Estimation of the natural radionuclides deposition on the land surface in the vicinity of Trypilska thermal power plant Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»



Illichivsk (Ukraine) ; 2015 : 30-34 (in Ukrainian).

2. Svita V. Profilaktychna medytsyna. 2005 ; 3 : 48-50 (in Ukrainian).

3. Rukovodstvo po kontroliu ka-chestva pitevoi vody : rekomen-datsii Vsemirnoi organizatsii zdra-vookhraneniia [Manual Control of Drinking Water Quality : WHO Recommendations]. Geneva : WHO ; 2004 : 121 p. (in Russian).

4. West L. World Water Day:

A Billion People Worldwide Lack Safe Drinking Water. URL : http://environment.about.com/ od/environmentalevents/a/wate rdayqa.

5. US EPA The National Water Quality Inventory: Report to Congress for the 2002 Reporting Cycle - A Profile. Washington ; 2007. Mode of access: https:// www.epa.gov/sites/production/f iles/2015-09/documents/2007 J0J5_305b_2002report_repor t2002305b.pdf-Title from screen.

6. Nemtseva N.V. and Bukha-rin O.V. Gigiena i sanitariia. 2003 ; 3 : 9-11 (in Russian).

7. Hrebniak M.P. (ed. ). Medych-na ekolohiia : navchalnyi posib-nyk [Medical Ecology : the Textbook]. Dnipropetrovsk : Ak-tsent ; 2016 : 484 p. (in Ukrainian).

8. Goncharuk V.V., Ruden-ko A.V. and Koval E.Z. Khimiia i tekhnologiia vody. 2004 ; 26 (2) : 120-144 (in Russian).

9. Alleron L., Khemiri A., Koubar M. et al. Water Research. 2013 ; 47 (17) : 66066617.

10. Rakhmanin Yu.A., Mihailova R.I. Gigiena isanitariia. 2014 ; 93 (5) : 5-10 (in Russian).

11. Kakareka S.V., Kukhar-chik T.I., Khomich V.S. Stoikiie organicheskiie zagriazniteli : istochniki i otsenka vybrosov [Persistent Organic Pollutants: Sources and Emission Estimation]. Minsk ; 2003 : 220 p. (in Russian).

12. Gu A., Ji G., Zhu P. et al. Fertil Steril. 2010 ; 94 (7) : 26202625.

13. Han X., Zhou N., Cui Z. et al. Environ. Health. Perspect. 2011 ; 119(5):652-657.

14. Meeker J. D., Maity A., Missmer S. A. et al. Environ. Health Perspect. 2011 ; 119 (7) : 1010-1016.

15. Goncharov A., Pavuk M., Foushee H. R. et al. Environ. Health Perspect. 2011 ; 119 (3) : 319-325.

Hagiftwna go pega^i'i 12.04.2017

ОЦ1НКА ДЕПОНУВАННЯ ПРИРОДНИХ РАД1ОНУКЛ1Д1В НА ПОВЕРХНЮ ГРУНТУ В ОКОЛИЦЯХ ТРИП1ЛЬСЬКО1 ТЕС

Бузинний М., Михайлова Л.

ESTIMATION OF THE NATURAL RADIONUCLIDES DEPOSITION ON THE LAND SURFACE IN THE VICINITY OF TRYPILSKA THERMAL POWER PLANT

F

BUZYNNYI M., MYKHAILOVA L.

SI "O.M. Marzeiev Institute for Public Health, NAMS of Ukraine", Kiev

UDK 504.055 : 614 : 620.267

Keywords: Trypilska Thermal Power Plant, fossil fuel, coal, natural radionuclides, radioactive releases, radioactive deposition.

ossil fuel (coal) includes natural radionuclides, in particular 238U, 232Th, 226Ra, 40K, 210Pb. Radioactivity is concentrated while coal burning. Emissions of smoke and exhaust air bring solid particles and aerosols in the environment, causing deposition on the land surface over time. Cumulative deposition on land surface corresponds to long time operation impact. We have focused our efforts on selecting of most suitable sites for sampling of deposition and determinate corresponding natural ra-dionuclides. We had used forest vertical profiles that include forest litter (top layer) and two soil layers

ОЦ1НКА ДЕПОНУВАННЯ ПРИРОДНИХ РАДЮНУКЛЩ1В НА ПОВЕРХНЮ

Грунту в юкюлицях трипльськой тес

Бузинний М., Михайлова Л.

ЩУ «1нститут громадського здоров'я iM. Ю.М. Марзеева НАМН Украйни», м. Кийв

Мета дослджень. Юцнка величини випадiння природних радюнукл^в внаслдок викид'в протягомдовгостроковой експлуатацй Трипльськой ТЕС. Матер'али i методи дослджень. Трипльська ТЕС розташована за 40 км на пiвдень вд м. Киева. Для вивчення величини радоактивних випаднь, зумовлених дяльнстю Трипльськой ТЕС, було обрано три длянки соснового лсу за 1,5 км, 1,8 км на ^в^ч та 3,0 км на пiвнiчний захд-^в^ч вд стан-цй, що вдповдають переважаючим напрямкам втру. Дослджуванлiсовi профл поверхн включали шар лсового настилу та два шари фунту зав-товшки 5 см кожен. Для забезпечення статистичной достовiрностi резуль-таш на кож^й з длянок було вобрано вд 5до 8 проф^в. Для порiвняння ми дослдили лiсовi профл за межами впливу теплоенергетичних об'е^в поблизу с. Ясногородка Вишгородського району, на вдстан близько 60 км на пiвнiч вд м. Киева, або понад l0o км вд станцй. Зразки люового настилу спалювали до компактной форми, а Грунти висушували на повiтрi за юмнат-ной температури протягом двох тижнiв до досягнення стабльной маси зраз-ка. Для вимiрювання вмсту радЬнукл^в використовували гамма-спектро-метричну систему виробництва фiрми ORTEC, яка мстить 3 детектори з особливо чистого герма^ю та багатоканального буфера моделi 919. Результати досл'1джень. Результати вимiрювань показали, що величина середнього сукупного рiвня осадження природних радонук-л^в на поверхню, зумовлених штатними викидами Трипльськой ТЕС, на вдстанi 1,5-3 км становить 34 :50; 37ц- 73; 48- 66; 447 -1216 Бк-м2 для 226Ra, 232Th, 238U та 40К. Вiдповiднi максимальн значення принаймн удв'ч б'шьш'г. 63-125; 84:169; 103-180; 725:2430 Бк-м2 для 226Ra, 232Th, 238U та 40К. Переважаюча кльюсть (80-95%) актив-ност радонукл^в депонована у верхньому 5 см шарi Грунту, решта -улiсовому настилi. Переважна бльшсть висадження 210Pb - природного походження, де 55-95% належать до верхнього шару Грунту. Висновки. Результатом штатних викидв Трипльськой ТЕС е збагачена природними рад 'юнукл '!дами поверхня Грунту навколо станцй. Максимальна кльюсть депонованих радонукл^в зосереджена у верхньому 5 см шарi Грунту, решта - у лсовому настилi. Дослiдження л ':сових проф 'л '!в Грунту у зонi впливу ТЕС дае iнформацiю щодо iнтег-ральних рiвнiв природних радюнуклiдiв, депонованих на поверхню за перiод ййдiяльностi. Для отримання статистично зважених результалв необхдне досл^ення 5-8 профiлiв.

Ключовi слова: Трипльська ТЕС, викопне паливо, вуглля, природ-Mi рад 'юнукл 'щи, рад 'юактивш викиди, радоактивне осадження.

© Кудиевский Я.В., Кальниш В. В. СТАТТЯ, 2017.

№ 3 2017 Environment & Health 60

ОЦЕНКА ДЕПОНИРОВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ НА ПОВЕРХНОСТЬ ПОЧВЫ В ОКРЕСТНОСТЯХ ТРИПОЛЬСКОЙ ТЭС Бузынный М., Михайлова Л.

ГУ «Институт общественного здоровья им. А.Н. Марзеева НАМН Украины», г. Киев

Цель исследований. Оценка величины выпадения естественных радионуклидов, выброшенных в течение долгосрочной эксплуатации Трипольской ТЭС. Материалы и методы исследований.

Трипольская ТЭС расположена в 40 км к югу от г. Киева. Для изучения величины радиоактивных выпадений, обусловленных деятельностью Трипольской ТЭС, было выбрано три участка соснового леса в 1,5 км и 1,8 км к северу и 3,0 км северо-западнее — на севере станции, соответствующие преобладающим направлениям ветра. Исследовали лесные профили поверхности: слой лесной подстилки и два слоя почвы толщиной 5 см каждый. Для обеспечения статистической достоверности результатов на каждом из участков были отобраны от 5 до 8 профилей. Для сравнения мы исследовали лесные профили за пределами влияния энергетических объектов неподалеку с. Ясногородка Вышгород-ского района, на расстоянии около 60 км к северу от г. Киева, или более 100 км от станции. Образцы лесной подстилки сжигали до компактной формы, а почвы высушивали на воздухе при комнатной температуре в течение двух недель до достижения стабильной массы образца. Для измерения содержания радионуклидов использовали гамма-спектрометрическую систему производства фирмы ОНТЕС,

которая включает 3 детектора из особо чистого германия и многоканального буфера модели 919. Результаты исследований. Результаты измерений показали, что величина совокупного осаждения природных радионуклидов на поверхность, обусловленных штатными выбросами Трипольской ТЭС, на расстоянии 1,5-3 км составляет в среднем 34 _50; 37 _ 73; 48:66; 447_1216 Бк-м2для 226Яа, 232ТЬ, 238и и 40К. Максимальные соответствующие значения по крайней мере вдвое выше: 63 _125; 84 _169; 103 _ 180; 725:2430 Бк-м2 для 226Яа, 232ТЬ, 238и и 40К. Преобладающее количество (80-95%) активности радионуклидов депонировано в верхнем 5 см слое почвы, остальные — в лесной подстилке. Подавляющее большинство осаждения — 210РЬ составляет компонента природного происхождения, где 55-95% принадлежит верхнему слою почвы. Выводы. Результатом штатных выбросов Трипольской ТЭС есть обогащение поверхности почвы естественными радионуклидами в окрестностях. Максимальное количество депонированных радионуклидов сосредоточено в верхнем 5 см слое почвы, остальные — в лесной подстилке. Исследование лесных профилей почвы в зоне влияния ТЭС дает информацию об уровнях естественных радионуклидов, депонированных на поверхность за период ее деятельности. Для получения статистически взвешенных результатов необходимо исследование 5-8 профилей.

Ключевые слова: Трипольская ТЭС, ископаемое топливо, уголь, природные радионуклиды, радиоактивные выбросы, радиоактивное осаждение.

of 5 cm each underneath. Such an approach, we had used once studying of the spatial distribution of the radioactive graphite widespread in the environment because of Chornobyl nuclear disaster [1].

Trypilska power plant is located in Ukrainka town situated40 km South direction to Kiev, it is under operation since 1969 with annual production 1.8 GWt(e) [2]. We had selected sampling sites among area of pine forest on territory of Ukrainka town and nearby (situated about 1.5 km and 1.8 km N direction and other, 3 km NNW direction), see Figure 1. For comparison, as the background, we had studied profile samples collected on pine forest area near the village Yasnohorodka of Vyshhorod district, situated about 60 km North to Kiev or about 100 km to Trypilska Power station. To perform statistically weighted study for each site we analyze samples of five to eight profiles (the distance between the nearby profiles sampling sites was 20-50 m).

To study of natural radionuclides fallout caused by the releases of thermal power plant it is necessary to measure the integrated operation trace deposited during of long time. The fate of the land surface layers in the open areas like garden, field, meadow cannot be predicted for years due to digging and turning the top layer. We had

selected the area of the land surface among of pine forest, where, we hope, the top layer is intact.

To assess the amount of integrally deposited radionuclides to the land surface we had used an approach, that is often used in studies of forest ecosystems, namely investigated forest surface profile components: forest litter (top layer), and two layers of soil underneath, 5 cm each [1].

METHODS. We had collected samples of the forest litter with land area of 0.25 m2 (50x50 cm) for each profile. Then, within this area, where forest litter was removed, soil samples were taken: two layers of soil one under the other, 5 cm thick and measuring 15x25 cm, i.e. corresponding recesses 0-5 cm and 5-10 cm from the surface. We had dried soil samples for constant weight. As far as forest litter is the top layer, reach of organic matter it has low density. We had ashed samples of forest litter to pre-con-centrate material, and comparing excessive radioactivity of mineral components (ash) with soil (samples of similar density).

We had measured sample radioactivity by gamma spec-troscopy system based on equipment of ORTEC Inc.: MCB mod. 919, and HPG detectors: mod. GEM-40220 and mod. 50250 GEM, each placed in stainless steel shield of 20 cm wide. We had

used Amersham C0-570 source for calibration. 210Pb measurements were carried using HPG detector of GLP-36360/13planar type connected to the same MCB mod. 919. We had tested quality of the measurements obtained by this system participation of IAEA intercomparison tests since 1990 [4]. Recent intercomparison test samples [5] were used as for crosscheck of our measurements of natural radionuclides.

RESULTS AND DISCUSSION. Data on natural radionuclide concentration (one forest soil profile per site) had being presented in table 1, i.e. only 4 profiles of total 26. Thus, we label L0 - forest litter (ash), L1- top layer soil, L2 - bottom layer of soil. As it was estab-

Figure 1 Sampling scheme for Trypilska Power Plant

61 Environment & Health №3 2017

lished, radionuclide concentrations between the same layers of soil of individual profiles differ significantly. Two component of 210Pb (natural deposition generated in atmosphere origin and Trypilska Power Station releases) and variation of individual mass of forest litter layer sample between sites cause significant variation of 210Pb specific activity.

Activity concentration of soil samples (average, standard deviation and median) for each studied site were present in table 2. On this

base, we had calculated the activity ratio of the natural radionuclides in soil of two layers (layer 1 to the layer 2). Mean values are given in table 3 and on figure 2. According to this data, the average specific activity of natural radionuclides in the top layer of soil of background site (Yasnohorodka) is the same (as for 226Ra and 238U) or lower (12% for 232Th and 8% for 40K) comparing to the lower layer, and several times higher for 210Pb. It is quite consistent with the results of comprehensive research of forest soil

Table 1

Radionuclide activity concentration in soil profile (Bq/kg), one profile per site

Site Point Layer 210Pb 226Ra 232Th 238U 40K Ms

Yasnogorodka (Background) T1 L0 795 8,7 7,4 9,8 120 0,12

T1 L1 28,9 5,7 5,7 6,2 96 1,30

T1 L2 9,5 5,9 5,7 5,9 105 1,30

Ukrainka 1 T1 L0 2630 68,6 41,3 68,2 804 0,012

T1 L1 24,8 6,1 6,8 7,1 134 0,976

T1 L2 13,9 4,6 5,6 5,6 105 1,235

Ukrainka 2 U22 L0 80 8,6 7,5 8,5 142 0,10

U22 L1 24,1 4,9 5,3 4,5 135 1,00

U22 L2 12,9 4,8 5,1 4,3 119 1,30

Ukrainka 3 T1 L0 620 27,5 20,6 25,2 412 0,057

T1 L1 118 8,9 9,3 9,8 155 0,527

T1 L2 29,3 7,2 8,1 7,1 159 1,021

profiles [3], which gave us certainty in applicability of our approach. For future calculation of deposited activity, we had used individual data for each sample: activity concentration and total material amount in corresponding layer.

Estimation of 226Ra, 232Th, 238U and 40K deposition.

To assess activity of natural radionuclides deposited on the land surface we considered the following components: radioactivity deposited in the forest litter, and the radioactivity deposited in the top layer of soil. At the first component, for ash of forest litter (A1) - we calculate deposited activity as corresponding to the difference between activity concentration of ash and one of corresponding bottom soil layer (510 cm). At second, we calculate deposited activity for upper soil layer (S1) as the excess of specific activity components. Thus, it is the excess above 100% of the specific activity of the second layer for 226Ra and 238U, when it is excess above 88% of specific activity for 232Th in second layer and 92% - for 40K respectively, i.e. we consider all this in terms of background site, see table 3. We had calculated deposition level for each site using excess and total

Table 2

Radioactivity concentration (Bq/kg) in soil layers for each site, N - number of profiles examined

Site N 210Pb 226Ra 232Th 238U 40K 210Pb 226Ra 232Th 238U 40K

Average Top layer of soil (Layer 1) Bottom layer of soil (Layer 2)

Background 8 40 5,6 4,8 5,9 89 19 5,7 5,4 6,0 97

Ukrainka 1 5 43 6,9 7,4 7,4 145 20 5,5 6,1 5,4 131

Ukrainka 2 7 44 7,5 8,2 8,1 173 27 6,1 6,8 5,9 148

Ukrainka 3 6 83 8,7 8,8 10,1 164 30 7,1 7,5 7,5 157

STD

Background 8 10 0,7 1,3 0,7 10 6 0,7 0,6 0,8 10

Ukrainka 1 5 28 1,8 1,8 2,4 15 9 1,8 2,1 1,7 25

Ukrainka 2 7 27 3,1 3,8 5,9 55 16 2,2 2,8 2,9 54

Ukrainka 3 6 18 0,7 1,9 1,9 12 11 1,3 1,4 1,2 22

Median

Background 8 43 5,8 4,9 5,9 87 20 5,8 5,4 5,9 95

Ukrainka 1 5 29 6,1 6,8 7,1 142 18 4,7 5,3 4,7 127

Ukrainka 2 7 36 6,6 6,7 6,3 150 21 5,7 6,0 5,0 135

Ukrainka 3 6 83 8,9 8,7 10 163 29 6,4 6,9 7,1 159

Table 3

Average specific activity ratio of soil layer 1 to soil layer 2

among sites

Site N 210Pb 226Ra 232Th 238U 40K

Background 8 2,5±0,8 1,00±0,14 0,88±0,22 1,00±0,15 0,92±0,09

Ukrainka 1 5 2,5±0,9 1,31±0,32 1,26±0,31 1,41±0,41 1,12±0,12

Ukrainka 2 7 2,2±0,9 1,21±0,24 1,20±0,26 1,34±0,48 1,19±0,24

Ukrainka 3 6 3,4±2,1 1,35±0,32 1,29±0,39 1,37±0,32 1,10±0,15

mass of one square meter of corresponding layer, see data enclosed in table 4. According to this data, 80-95% deposited activity belongs to upper soil layer.

Estimation of 210Pb deposition. We consider 210Pb deposition data separately, as natural component of it is several times higher in upper soil layer, and it is exceeding 226Ra

№ 3 2017 Environment & Health 62

level even in layer 2 of soil. We calculate 210Pb excess the same way as other radionuclides (226Ra and 238U) i.e. above bottom soil layer. And, we enclose those data of 210Pb excess averaged per site for surface soil and forest litter layers

into table 5. Thus, the cumulative average values differ from each other negligibly including site used as background. This indicates a predominance of the natural component of lead deposition.

Conclusion

Figure 2

Averaged activity ratio for soil layer 1 and layer 2 for different

sites

1,5

1,4 1,3 1,2 1,1

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6

Activity ratio (L1/L2)

□ Ra-226

№

Background

Ukrainka 1

H Th-232

m

m

m

Ukrainka 2

Ukrainka 3

Table 4

Estimation of natural radionuclides (Bq/m2) deposited on ground surface near Trypilska power station

Site 226Ra 232Th 238U 40K

Estimate

Top soil layer

Ukrainka 1 41±28 62±38 56±33 735±285

Ukrainka 2 37±38 67±45 54±39 1154±841

Ukrainka 3 28±18 33±24 43±36 392±244

Forest litter

Ukrainka 1 7,8±5,8 5,8±3,6 9,4±8,2 92±61

Ukrainka 2 8,7±7,0 6,1±4,7 6,3±4,2 62±36

Ukrainka 3 6,0±2,6 3,7±1,5 5,2±2,3 55±14

Maximum

Top soil layer

Ukrainka 1 80 112 106 999

Ukrainka 2 104 155 170 2325

Ukrainka 3 54 79 95 663

Forest litter

Ukrainka 1 13 10 21 160

Ukrainka 2 20 14 9,8 102

Ukrainka 3 9,0 5,6 7,9 71

Estimation of excess of total 210Pb deposition in of soil and forest litter over bottom layer of soil near Trypilska power station

Table 5 upper layer (Bq/m2)

Site Upper soil Forest litter Total

Background 685±243 276±87 957±301

Ukrainka 1 688±402 137±79 851±458

Ukrainka 2 622±346 116±127 837±476

Ukrainka 3 838±406 214±78 1052±432

Our approach shows applicability using of the vertical forest soil profiles for assessing of the land surface deposition level of natural radionuclides (226Ra, 232Th, 238U, 40K) caused bylong-term emissions during of operation of power station.

Studying of soil profiles of forest situated at considerable distance from artificial sources of natural radionuclides emissions shows radionuclide background levels and corresponding radionuclide distribution between ground surface layers applicable for calculation of excess.

Statistical approach used for sampling and testing samples for the examined and for the background areas gives estimation of level and uncertainty for each radionuclide of interest.

We estimate cumulative deposition level of natural radionuclides caused by operation of the Trypilska power station, for areas situated at distance from the source to 1.5-3 km as for 226Ra -34_50, 232Th - 37_73, 238U - 48_ 66, 40K - 447_1216 Bq-m2, when corresponding maximum values are ranged of 226Ra - 63 _125, 232Th - 84_169, 238U - 103 _180; 40K - 725 _ 2430 Bq-m2.

It is seeing that 80-95% of deposited activity of 226Ra, 232Th, 238U and 40K belong to upper 5 cm soil layer, when residual corresponds to forest litter.

210Pb deposition shows that prevailing fraction is component of natural deposition, where 5595% belongs to upper soil layer.

REFERENCES

1. Buzinny M. Radioactive Graphite Dispersion in the Environment in the Vicinity of the Chernobyl Nuclear Power Plant. Radiocarbon. 2006; 48(3) : 451-458.

2. Trypilska Power Plant. Available at : https://uk.wikipedia. org/wiki/Tpuni^bCbKa_TEC or https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0% A2%D1%80%D0%B8%D0%BF%D1 %96%D0%BB%D1%8C%D1%81% D1%8C%D0%BA%D0%B0_%D0%A 2%D0%95%D0%A1

3. Schleich N., Degering D. and Unterricker S. Radiochim. Acta. 2000.88 : 803-808.

4. Strachnov V., Valcovich V., Zeis-ler R. et al. Intercomparison Study IAEA - 312 on the Determination of U, Th and Ra-226 in Soil. IAEA/AL/ 036 / IAEA Agencies laboratories AQCS. Vienna :

IAEA; 1991 : 18 p.

5. IAEA/AL/171: Report on the IAEA-CU-2006-03 World-Wide Proficiency Test on the Determination of Gamma Emitting Radionuclides, May 2007. URL https://nucleus.iaea.org/rpst/Docu ments/iaea_al_171.pdf.

Hagiwwna go pega^i'i 06.03.2017

63 Environment & Health №3 2017