Научная статья на тему 'Сравнительная оценка основных источников поступления трития в воздушную среду на территории Семипалатинского испытательного полигона'

Сравнительная оценка основных источников поступления трития в воздушную среду на территории Семипалатинского испытательного полигона Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
363
114
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ПОЛИГОН / ПЛОЩАДКА "ДЕГЕЛЕН" / РЕКА ШАГАН / ТРИТИЙ ( 3Н) / ВОЗДУШНАЯ СРЕДА / ТРАНСПИРАЦИЯ / ЭМАНАЦИЯ / ИСПАРЕНИЕ / ЯДЕРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ / "DEGELEN" SITE / SEMIPALATINSK TEST SITE / SHAGAN RIVER / ATMOSPHERIC TRITIUM / TRANSPIRATION / EMANATION / EVAPORATION / NUCLEAR TESTS

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Ляхова О. Н., Лукашенко С. Н., Ларионова Н. В., Яковенко Ю. Ю., Тур Е. С.

Вследствие проведения ядерных испытаний, наряду с наиболее известными техногенными радионуклидами цезием-137, стронцием-90, америцием-241, плутонием-239+240, образовалось большое количество трития. Все мероприятия, проводимые на основных испытательных площадках Семипалатинского испытательного полигона, сравнимы между собой по количеству взрывов, но виды взрывов были различными. В связи с этим и количество образовавшегося трития, а также пути его поступления и перераспределения в окружающей среде в каждом случае существенно отличаются. В данной работе представлены расчётные оценки общего количества трития, поступающего в воздушную среду с радиационно опасных участков Семипалатинского испытательного полигона, наиболее загрязнённых тритием (площадка «Дегелен»), как внутри площадки, так и за её пределами, а также в русло реки Шаган, начиная от «Атомного» озера и до впадения в реку Иртыш. Все представленные теоретические расчёты выполнены с использованием данных, полученных экспериментальным путем в ходе проведения многочисленных исследований территории полигона. На основе анализа всех полученных результатов проведена сравнительная оценка вклада

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Ляхова О. Н., Лукашенко С. Н., Ларионова Н. В., Яковенко Ю. Ю., Тур Е. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Comparative analysis of main mechanisms of tritium transfer from the Semipalatinsk Test Site to atmosphere

Tritium like cesium-137, strontium-90, americium-241 and plutonium 239+240 was produced during nuclear tests. It was accumulated in the environment in large amounts. The purpose of the study is to evaluate the total amount of the radionuclide in the air transferred from the test areas, which were the most contaminated as a result of nuclear tests. In all calculations experimental data were used. It was suggested that tritium presented in water was the main contributor to air pollution. Though the number of tests performed on main sites were relatively similar, the types of explosions were different. In this connection the amount of tritium and its distribution in the vicinity of a specific test area may differ. The paper presents estimates of the radionuclide content in air transferred from the Degelen site, its surroundings and the Shagan river channel between the “Atomic” lake and the inflow to the Irtysh river. Comparative analysis of the contribution of various mechanisms of tritium transfer to air from Semipalatinsk Test Site was performed.

Текст научной работы на тему «Сравнительная оценка основных источников поступления трития в воздушную среду на территории Семипалатинского испытательного полигона»

Сравнительная оценка основных источников поступления трития в воздушную среду на территории Семипалатинского испытательного полигона

Ляхова О.Н.1, Лукашенко С.Н.1,2, Ларионова Н.В.1, Яковенко Ю.Ю.1, Тур Е.С.2

1 Институт радиационной безопасности и экологии, Курчатов, Казахстан;

2 Национальный ядерный центр Республики Казахстан, Курчатов, Казахстан

Вследствие проведения ядерных испытаний, наряду с наиболее известными техногенными радионуклидами - цезием-137, стронцием-90, америцием-241, плутонием-239+240, образовалось большое количество трития. Все мероприятия, проводимые на основных испытательных площадках Семипалатинского испытательного полигона, сравнимы между собой по количеству взрывов, но виды взрывов были различными. В связи с этим и количество образовавшегося трития, а также пути его поступления и перераспределения в окружающей среде в каждом случае существенно отличаются. В данной работе представлены расчётные оценки общего количества трития, поступающего в воздушную среду с радиационно опасных участков Семипалатинского испытательного полигона, наиболее загрязнённых тритием (площадка «Дегелен»), как внутри площадки, так и за её пределами, а также в русло реки Шаган, начиная от «Атомного» озера и до впадения в реку Иртыш. Все представленные теоретические расчёты выполнены с использованием данных, полученных экспериментальным путем в ходе проведения многочисленных исследований территории полигона. На основе анализа всех полученных результатов проведена сравнительная оценка вклада различных источников поступления трития в воздушную среду Семипалатинского испытательного полигона.

Ключевые слова: Семипалатинский испытательный полигон, площадка «Дегелен», река Шаган, тритий (3Н), воздушная среда, транспирация, эманация, испарение, ядерные испытания.

Введение

На территории Семипалатинского испытательного полигона (СИП) за время его существования было проведено 450 различных ядерных испытаний (ЯИ). Вследствие проведения ЯИ, наряду с наиболее известными техногенными радионуклидами - 137^, 9^г, 241Am, 239+240Pu -образовалось большое количество трития (3Н), который является одним из основных дозообразующих радионуклидов.

Все испытания, проводившиеся на основных испытательных площадках СИП, сравнимы между собой по количеству взрывов, но виды взрывов были различными. В связи с этим количество образовавшегося 3Н, а также пути его поступления в окружающую среду в каждом случае существенно отличались. Общее количество 3Н зависит от типа и мощности взрыва, конструктивных особенностей устройства и химического состава породы в месте проведения испытаний [1].

Подробно процессы образования 3Н, а также уровни его содержания в объектах окружающей среды в местах проведения воздушных, наземных и подземных ядерных испытаний на СИП были рассмотрены в ряде работ, основанных на результатах исследований [2].

Роль основных источников Н в загрязнении воздушной среды на территории СИП, каковыми являются поверхностные воды и подземные воды, почвенная влага, растения и полости штолен, также были изучены в процессе проведения радиоэкологических исследований полигона [3, 4]. Таким образом, на данный момент возникают иные вопросы: каково общее количе-

Ляхова О.Н.* - нач. лаб., к.б.н.; Лукашенко С.Н. - дир. ин-та, зам. дир. Центра; Ларионова Н.В. - нач. лаб., к.б.н.; Яковенко Ю.Ю. -нач.группы; Тур Е.С. - вед. инж. Институт радиационной безопасности и экологии; Нац. ядерн. центр Республики Казахстан.

*Контакты: 071100, Республика Казахстан, Курчатов, ул. Красноармейская, 2. Тел.: 8 777 670 98 02; e-mail: lyahova@nnc.kz.

3

ство Н, поступающего в атмосферу, и какой из основных источников является наиболее значимым с точки зрения тритиевого загрязнения воздушной среды.

Цель данной работы - проведение расчётных оценок общего количества 3Н, поступающего в воздушную среду с участков СИП, наиболее загрязнённых 3Н. Все расчёты выполнены на основе экспериментальных данных. При проведении расчётов было принято, что основной вклад в тритиевое загрязнение атмосферы вносит Н, находящийся в окружающей среде в виде тритированной воды [5, 6].

Материалы и методы Общая методология получения экспериментальных данных

Расчёты, представленные в работе, основаны на данных о концентрации 3Н в воде, растительности, атмосферном и почвенном воздухе, которые были получены вследствие проведения экспериментальных работ на участках исследования.

Содержание 3Н определяли в свободной воде растений, полученной из испаряемого ими конденсата. Определение продуктивности растительного покрова методом укосов: срезанные растения раскладывали для просушивания до воздушно-сухого (ломкого) состояния и взвешивали.

Исследование уровня концентрации 3Н в воздушной среде проводили посредством отбора проб водяных паров методом криогенного вымораживания.

Отбор проб поверхностных вод осуществляли с помощью пробоотборника - батометра, который погружали в источник воды на заданную глубину. Пробы отбирали в пластиковые ёмкости, объёмом 0,5 л каждая. Пластиковые ёмкости герметично закрывали (закручивали) пластиковыми крышками и транспортировали в лабораторию.

Определение удельной активности 3Н во всех анализируемых образцах проводили методом жидкосцинтилляционного анализа при помощи спектрометра TRICARB 2900 TR.

Подробно все использованные в работе методы и методики представлены в [3, 7-10].

Методология проведения расчётов

Оценку поступления Н в воздушную среду СИП проводили для двух радиационно опасных объектов полигона: площадка «Дегелен» и русло р. Шаган. Выбор методологии проведения расчётов базировался на основных механизмах поступления 3Н в атмосферу, присущих территории СИП, которые подробно описаны в работе [7]:

- испарение с поверхности открытого водного источника;

- транспирация растениями;

- испарение с поверхности почвы;

- эманация из полостей штолен.

Испарение с водной поверхности. Для расчёта испарения с открытой водной поверхности Г. Пенманом в 1948 г. было выведено уравнение для стандартных климатических условий [11, 12]. Позднее формула уравнения Пенмана была адаптирована В. Шаттлуортом к системе СИ и в общепринятой практике применяется для расчёта испарения с поверхности [13]:

А- Яп + у • 6,43 • (1 + 0,536 • и2)• (е5 - еа)

(1)

К • (А + у)

где Ета55 - испарение, мм/день; - радиация нетто на поверхности, МДж/(м день); и2 - скорость ветра на высоте 2 м, м/с; А - наклон кривой давления насыщенного пара, кПа/°С; у - психометрическая постоянная, кПа/°С; е5 - давление насыщенного пара, кПа; еа - фактическое давление пара, кПа; К - удельная теплота парообразования, МДж/кг.

Оценка коэффициентов для уравнения проводилась на базе климатических показателей по метеостанции г. Семей, собранных за последние 14 лет по формулам, подробно описанным в выпуске № 56 «Ирригация и дренаж» Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) [12]. Полученные коэффициенты использовались для оценки ежедневных значений испарения с открытой водной поверхности, которые, усреднённые на помесячной основе, приведены в табл.1.

Таблица 1

Усреднённые помесячные расчётные значения испарения с водной поверхности

Месяц года Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь

Транспирация с нормативной поверхности, мм/день 2,94 4,87 5,71 5,26 4,57 2,78 1,25

Ежегодный выброс Н, поступающего в атмосферу с открытой водной поверхности, определялся при помощи следующего уравнения:

12

^о.пов. - Р • АЗНвод. - ^ Етжв ,і ’ 10 - ^і

(2)

і=1

где Оопов, - ежегодный выброс трития, Бк; Эопов_ - площадь поверхности, м ; р - плотности воды, кг/м ; Етцзз - величина среднемесячного испарения, мм/день; t - продолжительность меся-

3

ца, дни; Л3Ивод_ - удельная активность Н в воде.

Транспирация и испарение с поверхности почвы. Оценка общего количества 3Н, поступающего в атмосферу посредством процессов транспирации и испарения с поверхности почвы, проводилась методом определения эвапотранспирации (ЕТ) [12].

Основываясь на многолетнем опыте, ФАО рекомендовала для расчёта эвапотранспира-ции метод Пенмана-Монтейта как единственный стандартный метод:

ЕТ0 =

0,408 А- (Я„ - в) + у-

900 Т + 273

и2 • Є - еа)

А + у- (1 + 0,34 • и2)

(3)

где ЕТо - нормативная эвапотранспирация (мм/день); - радиация нетто на поверхности,

2 2 МДж/(м день); Є - плотность почвенного теплового потока, МДж/(м день); Т- средняя дневная

температура на высоте 2 м, оС; и2 - скорость ветра на высоте 2 м, м/с; А - наклон кривой давления насыщенного пара, кПа/°С; у - психометрическая постоянная, кПа/°С; еа - фактическое давление пара, кПа; е5 - давление насыщенного пара, кПа.

Разделение эвапотранспирации на транспирацию растениями и испарение с почвы осуществляли исходя из соображений, что в вегетационный период порядка 80% влаговыделения

приходится на транспирацию [14, 15]. Соответственно испарение с почвы для вегетационного периода определяли из расчёта 20% от эвапотранспирации. Переход от нормативной транспирации к фактической вычисляли путём произведения значения нормативной транспирации и отношения фактической средней продуктивности растений на исследуемом участке к найденной продуктивности.

Ежегодный выброс 3Н, поступающего в атмосферу при транспирации, определяли с использованием следующей формулы:

12 {р '

транс.

Q = S • Р- A -V T • 10 3 • t

транс. ^транс. И "ъНтранс. 0,/ і

і=1

ч 200

(4)

где Отранс. - ежегодный выброс 3Н, Бк; Т0 - величина среднемесячной нормативной транспирации, мм/день; Ї - продолжительность месяца, дни; Этранс. - площадь поверхности, м ; р - плотность воды, кг/м3; Л3нтранс. - удельная активность 3Н в свободной воде растений, Бк/кг; Ртранс. -

22 фактическая средняя продуктивность, г/м ; 200 - продуктивность нормативной поверхности, г/м .

Ежегодный выброс трития, поступающего в атмосферу при испарении с почвы, определялся как:

12 і р

транс.

(5)

і=1

200

где Опочв. - ежегодный выброс 3Н, Бк; Е0 - величина среднемесячного испарения с почвы, мм/день; t - продолжительность месяца, дни; Эпочв. - площадь поверхности, м ; р - плотность

33

воды, кг/м ; Л3нпочв. - удельная активность Н в почвенной влаге, Бк/кг; Ртранс. - фактическая

22 средняя продуктивность, г/м ; 200 - продуктивность нормативной поверхности, г/м .

В табл. 2 представлены усреднённые помесячные расчётные значения нормативной транспирации и испарения с поверхности почвы, используемые в дальнейших расчётах, согласно формулам (4) и (5).

Таблица 2

Усреднённые помесячные расчётные значения нормативной транспирации

и испарения с почвы

Месяц года Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь

Транспирация с нормативной поверхности (Т0), мм/день 0,00 3,19 3,83 3,53 2,99 1,73 0,00

Испарение с почвы (Е0), мм/день 2,30 0,80 0,96 0,88 0,75 0,43 0,94

3

Эманация трития из полостей штолен. Поступление Н в атмосферу из штолен оценивали в условиях большей неопределённости значений параметров, необходимых для расчётов. Так как на исследуемых участках проводились измерения значения активности Н в приземном слое атмосферы над открытыми водотоками и растительностью, было решено использовать зависимость между содержанием Н в воздухе и его выходом с поверхности при испарении или эвапотранспирации (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость измеренной активности Н в атмосфере от расчётного выхода при испарении.

Экспериментальная часть

Количественная оценка трития, поступающего в воздушную среду с территории площадки «Дегелен». Площадка «Дегелен», расположенная на одноимённом горном массиве, была создана в начале 60-х годов для проведения подземных ядерных взрывов (ПЯВ), которые осуществлялись в штольнях [17]. Всего на территории горного массива Дегелен было произведено 209 ядерных испытаний в 181 штольне.

Удельная активность Н в подземных и поверхностных водах площадки составляет сотни тысяч Бк/кг [8, 16], в растительности - тысячи и десятки тысяч Бк/кг [9], в воздушной среде в местах расположения штолен и внутри них варьирует в широких пределах от сотен до десятков

3 3

тысяч Бк/м [2]. Основными источниками поступления Н в воздух на площадке «Дегелен» являются поверхностные воды, растительность и почвенная влага. Как отдельный источник поступления 3Н в атмосферу были рассмотрены полости штолен [7].

Поверхностные воды, растительность, почвенная влага

Методология проведения расчётов и исходные данные. При проведении оценки общего количества 3Н на территории площадки «Дегелен» были выделены основные ручьи, загрязнённые тритием, - Узынбулак, Байтлес, Карабулак, Токтакушык и Актыбай. Расчёты проводились по руслу каждого ручья в отдельности. Для этого изначально был взят дешифрированный космоснимок, на основании которого построен рисунок с линиями, повторяющими траекторию прохождения каждого ручья. Полученные линии были условно разделены на отдельные исследовательские участки, начиная с истока ручья и заканчивая видимой зоной конечного стока. Схематически зоны разделения по каждому ручью представлены на рис. 2.

В табл. 3 приведены исходные данные, используемые при проведении оценки общего количества Н.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рис. 2. Схема разделения ручьёв на исследовательские участки.

Таблица 3

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Исходные данные для расчётов поступления трития с площадки «Дегелен»

Ручей № уч. Длина участка, м Средняя ширина ручья на участке, м Средняя ширина полосы растений на участке, м Концентрация 3Н в воде, кБк/л Средняя удельная активность 3Н в растениях на участке, Бк/л Средняя продуктивность, г/м2

1 700 2 100 500 186700 230

2 6000 2 1 300 222600 240

Узынбулак 3 6600 5 300 300 22250 120

4 500 2 250 300 28800 114

5 1000 0 100 300 26700 250

6 8000 0 2 300 39750 240

1 500 1 1 400 165000 400

Байтлес 2 3000 0 20 150 72000 300

3 1000 50 60 56 56000 280

4 7600 0 30 0 26300 280

Карабулак 1 7300 2 50 350 142000 250

2 10000 0 2 50 300 400

Токтакушык 1 2 1000 5 3 0 500 2 70 0 51500 40550 70 280

1 700 0 200 0 31750 130

Актыбай 2 500 0 220 0 31500 140

3 4000 0 2 0 300 365

Результаты расчётов и их обсуждение. С учётом значений нормативной транспирации, испарения с почвы и испарения с поверхности воды из табл. 1, 2 и экспериментальных данных из табл. 3 были рассчитаны величины поступления 3Н от источников, расположенных на площадке «Дегелен» (табл. 4).

Таблица 4

Поступление трития от источников площадки «Дегелен»

Ручей Транспирация Испарение с почвы Испарение с поверхности воды

Узынбулак 2,2-1013 1,01013 1,21013

Байтлес 8,61012 3,81012 2,51012

Карабулак 3,31013 1,51013 4,01012

Токтакушык 4,2-ю12 2,01012 1,8-10"

Актыбай 2,51012 1,1 -1012 -

Общее количество 7,01013 3,21013 1,8-1013

Полученные данные показали, что в зависимости от водотока, а именно от его экосистемы в целом, на разных участках площадки «Дегелен» количество поступающего Н в атмосферу различно от одних и тех же источников. Если рассматривать весь исследуемый участок в це-

з

лом, значение количества Н, поступающего от всех трёх рассматриваемых источников, лежит в одном порядке (табл. 4), но отмечено, что транспирация от растений здесь будет играть ключевую роль.

Полости штолен

Методология проведения расчётов и исходные данные. Подземные ядерные взрывы на площадке «Дегелен» проводили в штольнях, каждая из которых представляла собой горизонтальную горную выработку длиной от сотен метров до 2 км, с диаметром ствола выработки около 3 м и протяжённостью до 1 км (рис. 3).

(а) штольни

2 Закрепленный участок штольни

Ш) $' и ш ^

1 з Ш

14)

Рис. 3. Схематичное изображение разреза штольни.

1 - концевой бокс; 2 - щебень; 3 - канал вывода излучений; 4 - гермоэлементы.

Несомненно, поступление Н в атмосферу непосредственно из полостей штолен вносит существенный вклад в тритиевое загрязнение [2, 10], но сделать прямые расчёты для оценки общего количества 3Н, поступающего в атмосферу, достаточно сложно из-за множества неоп-ределённостей. Для оценки поступления 3Н в атмосферу из штолен был использован подход, описанный выше, в разделе «Эманация трития из полостей штолен», который состоит в замене

моделирования процесса прохождения паров насыщенной тритием воды через толщу пород за счёт испарения с открытой поверхности. В рамках этого подхода, для каждого измеренного значения активности Н над поверхностью штольни из уравнения линии тренда рис. 1 находили соответствующее значение выхода активности с поверхности (табл. 5).

Таблица 5

Исходные данные для расчётов поступления трития со штолен и скважин

Площадка Средняя активность 3Н в приповерхностном слое воздуха, Бк/м3 Количество штолен/скважин, шт. Средний радиус площади поступления 3Н , м Средний выход активности, Бк/м2 в день

Дегелен 10,0 181 50 1,1104

Результаты расчётов и их обсуждение. Рассчитав по формуле (1) значение испарения с открытой поверхности на момент измерения активности Н в воздухе, вычисляли условную удельную активность воды для конкретной площади измерения, а затем, используя эту условную активность и усреднённые помесячные значения испарения из табл. 2, а также данные по количеству штолен и по площадям поверхности, с которой 3Н поступает в атмосферу (табл. 5), по формуле (2) были рассчитаны величины годового поступления 3Н от штолен (табл. 6).

Таблица 6

Оценка поступление трития со штолен

Площадка Усреднённое расчётное испарение, г/м2 в день Усреднённая условная удельная активность Н в воде, Бк/кг Суммарное испарение с общей площади штолен/скважин, г воды/год Поступление 3Н, Бк/год

Дегелен 1,3103 8800 2 'о сЧ 1,1 1013

С учётом всех неопределённостей, проведённые расчёты показали, что общее количест-

3 13

во Н, поступающего со штолен, составляет порядка 110 Бк в год. Полученные значения сравнимы с количеством Н, поступающего от других рассматриваемых источников поступления Н в атмосферу. Согласно полученным результатам штольни являются одним из значимых источников при оценке поступления Н в атмосферу на территории СИП.

Количественная оценка трития, поступающего в воздушную среду в зоне влияния р. Шаган

Река Шаган является притоком р. Иртыш и протекает с восточной стороны территории СИП. С точки зрения радиоэкологических исследований, р. Шаган заслуживает особого внимания - русло реки имеет сообщение с водами «Атомного» озера, а также питается грунтовыми водами, связанными с грунтовыми водами площадки «Балапан», используемой для проведения подземных ядерных испытаний [18]. Исследование р. Шаган проводили по схеме, аналогичной исследованию на площадке «Дегелен». Всего для расчётов было выделено 5 исследовательских участков (табл. 7).

Поверхностные воды, растительность, почвенная влага

Методология проведения расчётов и исходные данные. В табл. 7 приведены исходные данные для оценки поступления Н с источников, расположенных на территории р. Шаган.

Таблица 7

Исходные данные для расчётов поступления трития с территории р. Шаган

Река № уч. Длина участка, м Средняя ширина ручья на участке, м Средняя ширина полосы растений на участке, м Концентрация 3Н в воде, Бк/л Средняя удельная активность 3Н в растениях на участке, Бк/л Средняя продуктивность, г/м2

1 4000 5 4 2000 900 380

2 2000 5 4 300000 135600 380

Шаган 3 6000 2 1 50000 28000 320

4 14000 2 2 15000 8800 300

б 70000 2 2 200 60 270

Результаты расчётов и их обсуждение. С учётом значений нормативной транспирации испарения с почвы и с поверхности воды, взятых из табл. 1, и исходных данных из табл. 7, были рассчитаны величины поступление Н от источников, расположенных на территории р. Шаган (табл. 8).

Таблица 8

Поступление трития с территории р. Шаган

Ручей Транспирация Испарение с почвы Испарение с поверхности воды

Шаган 1,5-1012 6,4-Ю11 3,4-Ю12

Полученные данные показали, что на территории р. Шаган основными источниками поступления Н в атмосферу являются вода и растительность. Количество трития, поступающего с почвенной влагой, меньше на порядок, что являлось вполне ожидаемым.

Сравнительная оценка вклада различных источников в суммарное поступление 3Н

В табл. 9 представлены обобщённые данные по оценке общего количества 3Н, поступающего в воздушную среду с наиболее загрязнённых тритием участков на территории СИП.

Таблица 9

Сравнительная оценка поступления 3Н

Механизм поступления Количество 3Н, поступающего в атмосферу, Бк/год Общее количество 3Н, поступающего в атмосферу, Бк/год

Площадка «Дегелен» Река Шаган

Испарение 1,81013 3,41012 2,1-Ю13

Транспирация 7,01013 1,51012 7,2-Ю13

Эманация (почвенная влага) 3,21013 6,4-Ю11 3,2-Ю13

Эманация(штольни) 1,11013 - 1,1-Ю13

Общее количество 3Н, посту- 1 31014 б 61012 1 3-Ю14

пающего в атмосферу, Бк/год

Согласно результатам, все исследованные механизмы поступления являются сравнимы-

33

ми по количеству 3Н и вносят одинаково существенный вклад в поступление 3Н в воздушную среду СИП. Однако необходимо отметить, что при детальном анализе и обобщении полученных данных процесс транспирации растений является наиболее значимым применительно к условиям исследуемых участков. Вероятно, это происходит из-за тесной связи растительности как с водными объектами, так и с почвенным горизонтом, что говорит о том, что растительность, возможно, является своеобразным индикатором тритиевого загрязнения территории.

Заключение

В работе дана оценка общего количества 3Н, поступающего в воздушную среду на территории Семипалатинского испытательного полигона. Для этого проведено исследование двух основных площадок, где отмечено максимальное загрязнение Н - площадка «Дегелен» и русло р. Шаган. Показано, что «Дегелен» вносит больший вклад в тритиевое загрязнение атмосферы: общее количество поступающего с её территории 3Н на 2 порядка превышает значения, полученные для русла р. Шаган.

В каждом конкретном случае основную роль в загрязнении воздушной среды может играть любой из представленных механизмов поступления - в одном случае более значимую роль будет играть растительность за счёт механизма транспирации, а в другом - испарение с поверхности воды или почвы.

Анализ полученных данных в целом показал, что общее количество 3Н, поступающего в воздушную среду с загрязнённых участков, будет зависеть от многих факторов и параметров, присущих каждой конкретной территории. Это, в первую очередь, виды проведённых на участке испытаний и, как следствие, концентрация 3Н в окружающей среде. Не менее важным будет наличие поверхностных и подземных водотоков и их гидрологический режим, которые влияют на распространение определённых видов растительности и продуктивность их произрастания, а также оказывают существенное влияние на влажность почвы.

Расчёты показали, что Н, поступающий посредством транспирации растений, вдвое превышает тритий, поступающий по другим механизмам. Был сделан вывод, что именно растительность как источник и транспирация как механизм будут играть ключевую роль при будущих исследованиях поступления Н в воздушную среду СИП.

Литература

1. Егоров Ю.А. Тритий в природно-техногенной среде «АЭС - окружающая среда» //Региональная экология. 2002. № 1-2. С. 13.

2. Ляхова О.Н., Лукашенко С.Н., Мульгин С.И. Тритий как индикатор мест проведения ядерных испытаний //Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана: сб. трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2011 г. Вып. 3, Т. 1 /под рук. С.Н. Лукашенко. Павлодар: Дом печати, 2011. С. 121-142.

3. Обеспечение радиационной безопасности на территории Республики Казахстан. Мероприятия 1.

Обеспечение безопасности бывшего Семипалатинского испытательного полигона: отчёт РБП 038

(информационный, годовой) /под рук. С.Н. Лукашенко. Курчатов: ИРБЭ НЯЦ РК, 2011. 167 с.

4. Обеспечение безопасности бывшего Семипалатинского испытательного полигона. Этап 4.1.5 «Ис-

следования характера загрязнения тритием растительного покрова и воздушного бассейна в зоне влияния реки Чаган»: отчёт РБП 038 (информационный, годовой) /под рук. С.Н. Лукашенко. Курчатов: ИРБЭ НЯЦ РК, 2010. 232 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Bond W.D. Production of Tritium by Contained Nuclear Explosions in Salt: I. Laboratory Stadies of Izotopic Exchange of Tritium in the Hydrogen-Water System, USAEC Report ORNL-3334. Oak Ridge National Laboratory. 1962 (Dec. 6).

6. Hartec Р. The Relative Abundance of HT and HTO in the Atmosphere //J. Chem. Phys. 1954. V. 22, N 10. Р. 1746-1751.

7. Ляхова О.Н., Лукашенко С.Н., Ларионова Н.В. Механизмы формирования тритиевого загрязнения воздушного бассейна в пределах горного массива Дегелен //Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана: сб. трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007-2009 гг. Вып. 2 /под рук. С.Н. Лукашенко. Павлодар: Дом печати, 2010. С. 331-354.

8. Паницкий А.В., Магашева Р.Ю., Лукашенко С.Н. Характерные особенности радиоактивного загрязнения компонентов природной среды экосистем водотоков штолен горного массива Дегелен //Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана: сб. трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007-2009 гг. Вып. 2 /под рук. С.Н. Лукашенко. Павлодар: Дом печати, 2010. С. 57-103.

9. Ларионова Н.В., Лукашенко С.Н., Султанова Б.М. Использование растений в качестве индикаторов припортальных площадок штолен бывшей испытательной площадки «Дегелен» //Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана: сб. трудов Института радиационной безопасности и экологии за 20072009 гг. Вып. 2 /под рук. Лукашенко С.Н. Павлодар: Дом печати, 2010. С. 277-284.

10. Айдарханов А.О., Лукашенко С.Н., Субботин С.Б., Эдомин В.И., Генова С.В., Топорова А.В., Ларионова Н.В., Пестов Е.Ю. Состояние экосистемы р. Шаган и основные механизмы её формирования //Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана: сб. трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007-2009 гг. Вып. 2 /под рук. С.Н. Лукашенко. Павлодар: Дом печати, 2010. С. 9-55.

11. Penman H.L. Natural evaporation from open water, bare soil and grass /H.L. Penman //Proc. Roy. Soc. London, Series A. Mathematical and Physical Sciences, 1948. V. 193. Р. 120-145.

12. Allen R.G., Pereira L.S., Raes D., Smith M. Crop Evapotranspiration - Guidelines for Computing Crop Water Requirements. FAO Irrigation and drainage paper 56. Italy: Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2007. 281 p.

13. Shuttleworth J. Putting the 'vap' into evaporation. Available at: http://www.hydrol-earth-syst-

sci.net/11 /210/2007/hess-11 -210-2007.pdf.

14. Takeuchi S., Odani H., Unlu M., Yano T. Separate estimation of transpiration and evaporation from a

maize field: the final report of ICCAP 175-179 RIHN / 2007. P. 5-9. Available at:

http://www.chikyu.ac.jp/iccap/ICCAP_Final_Report/5/5-crop_takeuchi.pdf.

15. Dalmago G.A., Takeuchi S., Odani H., Unlu M., Bergamaschi H., Heckler B.M.M. Evapotranspiration in maize crops as function of soil tillage systems //ISCO 2004: 13th International Soil Conservation Organization Conference. Brisbane, 2004. P. 295-299.

16. Субботин С.Б., Лукашенко С.Н, Каширский В.М., Яковенко Ю.Ю., Бахтин Л.В. Подземная миграция искусственных радионуклидов за пределы горного массива «Дегелен» //Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана: сб. трудов Института радиационной безопасности и экологии за 20072009 гг. Вып. 2 /под рук. С.Н. Лукашенко. Павлодар: Дом печати, 2010. С. 103-157.

17. Акчурин И.А. Семипалатинский ядерный полигон. Создание, становление, деятельность. М.: Голден-Би, 2007. 225 c.

18. Изучение современного состояния и последствий деятельности объектов атомной энергетики Семипалатинского полигона на окружающую среду: отчёт о НИР /под рук. С.Н. Лукашенко. Курчатов: ИРБЭ НЯЦ РК, 2009-2010. 112 c.

Comparative analysis of main mechanisms of tritium transfer from the Semipalatinsk Test Site to atmosphere

Lyakhova O.N.1, Lukashenko S.N.1,2, Larionova N.V.1, Yakovenko Yu.Yu.1, Tur E.S.2

1 Institute of Radiation Safety and Ecology (IRSE), Kurchatov, Kazakhstan;

2 National Nuclear Center of Kazakhstan (NNC rK), Kurchatov, Kazakhstan

Tritium like cesium-137, strontium-90, americium-241 and plutonium 239+240 was produced during nuclear tests. It was accumulated in the environment in large amounts. The purpose of the study is to evaluate the total amount of the radionuclide in the air transferred from the test areas, which were the most contaminated as a result of nuclear tests. In all calculations experimental data were used. It was suggested that tritium presented in water was the main contributor to air pollution. Though the number of tests performed on main sites were relatively similar, the types of explosions were different. In this connection the amount of tritium and its distribution in the vicinity of a specific test area may differ. The paper presents estimates of the radionuclide content in air transferred from the Degelen site, its surroundings and the Shagan river channel between the “Atomic” lake and the inflow to the Irtysh river. Comparative analysis of the contribution of various mechanisms of tritium transfer to air from Semipalatinsk Test Site was performed.

Key words: Semipalatinsk Test Site, "Degelen" site, Shagan River, atmospheric tritium, transpiration, emanation, evaporation, nuclear tests.

Lyakhova O.N.* - Head of Lab., C. Sc., Biol.; Lukashenko S.N. - Director of IRSE; Deputy Director of NNC RK; Larionova N.V. - Head of Lab., C. Sc., Biol.; Yakovenko Yu.Yu. - Head of Group; Tur E.S. - Leading Engineer. IRSE NNC RK.

•Contacts: 2 Krasnoarmeyskaya str., Kurchatov, Republic of Kazakhstan, 071100. Tel.: 8 777 670 98 02; e-mail: lyahova@nnc.kz.

References

1. Egorov Yu.A. Tritiy v prirodno-tekhnogennoy srede “AES - okruzhayushchaya sreda” [Tritium in natural technogenic environment “NPP - environment”]. Regional'naya ekologiya - Regional Ecology, 2002, no. 12, pp. 13.

2. Lyakhova O.N., Lukashenko S.N., Mul'gin S.I. Tritiy kak indikator mest provedeniya yadernykh ispytaniy [Tritium as an indicator of nuclear test venue]. Aktual'nye voprosy radioekologii Kazakhstana: Sbornik trudov ilnstituta radiatsionnoy bezopasnosti i ekologii za 2011 g. [Topical Issues in Radioecology of Kazakhstan: Proceedings of the Institute of Radiation Safety and Ecology for 2011]. Pavlodar, Dom Pechati Publ., 2011, no. 3, vol. 1, pp. 121-142.

3. Arrangement of Radiation safety in the Republic of Kazakhstan. Action 1. Arrangement of safety and security of the former Semipalatinsk test site. Annual status report, RBP 038. Kurchatov, Institute of Radiation Safety and Ecology, 2011. 167 p. (In Russian, unpublished).

4. Arrangement of safety and security of the former Semipalatinsk test site. Stage 4.1.5 Research into contamination of vegetation cover and air basin with tritium in the area affected by the Chagan river. Annual status report, RBP 038. Kurchatov, Institute of Radiation Safety and Ecology, 2010. 232 p. (In Russian, unpublished).

5. Bond W.D. Production of Tritium by Contained Nuclear Explosions in Salt: Laboratory studies of isotopic exchange of tritium in the hydrogen-water system. USAEC Report, ORNL-3334, Oak Ridge National Laboratory, 1962.

6. Hartec Р. The Relative Abundance of HT and HTO in the Atmosphere. Journal of Chemical Physics, 1954, vol. 22, no. 10, pp. 1746-1751.

7. Lyakhova O.N., Lukashenko S.N., Larionova N.V. Mekhanizmy formirovaniya tritievogo zagryazneniya vozdushnogo basseyna v predelakh gornogo massiva Degelen [Contamination mechanisms of air basin with tritium within «Degelen» massif]. Aktual'nye voprosy radioekologii Kazakhstana: Sbornik trudov Instituta radiatsionnoy bezopasnosti i ekologii za 2007-2009 gg. [Topical Issues in Radioecology of Kazakhstan: Proceedings of the Institute of Radiation Safety and Ecology for 2007-2009]. Pavlodar, Dom Pechati Publ., 2010. vol. 2, pp. 331-354.

8. Panitskiy A.V., Magasheva R.Yu., Lukashenko S.N. Kharakternye osobennosti radioaktivnogo

zagryazneniya komponentov prirodnoy sredy ekosistem vodotokov shtolen gornogo massiva Degelen [Characteristic features of a radioactive contamination of environmental components of ecosystems tunnels' watercourses of the massif «Delegen»]. Aktual’nye voprosy radioekologii Kazakhstana: Sbornik trudov Instituta radiatsionnoy bezopasnosti i ekologii za 2007-2009 gg. [Topical Issues in Radioecology of Kazakhstan: Proceedings of the Institute of Radiation Safety and Ecology for 2007-2009]. Pavlodar, Dom Pechati Publ., 2010, vol. 2, pp. 57-102.

9. Larionova N.V., Lukashenko S.N., Sultanova B.M. Ispol'zovanie rasteniy v kachestve indikatorov

pripoverkhnostnogo radioaktivnogo zagryazneniya na priportal'nykh ploshchadkakh shtolen byvshey ispytatel'noy ploshchadki "Degelen" [Use of plants as indicators for near-surface radioactive contamination at the near-portal areas of the tunnels at the former «Degelen» site]. Aktual'nye voprosy radioekologii Kazakhstana: Sbornik trudov Instituta radiatsionnoy bezopasnosti i ekologii za 2007-2009 gg. [Topical Issues in Radioecology of Kazakhstan: Proceedings of the Institute of Radiation Safety and Ecology for 20072009]. Pavlodar, Dom Pechati Publ., 2010, vol. 2, pp. 277-284.

10. Aydarkhanov A.O., Lukashenko S.N., Subbotin S.B., Edomin V.I., Genova S.V., Toporova A.V.,

Larionova N.V., Pestov E.Yu. Sostoyanie ekosistemy r. Shagan i osnovnye mekhanizmy ee formirovaniya

[Ecosystem of the Shagan river and main mechanisms of its formation]. Aktual'nye voprosy radioekologii Kazakhstana: Sbornik trudov Instituta radiatsionnoy bezopasnosti i ekologii za 2007-2009 gg. [Topical issues in radioecology of Kazakhstan: Proceedings of the Institute of radiation safety and ecology for 20072009] Pavlodar, Dom Pechati Publ., 2010, vol. 2, pp. 9-бб.

11. Penman H.L. Natural evaporation from open water, bare soil and grass. Proceedings of the Royal Society, 1948, vol. 193, pp. 120-14б.

12. Allen R.G., Pereira L.S., Raes D., Smith M. Crop Evapotranspiration. Guidelines for Computing Crop Water Requirements. FAO Irrigation and drainage paper б6. Rome, Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2007. 281 p.

13. Shuttleworth J. Putting the 'vap' into evaporation. Hydrology&Earth System Sciences, 2007, vol. 11, no. 1, pp. 210-244. Available at: http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/11/210/2007/hess-11-210-2007.pdf. (accessed 8 August 8, 2014).

14. Takeuchi S., Odani H., Unlu M., Yano T. Separate estimation of transpiration and evaporation from a

maize field: the final report of ICCAP 17б-179 RIHN, 2007, pp. б-9. Available at:

http://www.chikyu.ac.Jp/iccap/ICCAP_Final_Report/б/б-crop_takeuchi.pdf. (accessed June 9, 2014).

1б. Dalmago G.A., Takeuchi S., Odani H., Unlu M., Bergamaschi H., Heckler B.M.M. Evapotranspiration in maize crops as function of soil tillage systems. Proc. 13th Int. Soil Conservation Org. Conf., Brisbane, Australia, 2004, pp. 29б-299.

16. Subbotin S.B., Lukashenko S.N., Kashirskiy V^., Yakovenko Yu.Yu., Bahtin L.V. PodzemnaJa migracija iskusstvennyh radionuklidov za predely gornogo massiva «Degelen» [Underground migration of a r-tificial radionuclides outside the Degelen mountain massif]. Aktual'nye voprosy radioekologii Kazakhstana: Sbornik trudov Instituta radiatsionnoy bezopasnosti i ekologii za 2007-2009 gg. [Topical issues in radioecology of Kazakhstan: Proceedings of the Institute of radiation safety and ecology for 2007-2009]. Pavlodar, Dom Pechati Publ., 2010, vol. 2, pp. 103-1б7.

17. Akchurin I.A. Semipalatinsk nuclear test site. Creation, establishment, activities. Moscow, Golden-Bi Publ., 2007. 22б p. (In Russian).

18. Study of current state and effects of the Semipalatinsk Test Site atomic energy facilities operation on the environment. Final research report, 2009-2010. Ed.: S.N. Lukashenko. Kurchatov: Institute of Radiation Safety and Ecology. 112 p. (In Russian, unpublished).

б6

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.