РАДИАЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ БЕЗОПАСНОСТИ РАДИАЦИОННО-ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

опскусспп

УДК 613.62:621.039.553

И.П. Коренков1, Е.И. Веселов1, Т.Н. Лащенова1, Н.К. Шандала2

РАДИАЦИОННО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ БЕЗОПАСНОСТИ РАДИАЦИОННО-ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ

1 ГУП Мос НПО «Радон»; 2 ГНЦ Институт биофизики им. А.И. Бурназяна, Москва

Приводятся комплексные радиоэкологические и геоэкологические критерии оценки потенциальной опасности радиационно-опасных объектов.

Предложенные критерии характеризуют: радиоактивные (в совокупности с химическими показателями) параметры отходов; состояние защитных барьеров сооружения; процесс миграции (распространения) радионуклидов в окружающей среде; виды и степень воздействия радиоизотопов на человека и окружающую среду.

Приведена система категорирования критериев по степени опасности.

Ключевые слова: радиационно-опасные объекты, радионуклиды, критерии опасности, удельная активность радионуклидов, массив отходов,; фильтрация; миграция радионуклидов, радиоактивное облучение, доза облучения; категорирование.

I.P. Korenkov', E.I. Veselov1, T.N. Lashchenova1, N.K. Shandala2. Radiating-hygienic and geoecological approaches to an estimation of safety of radiating hazardous objects

1 State Unitary Enterprise Radon Moscow (SUE Radon, Moscow);

2 The Federal Medical and Biologic Center of name Burnazyana, Moscow

In clause complex radio ecological and geoecological criteria of an estimation of potential danger of radiating hazardous objects are resulted.

The offered criteria characterize: radioactive (in aggregate with chemical parameters) parameters of waste; a condition of protective barriers of a construction; process of migration (distribution) radionuclides in an environment; kinds and a degree of influence of radioisotopes on the person and an environment.

The system of classification of criteria on a degree of hanger is resulted.

Keywords: radiating hazardous objects (RHO), radioisotopes, criteria of hanger, specific activity of radioisotopes, a file of waste, a filtration; migration of radioisotopes, a radioactive irradiation; a doze of an irradiation, gradation.

В настоящее время в РФ более 1500 предприятий радиационно-опасных объектов (РОО) народного хозяйства необходимо выводить из эксплуатации. К таким предприятиям относятся первая в мире АЭС (г. Обнинск), Кирово-Чепецкий химический комбинат, ряд ядерных объектов Северо-Западного округа России и др. [5]. Загрязненные территории этих предприятий весьма обширны. Для примера можно привести территорию, прилегающую к ПО «Маяк» — более 3000 км2, Сибирскому горно-химическому комбинату — 20 км2, Кирово-Чепецкому комбинату — более 1 км2.

Следует особо подчеркнуть, что на этих предприятиях имеются хранилища жидких и твердых радиоактивных отходов, построенные в 60-х гг.

прошлого столетия. Конструкция, защитные барьеры и принятая в то время технология консервации таких «исторических» хранилищ не отвечают современным требованиям. Поэтому ранжирование РОО по степени опасности — актуальная задача для определения очередности выполнения защитных мероприятий, направленных на защиту населения и охрану окружающей среды.

Цель работы — разработка радиационно-гигиенических и геоэкологических критериев оценки степени опасности радиационно-опасных объектов.

Следует отметить, что ряд авторов [5, 6] применяли для этого два показателя опасности: отношение удельной активности ьтого радионуклида в объеме РОО к величине минимально

значимой удельной активности (МЗУА1); показатель опасности или поток активности. Они не дают возможность оценить состояние конструкций хранилищ, степень разрушения защитных барьеров, величину миграции радионуклидов.

С нашей точки зрения необходимо использование многофакторной оценки экологической безопасности (опасности) РОО. Следовательно, критериев безопасности (или опасности) должно быть значительно больше.

В зависимости от фактора опасности РОО для окружающей среды и человека предлагаемые критерии могут быть подразделены на следующие группы:

— группа А — критерии, оценивающие радиоактивные (в совокупности с химическими показателями) параметры отходов;

— группа Б — критерии, оценивающие состояние защитных барьеров сооружения;

— группа В — критерии, характеризующие процесс миграции (распространения) радионуклидов в окружающей среде;

— группа Г — критерии, оценивающие виды и степень воздействия на человека и окружающую среду.

В особую группу нами выделены критерии (группа Д), анализирующие социально-психологические аспекты воздействия РОО на человека. Эти критерии не относятся к геоэкологическим, но при определенных условиях они могут играть главную роль при категорировании РОО по степени опасности.

Критерии группы А включают следующие показатели:

— величина удельной активности радионуклидов в массиве отходов (или объемной активности в жидкой фазе) (критерий А1);

— наличие и количество урановых и трансурановых элементов (критерий А2);

— химическая форма нахождения радионуклидов в массиве РАО (критерий А3);

— наличие токсичных веществ в отходах (критерий А4).

Критерии группы Б характеризуют современное состояние защитных барьеров. В число рассматриваемых защитных барьеров входят матрица РАО; контейнер РАО, конструкция сооружения и вмещающие породы ближней зоны объекта.

К числу критериев группы Б нами отнесены:

— проницаемость конструкции объекта и материала матрицы или массива РАО (критерий Б1);

— скорость выщелачивания радионуклидов из матрицы или массива РАО (критерий Б2);

— фильтрационные параметры вмещающих

пород ближней зоны объекта (критерий Б3);

— сорбционные параметры вмещающих пород ближней зоны объекта (критерий Б4);

— обводненность массива РАО (критерий

Б5);

— водонасыщение вмещающих пород ближней зоны объекта (критерий Б6).

Критерии группы В включают:

— скорость миграции радионуклидов в окружающей среде (критерий В1);

— величина объемной активности в грунтовых и поверхностных водах (критерий В2);

— относительный показатель миграции, характеризующий величину выхода i-радионуклида из хранилища на территорию промплощадки (критерий В3);

— относительный коэффициент миграции радионуклидов с территории промплощадки (критерий В4);

— мощность эквивалентных доз у-излуче-ния (МЭД ГИ) на поверхности в зависимости от категории территории: для хранилищ РАО, территории промплощадки зоны возможного загрязнения (ЗВЗ), на границе санитарно-за-щитной зоны (СЗЗ) и зоны наблюдений (ЗН) (критерий В5).

Все критерии группы В отнесены к критическим, поскольку эти показатели определяют степень воздействия объекта на окружающую среду.

Критерии группы Г включают следующие показатели:

— масштаб загрязнения радионуклидами вмещающих пород (критерий Г1);

— уровень загрязнения вмещающих пород радионуклидами (критерий Г2).

Все критерии группы Г отнесены к критическим показателям опасности РОО.

Критерии группы Д включают следующие показатели:

— расстояние РОО до населенного пункта и источников водоснабжения (критерий Д1);

— отношение населения к размещению РОО на рассматриваемой территории (критерий Д2);

— оценка доз облучения населения (критерий

Д);

— наличие физической защиты и ограничения доступа на территорию РОО (критерий Д4).

Определение значений критериев опасности РОО и их категорирование.

За основу количественной оценки критериев А1 и А2 взяты их отношения к соответствующим величинам МЗУА. Предложенный показатель устанавливает нижнюю границу удельной активности i-того радионуклида, при превышении которой любой материал должен быть отнесен к

РАО. Величины МЗУА и МЗУАГр. принимаются в соответствии с НРБ-99/2009 [4].

Критерий А1 — величина удельной активности радионуклидов в массиве отходов (или объемной активности в жидкой фазе), определяется из выражения:

А

А1 = 2 мзуА; (1)

где А. — объемная активность .-того радионуклида в массиве РАО или воде, Бк/кг или Бк/ м3; МЗУА. — соответствующий минимально значимый уровень активности .-того радионуклида, Бк/кг или Бк/м3.

Критерий А2 — наличие и количество урановых и трансурановых элементов, которое определяется из выражения:

А

А2 = 2МЗУАТ , (2)

Трг

где АГ — объемная активность .-того трансуранового радионуклида в массиве РАО или воде, Бк/кг или Бк/м3; МЗУАГ. — соответствующий минимально значимый уровень активности .-того уранового или трансуранового радионуклида, Бк/кг или Бк/м3.

Категорирование критериев А1 и А2 по степени опасности представлено в таблице. При этом нами предлагается за безопасный уровень принять показатели А1 и А2 <1, при которых материал не должен быть отнесен к РАО.

Критерий А3 — химическая форма нахождения радионуклидов в массиве РАО, определяется растворимостью радионуклида в воде.

Категорирование критерия А3 по степени опасности представлено в таблице.

При этом безопасный уровень критерия А3 обеспечивается при условии, что радионуклид находится в химической форме, при которой он нерастворим.

Критерий А4 — наличие токсичных веществ в отходах. В основу категорирования этого критерия положены санитарно-гигиенические показатели — предельно допустимая концентрация вещества (ПДК) в грунте.

Критерий А4 может быть отнесен к безопасному уровню, если содержание токсичных веществ в отходах меньше или равно установленному для данных элементов ПДК.

Критерий Б1 — проницаемость конструкции объекта и материала матрицы или массива РАО. За безопасный уровень рассматриваемого показателя принята стандартная величина проницаемости цементного камня (бетона), равная п-10-4 м/сут.

Критерий Б2 — скорость выщелачивания

радионуклидов из матрицы или массива РАО. За безопасный уровень принята величина п-10"3 г/см2-сут, регламентируемая ГОСТом [3].

Критерий Б3 — фильтрационные параметры вмещающих пород ближней зоны объекта. Безопасный уровень критерия установлен в публикации [1, 2] и определен нами при выполнении исследований по миграции радионуклидов во вмещающих породах ближней зоны.

Критерий Б4 — сорбционные параметры вмещающих пород ближней зоны объекта. Безопасный уровень показателя определен на основе натурных исследований, результатов физического и математического моделирования распространения радионуклидов во вмещающих породах и сорбционной емкости различных горных пород. Максимальной сорбционной емкостью характеризуются глинистые породы (глины и суглинки) на уровне п-106 Бк/кг. При таких показателях сорбционной емкости грунтов происходит максимальное сдерживание процесса миграции в окружающей среде [1, 2].

Критерии Б5 и Б6 оценивают потенциальную возможность развития процессов выщелачивания радионуклидов из матрицы РАО, разрушение материала матрицы и повышает риск миграции радионуклидов. Безопасный уровень рассматриваемых показателей определен на основании результатов многолетних исследований состояния РОО и математического моделирования процесса миграции радионуклидов [1, 2].

Критерий В1 — определяет скорость распространения радионуклидов в окружающей среде. В связи с тем, что максимальная скорость распространения радионуклидов в окружающей среде обусловлена фильтрационным потоком грунтовых или поверхностных вод, безопасный уровень рассматриваемого критерия определен на основании безопасной скорости фильтрации жидкой фазы во вмещающих породах ближней зоны РОО.

Критерий В2 — определяет уровень радиоактивного загрязнения грунтовых и поверхностных вод в рассматриваемой точке, и определяется из выражения:

в2 = £

A

Вод:

КУ

(3)

где АВод. — удельная активность .-того радионуклида в воде соответственно в ЗВЗ, СЗЗ и ЗН предприятия, Бк/л; КУ. — контрольный уровень удельной активности .-того радионуклида в воде, установленный соответственно для ЗВЗ, СЗЗ и ЗН каждого РОО, Бк/л. Для этого показателя должно соблюдаться условие: КУ > УВ (уровень вмешательства).

При отсутствии установленных показателей КУ можно использовать значения УВ.

АВоД1

в2 = £

УВ

(4)

где АВоД — удельная активность 1-того радионуклида в поверхностной воде на границе СЗЗ и ЗН в точке сброса в систему водоотведения, приведенная к группе А или Б, Бк/л; УВ. — уровень вмешательства .-того радионуклида в воде НРБ-99/2009 [4], Бк/л.

Критерий КУ используется при рассмотрении вод на территории объекта, а УВ — если вода отбирается для нужд водоснабжения.

Критерий В3 — относительный показатель миграции К , который характеризует величину выхода .-радионуклида из хранилища на территорию промплощадки:

D £ AyAi Вз КУ '

(5)

B 4 = £

A

УМ

УВ

(6)

где

АУД: —

ный риск формирования источника вторичного загрязнения окружающей среды.

Рассматриваемый критерий определяется из соотношения:

V

' за

Г = £

Уп

х 100%,

(7)

где V — объем загрязненного грунта, м3; VpAO — объем РАО, размещенных в РОО, м3.

Критерий Г2 — уровень загрязнения вмещающих пород радионуклидами характеризуется по двум параметрам.

Во-первых, по отношению к показателю МЗУА радионуклидов в грунте ближней зоны РОО определяется из выражения:

А

у __грунт

Г2 = МЗУА

(8)

где А — удельная активность 1-того радионуклида в загрязненном грунте, Бк/кг.

где АУд. — удельная активность .-радионуклида в воде в ближней зоне хранилища, Бк/л; КУ — контрольный уровень удельной активности .-радионуклида в воде, принятой для промпло-щадки предприятия, Бк/л. Для этого показателя должно соблюдаться условие: КУ > УВ (уровень вмешательства). При отсутствии КУ можно использовать значения УВ.

Критерий В4 — относительный коэффициент миграции радионуклидов с территории промпло-щадки, который характеризует поверхностный сток и определяется в точке сброса в систему водоотведения на границе санитарно-защитной зоны (СЗЗ) и зоны наблюдения (ЗН):

Во-вторых, по отношению к удельной активности радионуклидов в массиве РАО объекта

2

критерии Г2 находится из соотношения

А

Г2 = < МЗУА,

(9)

где А — удельная активность i-того радиону-

грунт 1Г / л

клида в загрязненном грунте, Ьк/кг; АрАО — величина удельной активности i-того радионуклида в объеме РОО, Ьк/кг.

Безопасный уровень рассматриваемого критерия определен нами по первому показателю, если значение Г<А , а по второму показателю, если величина Г2 < МЗУА.

Категорирование РОО по значениям критериев группы Г представлено в таблице.

Как отмечено выше, критерии категории Д не являются геоэкологическими, но при рассмотрении опасности РОО могут играть определяющую роль.

Критерий Д1 — расстояние РОО до населенного пункта и источников водоснабжения. За безопасный уровень принято расстояние более 30 км. Эта величина установлена на основании анализа литературных данных о миграции радионуклидов в геологических формациях и результатах математического моделирования распространения радионуклидов [2]. Во всех полученных результатах и публикациях на расстоянии более 30 км от РОО концентрация радионуклидов в воде и почве не превышала фоновых значений.

Условное категорирование РОО по значениям критерия Д представлено в таблице.

Критерий Д2 — отношение населения к размещению РОО на рассматриваемой территории.

удельная активность i-радионуклида

в поверхностноИ воде на границе СЗЗ и ЗН в точке сброса в систему водоотведения, приведенная к группе А или Б, Бк/л.

Категорирование степени потенциальной опасности хранилищ в зависимости от величины относительных показателей миграции приведено в таблице.

Критерий В5 —определяет опасность РОО по мощности эквивалентных доз у-излучения (МЭД ГИ) на поверхности в зависимости от категории территории: для хранилищ РАО, территории промплощадки ЗВЗ, на границе СЗЗ и ЗН. Кате-горирование степени потенциальной опасности хранилищ в зависимости от величины относительных показателей миграции приведено в таблице.

Критерий Г —характеризует степень загрязнения грунтов ближней зоны и потенциаль-

Ранжирование радиационно-опасных объектов по категориям опасности в зависимости от геоэкологических критериев

Критерий Категории опасности

Безопасная Низкая Опасная Очень опасная Чрезвычайно опасная

Л < 1 От 1 до 5 От 5 до 10 От 10 до 50 > 50

А2 < 1 От 1 до 5 От 5 до 10 От 10 до 20 > 20

А3 Нерастворим От 0 до 5 % от содержания радионуклида От 5 до 20 % от содержания радионуклида От 20 до 50 % от содержания радионуклида > 50 % от содержания радионуклида

А4 < ПДК* токсичного элемента От 1 до 20 величин ПДК От 20 до 30 величин ПДК От 30 до 50 величин ПДК > 50 величин ПДК

< п-10-4 м/сут От п-10-4 до п-10-3 м/сут От п-10-3 до п-10-2 м/сут От п-10-2 до п-10-1 м/сут > п-10-1 м/сут

Б2 < п-10-4 г/ см2-сут От п-10-4 до п-10-3 г/ см2,сут От п-10-3 до п-10-2 г/ см2-сут От п-10-2 до п-10-1 г/ см2-сут > п-10-1 г/ см2-сут

Бз < п-10-3 м/сут От п-10-3 до п-10-1 м/сут От п-10-1 до п-100 м/сут От п-100 до п-101 м/сут > п-101 м/сут

Б4 > п-106 Бк/кг От п-106 Бк/кг до п-105 Бк/кг От п-105 Бк/кг до п-103 Бк/кг От п-103 Бк/кг до п-102 Бк/кг < 102 Бк/кг

Б5 Не обводнен Обводнение < 20 % объема РАО Обводнение от 20 % до 50 % объема РАО Обводнение от 50 % до 80 % объема РАО Обводнение > 80 % объема РАО

Б6 Естественная влажность пород Водонасыщение пород < 20 % Водонасыщение пород от 20 % до 50 % Водонасыщение пород от 50 % до 80 % Водонасыщение пород > 80 %

В1 < п-10-3 м/сут От п-10-3 до п-10-2 м/сут От п-10-2 до п-10-1 м/сут От п-10-1 до п-100 м/сут > п-100 м/сут

В2 По КУ: < 1 По УВ: < 1 От 1 до 2 от 1 до 1,3 От 2 до 5 от 1,3 до 1,7 от 5 до10 от 1,7 до 2 >10 > 2

В3 0,1 < К < 0,5 мхр 0,5 < К < 1 мхр 1 < К < 3 мхр 3 < К < 5 мхр 5 < К < 10* мхр

В4 К б < 0,05 мсб 0,05 < К б < 0,5 мсб 0,5 < К б < 1 мсб 1 < К б < 3 мсб 3 < К б < 5 мсб

В5 0,3 < Р < 0,6 мкЗв/ч 0,6 < Р < 1 мкЗв/ч 1 < Р < 3 мкЗв/ч 3 < Р < 10 мкЗв/ч Р > 10 мкЗв/ч

Г1 0 От 0 до 5 % От 5 до 20 % От 20 до 50 % > 50 %

Г2 По Афон < 1 по арао: < 10-3 От 1 до 50 от 10-3 до 10-2 От 50 до 200 от 10-2 до 10-1 от 200 до 1000 от 10-1 до 1 >1 000 >1

А Расстояние до РОО > 30 км Расстояние до РОО от 30 до 15 км Расстояние до РОО от 15 до 5 км Расстояние до РОО от 5 до 1 км Расстояние до РОО < 1 км

Д2 Все население принимает условия размещения РОО Не принимает от 1 до 10 % населения Не принимает от 10 до 25 % населения Не принимает от 25 до 50 % населения Не принимает > 50 % населения

Дз 0,1 < H < 0,3 мЗв/год 0,3 < H < 1 мЗв/ год 1 < H <5 мЗв/год 5 < H < 10 мЗв/ год Н >10 мЗв/год

* Градация критерия А4 дана для мышьяка, для других токсичных веществ градация принимается в соответствии с Методическими рекомендациями по выявлению деградированных и загрязненных земель.

Для ранжирования объектов нами условно предложена следующая градации критерия Д2 (см. таблицу).

Критерий Д3 — по оценке доз облучения населения рассматривается по следующему набору референтных сценариев облучения, отвечающих пяти главным путям формирования доз:

• поступление радионуклидов с питьевой водой;

• поступление радионуклидов с продуктами питания;

• ингаляционный;

• внешнее гамма-облучение, дистанционное и контактное бета-облучение кожи;

• заглатывание воды при купании и т.д.

Категория потенциальной радиационной опасности хранилища в зависимости от дозы облучения населения предлагается в таблице.

Критерий Д4 — наличие физической защиты и ограничения доступа на территорию РОО — имеет качественный характер. В большинстве случаев может быть он может быть определен только двумя показателями:

• физическая защита есть, и несанкционированный доступ на территорию закрыт

— безопасный уровень;

• физической защиты нет, и несанкционированный доступ на территорию возможен

— чрезвычайно опасный уровень.

Все предложенные критерии условно подразделены нами на:

• критические: критерии А1—А2, Ь1—Ь4, В-В5, Г1—Г2 и Д1—Д3;

• дополнительные: критерии А3—А4, Ь5—

Ь6 и Д4.

Критические критерии используются при выполнении основного этапа ранжирования РОО по степени опасности.

В ы в о д ы. 1. Предложена комплексная оценка и ранжирование радиационно-опасных объектов по степени опасности. 2. Разработанные критерии позволяют оценить массив радиационно-опасных объектов; состояние инженерных барьеров; протекание процесса миграции радионуклидов в окружающей среде; виды и степень воздействия на человека и окружа-

ющую среду, а также социальные аспекты воздействия сооружения. 3. Предложенные критерии и алгоритм ранжирования могут быть использованы при оценке степени опасности различных объектов хранения радиоактивных отходов (отвалов, хвосто- и шламохранилищ, приповерхностных хранилищ и т. д.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Веселое Е.И. // Мед. труда, 2009. № 3. С. 4—6.

2. Веселов Е.И. // АНРИ. 2011. № 1. С. 42—48.

3. ГОСТ Р 51883—2002. Отходы радиоактивные цементированные. Общие технические требования. Госстандарт России. М., 2002. С. 3.

4. НРБ-99/2009. Нормы радиационной безопасности. Санитарные правила и нормативы СанПиН

2.6.1.2523—09.

5. Ушакова О.Н., Корж В.И., Кузнецов Л.А. и др. // Радиохимия. 2009. Т. 51, № 4. С. 379—381.

6. Шарафутдинов Р.Б., Кузнецов Л.А., Денисов В.А. и др. Ядерная и радиационная безопасность. 2010.

№ 1. С. 10—15.

Поступила 27.10.11

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ:

Коренков Игорь Петрович,

директор по эколого-аналитической деятельности ГУП Мос НПО «Радон», докт. биол. наук, канд. техн. наук, профессор. E-mail: lpkorenkov@yandex.ru

Веселов Евгений Иванович,

директор по геоэкологии и реабилитации территорий ГУП Мос НПО «Радон», канд. техн. наук. E-mail: veselovradon@gmall.com.

Лащенова Татьяна Николаевна,

зам. директора по эколого-аналитической деятельности ГУП Мос НПО «Радон», канд. техн. наук, докт. биол. наук, канд. хим. наук. E-mail: tlaschenova@ gmail.com

Шандала Наталия Константиновна,

зам. генерального директора по науке и биофизическим технологиям ФМЬЦ им. Ьурназяна, докт. мед. наук. E-mail: shandala-fmbc@bk.ru