РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ В УРАНОВЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТАХ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ГЕОЭКОЛОГИЯ GEO-ECOLOGY

Оригинальная статья / Original article УДК 543.53:539.163:621.039.586 DOI: https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-3-330-336

Радиоэкологические факторы и методы их определения в урановых техногенных объектах

© А.М. Музафаров1, А.А. Бобоев2

1 Навоийский горно-металлургический комбинат, г. Навои, Республика Узбекистан 2Навоийский государственный горный институт, г. Навои, Республика Узбекистан

Резюме: Целью исследования был анализ поверхностных слоев почв, расположенных вблизи урансодержащих техногенных объектов, на радиоактивность по показателям мощности экспозиционной дозы, удельной активности каждого радионуклида, удельной эффективной активности Аэфф естественных радионуклидов, выделение радона и плотности его потока. Оценена фоновая радиационная обстановка путем определения естественных радионуклидов. Установлена степень загрязнения объектов с учетом норм радиоактивности, принятых международными организациями (МКРЗ, МАГАТЭ, ООН, ВОЗ), и регламентирующими документами Республики Узбекистан (СанПиН, O'zDst, ГОСТ и др.). Полученные результаты предоставляют возможность определить риск радиационного излучения, испускающегося от почв техногенных объектов, на здоровье населения и объекты среды его обитания. Также возможны оценки экологических и профессиональных рисков на техногенных объектах с целью разработки различных природоохранных мероприятий.

Ключевые слова: радиационная обстановка, почва, естественный радионуклид, радон, радий, калий, торий, мощности экспозиционной дозы, удельная активность, удельная эффективная активность, гамма-спектрометрический анализ

Информация о статье: Дата поступления 25 февраля 2020 г.; дата принятия к печати 10 сентября 2020 г.; дата онлайн-размещения 30 сентября 2020 г.

Для цитирования: Музафаров А.М., Бобоев А.А. Радиоэкологические факторы и методы их определения в урановых техногенных объектах. XXI век. Техносферная безопасность. 2020;5(3):330-336. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-3-330-336

Radioecological factors and methods for their determination

at uranium man-made facilities

© A.M. Muzafarov1, A.A. Boboev2

1

Navoi Mining and Metallurgical Factory, Navoi, Republic of Uzbekistan 2Navoi State Mining Institute, Navoi, Republic of Uzbekistan

Abstract: The purpose of the article is to analyze the surface layers of soils located near uranium-containing technogenic facilities for radioactivity in terms of an exposure dose rate, specific activity of each radionuclide, specific effective activity Aeff of natural radionuclides, radon emission and its flux density. The radiation situation was estimated by determining the natural radionuclides. The degree of contamination was established taking into account the radioactivity standards adopted by international organizations (ICRP, IAEA, UN, WHO), and regulatory documents of the Republic of Uzbekistan (SanPiN, O'zDst, GOST, etc.). The results obtained provide an opportunity to determine the risk of soil radiation from technogenic facilities to the health of the population and environment. It is also possible to assess environmental and occupational risks at technogenic facilities in order to develop various environmental protection measures.

Keywords: radiation conditions, soil, natural radionuclide, radon, radium, potassium, thorium, exposure dose rates, specific activity, specific effective activity, gamma spectrometric analysis

Information about the article: Received February 25, 2020; accepted for publication September 10, 2020; available online September 30, 2020.

ISSN 2500-1582

(print) XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1574 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY (online)_

2020;5(1):115-121

Музафаров А.М., Бобоев А.А. Радиоэкологические факторы и методы их определения в урановых техногенных объектах A.M. Muzafarov, A.A. Boboev. Radioecological factors and methods for their determination at uranium technogenic facilities

For citation: Muzafarov AM, Boboev AA. Radioecological factors and methods for their determination at uranium technogenic facilities. XXI vek. Tekhnosfernaya bezopasnost' = XXI century. Technosphere security. 2020;5(3):330-336. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-3-330-336

1. ВВЕДЕНИЕ

Функционирующий урановый техногенный объект оказывает влияние на радиационную обстановку местности [13]. В частности, почва вокруг и на территории объекта может содержать естественные радионуклиды и радиоактивные продукты распада урана, являющиеся источниками ионизирующих излучений. На поверхности почвы кларк урана

л

составляет примерно < 50 г/т1. Радон, образованный из данного урана, выделяется из почвенных слоев и накапливается в атмосфере, в воздухе на территории объекта. Поэтому актуальными представляются комплексные исследования по качественному и количественному определению естественных радионуклидов и радионуклидов, образующихся при распаде урана в почвах зон влияния урановых техногенных объектов [4-7]. Проведение такого исследования возможно на основе знаний аналитической и радиационной химии, ядерной физики, автоматизации и радиоэкологии [8-10].

Целью работы является аналитическое определение комплекса показателей радиоактивности (мощность экспозиционной дозы, удельная активность радионуклидов 238и, 226^а, 232Т1п и 40К, удельная эффективная активность Аэфф естественных радионуклидов, выделение радона и плотность его потока из поверхности, содержащей радионуклиды) в образцах почв, находящихся в зоне влияния урановых техногенных объектов.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования были почвы, расположенные на территории и в зоне влияния урановых техногенных объектов - хвостохранилищ радиоактивных отходов, участков подземного выщелачивания урана, урановых отвалов и различных действующих урановых предприятий. Отбирали образцы почвы верхних горизонтов.

Мощности экспозиционной дозы определяли прямым измерением с помощью дозиметра-радиометра «ДКС-96» (Россия). Выделение радона и плотности его потока из поверхности земли определяли прямым измерением с помощью спектрометрического комплекса «Прогресс» (Россия). Определение удельной гамма-активности 226Ra, 232Th и 40К проводили методом гамма-спектрометрии на гамма-спектрометрах типа «CANBERRA» (США) и «Прогресс-гамма» (Россия). Твердую измельченную пробу помещают в сосуд Маринелли и устанавливают на детектор. Запускают набор спектра в режиме измерения активности радионуклидов 137Cs, 40K, 226Ra

ООО

и Th в геометрии «Маринелли». По окончании измерения активности в течение 30 мин. программа выводит на экран значения активности и абсолютной статистической погрешности активности данных радионуклидов.

Коэффициент эманации радона в пробах определяли по формуле

1Нормы радиационной безопасности (НРБ-2006) и основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-2006). Ташкент: 2006. 136 с.

2020;5(1):115-121

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

(print) ISSN 2500-1574 (online)

f3f

ГЕОЭКОЛОГИЯ GEO-ECOLOGY

Л

A

A

ных образцов, не подвергавшихся временной выдержке рассчитывали, по формуле

где п - коэффициент эманации радона в пробах, А1 и А6 - активность значения -АRa-226 в 1 - и 6-измерениях.

Выход радона из поверхности локальных участков прямо пропорционален концентрации естественных радионуклидов в нем. Можно предположить, что эманация радона при получении энергии отдачи атома радона сдвигается на расстояние 0,02-0,07 мкм по отношению к различным крупности почв.

Значение удельной эффективной активности - Аэфф естественных радионуклидов - ЕРН в исследуемых пробах рассчитывали по формуле

Аэфф=ARa+1,31Aтh+0,09Aк.

Значение абсолютной погрешности измерения удельной активности - Аэфф I-того радионуклида и абсолютную погрешность определения (Дэфф) рассчитывали по формуле

Кфф + а31хДга)2 + (0,09хДг)2 .

Значение удельной эффективной активности - Аэфф ЕРН в почвах рассчитывали по формуле

Аэфф= ^*ARa + 1,31Ати + 0,09Ак,

где R - коэффициент, учитывающий возможного отсутствия радиоактивного равновесия в ряду радия. Рекомендуется принять R=1,3.

Значение абсолютной погрешности измерения удельной активности - Аэфф ] - того радионуклида и абсолютную погрешность определения (Дэфф) для счет-

Дфф =4(Л х ДКа )2 + (1,31 х Дп )2 + (0,09 х Д к )2.

Исследования проводили в аккредитованной лаборатории Навоийского горно-металлургического комбината.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты определения удельной активности каждого радионуклида и удельной эффективной активности Аэфф в пробах почвы приведены в табл. 1.

Как известно, суммарную удельную активность альфа-излучений почв характеризует ее естественный фон, т.е. количество в них радионуклидов. Анализ суммарной удельной активности альфа-излучения почв позволяет определить степень техногенного влияния добывающего уран предприятия на объекты окружающей среды. Из полученных данных видно, что значения суммарной удельной активности для 40К составляют 740-1412 Бк/кг, для 232Т1п - 19-39 Бк/кг и для 22^а - 42-543 Бк/кг. Удельная эффективная активность Аэфф этих проб почвы варьирует в пределах 194-638 Бк/кг. Значение суммарной удельной активности альфа-излучений составляет 598-1189 Бк/кг.

Важны исследования распределения естественных радионуклидов и определение их кларков по глубинам почв. На рис. 1 дано распределение суммарной удельной активности альфа-излучений почв по их разрезу.

Как видно из построенной гистограммы, естественные радионуклиды и суммарные удельные активности альфа-излучения почв не сильно отличаются между собой находятся на фоновом уровне, установленном для региона.

ISSN 2500-1582

(print) XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1574 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

(online)_

2020;5(1):115-121

Музафаров А.М., Бобоев А.А. Радиоэкологические факторы и методы их определения в урановых техногенных объектах A.M. Muzafarov, A.A. Boboev. Radioecological factors and methods for their determination at uranium technogenic facilities

Таблица 1. Суммарная удельная активность и удельная эффективная активность в пробах почвы

Table 1. Total specific activity and specific effective activity in soil samples

п Удельная активность в почве, Бк/кг Удельная суммарная альфа активность почв, Бк/кг

К Ra Th Аэфф

1 1143 29В 43 3l4 1283

3 1GGB 44l ig 5В3 888

4 943 ЗЗб ЗВ 421 983

б Bg2 321 21 ЗбЗ 922

б ^б 543 2G 5В3 877

l ВВ1 3G2g 2g 411 956

В BBg 3G1 11 319 917

g BG1 329 ig 43В 954

1G BGl 3l3 il 5lG 909

11 gG2 41G 28 412 977

12 Вбб 325 18 335 953

13 ggB 21б 21 2В1 805

14 1234 ЗВб ig 6G1 1008

15 113В 1G3 23 251 908

1б 12бб 1G1 2В 211 872

15OO

iOOO

5OO

А,

-O,75 -1 H, -M

Рис. 1. Распределение суммарной удельной активности альфа-излучений почв по глубинам отбора проб

Fig. 1. Distribution of total specific activity of soil alpha-radiation by sampling depths

Значения естественных радионуклидов в этих пробах характерно для уранонос-ных регионов, т.е. намного больше, чем в населенных пунктах, отдаленных от промышленных объектов. Полученные результаты показывают, что фактор выраженного техногенного влияния отсутствует, а распределение активности в данных почвах отражает естественные процессы. Можно сделать вывод, что техногенный объект надежно изолирован и на объекты окружающей среды от-

рицательного влияния не оказывает, следовательно, сохраняется естественный фоновый уровень.

В табл. 2 приведены результаты измерений удельной активности естественных радионуклидов и удельной эффективной активности почв.

Почвы измельчены, просеяны через сито с диаметром отверстия 5 мм, помещены в сосуд Маринелли объемом 1 дм3, герметизированы и измерены на радиоактивность с помощью спектрометра «Прогресс-гамма». Из полученных результатов определен п - коэффициент выделения 222Кп. Для равновесия радона с материнским радием должно пройти время, равное 10 периодам полураспада радона (период полураспада радона 3,83 дня), то есть 38-40 дней. При помощи коэффициента п эманации радона можно определить значение активности радия при первом измерение. А противном случае нужно было герметизировать пробу и провести измерение через 40 дня. Рекомендован данный метод определения радия, что значительно ускоряет экспериментальную работу.

O

2020;5(1):115—121

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

(print) ISSN 2500-1574 (online)

333 333

ГЕОЭКОЛОГИЯ GEO-ECOLOGY

Таблица 2. Удельная активность естественных радионуклидов и удельная эффективная активность (Аэфф) почв

Table 2. Specific activity of natural radionuclides and specific effective activity (Aeff) of soils

№ проб Удельная активности, Бк/кг П-коэффи-

ARa-226 ± A Ra-226 ATh-232 ± A Th-232 АК-40 ± A K-40 Аэфф ± Аэфф цент

1 32,9 ± 6,5 38,1 ± 4,2 830,3 ± 81,7 158,0 ± 11,0 0,89

2 32,7 ± 5,1 39,2 ± 4,0 852,5 ± 83,0 160,5 ± 10,6 0,88

3 31,9 ± 5,2 29,5 ± 3,4 594,9 ± 57,6 123,7 ± 8,6 0,85

4 39,3 ± 7,7 32,2 ± 4,3 601,5 ± 61,2 133,8 ± 11,1 0,98

5 943,9 ± 177,4 336,7 ± 42,7 38,8 ± 5,4 421,1 ± 33,7 0,93

6 892,2 ± 162,3 321,3 ± 38,6 21,8 ± 4,2 363,7 ± 27,4 0,90

7 786,8 ± 165,1 543,7 ± 57,3 20,9 ± 4,7 583,4 ± 47,1 0,96

8 881,5 ± 161,6 439,9 ± 47,8 29,5 ± 6,1 411,7 ± 32,8 0,92

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований определено распределение естественных радионуклидов и радионуклидов распада урана в почвах, отобранных на различных техногенных объектах. В них определены значение суммарной удельной активности альфа-активности показывающие, что средняя удельная активность в этих пробах

составляет значение в диапазоне от 500 до 1200 Бк/кг.

Динамика изменения естественного распределения данных радиоэкологических факторов показывает, что техногенный объект оказывает умеренное влияние на состояние объектов окружающей среды и их значение находится на уровне ниже нормированных значений.

Библиографический список

1. Возжеников Г.С., Белышев Ю.В. Радиометрия и ядерная геофизика. Екатеринбург: Изд-во УГ-ГА, 2006. 418 с.

2. Музафаров А.М., Темиров Б.Р., Саттаров Г.С. Оценка влияния техногенных факторов на экологию региона // Горный журнал. 2013. № 8 (1). С.65-68.

3. Музафаров А.М., Саттаров Г.С., Ослоповский С.А. Радиометрические исследования техногенных объектов // Цветные металлы. 2016. № 2. С. 15-18.

4. Музафаров А.М., Саттаров Г.С., Кист А.А. Исследование поведения радия в технологическом процессе добычи урана. Тез. докл. Респуб. конф. «Инновационные технологии горно-металлургической отрасли». Навои. 21 октября. 2011. С.227-229.

5. Рафальский Р.П. Гидротермальные равновесия и процессы минералообразования. М.: Ато-миздат, 2013. 290с.

6. OECD, 1979. Organisation for Economic Cooperation and Development. Exposure to radiation from natural radioactivity in building materials. Report by a Group of Experts of the OECD Nuclear Energy Agency, OECD.

7. STUK, 2003. (Radiation and Nuclear Safety Authority) The radioactivity of building materials and ash. RegulatoryGuidesonRadiationSafety. (ST Guides) ST 12.2. Finland.

8. Музафаров А.М., Саттаров Г.С., Кадиров Ф.М., Латышев В.Е. Методы оценки техногенного влияния хвостохранилищ промышленных предприятий на окружающую среду // Горный вестник Узбекистана. 2002. № 2. С. 85-89.

9. Аллаберганова Г.М., Музафаров А.М. Мониторинг и оценка мощности эффективной дозы в техногенных объектах урановых производств // Горный вестник Узбекистана. 2019. № 2 (77). С. 105-107.

10. Музафаров А.М., Аллаберганова Г.М., Чер-

ISSN 2500-1582

(print) XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1574 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY (online)_

2020;5(1):115-121

Музафаров А.М., Бобоев А.А. Радиоэкологические факторы и методы их определения в урановых техногенных объектах A.M. Muzafarov, A.A. Boboev. Radioecological factors and methods for their determination at uranium technogenic facilities

чиева Е.О., Саттаров Г.С. Возможности применения инструментальных приборов для решения технологических и радиоэкологических задач урановых производств. Тез. докл. IX междуна-

родная конференция «Ядерная и радиационная физика». 24-27 сентября 2013. Алматы. Казахстан. С.182-183.

References

1. Vozhenikov GS, Belyshev YuV. Radiometry and nuclear Geophysics. Yekaterinburg: UGGA Publishing hous. 2006;418 p. (In Russ.).

2. Muzafarov AM, Temirov RB, Sattar GS. Estimation of influence of anthropogenic factors on the ecology of the region. Gornyy zhurnal = Mountain magazine. 2013;8(1):65-68. (in Russ.).

3. Muzafarov AM, Sattarov GS, Oslopovsky SA. Radiometric studies of technogenic objects. Tsvetnyye metally = non-Ferrous metals. 2016;2:15-18. (In Russ.).

4. Muzafarov AM, Sattarov GS, Kist A A. Investigation of radium behavior in the technological process of uranium mining. TEZ. Dokl. Repub. Conf. "Innovative technologies of the mining and metallurgical industry". Navoi; 21 October 2011, p. 227-229. (In Russ.).

5. Rafalsky RP. Hydrothermal equilibria and mineral formation processes. Moscow: Atomizdat, 2013. 290 p. (In Russ.).

6. OECD, 1979. Organisation for Economic Cooperation and Development. Exposure to radiation from natural radioactivity in building materials. Report by

a Group of Experts of the OECD Nuclear Energy Agency, OECD.

7. STUK, 2003. (Radiation and Nuclear Safety Authority) The radioactivity of building materials and ash. RegulatoryGuidesonRadiationSafety. (ST Guides) ST 12.2. Finland.

8. Muzafarov AM, Sattarov GS, Kadirov FM, Lat-yshev VE. Methods of assessing the technogenic impact of industrial tailings on the environment. O'zbekiston konchilik xabarnomasi. 2002;2:85-89. (In Russ.).

9. Allaberganova GM, Muzafarov AM. Monitoring and evaluation of the effective dose rate in technogenic objects of uranium production. O'zbekiston konchilik xabarnomasi. 2019;2(77):105-107. (In Russ.).

10. Muzafarov AM, Allabergenova GM, Cercava EO, Sattar GS. the possibility of applying instrumental devices for solution of technological and radiological challenges of uranium production. TEZ Dokl. IX international conference "Nuclear and radiation physics". September 24-27, 2013. Almaty, Kazakhstan. P. 182-183. (In Russ.).

Критерии авторства

Музафаров А.М., Бобоев А.А. имеют авторские права и несут ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Сведения об авторах Музафаров А.М.,

заместитель начальника по науке, главный инженер центральной научно-исследовательской лаборатории, Навоийский горно-металлургического комбината, Навои, Республика Узбекистан, И e-mail: [email protected]

Contribution

Muzafarov A.M., Boboev A.A.have authors' rights and bear responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict interests.

All authors have read and approved final manuscript.

Information about the authors A.M. Muzafarov,

Deputy Head for Science,

chief engineer of central

research laboratory,

Navoi Mining and Metallurgical

Factory, Navoi, Republic of Uzbekistan,

2020;5(1):115—121

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ISSN 2500-1582

(print) ISSN 2500-1574 (online)

f3f

ГЕОЭКОЛОГИЯ GEO-ECOLOGY

Бобоев А.А.,

ассистент кафедры автоматизации и управления,

Навоийский государственный горный институт,

Навои, Республика Узбекистан, e-mail: [email protected]

A.A. Boboev,

Assistant of the Department of Automation and Control,

Navoi State Mining Institute, Navoi, Republic of Uzbekistan,

ISSN 2500-1582

(print) XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ISSN 2500-1574 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY (online)

2020;5(1):115-121