Введение к работе
Актуальность исследования
Загрязнение Челябинской области техногенными радионуклидами связано с работой первого советского оборонного предприятия по производству оружейного плутония ПО «Маяк» и произошедшими за время работы предприятия авариями. В результате радиационных инцидентов в районе расположения ПО «Маяк» сформировалась техногенная радионуклидная аномалия – Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). Длительный характер загрязнения обусловили наиболее биологически опасные долгоживущие радионуклиды 90Sr и 137Cs. Максимальному радиационному воздействию подвергались промышленные водоемы, включенные в производственный цикл ФГУП «ПО «Маяк» – хранилище среднеактивных радиоактивных отходов оз. Карачай (В-9) и Старое болото (В-17), водоемы каскада хранилищ радиоактивных отходов в верховье р. Теча – Теченский каскад водоемов (ТКВ) включающий: Кокшаровский пруд (В-3), Метлинский пруд (В-4), водохранилища №10 (В-10) и №11 (В-11). Высокие уровни радиоактивного загрязнения имеют водоемы головной части ВУРСа – оз. Урускуль (В-23), оз. Бердениш (В-22), оз. Кажакуль (В-25) (Рис. 1).
Рис.1. Карта-схема водоемов в зоне воздействия ПО «Маяк».
Проживание в зоне влияния ПО «Маяк связано с радиационным риском из-за возможности поступления в организм человека техногенных радионуклидов, в том числе и с ресурсообразующими видами рыб, дикой водоплавающей птицей. Загрязнение радионуклидами биоресурсов водоемов происходит по цепочке: вода радиоактивно загрязненных водоемов рыба и водоплавающие птицы человек. Оценка степени опасности использования биоресурсов водоемов, расположенных в зоне воздействия ПО «Маяк» на Южном Урале, не проводилась.
В 1993 году на берегу оз. Акакуль, были обнаружены пятна радиоактивного загрязнения в жилых помещениях, радиационный фон в которых достигал 400-1000 мкР/ч, а ППБЧ - 420 част./см2 в мин. Обследование показало, что источник излучения – каловые массы летучих мышей (Покаржевский, Тарасов и др., 1999). В дальнейшем было установлено, что источником радиоактивного загрязнения являются радионуклиды из технологических водоёмов ПО «Маяк», накапливающиеся в организмах развивающихся там насекомых, которыми после вылета питались рукокрылые (Смагин и др., 2000). Практические работы по дезактивации очагов загрязнения не дала ожидаемых результатов, т.к. животные из года в год продолжают формировать летние выводковые колонии. Проблема выноса радионуклидов рукокрылыми слабо изучена до настоящего времени. Не решена проблема и дезактивации многочисленных водоемов, загрязненных радионуклидами и являющихся источником облучения человека.
Цель и задачи исследования.
Цель работы: определение степени опасности зоогенного выноса радионуклидов из водных экосистем, как фактора облучения человека и разработка способов дезактивации воды загрязненных радионуклидами водоемов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
Изучить современные гидрохимические параметры и удельную активность 90Sr и 137Cs в воде водоёмов ВУРСа оз. Урускуль (В-23), Бердениш (В-22), Кажакуль (В-25), каскада водоемов хранилищ радиоактивных отходов на р. Теча (ТКВ) - Кокшаровского пруда (В-3), Метлинского пруда (В-4), водохранилища – хранилища радиоактивных отходов № 10 (В-10), водохранилища – хранилища радиоактивных отходов № 11 (В-11) и водоема Старое болото № 17 (В-17);
-
Определить уровни накопления 90Sr и 137Cs рыбой, обитающей в изучаемых водоемах;
-
Определить уровни накопления 90Sr и 137Cs водоплавающими птицами, обитающими на изучаемых водоемах;
-
Изучить современные уровни удельной активности 90Sr и 137Cs тушек летучих мышей, а также выявить очаги локального радиоактивного загрязнения помещений, сформированного колониями летучих мышей;
-
Ранжировать водные экосистемы по уровню опасности при различных сценариях поступления в рацион человека 90Sr и 137Cs с ресурсообразующими видами охотничьего промысла и рыбой;
-
Исследовать возможность использования Эйхорнии отличной (Eichhornia crassipies (Mart.) Solms-Laub) в качестве биосорбента для очистки воды, загрязненной 90Sr и 137Cs.
Научная новизна.
В результате проведенных автором радиоэкологических исследований в период 2008-2010 г.г. были получены современные оценки гидрохимических параметров и уровней радиоактивного загрязнения воды радионуклидами 90Sr и 137Cs водохранилищ ТКВ (В-3, В-4, В-10 и В-11) и Старое болото, а также озер В-22, В-23, В-25. Определены значения удельных активностей радионуклидов 90Sr и 137Cs в организмах рыб, обитающих в исследуемых водоемах. Впервые рассчитаны уровни накопления радионуклидов в организмах водоплавающих птиц, обитающих на радиоактивно загрязненных водоемах, и проведена оценка превышения уровня вмешательства для 90Sr и 137Cs в воде исследованных водоемов и превышения допустимых норм содержания радионуклидов для рыбы и водоплавающей птицы. Исследованные водные объекты были ранжированы по уровню опасности для населения при поступлении радионуклидов в рацион с продуктами питания: рыбой и мясом диких водоплавающих птиц. Исследованы современные уровни удельной активности 90Sr и 137Cs тушек летучих мышей, а также пятен радиоактивного загрязнения в местах базирования их колоний, сформированных в результате распространения радионуклидов из зоны радиоактивного загрязнения, и формирование рукокрылыми локальных очагов такого загрязнения за десятки километров от источника. Экспериментально установлена возможность использования установки СИЧ 7.5 для прижизненного измерения 137Cs в организме летучих мышей. В результате сравнительного анализа эффективности извлечения радионуклидов Эйхорнией отличной и другими водными растениями из воды водоемов зоны воздействия ПО «Маяк» установлено, что Эйхорния отличная является наиболее эффективным фитосорбентом. Выявлено, что коэффициенты накопления радионуклидов 90Sr и 137Cs Эйхорнией находятся в обратной зависимости от содержания в воде их химических аналогов – кальция и калия соответственно.
Практическая значимость работы.
Результаты исследований радиоэкологического состояния водных экосистем и ранжирования водоемов по степени опасности для человека при употреблении в пищу обитающих в них рыб и водоплавающей птицы были использованы при проведении радиоэкологического мониторинга в зоне наблюдения ПО «Маяк» и для контроля безопасности продуктов питания на территории зоны воздействия радиационно-опасного производства. Результаты исследований уровней радиоактивного загрязнения строений в детском оздоровительном лагере «Звездочка» (ДОЛ «Звездочка») учитывались при принятии решения о возможности эксплуатации некоторых строений ДОЛ «Звездочка» летом 2011 года и на последующие периоды. Установлено, что Эйхорния отличная является эффективным фитосорбентом. Наиболее привлекательным представляется использование Эйхорнии отличной для очистки сбросов спецпрачечной ПО «Маяк».
На защиту выносятся следующие основные положения.
-
В результате комплексного независимого обследования гидрохимических и радиационных характеристик ряда водоемов в зоне воздействия ПО «Маяк» установлено, что в при употреблении в пищу рыбы и водоплавающих птиц, обитавших в водной среде, загрязненной радионуклидами, обследованные водоемы по степени снижения опасности для человека можно расположить в следующий ряд: В-17В-3В-4В-10В-11В-23В-22В-25, при этом в соответствии с предложенной классификацией В-17, В-3, В-4 и В-10 входят в группу особо опасных водоемов, В-11 относится к группе водоемов повышенной опасности I степени опасности, В-23 и В-22 к группе водоемов II степени опасности, а В-25 к водоемам III степени опасности.
-
Показано, что процессы выноса радионуклидов рукокрылыми из зоны загрязнения в районе ПО «Маяк» продолжаются, при этом продолжают формироваться локальные пятна радиоактивного загрязнения вдали от зоны с повышенными уровнями радиации. Впервые предложено использовать Спектрометр излучения человека 7.5. (СИЧ) для прижизненного измерения удельной активности 137Cs в организме рукокрылых. Полученные данные подтверждают возможность проведения таких измерений с высокой степенью достоверности результатов.
-
Впервые в результате экспериментальной оценки дозы, полученной человеком, при употреблении в пищу загрязненных радионуклидами водоплавающих птиц, нами было установлено, что основным дозообразующим радионуклидом является 137Cs. При употреблении в пищу загрязненной рыбы основным дозообразующим радионуклидом также является 137Cs, доза которого в большинстве исследованных случаев превышает дозу 90Sr, хотя в отдельных случаях оба радионуклида могут вносить близкий по значению вклад в формирование дозы облучения человека. Максимальное зафиксированное значение при разовом употребление в пищу водоплавающей птицы, обитающей на водоемах зоны воздействия ПО «Маяк», приводит к формированию ожидаемой эффективной дозы (ОЭД), полученной человеком, равной 5,1 мЗв, что превышает ОЭД для населения.
-
Впервые было установлено, что тропическое растение Эйхорнию отличную возможно культивировать в воде обследованных водоемов ПО «Маяк» и использовать в качестве биосорбента за счет высоких коэффициентов накопления радионуклидов и быстро увеличивающейся фитомассы. Низкая зольность растений способствует увеличению концентрации радионуклидов при озолении, что необходимо для компактного захоронения зольных остатков.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации обсуждались на научных советах, научных съездах и конференциях, в том числе всероссийских и международных, а также на ученых советах ФГУП «Южно-Уральский институт биофизики».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобразования и науки РФ для публикации основных положений диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 142 наименований, в том числе 17 на иностранном языке. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, иллюстрирована 22 рисунками, 44 таблицами.
