CC BY
33
DOI: 10.21870/0131-3878-2019-28-1-68-81 УДК 631.438:621.039.586:614.876(470.318)
Оценка контрольных уровней содержания радионуклидов в почве для территорий Калужской области, загрязнённых после чернобыльской аварии
Антохина В.А.1, Максимова О.А.2, Бурякова А.А.3, Крышев И.И.3
1 Министерство природных ресурсов и экологии Калужской области, Калуга;
2 Экологический факультет Российского университета дружбы народов, Москва;
3 ФГБУ «НПО «Тайфун», Обнинск
Выполнены оценки контрольных уровней содержания 137Cs, 90Sr и 239Pu в почве с учётом способов землепользования и региональной специфики территорий Калужской области, подвергшихся загрязнению в результате чернобыльской аварии, по радиационно-гигиеническому и экологическому критериям. Оценки по радиационно-гигиеническому критерию непревышения годовой эффективной дозы 1 мЗв/год производились для пяти сценариев землепользования: постоянное проживание человека на загрязнённой территории с её неограниченным сельскохозяйственным использованием, ограниченное сельскохозяйственное использование территории (приусадебное хозяйство), городская застройка с постоянным проживанием населения, застройка территории с временным нахождением людей (индустриальное использование), рекреационное использование земель (туризм). Величины коэффициентов перехода радионуклидов из почвы в местную пищевую продукцию оценивали по данным наблюдений в загрязнённых районах Калужской области и территориях Чернобыльского и Восточно-Уральского радиоактивного следа. При оценке контрольных уровней по экологическому критерию в качестве референтных организмов биоты были выбраны: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), клевер луговой (Trifolium pratense), дождевой червь обыкновенный (Lumbricus terrestris), медоносная пчела (Аpis melliféra), уж обыкновенный (Natrix natrix), кряква (Anas platyrhynchos), лось (Alces alces). В сценарии неограниченного сельскохозяйственного использования территории наибольший вклад в дозу внутреннего облучения для 137Cs дают потребление грибов и ягод (79%), картофеля, молока и мяса (19%); для 90Sr - молоко (56%), овощи и картофель (36%); для Pu - рыба, мясо и молоко (98%). Наименьшие значения контрольных уровней плотности загрязнения почвы для всех трёх радионуклидов характерны для сельскохозяйственного использования территории, наибольшие - для индустриального сценария. Для 137Cs в условиях городского сценария контрольный уровень плотности загрязнения почвы в 1,9 раза выше по сравнению с сельскохозяйственным сценарием, для 90Sr - в 105 раз, для 239Pu - в 156 раз, что связано с существенным снижением в городских условиях дозы внутреннего облучения по сравнению с сельскохозяйственным использованием территории, при сохранении роли гамма-излучения 137Cs в формировании внешней дозы. При рекреационном использовании территории на величину контрольных уровней существенное влияние оказывают природные пищевое цепочки. Полученные значения контрольных уровней плотности загрязнения почвы при неограниченном сельскохозяйственном использовании в целом соответствуют критериям, применявшимся для территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате Кыштымской аварии и аварии на Чернобыльской АЭС. Вместе с тем, использование региональных специфических значений параметров накопления радионуклидов в сельскохозяйственных и природных продуктах питания населения позволяет заметно снизить консерватизм оценки контрольных уровней содержания радионуклидов в почве по сравнению с оценками, использующими обобщённые справочные значения таких параметров. Для сценария сельскохозяйственного использования территории радиаци-онно-гигиенический критерий является более жёстким по сравнению с экологическим для всех рассмотренных радионуклидов, тогда как для городского и индустриального сценариев для 90Sr и 239Pu более жёстким оказывается экологический критерий. В качестве единого показателя допустимого содержания радионуклидов в почве, обеспечивающего при его соблюдении радиационную безопасность населения и сохранение благоприятной окружающей среды, рекомендуется использовать наиболее консервативное значение контрольного уровня, удовлетворяющего как радиаци-онно-гигиеническим, так и экологическим требованиям.
Ключевые слова: контрольный уровень, почва, чернобыльская авария, Восточно-Уральский радиоактивный след, Калужская область, 137Cs, 90Sr, 239Pu, коэффициенты перехода, сценарий землепользования, радиационно-гигиенический критерий, экологический критерий.
Антохина В.А. - министр, Министерство природных ресурсов и экологии Калужской обл. Максимова О.А. - доцент, к. геол.-минерал.н. ФГАОУ ВО РУДН. Бурякова А.А.* - инженер; Крышев И.И. - главный науч. сотр., д. физ.-мат.н., проф. ФГБУ «НПО «Тайфун». •Контакты: 249038, Калужская обл., Обнинск, ул. Победы, 4. Тел.: (484) 397-16-01; e-mail: buryakova@rpatyphoon.ru.
Введение
Целью настоящей работы является развитие методологии оценки контрольных уровней содержания радионуклидов в почве, соблюдение которых обеспечивает радиационную безопасность населения и сохранение благоприятной окружающей среды, с учётом способов землепользования и региональной специфики территорий Калужской области, подвергшихся загрязнению в результате чернобыльской аварии. Ранее специалистами НПО «Тайфун» Росгидромета Минприроды России была разработана общая методика определения содержания радионуклидов в почве по уровням радиационного риска для населения для пяти сценариев землепользования:
постоянное проживание человека на загрязнённой территории с её неограниченным сельскохозяйственным использованием,
ограниченное сельскохозяйственное использование территории (приусадебное хозяйство), городская застройка с постоянным проживанием населения,
застройка территории с временным нахождением людей (индустриальное использование), рекреационное использование земель (туризм) [1, 2].
Недавно похожие сценарии были использованы в работе [3] для обоснования радиологических критериев использования территорий с остаточным радиоактивным загрязнением. В отличие от общей методики, определяющей контрольные уровни содержания радионуклидов в почве по радиационно-гигиеническому критерию на основе обобщённых справочных значений экологических и дозиметрических параметров, в настоящей работе сделан акцент на применение модельных параметров, оцениваемых по данным наблюдений в загрязнённых районах Калужской области и территориях Чернобыльского и Восточно-Уральского радиоактивного следа [4-8]. Кроме этого, выполнены оценки контрольных уровней содержания рассматриваемых радионуклидов в почве по экологическому критерию. Сопоставление оценок по радиационно-гигиеническому и экологическому критерию позволяет установить единый показатель качества почвы, обеспечивающий радиационную безопасность населения и сохранение благоприятной окружающей среды.
Материалы и методы
Расчёт по радиационно-гигиеническому критерию контрольного уровня (КУ) для /-го радионуклида, присутствующего в почве, проводился в соответствии с [1, 2] с учётом соотношения:
КУ/ = КЗ/ • С,//, (1)
где КУ, - допустимый уровень содержания /-го радионуклида в почве, Бк/м ; С3,1 - плотность загрязнения почвы /-ым радионуклидом, 1 Бк/м ; КЗ/ - коэффициент запаса для /-го радионуклида, определяемый по формуле:
КЗ,= ДДН / РДН//. (2)
В формуле (2) РДН1 - полная доза на население от /-го радионуклида, с учётом всех путей облучения (внешняя доза, ингаляция, потребление местных продуктов питания), рассчитанная на единичное загрязнение почвы 1 Бк/м2; ДДН - дозовая квота дополнительного облучения населения с учётом сельскохозяйственных цепочек.
Расчёт дозы на население от проживания на загрязнённой территории производился по формуле:
РДН . = H . . + H. „ . + H (3)
~ i ing ,i inh ,i ext ,i ' v '
где Hjngj - годовая доза внутреннего облучения населения от поступления радионуклида с пищевыми продуктами и водой (вклад i-го радионуклида, содержащегося в загрязнённой почве); Hjnhj - годовая доза внутреннего облучения населения за счёт ингаляции от пыли (вклад i-го радионуклида, содержащегося в почве); Hextii - годовая доза внешнего облучения населения, включающая облучение от загрязнённой радионуклидом поверхности земли (вклад i-го радионуклида, содержащегося в почве).
Расчёт потенциальной дозы на население от потребления продуктов питания на загрязнённой территории проводился по формуле:
1 о
H. = У R ■ B ■ K -е. . , (4)
ing ,i ^^ p p s ing ,i ' v '
P = 1
где Rp - годовое потребление p-го продукта питания, кг/год; Bp - коэффициент, учитывающий потери радионуклида при кулинарной обработке р-го продукта; Ks - коэффициент перехода радионуклида из почвы в продукт питания, м2/кг (при оценке дозы от потребления рыбы использовался коэффициент накопления радионуклида относительно воды); eingii - дозовый коэффициент для пищевого поступления радионуклида, Зв/Бк. Учитывались следующие пути пищевого поступления радионуклидов: поступление с зелёной частью растений, плодовыми овощами, картофелем и корнеплодами, молоком и мясом, грибами и ягодами, рыбой, частицами почвы и водой.
Внутренняя доза облучения населения при вдыхании радионуклидов Hinhi определялась из соотношения:
H. „. = е. h . ■ U. h ■ С . . , (5)
inh ,i inh ,i inh air ,s ,i ' v '
где einh:i - фактор дозовой конверсии при ингаляции i-го радионуклида, Зв/Бк; Cair,sii - концентрация радионуклида в воздухе c учётом ресуспензии (Бк/м ); Uinh - интенсивность дыхания человека (23 м /год).
Концентрация радионуклида в воздухе c учётом ресуспензии рассчитывалась следующим образом:
Cair,s,i = Cs,i • Ke.n.t (6)
где Cs,i - плотность загрязнения почвы i-ым радионуклидом (Бк/м ); Квп, - коэффициент ветрового подъёма, определяемый отношением результирующей в данной точке концентрации радиоактивного вещества в приземном слое воздуха (Бк/м3) к плотности радиоактивного загряз-
2 1 9 1
нения в этой точке (Бк/м ), м- . В расчётах Квп принималось равным 10- м- [1].
Внешняя доза облучения от загрязнённой радионуклидом поверхности земли Hsi рассчитывается по формуле:
Hsi = Csi • Rs • ks, (7)
где Csj - плотность загрязнения почвы i-ым радионуклидом (Бк/м2); Rsr - дозовый фактор конверсии при облучении от поверхности почвы для i-го радионуклида для полевой дозы гамма-излучения, Звм2/(Бкгод), ks' - коэффициент экранирования облучения от почвы.
Контрольные уровни содержания радионуклидов в почве рассчитывались при критерии непревышения годовой эффективной дозы 1 мЗв/год для 5 сценариев использования загрязнённой территории, каждому из которых соответствуют свои пути облучения населения (табл. 1).
Сценарий 1 предполагает постоянное проживание человека на загрязнённой территории и сельскохозяйственное использование данной земли. Учитываются следующие пути облучения: внешнее облучение от поверхности земли; ингаляционное поступление радионуклидов при вторичном ветровом подъёме радионуклидов (ресуспензии); облучение от потребления загрязнённых овощей, картофеля и зелёных растений, молока и мяса, рыбы, грибов и ягод, частиц почвы, питьевой воды.
Таблица 1
Сценарии облучения человека
Путь облучения 1 2 3 4 5
Внешнее облучение + + + + +
Вдыхание пыли + + + + +
Потребление овощей и зелёных растений + + - - -
Потребление молока + - - - -
Потребление мяса + - - - -
Потребление рыбы + + - - +
Потребление грибов и ягод + + - - +
Потребление частиц почвы + + - - +
Потребление питьевой воды из местных водных объектов + + + - -
Примечание: 1 - сельскохозяйственное использование территории, постоянное проживание; 2 - приусадебное хозяйство, постоянное проживание; 3 - городская застройка, постоянное проживание; 4 - индустриальное использование, временное проживание; 5 - рекреационное использование (туризм), временное нахождение.
Сценарий 2 предполагает постоянное проживание человека на загрязнённой территории и ограничение на сельскохозяйственное использование данной земли (приусадебное хозяйство). Учитываются следующие пути облучения населения: внешнее облучение от поверхности земли; ингаляционное поступление радионуклидов при вторичном ветровом подъёме радионуклидов; облучение от потребления загрязнённых овощей и зелёных растений, рыбы, грибов и ягод, частиц почвы, питьевой воды.
Сценарий 3 предполагает постоянное проживание человека в городской застройке без хозяйственного использования загрязнённой земли. Учитываются следующие пути облучения: внешнее облучение от поверхности земли; ингаляционное поступление радионуклидов при вторичном ветровом подъёме радионуклидов и облучение от потребления питьевой воды.
Сценарий 4 предполагает временное нахождение на загрязнённой территории (2000 ч в году), с индустриальным использованием земли. Учитываются только внешнее облучение от поверхности загрязнённой почвы и ингаляционное поступление радионуклидов при вторичном ветровом подъёме радионуклидов.
Сценарий 5 предполагает временное нахождение на загрязнённой территории (1 мес. в году) и рекреационное использование данной земли (туризм). Учитываются следующие пути облучения: внешнее облучение от поверхности земли; ингаляционное поступление радионуклидов при вторичном ветровом подъёме радионуклидов; облучение от потребления рыбы, частиц почвы, грибов и ягод.
Значения параметров, необходимых для расчёта потенциальной дозы облучения населения, представлены в табл. 2, 3 [4-9].
Таблица 2
Годовое потребление продуктов питания Кр (для Калужской области) и соответствующие коэффициенты, учитывающие потери радионуклида при кулинарной обработке продукции Вр
Параметр Rp, кг/год Bp
Листовые 1 0,7
Овощи (томаты, огурцы, капуста) 99 0,7
Картофель 120 0,8
Молоко 224 1,0
Мясо 68 0,9
Частицы почвы 0,0185 1,0
Грибы 9 0,9
Ягоды 5 0,7
Вода 478 1,0
Рыба 12 0,9
Таблица 3
Коэффициенты для расчёта дозы облучения населения на территории Калужской области, загрязнённой в результате чернобыльской аварии
13^ 239Ри Размерность
Коэффициенты перехо да радионуклидов в продукты питания
Листовые Овощи Картофель Молоко Мясо Грибы Ягоды Вода питьевая Рыба (мышцы) 2,0010-4 8,00-10"5 3,0010-4 4,20-10"5 1,4010-4 2,0010-2 4,50-10"3 8,0010-8 1300 3.30-10"4 3,7010-4 1.30-10"4 2,70-10"4 6,0010-5 5,0010-4 2,0010-4 1,2010-6 3 1,6010-4 5,0010-5 2,6010-5 3,0010-5 3,7010-4 6.00-10"5 2,0010-5 1,5010-6 2,10104* м2/кг (Бк/кг)/(Бк/л)
Дозовые коэффициенты для внутреннего облучения
Пищевое поступление Вдыхание 1,3010-8 4.60-10"9 2,810-8 3,610-8 2,5010"' 5,0010-5 Зв/Бк Зв/Бк
Дозовые коэффициенты для внешнего облучения
От поверхности почвы 1,9-10-9 5,1710-11 1,1610-11 (Звм2)/(годБк)
Примечание: * по данным справочника МАГАТЭ [6].
В соответствии с [10] оценка контрольных уровней содержания радионуклидов в почве по экологическому критерию производилась по формуле:
Р
А . = -^-, (8)
т-'-"-эк (йСР. СР. йСР. -г
4 I,п ,1 I ,п ,4 I ,п,4 '
где Ртах,п - критерий предельно допустимого радиационно-экологического воздействия на п-ый представительный объект наземной биоты, мГр/сут (1 мГр/сут - для млекопитающих, позвоночных животных и сосны обыкновенной; 10 мГр/сут - для беспозвоночных животных и растений, кроме сосны обыкновенной); йОРц - фактор дозовой конверсии для внутреннего облучения 11-го представительного объекта наземной биоты от 1-го радионуклида, (мкГр/ч)/(Бк/кг сырого веса); ОР/14 - коэффициент накопления /-го радионуклида в п-ом представительном объекте наземной биоты, (Бк/кг сырой массы)/(Бк/кг почвы); йОр1„4 - фактор дозовой конверсии для внешнего облучения п-го представительного объекта наземной биоты от /-го радионуклида, (мкГр/ч)/(Бк/кг сырого веса); г- переводной коэффициент, равный 2,410- (мГр/сут)/(мкГр/ч).
В качестве референтных организмов для загрязнённых радионуклидами территорий Калужской области в соответствии с [11] были выбраны следующие виды:
млекопитающие: лось (Alces alces), птицы: кряква (Anas platyrhynchos); пресмыкающиеся: уж обыкновенный (Natrix natrix);
высшие растения: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), клевер луговой (Trifolium pratense);
почвенные беспозвоночные: дождевой червь обыкновенный (Lumbricus terrestris); насекомые: медоносная пчела (Apis mellifera).
Значения коэффициентов накопления радионуклидов в референтных организмах биоты и дозовых факторов конверсии были взяты из методических рекомендаций [11].
Результаты и обсуждение Оценка контрольных уровней по радиационно-гигиеническому критерию
В табл. 4 и 5 представлены значения дозы на население при единичном загрязнении поч-
2 137 90 239
вы 1 Бк/м Cs, Sr и Pu в условиях постоянного проживания населения при сельскохозяйственном использовании земли (сценарий 1) или при ведении приусадебного хозяйства (сценарий 2), характеризующихся наибольшим числом путей облучения.
Таблица 4
Доза на население при поверхностном загрязнении почвы 1 Бк/м2 радионуклидами
Се, 90Sr, 239Pu для сценария 1
Доза облучения человека, Зв/год 13'Cs 90Sr 239Pu
Зелёные растения 1,82 10-12 2,6410-11 2,8010-11
п; m s о Овощи 7,2110"11 2,0510"9 8,6610"1ü
£ ^ Картофель 3,74Ю"10 9,9810-10 6,2410-10
^ ° к о s ь с 1 О X я 1= 3 £ Молоко Мясо 1,2210-10 1,11 • 10-10 4,8410"9 2,94Ю"10 1,6810"9 5,6610"9
Грибы 2,11 • 10-9 3,2410-10 12210"10
i с ° i Ягоды 4,7410-10 5,6010"11 1,7510-11
го I о " Рыба 1,4610"11 3,1110"12 8,51 • 10-8
° го Вода 4,9710"13 4,5910-11 1,7910-10
Частицы почвы 1,6910"12 1,0410"11 3,2610"11
Суммарная доза от продуктов питания Доза от вдыхания радионуклидов Внешняя доза от поверхности почвы Суммарная доза 3,2810"9 3,8610"14 1,9010"9 5,1810"9 8,6510"9 4,2010"13 5,1710-11 8,7010"9 9,4310"8 4,2010-10 1,1610"11 9,4710"8
Таблица 5
Доза на население при поверхностном загрязнении почвы 1 Бк/м2 радионуклидами
Се, 90бг, 239Ри для сценария 2
Доза облучения человека, Зв/год 13'Cs 90Sr 239Pu
Доза от потребления продуктов питания Доза от вдыхания радионуклидов Внешняя доза от поверхности почвы Суммарная доза 3,0410"9 3,8610"14 1,9010"9 4,9410"9 3,5210"9 4,2010"13 5,1710-11 3,5710"9 8,6910"8 4,2010-10 1,16-Ю"11 8,7410"8
В сценарии 1 наибольший вклад в дозу внутреннего облучения для 137Сэ дают потребление грибов и ягод (79%), картофеля, молока и мяса (19%); для 903г - молоко (56%), овощи и
картофель (36%); для 239Ри - рыба, мясо и молоко (98%). Доза внешнего облучения от поверх-
137
ности почвы для Сб в сценарии 1 составляет 37% от полной дозы. Вклад ингаляционной дозы за счёт ресуспензии радионуклидов в приземный воздух незначителен. По величине дозы от
137 93Р
Сэ и Ри сценарии 1 и 2 различаются несущественно. В обоих сценариях для этих радионуклидов по вкладу в дозу внутреннего облучения доминируют природные пищевые цепочки. Для 90Бг доза в сценарии 1 выше по сравнению со сценарием 2 в 2,4 раза за счёт молочной цепочки, отсутствующей в сценарии 2.
Для сценария 3 (постоянное проживание в условиях городской застройки) дополнительное внутреннее облучение возможно за счёт использования питьевой воды из местных источников. Основной вклад в дозу для 137Сэ даёт внешнее облучение от почвы, 90Бг - внутренне облучение от потребления воды, 239Ри - ингаляция воздуха (табл. 6).
Таблица 6
Доза на население при поверхностном загрязнении почвы 1 Бк/м2 радионуклидами
Се, 90бг, 239Ри для сценария 3
Доза облучения человека, Зв/год |3'Сз 90Бг 239Ри
Доза от потребления воды Доза от вдыхания радионуклидов Внешняя доза от поверхности почвы Суммарная доза 4,97Ю"13 3,8610"14 1,34-10"9 1,34-10"9 4,5910-11 4,2010-13 3,6410"11 8,27Ю"11 1,79 1 О-10 4,20Ю"10 8,1810-12 6,07Ю"10
Для сценария 4, характеризующегося наименьшим числом путей облучения населения (вдыхание радионуклидов и внешнее облучение от поверхности почвы), доминирующий вклад в дозу даёт внешнее облучение от 137Сэ (табл. 7).
Таблица 7
Доза на население при поверхностном загрязнении почвы 1 Бк/м2 радионуклидами
Се, 90бг, 239Ри для сценария 4
Доза облучения человека, Зв/год 13'Сэ 90Бг 239Ри
Доза от вдыхания радионуклидов Внешняя доза от поверхности почвы Суммарная доза 8,8810"15 4,3710-10 4,3710-10 9,6610-14 1,19-10-11 1,19-10-11 9,6610-11 2,6710-12 9,9310-11
При рекреационном использовании территории (туризм) в рамках сценария 5 основной
137 РП 93Р
вклад в дозу внутреннего облучения для Сб, Бг и 239Ри даёт потребление грибов, ягод и рыбы, доза от потребления природных продуктов является определяющей в формировании суммарной дозы (табл. 8).
Таблица 8
Доза на население при поверхностном загрязнении почвы 1 Бк/м2 радионуклидами
Се, 90бг, 239Ри для сценария 5
Доза облучения человека, Зв/год 13'Сэ 90Бг 239Ри
Доза от потребления продуктов питания Доза от вдыхания радионуклидов Внешняя доза от поверхности почвы Суммарная доза 2,59-10"9 3,20-10"1Ь 1,5810-10 2,7510-9 3,8410-10 3,4910-14 4,2910-12 3,8810-10 8,5210"в 3,4910-11 9,6310-13 8,5210"а
Контрольные уровни содержания радионуклидов в почве, рассчитанные для критерия предела дозы 1 мЗв/год для каждого сценария использования загрязнённой территории, приведены в табл. 9.
Таблица 9
137 90 239
Контрольные уровни содержания радионуклидов Се, Бг и Ри в почве при критерии предела дозы для населения 1 мЗв/год для различных сценариев использования
загрязнённой территории
№ Допустимый уровень содержания в почве, Бк/м2
сценария l3'Cs 90Sr 239Pu
1 1,93105 1,15-105 1,06104
2 2,0105 2,80105 1,14-104
3 7,46105 1,21 • 107 1,65106
4 2,29106 8,40107 1,00107
5 3,64105 2,58106 1,17104
Наименьшие значения контрольных уровней плотности загрязнения почвы для всех трёх радионуклидов характерны для сельскохозяйственного использования территории (сценарий 1), наибольшие - для индустриального сценария 4. Для 137Cs в условиях городского сценария 3 контрольный уровень плотности загрязнения почвы в 1,9 раза выше по сравнению с сельскохо-
QO 93Q
зяйственным сценарием 1, для Sr - в 105 раз, для Pu - в 156 раз. Такая разница объясняется тем, что в городских условиях существенно снижается доза внутреннего облучения по сравнению с сельскохозяйственным использованием территории, при этом сохраняется роль гамма-
137 137
излучения Cs в формировании внешней дозы. Для Cs при рекреационном использовании территории по сценарию 5 контрольный уровень плотности загрязнения почвы в 1,9 раза выше
90 239
по сравнению с сельскохозяйственным сценарием 1, для Sr - в 22 раза, а для Pu - в 1,1 раза, т.е. практически не отличается от сценария 1, что связано с существенной ролью природной пищевой цепочки в формировании дозы внутреннего облучения для этого сценария.
Представляет интерес сравнить полученные значения контрольных уровней плотности загрязнения почвы с критериями, использовавшимися для территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате Кыштымской аварии (1957 г.) и аварии на Чернобыльской АЭС [7, 12]. Для Восточно-Уральского радиоактивного следа в качестве предельно допустимого уровня содержания 90Sr в почве, не требующего ограничений на сельскохозяйственное использование территории, была установлена величина 2 Ки/км2 (74 кБк/м2) [7], что в 1,5 раза ниже по сравнению со сценарием 1.
Уровень загрязнения почвы 137Cs после аварии на Чернобыльской АЭС 15 Ки/км2 (555 кБк/м2) был принят как предельно возможный для ведения сельского и приусадебного хозяйства без обязательной дезактивации. Население, проживающее на территории с плотностью за-
22
грязнения от 5 до 15 Ки/км (185-555 кБк/м ), имеет право на отселение с возмещением вреда и
137 2
мерами социальной поддержки. Контрольный уровень по Cs 193 кБк/м для сценария 1 неограниченного сельскохозяйственного использования территории практически совпадает с нижней границей этого интервала 185 кБк/м2. Для 90Sr был установлен критерий допустимого со-
22
держания в почве 3 Ки/км (111 кБк/м ), что практически совпадает с контрольным уровнем для
ooq о4П о
сельскохозяйственного сценария 1 (табл. 9). Для ' Pu был установлен критерий 0,1 Ки/км (3,7 кБк/м2) [12]. Этот критерий является примерно в 3 раза более консервативным по сравнению с контрольным уровнем для сценария 1.
Выполним также сопоставление контрольных уровней плотности загрязнения радионуклидами почвы для сценария 1 неограниченного сельскохозяйственного использования территории с расчётами, представленными в других работах [1-3, 13], основанных на применении (в отличие от нашей работы) обобщённых значений модельных параметров, без учёта региональной специфики (табл. 10). Произведём такое сопоставление для граничного значения годовой эффективной дозы 0,3 мЗв.
Таблица 10
Сравнение результатов расчётов различными авторами контрольных уровней содержания радионуклидов в почве для критерия годовой эффективной дозы 0,3 мЗв при неограниченном использовании территории, Бк/кг
Радионуклид Данная работа [1] [3] [13]
13'Оз 410 250 200 407
9°Эг 240 46 70 63
239Ри 23 40 2500 85
Примечание: * для граничного значения годовой эффективной дозы 0,25 мЗв.
Результаты сопоставления расчётов различных авторов показывают, что использование региональных специфических значений параметров накопления радионуклидов в сельскохозяйственных и природных продуктах питания населения позволяет в целом заметно снизить
137
консерватизм оценки контрольных уровней содержания радионуклидов в почве. Для Об контрольный уровень, рассчитанный в настоящей работе для сельскохозяйственного сценария использования территории, в 1,6 раза выше по сравнению с [1], в 2 раза выше по сравнению с [3], и совпадает с оценкой [13] скрининговых значений содержания 137Об в почве; для 903г - в 3-5 раз выше, чем в работах [1, 3, 13]. Вместе с тем, для 239Ри оценка контрольного уровня в данной работе оказалась более жёсткой: в 1,7 раза по сравнению с [1], в 3,7 раза по сравнению с [13], и в 110 раз по сравнению с [3]. Причина такого расхождения, вероятно, связана с использованием в настоящей работе актуализированных значений коэффициентов накопления плутония в природных и сельскохозяйственных продуктах [6-8].
Оценка контрольных уровней по экологическому критерию
Оценка контрольных уровней содержания радионуклидов в почве по экологическому кри-
137
терию производилась по формуле (8). В соответствии с расчётными оценками для Об контрольные уровни плотности загрязнения почвы по радиационно-гигиеническому критерию являются более жёсткими по сравнению с экологическим критерием (табл. 11, 12): для сценария 1 - в 24 раза, сценария 2 - в 23 раза, сценария 3 - в 6 раз, сценария 4 - в 2 раза, сценария 5 -в 12 раз.
Таблица 11
Значения контрольного уровня плотности загрязнения почвы (Бк/м2) по экологическому критерию
Радионуклид Контрольный уровень, Бк/м2 Критическая группа наземной биоты
13'ОБ 9иЭг 239ри* 4,56106 7,48105 8,80105 Пресмыкающиеся (уж) Пресмыкающиеся (уж) Брюхоногие (улитка)
Примечание: * для коэффициента качества альфа-излучения плутония - 20.
Таблица 12
Сравнение контрольных уровней плотности загрязнения почвы по радиационно-гигиеническому и экологическому критериям
Радионуклид Сценарий Радиационно-гигиенический критерий Экологический критерий Рекомендуемое значение
1 1,93105 4,56106 1,93105
1370б 2 2,02105 4,56106 2,02105
3 7,46105 4,56106 7,46105
4 2,29106 4,56106 2,29106
5 3,6105 4,56106 3,64105
1 1,15-105 7,48105 1,15-105
90Бг 2 2,80105 7,48105 2,80105
3 1,21 • 107 7,48105 7,48105
4 8,40107 7,48105 7,48105
5 2,58106 7,48105 7,48105
1 1,06104 8,80105 1,06104
2 1,14-104 8,80105 1,14-104
239Ри 3 1,65106 8,80105 8,80105
4 1,00-10' 8,80105 8,80105
5 1,17-104 8,80105 1,17-104
Для 903г радиационно-гигиенический критерий является более жёстким по сравнению с экологическим для сценариев 1 и 2, соответственно в 6 и 3 раза. Вместе с тем, экологический критерий для 90Бг в почве оказывается более жёстким для сценария 3 - в 16 раз, для сценария 4 - в 112 раз, для сценария 5 - в 3 раза.
Для 239Ри радиационно-гигиенический критерий является более жёстким по сравнению с экологическим для сценариев 1, 2 и 5, соответственно в 83, 77 и 75 раз. Экологический критерий для 239Ри в почве оказывается более жёстким для сценария 3 - в 2 раза, для сценария 4 - в 11 раз.
В качестве единого показателя допустимого содержания радионуклидов в почве рекомендуется использовать наиболее консервативное значение контрольного уровня, удовлетворяющего, как радиационно-гигиеническим, так и экологическим требованиям (табл. 12).
Заключение
При определении контрольных уровней содержания радионуклидов в почве на загрязнённых участках территории потенциальными путями радиационного воздействия являются: внешнее облучение от радионуклидов в почве, ингаляция пыли, потребление местной продукции (молоко, мясо, картофель, овощи, грибы, ягоды, рыба), потребление питьевой воды из местных источников, прямое потребление частиц почвы. Относительная значимость различных путей облучения для разных радионуклидов различна. Для гамма-излучающих нуклидов (1370б) наряду с внутренним облучением от потребления местной продукции важную роль играет
пп ооп
внешнее облучение от почвы, для бета- ( Бг) и альфа-излучателей ( Ри) доминирует потребление местных продуктов. Вдыхание пыли является в большинстве случаев менее значимым путём облучения населения.
137 РП 93Р
Контрольные уровни Об, Бг, Ри в почве существенно зависят от способа землепользования. Наименьшие значения контрольных уровней плотности загрязнения почвы радионуклидами характерны для сельскохозяйственного использования территории, наибольшие -
для индустриального сценария. Значения контрольных уровней плотности загрязнения почвы по радиационно-гигиеническому критерию в загрязнённых чернобыльскими радионуклидами районах Калужской области при их неограниченном сельскохозяйственном использовании в целом соотносятся с критериями, использовавшимися для территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате Кыштымской аварии и аварии на Чернобыльской АЭС. Вместе с тем, использование региональных специфических значений параметров накопления радионуклидов в сельскохозяйственных и природных продуктах питания населения позволяет заметно снизить консерватизм оценки контрольных уровней содержания радионуклидов в почве по сравнению с оценками, использующими обобщённые справочные значения таких параметров.
Для сценария сельскохозяйственного использования территории радиационно-гигиенический критерий является более жёстким по сравнению с экологическим для всех рас-
90
смотренных радионуклидов, тогда как для городского и индустриального сценариев для Бг и 239Ри более жёстким оказывается экологический критерий. Значимость экологического критерия обусловлена тем обстоятельством, что, несмотря на более высокие уровни безопасного облучения биоты по сравнению с человеком, объекты биоты независимо от сценария землепользования подвергаются облучению практически по всем возможным путям, тогда как для человека в ряде сценариев существенно снижены уровни радиационного воздействия.
Литература
1. Крышев А.И., Бадальян К.Д., Сазыкина Т.Г., Крышев И.И. Оценка допустимого содержания радионуклидов в почве по уровням радиационного риска для населения с учётом целей землепользования //Проблемы радиоэкологии и пограничных дисциплин. Выпуск 8. Екатеринбург, 2006. С. 174-195.
2. Kryshev A.I., Kryshev I.I., Badalian K.D., Sazykina T.G. Assessment of permissible levels of radionuclides in soil for different types of land-use //Appl. Radiat. Isot. 2008. V. 66, N 11. P. 1572-1574.
3. Голиков В.Ю., Романович И.К. Обоснование радиологических критериев использования территорий с остаточным радиоактивным загрязнением на основе дозового подхода //Радиационная гигиена. 2017. Т. 10, № 4. С. 6-22.
4. Ашитко А.Г., Золочевский Д.В., Овсянникова Л.В., Рожкова С.А. Радиационная обстановка на территории Калужской области 30 лет спустя после аварии на Чернобыльской АЭС //Радиационная гигиена. 2016. Т. 9, № 2. С. 40-47.
5. Брук Г.Я., Романович И.К., Базюкин А.Б., Братилова А.А., Власов А.Ю., Громов А.В., Жеско Т.В., Кадука М.В., Кравцова О.С., Сапрыкин К.А., Степанов В.С., Титов Н.В., Яковлев В.А. Средние годовые эффективные дозы облучения в 2017 году жителей населенных пунктов Российской Федерации, отнесённых к зонам радиоактивного загрязнения вследствие катастрофы на Чернобыльской АЭС (для целей зонирования населенных пунктов) //Радиационная гигиена. 2017. Т. 10, № 4. С. 73-78.
6. Handbook of parameter values for the prediction of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments. Technical Report Series No. 472. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2010. 208 p.
7. Алексахин Р.М., Булдаков Л.А., Губанов В.А., Дрожко Е.Г., Ильин Л.А., Крышев И.И., Линге И.И., Романов Г.Н., Савкин М.Н., Сауров М.М., Тихомиров Ф.А., Холина Ю.Б. Крупные радиационные аварии: последствия и защитные меры /Под общей ред. Л.И. Ильина и В.А. Губанова. М.: ИздАТ, 2001. 752 с.
8. Атлас Восточно-Уральского и Карачаевского радиоактивного следов, включая прогноз до 2047 года /Под ред. Ю.А. Израэля. М.: ИГКЭ Росгидромета и РАН, Фонд «Ионосфера» - НИА-Природа, 2013. 140 с.
9. IAEA Safety Standards Series No. GSR. Part 3. No GSR-3. Radiation Protection and Safety of Radiation Sources: International Basic Safety Standards. Vienna, 2014. 458 p.
10. Рекомендации Р 52.18.853-2016. Порядок расчёта контрольных уровней содержания радионуклидов в пресной воде и почве. Утв. Росгидрометом Минприроды России 17.08.2016 г. //Порядок расчёта контрольных уровней содержания радионуклидов в объектах природной среды: сб. рекомендаций. Обнинск, 2016. С. 29-55.
11. Рекомендации Р 52.18.820-2015 Росгидромета Минприроды России. Оценка радиационно-экологического воздействия на объекты природной среды по данным мониторинга радиационной обстановки. Обнинск: ФГБУ «НПО «Тайфун», 2015. 64 с.
12. Израэль Ю.А., Вакуловский С.М., Ветров В.А., Петров В.Н., Ровинский Ф.Я., Стукин Е.Д. Чернобыль: радиоактивное загрязнение природных сред /Под ред. Ю.А. Израэля. Ленинград: Гидрометео-издат, 1990. 296 с.
13. Consolidated Decommissioning Guidance. Characterization, Survey, and Determination of Radiological Criteria. Final Report NUREG-1757. V. 2. US. Nuclear Regulatory Commission, 2006. 546 p.
Assessment of reference levels of radionuclides in soil in the areas of the Kaluga oblast affected by the Chernobyl accident
Antokhina V.A.1, Maximova O.A.2, Buryakova A.A.3, Kryshev I.I.3
1 The Ministry of Natural Resources and Ecology of the Kaluga region, Kaluga;
2 Ecological Faculty of the Peoples' Friendship University of Russia, Moscow;
3 Research and Production Association «Typhoon», Roshydromet, Obninsk
1 QO ooq
The paper presents values of reference levels of Cs, Sr and Pu in soil, adjusted to different land-use scenarios and specific characteristics of the Kaluga oblast areas, contaminated with radionuclides following the Chernobyl accident. The levels were assessed on the basis of radiation-hygienic and ecological criteria. According to radio-hygienic criterion the annual effective radiation dose from the radionuclides in soil should not exceed 1 mSv/year. The reference levels meeting the criterion were calculated for the following land-use scenarios: 1 - permanent stay in the territory contaminated with radionuclides and unlimited agricultural exploitation; 2 - limited agricultural exploitation of the territory (homesteading); 3 - permanent stay in urban area; 4 - temporal stay of people in contaminated area (industrial usage); 5 - recreational land use (tourism). Values of transfer factors of the radionuclides from soil to food products were calculated with the use of data of ecological and radiation-hygienic monitoring in the settlements of the Kaluga oblast and other settlements contaminated with radionuclides as a result of the accidents at the Chernobyl NPP and Mayak Production Association. For calculating reference levels on the basis of ecological criteria the following reference species were used: the Scots pine (Pinus sylvestris), red clover (Trifolium pratense), the earthworm (Lumbricus terrestris), the honey bee (Apis mellifera), the grass-snake (Natrix natrix), the mollard duck (Anas platyrhynchos), the elk(Alces alces). In areas of unlimited agricultural exploitation internal radiation dose from 137Cs is formed mainly due to intake of mashrooms and berries (79%), potato, milk and meat (19%), the dose from 90Sr - due to intake of milk (56%), vegetables (36%); from 239Pu - due to intake of fish, meat and milk (98%). The lowest reference levels of the radionuclides in soil should be in agricultural lands (scenario 1), the highest - in lands used for industrial purposes (scenario 4). Reference levels of soil contamination with 137Cs in urban territories (scenario 3) was 1.9 times higher than in lands for agricultural exploitation, with 90Sr - 105 times and for 239Pu - 156 times. Internal radiation dose within the town is lower than in rural territories, however, the contribution of gamma-radiation from 137Cs to the external dose remains the same. If the land is used in accordance with the scenario 5, reference levels values depend on natural food chains. In total, assessed reference levels of the radionuclides in lands for unlimited agricultural exploitation meet the criteria used in territories affected by radioactive contamination as a result of the Kyshtym disaster and the Chernobyl accident. The use of regional specific characteristics of radionuclides accumulation in farm products and natural foods for the assessment allows reducing conservatism in assessment of reference levels of radionuclides in soil, as compared to the assessment with the use of summarized reference values of the parameters. The radiation-hygienic criterion, the basis for estimating reference levels of 137Cs, 90Sr and 239Pu in the scenario 1 is more rigid than the ecological criterion, whereas, in contrast, ecological criterion used for estimating reference levels for 90Sr and Pu in scenarios 3 and 4 is more rigid. It is recommended to use the most conservative value of the reference level that meets both radiation-hygienic and environmental requirements as a single indicator of the permissible content of radionuclides in soil, that ensuring the radiation safety of the population and the preservation of a favorable environment.
Key words: reference level, Chernobyl accident, East-Ural radioactive trace, Kaluga region, cesium-137, strontium-90, plutonium-239, transfer factors, land-use scenario, radiation-hygienic criterion, environmental criterion.
References
1. Kryshev A.I., Badal'yan K.D., Sazykina T.G., Kryshev I.I. Otsenka dopustimogo soderzhaniya radionuklidov v pochve po urovnyam radiatsionnogo riska dlya naseleniya s uchetom tseley zemlepol'zovaniya [Assessment of the permissible content of radionuclides in the soil according to levels of radiation risk for the population, taking into account land-use objectives]. Problemy radioekologii i pogranichnykh distsiplin - Problems of Radioecology and Border Discipline. Issue 8. Ekaterinburg, 2006, pp. 174-195.
Antokhina V.A. - Minister. Ministry of Natural Resources and Ecology of the Kaluga region. Maximova O.A. - Associate Prof., C. Sc., Geol.-Mineral. RUDN University. Buryakova A.A.* - Engineer; Kryshev I.I. - Main Researcher, D. Sc., Phys.-Math., Prof. RPA «Typhoon». •Contacts: 4 Pobedy str., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249038. Tel.: (484) 397-16-01; e-mail: buryakova@rpatyphoon.ru.
2. Kryshev A.I., Kryshev I.I., Badalian K.D., Sazykina T.G. Assessment of permissible levels of radionuclides in soil for different types of land-use. Appl. Radiat. Isot., 2008, vol. 66, no. 11, pp. 1572-1574.
3. Golikov V.Yu., Romanovich I.K. Obosnovaniye radiologicheskikh kriteriyev ispol'zovaniya territoriy s ostatochnym radioaktivnym zagryazneniyem na osnove dozovogo podkhoda [Justification for the radiological criteria for the use of areas with residual radioactive contamination based on the dose approach]. Radiatsionnaya gigiyena - Radiation Hygiene, 2017, vol. 10, no. 4, pp. 6-22.
4. Ashitko A.G., Zolochevskiy D.V., Ovsyannikova L.V., Rozhkova S.A. Radiatsionnaya obstanovka na territorii Kaluzhskoy oblasti 30 let spustya posle avarii na CHernobyl'skoy AES [Radiation conditions in Kaluga region 30 years after Chernobyl NPP accident]. Radiatsionnaya gigiyena - Radiation Hygiene, 2016, vol. 9, no. 2, pp. 40-47.
5. Bruk G.Ya., Romanovich I.K., Bazyukin A.B., Bratilova A.A., Vlasov A.Yu., Gromov A.V., ZHesko T.V., Kaduka M.V., Kravtsova O.S., Saprykin K.A., Stepanov V.S., Titov N.V., Yakovlev V.A. Sredniye godovyye effektivnyye dozy oblucheniya v 2017 godu zhiteley naselennykh punktov Rossiyskoy Federatsii, otnesennykh k zonam radioaktivnogo zagryazneniya vsledstviye katastrofy na CHernobyl'skoy AES (dlya tseley zonirovaniya naselennykh punktov) [The average annual effective doses for the population of the settlements of the Russian Federation attributed to zones of radioactive contamination due to the Chernobyl accident (for the zonation purposes)]. Radiatsionnaya gigiyena - Radiation Hygiene, 2017, vol. 10, no. 4, pp. 73-78.
6. Handbook of parameter values for the prediction of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments. Technical Report Series No. 472. Vienna, International Atomic Energy Agency, 2010. 208 p.
7. Aleksakhin R.M., Buldakov L.A., Gubanov V.A., Drozhko E.G., Il'in L.A., Kryshev I.I., Linge I.I., Romanov G.N., Savkin M.N., Saurov M.M., Tikhomirov F.A., Kholina Yu.B. Krupnyye radiatsionnyye avarii: posledstviya i zashchitnyye mery [Large-scale radiated accidents: consequences and protective measures]. Moscow, IzdAT, 2001. 752 p.
8. Atlas of the East Ural and Karachay radioactive trace including forecast up to 2047. Ed.: Yu.A. Izrael. Moscow, IGCE Roshydromet and RAS, «Infosphere» Foundation, 2013. 140 p. (In Russian).
9. IAEA Safety Standards Series No. GSR. Part 3. No GSR-3. Radiation Protection and Safety of Radiation Sources: International Basic Safety Standards. Vienna, 2014. 458 p.
10. Recommendations P 52.18.853-2016 Roshydromet of Russian Ministry of Natural Resources. Procedure for calculation of reference levels of radionuclides in fresh water and soil. In the collection: the procedure for calculating the reference levels of radionuclides in the natural environment. Obninsk, «RPA «Typhoon», 2016. pp. 29-55. (In Russian).
11. Recommendations P 52.18.820-2015 Roshydromet of Russian Ministry of Natural Resources. Assessment of the environmental impact of radiation on the objects of the environment according to the Radiation Monitoring. Obninsk, «RPA «Typhoon», 2015. 64 p. (In Russian).
12. Izrael Yu.A., Vakulovski S.M., Vetrov V.A., Petrov V.N., Rovinskii F.Ya., Stukin E.D. Chernobyl: radioaktivnoe zagryaznenie prirodnykh sred [Chernobyl: radioactive contamination of natural environment]. Ed.: Yu.A. Izrael'. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1990. 296 p. (In Russian).
13. Consolidated Decommissioning Guidance. Characterization, Survey, and Determination of Radiological Criteria. Final Report NUREG-1757. Vol. 2. U.S. Nuclear Regulatory Commission, 2006. 546 p.
