научная статья по теме РАДИОНУКЛИДНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ НА СЕМИПАЛАТИНСКОМ ПОЛИГОНЕ ЧЕРЕЗ 40 ЛЕТ ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСКАВАЦИОННЫХ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ Геофизика

Текст научной статьи на тему «РАДИОНУКЛИДНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ НА СЕМИПАЛАТИНСКОМ ПОЛИГОНЕ ЧЕРЕЗ 40 ЛЕТ ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСКАВАЦИОННЫХ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ»

УДК 504.53.054:631.438<<1965/2005>>(574.41)

Радионуклидный состав почв на Семипалатинском полигоне через 40 лет после проведения экскавационных ядерных

взрывов

Е. В. Квасникова*, С. К. Гордеев**, С. В. Константинов**

По состоянию на 2005 г. охарактеризован радионуклидный состав почв в районе воронок экскавационных взрывов "1003" и "1004", произведенных в 1965 г. на Семипалатинском полигоне. Сделан вывод о том, что радионуклиды 137Cs, 152Eu, 154Eu, 155Eu, 241Am, Co не проникают глубже верхних 2 см каштановой солонцеватой почвы. Следы от изучаемых взрывов до настоящего времени могут быть прослежены на местности вблизи навалов воронок. Уровни загрязнения быстро уменьшаются с удалением от эпицентра. Показано, что техногенные почвы в районе проведения ядерных испытаний в сухостепной природной зоне могут служить источником пылеобразования и вторичного загрязнения воздуха.

Введение

На Семипалатинском полигоне, функционировавшем с 1949 по 1989 г., прекращено проведение ядерных испытаний. Однако территория полигона располагается в аридной природной зоне и может представлять собою источник вторичного радиоактивного загрязнения атмосферы и почвенно-растительного покрова. Задача исследования — изучение радионуклидно-го загрязнения почв вблизи воронок экскавационных ядерных взрывов на полигоне. Экспериментальный материал был собран во время экспедиции на Семипалатинский полигон в 2005 г.

Объекты исследования

Экскавационные взрывы (или подземные ядерные взрывы с выбросом грунта) отличаются тем, что в результате образуется воронка с навалом грунта, а также зона ближнего следа в результате выпадений радиоактивных продуктов из облака, перемещавшегося по ветру. На полигоне было выполнено несколько таких взрывов. Нами проводились исследования вблизи эпицентральных зон следующих из них:

— "1003" (Сары-Узень) произведен 14 октября 1965 г. (1,1 кт, глубина 48 м) [5];

— "1004" (Чаган) произведен 15 января 1965 г. (140 кт, глубина 178 м) [5].

* Институт глобального климата и экологии Росгидромета и Российской академии наук.

** МосНПО "Радон".

Рис. 1. Воронки взрывов "1003" (Сары-Узеиь) (а) и "1004" (Чагаи) (б) иа Семипалатинском полигоне, 2005 г.

Современный вид воронок этих взрывов показан на рис. 1.

Аридные климатические условия и слабое покрытие почвы полупустынной растительностью могут приводить к загрязнению приземного воздуха в результате вторичного пылеподъема.

Преемственность исследования

Авторами сохранена преемственность исследований [2, 3], проведенных на Семипалатинском полигоне в 1965 г. Так, мощности эквивалентной дозы на следе взрыва "1003" (к северо-востоку от эпицентра) в 1965 г. [3], а также через 40 лет после взрыва (измерены авторами данной статьи) следующие:

Мощность дозы, мЗв/ч

Место измерения расстояние от эпицентра через день после взрыва, км [3] через 40 лет после взрыва

>0,01 До 40 Только на навале

> 10-

До 60

До 20 м от подножия навала

>0,2 • 10-

До 150

До 0,5 км от подножия навала

Летом 1966 г. в районе воронки "1003" авторами [3] проводились опыты по изучению влияния пылеподъема на загрязнение приземной атмосферы. В этих исследованиях рассматривался слой активного грунта, составлявший в 1966 г. от 2 до 7 см. Анализ параметров взрывов "1003", "Седан" и "Дени-Бой", проведенный в [3], показал, что около 90% радиоактивных частиц имеют диаметр < 0,5 мкм. Экспериментами в районе взрыва "1003" было установлено, что 40—80% активности, поднятой в воздух при вторичном пылеподъеме, приходилось на частицы размером 1—10 мкм. Выводы о пылеобразовании, сделанные в работе [3], следующие: при постоянной скорости ветра и изменении влажности почвы от 3 до 10,6% концентрация радиоактивных веществ в атмосфере увеличивается в 10 раз, а при постоянной влажности почвы и изменении скорости ветра от 0,6 до 5 м/с — в 5 раз. При искусственном пылеобразовании концентрация радиоактивных веществ в воздухе была на порядок больше, чем при естественном. Загрязнение воздуха при этом сильнее зависело от

влажности грунта, чем от скорости ветра. Эти выводы однозначно подтверждают тот факт, что сохраняющаяся в почве активность может попадать в приземную атмосферу и выпадать на почву и скудную разреженную растительность.

Авторами [3] отмечалось также, что вторичный ветровой перенос играет существенную роль в загрязнении растительного покрова. Был получен важный вывод о том, что в зоне сухих степей и полупустынь загрязнение растительности в основном обусловлено именно некорневым загрязнением.

Экспериментальные работы 2005 г.

После взрывов "1003" и "1004" почва вблизи воронок была загрязнена в результате выпадений из столба грунта и формирующегося облака, образовавших радиоактивные следы, идущие на северо-восток от эпицентра "1003" и на восток от эпицентра "1004". На следах этих взрывов на расстоянии 50 м от подножия навала грунта вокруг взрывных воронок в 2005 г. (через 40 лет после выпадений) были исследованы почвенные разрезы (рис. 2), по которым была идентифицирована каштановая солонцеватая почва [1]. В разрезах были отобраны пробы в фиксированной геометрии по слоям (0—1, 1—2, 2—5, 5—10, 10—15 и 15—20 см). С площадки размером 1 м2 рядом с разрезом на следе "1003" была отобрана сухостепная растительность. Современные уровни мощности эквивалентной дозы на высоте 1 м от поверхности почвы рядом с местом отбора проб из профиля почвы на следе "1003" составляли 0,8 мкЗв/ч.

На расстоянии 0,5 и 1 км от подножья навала вдоль оси следа были отобраны пробы в слоях 0—5 и 5—10 см цилиндрическим пробоотборником. В месте отбора этих проб уровни мощности эквивалентной дозы были 0,20 и 0,14 мкЗв/ч соответственно. Недалеко от взрывной воронки "1003" было также отобрано несколько проб почвы вне ближнего следа (т. е. с территории, формирующей "локальный фон") в слоях 0—5 и 5—

10 см на расстоянии 300—700 м от навала [4]. Результаты измерений представлены в табл. 1.

На навале воронки "1004" были отобраны пробы грунта в слоях 0—5, 5—10 и 10—15 см. Уровни мощности эквивалентной дозы вблизи места отбора проб составляли около 1—3 мР/ч, растительный покров отсутствовал, поверхность представляла собой слежавшийся субстрат темно-серого цвета с включением щебня.

Вблизи навала воронки "1004", в 50 м от подножия, был исследован почвенный разрез. На разрезе четко видно, что каштановая почва погребена под слоем пепловидных рыхлых отложений, слабо пронизанных корнями. Видимо, эти отложения перекрыли почву при взрыве, сформировав для почвообразования новый техногенный субстрат, содержащий радионуклиды. Описание этой почвы приведено на рис. 2б. Почва была названа каштановой, погребенной под пепловидными наносами ядерного взрыва. Из разреза были отобраны пробы в фиксированной геометрии по слоям 0—1, 1—2, 2—5, 5—10 и 10—15 см. Пепловидные наносы дали лишь условную возможность разделить слой 0—5 см на три более тонких.

Для измерения проб было использовано гамма-спектрометрическое оборудование типа Канберра с детектором из высокочистого германия вы-

Рис. 2. Описание почвенного разреза.

à) каштановая солонцеватая почва в районе воронки "1003", б) каштановая почва, погребенная под пепловидными наносами ядерного взрыва в районе воронки "1004".

сокого разрешения с 30%-ной эффективностью. Для измерения 241Am использовался низкоэнергетический детектор из высокочистого германия. Был произведен также радиохимический анализ некоторых проб, отобранных в районе воронки "1003" [6].

Результаты и их обсуждение

Воронка "1003"

Вертикальное распределение содержания в почве 60Co, 137Cs, 152Eu, 154Eu, 155Eu, 241Am в районе воронки "1003" на расстоянии 50 м от подножия навала показано на рис. 3. Вблизи разреза была определена активность радионуклидов в сухостепной растительности (ксерофильные травы,

Таблица 1

Результаты измерения проб почвы в районе воронки "1003", Семипалатинский полигон, 2005 г.

Положение относительно воронки взрыва Глубина, см Активность, Бк/кг

60Co 137Cs 152Eu 154Eu 155Eu 241Am 238Pu 239 + 240pu

0,5 км, 0—5 0,8 255 17,2 1,31 7,32 110 11,5 1500

северо-восток, 5- 10 0,057 15,1 0,23 0,1 0,22 4,26 0,15 23

ближний след

1 км, 0- 5 0,6 95,1 5,08 3,54 5,81 19,6 3,4 500

северо-восток, 5- 10 0,76 11,3 4,22 1,03 3,6 12,5 0,5 422

ближний след

700 м, 0- 5 0,85 42,1 3,45 0,77 3,53 11,8

юго-восток 5— 10 1,05 7,28 19,3 3,42 6,2 18,3

360 м, 0—5 0,36 28,4 2,04 0,56 1,85 5,04

юго-запад 5— 10 2,6 4,01 12,8 0,65 2,21 5,7

480 м, северо- 0— 5 1,26 21,2 5,64 1,81 2,5 13,1

северо-восток 5— 10 0,99 1,13 2,11 1,13 4,11 7,72

проективное покрытие почвы 70%). Удельная активность радионуклидов в растительном покрове (сухой вес) в 30—100 раз меньше, чем их содержание в поверхностном слое почвы. Их доля в суммарном загрязнении поч-венно-растительной системы каждым радионуклидом — менее 1%. Макси-

16

20- - -

0 40 80 120 160 0 4000 8000 12000 0 100 200 300 400

16

см- - -

Рис. 3. Вертикальное распределение содержания радионуклидов в каштановой солонцева-

той почве. Семипалатинский полигон, 50 м от подошвы навала воронки "1003", 2005 г.

а) 137Св; б) 152Еи; в) 154Еи; г) 155Еи; д) 241Лш; г) 60Со.

Таблица 2

Отношения радионуклидов в пробах почвы, отобранных на ближнем следе "1003", 2005 г.

Глубина, см 152Еи/137Св 152Еи/60Со 152Еи/908г 152Еи/238Ри 152Еи/239 + 240Ри 152Еи/241Лт

0—1 0,06 1,3 0,02 1,5 0,01 0,06

1—2 0,05 1,1 0,02 1,5 0,01 0,04

2—5 0,05 1,5 0,02 1,5 0,01 0,06

5—10 0,05 1,4 0,02 1,5 0,01 0,05

мум содержания в почве для каждого из радионуклидов приходится на глубину 1—2 см, соответствующую тонкому гумусовому горизонту, ниже которого радионуклиды практически не проникают. Именно на глубине 2 см в почве происходит резкая смена ее плотности (рис. 2а). Активность радионуклидов в слое 0—2 см (через 40 лет после взрыва) составляет около 88% суммарной. Активность же в слое почвы 2—20 см около 12% суммарной, что свидетельствует о чрезвычайно слабой миграции радионуклидов в глубь почвы.

Экспериментальные отношения 152Еи к 137С8, 60Со, 908г, 238Ри, 239 + 240Ри и 241Лш в пробах почвы и их глубинное расп

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком