Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Радиоэкологические проблемы при работе предприятий уранового производства 10
1.1. Специфика предприятий по добыче и переработке уранового сырья как источника радиоактивного загрязнения окружающей среды 12
1.1.1. Поведение тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН) в технологическом процессе 13
1.1.2. Водная миграция ТЕРН 16
1.1.3. Газовые выбросы предприятий 19
1.2. Поведение ТЕРН в окружающей среде 20
1.2.1. Миграция ТЕРН в биосфере 22
1.2.2. Поведение ТЕРН в системах горная порода-растение и почва-растение в природных биогеоценозах 24
1.2.3. Поведение ТЕРН в организме сельскохозяйственных животных 26
1.3. Характеристика ТЕРН как источника ионизирующего излучения 27
1.4. Проблема радиоактивного загрязнения окружающей среды ТЕРН 29
ГЛАВА II. Анализ радиационной обстановки и природных условий в районе размещения уранодобывающего предприятия ЛПО «Алмаз» 32
2.1. История создания и общая характеристика предприятия 32
2.2. Радиоактивное загрязнение окружающей среды 34
2.2.1. Образование шахтных отвалов и складирование отходов в хвостохранилище 38
2.2.2. Выбросы радионуклидов в атмосферу 39
2.2.3. Сбросы радионуклидов со сточными водами 41
2.3. Природно-климатическая характеристика района расположения предприятия 48
2.3.1. Геологические условия 49
2.3.2. Гидрогеологические условия 50
2.3.3. Почвенный покров, растительный и животный мир 52
2.3.4. Рекреационные характеристики региона 53
ГЛАВА III. Определение содержания радионуклидов в компонентах экосистем на территории, прилегающей к ЛПО «Алмаз» 55
3.1. Объекты и методы исследования 5 5
3.2. База данных, включающая радиоэкологическую информацию 57
3.3. Результаты экспериментальных исследований 59
ГЛАВА IV. Оценка доз облучения природных объектов в районе расположения предприятия 68
4.1. Разработка и параметризация дозиметрических моделей 68
4.1.1. Модели для оценки доз облучения травянистой растительности 70
4.1.2. Модели для оценки доз облучения почвенной мезофауны 76
4.1.3. Модели для оценки доз облучения компонентов пресноводных экосистем 81
4.2. Адаптация программного пакета ERICA для расчета дозовых нагрузок на биоту на территории, прилегающей к ЛПО "Алмаз" 83
4.3. Дозовые нагрузки на травянистую растительность 89
4.4. Дозовые нагрузки на почвенную мезофауну 92
4.5. Дозовые нагрузки на компоненты пресноводных экосистем 95
ГЛАВА V. Сравнительный анализ уровней радиационного воздействия на население и биоту на территории, прилегающей к ЛПО «Алмаз» 99
5.1. Анализ путей облучения населения для различных сценариев использования населением территории, прилегающей к ЛПО «Алмаз» 99
5.2. Оценка уровней загрязнения продукции, употребляемой в пищу населением 100
5.3. Оценка доз облучения населения 103
5.4. Сравнительный анализ индексов радиационного воздействия на биоту и население 109
Выводы 118
Список используемой литературы 121
- Поведение тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН) в технологическом процессе
- Природно-климатическая характеристика района расположения предприятия
- Адаптация программного пакета ERICA для расчета дозовых нагрузок на биоту на территории, прилегающей к ЛПО "Алмаз"
- Сравнительный анализ индексов радиационного воздействия на биоту и население
Введение к работе
Актуальность темы. Отсутствие альтернативы ядерной энергетике, обеспечивающей крупномасштабное производство энергии, в обозримый период времени существования человечества не вызывает сомнений. Основная проблема в рамках стратегического планирования в этой сфере - обоснованный выбор оптимальных вариантов ядерных технологий. Необходимым условием такого выбора является проведение сравнительного анализа вариантов развития ядерной энергетики с учетом технологического, экономического, экологического и социального аспектов. К одному из наиболее значимых направлений следует отнести оценку последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды. В рамках радиоэкологической проблематики формируется широкий круг задач, включающих изучение биологического действия ионизирующего излучения и установление научно обоснованных допустимых пределов доз облучения биоты и человека; разработку методов оценки дозовых нагрузок и создание, в итоге, системы защиты окружающей среды от влияния радиационного фактора (Алексахин P.M., Фесенко СВ., 2004).
Важным условием безопасного развития ядерной энергетики являются разработка и внедрение методов обработки и хранения радиоактивных отходов, образующихся на всех этапах ядерного топливного цикла (ЯТЦ), в том числе и на первом этапе - при добыче и переработке урановых руд. Проблема утилизации радиоактивных отходов является весьма актуальной в настоящее время. Загрязнение окружающей среды в районах расположения уранодобывающих предприятий связано с аэрозольными выбросами этих предприятий, а также с образованием отвалов горных пород, забалансовых руд и хвостов гидрометаллургической переработки (Бахуров В.Г., Луценко И.К., Шашкина Н.Н., 1965). Многие хвостохранилища, пульпохранилища, могильники радиоактивных отходов, сформировавшиеся в начальный период развития атомной промышленности и энергетики, в настоящее время не отвечают современным природоохранным требованиям, даже после завершения реабилитационных мероприятий на данных объектах. С течением времени происходит нарушение защитных барьеров, и возникает необходимость в повторном проведении частичной или полной рекультивации.
Основой для принятия решений о необходимости проведения реабилитационных мероприятий, направленных на смягчение последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды в результате деятельности добывающих предприятий ЯТЦ, являются результаты комплексных радиоэкологических исследований. Эти исследования должны включать экспериментальное определение содержания тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН) на территориях, прилегающих к предприятиям по добыче и переработке уранового сырья, оценку дозовых нагрузок и уровней радиационного воздействия на население и биоту (Алексахин P.M., Архипов Н.П., Бархударов P.M. и др., 1990).
Цели исследования: оценка радиоэкологической ситуации на территории, прилегающей к бывшему уранодобывающему предприятию Лермонтовское производственное объединение (ЛПО) "Алмаз".
Задачи исследования:
Анализ радиационной и экологической обстановки в районе размещения предприятия по добыче и переработке урановой руды ЛПО "Алмаз".
Экспериментальное изучение уровней радиоактивного загрязнения компонентов наземных и водных экосистем в непосредственной близости от ЛПО "Алмаз".
Разработка комплекса моделей для расчета дозовых нагрузок, формируемых ТЕРН, на компоненты биоты.
Расчет доз облучения компонентов наземных и водных экосистем на территории, прилегающей к ЛПО "Алмаз".
Оценка доз облучения населения, проживающего в непосредственной близости от ЛПО "Алмаз".
Сравнительный анализ уровней радиационного воздействия на человека и биоту на территории, загрязненной ТЕРН.
Научная новизна работы:
Впервые была проведена комплексная оценка радиоэкологической ситуации в районе размещения бывшего предприятия по добыче и переработке урановых руд ЛПО «Алмаз». На основе экспериментальных исследований выявлены участки и компоненты природных экосистем с повышенным содержанием ТЕРН. Разработаны модели для расчета дозовых нагрузок на биоту, которые могут быть адаптированы для различных экосистем и геометрий "источник - мишень". Выполнена оценка доз облучения и индексов радиационного воздействия для объектов окружающей среды и населения на территории, прилегающей к уранодобывающему предприятию ЛПО «Алмаз». Впервые проведен сравнительный анализ уровней радиационного воздействия на человека и биоту (на основе консервативного подхода) для территорий, загрязненных ТЕРН.
Теоретическое и практическое значение работы:
На основе результатов расчета индексов радиационного воздействия на человека и биоту выполнен анализ возможности применения антропоцентрического принципа защиты окружающей среды от воздействия ионизирующего излучения для территорий, прилегающих к предприятию по добыче и переработке урановых руд. Показано, что принцип "если радиационными стандартами защищен человек, то защищена от действия ионизирующих излучений и биота" выполняется в условиях соблюдения консервативного подхода к формированию сценариев облучения населения. Продемонстрирована существенная роль значений дозовых пределов для биоты в оценке справедливости этого принципа.
Практическую значимость представляют результаты идентификации локальных участков в районе расположения ЛПО "Алмаз" с повышенным содержанием ТЕРН в компонентах окружающей среды. Сформулированы предложения, касающиеся целесообразности проведения детализированных исследований радиационной обстановки на этих участках и выполнения, в случае необходимости, работ по их рекультивации. Результаты комплексной оценки радиоэкологической ситуации в районе размещения предприятия ЛПО «Алмаз» могут быть использованы при планировании мероприятий, направленных на снижение (предотвращение) дополнительных дозовых нагрузок на население в результате производства сельскохозяйственной продукции на загрязненных территориях.
Основные положения, выносимые на защиту:
Результаты экспериментального изучения уровней радиоактивного загрязнения территории, прилегающей к бывшему уранодобывающему предприятию ЛПО "Алмаз".
Комплекс математических моделей для расчета дозовых нагрузок на компоненты наземных и водных экосистем.
Результаты расчета доз облучения биоты на территории, загрязненной ТЕРН в результате деятельности уранодобывающего предприятия ЛПО "Алмаз".
Итоги сравнительной оценки уровней радиационного воздействия на население и биоту в непосредственной близости от предприятия ЛПО "Алмаз".
Апробация работы и публикации:
Основные положения работы и результаты исследований докладывались на XI Международной научно-инновационной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Полярное сияние 2008» (Санкт-Петербург, 2008); V региональной научной конференции «Техногенные системы и экологический риск» (Обнинск, 2008); IV Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные задачи математического моделирования и инновационных технологий» (Сочи, 2008); IX Radiation Physics and Protection Conference (Nasr City
Cairo, 2008); Научно-практическом совещании по реабилитации радиоактивно загрязненных территорий (Кисловодск, 2009); VII региональной научной конференции «Техногенные системы и экологический риск» (Обнинск, 2010).
По материалам диссертации опубликованы 8 работ.
Структура и объем диссертации:
Диссертация изложена на 129 страницах, включает введение, 5 глав, выводы, 26 таблиц, 40 рисунков и список публикаций из 90 наименований.
Поведение тяжелых естественных радионуклидов (ТЕРН) в технологическом процессе
Развитие атомной энергетики, обеспечившей человечество большим количеством электроэнергии, привело к необходимости решения проблем радиоэкологического плана. Эти проблемы существуют на всех этапах ЯТЦ, в том числе и на первом этапе, связанном с добычей и переработкой урановых руд.
В каждой отрасли промышленности вырабатываются те или иные отходы, т. е. продукты, которые не могут быть в дальнейшем полезно использованы и требуют своего удаления из производства. В урановой промышленности, связанной с добычей и переработкой руд, отходы подразделяют на твердые, жидкие и газообразные. Они содержат ценные компоненты: остатки сырья, готовую продукцию, химические реагенты. Состав отходов и их количество зависят от характера производства и технического совершенства применяемых технологических процессов. По классификации отходы урановых заводов ничем не отличаются от отходов, например, предприятий цветной металлургии, но содержание в них тяжелых естественных радионуклидов делает их специфичными и опасными для окружающей среды.
С общих позиций, источники ТЕРН связаны с процессами извлечения ТЕРН на поверхность Земли и производства материалов с повышенным содержанием этих радионуклидов [1]. При решении вопросов, касающихся загрязнения окружающей среды ТЕРН, в частности, при проведении природоохранных мероприятий, необходимо опираться на важные работы и директивные документы. Среди последних в первую очередь следует упомянуть документы и рекомендации МАГАТЭ и Международной комиссии по радиологической защите, касающиеся изоляции радиоактивных отходов, образующихся при добыче и обработке урановых и ториевых руд [35]. Огромный интерес представляют исследования по решению проблем связанных с оптимизацией защиты при обращении с радиоактивными отходами [74], а также с детальной проработкой отдельных аспектов радиационной защиты при неглубоком подземном захоронении радиоактивных отходов, с рекультивацией хвостохранилищ и территорий рудников [45, 86].
В рамках оценки радиоэкологических ситуаций в районах расположения предприятий по добыче и переработке урановых руд целесообразно акцентировать внимание на следующих вопросах: технологические процессы на уранодобывающих предприятиях и поведение ТЕРН; водная миграция радиоактивных элементов; газовые выбросы предприятий по добыче и переработке урана; защитные мероприятия, проводимые в целях обеспечения чистоты окружающей среды.
В настоящее время во многих странах проводятся исследования по выяснению влияния радиоактивных отходов урановых заводов на окружающую среду. К задачам таких исследований относятся: выявление границ распространения радиоактивных отходов, степени загрязнения ими открытых водоемов, грунтовых вод, почвы, воздуха, растений, плодов, злаков и оценка возможной опасности для человека и биоты. В связи с этим анализ поведения ТЕРН в технологических процессах извлечения урана из минерального сырья, их содержания в различных продуктах и отходах производства, является неотъемлемой частью такой оценки.
Извлечение урана из руд по современным технологическим схемам редко превышает 90%. Следовательно, относительно большое количество урана попадает в отвалы с твердыми отходами, а часть растворенного урана теряется с жидкими отходами. Эти потери оцениваются для отдельных предприятий в среднем в десятки тонн урана в год. Кроме того, уран поступает в атмосферу с газовыми выбросами в виде пыли и аэрозолей [6, 12, 47, 59, 70].
Твердые отходы, в состав которых входят пески - 80% и шламы - 20%, содержат около 70% ТЕРН, оставшихся нерастворенными. Эти отходы вместе с жидкими сбрасываются в хвостохранилища, которые представляют собой комплекс сооружений (гидротранспорта, водозаборные устройства, дренажные системы, отстойные пруды и подпорные дамбы) уранового гидрометаллургического предприятия. Они являются одним из важных и ответственных узлов технологической схемы предприятия. Все затраченные при переработке урановых руд химические реагенты в том или ином виде также поступают в отвалы и загрязняют гидрографическую сеть химическими веществами.
Концентрация ТЕРН в твердых отходах (хвостах) зависит от схемы выщелачивания урана. В табл. 1.1 приведена концентрация ТЕРН в твердых отходах завода, работающего по схеме содового выщелачивания [70]. Изучение распределения Ra и Th по стадиям технологического цикла показало [47], что на заводах с сернокислотным выщелачиванием растворяется 0.25-0.7% Ra и 80% Th, содержащихся в исходной руде. При содовом выщелачивании 3 Th по существу не растворяется, количество же растворенного 226Ra достигает 1.5-3.0%. В процессе кислотного выщелачивания руды наряду с ураном растворяется также некоторое количество Ra. Нейтрализация шламовой пульпы известью приводит к осаждению около 70% растворенного Ra, однако часть его (около 13% исходного количества, поступившего с рудой) остается в растворенном виде и поступает на хвостохранилище. Большая часть 226Ra, около 99.7% исходного содержания, проходит технологический процесс в нерастворенном виде и задерживается на хвостохранилище. Обобщая эти результаты, можно сказать, что основная часть (97.0 996 98.5%) Ra остается нерастворенной даже при содовом выщелачивании. В табл. 1.2 [47] представлено количество растворенного 226Ra в зависимости от технологии переработки руды.
Природно-климатическая характеристика района расположения предприятия
Лермонтовский урановорудный район расположен в пределах северного склона Главного Кавказского хребта в верхней части бассейна р. Кума. Урановорудные месторождения расположены в непосредственной близости от курортных городов района Кавказских Минеральных Вод -Пятигорска, Ессентуков, Кисловодска, Железноводска, Минеральных Вод. Региональный естественный радиационный фон определяется мощностью дозы гамма-излучения в районе г. Лермонтова 0.08-0.25 мкГр/час. Данный район хорошо развит в плане промышленного производства, сельского хозяйства, туризма, является крупнейшей в России лечебной здравницей.
Промышленная площадка, включая гидрометаллургический завод по переработке урановых руд, находится в горной долине в 1.5 км к северо-западу от жилой застройки г. Лермонтов (25 тыс. человек).
По физико-географическим условиям район Кавказских Минеральных Вод (в северной части) относится к области со степным слабовсхолмленным рельефом (600-700 м над уровнем моря), осложненным отдельными горами островного типа: Бештау (1402 м), Бык (821 м) и др. В связи с этим континентальный, несколько засушливый климат северной степной части района в пределах его гористой части становится умеренно-влажным с менее резкими колебаниями температуры в течение года и суток.
Среднегодовая температура воздуха составляет около +8.6 С. Среднемесячная температура самого холодного месяца (января) -4.3 С, наиболее теплого (июля) +21.6 С. Абсолютный минимум температур -33 С в январе, максимум +40 С в августе. В январе почва промерзает до глубины 0.9 м [43].
На участках гористого рельефа увеличение абсолютных высот сопровождается уменьшением температур и увеличением количества осадков. Так, в районе горы Бештау количество атмосферных осадков, выпадающих на высотах 1200-1300 м, оценивается в 870-910 мм/год; среднегодовое количество осадков в районе горы Бык составляет около 550 мм. Подобная разница в количестве выпадающих атмосферных осадков в пределах сравнительно близко расположенных массивов гор Бештау и Бык при прочих равных условиях сказывается на степени их обводненности. Годовая норма осадков в г. Лермонтове - 472 мм, по месяцам: январь-март и октябрь-декабрь до 30 мм, апрель-сентябрь 40-74 мм. Толщина снежного покрова невелика, так как зимняя норма осадков мала [43].
В районе преобладают восточные и юго-восточные ветры. При этом восточные ветры, холодные зимой и сухие летом, наблюдаются в течение всего года, а юго-восточные - чаще в холодное полугодие. Западные и северо-западные влажные и теплые ветры наблюдаются летом. Среднемесячная скорость ветра находится в интервале 2-3 м/сек. Максимальная скорость ветра - 30 м/сек. Среднегодовая относительная влажность воздуха составляет 75%.
Район урановых месторождений Бештау и Бык расположен в южной части Скифской плиты, на сочленении ее с Кавказской складчатой областью и приурочен к активизированному южному окончанию Ставропольского поднятия. Этот участок земной коры рассечен разломами, контролирующими размещение лакколитов и трубообразных тел порфиров и сиенитов позднемиоценового возраста.
Пространственно и во времени с этим, комплексом магматических пород связано формирование месторождений Бештау и Бык и ряд рудопроявлений, относящихся к жильно-штокверковому типу, с сульфидно-настурановым составом первичных руд.
Месторождение Бештау локализовано в пределах одноименного локкалита, сложенного липаритами и трахилипаритами, а также осадочными породами (мергели, известковистые глины, песчаники, известняки). Осадочные породы образуют брахиантиклинальную складку, сформировавшуюся в процессе внедрения интрузии.
Оруднение локализовано в зонах северо-восточного простирания и северо-западного падения. Урановорудные тела имеют линзообразную форму, размеры наиболее крупных из них 40x70 м, по падению 120 м. Урановая минерализация обусловлена: настураном, урановыми чернями, уранофилом, уранофаном и отенитом в ассоциации с пиритом, хлоритом, гидрослюдами и флюоритом. Распределение урановой минерализации по простиранию и падению равномерное, коэффициент рудоносности - 0.75 [34].
Месторождение Бык локализовано в осадочных породах верхнемелового и палеогенового возраста и верхненеогеновых липаритах. Системы тектонических нарушений, вмещающих оруднение, аналогичны месторождению Бештау, однако здесь развиты и пологозалегающие зоны северо-восточного простирания, в результате чего здесь образуются сложные по форме крестообразные залежи. Основным рудным минералом является землистый настуран (чернь). Сопутствующими являются пирит, пирротин, сфалерит, галенит. На месторождении Бештау четыре типа подземных вод: - воды делювиальных отложений; - трещинные воды коры выветривания; - карстовые воды; - воды тектонических трещин и зон дробления. Воды делювиальных отложений характеризуются источниками по склонам гор с незначительным дебитом и обусловлены атмосферными осадками. Воды коры выветривания также обусловлены атмосферными осадками и распространены до глубины 10 м, иногда до 30-50 м. Карстовые воды развиты в известняках мелового возраста и используются для питьевого водоснабжения. Воды трещинных зон - основной и наиболее распространенный тип с большими ресурсами и большой глубиной циркуляции (до 740-790 м). Воды обогащены ураном в результате взаимодействий с рудами на путях циркуляции. Содержание в приповерхностных зонах U природного 1-10" - 1-10" %, Ra 0.37 - 370 Бк/л, в рудных залежах соответственно 5-Ю"5 - 3-Ю"3 % и 0.26-2.6 Бк/л [34]. Напорные воды нижнего яруса ниже горизонта 720 м хорактеризуются содержанием 222Rn от 1.11 103 до 4.96 104 Бк/л. Динамические запасы при самопроизвольном изливе составляют 250 м /сутки. На их основе функционирует радонолечебница в городе Пятигорске. Подача воды осуществляется по трубопроводу.
Адаптация программного пакета ERICA для расчета дозовых нагрузок на биоту на территории, прилегающей к ЛПО "Алмаз"
Мощность дозы внешнего облучения дождевого червя (Dext), формируемой у-излучающими радионуклидами, можно оценить с помощью соотношения: где DI - мощность дозы облучения внутри слоя почвы, являющегося источником у-облучения; Ру — мощность дозы в области, занятой организмом. Расчет величины Ру в рассматриваемом случае выполняется на основе концентрации радионуклидов в окружающей среде (почве) с использованием формул (4.21) и (4.22). Выражение для расчета мощности дозы облучения внутри толстого источника, представляющего почвенный слой, можно записать в виде: где а — толщина слоя почвы, м; Г — гамма-постоянная; Av — объемная концентрация радионуклидов в почве; /л5 — линейный коэффициент ослабления у-излучения; h—толщина слоя почвы, м; Е2 — функция Кинга.
При применении данного рода моделей можно варьировать рядом параметров (влияющих на дозу от у-излучения), к которым относятся глубина обитания дождевого червя в почве, его биометрические характеристики, распределение радионуклидов по почвенному профилю, плотность почвы и т.д.
Для пресноводных экосистем природным депо для долго- и среднеживущих радионуклидов являются донные отложения. Референтным видом пресноводных организмов (микрозообентос), обитающих в донных отложениях, являются хирономиды (Cricotopus gr. silvestris).
Концептуальная схема модели, предназначенной для расчета дозовых нагрузок на микрозообентос, принципиально не отличается от модели почвенной мезофауны, однако различия имеются в размерах рассматриваемого организма (длина хирономидов 15 мм и диаметр 2 мм) и в глубине обитания (около 5 см). При расчетах мощности дозы внутреннего облучения важной характеристикой, позволяющей оценить вклад источников а-, Р" и у-излучений, является соотношение между линейными размерами организмов и максимальными длинами пробега ионизирующих частиц в тканях. Таким образом в модели для расчета дозовых нагрузок на микрозообентос основной вклад в дозу внутреннего облучения могут давать а-частицы, а вкладом от инкорпорированных Р- и у-излучателей можно пренебречь.
Оценка дозовой нагрузки выполняется на основании того, что размеры организма велики по сравнению с пробегом а-частиц, следовательно, мощность поглощенной дозы приближенно равна мощности дозы, создаваемой в бесконечном объеме поглощающего вещества. Мощность поглощенной дозы (Ра Гр/с) рассчитывается по формуле (4.15), описанной выше для почвенной мезофауны [24].
При рассмотрении дозы облучения микрозообентоса донные отложения во многих случаях могут быть представлены в виде бесконечного толстого источника с равномерно распределенной активностью. Поскольку пробег Р-частиц в донных отложениях составляет около 0,6 см (для максимального значения энергии р-спектра), а концентрация радионуклидов в организме хирономидов равна содержанию радионуклидов в почве, мощность поглощенной дозы внешнего Р-излучения (Рр Гр/с) рассчитывается по формуле: где С} — удельная активность радионуклида в донных отложениях, Бк/кг; Ёр — средняя энергия, МэВ, 1.6-10 - коэффициент перехода от МэВ к джоулям. Оценка дозы от у-излучателей Оценивая дозовые нагрузки от у-излучения на почвенную мезофауну слой почвы, содержащий радионуклиды, рассматривался в виде толстого бесконечного источника. При таком подходе выполняется расчет мощности поглощенной дозы внешнего у-излучения для микрозообентоса. Для расчета мощности дозы облучения внутри толстого источника, представляющего слой донных отложений, можно использовать выражения (4.24) и (4.25). Математические модели, предназначенные для расчета дозовых нагрузок на травянистые растения, представителей почвенной мезофауны и микрозообентоса реализованы с использованием программного пакета Mathcad 11 Enterprise Edition. Данный подход к разработке дозиметрических моделей базируется на использовании значений дозовых коэффициентов - DCCs (Dose rate conversion coefficients). Значения дозовых коэффициентов приведены в работе [89]. Аналогичный подход реализован в интегральных программных пакетах FASSET и ERICA [90]. Суммарная доза облучения для рассматриваемого вида биоты (D) определяется по формуле: где Dini - доза внутреннего облучения; Dexl - доза внешнего облучения. Дозы внутреннего и внешнего облучения в этом случае оцениваются следующим образом: где Ct — концентрация z -го радионуклида в организме; С:і — концентрация /-го радионуклида в среде обитания z, к, — доля времени нахождения в среде обитания z. В табл. 4.2. приведены значения коэффициентов DCC, предназначенных для расчета дозовых нагрузок, формируемых под воздействием различных видов ионизирующего излучения от радионуклидов, находящихся во внешней среде и инкорпорированных внутри организма дождевого червя.
Сравнительный анализ индексов радиационного воздействия на биоту и население
Выполнена оценка доз облучения представителей пресноводных экосистем на основе реальных концентраций радионуклидов (отсутствие векового равновесия). На рис. 4.16 представлены вклады отдельных ТЕРН в суммарную дозовую нагрузку.
В результате большого различия в концентрациях U и Ra (первого больше чем второго в 5,4 раза), вклад "блока урана" составляет около 72%, а "блока радия" - 28%. Такое соотношение рассматриваемых показателей характерно и для травянистой растительности. Таким образом, в рассматриваемом случае зафиксирован больший вклад в суммарную дозовую нагрузку от 238U, 234U и 230Th для всех представителей биоты, по сравнению со вкладом этих радионуклидов, оцененным при условии векового равновесия. Вклад внутреннего облучения составляет 99% от суммарной дозовой нагрузки. Максимальную дозу облучения получают бентосные организмы, минимальную - травянистая растительность.
Дозы внутреннего облучения компонентов окружающей среды формируются в основном за счет инкорпорированных а-излучающих радионуклидов. Результаты оценки дозовых нагрузок на биоту с учетом относительной биологической эффективности (ОБЭ) а-излучения, могут существенным образом варьировать. Значения этого показателя по данным различных исследователей находятся в диапазоне 1-20 [67]. При этом рекомендованная величина составляет 5 [67]. В то же время значение ОБЭ а-излучающих радионуклидов, используемое в программном пакете ERICA, равно 10. Таким образом, уточнение рассматриваемого показателя является необходимым условием адекватных оценок дозовых нагрузок на биоту на территориях, загрязненных ТЕРН.
На основе анализа методических подходов к оценке доз облучения биоты можно заключить, что программный пакет ERICA позволяет оперативно рассчитать дозовые нагрузки на компоненты окружающей среды. Следует подчеркнуть, что значения дозовых коэффициентов (DCC) рассчитаны для условий жесткой геометрии "источник - мишень". Это обстоятельство ограничивает возможность адекватного использования этих коэффициентов в ситуациях, когда размеры источника и местоположение рассматриваемого организма отличаются от параметров, заданных при расчетах.
Разработанные модели для оценки доз облучения компонентов биоты являются более гибкими [15, 24, 26, 48, 52]. При применении такого рода моделей можно варьировать рядом параметров (влияющих на дозу, формируемую от у-излучением), к которым относятся глубина обитания живых организмов (дождевого червя в почве, бентосных организмов в донных отложениях), высота травянистой растительности, биометрические характеристики организмов, распределение радионуклидов по почвенному профилю, плотность почвы или донных отложений.
В основу современного подхода к обеспечению радиационной безопасности окружающей среды положен принцип ограничения дозовых нагрузок на человека. При этом компоненты экосистем рассматриваются как источники внешнего или внутреннего облучения населения, а содержание радионуклидов в них нормируется по санитарно-гигиеническому принципу. Принципы и нормы ограничения радиационного воздействия на человека являются итогом более чем 80-летнего периода исследований и анализа результатов практического использования источников ионизирующих излучений. Наиболее полно эти принципы изложены в материалах Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) и были использованы при разработке международных и национальных документов, касающихся радиационной защиты человека в большинстве стран мира.
Для оценки доз облучения населения, проживающего на территории, прилегающей к бывшему уранодобывающему предприятию ЛПО "Алмаз", разработаны 2 сценария, различающихся путями формирования дозовых нагрузок.
В рамках первого ("консервативного") сценария сформулировано допущение о том, что население употребляет в пищу только продукты питания, произведенные на загрязненных радионуклидами территориях. В этом случае внутреннее облучение населения формируется за счет употребления мяса и молока сельскохозяйственных животных (стадо коров), выпасаемых в районе штольни №9. Для водопоя животных используется только шахтная вода этой штольни. Другим источником формирования доз внутреннего облучения населения являются злаковые культуры (озимая пшеница), произрастающие в непосредственной близости от штольни №11. В рацион питания населения входят также овощи и фрукты, выращенные на садовых участках, прилегающих к руслам водотоков от штолен №9, 32 и 16. В летний период года эти шахтные воды полностью используются для полива садовых участков. Согласно описанному ("консервативному") сценарию, внутреннее облучение населения формируется в результате употребления молока, мяса, озимой пшеницы и картофеля, выращенного на садовых участках. Выбор рассматриваемых пищевых цепочек основан на результатах мониторингового обследования территорий, прилегающих к бывшему ЛПО "Алмаз".
В рамках второго сценария ("гипотетического") было сделано допущение о том, что население употребляет продукты питания с максимальным содержанием радионуклидов. Этот сценарий может быть реализован в том случае, если сельскохозяйственная продукция производится только на наиболее загрязненной территории, прилегающей к штольне №16. Такое предположение дает возможность максимально консервативной оценки доз внутреннего облучения населения.
