Техногенные радионуклиды в экосистеме

Нижней Томи

Леонова Г.А. (leonova@uiggm.nsc.ru) (1), Торопов А.В. (2), Бобров В.А. (1), Маликов Ю.И. (1) (1) Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии Сибирского отделения Российской академии наук, пр. ак. Коптюга, 3, Новосибирск, 630090 (2) Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, Томск, 634050

Введение

Во второй половине XX века речные системы Оби и Енисея подвергались техногенному радиоактивному загрязнению за счет надземных испытаний атомного оружия, аварийных и технологических сбросов радиоактивных отходов от атомных предприятий по производству плутония: Маяк (Челябинск - 65), Сибирский химический комбинат (СХК, г. Северск Томской области) и Красноярский горнохимический комбинат (КГХК, г. Железногорск). В настоящее время одной из наиболее важных проблем Обь-Иртышского бассейна является анализ возможных последствий попадания радионуклидов в гидросферу с водосборных площадей и из водоемов-отстойников, которые используются для хранения жидких слабоактивных радиоактивных отходов. Так, в донных осадках устьевой части Томи и среднем течении Оби (ниже СХК) фиксируются концентрации техногенных радионуклидов, превышающих уровень глобальных выпадений в этом районе [1]. Содержание 137Cs в донных отложениях реки Исеть в месте впадения ее в р. Тобол составляет около 2 кБк/м2, что говорит о том, что перенос радионуклидов по водной системе Исеть -Тобол - Иртыш - Обь будет происходить еще длительное время [2]. В донных отложениях эстуария Оби, согласно данным Д.Г. Матишова и др. [3], спектр и количество нуклидов отражает явное влияние радиоактивных заводских сливов. Об

этом свидетельствуют аномальные величины запасов плутония, кобальта и стронция в донных осадках на акватории Обской губы.

Изучение радиоактивности донных осадков Томи, выше и ниже сбросов СХК, а также Оби проводилось нами ранее в плане систематического изучения последствий испытаний Семипалатинского полигона на территориях Новосибирской, Кемеровской, Томской областей и Алтайского края [4-13]. В предлагаемой публикации представлен фактический материал по радиоактивному загрязнению компонентов речной системы Томи в ближней зоне влияния СХК за пределами санитарно-защитной зоны. Специальный отбор водной биоты (водоросли, макрофиты, рыбы) выявил специфический спектр короткоживущих техногенных радионуклидов, отличный от спектра радионуклидов в речных донных отложениях, что свидетельствует о высокой эффективности захвата живым веществом наиболее подвижных в водной среде

239 24 76

техногенных гамма-излучающих радионуклидов ( Np, Na, As и др.). Полученные фактические данные могут быть использованы при выполнении систематических исследований закономерностей распределения и миграции радионуклидов в экосистемах рек Томи и Оби, подобно проведенным исследованиям в долине реки Енисей [14].

Сибирский химический комбинат является одним из крупнейших комплексов предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ) и расположен в непосредственной близости от г. Томска. СХК функционирует более 40 лет, и до недавнего прошлого его деятельность проходила в полном режиме секретности. Первые открытые публикации по вопросу радиоактивного загрязнения экосистемы р. Томь от сбросов СХК появились в 1990 г [15]. Позже сведения о присутствии техногенных радионуклидов в различных компонентах природной среды в зоне влияния СХК стали размещаться в ежегодных отчетах Гидрометеослужбы, Центра государственного санэпиднадзора и

природоохранных органов. Поступление широкого спектра техногенных радионуклидов с территории СХК в открытую гидросеть (р. Томь и далее в р. Обь) началось в 1953 г. с момента фактического запуска первого и единственного прямоточного реактора Иван-1 (И-1). Кроме того, до ввода в 1963 г. площадок глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов, в р. Томь поступали радиоактивные отходы радиохимического, химико-металлургического, сублиматного заводов СХК при переполнении открытых бассейнов и водохранилищ. После остановки в 1990 г. реактора И-1 через технологический канал СХК, более известного как р. Ромашка, в Чернильщиковскую протоку р. Томь сбрасываются сточные воды системы охлаждения стержней управления защиты двуцелевых энергетических реакторов АДЭ-4 и АДЭ-5, а также часть очищенных до сбросных норм низкоактивных отходов другого происхождения [8].

Радиоактивные изотопы, поступающие в водоемы от предприятий ЯТЦ, быстро поглощаются водными организмами и грунтами, в результате чего их содержание в воде резко снижается. Поэтому низкое содержание радионуклидов в воде не всегда свидетельствует о чистоте водоема в целом. Даже при полной пригодности ее для питьевых целей концентрация многих радиоактивных изотопов в растениях, животных и грунтах может поддерживаться на уровне, превышающем их концентрацию в воде на порядки величин [16]. Специфика пресноводных водоемов проявляется в том, что в результате снижения фактора разбавления, концентрации радионуклидов в них возрастает гораздо быстрее, чем в морях и океанах. При этом слабая минерализация воды способствует более высокому накоплению радионуклидов пресноводными гидробионтами по сравнению с морскими [17].

В настоящее время принципиально важно знать современную радиоэкологическую ситуацию в речной системе Обь-Иртышского бассейна и,

особенно в ее биотической составляющей, в том числе рыбе, являющейся одним из ведущих пищевых объектов для населения сел и городов, расположенных вдоль рек. В то же время, в биообъектах ближней зоны влияния СХК техногенные радиоактивные изотопы изучены крайне слабо. Исследование водных биоценозов рек Ромашка и Томь на предмет накопления техгногенных радионуклидов в рыбе и макрофитах начаты в 1990-1991 гг. и продолжаются до настоящего времени [12-13, 18]. Радиоэкологический мониторинг рыб рек Тобол и Иртыш проводится с 1995 г. по настоящее время [2].

Объекты и методы исследования

Материалы настоящей публикации получены в двух экспедициях - 2000 и 2002 гг. Изучены особенности распределения и уровни накопления техногенных радионуклидов в воде, донных осадках и гидробионтах ближней зоны влияния СХК (р. Ромашка), реки Томь выше и ниже сброса сточных вод комбината и реки Обь ниже устья Томи. Схема отбора проб в районе исследований представлена на рис.1.

Донные осадки отобраны специальным пробоотборником конструкции Ю.И. Маликова с борта речного катера. Использование такого пробоотборника позволило впервые опробовать донные осадки в районе работ на глубину до 105 см. На 8 станциях из осадочного материала различного литологического состава отобрано 74 пробы. Из поднятых кернов на судне нарезали 5-сантиметровые фрагменты по всей длине колонки и упаковывали их в полиэтиленовые пакеты. В лаборатории определяли естественную плотность осадков и их влажность.

При выборе индикаторных биообъектов радиоактивного загрязнения водной среды предпочтение отдавалось наиболее широко распространенным массовым видам гидробионтов ( сквозные объекты): водные растения - рдест блестящий (Potamogeton lucens), хвощ приречный (Equisetum fluviatile), осока (Carex sp.); нитчатые зеленые

Рис.1. Схема отбора проб в районе исследований.

водоросли; рыбы - карась серебряный (Carassio carassio gibelio). Зоопланктон в р. Ромашке отобрать не удалось из-за чрезвычайно малой численности зоопланктонных организмов, хотя он считается наиболее информативным тест-объектом для радиоэкологических целей. По-мнению некоторых исследователей [17], в зоне сброса подогретых вод системы охлаждения энергетических реакторов происходит угнетение организмов зоопланктона, что проявляется в снижении его численности и биомассы. В р. Ромашка низкая численность зоопланктона, по-видимому, связана именно с влиянием этих факторов. Образцы водной биоты анализировались как в сыром виде, так в сухом и озоленном состоянии, что обусловлено особенностями использованных видов анализа. Пересчет от золы и сухой массы проб к сырой проводили по пересчетным коэффициентам.

Гамма-спектрометрический анализ воды и биообъектов производился сразу же после отбора проб в лаборатории отдела радиационной безопасности ОГУ Облкомприрода (г. Томск) на гамма-спектрометре РАДЭК с ППД ДГДК-100В (замеры проводили Ю.А. Громов, В.Б. Елагин). Кроме того, биообъекты анализировались в Аналитическом центре Объединенного института геологии, геофизики и минералогии (ОИГГМ ) СО РАН на базе лаборатории геохимии редких элементов и экогеохимии с использованием комплекса ядерно-физических методов анализа, включающего полупроводниковую у-, а-спектрометрию и Р-радиометрию. Основное внимание уделялось определению и изучению у-излучающих радионуклидов, которые, как правило, являются основными загрязнителями компонентов природной среды в зоне влияния предприятий ЯТЦ. Применение Р-радиометрии (определение 90Sr) и а-спектрометрии (определение изотопов 239,240Pu и 238 Pu) было ограничено значительной трудоемкостью анализа, включающего стадию радиохимического выделения с разрушением исходного образца и его высокой стоимостью. Поэтому анализ образцов на 90Sr и изотопы плутония проводился выборочно для ограниченного числа проб после их измерения на у-излучающие радионуклиды.

Гамма-спектрометрический анализ биообъектов на содержание долгоживущих радионуклидов и короткоживущих с экстраполяцией на время отбора проб проведен ОИГГМ СО РАН на коаксиальном HP Ge полупроводниковом детекторе (ППД) EGPC 20-1.80/SHF 00 30A, производства французской фирмы EURISYS MEASURES (замеры осуществлены В. А. Бобровым). Минимально измеряемая активность для различных радионуклидов составила около 1 Бк/кг.

Содержание 90Sr определяли Р-радиометрией с радиохимической подготовкой проб в некоторых зольных образцах биообъектов согласно Инструкции и

методическим указаниям по оценке радиационной обстановки на загрязненной территории , принятой методической секцией Межведомственной комиссии по радиационному контролю природной среды при Госкомгидромете СССР 17.03.1989 г. Для радиохимической подготовки биологические пробы озоляли при температуре 450о С до полного удаления следов органики. Активность 90Sr измерялась по изотопу 90Y, находящемуся с ним в состоянии радиоактивного равновесия. Чувствительность определения 90Sr составляла не более 0.1 Бк/кг.

239 240 238

Активность изотопов плутония ( Pu и Pu) в биообъектах определялась а-спектрометрическим методом после радиохимического выделения, проводимого по методике [18] на одноканальном а-спектрометре 7184 фирмы EURISYS MEASURES

239,240 238

(Франция). Чувствительность определения Pu и Pu составляла не менее 0.001 Бк при химическом выходе плутония на стадии радиохимического выделения 25 %, что соответствует значению 0.05 Бк/кг для 20-граммовой навески. Радиохимическая подготовка проб проведена И. В. Макаровой, замеры активности изотопов стронция и плутония осуществлены М.С. Мельгуновым.

Радионуклиды в воде р. Ромашка

Ранее А. В. Тороповым показано [8], что в период наблюдений с 1996 по 2000 гг. в водах нижней Томи в районе устья р. Ромашка присутствовали 18 короткоживущих у-излучающих радионуклидов (Т1/2 от 2,58 часов у 56Mn до 284 суток у 144Се), из них 10 активационной и 8 осколочной природы. Согласно этим данным, в р. Томь поступают

радионуклиды активационного происхождения (24Na, 42K, 46Sc, 51Cr, 54Mn, 56Mn, 59Fe,

65 76 239 82 99 125 131 133 140 140

Zn, As, Np) и осколочные радионуклиды ( Br, Mo, Sb, I, I, La, Ba).

При этом 54Mn, 65Zn, 140La и 140Ba фиксировались только в месте выпуска сточных вод

комбината из водохранилища. Их отсутствие в устье р. Ромашки (активность < 1 Бк/л)

объясняется разбавлением сбросных вод СХК сточными водами ТЭЦ СХК и очистных сооружений г. Северска. Единично в пробах воды отмечено присутствие долгоживущих осколочных 125Sb (Т1/2= 2,77 лет) и 152Eu (Т1/2=13,6 лет), а также активационного радионуклида 60Co (Т1/2= 5,27 лет). В среднем за годы наблюдений 98% активности гамма-излучателей, поступающих в биогидроценоз нижней Томи со сбросами СХК, приходится на 24Na (85%), 76As (6,2%), 239Np (4,5%) и 42К (2,3%). Вклад других гамма-излучающих радионуклидов не более 1% каждого и в сумме около 2% ежегодно.

Радионуклиды в водных растениях р. Ромашка и Нижней Томи

Изучена интенсивность накопления техногенных радионуклидов в наиболее часто встречающихся видах водных растений - рдесте блестящем (Potamogeton lucens), хвоще приречном (Equisetum fluviatile), осоке (Carex sp.) и нитчатых зеленых водорослях. Пробы водной растительности отбирались как в ближней зоне влияния СХК (р. Ромашка), так и в р. Томь выше устья Ромашки (условно-фоновый район) и ниже устья Ромашки. Практически весь перечень радионуклидов, содержащихся в воде охлаждения реактора и поступающей непосредственно в р. Ромашку, зарегистрирован в водных растениях р. Ромашка. Общее число техногенных радионуклидов по данным гамма-спектрометрии - 19. Замеры активности у-излучающих радионуклидов в рдесте блестящем были проведены сразу же после отбора проб в лаборатории отдела радиационной безопасности ОГУ Облкомприрода (г. Томск), поэтому в них обнаружены практически все короткоживущие радионуклиды - 24Na, 76As, 99Mo, 103Ru, 131I, 140La, 141Ce, 239Ne (табл.1).

Таблица 1

Содержание радионуклидов в воде (Бк/л) и биологических объектах (Бк/кг сырой массы) р. Ромашка и

протоки Чернильщиковой р. Томь, июль 2002 г.

Примечание. Замеры проведены В.Б. Елагиным и Ю.А. Громовым в отделе радиационного контроля ОГУ Облкомприроды Томской области; прочерк означает, что радионуклиды не обнаружены (то же и для других таблиц).

Кроме того, образцы водных растений в кратчайшие сроки доставлялись в АЦ ОИГГМ СО РАН, где также проводились замеры активности у-излучающих радионуклидов. Полученные результаты показывают, что наиболее интенсивно водные

239 76 24 51

растения накапливают Np, As, Na, а зеленые водоросли еще и Cr (табл. 2).

Таблица 2

Содержание техногенных радионуклидов в водных растениях (Бк/кг сырой массы) р. Ромашка и протоки

Чернильщиковой р. Томь, июль 2002 г.

Примечание. Анализы выполнены в Аналитическом центре ОИГГМ СО РАН (замеры - В.А. Бобров).

Таблица 3

Сравнительный радиоактивный состав водных растений р. Томь (Бк/кг сырой массы) и р. Енисей (Бк/кг сухой массы) [16] в зоне влияния предприятий ядерно-топливного цикла

Радиохимический анализ водных растений р. Ромашка показал, что в них

90 239 240 238

обнаружен Sr и изотопы плутония ( Pu, Pu). Максимальная удельная активность 90Sr (около 47 Бк/кг) отмечена в рдесте блестящем (табл. 4). Ниже по течению в рдестах р. Томи удельная активность 90Sr снижается до 9 Бк/кг.

Таблица 4

Содержание 90Sr в водных растениях технологического канала СХК (р. Ромашка) и р. Томь, июль 2002 г.

Примечание. Анализы выполнены в Аналитическом центре ОИГГМ СО РАН (радиохимическая

подготовка проб - И.В. Макарова, замеры - М.С. Мельгунов, то же и для табл. 5)

При сравнении радионуклидного состава сквозного растения рдеста блестящего, отобранного в р. Томь в зоне влияния СХК и в зоне влияния Красноярского горно-химического комбината р. Енисей по данным [14], установлено, что спектры короткоживущих техногенных радионуклидов в водных растениях схожи (табл. 3) и свидетельствуют о присутствии их в сточных водах обоих предприятий.