Введение к работе
Актуальность темы исследования
После аварии на Чернобыльской АЭС и ряда принятых мероприятий для повышения безопасности АЭС у многих возникла уверенность в невозможности повторения подобной по масштабу экологической катастрофы, но авария на атомной электростанции «Фукусима-1» в Японии наглядно показала, что от выбросов радиоактивных веществ, из которых наибольшую биологическую опас-
Q0 1 ^7
ность представляют Sr и Cs, не застрахована ни одна страна мира, эксплуатирующая АЭС, никакое даже самое совершенное оборудование и проверенная технология не гарантируют устойчивой работы ректоров в экстремальных ситуациях.
Если на землях сельскохозяйственного назначения в Японии для ликвидации последствий аварии принято решение в течение ряда лет засаживать такие территории посевами подсолнечника для аккумулирования в них техноген-
Q0 1 ^7
ных радионуклидов, основную долю которых составляют Sr и Cs, и их исключения, таким образом, из круговорота путем дальнейшего захоронения в специально отведенных местах, то для лесов оптимальное решение до сих пор не найдено. Радиоактивное загрязнение лесных экосистем создает такие условия, при которых в течение многих лет невозможны обычное ведение хозяйства и многоцелевое использование леса. Это обусловлено тем, что на отдельных участках лесного фонда аккумулированные радиоактивные вещества не вызывают прямого поражения растений, но превышают допустимые нормы содержания в продукции лесного хозяйства или вплотную приближаются к ним.
Большинство работ в области исследования возможностей использования древесины с высоким содержанием техногенных радионуклидов позволяют изучить особенности их распределения и направления использования деловой древесины в качестве исходного сырья для дальнейшей переработки, игнорируя проблему дальнейшего использования и утилизации отходов, образующихся при первичной обработке древесины. Производить захоронение отходов обработки древесины представляется экономически нецелесообразным, гораздо более выгодно произвести ее переработку, ведь отходы обработки лиственных и хвойных пород могут служить сырьем для производства различного рода товарной продукции.
Пирогенетическая переработка может быть одним из перспективных направлений использования древесины с высоким содержанием радионуклидов, обеспечивая как утилизацию лесосечных отходов, так и получение ценных веществ из древесины, которую невозможно использовать в других сферах.
Только на территории Красноярского края радионуклидному загрязнению подвергнуто около 7 тыс. га лесов, в которых на долю березы приходится до 30 %. Всего же на территории России, Украины и Белоруссии загрязнены более 500 тыс. га, поэтому изучение и оценка возможности использования древесины, содержащей техногенные радионуклиды Sr и Cs, является актуальным, а разработка методов и технологий, обеспечивающих возможность получения продуктов пиролиза древесины с показателями, гарантирующими ее радиационную безопасность для потребителей, и исключающих загрязнение окружающей среды техногенными радионуклидами в процессе переработки, представляется целесообразным.
Степень разработанности проблемы: процесс пирогенетической переработки древесины и древесных отходов глубоко исследован в работах Пиялки-на В.Н., Кислицына А.Н., Козлова В.Н., Никитина Н.И. и др., однако несмотря на большое количество научных работ в области пиролиза древесного сырья, приходится отметить, что влияние радиоактивного загрязнения на качество продуктов пиролиза и оценка возможности миграции техногенных радионуклидов в процессе пиролиза древесины, загрязненной радионуклидами, не изучены.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационного исследования является изучение процессов ми-
грации техногенных радионуклидов Sr и Cs при пиролизе древесины березы, разработка рекомендаций по обеспечению снижения удельной активности радионуклидов в продуктах пиролиза.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
Определить удельную активность Cs и Sr древесного сырья и продуктов пиролиза, оценить влияние радионуклидов на свойства продуктов пиролиза древесины.
Выявить закономерности влияния режимов пиролиза на содержание
радионуклидов Cs и Sr в продуктах пиролиза.
3. Построить математическую модель влияния режимов пиролиза на со-
держание техногенных радионуклидов Cs и Sr в продуктах пиролиза.
4. На основе проведенных исследований разработать рекомендации по
режимам процесса пиролиза древесины с повышенным содержанием радионук-
137^ 90с
лидов Cs и Sr.
Объект исследования - древесина березы и продукты ее пирогенетической переработки.
Теоретическая и методологическая основа исследований
Диссертационное исследование проведено на основании научных трудов специалистов (Пиялкина В.Н., Кислицына А.Н., Козлова В.Н., Никитина Н.И., Щеглова А.И., Сухорукова Ф.В., Дегерменджи А.Г., Болсуновского А.Я., Михее-ва Н.Б.) в области пирогенетической переработки древесины, а также в радиологии и связанными с ней проблемами радиоактивного загрязнения лесных биосистем. При проведении экспериментальных исследований использовали радиохимический и рентгенофлуоресцентный методы анализа, а также определялись физико-химические показатели продуктов пиролиза.
Научная новизна работы. Установлены, экспериментально и теоретически обоснованы закономерности перехода техногенных радионуклидов Sr и
Cs в продукты пиролиза из древесной биомассы в ходе её пирогенетической переработки в зависимости от технологических факторов, построены математические модели процессов перехода.
На защиту выносятся наиболее значимые положения диссертационного исследования, составляющие научную новизну работы:
результаты исследования механизмов миграции техногенных радионуклидов *uSrn1J/Cs в процессе пиролиза древесины и особенностей распреде-ления Sr и Cs в продуктах пиролиза в зависимости от режимов пиролиза;
экспериментально обоснованные показатели удельной активности древесного сырья для пиролиза, обеспечивающие возможность получения продуктов пиролиза с показателями, гарантирующими их радиационную безопасность для потребителей;
- математическая модель миграции радионуклидов Sr и Cs в процессе пиролиза.
Практическая значимость работы состоит в научном обосновании режимов и разработке рекомендаций по пиролизу древесины с повышенным содержанием радионуклидов, обеспечивающих возможность получения продуктов пиролиза с показателями, гарантирующими их радиационную безопасность для потребителей, а также возможности прогнозирования удельной активности получаемых продуктов пиролиза на основе установленных закономерностей, что обеспечивает дифференцированный подход к использованию данных продуктов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Химико-лесной комплекс - научное и кадровое обеспечение в XXI веке. Проблемы и решения» (Красноярск, 2000), региональной межвузовской экологической конференции «Эколого-экономические проблемы Красноярского края» (Красноярск, 2000), всероссийской научно-практической конференции «Лесной и химический комплекс - проблемы и решения» (Красноярск, 2004, 2005).
Личный вклад автора заключается в постановке и проведении экспериментов по проведению пиролиза, исследованию физико-химических показателей древесины и продуктов пиролиза, оценке содержания радионуклидов Sr и Cs в древесном сырье и продуктах пиролиза, а также в разработке всех элементов научной новизны работы.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, библиографического списка и двух приложений. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 12 рисунков и 21 таблицу. Библиографический список включает 193 источника.
