CC BY
59
УДК 551.577.7
ТЕХНОГЕННЫЙ 210PB В АТМОСФЕРЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ЦЕНТРА В ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА
Зорина Л.В., Бураева Е.А., Авдиенко Н.А.
НИИ Физики при Южном Федеральном Университете
210
Как и другие продукты распада радона, Pb имеет и радиоэкологическое значение [1-5]. По оценкам НКДАР ООН [4] в среднемировой эффективной эквивалентной дозе облучения человека естественными радионуклидами 2,4 мЗв/год (в том числе от внутреннего облучения 1,6 мЗв/год) доза облучения короткоживущими продуктами распада 222Rn составляет 1,1 мЗв/год, а долгоживущими в цепочке 210Pb^210Bi^210Po - 0,12мЗв/год. При этом учитывается поступление радона в атмосферу только из почвы, а поступление долгоживущих продуктов распада - только с продуктами питания и водой. Однако техногенные факторы значительно изменяют эти оценки в сторону их увеличения, особенно в крупных промышленных центрах.
В одной из первых работ по радиологической значимости долгоживущих продуктов распада радона [5] (кстати,
выполненных в г. Ростове-на-Дону) годовое поступление радона в организм человека оценивается в 4Бк из воздуха и 40Бк с продуктами питания. Для большого города содержание радона в воздухе достигает ~1500 Бк/м (центр Лондона [1]) при среднем содержании над континентом 222Rn ~ 5 Бк/м3, 210Pb ~ 0,5 мБк/м3 и диапазоне содержаний соответственно 1,85^31,5 Бк/м3 222Rn и 0,074^6,3 мБк/м3 210Pb.
В наибольшей степени влияние техногенных факторов изучено для процессов сжигания твердого топлива на ТЭС [6]. Для долгоживущих продуктов распада радона относительная биологическая эффективность определяется отношением 210РЬ:210В1:210Ро как1:10:100. В районе ТЭС мощностью 1 ГВт индивидуальные дозы облучения
определяется для костной ткани - 1,14мЗв/год, костного
210
мозга - 0,145мЗв/год и легких - 0,420 мЗв/год. Доля РЬ в
этих дозах сравнительно невелика (~1,3-3,4%), но его
210
продукта распада Ро значительна (до 83%).
Основными источниками поступления радона и продуктов его распада в атмосферу промышленного центра следует считать сжигание органического топлива для отопления, обеспечение различных технологических процессов, работу транспорта [7].
210
Систематическое определение РЬ вместе с другими радионуклидами в приземном воздухе непрерывно проводится в г. Ростове-на-Дону с 2002 года на юговосточной окраине на аспирационной станции НИИ Физики ЮФУ. В сезонной зависимости содержания 210РЬ в воздухе по данным определения 2002-2007гг, в условиях города с умеренно-континентальным климатом, избытком тепла летом и отрицательными температурами зимой, имеется два максимума: весенне-летний (связанный с перестройкой
атмосферы) и зимний (связанный, преимущественно, с техногенными выбросами объектов сжигания органического топлива для целей отопления). Техногенный максимум в осенне-зимний сезон появляется вместо ожидаемого, в
естественных условиях, глубокого минимума, связанного с резким снижением скорости эксгаляции радона с земной поверхности и, следовательно, образующегося в верхней атмосфере из него 210РЬ и переносимого затем в приземный
слой воздуха. Рассмотрение техногенных факторов
210
формирования РЬ в атмосфере промышленного центра [7] в настоящей работе дополнено попытками количественной оценки влияния одного из наиболее существенных из них. На приведенных на Рис.1. гистограммах показан сезонный ход объемной активности 210РЬ (средний за 2002-2005гг. (а), за 2006г. (б) и за 2007г. (в)). На этом же рисунке приведены данные для теплого и холодного сезонов года. Во всех
случаях зимний максимум превышает летний, как и среднее
210
по сезонам содержание РЬ для осенне-зимнего сезона выше, чем для весенне-летнего сезона. При этом различие тем больше, чем ниже средняя температура холодного сезона (2002-2005гг. - +2,3оС, 2006г. - +1,2оС и 2007г. - -2,9оС) и ниже температуры месяца зимнего максимума: -1,3оС в декабре 2002-2005гг., -8,6оС в январе 2006г. и -1,7оС в декабре 2007г. В то же время среднегодовые температуры воздуха были в любом случае в районе 10,0 + 11,0оС.
» ►Ъ-.'К! М ЛИ> • < 01 чЦФл3
Р тжпердтум 10ЦЧЧ >«М<ПЯИМ • 1.Л*С
*«о.»с
«»[....,..) луге.
|| ИмММ
в).
210
Рис. 1. Сезонная зависимость содержания РЬ в воздухе по данным определения 2002-2007гг
Особый интерес представляет зависимость А(Т) для холодного времени года при Т<5°С (Рис.2). Данные как бы
3
разделены на две группы: верхнюю с А>2,0 мБк/м (п=11) и нижнюю с А<2,0 мБк/м3(п=17), причем при Т<0оС в обеих группах содержится практически равное число четко разделенных точек (п=5-6). В нижней группе все точки относятся к 2002-2005гг., полученных при сравнительно
небольших средних значениях температуры Т =-1,4оС и силе
ветра V =1,8 балла. В верхней группе содержатся преимущественно точки 2006-2007гг. (п=4 из всех точек
группы п=6) со средними значениями Т =-5,0 оС и V =3 балла.
ф 1Л0С-Ф2 Э.ОССЧ» ♦ «шьш ♦ З.ООЕ 03 ♦ ■А«Л^<и ''ЛИМяШ * *
'.«Ян» 1 ■ 1 V ■
1 вмпв^эгуов.
Рис. 2. Зависимость объемной активности 210РЬ от температуры воздуха в холодное время года (Т<5оС)
Возможно, причиной такого разделения данных по
210
активности А РЬ на две группы является наличие или отсутствие перемешивания воздушных масс (в том числе горизонтального). При сочетании сильных ветров и морозов, кроме значительного перемешивания, увеличивается общий расход органического сырья для целей отопления. С другой стороны, при относительно слабых ветрах и морозах атмосфера более стабильна, перемешивание воздушных
масс ограничено, а расход топлива несколько сокращается.
210
Возможно осаждение техногенного РЬ преимущественно вблизи источников выбросов и техногенный 210РЬ не достигает или почти не достигает зеленой зоны, в которой расположена аспирационная станция.
Необходимо учитывать, что, кроме продуктов распада радона, в техногенных выбросах находится собственно
радон, который, как газ, тяжелее воздуха, распространяется далеко от места выброса, особенно по склонам, может накапливаться в низменных местах и в результате радиоактивного распада увеличивает содержание 210РЬ в приземном воздухе. Радон от выбросов Новочеркасской ГРЭС определяется на расстоянии более 20 км от
вентиляционных труб ГРЭС [8]. По различным оценкам
210
независимо от источника поступления аэрозоля Pb, время его жизни в атмосфере может быть от 1-2 суток до 20-30 суток и зависит от устойчивости его носителей. При самой малой скорости ветра собственные аэрозоли ^^Ь могут быть также перенесены на значительные расстояния.
В целом, можно предположить, что по нижней группе
точек, возможно оценить верхний предел содержания в
210
приземном воздухе Pb природного происхождения.
210
Верхняя группа может служить для определения Pb преимущественно техногенного происхождения (от выбросов продуктов сгорания органических материалов для целей отопления).
Сделана попытка проверить высказанное предположение о преимущественно естественном происхождении нижней группы данных в зависимости А(Т) по дополнительным экспериментам в районе аспирационной станции АС в условиях, максимально приближенным к таковым для этой группы. В результате недельной экспозиции 29.0207.03.2008г на фильтре ФПП-15-1,7 и радономере РГА-04 были получены объемные активности ^^Ь 0,76±0,03мБк/м3 и 22^п 13±1Бк/м3 в приземном воздухе (в пересчете на
дневное время 7-8 Бк/м ). Во время измерений температура
воздуха была +6+7оС, а сила ветра V =2 балла северовосточного направления, что соответствует типичным для
месяца марта метеоусловиям (для 2002-2005 гг. Т =+2,2оС,
V = 2 балла).
Кроме того, ранее радон в окрестности АС (зеленая зона) определялся в 8 пунктах (дневное время, лето) и получены
значения, типичные для района при отсутствии какой-либо
222
значимой аномалии: содержание Rn в почвенном воздухе 1,56кБк/м , скорость эксгаляции с земной поверхности 10,1
23
мБк/м час и содержание в воздухе 7,4 Бк/м .
В целом, совокупность дополнительных определений подтверждает высказанное предположение о природе разделения данных по содержанию 210РЬ на две группы в
холодное время года. По ним можно оценить вклад
210
техногенной составляющей в содержании РЬ в приземном слое воздуха в холодное время года за счет эксплуатации систем отопления. Среднее отношение объемных активностей верхней и нижней группы точек по всему интервалу температур <5оС за 2002-2007гг составила
А
210
а = —^ = 2,86. Из среднего содержания РЬ в воздухе за
АС
зимние месяцы этого же периода (п=35) АТ + АС =2,28мБк/м3 и значения а=2,86, получили АС =0,59мБк/м3 и
АТ =1,69мБк/м3 при ветрах преимущественно восточных, северо-восточных и северных.
Можно оценить, в каком отношении природная и техногенная составляющие поступают с ветрами различных направлений. Наиболее обеспечены данными лишь некоторые направления (табл. 1), в том числе:
Таблица 1. Отношение природной и техногенной
210
составляющих содержания РЬ
Нап равление ветра
параметры Восточное Северо-восточное
V 2,8 балла 2,1
п 12 6
А 1,27мБк/м3 1,53мБк/м3
АТ 2,71мБк/м3 7,00мБк/м3
АТ / АС 2,13 4,58
Для восточного направления ветра точкам АТ
соответствуют V = 3,0 балла и Т =+1,2оС; точкам АС
соответствуют V = 2,0 балла и Т =+6,6оС.
Для северо-восточного направления ветра точкам АТ
соответствуют V = 2,3 балла и Т =-7,0оС; точкам АС
соответствуют V = 2,0 балла и Т =+2,6оС.
Для остальных направлений ветра в качестве оценки приходится использовать усредненную по всем данным
оценку АТ / АС =2,86 или использовать оценку по малообеспеченным данным.
Таблица 2. Отношение природной и техногенной
210
составляющих содержания РЬ
Направление ветра
параметры Северное Юго-западное Западное
п 5 3 2
V1 1,8 балла 3,5 балла 3,0 балла
V т - 4,0 балла 4,0 балла
А 1,25мБк/м3 1,45мБк/м3 1,05мБк/м3
АТ - 4,38мБк/м3 2,52мБк/м3
АТ / АС - 3,02 2,40
Т1 -0,1 оС +1,8оС -0,7оС
Т т - -1,7оС +1,7оС
Относительная доля техногенного 210РЬ в целом соответствует доле городской (жилой и промышленной) застройки в этом направлении.
Также, если использовать полученные одновременно
210 222 4
объемные активности РЬ и Рп в соотношении 1:1,7*10 ,
210
то получим кроме повышения содержания РЬ зимой за счет отопления в 2-4 раза, такое же повышенное содержание радона (в среднем до 25-20 Бк/м ).
Количественные оценки иных техногенных источников
210 222
поступления РЬ и Рп в приземный слой воздуха промышленного центра еще предстоит получить. ЛИТЕРАТУРА
1. Сердюкова А.С., Капитанов Ю.Т. Изотопы радона и продукты их распада в природе / М.: Атомиздат., Изд. 2-е,1975.
2. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений / М.: Энергоатомиздат., 1989.
3. Моисеев А.А., Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене / М.: Энергоатомиздат., 1990.
4. Источники, эффекты и опасность ионизирующей радиации. Доклад НКДАР ООН Генеральной Ассамблеи за 1988г. Т.1. М. «Мир». 1992г.
5. Ladinskaya L., Parfenov Y.D., Popov D.K. Lead-210 and polonium-210 content of air, water, food stuffs and human body. / Arch. Environ. Health. 1973, v.22, Р. 254-258.
6. Ильин Л.А., Книжников В.А., Шандала Н.К. и др. Океанологическая «цена» тепловой и атомной электроэнергии. / М.: «Медицина», 2001.
7. Зорина Л.В., Стасов В.В., Бураева Е.А. Оценка
техногенной составляющей загрязнения приземного слоя
210
атмосферы Pb на примере юго-востока г. Ростова-на-Дону. / Сб. «Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники». Вып.10, Ростов-на-Дону, 2007, С. 21-29.
8. Давыдов М.Г., Тимонина Ю.А. Радиоэкология
расположения ГРЭС Ростовской области. /
Теплоэнергомиздат., №12, 2003, С. 8-13.
