Введение к работе
Актуальность темы. Удаление радиоактивных отходов (РАО) в морскую среду с целью захоронения в течение многих лет осуществлялось странами, имеющими ядерную энергетику. Значительное количество упакованных РАО было сброшено более чем на 50 станциях захоронения в северных частях Атлантического и Тихого океанов. Первая операция по захоронению отходов в твердом виде имела место в 1946г., на станции в северо-восточной части Тихого океана, в 80 км от побережья Калифорнии. Последняя известная операция по сбросу упакованных твердых отходов (ТРО) западными странами была в 1982г., на станции в 550 км от побережья Европы в Северо-Восточной Атлантике. Всего за период с 1946 по 1982гг. иностранными государствами сброшено в моря (см. Рис.1) около 46 ПБк радиоактивных отходов в упакованном виде. В неменьших масштабах осуществляется и прямое удаление в морскую среду РАО низкой активности, образующихся в процессе эксплуатации предприятий ядерного топливно-энергетического цикла. Здесь характерным примером является деятельность комбината по переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в Селлафилде (Англия), сбрасывающего жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) низкой активности в прибрежные воды Ирландского моря.
До начала 90-х годов прошлого века в печати не сообщалось о том, что СССР производит удаление РАО в морскую среду. Правительством Российской Федерации было принято решение о доведении до общественности сведений о практике удаления РАО в море, объеме и активности сброшенных материалов, в сочетании с накопленной к тому времени информацией об уровнях радиоактивного загрязнения морской среды в морях, использовавшихся для сброса отходов. Эти сведения были подготовлены специально созданной комиссией под председательством А.В.Яблокова и опубликованы администрацией Президента Российской Федерации в 1993г. в публикации, известной как «Белая книга-93»: "Факты и проблемы, связанные с захоронением радиоактивных отходов в морях, омывающих территорию Российской Федерации".
Захоронение РАО в моря производилось бывшим СССР в течение длительного времени (с 60-х годов прошлого века). В моря СССР непосредственно сливались ЖРО низкого уровня, сбрасывались ТРО (как упакованные, так и без упаковки, в виде отдельных конструкций и узлов оборудования). На морское дно, после предварительной подготовки, сбрасывались и аварийные ядерные реакторы, как с ОЯТ, так и без него (а также целые реакторные отсеки атомных подводных лодок (АПЛ), и даже АПЛ целиком).
Вплоть до 1972г. не имелось международных соглашений, регламентирующих сброс РАО в море, и удаление отходов производилось разными странами в соответствии с решениями национальных законодательных органов. Ситуация в 1972г. изменилась в связи с разработкой Международной конференцией в Лондоне "Конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов (Лондонская конвенция по дампингу - ЛКД ). В соответствии с ЛКД МАГАТЭ разработало определение высокоактивных материалов, недопустимых для сброса в море, и рекомендации для выдачи специальных разрешений на захоронение в море радиоактивных веществ, а также рекомендуемую основу для оперативного контроля за сбросами РАО. Согласно требованиям ЛКД на Госкомгидромет СССР был возложен ряд обязанностей, в том числе и осуществление наблюдений за состоянием моря в соответствии с условиями Конвенции.
Несмотря на присоединение СССР (в 1976г.) к Лондонской конвенции, сбросы РАО в моря продолжались без уведомления международных органов. При этом ни один из районов сброса не удовлетворял условиям Конвенции. Поэтому вполне понятно, что появление в средствах массовой информации сообщений о сбросе и захоронении РАО в морях России вызвало обеспокоенность мировой научной и широкой общественности, в особенности соседних государств Норвегии, Японии и Республики Корея. Однако, если некоторая информация по загрязнению морей вне районов захоронения у российских ученых имелась, и она частично нашла отражение в «Белой книге-93», то непосредственно в районах захоронений международные исследования не проводились. Было очевидно, что без проведения исследований в этих районах острота вопроса снята быть не может. Именно поэтому было принято решение о проведении таких исследований - на Севере совместно со специалистами Норвегии, на Дальнем Востоке - совместно со специалистами Японии и Республики Корея.
Задача контроля радиоактивного загрязнения природных вод возложена на Росгидромет правительственными природоохранными законодательными актами. Во исполнение постановлений Правительства СССР, а затем Российской Федерации, ГУ «НПО «Тайфун» с начала 70-x годов прошлого века проводит экспедиционные обследования радиоактивного загрязнения омывающих территорию России морей. Детальные международные исследования радиоактивного загрязнения морской среды в районах захоронения РАО в морях Российской Федерации проводились в рамках трех совместных Российско-Норвежских экспедиций (1992, 1993 и 1994гг.) и в экспедиции по проекту МНТЦ №2254 (2002г.) в районы захоронения РАО в Карском море, и совместной Российско-Японско-Корейской экспедиции (1994-1995гг.) в районы захоронений РАО в дальневосточных морях. В ходе этих исследований получен экспериментальный материал о радиоактивном загрязнении морской среды как непосредственно в районах захоронений РАО, так и в удаленных от мест захоронений районах исследуемых морей.
Таким образом, актуальность и важность натурных исследований радиоактивного загрязнения морской среды в районах захоронения РАО очевидны. Есть и другой фактор, обуславливающий повышенный интерес к исследованиям в районах захоронения РАО, в особенности в мелководных районах захоронения в заливах Новой Земли. Дело в том, что данные районы могут явиться уникальным полигоном для исследования в динамике состояния защитных барьеров между радиоактивными веществами и морской средой, а также для изучения процессов утечки радиоактивности из затопленных объектов и их миграции в морской среде, поскольку на малых глубинах значительно легче обследовать затопленные объекты и отбирать необходимые пробы и проводить измерения in situ. Некоторые из проведенных в рамках настоящей работы наблюдений можно рассматривать как первые шаги в данных направлениях.
Рис.1. Основные места произведенных западными странами, США и Японией захоронений РАО в Мировом океане и количество сброшенной в каждом регионе активности.
Цель и задачи исследований. Целью исследований в морских районах сброса и захоронения РАО явилась оценка современных и потенциальных последствий проведенных захоронений РАО для морской среды.
Под последствиями проведенных захоронений РАО для морской среды имеется в виду их воздействие на уровни содержания искусственных радионуклидов в объектах морской среды, прежде всего, в морской воде и донных отложениях. Проведенные исследования были направлены на решение следующих основных задач:
1. Обнаружить и установить координаты затопленных объектов с радиоактивными веществами, в первую очередь реакторных отсеков АПЛ (для районов захоронений в Северном регионе).
2. Исследовать визуально с помощью подводной видеоаппаратуры состояние защитных барьеров (для районов захоронений в Северном регионе).
3. Установить, имеет ли место утечка радиоактивности из различного типа затопленных объектов: контейнеры с РАО, затопленные суда с РАО, ядерные реакторы и реакторные отсеки (для районов захоронений в Северном и Дальневосточном регионах).
4. Оценить состав гамма-излучателей в затопленных объектах путем измерений in situ погружными детекторами гамма-излучения(для районов захоронений в Северном регионе).
5. Определить пространственно-глубинное распределение уровней радиоактивного загрязнения морской среды (вода, донные отложения) по акватории районов захоронения (в том числе в непосредственной близости к затопленным объектам) и уровни радиоактивного загрязнения морской среды в районах, удаленных от мест захоронения. АПЛ (для районов захоронений в Северном и Дальневосточном регионах).
6. Выявить тенденции в изменении радиационной обстановки в районах захоронения РАО (на примере одного из наиболее радиоэкологически значимых районов захоронения РАО в Северном регионе).
7. Оценить вклад произведенных захоронений в радиоактивное загрязнение морской среды и сопоставить его со вкладом других источников радиоактивного загрязнения (для районов захоронений в Северном и Дальневосточном регионах).
Методика исследований. В основу работы положены материалы исследований, проведенных в 1984-2002гг. в районах сброса ЖРО и захоронения ТРО в морях, омывающих территорию Российской Федерации. Кроме того, для характеристики исходного состояния радиоактивного загрязнения исследуемых морей в целом, использованы данные предыдущих обследований, проведенных ГУ «НПО «Тайфун».
Основной массив экспериментальных данных получен с помощью специального аппаратурно-методического комплекса для контроля радиоактивного загрязнения морей и океанов в районах воздействия различных источников, который в течение многих лет разрабатывался и совершенствовался в ГУ «НПО «Тайфун» при непосредственном участии автора. Комплекс включает средства отбора проб морской воды с поверхностного и глубинных горизонтов; средства первичного концентрирования радионуклидов из отбираемых проб воды (в том числе и одновременно с отбором воды); средства отбора и обработки проб донных отложений (поверхностного слоя и колонок для изучения вертикальных профилей содержания радионуклидов); методики радионуклидного анализа отбираемых проб морской воды и донных отложений.
Для изучения гидрологических параметров районов захоронения радиоактивных отходов использовались стандартные для научно-исследовательских судов Росгидромета методики определения температуры и солености морских вод.
Методики производства отдельных видов работ в районах сброса ЖРО и в мелководных северных районах захоронения ТРО разрабатывались по ходу натурных исследований (например, методика отбора проб воды на ходу судна при сливе в море ЖРО, прямые измерения спектров гамма-излучения от содержащих РАО различной активности затопленных объектов с помощью управляемого на расстоянии подводного аппарата (УПА); отбор проб донных отложений в непосредственной близости к затопленным объектам с помощью УПА, и др.).
Научная новизна работы. Натурные исследования радиоактивного загрязнения морской среды непосредственно в районах сброса ЖРО и захоронения ТРО в морях России были проводились впервые. То же относится и к основным выводам и количественным характеристикам, представленным в диссертации и выносимым на защиту. С точки зрения новизны отметим, прежде всего, следующие результаты:
В районах захоронений РАО в заливах восточного побережья Новой Земли (заливы Цивольки, Степового и Абросимова) впервые установлено точное месторасположение ряда затопленных объектов с радиоактивными веществами. Было показано, что в «Белой книге-93» большинство координат затопленных объектов указано неверно (что, по всей вероятности, связано с несовершенством навигационных инструментов того времени). Так, ряд координат затопленных объектов, указанных в «Белой книге-93», вообще попадал на сушу, а в других указанных точках на морском дне предметы отсутствовали. Знание точного местоположения затопленных объектов в особенности важно для будущего мониторинга состояния радиоактивного загрязнения морской среды в районах захоронений.
Впервые выполнены обследования различного рода затопленных объектов с радиоактивными веществами: АПЛ с реакторами с невыгруженным ОЯТ (залив Степового), реакторных отсеков АПЛ с реакторами как с невыгруженным ОЯТ, так и без него (залив Абросимова), свалок металлических контейнеров с РАО различного уровня активности (заливы Абросимова и Степового), загруженных РАО плавсредств (заливы Цивольки и Абросимова), а также изучение пространственно-глубинного распределения искусственных радионуклидов как по акватории районов захоронения РАО так и вдали от мест захоронений. Анализ материалов проведенных исследований позволил оценить состояние металлических контейнеров с РАО и состояние корпусов других затопленных объектов с радиоактивными веществами; установить отсутствие в настоящее время воздействия сброса и захоронения РАО на уровни радиоактивного загрязнения открытых районов арктических и дальневосточных морей; установить районы захоронений, в которых имеют место локальные эффекты проведенных захоронений РАО; установить характер и масштаб проявления локального воздействия проведенных сбросов и захоронений на акваториях районов захоронений. Материалы подводной видеосъемки явились основой для идентификации затопленных объектов.
Практическая ценность:
Получение информации о точном местоположении ряда наиболее важных с радиоэкологической точки зрения затопленных объектов с радиоактивными веществами, и, прежде всего, объектов, содержащих ядерные реакторы как с ОЯТ, так и без него.
Получение информации о состоянии внешних оболочек затопленных объектов с радиоактивными веществами, в том числе и оболочек контейнеров с РАО, состояние которых определяет в настоящее время радиационную обстановку в некоторых районах захоронений.
Получение информации об уровнях радиоактивного загрязнения морской среды как непосредственно в районах захоронения РАО в арктических и дальневосточных морях, так и в районах моря, удаленных от мест захоронения. Данные о радиационной обстановке доведены до научной и широкой мировой общественности, что позволило снять остроту проблемы, вызванную главным образом отсутствием у населения достоверных данных о фактических последствиях захоронения РАО в море.
Получение данных, позволивших оценить тенденции в изменении со временем радиационной обстановки в заливе Абросимова, являющегося одним из наиболее радиоэкологически значимых районов захоронения ТРО в связи с затоплением в нем реакторных отсеков АПЛ с реакторами, содержащими невыгруженное ОЯТ.
Вклад результатов исследований в районах захоронений в арктических морях в международные проекты ИАСАП (инициированный МАГАТЭ проект по оценке возможных последствий захоронения РАО в арктических морях) и АМАП (Программа мониторинга и оценки состояния природной среды в Арктике).
Получение исходной информации, позволившей в дальнейшем другим группам исследователей провести физико-математического моделирования миграции радионуклидов в морской среде при различных потенциальных сценариях утечки радионуклидов из захороненных объектов с радиоактивными веществами.
Разработка и внедрение в практику методологии проведения комплексных радиоэкологических обследований морских районов захоронения РАО.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Установление, на основе экспериментальных данных, факта отсутствия в настоящее время воздействия произведенных сбросов и захоронений РАО на общий уровень радиоактивного загрязнения открытых районов арктических и дальневосточных морей.
2. Установление факта наличия локальных эффектов захоронения РАО в некоторых районах захоронений в заливах восточного побережья Новой Земли.
3. Проявление локального воздействия произведенных захоронений в виде небольших участков морского дна с повышенными (т.е. превышающими уровень регионального техногенного фона) и высокими (т.е. превышающими уровень отнесения донных отложений к категории радиоактивных отходов) уровнями радиоактивного загрязнения в непосредственной близости к затопленным объектам, а также в общем повышении радиоактивного загрязнения донных отложений по всей акватории заливов.
4. Установление связи современных последствий захоронения РАО в заливах Новой Земли с утечкой радиоактивности из захороненных контейнеров с отходами низкого и промежуточного уровня активности. Утечка радиоактивности из захороненных объектов, содержащих ядерные реакторы (как с ОЯТ, так и без него) сказывается на уровнях радиоактивного загрязнения донных отложений в значительно меньшей степени.
5. Проявление в настоящее время локального воздействия произведенных захоронений РАО на уровень радиоактивного загрязнения морской воды только в одном районе захоронения - заливе Степового - в виде увеличения уровня радиоактивного загрязнения придонных вод во внутренней его части.
6. Факт улучшения со временем радиационной обстановки в одном из наиболее радиоэкологически значимых районов захоронения РАО - заливе Абросимова.
7. Общая методология комплексного радиоэкологического обследования морских районов захоронения РАО.
Личный вклад автора. Представляемая диссертационная работа является научным обобщением информации, полученной в ходе проведенных при его непосредственном участии многолетних (1984-2002) натурных исследований радиоактивного загрязнения морской среды в районах сброса и захоронения РАО в морях России.. Автор руководил проведенными в 1984-1990гг. исследованиями динамики радиационной обстановки при сливе в Баренцево море ЖРО с объектов Северного флота и атомных ледоколов; являлся руководителем исследований с российской стороны в совместных Российско-Норвежских экспедициях 1993-1994гг. в районы затопления ТРО в Карском море, а также руководил повторными исследованиями в заливе Абросимова в 2002г. по проекту Международного научно-технического центра; участвовал в 1994г. в совместной Российско-Японско-Корейской экспедиции в районы сброса и захоронения РАО в дальневосточных морях; являлся руководителем с российской стороны по подготовке совместных отчетов по результатам международных исследований в районах сброса и захоронения РАО в морях Северного и Дальневосточного регионов России. На основании данных натурных исследований автором впервые установлен характер и масштаб последствий захоронений РАО для радиоактивного загрязнения морской среды омывающих Российскую Федерацию морей.
Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международном совещании по оценке фактических и потенциальных последствий сброса радиоактивных отходов в арктических морях (Осло, Норвегия, 1-5 февраля 1993г.); на Международной конференции по радиоактивности окружающей среды в Арктике и Антарктике (Киркенес, Норвегия, август 1993г.); на Международной конференции по радиоактивности окружающей среды а Арктике (Осло, Норвегия, август1995г.); на 16-м и 18-м Консультативных совещаниях Лондонской конвенции по предотвращению загрязнения моря в результате сброса отходов и других материалов (Лондон, ноябрь 1993г. и декабрь 1995г.); на Международном симпозиуме «Загрязнение морской среды» (Монако, 5-9 октября 1998г.); на 4-ой Международной конференции по радиоактивности окружающей среды в Арктике (Эдинбург, Шотландия, 20-23 сентября 1999г.); на рабочих совещаниях совместной Российско-Норвежской группы экспертов изучению радиоактивного загрязнения северных территорий; на рабочих совещаниях группы экспертов по радиоактивности Программы АМАП, на Международной конференции “Воздействие атомных электрических станций и других радиационно-опасных объектов на гидрологический цикл и водные ресурсы” (Обнинск, 16-20 сентября 1996г.); на 6-ой Международной конференции по радиоактивности окружающей среды в Арктике и Антарктике (Ницца, Франция, 2-6 октября 2005г.); на 13-ой ежегодной конференции Ядерного Общества России «Экологическая безопасность, техногенные риски и устойчивое развитие» (Москва, 23-27 июня 2002г.).
Публикации. Основное содержание и результаты исследований диссертационной работы опубликованы в материалах и тезисах докладов указанных выше конференций и совещаний; в предварительных рейсовых и окончательных отчетах по совместным российско-норвежским экспедициям 1992, 1993 и 1994гг. в районы захоронений РАО в Карском море; в отчетах по проекту МНТЦ №2254 по результатам повторного радиоэкологического обследования залива Абросимова в 2002г.; в отчетах по совместным российско-японско-корейским экспедициям 1994 и 1995гг. в районы захоронений РАО в дальневосточных морях; в отечественных и зарубежных научных журналах и в отчетах АМАП. Всего по теме диссертации опубликовано 46 печатных работ, из них 13 статей в рецензируемых российских и зарубежных научных журналах, 1 коллективная монография.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, и заключительного раздела, содержащего выводы и рекомендации, изложена на 204 страницах, в том числе содержит 77 рисунков, 45 таблиц. Список литературы содержит 105 наименований.
