РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 502.1+574:577.346;621.039.58
ОЦЕНКА РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ДЛЯ ПРИРОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ПРИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА © 2015 г. С. И. Спиридонов*, Р. А. Микаилова
Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии ФАНО, Обнинск
Обоснована необходимость сравнительных оценок воздействия на окружающую среду радиоактивных выбросов в результате проектных и запроектных аварий на предприятиях существующих и планируемых ядерных топливных циклов. Предлагается подход к выполнению такой оценки, в рамках которого рассчитываются распределения дозовых нагрузок на референтные природные объекты (хвойные насаждения), расположенные на территории, подвергшейся радиоактивным выпадениям. Итоговыми сравнительными показателями являются риски превышения пороговых дозовых нагрузок. Предложенный подход реализован с использованием в качестве исходных данных характеристик атмосферного выброса в результате запроектной аварии на реакторе PHWR мощностью 750 МВт. Акцентируется внимание на вопросе выбора критериев риска для решения задач прогнозирования развития возможных радиоэкологических ситуаций, связанных с аварийным загрязнением природных объектов.
Природные экосистемы, предприятия ядерного топливного цикла, аварийные радиоактивные выбросы, дозовые нагрузки, радиоэкологические риски.
БО1: 10.7868/80869803115020149
Экологическая безопасность АЭС и других объектов ядерного топливного цикла (ЯТЦ) относится к числу основных проблем, решение которых определяет перспективы развития атомной энергетики [1, 2]. Обоснование инновационных ядерных технологий невозможно без анализа различных радиоэкологических ситуаций, связанных с загрязнением окружающей среды на этапах существующих в настоящее время и планируемых ЯТЦ [3].
Важное место в ряду радиоэкологических задач занимает проблема минимизации долгоживу-щих высокоактивных отходов (ДВАО). Для оценки эффективности инновационных технологий переработки ДВАО предложена концепция ради-ационно-миграционной эквивалентности, в рамках которой рассматривается баланс между потенциальной биологической опасностью сырьевых радиоактивных материалов и отходов, подлежащих глубинному захоронению [4]. Дальнейшие исследования в этом направлении касаются оценки воздействия радиационного фактора на население и биоту с учетом различных путей формирования дозовых нагрузок [5].
* Адресат для корреспонденции: 249032 Обнинск, Калужская обл., ВНИИРАЭ ФАНО; тел.: (48439) 9-69-67; факс: (48439) 6-80-66; e-mail: spiridonov.si@gmail.com.
Работа предприятий ЯТЦ в штатном режиме при условии соблюдения характеристик и правил эксплуатации ядерных установок, направленных на соблюдение радиационных нормативов и дозовых квот, является "по определению" достаточно безопасной для населения и биоты [6, 7]. Можно сформулировать ряд вопросов, касающихся возможной недооценки вкладов некоторых радионуклидов (в том числе 3Н и 14С) в формирование дозовых нагрузок при неполных данных по ради-онуклидному составу радиоактивных выбросов АЭС [8].
Планирование инновационной ядерной энергетики в России предусматривает естественную безопасность реакторов на основе физических принципов и конструкционных решений [1]. В то же время, существует вероятность непредвиденных нештатных и аварийных ситуаций на объектах ЯТЦ по причинам внешнего характера, к которым относятся природные катаклизмы и "человеческий фактор". Вероятность такого рода ситуаций (оценка которой весьма трудная задача) является очень малой величиной [9], но возможные последствия могут иметь катастрофический характер (авария на Чернобыльской АЭС и АЭС "Фукусима").
При решении ключевых задач радиоэкологии ЯТЦ как по направлению "долгоживущие высо-
коактивные отходы", так и по направлению "нештатные и аварийные ситуации" необходимо учитывать действие радиационного фактора не только на человека, но и на биотические компоненты окружающей среды. Разработка принципов защиты биоты от действия ионизирующего излучения является устойчивой тенденцией в эволюции современной радиационной защиты [10].
Таким образом, в рамках радиоэкологического обоснования инновационных ядерных технологий необходимы сравнительные оценки радиационного воздействия на окружающую среду на этапах различных ЯТЦ. Важной задачей является прогностический анализ последствий потенциальных аварийных выбросов предприятий атомной промышленности.
Цель работы, результаты которой изложены в настоящей статье — разработка подхода к сравнительной оценке воздействия аварийных выбросов предприятий ЯТЦ на компоненты природных экосистем и демонстрация этого подхода с использованием характеристик запроектной аварии на реакторе PHWR-745.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Методологические аспекты и методы. При аварийных ситуациях на предприятиях ЯТЦ радиоактивному загрязнению могут подвергнуться природные и аграрные экосистемы. Комплексный анализ этих последствий включает оценку радиационного воздействия на компоненты природных экосистем на основе сопоставления дозо-вых нагрузок и показателей, характеризующих эти компоненты с точки зрения их чувствительности к ионизирующему излучению.
С методологических позиций подходы к оценке последствий радиоактивного загрязнения экосистем могут учитывать ряд аспектов, к которым относятся "временной" (динамика дозовых нагрузок и изменение природных объектов) и "пространственный" (пространственная гетерогенность дозовых нагрузок и объектов, подвергающихся воздействию).
Необходимость учета этих аспектов определяется спецификой рассматриваемой радиоэкологической ситуации (острое или хроническое воздействие, уровни радиоактивного загрязнения и т.д.). Кроме того, важным обстоятельством является возможность информационного обеспечения используемых моделей и методов. Так, для анализа последствий хронических радиоактивных выбросов предприятий ЯТЦ, работающих в
штатном режиме, целесообразно использовать точечный консервативный подход [8].
При прогнозировании воздействия аварийных выбросов предприятий ЯТЦ на объекты окружающей среды нельзя не учитывать "временной" и "пространственный" аспекты. Это связано с тем, что процесс формирования дозовых нагрузок носит неравновесный характер, а их пространственное распределение весьма неоднородно.
Оценка действия радиационного фактора на биоту при выбросах радионуклидов в окружающую среду сопряжена с рядом особенностей. В качестве объектов воздействия рассматриваются популяции — совокупности живых организмов одного вида, обитающих на определенной территории [11]. Радиационное повреждение ценозо-образующих сообществ может привести к вторичным радиационным эффектам и нарушению функционирования экосистем [12].
Методология ограничения радиационного воздействия на биоту, в отличие от человека, основана на постулате порогового действия ионизирующего излучения [13]. Во внимание принимается совокупность эффектов — увеличение заболеваемости; гибель определенного количества организмов, входящих в состав популяции; ухудшение репродуктивной способности [14].
В качестве количественных показателей оценки влияния радиационного фактора на биоту можно рассматривать радиоэкологические риски, расчет которых основан на сопоставлении дозовых нагрузок и критериев риска [15]. В общем случае оценочные показатели могут носить детерминистский или вероятностный характер.
При использовании детерминистского метода рассчитываются индексы, представляющие отношения "точечных" значений дозовой нагрузки к величинам критериев риска [16]. Вероятностные методы могут применяться при наличии распределений дозовых нагрузок или критериев риска, учитывающих вариабельность радиорезистентности рассматриваемых природных сообществ [17]. В рамках интегрального вероятностного подхода риск представляется в виде интеграла перекрывания этих распределений [18].
При оценке последствий аварийных выбросов объектов ЯТЦ целесообразно рассматривать пространственное распределение дозовых нагрузок на природные объекты и рассчитывать радиоэкологические риски на основе вероятностного подхода. Применение детерминистского метода возможно для консервативных скрининговых оценок. Интегральный вероятностный подход является наиболее "информационно затратным" и требует детального анализа вариабельности ра-
диационных эффектов в популяциях живых организмов с использованием большого объема экспериментальных данных.
С учетом этих обстоятельств и на основе постулата порогового действия ионизирующего излучения на биоту оптимальным методом оценки представляется расчет риска (Я) превышения пороговой дозовой нагрузки:
Я =
|р ( Б) йБ,
где р(Б) — функция плотности распределения до-зовых нагрузок, Бь — дозовый предел (критерий риска).
Функция р(Б) определяется, в общем случае, совокупностью самых различных факторов. Формирование дозовой нагрузки обусловлено одновременным возникновением связанной цепочки событий (явлений), к которым относятся:
— реализация аварии на объекте ЯТЦ с определенными характеристиками радиоактивного выброса (радионуклидный состав, высота выброса);
— совокупность метеорологических условий, формирующих радиоактивные выпадения (направление и скорость ветра, осадки);
— характеристики ареала обитания популяции живых организмов (расстояние от источника, размеры ареала);
— сочетание экологических характеристик, определяющих интенсивности миграционных процессов и накопление радионуклидов в звеньях экосистемы — источниках облучения рассматриваемых (референтных) организмов.
В зависимости от постановки задачи по оценке воздействия аварийных выбросов предприятий ЯТЦ на биоту при расчетах могут учитываться различные совокупности вышеуказанных событий. Так, при оценке последствий возможных аварий можно учитывать вероятность аварии с набором характеристик радиоактивного выброса, неопределенность метеоусловий, вариабельность характеристик рассматриваемых объектов и т.д. В наиболее "конкретном случае" известны параметры выброса, особенности рассматриваемой популяции живых организмов, метеорологические условия в момент выброса. Следует отметить, что уровень сло
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.