Содержание к диссертации
Список сокращений 4
Введение 7
Глава 1. Создание стандартизованного комплекса универсальных
высокочувствительных методов измерения техногенных и 19
естественных радионуклидов в природных объектах
1.1. Методы определения радионуклидов в объектах
геологической среды
1.2. Принципы обоснования приоритетного перечня
высокотоксичных радионуклидов в природных объектах
1.3. Разработка комплекса методов для радиоэкологической
оценки геологической среды и сертификации минераль- 54
ного сырья 1.4. Нормативно-методическое, аппаратурное и метрологическое обеспечение комплекса радиоэкологической оценки 77
Глава 2.
и его практическая реализация 1.5. Выводы Научно-методические основы радиационного контроля
природных вод в Российской Федерации
2.1. Радиоактивность природных вод и состояние проблемы
радиационного контроля
2.2. Принципы обоснования контролируемых радиационных
параметров и оптимизации системы радиационного
контроля воды
Нормативно-методическое, аппаратурное и метрологическое обеспечение радиационного контроля воды
Основные результаты реализации системы радиационного контроля воды в Российской Федерации
Выводы
Глава 3. Принципы и критерии идентификации источников техно-
генного радиоактивного загрязнения, оценки их опасности 136
и прогноза изменения радиационной обстановки
Современное состояние проблемы
Закономерности миграции радионуклидов, формы
их нахождения и особенности изотопного состава в
типичных зонах радиационного загрязнения 3.3. Радиоизотопные критерии идентификации источников
техногенных аномалий Глава 4. Научно-методические основы выявления глубокозалегаю-
щих урановых руд, прогноза и минимизации радиоэкологи- 204
ческих последствий геологоразведочных работ
4.1. Основные предпосылки создания изотопно-почвенного
метода выявления глубокозалегающих урановых руд
4.2. Закономерности формирования аномальных ореолов
210Ро и 210РЬ в подземных водах и почвенных горизонтах
4.3. Решение научно-методических вопросов реализации
изотопно-почвенного метода
4.4. Научно-методическое обоснование и апробация метода
на урановых объектах различного генезиса
4.5. Возможности метода для минимизации и прогноза
радиоэкологических последствий
4.6. Выводы
Заключение
Список литературы
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АЭС атомная электростанция
ВОЗ Всемирная Организация здравоохранения
ГМЗ гидрометаллургический завод
ГОК горнообогатительный комбинат
ДПР дочерние продукты распада
ЕРН естественные радионуклиды
ЕС Европейское сообщество
ЖКТ желудочно-кишечный тракт
ЖСС жидкостной сцинтилляционный счетчик
ИПМ изотопно-почвенный метод
КП контрольная проба
КРО класс радиационной опасности
МАГАТЭ Международное Агентство по атомной энергии
МВИ методика выполнения измерений
МИА минимальная измеряемая активность
МКРЗ Международная комиссия по радиационной защите
МП мультипликативный показатель
MP методическое руководство, методические рекомендации
МУ методические указания
НПО нижний предел определения
НРБ нормы радиационной безопасности
НСАМ Научный совет по аналитическим методам
ОА объемная активность радионуклида
ОПД осколочные продукты деления
ОСПОРБ основные санитарные правила обеспечения радиационной
безопасности
ПВ подземное выщелачивание (метод добычи урана)
ПДК предельно допустимая концентрация
ППВ период полувыведения радионуклида из организма
ППД полупроводниковый детектор
ППР плотность потока радона
ПЭМ,РЭ просвечивающая и растровая электронная микроскопия
РАО радиоактивные отходы
РБГ радиоактивные благородные газы
РК радиационный контроль
РНКРЗ Российская национальная комиссия по радиационной защите
РЧ радиоактивные частицы
САН способ активного налета
СанПиН санитарные правила и нормы
СГЭД среднегодовая эффективная доза облучения населения
СИ средство измерения
СО счетный образец
СОС стандартный образец сравнения
ТВЭЛ тепловыделяющий элемент
ТРН техногенные радионуклиды
ТУЭ трансурановые элементы
УА удельная активность радионуклида
УГВ уровень грунтовых вод
ФЭУ фотоэлектронный умножитель
ЧАЭС Чернобыльская атомная станция
ЭМИ электронно-микроскопические исследования
ЭТМ эманационно-трековый метод
ЯТЦ ядерно-топливный цикл
а альфа-излучение, альфа-частица
р бета-излучение, бета-частица
у гамма-излучение, гамма-квант
Введение к работе
Актуальность проблемы. Постоянно возрастающая техногенная, в том числе и радиационная нагрузка на природную среду в настоящее время приобретает масштабы национальной безопасности, что подчеркнуто рядом принятых в Российской Федерации законов: № 1244-1 ФЗ от 15.05.1991 г. «О социальной защите граждан, подвергшихся воздействию радиации вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС»; № 170 ФЗ от 21.11.1995 г. «Об использовании атомной энергии»; № 3-ФЗ от 09.01.1996 г. «О радиационной безопасности населения», № 52-ФЗ от 30.03.1999 г. «О санитарно- эпидемиологическом благополучии населения»; № 2060-1 от 19.12.2001 г. «Об охране окружающей природной среды».
Концептуальные основы применения естественных и техногенных радиоактивных изотопов для решения геологических и экологических задач заложены в работах многих ведущих исследователей: Хлопина В.Г., Старика И.Е., Спицына В.И., Баранова В.И., Чердынцева В.В., Тугаринова А.И., Израэля Ю.А., Кривохатского А.С., Шуколюкова Ю.А., Шашкина В.Л., Войткевича Г.В., Еремеева А.Н., Мелкова В.Г., Малышева В.И., Якубовича А.Л., Чалова П.И., Зверева В.Л., Иванова К.Е., Купцова В.М., Сыромятникова Н.Г., Алекса-хина P.M., Титаевой Н.А., Павлоцкой Ф.И., Вакуловского СМ., Мясоедова Б.Ф., Рихванова Л.П., Игнатова П.А., Соболева А.И. и многих других.
Однако на современном этапе спектры загрязняющих радионуклидов и источники поступления существенно множатся, проявляются новые формы их нахождения в окружающей среде и закономерности миграционных процессов, возрастают требования к точности, селективности, достоверности и чувствительности методов комплексного радиационного контроля.
Все это требует создания и внедрения в практику: стандартизованного комплекса современных высокочувствительных радиоизотопных и радиографи-
ческих методов универсального назначения; совершенствования нормативно-методического и метрологического обеспечения исследований; установления закономерностей поведения естественных и техногенных радионуклидов в загрязненных зонах; прогнозирования развития радиационной ситуации; планирования защитных мероприятий для обеспечения безопасных условий жизнедеятельности.
Основными источниками поступления радионуклидов в окружающую среду являются: эксплуатация АЭС, исследовательских реакторов и предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ) по производству и переработке ядерного топлива, сгорание в атмосфере спутников с ядерными и радионуклидными энергетическими установками, разведка и эксплуатация месторождений радиоактивных руд, редких и цветных металлов, углей, фосфоритов, деятельность горно-обогатительных комбинатов, складирование и хранение радиоактивных отходов, производство и испытания ядерных боеприпасов, ядерные взрывы в мирных целях, рассеивание радионуклидов при сжигании огромных количеств органического топлива (нефть, газ, уголь, древесина, выбросы транспорта), извлечение на дневную поверхность забалансовых руд, пластовых вод нефтегазовых месторождений, деятельность специализированных и медицинских НИИ и многие другие причины.
Так, например, только в результате добычи и переработки фосфатных руд, производства фосфатно-калийных удобрений, фосфогипсов, сжигания ископаемых видов топлива происходит значительное обогащение биосферы естественными радионуклидами U, Ra, Th, Pb, Ро. В золах углей средняя удельная активность (УА, Бк/кг) составляет до 200 по 238U, 240 - по 226Ra, 930 - по 210РЬ, 1 700 - по 210Ро, что многократно превышает естественный природный фон. При этом эффект обогащения возрастает с уменьшением объема частиц и специфичен для разных радионуклидов.
Большое значение при общей оценке радиокологической ситуации имеют сопутствующие факторы воздействия: структурно- геологические и ландшафт-
но- геоморфологические обстановки, защищенность подземных вод, состав радиоактивных загрязнений.
Наиболее социально значимыми и опасными являются аварийные ситуации на предприятиях ЯТЦ - катастрофы на ЧАЭС в 1986 г., на ПО «Маяк» в 1957 и 1967 годах, аварийные выбросы Сибирского химического комбината в Томске, Красноярского ГХК.
Таким образом, проблема точной и достоверной оценки радионуклидного состава и потенциальной опасности радиационного воздействия на природную среду, прогнозирования изменения ситуации на загрязненных территориях является чрезвычайно актуальной и будет таковой еще в течение многих десятилетий.
Это связано с большими периодами полураспада как естественных радионуклидов (ЕРН): 234>235'238и, 232>230>228Th, 226-228Ra, 210РЬ, так и трансурановых элементов (ТУЭ): ^.^-^.^Ри, 2^Аш, 243Д44Ст и осколочных продуктов деления (ОПД): 90Sr, 137Cs, 129І, "Тс и др., их чрезвычайно высокой радиотоксичностью и специфичными особенностями миграции в зоне аэрации.
Решение проблемы может быть обеспечено:
научным обоснованием приоритетных на сегодняшний день естественных и техногенных радионуклидов (ЕРН и ТРН), контроль которых необходим в объектах геологической среды;
созданием стандартизованного комплекса радиоизотопных, радиографических и электронно-микроскопических методов, позволяющего с высокой степенью достоверности, чувствительности и информативности контролировать присутствие высокотоксичных радионуклидов в природных объектах, устанавливать формы их нахождения и миграционные характеристики;
научно- методическим обоснованием и созданием системы радиационного контроля природных вод, как одного из наиболее важных компонентов жизнедеятельности человека;
- выявлением новых закономерностей миграции естественных и техноген
ных радионуклидов, форм их локализации, изменений изотопных соотношений,
установлением потенциальной опасности, и на этой основе - созданием основ
идентификации источников загрязнения и прогнозом изменения радиационной
обстановки в районах техногенного загрязнения;
- теоретическим обоснованием и экспериментальным подтверждением
научно-методических основ новых методов выявления участков скрытого ура
нового оруденения и дифференциации радиоактивных аномалий, позволяющих
повысить эффективность поисково- оценочных работ, минимизировать и
прогнозировать радиоэкологические последствия разведки и освоения месторо
ждений.
Решаемая автором проблема связана с обеспечением безопасных условий жизнедеятельности населения, является чрезвычайно актуальной в настоящее время, и будет обостряться в перспективе, в связи с увеличением техногенной нагрузки на природную среду, объемов разведки и добычи уранового, редкоме-талльного и углеводородного сырья, а также в связи с реализацией программ интенсивного развития атомной энергетики в России.
Цель работы заключается в создании научно-методических основ радиоэкологической оценки геологической среды, радиационного контроля и мониторинга природных объектов в зонах техногенного загрязнения, прогноза изменения радиационной обстановки для обеспечения безопасных условий проживания населения и рационального планирования хозяйственной деятельности.
Объектами исследований являлись природные и техногенные компоненты геологической среды в районах масштабного радиационного поражения, на участках природных и техногенных аномалий, на урановых объектах и предприятиях ЯТЦ. Отдельные примеры исследования объектов биосферы (растительность, костные фрагменты северных оленей) приведены в качестве иллюстрации взаимодействия геологической среды и живой природы в условиях радиоактивного загрязнения.
Основные задачи исследований
Обосновать современный приоритетный перечень наиболее опасных естественных и техногенных радионуклидов и радиационных параметров, подлежащих первоочередному контролю в объектах окружающей среды.
Разработать комплекс современных высокочувствительных методов радиоизотопных и радиографических исследований природных объектов (подземные и поверхностные воды, почвы, донные отложения), минерального сырья и продуктов его технологической переработки (горные породы, руды, концентраты и технологические отходы).
Создать нормативно-методическое, аппаратурное и метрологическое обеспечение радиоэкологических исследований, радиационного контроля и мониторинга природных сред.
Реализовать комплекс методов для решения актуальных задач радиационного контроля природных вод питьевого назначения, радиоэкологического мониторинга в загрязненных зонах.
Установить современные закономерности миграции, изотопный состав и формы нахождения радионуклидов в зонах радиоактивного загрязнения для прогнозирования изменения радиационной обстановки и планирования защитных мероприятий по снижению дозовых нагрузок на население.
Разработать систему критериев для идентификации источника радиоактивного загрязнения, оценки потенциальной опасности техногенных радиоактивных аномалий и выработки мероприятий по снижению радиационных рисков.
Теоретически обосновать и экспериментально подтвердить механизмы формирования радиоизотопных ореолов в подземных водах и почвенных горизонтах урановых объектов, позволяющие использовать их в качестве новых поисковых признаков и критериев скрытого уранового оруденения, минимизировать и прогнозировать радиоэкологические последствия разведки и освоения месторождений.
Научная новизна
Впервые создана научно-методическая основа комплексных радиоэкологических исследований объектов окружающей среды и оценки влияния техногенного радиационного загрязнения на состояние природных экосистем.
Установлены закономерности миграции, формы нахождения радионуклидов и особенности радионуклидного состава природных объектов на территориях интенсивного радиоактивного загрязнения.
На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан стандартизованный комплекс принципиально новых и усовершенствованных методов интегрального, спектрорадиометрического и радиографического изучения объектов природной среды, минерального сырья и продуктов его переработки.
Впервые научно обоснованы и разработаны методические принципы радиационного контроля естественной и техногенной радиоактивности природных вод хозяйственно-питьевого назначения на территории Российской Федерации.
На основе анализа радионуклидного состава, абсолютных и относительных изотопных соотношений в объекте исследований разработаны критерии идентификации источников радиоактивных техногенных аномалий.
Установлены и экспериментально подтверждены закономерности формирования радиоизотопных ореолов в подземных водах и почвенных горизонтах на участках урановых объектов, обусловленные специфичными миграционными характеристиками продуктов распада 238U, в частности, 210РЬ и 210Ро.
Фактический материал, положенный в основу работы, получен автором на протяжении 28 лет работы в Всероссийском научно- исследовательском институте минерального сырья им. Н.М. Федоровского (ФГУП «ВИМС»), в лаборатории изотопных методов анализа (с 1997 года - ее руководитель).
Исследования автора были направлены на разработку принципиально новых и совершенствование имеющихся радиоизотопных методов, использова-
ние их для решения конкретных радиоэкологических и геологических задач в различных регионах России и стран СНГ, широкого внедрения в практику производственных организаций различных ведомств.
В процессе исследований изучены более десяти тысяч проб почв, горных пород, руд, донных отложений, «горячих» частиц, природных вод, пластовых вод нефтяных месторождений, технологических сбросов, растительности, биологических проб.
Значительное количество проб отобрано непосредственно автором при выполнении полевых исследований в 30-километровых зонах Чернобыльской, Калининской, Смоленской АЭС, на урановых объектах разных регионов (Украина, Забайкалье, Карелия), на загрязненных территориях Гомельской, Киевской, Брянской областей и в других районах. В исследованиях автором широко использованы данные электронно-микроскопических и физико-химических методов, фондовые материалы и научные публикации по теме, сыгравшие значительную роль при подготовке диссертации.
Защищаемые положения
Разработан стандартизованный комплекс универсальных высокочувствительных методов определения широкого круга естественных и техногенных радионуклидов в природных объектах, являющийся основой решения задач радиоэкологии, геологии, технологии, радиационного мониторинга геологической среды, контроля качества и сертификации минерального сырья, позволяющий повысить точность, достоверность и информативность исследований.
Создана научно-методическая основа радиационного контроля природных вод, реализованная в масштабах Российской Федерации и включающая: обоснование приоритетного перечня высокотоксичных радионуклидов и радиационных параметров, оптимизированную схему выполнения контроля, аппаратурно-методическое и метрологическое обеспечение.
Установлены закономерности миграции техногенных и естественных радионуклидов, формы их нахождения и особенности изотопных соотношений, позволившие создать научно-методические основы идентификации источников загрязнения, определения их потенциальной опасности и прогнозирования изменения радиоэкологической обстановки.
Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены закономерности формирования аномальных радиоизотопных ореолов в подземных водах и почвенных горизонтах на урановых объектах различного генезиса, созданы научно-методические основы выявления участков скрытого уранового оруденения и дифференциации радиоактивных аномалий, позволяющие повысить эффективность геологоразведочных работ, минимизировать и прогнозировать радиоэкологические последствия разведки и освоения месторождений.
Практическая значимость и реализация результатов Разработанный стандартизованный комплекс радиоизотопных и радиографических методов в форме аттестованных и утвержденных НСАМ, Госстандартом РФ и ФА «Ростехрегулирование» нормативно-методических документов внедрен и широко используется более чем 300 лабораториями предприятий, организаций и НИИ различных ведомств в России и СНГ: Федеральные ядерные центры в Сарове и Снежинске, АЭС (Билибинская, Белоярская, Курская, Кольская), ФГУП «Атомфлот», «СевРАО», ПО «Маяк», Красноярский ГХК, Спецкомбинаты «Радон» в Иркутске, Челябинске, Самаре, Сергиевом Посаде и Благовещенске, ГНЦ Институт Биофизики, ВНИИНМ им. А.А. Бочвара, НИ-КИЭТ им. Н.А. Доллежаля, Институт физхимии и электрохимии РАН, предприятия Минобороны РФ, геологические организации - АО «Волковгеология», На-воийский ГМК, комбинаты «Казатомпрома», Кировское и Таежное производственные объединения, ФГУП «Геоцентр-Брянск», службы Минздрава и «Роспотребнадзора» РФ, областные и городские МУП «Водоканал», и ЦСЭЭ
Республики Казахстан, HAH Республик Беларусь и Киргизстан, Гидромет Украины и многие другие.
13 методик внесены в Реестр ГСИ Республики Казахстан.
Результаты исследований и наши рекомендации приняты к использованию в рамках реализации Государственных, территориальных и отраслевых программ: Правительства г. Москвы по контролю качества артезианских водоисточников; Государственной территориальной программы изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы по Брянской области «Оценка качества подземных вод групповых водозаборов централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения Брянской области по радиационным показателям»; контрактов ФГУП «ПО «Маяк» с Росатомом, направленных на обеспечение безопасной эксплуатации водных объектов, при разработке Проекта консервации В-9 3-й очереди и как основа для прогнозных расчетов выноса ТРН из донных отложений в водоносный горизонт и их дальнейшей миграции в потоке подземных вод; Программы «Ведение государственного мониторинга состояния недр на территории полигона федерального значения «Деменка - Кожаны» Брянской области» и др.
Предложенные нами научно-методические принципы радиационного контроля питьевых вод приняты и реализуются с 2000 г. в масштабах Российской Федерации.
Установленные особенности формирования надрудных изотопно- почвенных ореолов используются с 1982 года на объектах Кировского, Таежного, Приленского, Невского, Сосновского производственных геологических объединений, и позволяют локализовать площади под горно-буровые работы и минимизировать радиоэкологические последствия при разведке и освоении месторождений.
Апробация полученных результатов
Основные положения и результаты диссертации автора докладывались и обсуждались на III Международной конференция «Новые идеи в науках о Зем-
ле» (Москва, 1997), Всероссийской научно-практической конференции «Геоэкологическое картографирование» (п. Зеленый, 1998), Международной научной конференции «Экологическая геофизика и геохимия» (Дубна, 1998), 2-ой Международной конференции «Ядерная и радиационная физика. Радиационная физика твердого тела и радиоэкология» (Алматы, 1999), 5-й Международная конференция SCINT-99 (Москва, 1999), Научно- практической конференции «Актуальные проблемы ограничения облучения населения от природных источников ионизирующего излучения. Радон-2000» (Пущино, 2000), Международном Симпозиуму по геологии урана «Уран на рубеже веков: природные ресурсы, производство, потребление» (Москва, 2000), V Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2001), Всероссийской конференции «Аналитика России - 2004» (Клязьма, 2004), II Международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (Томск, 2004), Научно-практическом семинаре Минздрава РФ «Радиационный контроль и гигиеническая оценка питьевой воды по показателям радиационной безопасности» (Москва, 2005), Международной научно-практической конференции «Чернобыль- 20 лет спустя» (Брянск, 2005), а также на зарубежных конференциях: III International Conference on Environmental Radioacivity in the Arctic (Tromso, Norway, 1997); Euro-American mammal congress (Santiago de Compostela, Spain, 1998).
Высокий научный уровень, информативность и метрологическая обоснованность полученных данных подтверждены 4 Авторскими Свидетельствами и Патентами на изобретения (1984, 1999, 2001), Международным Сертификатом МАГАТЭ (Certificate IAEA, 2000) о профессиональной компетентности в области определения трансурановых элементов; Сертификатом СОООМЕТ 236/BY/ 01 (2004) участия в разработке и аттестации Государственных стандартных образцов (ГСО) активности 137Cs, 40К и 90Sr (ГСО РБ 972-03 и 973-03) в рамках Программы Евро-Азиатского сотрудничества государственных метрологиче-
ских учреждений, Аттестатами аккредитации Госстандарта РФ и ФА «Ростехрегулирование» (1996-2008).
Публикации
По теме диссертации опубликована 91 научная печатная работа, в том числе 38 - в ведущих рецензируемых научных журналах; разработано, аттестовано и утверждено Научным советом по аналитическим методам (НСАМ), Госстандартом РФ и ФА «Ростехрегулирование» РФ 41 нормативно-методическое руководство.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, раскрывающих защищаемые положения, и заключения. Материал изложен на 297 страницах компьютерного набора, проиллюстрирован 47 рисунками и 27 таблицами. Список литературы содержит 327 наименований.
Автор глубоко признателен своим первым учителям и руководителям -доктору геолого-минералогических наук, профессору |В. И. Малышеву! и З.А. Соколовой, труды которых определили научно-методологическую направленность диссертации.
Автор искренне благодарен докторам геолого-минералогических наук Г.А. Машковцеву, В.Т. Дубинчуку, В.И. Кузькину, докторам технических наук Г.В. Остроумову |, А.Л. Якубовичу, кандидату геолого-минералогических наук
Б.Г. Самсонову за внимание, конструктивную критику и помощь при подготовке работы.
Автор благодарен коллегам, с которыми его связывает многолетнее плодотворное сотрудничество: СВ. Дадыкину, СБ. Гоголю, Г.Г. Дедковскому (ФГУП «Геоцентр-Брянск»), Самсоновой Л.И., Л.Г. Черткову (ФГУГП «Гидро-спецгеология»), Е.Г. Дрожко, И.А. Иванову (ФГУП ПО «Маяк»), А.И. Шишкову (АО «Волковгеология»), А.П. Ермилову, Н.А. Комарову (ФГУП «ВНИИФ-
ТРИ»), |Е.Б. Левшину! (ИЯФ АН Украины), К.Н. Нурлыбаеву, А.Н. Мартыню-
ку, СВ. Беланову, Ю.Н. Мартынюку (ЗАО «НИН ДОЗА»), В.В. Петрухину (Управление геологии по ЦФО), М.Ш. Айманову (НИН «ГАММА»), В.А. Га-блину, В.А. Тихомирову, А.И. Соболеву (МосНПО «Радон»); СЕ. Охрименко, О.Е. Тутельян («Роспотребнадзор РФ»); Г.А. Клевезаль (Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова), В.И. Романькову (Штаб ГОиЧС Гомельской области), а также коллективам Навоийского ГМК, ОАО «ЧМЗ», ОАО «МСЗ», Кировского, Таежного, Приленского и Сосновского ПГО.
Автор искренне признателен всем сотрудникам лаборатории изотопных методов анализа за помощь и поддержку в работе - Л.И. Мануйловой, Л.А. Березиной, Т.М. Ивановой, | Ю.П Салмину |, |М.А. ТатаркинуЬ В.М. Децу, Д.М. Зуеву, А.В. Стародубову, А.В. Гулынину, Л.В. Сумину, Т.П. Трухиной. Автор также благодарен сотрудникам РИЦ ВИМС и его руководителю Н.Г. Беляев-ской за помощь в оформлении диссертации.
