a1.gif (1118 bytes)
a.gif (150 bytes) 1.gif (544 bytes)
  2.gif (445 bytes)
  3.gif (438 bytes)
  4.gif (570 bytes)
  5.gif (769 bytes)
  6.gif (515 bytes)
  7.gif (501 bytes)
  8.gif (450 bytes)

3.3 Основные проблемы геохимии радионуклидов чернобыльского выброса
Количество нуклидов, попавших в окружающую среду, на территории Украины (превышает 0,1 Ru/км2) в различном физико-химическом состоянии такое огромное, что не имеет аналогий в мировой практике. Соответственно форма нахождения радионуклидов, оказавшихся во внешней среде, резко отличается от известной для глобальных выпадений или утечек, например, из хранилищ жидких радиоактивных отходов (ХЖО). Основная особенность состояла в том, что техногенные нуклиды заключались первоначально в труднорастворимые матрицы. Исключение составляли легко летучие радионуклиды, такие как изотопы ксенона, йода, цезия, частично рутения, которые вылетали из горящего блока. Первоначально общая оценка выброса проводилась по запасам легколетучих радионуклидов на загрязненных территориях, она привела к выводу о том, что во внешнюю среду попало до 80 % осколочных элементов, наработанных реактором за время кампании. Оценка по выброшенному количеству тугоплавких радионуклидов, близкая к той, которая была передана Союзным правительством в МАГАТЭ, т.е. 3,5 %, если считать, что топливо, находящееся на промплощадке и в зоне отчуждения, не попало в окружающую среду. О том, что из реактора было выброшено больше половины ядерного горючего говорит тот факт, что к настоящему времени в бывшем 4-м энергоблоке найдено около 50 т урана, который заключен в застывшей лаве силикатного состава, проплавившей два железобетонных перекрытия. Содержание урана в лаве по единичным измерениям составляет от 2,5 до 15 %. Не исключена возможность, что в помещениях 4-го энергоблока будет найдено еще какое-то количество урана, но вряд ли эта величина сможет исчисляться десятками тонн. Считают, что порядка 100 т топлива находится в "развале" между блоком и стеной саркофага. Ведь именно туда "сваливали" высокорадиоактивные материалы в процессе очистки промплощадки, кровли 3-го энергоблока и машинного зала. В шахте бывшего реактора, физзала и других помещениях находится до 20 т ураносодержащей пыли.
Основная масса радионуклидов, поступившая в окружающую среду, была выброшена взрывом непосредственно на территорию промплощадки, в том числе в северную часть пруда-охладителя, а некоторая часть поступала во внешнюю среду при струйном выбросе. Состав радионуклидов в зоне, ограниченной изолинией 3,7·109Бк/км2 по239Рu, близок к топливному, изолиния 11,1·1010Бк/км2 90Sr оконтуривает площадь, на которой отношение90Sr /137Cs и частично90Sr/144Ce и 239Рu /144Ce несколько варьирует. Заметно варьирует и содержание изотопов рутения, что объясняется, с одной стороны, разным происхождением103Ru и106Ru, а с другой - летучестью некоторых соединений этого элемента.
3.3.1 Геохимическая миграция радионуклидов
Радиоактивные продукты техногенного происхождения, поступая на земную поверхность, включаются в физико-химические, биохимические и другие процессы, протекающие в почвах. Однако между поведением радионуклидов и стабильных изотопов или аналогов, а также между ними и типоморфными элементами данного геохимического ландшафта существуют не только общие закономерности, но и различия. Последние объясняются несколькими причинами. В отличие от макро- и микроэлементов, продукты радиоактивного деления присутствуют в почвах в ультрамикроконцентрациях (10-7- 10-11г/гі), что обусловливает специфику их поведения в почвенных растворах и в системе "твердая фаза - раствол. Кроме того, они различаются источниками поступления и временем взаимодействия с почвой. Так, радионуклиды поступают, как правило, из атмосферы на уже сформировавшийся почвенный покров, а их стабильные изотопы и другие химические элементы распределены в ней в соответствии с геохимическими процессами литогенеза и почвообразования. В связи с этим первоначальное взаимодействие поступающих на земную поверхность радионуклидов в значительной степени определяется состоянием и формами их нахождения, типом растительного покрова и видом подстилки или дернины.
Направление геохимической миграции элементов в почвах зависит как от их природы, так и от почвообразовательных процессов. Химические элементы и радионуклиды либо фиксируются и накапливаются в почвах, либо мобилизуются и выносятся с поверхностными и почвенными водами, сельскохозяйственной растительной продукцией и т.п.
Выпавшие на поверхность почвы радионуклиды под воздействием природных факторов мигрируют в горизонтальном и вертикальном направлениях. В результате ветровой эрозии подстилающей поверхности почвы, смывания радиоактивных веществ с растительности атмосферными осадками и их стока в низменные бессточные участки и в гидрографическую сеть происходит горизонтальная миграция радионуклидов. Ее скорость зависит от гидрометеорологических факторов (скорости ветра в приземных слоях атмосферы, количества и интенсивности выпадения атмосферных осадков), физико-географических особенностей данного района (в частности, рельефа местности, произрастающей растительности), дисперсности радиоактивных аэрозолей, прочности их фиксации растительностью и почвой, а также других факторов. Особенно высокая скорость горизонтальной миграции радионуклидов наблюдается в тех случаях, когда идут сильные дожди, смывающие радиоактивные вещества, осевшие на листьях, соцветиях и стеблях растений, в период весеннего снеготаяния когда происходит интенсивный поверхностный сток атмосферных осадков, выпавших в зимние месяцы, с водосборных бассейнов в гидрографическую сеть или почвы подвержены эрозии.
Количественной характеристикой поверхностного смыва может служить коэффициент смыва К, представляющий собой часть запаса радионуклида на водосборе, поступившую с поверхностным стоком в водоем. Коэффициент смыва Кр для водорастворимой формы радионуклида определяется из соотношения КРРh /АОН гдеАр- водорастворимая часть активности;АО - общая активность;h- слой поверхностного стока, мм;Н- общий водозапас в месте отбора пробы.
Таблица І.3.12
Экспериментальные значения коэффициентов смыва90Sr и137Cs

Дата КР,мм-1 КГ, г/м2
  90Sr 137Cs 90Sr 137Cs
16.07.1986 1,0·10-4 2,7·10-5 3,4·10-5 1,0·10-4
то же 0,9 10-4 1,1·10-6 2,7·10-5 3,5·10-4
тоже 1,6·10-4 3,1·10-4 3,7·10-6 6,7·10-6
18.07.1986 0,7·10-4 - 1,2·10-4 0,9·10-4
12.10.1986 0,8·10-4 2,7·10-5 1,6·10-5 3,8·10-5
то же 0,6·10-4 3,4·10-6 1,4·10-5 5,2·10-5
то же 0,5·10-4 0,6·10-6 0,6·10-6 8,8·10-5
28.03.1987 1,1·10-4 - 3,7·10-6 -
5.05.1987 0,6·10-4 - - 8,7·10-6

Как правило, в 1986 - 1987 гг. содержание водорастворимой части радионуклидов137Cs и90Sr не превышало 1 % и, таким образом, в результате лабораторных экспериментов получены значения Кр=n·10-5 при использовании среднегодового значения h/H =0,15.
В.А.Борзилов для определения коэффициента смыва радионуклидов137Cs и 90Sr применил экспериментальные площадки на территории 30-киломеровой зоны ЧАЭС. Проведение экспериментов в натурных условиях позволило авторам определить значение Кр в условиях различного увлажнения почвенного горизонта и оценить масштабы смыва радиоактивных загрязнений на твердых частицах взвеси.
Коэффициенты смыва радионуклидов137Cs и 90Sr в растворенном состоянии и на взвеси, отнесенные к 1-миллиметровому слою поверхностного стока, приведены в табл. 1.3.12. Их анализ свидетельствует о том, что радионуклид 90Sr смывается в основном в растворенном состоянии, что вытекает из соотношения Кр и Кг, в то время как основная часть137Cs - во взвешенном состоянии, что объясняется способностью атомов цезия образовывать прочные соединения с глинистыми минералами и приуроченность последних к мелкодисперсной части почвы.
Наряду с горизонтальной миграцией радионуклидов на поверхности почвы происходит и их вертикальная миграция, обусловленная процессами ионного обмена, диффузии и перемешивания, переноса их фильтрационными токами воды, выноса радионуклидов растениями из корнеобитаемого слоя почвы в надземные части растений, деятельности почвенных животных и микроорганизмов и других факторов.
Опыт, накопленный нами в ходе исследований поведения радионуклидов чернобыльского выброса в окружающей среде, позволяет утверждать, что результаты геохимических исследований являются основополагающими при решении любых технических, агропромышленных и медико-биологических проблем. Необходимо определить форму нахождения и установить закономерность концентрирования и рассеяния радионуклидов в конкретной физико-химической обстановке. Для этого, помимо контроля за радиационной обстановкой и построения средне-масштабных ландшафтно-геохимических карт, мы должны иметь сведения о путях переноса радионуклидов. их минеральных и органических носителях, влиянии техногенеза на окружающую среду, скоростях самоочистки водоемов и т.п. Каждый из элементов ландшафтно-геохимической системы (почвы, грунты, поверхностные и подземные воды, илы, взвеси, аэрозоли, биота) нужно квалифицировать с точки зрения потенциального носителя радионуклидов. Только тогда можно построить радиоэкологические карты, прогнозировать изменение радиационной обстановки во времени, дать рекомендации по жизнедеятельности населения на загрязненных территориях.
Отсюда вытекают основные геохимические задачи, направленные на изучение глубоких механизмов:
определяющих изменение подвижности радионуклидов;
определяющих динамику деструкции "горячих" частих и образования миграционных форм радионуклидов;
накопления и рассеяния радионуклидов в конкретных ландшафтно-геохимических условиях, что необходимо для прогноза выноса радионуклидов с загрязненных территорий учитывая, что Днепр служит для них основным путем миграции;
поведения90Sr и137Cs изотопов плутония и радиоуглерода различных форм нахождения в водах и донных отложениях бассейна Днепра и Черного моря, в том числе межфазного изотопного обмена радиоуглерода в системе "воздух - природные воды - донные осадки - биологические материалы";
определяющих поступление топливного урана и плутония в окружающую среду в результате деструкции "горячих" частиц и межфазного изотопного обмена урана в системе "природные воды - донные осадки - биота";
перераспределения радионуклидов по водохранилищам каскада Днепра и формирование математических моделей с учетом динамики поступления радионуклидов в биотическую и абиотическую составляющие экосистемы с учетом долгосрочного прогнозирования;
сочетанного действия радиации и других загрязнителей окружающей среды, таких как тяжелые металлы, пестициды, удобрения, нефтепродукты и пр.
По данным Госкомгеологии Украины 130 тыс.км2Украины, или 20 % всей ее территории, загрязнены137Cs с уровнем от 1,8·1010Бк/км2и выше, (от 10 доаварийных фонов и выше). В целом на ее территории рассеяно от 1,04·1016до 1,1·1016Бк радионуклидов, из которых 90 %137Cs.На площади в 40 тыс.км2в Киевской, Житомирской и Ривненской областях сосредоточена четверть всего выброшенного реактором137Cs. В настоящее время главную радиоэкологическую опасность представляют 90Sr 137Cs и изотопы плутония. Из них наиболее опасен 90Sr, поскольку для него не существует эффективных геохимических барьеров. Он с трудом удерживается грунтами и биотой и лишь в некоторой степени почвенным гумусом. Поэтому адсорбционный фронт стронция в зоне аэрации движется с заметной скоростью, а попав в грунтовые воды рано или поздно будет вынесен в поверхностные водоемы и Днепр. Цезий довольно прочно удерживается глинистыми минералами, гумусом и биотой, и размах его миграции невелик. О плутонии есть время подумать, поскольку он представляет опасность только в респирационном аспекте, его ПДК в воздухе 10-17Ки/л. А для того чтобы его накопилось достаточное количество на поливных землях Украины должно пройти много лет.
Радиоактивные илы постепенно движутся по каскаду. Уже сейчас удельные запасы137Cs в донных отложениях Киевского и Каневского водохранилищ сравнялись. В Кременчугском водохранилище прирост запасов137Cs происходит со скоростью около 40 % в год, и в настоящее время составляет около 1,1·1010Бк. В Каховском водохранилище радиогеохимический режим практически установился. Сюда попадает наиболее мелкая коллоидная взвесь, и поэтому существенного увеличения запасов137Cs в илах не происходит (за 5 лет увеличение всего на 10 %). Однако, если137Cs для поливного земледелия не будет представлять существенной опасности, то90Sr, находясь в растворенном состоянии (от 0,15 до 0,4 Бк/л по всему каскаду), будет постепенно накапливаться в почвах и соответственно переходить в сельскохозяйственные продукты.
В связи с этим первостепенной проблемой является удерживание 90Sr в природных "депо", таких как левобережная пойма р.Припять, где его находится около 3,7·1014Бк, многочисленные временные пункты захоронения радиоактивных отходов в 30-килиметоровой зоне (а их около 800), в том числе сваленный и замытый песком "рыжий лес" и др. более мелкие источники. Пойму нужно держать сухой, не допустить залив ее паводковыми водами, а сделать это очень трудно. Многочисленные временные радиоактивные могильники должны быть преобразованы в долговременные, и эта задача не менее трудная, тем более, что они даже не имеют паспортов, а о некоторых узнают случайно. Ведь все работы в 30-километровой зоне делались в спешке и без определенного плана. О настоящей науке в 1986 - 1987 гг. вспоминали редко.
3.3.2 Регионально-геохимические оценки радионуклидных выбросов ЧАЭС, включая "горячие" частицы
Картина распределения долгоживущих радионуклидов аварийного выброса на территории Восточной и Западной Европы к настоящему времени достаточно хорошо установлена, например, общая площадь с плотностью загрязнения свыше 3,7·1010 137Cs на 1 км2составляет 100 тыс. км2. Масштабы глобальны, хотя на всей вышеуказанной территории находится всего около 11 кг изотопа137Cs. В химическом поведении радиоактивного и стабильного изотопов какого-либо элемента различий нет, и лишь специфические методы радиометрии позволяют уверенно фиксировать чрезвычайно низкие (10 - 12 % и менее) концентрации тех или иных осколков деления.
Таким образом, загрязнение радионуклидами носит не вещественный, а энергетический характер. Так, при полном распаде 1Ки137Cs (11 мг) выделяется энергия 9·106дж, полное поглощение которой организмом людей сформировало бы коллективную дозу 1,3·107бэр.
Продукты Чернобыльской катастрофы резко отличаются по физико-химическому состоянию от глобальных радиоактивных выпадений и имеют определенное сходство с выпадениями, формирующимися в результате наземных ядерных взрывов. Однако единовременное попадание в окружающую среду такого огромного количества радионуклидов не имеет аналогий в мировой практике. В качестве иллюстрации подобного утверждения можно сослаться на расчеты профессора A.A.Tep-Саакова, свидетельствующие об эквиваленте радиационного загрязнения последствиям взрыва ядерного заряда мощностью 12 Мт.

ДАЛЕЕ

up.gif (200 bytes) m.gif (2186 bytes)up.gif (200 bytes)