CC BY
64
РАДИАЦИОННЫЕ ВЫБРОСЫ
Оценка отношения активности 9^г к активности 137Cs в чернобыльских выпадениях на территории Российской Федерации
Ермилов А.П., Зиборов А.М.
НПО ВНИИФТРИ, п.Менделеево, Московская область;
МЧС России, Москва
В работе выявлены корреляционные соотношения активности 90Sr к активности 137Cs в конденсационном компоненте чернобыльских выпадений на момент аварии 26 апреля 1986 года. Значение отношения активности 90Sr/137Cs в конденсационном компоненте выпадений ЧАЭС на территории Российской Федерации было найдено по данным Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН (в качестве исходных использо-
900 137о 239+240П ^ ^
вались результаты измерения активности Sr, Cs и Pu в пробах почвы, отобранных в 1992 году в Брянской, Калужской, Орловской и Рязанской областях). Установлено, что вклад конденсационного 90Sr в пробах почвы для чернобыльских выпадений на территории России становится определяющим при значениях удельной активности 137Cs>2000 Бк/кг.
Estimation of the ratio of 90Sr and 137Cs activities in the Chernobyl depositions in the territory of the Russian Federation
Ermilov A.P., Ziborov A.M.
Scientific Productive Association “VNIIFTRI”, Mendeleyevo, Moscow region;
Ministry of Emergencies of Russian Federation, Moscow
Correlative relationship between activities of 90Sr to 137Cs in condenses of the Chernobyl fallouts on April 26, 1986 was detected. The ratio was estimated with the use of data of the Institute of Global Climate and Ecology of the State Committee of Hydrometeorology and Russian Academy of Sciences. The data are derived from measurements of 90Sr, 137Cs and 239+240Pu in soil samples taken in Bryansk, Kaluga, Oriol and Ryazan regions in 1992. Activity of 90Sr from the condense was found to be governing factor when specific activity of 137Cs was > 2000 Bq/kg.
Предметом рассмотрения является выявление
90 о
корреляционных соотношении активности Sr к активности 137^ в конденсационном компоненте чернобыльских выпадений на момент аварии 26 апреля 1986 года.
За некоторыми исключениями (ВУРС, бассейн р.Теча и др.) техногенное загрязнение территорий России 137^, 9<^г и 239+240Pu обусловлено наложением глобальных выпадений в результате испытаний ядерного оружия, топливного и конденсационного компонентов аварийных выбросов ЧАЭС:
О = О б + отопл- + оконд- (1)
глоб. черн. черн. ' >
По сравнению с конденсационным компонентом вклад топливного компонента в активность чернобыльских выпадений оказался значимым на расстояниях менее 200 км от ЧАЭС [1]. На территории России вклад топливного компонента неве-
лик, и загрязнение 137Cs и 9<^г обусловлено, в основном, наложением глобальных выпадений этих радионуклидов и конденсационного компонента.
По данным [2-7], полученным в 1986 г. на территории Финляндии, ФРГ и Японии при измерении активности чернобыльских выпадений в струях, стартовавших от ЧАЭС в разное время с 26.04.86 г. по 06.05.86 г., значения цезиевых отношений ак-
90
тивности Sr составили:
90Вг/137Ов = 0,01-0,02. (2)
Пробы в [2-7] отобраны гораздо дальше двухсот километров от ЧАЭС, их “география” охватывает траектории практически всех значимых струй аварийных выбросов. Эти обстоятельства позволяют предположить, что соотношение (2) имеет универсальный характер для конденсационного компонента аварийных выбросов ЧАЭС.
Наиболее полный объем измерений был выполнен в Японии [6]. Основным способом отбора
проб были седиментационные планшеты, которые экспонировались в 33 городах всех префектур в течение времени с 30.04-01.05 1986 г. по 22.05. 1986 г. В префектуре Chiba чернобыльские выпадения были измерены на двух планшетах - первый был выставлен с 1.04 по 2.05 1986 г., а следующий - со 2.05 по 22.05 1986 г. Активность чернобыльского 137Cs на первом составила 0,28 Бк/м2, на втором - 111 Бк/м2. Отсюда следует, что основной вклад в активность на планшетах обусловлен струей, стартовавшей от ЧАЭС 1.05.86 г. по маршруту вниз по Днепру, затем кавказское и турецкое побережья Черного моря, Закавказье, Алма-Ата,
Забайкалье и примерно с 5.05.86 г. - пересечение японского архипелага.
Зависимость активности 9^г от активности 137Cs на планшетах представлена на рис. 1. Данные на рис. 1 вписываются в уравнение регрессии:
90вг = а + к^37Сэ, (3)
где к=0,013±0,002 - отношение активности 9^г
137
к Cs в конденсационных выпадениях в Японии;
а=(0,15±0,18) Бк/м2 скорее всего абсолютное значение систематической составляющей погрешности измерений активности чернобыльского 9^г на планшетах в Японии.
2
Ш
(О
Рис. 1. Зависимость активности 908г от активности 137Св в выпадениях на планшеты в Японии [6].
Значение отношения активности 908г/137Сз в конденсационном компоненте выпадений ЧАЭС на территории Российской Федерации было найдено по данным Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН (в качестве исходных использовались результаты измерения активности 908г, 137Св и 239+240Ри в пробах почвы, отобранных в 1992 году в Брянской, Калужской, Орловской и Рязанской областях) по уравнению:
90Эгиш. = 90ЭГглоб. + Кх137ОЗиэм. (4)
Процедура определения коэффициента К осуществлялась в два этапа. Для того, чтобы с гарантией исключить возможное влияние топливного компонента, на первом этапе в расчет результаты измерений активности 908г и 13 Св в пробах, для которых значения активности плутония были минимальны, и в пересчете на плотность выпадений составляли менее 2,5 мКи/км2.
Объем выборки составил 32 пары значений, которые представлены на рис. 2. Загрязнение почв 137Св для данной выборки не превышает 12 Ки/км2. Решением уравнения (4) для данной выборки явились значения 90БГглоб.=(30,6±4,2) мКи/км2 и К=0,016±0,001.
На втором этапе для увеличения объема выборки из всего массива данных, составляющего 73 пары значений, были выбраны значения результатов измерений, которые удовлетворяют условию:
90вгизм. - СЯ-глоб. + 28) + КХ37Овизм) < О, (5)
где 90Эгглоб., 8 К - значения параметров уравнения (4) для первой выборки.
Объем новой выборки составил 46 значений. Эти данные представлены на рис. 3, из которого следует, что в данную выборку вошли пробы, ото-
бранные на территориях с плотностью загрязнения почв 137Св до 100 Ки/км2.
Решением уравнения (4) для данных, представленных на рис. 3, явились значения
90Бгглоб.={43,1 ±6,4) мКи/км2 и К=0,013±0,001, а значение коэффициента корреляции составило 0,99.
Используя полученное значение отношения активности 908г к активности 137Св в чернобыльских выпадениях (К=0,013) по измеренным значениям стронция и цезия, удовлетворяющим условию (5), были рассчитаны значения глобального 908г.
90БГглоб. = 90Бгиш. - КХ37ОЭизм. (6)
Среднее значение величины глобальных выпадений 08г составило 35±11 мКи/км2. Отсюда следует, что с вероятностью 95% плотность загрязнения территорий Брянской, Калужской, Орловской и Рязанской областей глобальным 908г составляет 35±22 мКи/км2, что хорошо согласуется с данными о радиоактивном загрязнении местности глобальными выпадениями 08г по состоянию на 1986 г., приведенными в [8].
Результаты расчетов, проведенные для всего массива данных, показали, что измеренные значения активности 08г в пробах почвы с погрешностью 6% удовлетворяют соотношению:
90Бгиш=((35±2)+00ИХ3708иш), (мКи/км2). (7)
Выбросы, образовавшие чернобыльские выпадения в России и Японии, происходили в разное время, в течение разных фаз аварии, при разных значениях температуры в развале и т.д., и, тем не менее, для них оказалось одинаковым значение
отношения, характеризующее конденсационный компонент 908г/137Св=(0,013±0,002).
Совпадение это не случайное, и, по-видимому, является следствием сходства поведения этих элементов в разогретом реакторном топливе. На рис. 4 представлены зависимости значений эффективной относительной утечки продуктов деления урана из облученного топлива от температуры [9]. Наклоны зависимостей для цезия, стронция и бария близки в достаточно широком диапазоне значений температуры. Если исходная предпосылка верна, то это обстоятельство позволяет ожидать устойчивой корреляции в конденсационном компоненте не только цезия со стронцием, но и цезия с барием.
Систематические параллельные измерения активности трех радионуклидов - 908г, 137Св и 140Ва -наряду с Японией были проведены в Финляндии и Индии. Результаты статистической обработки отношений активности 140Ва/137Св представлены в таблице 1.
Финские данные получены по измерениям активности проб воздуха, отобранных на целлюлозные фильтры с 27.04 по 5.05.86 г. на метеостанциях Копа1а и Ыигтуат [2, 3]. Эти данные характеризуют выбросы, обусловленные непосредственно взрывом четвертого блока ЧАЭС 26.04.86 г. Индийские данные получены измерением активности смывов с поверхности пяти самолетов, прилетевших в Бомбей с 2.05 по 29.05.86 г.
248
166
г
128
У5
40
■ • • ■
■ ( ■
4 6
137
Cs (мКи/км )
10
(х 1000)
в пробах почвы при плотности загрязнения 137Св до 12 Ки/км2.
Рис. 2. Зависимость активности 8г от активности Св
1370з (мКи/км2)
Рис. 3. Зависимость активности 908г от активности 137Св в пробах почвы при плотности загрязнения 137Св до 100 Ки/км2.
Таблица 1
Характеристика выборок отношения активности радионуклидов 140Ba/137Cs в конденсационном компоненте аварийных выбросов ЧАЭС
Место отбора
Япония Финляндия Индия
140Ва/137Сз 0,75±0,08 (95%) 0,69±0,07 (95%) 0,65±0,09 (95%)
Д(14°Ва/137Сз) (95%) 0,46 0,51 0,35
N 32 52 5
Из данных, приведенных в таблице 1, следует, что предположение о корреляционной зависимости активности 140Ва с активностью 137Св и 908г полностью подтвердилась. Более того, можно говорить о том, что значения отношений активности 908г/137Св=0,013 и 140Ва/137Св=0,7 являются универсальными для конденсационного компонента всех аварийных выбросов ЧАЭС, поскольку финские данные в таблице 1 получены по измерениям первичного выброса, образовавшегося при взрыве реактора.
Теперь несколько слов о бытующем мнении, что на территории России значения отношения активности ^г/1 7Сб могут варьировать в широких пределах, и никакой корреляции не поддаются. На наш взгляд, причина заключается в следующем.
Активность глобальных выпадений в верхнем слое почвы на территории России в среднем составляет 137СЗглоб.~(5-10) Бк/кг, 90БГглоб.~{2-7) Бк/кг. Допустим, что при изменении активности пробы почвы оказалось 137Сб=100 Бк/кг. Конечно, сразу же говорят - это Чернобыль. После этого измеряют 9^г=5 Бк/кг и получают 9^г/137Сб=0,05, забы-
вая при этом, что измеренное значение активности 9^г в этой пробе на 80% обусловлено глобальными выпадениями, а чернобыльского 9^г в ней всего лишь 1,3 Бк.
Следует иметь в виду, что вклад конденсационного 9^г в пробах почвы для чернобыльских выпадений на территории России становится определяющим при значениях удельной активности 13^>2000 Бк/кг.
V- Л 4 \ \ \ \ \ 4\ N' !^\\ \
\ *3 { \ 1 \ К N W '' i\\ N. ч u\ \ w \ \ \ 0
\\\ \ 4 \\ \ -\ \ K'' 4 \ \ ' ' N. 4 \ \ N. \ N. \ 4 \4'
> \ A \ Ы \ \ Xх 4 \ x\\ \ \ 4 VN
А/с/ M , M- \ N L\Sr s \
Ц S 6 юУу
Рис. 4. Зависимость относительной эффективной утечки продуктов деления из топлива от температуры [9].
Литература
1. Ермилов А.П., Зиборов А.М. Оценка топливной и конденсационной составляющих "нелетучих" радионуклидов в выпадениях на дальних расстояниях от Чернобыльской АЭС //Радиация и риск. - 1997. -Вып. 9. - С. 90-94.
2. STUK-B-VALO 44. Interim report on fallout situation in Finland from April 26 to May 4. May 1986, ISSN 07812868.
3. STUK-B-VALO 45. Second Interim Report Radiation Situation in Finland from 5 to 16 May 1986. May 1986 ISSN 0781-2868.
4. Umweltradioaktivitat und Strahlenexposition in Sud-bayern durch den Tchernobyl Unfall GSF - Bericht 16/86 15.06.1986, ISSN 0721-1694.
5. Hohenemser G. et al. //An Early Report Environment, Vol. 28, N.5.
6. Higuchi H. et al. Radioactivity in Surface Air and Precipitation in Japan After the Chernobyl Accident //J. Environ. Radioactivity. - 1988. - V. 6. - P. 131-144.
7. Sadasivan S., Mishra U.C. Radioactive fallout swine samples from Chernobyl //Nature. - 1986. - V. 324, N 6 (November). - P. 23.
8. Вакуловский С.М., Израэль Ю.А., Имшенник Е.В. и др. Атлас радиоактивного загрязнения Европейской части России, Белоруссии и Украины. - М.: Росгидромет, Роскартография, 1998.
9. Report of the American Physical Society of the Study group on Radionuclide Release from Severe Accidents at Nuclear Power Plants, 1985.
