CC BY
214
А. В. Борисов, Д. А. Салко
МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА МОРСКИХ АКВАТОРИЙ И ПРИБРЕЖНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Мониторинг - это система наблюдений (измерений), от которой напрямую зависит качество оценки и прогноза состояния природной среды от антропогенного воздействия, включающая три основных направления деятельности [1]:
• наблюдение за факторами, воздействующими на окружающую среду, и за состоянием среды;
• оценку фактического состояния природной среды;
• прогноз состояния окружающей природной среды и оценку этого состояния.
Для Дальневосточного региона эта проблема особенно актуальна. На его территории находится большое количество ядерных и радиационно-опасных объектов ВМФ, несколько сот организаций используют в производственных и научных целях источники ионизирующего излучения. Их наибольшее количество сосредоточено на южном побережье Японского моря, являющемся наиболее населенным, через порты которого производится регулярное воздушное и морское сообщения с зарубежными странами [2].
Несистематическая, отрывочная информация, получаемая в рамках действующей системы радиационно-гигиенического контроля, перестала отвечать современным требованиям, что обусловило необходимость разработки и внедрения новых форм и методов радиоэкологического наблюдения за территориями и прибрежными акваториями. В рамках решения вышеуказанной проблемы был выполнен ряд работ с целью разработки методов, поиска источников радиоактивного загрязнения окружающей среды, определения структуры и пространственновременных характеристик радиационных полей на прибрежных территориях и морских акваториях.
Задачи исследований включали в себя:
• получение достоверной информации о состоянии радиоэкологической обста -новки в местах вероятного ее изменения и оценку эффективности существующих систем наблюдения за радиоэкологической обстановкой в береговых и морских условиях;
• разработку новых методов, поиска источников радиоактивного загрязнения окружающей среды, определения структуры, пространственно-временных характеристик радиационных полей;
• поиск наиболее эффективных методов обработки данных о радиационной обстановке и разработку новых способов компьютерной визуализации;
• развитие алгоритмов пространственно-временной интерполяции с прогнозом изменения состояния радиоэкологической обстановки на основе данных о фактическом загрязнении природной среды;
• разработку требований по созданию системы мониторинга радиоэкологической обстановки морских акваторий и прибрежных территорий.
В результате решения указанных задач был разработан новый подход к проведению радиоэкологического мониторинга морских акваторий и прибрежных территорий [3].
Сущность разработанного подхода состоит в построении информационно -экологической модели объекта на основе получаемых данных, приближающейся к реальному масштабу времени (часы - сутки в повседневных условиях). Такая система объединяет измерительные приборы, алгоритмы обработки информации и средства визуализации. Полнота представления информации о радиоэкологиче-
ской обстановке достигается построением карт радиационных полей с выделением радиационно-опасных зон и указанием мест расположения источников загрязнения, границ и направлений распространения радиоактивных веществ. Этим обеспечивается естественное восприятие информации и акцентируется внимание на главной смысловой нагрузке для принятия эффективных управленческих решений.
Синтез компьютерной картографии с базами данных радиационных измерений для отображения реальной ситуации на дисплее компьютера обеспечивает удобное для оператора средство контроля за состоянием объекта мониторинга и служит эффективным механизмом объединения многофакторной информации об объекте
[4].
При проведении обследований процедура получения и обобщения данных сведена к поиску источников радиоактивного загрязнения переносными радиометрами, на территории суши - методом пешеходной гамма-съемки - на 0,1 и 1м от поверхности почвы, на морских акваториях - с борта малоразмерного судна - на грунте и 2 м от него. Для этого обследуемые территории и морские акватории покрываются сетью у-измерений. Шаг сетки определяется размерами предполагаемой площади обследования, временем его проведения и характером радиоактивного загрязнения. При неизвестном состоянии радиационной обстановки измерения начинаются по равномерной сетке. В дальнейшем при обнаружении радиоактивных аномалий схема усложняется и применяется способ вложения (переход с больших размеров шага сетки к меньшим), что обеспечивает локализацию источников радиоактивного загрязнения (рис. 1). Проводимые исследования показали, что оптимальной оказалась ячейка размерами 10 х 10 м при измерении территорий и 20 х 20 м при измерениях на акваториях. При обнаружении радиоактивного загрязнения шаг сетки уменьшается до 1 х 1 м и 2х2 м соответственно.
Основой нанесения результатов измерений для навигационнотопографической привязки служат географические и навигационные карты соответствующих масштабов, топографические планшеты, чертежи и схемы застроек территорий, жилых массивов с нанесенными сооружениями, дорогами, магистралями, которые используются в качестве местных реперных знаков. На морских акваториях определение мест производится навигационными, геодезическими методами, на внутренних акваториях и межпирсовых пространствах - методами пеленгов, реперов и линейной разметки.
Для оценки радиоэкологической обстановки и выработки управленческих решений на картах радиационных полей выделяются, как минимум, средний уровень фона, верхняя его граница и зоны радиационного риска: радиоактивного загрязнения (средний фон +0,1 мкГр/ч); допустимого пребывания населения (0,6 мкГр/ч); служащих, персонала (2,4; 28; 56 мкГр/ч), а также зоны с максимальными значениями. На основании анализа карт радиационных полей выделяются источники радиоактивного загрязнения и определяются их параметры (максимальные значения, геометрические размеры и характер пространственного распределения). Далее производится спектрометрический анализ с целью идентификации источника загрязнения к естественному или искусственному происхождению.
В местах, где концентрации техногенных радионуклидов превышают допустимые нормы, производится глубинный мониторинг почвы и грунта с целью установления глубины их проникновения и накопления. Радионуклиды, принадлежащие глобальным выпадениям, как правило, сосредоточены в верхнем слое (5 - 10 см). На территориях в районах радиационных аварий техногенные радионуклиды проникают на глубину до 1 - 10 м. В донных отложениях они сосредото-
чены в верхнем 10 - 25 см слое, а при длительной эксплуатации пунктов базирования и обеспечения обнаруживаются на глубинах 40 - 70 см [3].
На морских акваториях к обязательным видам наблюдений следует отнести контроль за донными отложениями, а также контроль воды на горизонте 2 м от грунта, что позволяет выявить перенос радиоактивных веществ морской водой в придонном слое (рис.1). Выбор данного уровня произведен из условия практически полного поглощения гамма-квантов 60Со морской водой (на 99,9 %; для 137Сб -100 %), что исключает влияние прямого излучения на показания измерительной аппаратуры и обеспечивает определение мощности дозы, обусловленной переносом радиоактивных веществ. Построение карт на горизонте 2 м от грунта позволяет выявить наличие неустойчивых источников радиоактивного загрязнения в донных отложениях и определить направления перемещения радиоактивных веществ в придонном слое. В связи с этим для определения интенсивности и выявления преобладающих направлений перемещения радиоактивных веществ от источников, находящихся в донных отложениях, на внутренних акваториях проводятся исследования и изучение движения водных масс в придонном слое морской воды. При этом определение направлений переноса техногенных радионуклидов производилось на основании анализа карт радиационных полей донных отложений, роз поля течений и эллипсов горизонтальных коэффициентов турбулентной диффузии
[5].
В интересах поиска источников радиоактивного загрязнения и получения данных, необходимых для построения картограмм, особое внимание уделялось выбору методов измерений. Предпочтение было отдано методам сцинтилляционной радиометрии и гамма-спектрометрии. Для наиболее трудоемких исследований на морских акваториях разработаны и широко применялись различные варианты аппаратуры с донными, погружными и буксируемыми высокочувствительными гамма-спектрометрическими приемными детекторами, что впервые позволило изучить пространственное распространение техногенных радионуклидов в прибрежных морских акваториях. Обоснована возможность контроля радиоактивного загрязнения морской воды на маршрутах переходов спецсудов, при заходах их в пункты обеспечения и базирования, в районах захоронения РАО, в местах потери специзделий.
Методика построения карт радиационных полей разработана для обеспечения надежной оценки текущего состояния радиоэкологической обстановки и прогноза ее развития в ближайшее и перспективное будущее. Поскольку полученные данные о радиационной обстановке определены в плоскостях стандартных горизонтов, возможно преобразование данных в цифровую модель поверхности, описываемую функцией типа Ъ = f (х, у). В более общей постановке эта задача сводится к возможности вычисления значений функции в любой точке поверхности (а значит, и в узлах сетки) по исходному набору данных. Строения и инженерные сооружения, ограждения, недоступные места нарушают равномерный характер сети измерений. Основная особенность моделирования поверхности состоит в том, что исследуемая территория, разбитая на сетку с заданными размерами сторон, анализируется программой на соответствие между координатами заданных точек в горизонтальной плоскости и вершинами ячеек сетки модели. Результатом этого анализа становятся значения координат по оси Ъ для тех ячеек, в которых эти значения отсутствовали. Значение Ъ рассчитывается по выбранному алгоритму на основе данных о соседних точках и от степени их влияния на точку расчета. Таким образом, решается задача перехода от набора значений функции Ъ в произвольных (неупорядоченных) точках плоскости к значениям этой функции в узлах регуляр-
ной сетки. Данный метод визуализации радиационной информации обладает рядом преимуществ:
• оперативностью обработки проводимых измерений;
• возможностью выделения наиболее опасных (зараженных) областей;
• наглядностью предоставляемой информации при выработке управленческих решений;
• целостностью восприятия информации при комбинировании нескольких типов карт (рис. 2).
Рис. 1. Примерная схема проведения измерений МЭД на акватории и территории
Создание информационно-экологической модели включает картирование природных и техногенных радиационных полей территорий и акваторий, построение карт распределения концентраций основных техногенных радионуклидов, отражение результатов оценки плотности альфа-бета-загрязнения поверхностей и глубинного мониторинга почвы, воды, грунта, указание мест отбора проб объектов природной среды для радионуклидного анализа.
Для прогноза пространственного перемещения радиоактивных веществ на поверхности почвы и в донных отложениях по фактическим данным разработан метод картографического диагностирования с выделением локальных участков техногенного загрязнения в области фоновых значений МЭД в интервале Ру+кБ, где Ру - средняя МЭД, к - квантиль, Б - среднеквадратичное отклонение МЭД. Для его реализации проведены исследования и статистическая обработка МЭД. Установлено, что в Дальневосточном регионе МЭД изменяются от 4 до 20 мкР/ч. Наибольшие уровни отмечены в Приморском крае (12 - 20 мкР/ч), средние - в Хабаровском крае (8 - 16 мкР/ч) и минимальные - в Камчатской области (4 - 8 мкР/ч). Общей закономерностью изменения МЭД на территориях спецобъектов является ее уменьшение по мере приближения к морю с 12 - 16 до 4 - 6 мкР/ч и понижение до 2 - 4 мкР/ч в открытой части бухт [2].
Рис. 2. Комплексное представление карт радиационных полей
Предложенный подход органически связан с существующим методом контроля радиоэкологической обстановки и является обобщающим видом деятельности. Он лежит в основе оптимизации информационного контроля в вопросах выбора мест отбора проб, объема, периодичности и точности наблюдений. Целесообразно проведение 1 - 2 раза в год исследований и уточнений радиоэкологических информационных моделей с последующим наблюдением за изменением радиоэкологической обстановки в контрольных точках в рамках действующей системы.
Проведенные исследования в Тихоокеанском регионе показали, что в целом, за весь период эксплуатации ядерных и радиационных объектов в прибрежных и морских районах радиоэкологическая обстановка характеризуется как нормальная, при которой обеспечивается сохранение природного (естественного) равновесия в окружающей среде.
Предложенные методы опробованы при проведении комплексных исследований морских акваторий и прибрежных территорий и показали свою эффективность
[6]. Разработаны требования к радиоэкологическому мониторингу и обоснована необходимость перехода на методологию, которая преодолеет существующий способ получения фрагментарной информации и переориентирует радиоэкологические исследования на комплексный подход, позволяющий воспроизводить целостное состояние радиоэкологической обстановки. Построение радиоэкологической информационной модели позволяет получить «фоновый паспорт объекта» и определить размещение в оптимальных местах стационарных средств контроля с целью непрерывного мониторинга за морскими акваториями и прибрежными территориями.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. - М.: Гидроме-теоиздат, 1984.
2. Чайковская Э.Л., Высоцкий В.Л., Гичев Д. В. Закономерности формирования радиационной обстановки на территории Приморского края // Атомная энергия. 2001.
3.Высоцкий В.Л., Алексеенко С.А., Борисов А.В. и др. Оценка состояния радиоэкологической обстановки в пунктах базирования и обеспечения кораблей с АЭУ ТОФ в Приморском крае и на Камчатке: Приложение I НИР “Мониторинг”. -Владивосток, в/ч 90720. 1996.
4.Borisov A.V., Mironenko M.V. Rradioecological monitoring of sea water areas and coastal territories // Сб. науч.-техн. ст. - Владивосток, в/ч 90720. 2003.
5. Высоцкий В.Л., Борисов А. В., Салко Д.А. и др. Влияние выгрузки отработавшего аварийного ядерного топлива с ПМ-80 на радиоэкологическую обстановку в пункте временного базирования б. Конюшкова. - Владивосток, ТОФ, 2000.
6. Высоцкий В.Л., Борисов А.В., Максимов А.А. и др. Атлас радиоэкологической обстановки на судоремонтном заводе в бухте Чажма, прилегающих территориях и морских акваториях: НИР “Мониторинг”. - Владивосток, в/ч 90720.1999.
А.В. Борисов, Д.А. Салко МЕТОДЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДОННОГО ГАММА-СПЕКТРОМЕТРА
Повышение эффективности систем обеспечения радиоэкологической безопасности требует постоянного и всестороннего анализа ее состояния. В настоящее время при анализе донных радиоактивных загрязнений широкое применение находит метод сцинтилляционной спектрометрии. Этот метод позволяет определить энергию ядерного излучения, периоды полураспада измеряемых изотопов и их активность.
Измерение загрязнения морского дна искусственными радиоизотопами ведется с помощью отбора проб донных отложений (дночерпания) и последующего измерения содержания изотопов в этих пробах. Но в прибрежных районах, из-за различного вида грунта не всегда удается произвести отбор проб с помощью дночер-пателя или трубки ГОИН. Также одним из существенных недостатков данного метода является отсутствие оперативности получаемой информации и низкая производительность, что существенно влияет на работу в экспедиционных условиях и не позволяет эффективно проводить систематический контроль на больших площадях. Для решения этой проблемы разработан погружной (донный) гамма-спектрометр.
Созданный комплекс позволяет производить измерения с борта экспедиционного судна непосредственно опуская на дно детектор гамма-излучения. Это позволяет избежать операций по отбору, транспортировке, хранению и обработке проб. Кроме того, становится возможен оперативный радионуклидный анализ в местах, где невозможно отбирать пробы донных отложений (выход скальных пород, каменистый грунт, бетонные покрытия, наличие густых водорослей).
Метод сцинтилляционной гамма-спектрометрии, с одной стороны, обладает сравнительно высоким энергетическим разрешением сцинтилляционных гамма-спектрометров (около 10 % по линии 0,662 Мэв для кристалла NaI(TL) размером
