовые воды и дальнейшим распространением в горизонте грунтовых вод. Аккумуляция происходит на сорбционном барьере заболоченного притеррасного понижения [2-4].

Оценка возможных источников и динамики поступления техногенных радионуклидов в грунтовые воды на территории регионального хранилища

С целью уточнения источников загрязнения 90Эг района размещения хранилища, а также динамики выхода из них данного радионуклида был проведён мониторинг воды из наблюдательных скважин близлежащих водоёмов с одновременным замером уровней воды. Самый высокий уровень воды наблюдается в скважине № 4, расположенной вблизи аварийной ёмкости № 4 и в скважинах №№ 5 и 10, также пробуренных в нижней части. Динамика уровней воды в наблюдательных скважинах регионального хранилища представлена на рис. 2 хранилища.

—ф- - Скв. 1

- Скв .4

—X- Скв .5

—ж- Скв .7

Скв .9

—1— Скв.10

Дата замера

Рис. 2. Временная динамика уровней воды в наблюдательных скважинах глубиной 12 м

регионального хранилища.

Самый высокий уровень воды наблюдается в скважине № 4, расположенной вблизи аварийной ёмкости № 4 и в скважинах №№ 5 и 10, так же пробуренных в нижней части.

Результаты измерений объёмной активности воды из наблюдательной скважины № 4 и места выхода верховодки из-под забора в нижней части регионального хранилища по 90Эг и уровня воды представлены в табл. 2 и на рис. 3.

По полученным данным наблюдается общая тенденция роста объёмной активности 90Эг с повышением уровня воды в скважине, хотя при этом и отмечаются некие колебания содержания стронция в воде (рис. 3).

Таблица 2

Данные измерений уровня воды и содержания 90Эг в пробах из наблюдательной скважины № 4 и места выхода верховодки из-под забора в нижней части

регионального хранилища

Место Дата п/отбора 2003 г. 2004 г. 2005 г.

22.10 25.02 23.06 11.10 10.03 19.05 13.07 20.09

п/отбора Скв. № 4 Уровень воды, м Аоб.^Эг), Бк/л 5,3 55±2 5 50±4 4,8 50±3 4 10±2 4,1 20±2 4,5 50±4 4,2 35±3 4,4 50±3

Т. 6а Аоб.СЭг), Бк/л - - 110±5 - - 45±4 50±3 -

Уровень воды (Н), м

Рис. 3. Зависимость объёмной активности 90Эг в воде наблюдательной скважины № 4

от уровня воды.

Таким образом, основной источник 90Эг образовался в результате потери герметичности ёмкостью № 4, выхода и миграции стронция во внешней среде и неполного удаления загрязнённого грунта, откуда радионуклид вымывается грунтовыми водами. По мере подъёма почвенные воды достигают участков с более высокой концентрацией данного радионуклида, что и приводит к увеличению его содержания в воде скважины № 4, в особенности с учётом направления основного стока с территории размещения ёмкости № 4.

Наблюдаемый выход на плато объёмной активности стронция при подъёме воды в наблюдательной скважине № 4 выше уровня 4,4 м можно объяснить тем, что вымывание радионуклида из почвы достигло насыщения. Подъём вод может быть обусловлен выпадением атмосферных осадков и интенсивным снеготаянием.

Изучение путей миграции техногенных радионуклидов

На первом этапе работ по формированию системы радиоэкологического мониторинга в районе хранилища ТРО методами полевых маршрутных наблюдений, заложения и описания ключевых точек ландшафтно-геохимических профилей, а также изучения данных бурения определены возможные пути миграции радионуклидов за пределы хранилища ТРО и места их аккумуляции на геохимических барьерах.

Геоморфологическое изучение территории выявило ряд факторов, благоприятствующих миграции радионуклидов и распространению их за пределами хранилища.

Данные радиационного мониторинга

Пробоотбор производили в наиболее репрезентативных точках, в которых описывали компоненты природных или природно-антропогенных геосистем (рис. 4). Пробы грунта отбирали послойно через каждые 5 или 10 см с учётом расположения генетических горизонтов на глубину до 70 см с помощью бура площадью поперечного сечения ~ 50 см2 и лопаты с использованием рулетки. Из верхнего слоя 5 см методом «конверта» (по одной пробе из четырёх углов квадрата со стороной 1 м и из его центра - на пересечении диагоналей с последующим перемешиванием) отбирали среднюю пробу.

Рис. 2. Территория расположения хранилища РАО и точки отбора проб.

В ходе предварительного исследования из техногенных радионуклидов, вышедших за пределы ёмкостей хранилища вследствие потери ими герметичности, были обнаружены только 90Бг и 137Сз. Измерения 90Бг и 137Св в пробах проводили с использованием аттестованных методик и спектрометрических установок [7]: 137Св - методом полупроводниковой гамма-спектрометрии с использованием Ое(И) детектора; 9°Бг - на сцинтилляционном спектрометре бета-излучения «БЕТА-01С» (НПЦ «Аспект», г. Дубна, Россия) после радиохимического выделения экстракционным концентрированием и последующей очисткой стронция из азотно-кислой вытяжки хлороформным раствором краун-эфира ДЦГ18К6 с последующим измерением р-активности дочернего продукта - иттрия.

Краткое описание геосистем и удельная радиоактивность почв представлены в табл. 3.

Таблица 3

Краткое описание геосистем [2] и удельная радиоактивность почв

№ точки пробо-отбора Описание геосистем Ауд., Бк/кг

9°Бг 137Сэ

1 Флювиогляциальные и аллювиальные песчаные отложения. Разнотравнозлаковая растительность с участием бобовых (клевер). 15 - 45 30 - 80

1а Флювиогляциальные и аллювиальные песчаные отложения. Разнотравнозлаковая растительность с участием бобовых (клевер). 15 - 40 60 - 70

2 Флювиогляциальные и аллювиальные песчаные отложения. Разнотравнозлаковая растительность с участием бобовых (клевер). 30 - 60 5 - 20

3 Поверхность - делювиальные суглинки. Намытая дерновая среднетяжелосуглинистая почва. Кустарник (малина, лещина), в травянистом ярусе доминирует крапива. 5 - 140 5 - 20

4 Поверхность не заболочена, покрыта слоем делювиальных суглинков. Намытая дерновая с признаками оподзоливания средне-тяжелосуглинистая почва. Ольха, во втором ярусе - лещина, травянистый ярус - разнотравье со значительным участием крапивы, хмель. 5 - 130 5 - 30

6 Поверхность заболочена, покрыта илистыми отложениями мощностью 2-10 см с включением слаборазложившихся растительных остатков, песка. Ольха, ива, осина, камыш. 480 - 670 10 - 20

6а Поверхность заболочена, покрыта илистыми отложениями мощностью 2-10 см с включением слаборазложившихся растительных остатков, песка. Ольха, ива, осина, камыш. 1950 -23240 10 - 20

7 Поверхность заболочена, покрыта илистыми отложениями мощностью 2-10 см с включением слаборазложившихся растительных остатков, песка. Ольха, ива, осина, камыш. 80 - 19720 10 - 15

7б Поверхность заболочена, покрыта илистыми отложениями мощностью 2-10 см с включением слаборазложившихся растительных остатков, песка. Ольха, ива, осина, крапива, хмель. 410 - 850 5 - 10

8 Флювиогляциальные и аллювиальные песчаные отложения. Поверхность нарушена ~ 40 лет назад. Смешанный лес: рябина, лещина, в травостое -ландыш, копытень, земляника, крапива. 5 - 30 5 - 10

9 Дерново-подзолистая намытая почва на делювиальном суглинке подстилается песками. Смешанный лес: сосна, береза, рябина, лещина, липа, в травостое - ландыш, копытень, крапива, осока. 5 - 50 5 - 20

Среди представителей флоры и фауны исследуемых геосистем были выделены отдельные виды и совокупности видов живых организмов, которых для исследуемой территории в соответствии с рекомендациями МКРЗ [8] следует характеризовать как референтные. К таким организмам следует относить те, которые наиболее адекватно реагируют на воздействие радио-

нуклидов, содержащихся в воде и почвах территории расположения хранилища. Среди них: совокупность почвенных микроорганизмов (способность почвенных микроорганизмов образовывать колонии), сухопутные моллюски вида Вгас1уЬаепа ^иИсит (способность накапливать радионуклид 90Эг), а также хмель вьющийся (Иити1ив /-ири!ив) и крапива двудомная (иМса С/о/са), которые служат основным кормом сухопутным моллюскам, а также являются промежуточным звеном в миграции 90Эг из почвы в организм сухопутных моллюсков.

По данным проведённого исследования установлено, что:

• миграция радионуклидов обусловливается главным образом перемещением с поверхностным и внутрипочвенным латеральным стоком, а также инфильтрацией в грунтовые воды и дальнейшим распространением в горизонте грунтовых вод;

• аккумуляция радионуклидов происходит на сорбционном барьере заболоченного притеррасного понижения;

• благоприятствующими факторами интенсивной миграции радионуклидов являются промывной водный режим зоны аэрации, лёгкий механический состав подстилающих пород (хорошо перемытые флювиогляциальные пески средне- и мелкозернистые), значительные уклоны местности;

• радиоэкологическая обстановка в районе хранилища РАО полностью обусловлена 90Эг; геоэкологическое исследование района притеррасного понижения позволило выявить участок локализации 90Эг за пределами территории регионального хранилища;

• по всей видимости, радиоактивное загрязнение сопредельной территории вызвано двумя факторами: поверхностным стоком с территории хранилища и внутрипочвенной миграцией 90Эг со стороны объёмного источника, сформировавшегося на территории хранилищ (в его нижней части) за время утечки радионуклидов из аварийной ёмкости.

В ходе анализа возможности и целесообразности осуществления защитных мероприятий были сделаны следующие выводы. Из-за обширных размеров распространения загрязнения, состава и значений рН (нейтральная и слабощелочная реакция) подстилающих грунтов, применение каких-либо дополнительных мер по предотвращению дальнейшей миграции радионуклидов на данной территории реально не представляется возможным. Результаты исследования показывают, что основная часть загрязнения аккумулируется в районе притеррасного понижения, а доля подвижного 90Эг невелика (рис. 5). Грунты (ил, глина, торф) территории прилегающего к хранилищу притеррасного понижения, в сторону которого направлен сток с аварийного объекта, способствуют предотвращению дальнейшей миграции 90Эг, что подтверждается отсутствием повышенного содержания техногенных радионуклидов в образцах внешней среды, отобранных на удалении свыше 50 м от ограждения хранилища. Таким образом, на рассматриваемом участке сформировался естественный геохимический барьер на пути распространения 90Эг, способствующий снижению подвижности радионуклида во внешней среде.

26%

14%

22%

2% 8%

29%

21%

34%

37%

] Водорастворимая Кислоторастворимая

^ Обменная §§> «Органическая»

Прочносвязанная + фиксированная

Рис. 5. Диаграммы распределения форм нахождения Бг в почвах.

Исходя из приведённых результатов исследований и принимая во внимание то, что описанный объект является типичным представителем большого количества аварийных хранилищ, размещённых на территории РФ, а также учитывая обширные территории, подвергшиеся радиационному загрязнению в результате аварий с выходом радиоактивных веществ в окружающую среду и испытания ядерного оружия, необходимо отметить следующее. Согласно СП 2.6.6.2572-2010 [9] грунты (и зачастую растительность) рассматриваемых территорий подпадают под категорию «очень низко активные отходы» (ОНАО), для которых выполнить все требования, прописанные в санитарных правилах невозможно. Единственным способом снижения радиационной нагрузки на человека и окружающую среду в данной ситуации является применение контрмер, широко опробованных в чернобыльской зоне. Что же касается законодательной части, то здесь представляется необходимым отдельно оговорить процедуру обращения с ОНАО, образовавшимися в результате аварий и рассредоточенными по обширным площадям. С этой целью следует разработать специальные нормативные документы.

Заключение

Результаты исследования регионального хранилища РАО показали, что авария даже на небольшом радиационно-опасном объекте может привести к образованию больших количеств ОНАО, распределённых по обширной площади (в радиусе около 50 м) и объёму (на глубину более 12 м) грунтового покрова. Данное обстоятельство требует разработки методических подходов к экологическому зонированию радиоактивно загрязненных территорий и оценки экологического риска.

Литература

1. Васильева А.Н., Козьмин Г.В., Вайзер В.И., Старков О.В. и др. Оценка защитных барьеров на пути миграции радионуклидов в районе размещения хранилища радиоактивных отходов //Известия вузов. Ядерная энергетика. 2007. № 3/1. С. 74-82.

2. Васильева А.Н., Круглов С.В., Козьмин Г.В., Латынова Н.Е. и др. Содержание в почве и подвижность техногенных радионуклидов в районе размещения регионального хранилища радиоактивных отходов //Радиационная биология. Радиоэкология. 2008. T. 48, №1. С. 102-109.

3. Васильева А.Н., Козьмин Г.В., Латынова Н.Е., Старков О.В., Вайзер В.И. Общие закономерности загрязнения геосистем в районе размещения регионального хранилища радиоактивных отходов //Известия вузов. Ядерная энергетика. 2006. № 2. С. 64-74.

4. Васильева А.Н. Оценка влияния регионального хранилища радиоактивных отходов на окружающую природную среду и население //Известия вузов. Ядерная энергетика. 2007. № 3/1. С. 65-73.

5. Васильева А.Н., Сынзыныс Б.И., Ульянова Л.П., Ковалев О.А. и др. Оценка загрязнения биоценоза в районе размещения регионального хранилища радиоактивных отходов и его влияния на грызунов //Радиационная биология. Радиоэкология. 2007. Т. 47, № 5. С. 623-630.

6. Латынова Н.Е., Вайзер В.И., Козьмин Г.В. и др. Изучение геосистем в районе хранилища твердых радиоактивных отходов с целью обоснования радиоэкологического мониторинга //Экология речных бассейнов: Сб. докл. III Международной науч.-практ. конф. Владимир, 2005. 243 с.

7. Марей А.Н., Зыкова А.С. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах внешней среды. М.: Атомиздат, 1980. 123 с.

8. Публикация 91 МКРЗ. Основные принципы оценки воздействия ионизирующих излучений на живые организмы, за исключением человека. М.: Изд-во Комтехпринт, 2004. 74 с.

9. Санитарные правила «Обеспечение радиационной безопасности при обращении с промышленными отходами атомных станций, содержащими техногенные радионуклиды» СП 2.6.6.2572-2010. Рег. N 16458. М., 2010. 18 с.

Radiation-ecological situation in the vicinity of the Obninsk regional radioactive waste storage

Vaizer V.I.1, Kozmin G.V.2, Vasilyeva A.N.1, Bakhvalov A.V.3

1 Central Institute for Continuing Education and Training, Obninsk;

2 Russian Institute of Agricultural Radiology and Argoecology (RIARAE), Obninsk;

3 Obninsk Institute of Nuclear Power Engineering of National Research Nuclear University «MEPhI», Obninsk

The storages of radioactive wastes (RAW), created by the early development of the nuclear industry, are one of the sources of radionuclide entering into the environment. As example, the situation on the real object - regional storage for RAW, built in 50-th years of the last century in the Protva River basing in the North of the Kaluga region is described in this article.

Key words: 90Sr, 137Cs, radionuclide migration, protective barriers, radiation load.

Vaizer V.I. - Chief of Chair, Central Institute for Continuing Education and Training; Kozmin G.V. - Lead. Researcher RIARAE, C. Sc., Biol.; Vasilyeva A.N.* - Lead. Specialist, Central Institute for Continuing Education and Training, C. Sc., Tech.; Bakhvalov A.V. - Post-graduate Student, Obninsk Institute of Nuclear Power Engineering of National Research Nuclear University «MEPhI».

‘Contacts: 21 Kurchatov str., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249031. Tel.: +7(48439) 2-91-81; e-mail: vasilyeva@scicet.ru.