CC BY
195
Параметры накопления радионуклидов растениями в местах испытания боевых радиоактивных веществ на территории бывшего Семипалатинского испытательного полигона
112 Ларионова Н.В. , Лукашенко С.Н. , Санжарова Н.И.
1 Институт радиационной безопасности и экологии Национального ядерного
центра Республики Казахстан, Курчатов;
2 ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН, Обнинск
В статье представлены результаты изучения особенностей поступления радионуклидов из почвы в растения в местах испытаний боевых радиоактивных веществ (площадка «4а»). Пр и-ведены количественные данные параметров накопления радионуклидов 241Ат, 137Сэ и 9 вг растениями (коэффициенты накопления - Кн). Отмечены различия в накоплении 90вг для отдельных видов исследуемых растений. Проведено сравнение полученных Кн 137Сэ и 90вг с Кн данных радионуклидов для других территорий Семипалатинского испытательного полигона (СИП) и с результатами международных исследований.
Ключевые слова: Семипалатинский испытательный полигон (СИП), радиоэкология, радиоактивное загрязнение, 241Ат, 137Сэ, 90Эг, почвы, растения, коэффициенты накопления (Кн).
Введение
Семипалатинский испытательный полигон (СИП) - один из крупнейших полигонов для проведения ядерных испытаний. На его территории (площадки «4» и «4а») также были проведены эксперименты с распылением боевых радиоактивных веществ (БРВ) [7] (рис. 1).
граница СИП I I границы испытательных площадок
Рис. 1. Расположение площадок «4» и «4а» на территории СИП.
Ларионова Н.В.* - нач. лаб.; Лукашенко С.Н. - директор. ИРБЭ НЯЦ РК. Санжарова Н.И. - зам. директора, чл.-корр. РАСХН, д.б.н., профессор. ВНИИСХРАЭ РАСХН.
‘Контакты: 071100, Республика Казахстан, Курчатов, ул. Красноармейская, 2. Тел.: (72251) 2-34-13; e-mail: larionova@nnc.kz.
Каждое испытание БРВ характеризовалось определённым количеством и составом радионуклидов, площадью их распространения и локализацией на различных участках. Места испытаний БРВ на площадках «4» и «4а» отличаются уникальным радионуклидным составом -удельная активность радионуклида Бг в почвах данной территории достигает нескольких миллионов Бк/кг, тогда как содержание остальных радионуклидов значительно ниже, что, по всей видимости, обусловлено составом используемых в испытаниях веществ [3].
В работе приведены результаты исследований накопления искусственных радионуклидов растениями на различных участках радиоактивного загрязнения площадки «4а».
Материалы и методы Проведение полевых работ
Исследовательские площадки (всего 10) заложены на основании данных о площадном распределении бета-активности [3] и результатов измерений радиационных параметров (плотности потока р-частиц и МЭД) во время проведения экспедиционных работ (рис. 2) [6]. На каждой площадке с площади участка равного 2 м2 произведён сопряжённый отбор проб надземной части растений трёх видов: ковыль (Stipa capillata), типчак (Festuca valesiaca), полынь (Artemisia sublessingiana), а также смешанных образцов почв (методом «конверта» на глубину 5 см). Всего отобрано 30 проб растений и 10 проб почв.
Рис. 2. Схема расположения исследовательских площадок.
Подготовка проб растений и почв
Определение содержания радионуклидов в растениях проводили в сухих измельчённых образцах. Пробы растительности предварительно подвергали грубому измельчению (длиной 1-3 см) при помощи секатора. Промывали и ополаскивали дистиллированной водой 2-3 раза, затем просушивали в сушильном шкафу при температуре 80-100°С. Более тонкое измельчение проводили на лабораторной мельнице.
б1
Почву высушивали до воздушно-сухого состояния при температуре 60-70°C. После удаления крупных камней и включений (корней растений) пробы взвешивали на технических весах. Пробы перемешивали, растирали в фарфоровой ступке и просеивали через сито с диаметром отверстий 1 мм.
Радионуклидный анализ
Измерение удельной активности радионуклидов в пробах почвы и растений проводили по стандартным методикам [1, 5]. Определение удельной активности радионуклидов 137Cs и 241Am проводили на гамма-спектрометре Canberra GX-2020. Для определения 90Sr, заведомо ожидая его высокие концентрации, применяли бета-спектрометр «Прогресс». Предел обнаружения по 90Sr составил 100 Бк/кг (для проб растений) и 200 Бк/кг (для проб почвы). Из-за высоких концентраций радионуклида 90Sr возникли сложности с определением удельной активности радионуклидов 137Cs и 241Am, предел обнаружения которых оказался существенно завышенным: по 137Cs составил 10-50 Бк/кг (для проб растений) и 4-6 Бк/кг (для проб почвы), 241Am - 4-40 Бк/кг и 7-20 Бк/кг, соответственно. Погрешность измерений для 137Cs и 241Am не превышала 10-20%, 90Sr - 15-25%.
Результаты
Анализ полученных данных показал, что исследуемая территория характеризуется высокими уровнями загрязнения 90Sr, концентрация которого в почве в максимальных случаях достигает 310000 Бк/кг. Содержание в почвах радионуклидов 137Cs и 241Am варьирует от 7 до 53 Бк/кг. Максимальные значения удельной активности 241Am достигают 160 Бк/кг, 137Cs - 10600 Бк/кг (таблица 1).
Таблица 1
Удельная активность радионуклидов в почвах
Исследовательские площадки Удельная активность радионуклидов в почвах, Бк/кг
241Am 137Cs 90Sr
1 18±4 14±3 38000±4000
2 53±11 51 ±10 130000±10000
3 27±5 27±5 93000±10000
4 <8 7±1 36000±4000
5 120±20 310±60 150000±20000
6 160±30 10600±2100 310000±30000
7 <7 13±2 55000±6000
8 <8 7±2 41000±5000
9 18±4 1000±200 130000±10000
10 <20 26±5 270000±30000
Для количественной оценки поступления радионуклидов из почвы в растения использовали один из наиболее широко применяемых показателей - коэффициент накопления (Кн) -отношение содержания радионуклида в единице массы растений и почвы соответственно [2]. Количественных значений удельной активности радионуклидов 137Св и 241Ат в растениях получить не удалось (искл. площадка 6 (для 137Св)), поэтому Кн для них представлены оценочно (таблица 2).
Таблица 2
Коэффициенты накопления (Кн) 241Ат, 137Сэ и 90Эг в растениях
Вид растения Коэффициенты накопления
241Ат 13/Сэ ао5г**
ковыль типчак полынь <0,40 <0,50 <0,80 <0,70 (0,026*) <0,80 (0,025*) <0,75 (0,052*) 0,98±0,21 (п=10) 0,19-2,3 1,3±0,19 (п=10) 0,15-2,2 2,9±0,59 (п=10) 0,44-6,3
* - единственное численное значение (площадка 6); ** - в числителе - среднее арифметическое и его ошибка; в скобках - число случаев; в знаменателе - диапазон значений.
Анализ результатов исследования показывает, что в местах испытаний БРВ установленные значения Кн 90Эг (от 0,15 до 6,3) в границах исследуемой территории до двух порядков выше, чем имеющиеся количественные значения Кн 137Сз (от 0,025 до 0,052). Диапазон значений Кн 90Эг составляет один порядок, причём большинство величин превышает единицу. Отмечены различия в накоплении радионуклидов разными видами растений - Кн 137Св и Кн 90Эг для полыни в среднем в 2-3 раза выше, чем для ковыля и типчака.
На рис. 3, для большей наглядности, нами представлено сравнительное распределение полученных Кн 90Эг для исследуемых видов растений в виде гистограммы частоты встречаемости их значений, выраженных в виде десятичных логарифмов (1д Кн).
5
Б 8
о
2
Ф * 6 Ф
а
н
о 4
ш 4 то
□ ковыль □ типчак □ полынь
п
|-|
г 1
П ■ 1 1 1
-0,5 0 0,5
1д Кн 90Бг
2
0
-1
Рис. 3. Распределение значений 1д Кн 90Эг для исследуемых растений.
Представленная гистограмма наглядно демонстрирует различия в распределении значений накопления 90Эг для отдельных видов растений, которые образуют следующий ряд по убыванию Кн:
полынь > типчак > ковыль.
Для оценки полученных результатов о накоплении радионуклидов 137Св и 90Эг растениями в местах испытаний БРВ был проведён их сравнительный анализ с данными, полученными ранее для растений, отобранных с других территорий СИП [4]. Полученные нами данные дополнительно сопоставлены с обобщенными международными материалами [8] для пастбищных трав, отобранных на суглинистых почвах, характерных и для исследуемой территории (таблица 3).
Таблица 3
Коэффициенты накопления (Кн) радионуклидов 137Св и 90Эг
Исследуемая территория Коэффициенты накопления
13/Св || 9иБг
Обобщённые полученные результаты
Места испытаний БРВ 0,035 (п=3) 0,025-0,052 1,7 (п=30) 0,15-6,3
Ранее полученные данные для других территорий СИП [41
Эпицентры наземных испытаний Условно «фоновые» территории Зоны радиоактивных водотоков 0,0061 (п=72) 0,00023-0,07 0,057 (п=41) 0,003-0,3 1,1 (п=134) 0,0014-16 0,065 (п=67) 0,002-1,1 0,48 (п=17) 0,071-1,73 2,3 (п=138) 0,1-29
Международные обобщённые данные (2009) [8]
Пастбища 0,4 (п=124) 0,01-2,6 1,2 (п=58) 0,4-2,6
В числителе - среднее арифметическое, в скобках - число случаев, в знаменателе - диапазон значений.
Как видно из представленной сравнительной таблицы, значения Кн 137Св в местах испытаний БРВ количественно сравнимы с Кн 137Св, полученными ранее для условно «фоновых» территорий СИП, что говорит об одинаковом характере загрязнения этих территорий по данному радионуклиду. Параметры накопления радионуклида 90Эг растениями существенно выше, чем 137Сз, находятся приблизительно в том же диапазоне значений, что и приведённые международные обобщённые величины для пастбищных трав, и наиболее сравнимы с Кн 90Эг, полученными для зон радиоактивных водотоков. Накопление радионуклида 90Эг на исследуемой территории значительно выше, чем для эпицентров наземных испытаний и условно «фоновых» территорий СИП, что, по всей видимости, связано с формой поступления 90Эг в окружающую среду при испытаниях БРВ.
Заключение
По результатам проведённых работ установлено, что в основном исследуемая территория загрязнена 90Эг, концентрация которого в максимальных случаях достигает в почве 310000 Бк/кг. Среднее содержание в почвах радионуклидов 137Св и 241Ат варьирует от 7 до 53 Бк/кг.
Наиболее интенсивным накоплением в надземной части растений характеризуется радионуклид 90Эг. Диапазон значений Кн 90Эг в границах исследуемой территории составляет до одного порядка, причем большинство величин превышают единицу.
Статистически значимые различия в накоплении 90Эг отмечаются для отдельных видов исследуемых растений. Минимальное накопление - для ковыля, максимальное - для полыни.
Полученные результаты проведенных исследований в целом не противоречат обобщённым международным материалам и указывают на повышенное накопление растениями в местах испытаний БРВ радионуклида 90Эг.
Литература
1. Активность радионуклидов в объёмных образцах. Методика выполнения измерений на гамма-спектрометре МИ 2143-91: МИ 5.06.001.98 РК. Алматы, 1998. 18 с.
2. Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В. Основы сельскохозяйственной радиологии. М.: Агропромиздат, 1991. С. 56-83.
3. Итоговый технический отчёт о выполнении работ в период с 1 февраля 2006 г. по 31 июля 2007 г. по Проекту МНТЦ № К-1323р Исследование полигона, изучение вариантов по оценке и ремедиации возможных площадок для размещения хранилища отработанного ядерного топлива на Семипалатинском испытательном полигоне в Казахстане.
4. Ларионова Н.В., Лукашенко С.Н. Параметры накопления техногенных радионуклидов растениями на различных участках бывшего Семипалатинского испытательного полигона: материалы IX Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции (Тобольск, Россия, 9-10 ноября 2012 г.). Тюмень: ОАО «Тюменский издательский дом», 2012. 486 с.
5. Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного бета-спектрометра с программным обеспечением «Прогресс». Менделеево, 2004. 20 с.
6. Методика измерения гамма-фона территорий и помещений: утв. заместителем Главного государственного санитарного врача Республики Казахстан Спатаевым М.Б. 25.08.1997. Алматы, 1997. 1 с.
7. Ядерные испытания СССР. Семипалатинский полигон /под ред. В.А. Логачева. М.: Изд АТ, 1997. 319 с.
8. International Atomic Energy Agency. Quantification of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments for radiological assessments, IAEA-TECDOC-1616. Vienna: IAEA, 2009.
Accumulation of radionuclides by plants in the area for testing radiological warfare substances at the Semipalatinsk test site
Larionova N.V.1, Lukashenko S.N.1, Sanzharova N.I.
1 Institute of Radiation Safety and Ecology of National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan, Kurchatov;
2 Russian Institute of Agricultural Radiology and Agroecology, Russian Academy of Agricultural Sciences, Obninsk
Results of study of radionuclides transfer from soil to plants in the area for testing radiological warfare substances ("4a" site) are presented in the article. Accumulation factors for 241Am, 7Cs and 90Sr are given in the paper. Difference in the accumulation of 90Sr by some plants was observed. Accumulation factor for 137Cs and 90Sr characteristic for the area under study and internationally recognized data were compared.
Keywords: Semipalatinsk Test Site (STS), radioecology, radiocontamination, 241Am, 137Cs, 90Sr, soil, plant, accumulation factors (AF).
Larionova N.V.* - Head of Lab.; Lukashenko S.N. - Director. IRSE NNC RK. Sanzharova N.I. - Deputy Director, Corresponding Member of RAAS, D.Sc., Biol., Prof. RIARAE.
‘Contacts: 2 Krasnoarmeyskaya str., Kurchatov, Republic of Kazakhstan, 071 100. Tel.: (72251) 2-34-13; e-mail: larionova@nnc.kz.
