Оценка радиологической опасности представляемой площадками Телькем-1 и Телькем-2

1. Описание площадок

Рисунок 1.1

Вид воронки Телькем-1 - озера диаметром около 50 м, созданного взрывом ядерного устройства мощностью 240 тонн на глубине 31,4 м

Эксперименты Телькем были проведены Советским Союзом на участках, расположенных в пределах района исследования НАТО, в 1968 году для изучения возможности строительства каналов с целью поворота рек при помощи ядерных взрывов. Первый эксперимент, Телькем-1 (49°43.40’ с. ш., 78°29.10’ в. д.), был проведен для испытания устройства, заполненного плутонием и обладающего мощностью 240 т тротилового эквивалента. Во втором эксперименте, Телькем-2 (49°42.46’ с. ш., 78°27.39’ в. д.), использовались три подобных устройства, и проведен он был примерно в 1,5 км к западу от первого испытания. Была также сооружена третья скважина, которая так никогда и не была использована. Оба испытания были проведены на небольшой глубине от поверхности, и оба привели к образованию воронок и окружающих их отвалов грунта. Затем обе воронки были заполнены водой для создания пресноводных озер. Озеро Телькем-1 является круглым с диаметром около 50 м (рисунок 1.1). Озеро Телькем-2 имеет эллиптическую форму и составляет около 130 м в длину и 45 м в ширину (рисунок 1.2).

Глубина озер варьируется от 7 до 10 м. Доступ на оба озера осуществляется через проложенные проезды в окружающих их отвалах. На обоих площадках склоны отвалов круто спускаются к поверхности воды. Отвал породы на Телькеме-1 содержит более высокую долю глины в почве, чем на Телькеме-2; соответственно в его озере больше донных отложений, и оно является эутрофным, с редкими камышом и водорослями.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рисунок 1.2

Озеро в воронке Телькем-2, созданное одновременным взрывом трех устройств мощностью 240 тонн 12 ноября 1968 года. Получившееся озеро составляет 130 м в длину, 45 м в ширину и до 7 м в глубину. Отвал воронки достигает 25 м высотой над поверхностью воды.

До проекта «Semirad» радиологические условия на этих площадках были большей частью неизвестны. Но съемка, проведенная МАГАТЭ в июле 1994 года, показала «значительные уровни актинидного загрязнения в виде больших частиц и фрагментов», а более позднее предварительное обследование, проведенное Институтом ядерной физики (Алматы), обнаружило уровни плутония, превышающие 50 кБк/кг.

Оба озера используются местными фермерами для водопоя животных, хотя никто не определял пригодность воды для этих целей.

2. Топографическая съемка площадки Телькем-2

В июле 2000 года на площадке Телькем-2 была проведена топографическая съемка, в результате которой были определены размеры и рельеф воронки. По краю воронки были выбраны десять реперных точек. Затем еще 325 точек были выбраны для обследования путем привязки к десяти реперным точкам. Эти точки подбирались так, чтобы охватить все топографические параметры площадки, включая вертикальные наблюдательные скважины (пробуренные когда-то в прошлом советскими учеными для определения распространения радионуклидов в отвале воронки) и дороги, проложенные во многих местах в склонах воронки для подъезда транспорта. Данные по этим 325 точкам обследования были использованы для создания топографической карты (рисунок 2.1) и цифровой модели площадки. Для трехмерной обработки и визуализации данных использовалась программа Surfer с применением алгоритма интерполяции «минимальное искривление». Получившаяся в итоге топографическая карта показана на рис. 2.2.

Рисунок 2.1

Карта воронки Телькем-2 меньшего разрешения, показывающая местонахождение точек обследования и 13 труб (в озере). Контурные линии проведены через каждые 2 метра.


Рисунок 2.2

Окончательная карта воронки Телькем-2, созданная по данным, собранным в ходе полевых работ в июле 2000 года. Четко видно расположение подъездного пути к юго-восточному берегу озера. Показаны изменения в радиационной обстановке через каждый метр, расположение наблюдательных скважин (n) в отвале воронки, наблюдательные труб в озере (○),автомобильных подъездных дорог (----) и точки отбора почвы (T1 à T30).

3. Мощность экспозиционной дозы

В ходе полевых работ в июле 2000 года были также проведены измерения мощности экспозиционной дозы при помощи гамма-детектора 6-80. На каждой воронке было сделано по 10 измерений. Первыми точками измерения при этом были точки на половине пути от края озера до отвала воронки вдоль сооруженных подъездных дорог. Остальные измерения проводились либо на отвалах воронок, либо на окружающих их лугах в радиусе 100 м от края воронки. Результаты измерений показали, что средние значения мощности экспозиционной дозы на высоте 1 м от поверхности в различных точках площадок Телькем почти в 3 раза выше, чем измеренные в ходе общей съемки площадки.

4. Концентрации радионуклидов (Телькем-2)

Результаты анализа проб почвы (глубина отбора 0…10 см), отобранных на воронке Телькем-2, показали, что распределение концентраций радионуклидов (40K, 232Th, 238U, 241Am, 239+240Pu, 137Cs, 90Sr, 60Co, и 152Eu) в пробах, отобранных вдоль берега озера, было нормальным – отражающим влияние эффектов перемешивания воды на исходные значения локальной концентрации радионуклидов. Точно также было нормальным распределение концентраций природных радионуклидов, отобранных на других участках воронки. И наоборот, соответствующее распределение антропогенных радионуклидов было сильно асимметричным. Было выявлено, что уровни природных радионуклидов близки к уровням, определенным в ходе общего обследования, но концентрации 137Cs и топливных компонентов значительно выше, чем обнаруженные на остальной части площадки.

На воронке Телькем-2 концентрации радионуклидов очень сильно изменяются. Диапазон составляет несколько сотен раз при средних концентрациях гораздо меньших, чем максимальные, в зависимости от места отбора пробы. Концентрации 137Cs варьировались от 01.01.01 Бк/кг, а 241Am от 01.01.018 Бк/кг. Учитывая, что было проанализировано только 30 проб, весьма вероятно, что были пропущены самые высокие концентрации. Так, в 25 м к западу от северного края озера были обнаружены наиболее высокие концентрации 137Cs и 241Am (рисунок 4.1). Нанесение изолиний концентраций на трехмерное рельефное изображение воронки показало, что этот участок высокой активности расположен в северо-западной части навала воронки (рисунок 4.2).

Результаты полевых работ, проведенных в июле 2000 года, показали, что содержание радионуклидов заметно понижается с увеличением расстояния от эпицентра взрыва Телькем-2 – уже через 200 м от воронки трудно обнаружить содержание радионуклидов, которое бы значительно превышало значения, определяемые повсеместно на площадке исследования, которые, в свою очередь, близки к уровням глобальных выпадений. Это четко видно на карте изолиний концентрации Am241, на которой уровни, превышающие минимальный предел обнаружения (3 Бк/кг), видны лишь на небольшой площади вокруг воронки Телькем-2 и Телькем-1 (рисунок 4.1). На расстоянии 200 м большинство проб показали очень невысокое содержание Am241, но несколько из них (5) содержали гораздо большее его количество (до 1 кБк/кг). Предполагается, что эти пробы содержат загрязненные топливом фрагменты, отброшенные от места взрыва, таким образом, 200 м являются максимальным расстоянием, на которое эти крупные фрагменты смогли быть перемещены от эпицентра. Хотя по всем радионуклидам была обнаружена общая тенденция к увеличению их содержания, были и некоторые исключения. В основном, быстрее всего уменьшались концентрации Am241 (и плутония) и меньше всего – Sr90. Вероятно, это связано с различиями как в способе осаждения радионуклидов, так и в их последующей миграции.


Рисунок 4.1

Результаты картографирования концентраций 137Cs и 241Am в 30 пробах, отобранных на Телькем-2 в июле 2000 года. Наблюдается высокая концентрация радионуклидов к северо-западу от воронки.

Рисунок 4.2

Карты, показанные на рисунке 2.22, наложены на трехмерные рельефные снимки воронки Телькем-2

Рисунок 4.3

Распределение концентрации 241Am в пробах почвы (глубина 0 – 10 см). Высокие концентрации радионуклида наблюдаются только вблизи от воронок Телькем-1 и Телькем-2. Создано при помощи ArcView ГИС.

Радиохимический анализ проб почвы, отобранных на воронке Телькем-2 и вокруг нее, показал, что наибольшие концентрации 241Am (изотопы плутония), 90Sr и 137Cs содержатся во фракции с размером частиц 200…500 мкм в диаметре. Частицы такого размера не представляют ингаляционной опасности для человека. Концентрация изотопов плутония и 137Cs в наименьшей по размеру фракции (<63 мкм в диаметре) была в три и два раза меньше, соответственно. Вероятно, что большинство радиоактивных частиц не являются респирабельными (то есть более 4,5 мкм в аэродинамическом диаметре).

Таким образом, результаты проведенного анализа позволяют предположить, что аэрозольная опасность от антропогенных радионуклидов на Телькеме-2 является низкой. Эта тенденция особенно заметна в отношении 137Cs и наименее - в отношении 241Am. Предполагается, что обнаруженные отличия связаны с летучестью элементов во время взрыва (Cs > Sr > Pu/Am).

5. Концентрация радионуклидов Телькем-1

Анализ содержания радионуклидов в почве, отобранной на Телькем-1 по краю берега, вдоль отвала воронки и по внешней стороне отвала воронки, показал, что 40K и 232Th относительно равномерно распределены по воронкам и присутствуют в концентрациях, типичных для всей площадки исследования и Телькема-2. И напротив, срединные концентрации 238U несколько выше, чем где-либо еще на площадке исследования.

Уровни техногенных радионуклидов в воронке Телькем-1 очень близки к уровням, обнаруженным в почве из воронки Телькем-2. Возможно, это отражает сходство устройств, взорванных на этих площадках. Во всех точках радионуклидом, присутствующим в большем количестве, был 241Pu, определенный по изотопным соотношениям, затем следовал 239+240Pu. Максимальная указанная концентрация альфа-излучающих изотопов плутония в любой точке пробоотбора была 247 MБк/кг (241Am = 27.2 кБк/кг), срединное значение было гораздо ниже (~20 кБк/кг), а наименьшее определенное значение составляло лишь 1.7 кБк/кг (241Am = 186 Бк/кг). Так же как и на Телькеме-2, распределение этого радионуклида было неоднородным и очень асимметричным. Концентрации других техногенных радионуклидов были гораздо ниже. Срединные концентрации радионуклидов уменьшались в следующем порядке (примерное соотношение):

241Pu (120)> 239+240Pu (20)> 241Am (2)> 137Cs (1)> 238Pu (.3)> 90Sr (.2)> 60Co (.01)> 152Eu (0.002)

Природные радионуклиды (40K, 232Th и 238U) в почве на Телькем-1 содержатся в небольшом диапазоне в пределах данного участка, хотя на удалении от воронки содержание тория и урана немного ниже в верхнем слое почвы. Наблюдающиеся для антропогенных радионуклидов закономерности позволяют предположить постепенное уменьшение концентрации радионуклидов с увеличением расстояния от воронки. Это уменьшение отмечается для 241Am и 137Cs, но менее отчетливо для 90Sr. Распределение 90Sr более равномерно, чем распределение других радионуклидов, что согласуется с предположением о том, что 90Sr более подвижен в местной окружающей среде, чем 137Cs.

Результаты обследования на Телькем-1, полученные по 241Am и 137Cs в Институте ядерной физики, показаны в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Измеренные концентрации (Бк/кг) 241Am и 137Cs в почве (глубина 0…10 см) на различном расстоянии от берега озера Телькем-1 вдоль радиальных профилей

Расстоя-ние

от берега озера (м)

Направление профиля отбора проб по отношению к озеру

0˚ N

30˚ N

60˚ N

90˚ N

120˚ N

150˚ N

180˚ N

210˚ N

240˚ N

270˚ N

300˚ N

330˚ N

241Am

0

1082

1134

4797

7152

6192

16129

4447

2685

633

856

252

20

4774

1713

2355

8507

22225

11014

2745

2324

11235

3418

595

40

1437

2603

1220

10195

1609

3774

5355

4488

639

3231

80

1187

1609

213

3236

309

1085

547

1.5

238

469

70

191

100

61

105

1427

278

26

88

290

310

80

89

6

104

190

415

76

54

<3

<3

<3

<3

10

7

<3

7

9

340

8

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

540

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

1040

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

1540

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

<3

137Cs

0

354

679

2859

4600

5004

5278

3004

1697

1486

273

248

20

1655

1603

3886

5380

15196

3852

1446

4276

6491

1011

444

40

927

1030

305

3371

1286

2100

3312

1808

290

2230

80

377

612

135

1269

161

407

368

78

60

656

69

147

100

187

317

710

151

50

106

193

1400

87

203

100

42

190

540

45

68

18

46

199

101

116

117

274

15

60

340

185

77

144

151

48

181

98

108

54

47

32

137

540

146

65

13

88

186

55

118

162

133

116

22

1040

126

49

76

92

78

63

34

344

48

62

481

1540

67

133

98

135

64

12

243

128

191

74

112

Данные, представленные в таблице, ясно указывают, что обнаруживаемого загрязнения 241Am (и изотопами плутония) нет на расстояниях более 100…200 м от берега озера. И наоборот, 137Cs рассредоточен более широко, причем наибольших значений его концентрации в почве даже в 1,54 км от берега Телькема-1 заметно больше, чем средних, определенных для всей площадки (~ 20 Бк/кг). Результаты говорят о том, что максимальные радионуклидные концентрации должны находиться к востоку и юго-востоку от места взрыва (сравним Телькем-2, где максимальные концентрации были обнаружены на северо-западе от воронки). Это более четко видно на рисунке 5.1, показывающем средние концентрации 241Am и 137Cs в пробах почвы, отобранных вдоль радиальных профилей. Нужно заметить, что это локальный эффект, не указывающий на наличие следа в этом направлении. И действительно, на расстояниях более 100 м от берега озера фактов направленного выпадения радионуклидов мало.


Рисунок 5.1

Секторная диаграмма, показывающая направление локальных выпадений по отношению к воронке Телькем-1. Видно, что наибольшие концентрации 241Am и 137Cs в почве (глубина 0… 10 см) обнаруживаются в пробах, отобранных к востоку и юго-востоку от озера