Содержание к диссертации
Введение 4
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 9
Химические свойства радионуклидов 11
Формирование радиоактивных отходов АЭС 16
Радиоэкологический мониторинг в районе АЭС 27
Биологическое действие ионизирующего излучения 29
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 35
Объем и состав наблюдений 35
Методики выполнения работ 37
Методика отбора, подготовка и анализ проб 38
Методики отбора атмосферных аэрозолей и выпадений 39
Приборы и оборудование 40
МИГРАЦИЯ И НАКОПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В 43
ГУБЕ МОЛОЧНОЙ ОЗЕРА ИМАНДРА
Физико-географический обзор бассейна оз. Имандра 43
1 Морфометрия губы Молочной оз. Имандра 45
Гидрологические исследования в губе Молочной 46
Поступление радионуклидов с территории водосбора 51
оз. Имандра
Гидрохимические исследования 52
Гидратация ионов, носителей радионуклидов 53
Ионный состав воды в губе Молочной 59 Влияние седиментации радионуклидов на их сорбцию донными отложениями 66
1 Основные механизмы переноса радионуклидов в водной
среде 75
Накопление радионуклидов в водоеме-охладителе 86
Радиационная емкость водоема-охладителя КАЭС 99
Тепловое воздействие КАЭС на экосистему оз. Имандра 102
РАДИОАКТИВНЫЕ АЭРОЗОЛИ И ВЫПАДЕНИЯ 107
Условия формирования загрязнения воздуха 109
Атмосферная диффузия загрязняющих веществ 111
Процессы, оказывающие влияние на концентрацию 113
загрязняющих веществ в атмосфере
Процессы, очищающие тропосферу 114
Сухое осаждение, скорость осаждения 114
Вымывание примеси осадками из атмосферы 116
Радионуклидный состав газоаэрозольных выбросов КАЭС 118
ВЫВОДЫ 125
Приложение 127
Список литературы 132
Введение к работе
Знание путей миграции радионуклидов и степень их радиационной опасности в водных системах имеет важнейшее экологическое значение. Особое внимание необходимо уделять влиянию атомных электрических станций и других радиационно-опасных объектов на гидрологический цикл и водные ресурсы. Аварии, приводящие к выбросам непосредственно в водные пути, таят в себе серьезные проблемы, связанные с загрязнением водных объектов и имеющие самые серьезные последствия в районах с недостаточными водными ресурсами. В свете этих проблем вопросы накопления и переноса радионуклидов под влиянием естественных и антропогенных факторов являются крайне важными.
В условиях интенсивного антропогенного воздействия на окружающую среду особенно актуально изучение циркуляции загрязняющих веществ в системе вода — донные отложения. Это вызвано тем, что донные отложения перестали быть только факторами улучшения качества воды за счет сорбции загрязняющих веществ. Накопление донными отложениями веществ антропогенного характера привело к тому, что в донных отложениях большинства водных объектов промышленных районов содержание тяжелых металлов, фенолов, СПАВ, нефтепродуктов на несколько порядков выше их концентраций в воде. Несколько обособленно от указанных видов загрязнителей находится радиоактивное загрязнение водных объектов. Особенностью этого загрязнения является то, что радиоактивное излучение является следствием внутриядерных процессов; оно не зависит от природных физических и химических условий и не может быть устранено ни на каких очистных сооружениях. Вся водная окружающая среда представлена двумя фазами: собственно водной фазой и твердой фазой. Твердая фаза в водной среде состоит из донных отложений и взвешенных частиц. Радиоактивные элементы имеют способность адсорбироваться взвешенными веществами, находящимися в воде, которые, оседая, вызывают радиоактивное загрязнение донных отложений.
Главной и вместе с тем чрезвычайно сложной задачей в ряду исследований является получение количественных характеристик процесса миграции радионуклидов между водой и донными отложениями. О сложности задачи говорит, в частности, тот факт, что далеко не всегда удается установить даже направленность процесса. Известны лишь общие закономерности, связанные со сменой гидрологических фаз водных объектов. Наиболее интенсивная аккумуляция вещества донными отложениями происходит обычно в меженный период. Во время половодья или паводка интенсивность этого процесса снижается и может произойти смена аккумуляции противоположным процессом перехода накопленных веществ из донных отложений в воду (вторичное загрязнение).
Выход радиоактивных веществ из донных отложений в воду может происходить периодически или возникать спонтанно. При миграции веществ между донными отложениями и придонными слоями воды устанавливается динамическое равновесие, - идут сорбционно-десорбционные процессы. Количества вещества в твердой фазе, способного переходить в водорастворимую форму, не определяется его валовым содержанием. Поток вещества из донных отложений в воду определяется интенсивностью выхода вещества в виде подвижной формы. Трансформация степени "подвижности" вещества в составе грунта зависит от характера связи сорбат-сорбент, от степени реализации ее прочности при изменившихся условиях среды (окислительно-восстановительные условия, рН, температуры и т.д.). Особое значение все это имеет для оценки миграции радионуклидов, а характер и степень подвижности их в донных отложениях необходим для учета вторичного поступления этих элементов в водные массы.
Вопрос о формах миграции радионуклидов в водной среде принадлежит к числу сложных. В настоящее время многие аспекты этой проблемы находятся в стадии разработки и далеко не для всех компонентов, содержащихся в природной воде, известны формы миграции. Недостаточная изученность аналитических приемов по определению форм нахождения компонентов в воде затрудняет моделирование процессов миграции, поскольку для многих компонентов ма-
ло изучены химические равновесия, в которых они участвуют, и не известны величины констант равновесия.
Подавляющее большинство радионуклидов, встречающихся в природе, находятся в ультрамалых количествах. Кроме U и Th, ни один из них не достигает значимых концентраций. В природных водах радионуклиды, за ис-
лір 'У'Х'У
ключением U и Th образуют ультраразбавленные системы. Поведение ра-дионуклидов при низких (менее 10" ) моль/дм концентрациях и при макроконцентрациях существенно различается [1]. Определяющими могут быть не только (не столько) химические свойства элемента, но и физико-химическое состояние радионуклидов (дисперсность, состав частиц, их заряд, химические связи в веществе, степень окисления), а также особенности среды. Энергетика процессов ядерных превращений также накладывает свой отпечаток на геохимические процессы.
Данная работа рассматривает представленные положения на примере водоема-охладителя Кольской атомной электростанции, расположенной в центре; Кольского полуострова. Карта расположения Кольской атомной электростанции приведена на рис. 1.
Актуальность темы обусловлена недостаточной изученностью процессов миграции и накопления радионуклидов в водоеме-охладителе Кольской атомной электростанции (КАЭС). Знание механизмов переноса и накопления радионуклидов необходимо для объективного анализа степени опасности для населения, проживающего в районах расположения радиационных объектов, а также выработке научно обоснованных рекомендаций по уменьшению негативного воздействия на окружающую среду.
КАЭС имеет четыре энергоблока с реакторами первого поколения ВВЭР-440. Первые два энергоблока введены в эксплуатацию в 1973 и 1974 гг.; проектный срок окончания эксплуатации 2003 и 2004. Вторые два блока введены в строй в 1981 и 1984 гг.; срок окончания эксплуатации - 2011 и 2014 гг. При нормальном режиме работы станции радиационная обстановка водоема-
Рис. 1. Карта расположения Кольской атомной электростанции
охладителя определяется накоплением долгоживущих радионуклидов актива-ционного и осколочного происхождения. Изучение миграции и накопления радионуклидов в водоеме-охладителе является актуальной задачей, решение которой позволяет продлить срок эксплуатации водоема-охладителя и выбрать способ охлаждения перегретых станционных вод для дополнительных энергоблоков.
Цель работы - исследование механизмов миграции и накопления радионуклидов и определение самоочищающей способности водоема-охладителя.
Задачи, поставленные в работе:
определить состав и активность радионуклидов в воде взвеси и донных отложениях в водоеме-охладителе;
изучить гидрологический и гидрохимический режим водоема-охладителя;
исследовать кинетику переноса радионуклидов через границу вода — донные отложения;
рассчитать значения коэффициентов распределения радионуклидов в системе взвесь-вода и донные отложения - вода и оценить радиационную емкость водоема-охладителя.
Научная новизна:
впервые измерены активности радионуклидов в воде, взвеси и донных отложениях во всей акватории водоема-охладителя;
рассчитаны значения эффективного коэффициента распределения радионуклидов в системах взвесь - вода и донные отложения — вода;
предложена модель для описания процессов сорбции-десорбции, протекающих на границе вода - дно.
Практическая значимость и реализация работы. РезультатьПдиссерта-ционного исследования могут служить техническим обоснованием для продления сроков эксплуатации водоема-охладителя КАЭС при введение дополнительных энергомощностей. Полученные данные позволили выбрать способ охлаждения конденсаторных вод (прямоточный способ) при строительстве дополнительной очереди КАЭС. Разработана сеть контрольно наблюдательных станций, необходимых для проведения радиационного мониторинга.
На защиту выносятся:
метод определения миграции радионуклидов в зависимости от гидрологических процессов, протекающих в водоеме-охладителе;
результаты исследований миграции и накопления активности радионуклидов в водоеме-охладителе;
модель процесса седиментации и сорбции радионуклидов в водоеме-охладителе.
Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, докладывались на научно-технических конференциях МГТУ (Мурманск, 2001 -2003 гг.); представлены в виде отчета в Государственный комитет по охране природы и опубликованы в 6 статьях. По результатам работы получен грант РФФИ (№03-05-96179).
