РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2008, том 48, № 4, с. 432-438
ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ЯДЕРНЫХ АВАРИЙ
УДК 582:539.1.074.004.14:623.454.8"713"
ОЦЕНКА ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В ОТДАЛЕННЫЙ ПЕРИОД ПОСЛЕ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
© 2008 г. С. И. Спиридонов*, С. В. Фесенко, С. А. Гераськин, В. М. Соломатин,
Е. И. Карпенко
Всероссийский НИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, Обнинск
Разработаны дозиметрические модели для оценки доз облучения древесных растений, произрастающих на загрязненной долгоживущими радионуклидами территории. Модели параметризованы с использованием данных, полученных на экспериментальных участках в юго-западных районах Брянской области, подвергшихся радиоактивным выпадениям в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Выполнена оценка доз облучения генеративных органов деревьев сосны, находящихся на этих участках. Определен вклад различных источников и видов ионизирующего излучения в формирование дозовых нагрузок на указанные объекты.
Древесные растения, авария на Чернобыльской АЭС, радионуклиды, дозы облучения, математические модели.
Среди природных объектов наиболее уязвимыми по отношению к воздействию ионизирующего излучения являются лесные экосистемы вследствие высокой радиочувствительности древесных растений (особенно хвойных), их повышенной способности задерживать поступающие из атмосферы радионуклиды и медленно самоочищаться от них [1, 2].
При тяжелых радиационных авариях на Южном Урале в 1957 г. и Чернобыльской АЭС в 1986 г. именно лесные экосистемы пострадали в наибольшей степени. Так, после аварии на Чернобыльской АЭС площадь летального поражения сосновых лесов составила 500-600 га, сосновых насаждений с сильной и средней степенью повреждения соответственно 3000 и 12000 га [3]. На территории Восточно-Уральского радиоактивного следа к осени 1959 г. сосна полностью погибла на площади 2000 га [4].
Широкомасштабное радиоактивное загрязнение лесных экосистем приводит к значимым радиологическим последствиям для человека. К таким последствиям следует отнести накопление радионуклидов в лесной продукции, ограничивающее ее дальнейшее использование, внутреннее и внешнее облучение населения [5]. Доля лесной составляющей в формировании коллективной дозы облучения сельского населения в результате радиоактивного загрязнения лесов после аварии на Чернобыльской АЭС достигала в некоторых ситуациях 50% суммарной дозы от чернобыль-
* Адресат для корреспонденции: 249032 Обнинск, Калужская обл., ГНУ ВНИИСХРАЭ РАСХН; тел.: (08439) 7-4420; факс: (08439) 6-80-66; e-mail: spiridonov.si@gmail.com.
ских выпадений [6]. На основе анализа радиационной обстановки в лесных экосистемах на территории Российской Федерации, подвергшихся радиоактивному загрязнению после аварии на Чернобыльской АЭС, обоснована необходимость и разработана стратегия защитных мероприятий, направленных на снижение доз облучения населения [7].
Несмотря на то, что в рейтинге проблем лесной радиоэкологии первое место занимают вопросы, касающиеся прогнозирования радиологических последствий для человека, проблема оценки действия радиационного фактора на компоненты лесных экосистем требует своего решения. Это обусловлено большими размерами лесных территорий, подвергшихся радиоактивным выпадениям после аварии на Чернобыльской АЭС, а также высокой радиочувствительностью древесных растений. Важнейшим этапом оценки последствий радиоактивного загрязнения лесных экосистем является идентификация дозовых нагрузок на их компоненты [8].
Цель настоящей работы - разработка моделей для оценки доз облучения древесных растений, произрастающих в настоящее время на подвергшихся чернобыльским выпадениям территориях Российской Федерации, и сопоставление полученных оценок с пороговыми уровнями дозовых нагрузок для биоты.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
К наиболее загрязненным после чернобыльской аварии территориям Российской Федерации относятся юго-западные районы Брянской обла-
ОЦЕНКА ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ
433
сти. В составе чернобыльских выпадений на территории Брянской области присутствовали радионуклиды с разными периодами полураспада. Так, в 1988 г. в компонентах лесных экосистем, расположенных на этой территории, обнаружены: 134Св, 137Св, 106Яи, 144Се и другие радионуклиды [9]. С течением времени происходило изменение радионуклидного состава загрязнения за счет распада короткоживущих нуклидов. В 1992 г. основной вклад в радиоактивное загрязнение лесных почв Брянской области вносили 137С$ и 134Св (94 и 6% от суммарной плотности загрязнения, соответственно) [9]. Поскольку период полураспада 134Св составляет 2.06 года, за истекший период времени (с 1992 по 2007 г.) содержание этого радионуклида в почвах и других компонентах лесных экосистем уменьшилось в 7-8 раз. Таким образом, в настоящее время подавляющий вклад в формирование дозовых нагрузок на различные виды биоты, населяющие территорию Брянской области, вносит 137С$. Это обстоятельство было учтено при разработке моделей, предназначенных для расчета дозовых нагрузок на генеративные органы сосновых деревьев, произрастающих на экспериментальных участках.
Дозиметрическая модель для оценки дозы от у-излучения. Для расчета дозовых нагрузок, формируемых у-излучением 137С$, лесная экосистема была разделена на 8 зон по вертикальному профилю (рис. 1). Три верхние зоны представляют надземную часть фитоценоза, остальные характеризуют лесную подстилку и почвенные слои толщиной 5 см. При разработке концептуальной схемы дозиметрической модели принято допущение о равномерном распределении радионуклидов в пределах каждой зоны.
Таким образом, каждая из представленных на рис. 1 зон рассматривалась в качестве бесконечного толстого источника (бесконечной "пластины") с равномерным распределением активности. Объекты, для которых оценивались дозовые нагрузки, - генеративные органы деревьев сосны, сосредоточены в пределах самой верхней зоны, названной "кроны древесных растений". Эта зона представляет собой совокупность двух толстых бесконечных источников излучения, один из которых расположен выше, а другой - ниже уровня, на котором проводили отбор генеративных органов деревьев сосны. При расчете мощности дозы, формируемой у-излучением радионуклидов, распределенных в пределах зон "Кроны древесных растений", "Подкроновый слой", "Нижний ярус леса", и зон, имитирующих слои системы подстилка-почва, использовали представление - "источник в виде толстой пластины за защитой" [10]. В этом случае в качестве защиты рассматривались слои, расположенные выше слоя-источника.
Кроны древесных растений - зона 0
'Подкроновый" слой - зона 1
Нижний ярус леса - зона 2
Лесная подстилка - зона 3
Почвенный слой, 0-5 см - зона 4
Почвенный слой, 5-10 см - зона 5
Почвенный слой, 10-15 см - зона 6
Почвенный слой, 15-20 см - зона 7
Рис. 1. Концептуальная схема модели, предназначенной для расчета дозовых нагрузок на генеративные органы деревьев сосны от у-излучения 137С$.
Формулы для расчета мощности дозы у-излу-чения от источников в виде бесконечных пластин, расположенных за защитой, выведены в [11]. Для оценки мощности дозы от толстых бесконечных источников у-излучения, имитирующих зоны, выделенные в пространстве лесной экосистемы, использовали подход, описанный в [12]. В рамках этого подхода учитывали многократное рассеяние излучения путем учета фактора накопления -кратности превышения характеристик поля нерассеянного и рассеянного излучения над характеристиками поля рассеянного излучения. При разработке модели использован фактор накопления в форме Тейлора [9]:
В(Е0, цй) = А ехр(-а^й) + + (1 - А) ехр(-а2цй),
(1)
где Е0 - энергия у-квантов, ц - линейный коэффициент ослабления, й - толщина защиты, А, ах и а2 - численные коэффициенты.
Формулы для расчета мощности дозы у-излу-чения, формируемой источником, соответствующим г-й зоне (г > 0), имеют вид:
,у _ 2пГр^| Е*
О! =
г -1 л
РоААо + ^Рк^к
- Е*
Ро А Ао + ХрА
к = 1
\
к=1
Е**( г) =
+ ■
1 + а!
1 - А
Б2 [(1 + а!) г ] +
(3)
1 + а2
ВД1 + а2) г ],
О =
2 п г р « д „
Ц« Ро
2
+
1 - А
1 + а1 1 + а2
(4)
- Е*
Ц« Р (Ло- А Ло) Р«
- Е*
Ц« р А Ло Р«
Ор = 0.5Ор<! с2а
+ ехр(1-^]-3
^ (2 + 1п—С— | + vpЛ
+ 1 - аехр(1 - урЛ;) к
(5)
кой же концентрацией, как и в рассматриваемом блоке.
О = кЕвТ,
(6)
1—< г
где - Г - у-постоянная; qv - концентрация радионуклидов в г-й зоне; р; - плотность среды в г-й зоне; р« - плотность воздуха; ц« - линейный коэффициент ослабления у-излучения в воздухе; Лк -толщина к-й зоны; АЛ0 - толщина слоя между уровнем, на котором проводили отбор генеративных органов деревьев сосны и верхней границей зоны 1; Е2 - функция Кинга.
При выводе уравнения (2) учитывали, что массовые коэффициенты ослабления у-излучения 137Св в различных средах (V) имеют близкие значения. Так, отличия величин V = ц/р для воздуха и бетона при энергии у-квантов 137С$ (662 кэВ) не превышают 1% [10]. Выражение для расчета мощности дозы у-излучения, формируемой источником, соответствующим зоне "Кроны древесных растений", можно представить в виде:
где - - концентрация радионуклидов в зоне "Кроны древесных растений"; р0 и Л0 - плотность среды и толщина этой зоны соответственно.
Дозиметрическая модель для оценки дозы от ¡5-излучения. При расчете дозовых нагрузок, формируемых в-излучением, зону "Кроны древесных растений" рассматривали в качестве объемного источника с гомогенным распределением радионуклидов. Дозу внутри этого источника определяли как сумму поверхностных доз от двух блоков толщиной АЛ0 и (Л - АЛ0). Для определения дозы на поверхности каждого блока использовали описанный в [13] подход:
где V - эффективный коэффициент поглощения; р - плотность среды; Л I - толщина г-го блока; с -функция максимальной энергии в-спектра; а -параметр, зависящий от с; Ор - доза внутри большого объема, заполненного радионуклидами с та-
где Ер - средняя энергия спектра в-частиц, приходящаяся на 1 распад; т - количество распадов в единице массы рассматриваемого объемного источника; к - численный коэффициент.
Определение параметров и входных переменных моделей
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.