РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 4, с. 444-450
^=РАДИОЭКОЛОГИЯ
УДК 574:539.104:582:539.1.047
РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ МОНИТОРИНГ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ЗОНАХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ АТОМНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
© 2007 г. Т. О. Перемитина1*, Ю. М. Полищук1, В. Д. Несветайло2
1 Институт химии нефти СО РАН, Томск 2 Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск
Предложен подход к получению ретроспективной информации о радиоактивном загрязнении территорий для организации радиоэкологического мониторинга окружающей среды. Подход основан на использовании метода дендрохроноиндикации, позволяющего получать ретроспективную информацию о поступлении и аккумуляции радиоактивных и других веществ в годичные кольца деревьев. Статистическая обработка и анализ полученных массивов многомерных ретроспективных данных проведены с использованием метода главных компонент. Показано, что предложенный подход позволяет выявлять произошедшие в прошлом аварийные выбросы на предприятиях ядерного цикла и обоснованно выбирать пункты контроля для организации радиоэкологического мониторинга в зонах воздействия предприятий атомной промышленности.
Радиоактивное загрязнение, радиоэкологический мониторинг, дендрохроноиндикация, метод главных компонент.
Интенсивное развитие атомной отрасли и испытания ядерного и термоядерного оружия в пя-тидесятых-шестидесятых годах XX столетия как в России, так и в зарубежных странах привели к выбросам и накоплению в биосфере большого количества радиоактивных веществ. Существенный вклад в повышение глобального радиационного фона внесли аварии на предприятиях атомной промышленности [1]. В настоящее время в связи с необходимостью повышения безопасности ядерных объектов создаются и совершенствуются системы радиоэкологического мониторинга. При разработке таких систем большое значение имеют априорные знания об уровнях радиоактивного загрязнения в прошлом, основанные на ретроспективной информации о загрязнении окружающей среды в зонах воздействия конкретных ядерных объектов. Тем более, что в предыдущие десятилетия информация об авариях на ядерных объектах не была доступна научной и инженерной общественности [2].
Перспективным подходом к получению ретроспективной информации о радиоактивном загрязнении окружающей среды является применение метода дендрохроноиндикации [3, 4], основанного на сочетании методов традиционной дендрохронологии с современными методами физико-химического анализа вещества годичных
*Адресат для корреспонденции: 634021 Томск, Томская обл., пр. Академический, 3, ИХН СО РАН; тел.: (3822) 49-18-11; факс: (3822) 49-14-57; e-mail: pto@ipc.tsc.ru.
колец деревьев. Метод дендрохроноиндикации заключается в установлении зависимости характеристик годичных колец деревьев от факторов внешней среды и получении на этой основе ретроспективной информации о процессах и явлениях. Комплексность дендрохроноиндикации определяется широтой набора анализируемых характеристик годичных колец и разнообразием изучаемых с их помощью процессов и явлений. Перспективы использования метода связаны с развитием аппаратурно-аналитической базы и поиском новых характеристик годичных колец, фиксирующих последствия воздействий антропогенных экологических факторов на экосистемы.
материалы и методика
Объект анализа в данной работе - образцы вещества годичных колец сосновых деревьев, произрастающих в зонах воздействия двух крупных источников радиоактивного загрязнения окружающей среды - Сибирского химического комбината (Томская обл.) и Чернобыльской атомной электростанции на Украине. По оценкам ЗападноСибирского территориального центра по мониторингу окружающей среды [5] Сибирский химический комбинат (СХК) является основным источником радиоактивного загрязнения окружающей среды на территории Томска и его окрестностей. СХК, расположенный вблизи Томска, является
Б
Рис. 1. Места отбора образцов для исследования.
одним из крупнейших в мире предприятий по производству оружейного плутония. На его территории действовали 5 промышленных реакторов, два из которых до последнего времени продолжали наработку плутония. В 30-километровой зоне СХК расположено несколько десятков населенных пунктов с населением более 600 тыс. чел., в том числе г. Томск и г. Северск.
В апреле 1993 г. в результате аварии на радиохимическом заводе СХК образовалась зона радиоактивного загрязнения местности, протянувшаяся в северо-восточном направлении на несколько десятков километров. По данным Росгидромета [1], суммарное количество радиоактивных веществ, выброшенных из аварийного аппарата СХК на эту территорию, оценивается в 530-590 Ки.
На рис. 1 показаны два радиальных (по отношению к источнику радиоактивного загрязнения) направления расположения пунктов отбора объектов анализа. "А" соответствует направлению радиоактивного выброса во время аварии на СХК
в апреле 1993 г., "Б" - направлению на фоновые территории, на которых, согласно [3], не отмечалось существенного воздействия СХК ни в аварийных ситуациях, ни в условиях безаварийной работы. На этих направлениях отобраны пробы от двух деревьев, находящиеся на равном удалении от СХК и обозначенные точками 2 и 3 на рис. 1. За пределами 30-километровой зоны для анализа были выбраны два дерева вблизи дер. Геор-гиевка и дер. Наумовка, обозначенные на рис. 1 точками 4 и 5. Эти пункты были "накрыты" облаком радиоактивного выброса СХК во время аварии 1993 г. Кроме того, были взяты образцы древесины годичных колец от двух деревьев на территории вблизи пос. Аникино и дер. Овражное, выбранных в качестве фоновых участков, которые обозначены на рис. 1 точками 6 и 7.
Применение изложенного подхода позволило получить ретроспективные данные [6] об удельной активности радиоуглерода (с 1949 по 1993 гг.), трития (с 1959 по 1997 гг.) и цезия (с 1944 по 1989 гг.) в годичных кольцах деревьев, позволяю-
F2
0.2
0.1 0 -0.1
-0.2 -0.3
Ш.
Образцы:
♦ 4 у 6
15 20 25 30 35 40 45 50 55 F1
Рис. 2. Результаты МГК-анализа данных об удельной активности трития в годичных кольцах деревьев в зоне воздействия СХК.
щие оценивать воздействие Сибирского химического комбината.
Другой исследуемой территорией в данной работе послужила зона влияния аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС), на которой, как известно, 26 апреля 1986 г. произошла крупнейшая авария с выбросом в окружающую среду огромного количества радионуклидов. Острое радиационное воздействие на объекты флоры и фауны произошло, главным образом, в первый год после аварии. Наиболее высокие уровни облучения (свыше 100 Гр) имели место на лесном участке соснового древостоя, расположенном в 2 км к западу от ЧАЭС, где и было выбрано модельное дерево. Применение методики дендро-хроноиндикации позволило получить ретроспективные данные о содержании радионуклидов и различных химических элементов в годичных кольцах сосны из зоны влияния Чернобыльской аварии за 30-летний период (с 1966 по 1996 г.) [7].
Счетные формы для изучения удельной активности 14С и 3Н в древесине годичных колец деревьев в виде бензола и воды соответственно были синтезированы в лаборатории радиоуглерода Института геохимии окружающей среды НАН Украины. Удельную активность радиоуглерода и трития измеряли на низкофоновом жидкостно-сцин-тилляционном спектрометре '^иапМш-1220ТМ" фирмы '^аПас" (Финляндия) в центре радиационной медицины МЗ и НАН Украины. Уникальный по своим характеристикам прибор позволяет измерять удельную активность трития без пробо-подготовки с точностью до 1 Бк/л. Согласно техническим характеристикам радиометра '^иайи-1ш-1220", фон, создаваемый тритием, может быть измерен на уровне 0.13 СРМ, а обусловленный радиоуглеродом - 0, 4 СРМ.
Содержание 32 химических элементов (К; Са Т^ V; Сг; Мп; Fe; Со; №; Си; Zn; Ge; As; Se; Вг; Rb Sr; Y; Zг; №>; Мо; Ва; La; Се; Sm; W; РЬ; В^ Тк и) в годичных кольцах сосны в зоне воздействия
Чернобыльской аварии было проанализировано в Институте химической кинетики и горения СО РАН (г. Новосибирск) рентген-флуоресцентным методом с использованием синхротронного излучения.
Статистическая обработка и анализ полученных массивов данных дендрохроноиндикации выполнены с применением компьютерного комплекса [8], реализующего алгоритмы метода главных компонент (МГК). МГК заключается в нахождении новых независимых друг от друга переменных - главных компонент меньшей размерности, и упорядоченных по их вкладам в описание исходной совокупности. Этим переменным приписывается роль причин-факторов, которые непосредственно не могут быть измерены. Результаты МГК-анализа отображаются с применением процедуры графического отображения, основанной на представлении среднего значения и доверительной области для каждой группы объектов в пространстве двух главных компонент. Такое представление результатов позволяет достоверно определить, имеется ли статистически значимое различие между группами объектов с доверительной вероятностью 90-95% (ГОСТ 11.001-73).
результаты и обсуждение
Рассмотрим распределение объектов анализа в пространстве первых двух главных компонент. Обработка данных дендрохроноиндикации об активности трития в годичных кольцах деревьев в зоне СХК показала, что первая главная компонента ^1) описывает более 99% общей дисперсии. На рис. 2 приведены средние значения и доверительные области, рассчитанные для главных компонент F1 и F2 по данным об активности трития, полученным для четырех модельных деревьев (5 км от СХК, пос. Аникино, дер. Георгиев-ка, дер. Наумовка), обозначения образцов даны на рис. 1. Расчеты проведены для доверительной вероятности 90%.
Как показывают результаты анализа, максимальная активность трития оказалась у сосны, находящейся на расстоянии 5 км от реакторов СХК. Меньшее количество трития накопили деревья в районах дер. Георгиевка и Наумовка, а дерево на окраине пос. Аникино, выбранного в качестве фонового, действительно показало значительно меньшую активность трития, чем в остальных случаях.
Анализ данных дендрохроноиндикации об активности радиоуглерода в годичных кольцах деревьев из 30-километровой зоны СХК показал, что первая главная к
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.