Содержание америция-241 и цезия-137 в пробах окружающей среды и продуктах животноводства



Загрязнение окружающей среды антропогенными радиоактивными веществами - одна из экологических проблем. Вопрос о загрязнении внешней среды радиоактивными веществами приобретает особенно важное значение потому, что последние активно включаются в природный биологический цикл и по различным биологическим цепочкам проникают в организм человека и животных, накапливаются в них, оказывая постоянное вредное воздействие [1].

Деятельность Семипалатинского испытательного ядерного полигона (СИЯП) стала причиной радиоактивного загрязнения территорий, находящихся за пределами полигона[2].

Наземные ядерные взрывы сформировали на местности долговременное радиоактивное загрязнение в виде длинных "радиоактивных следов", уходящих далеко за пределы полигона. Таким образом, радиационная обстановка на территории полигона сформировалась в период проведения атмосферных и наземных испытаний, то есть с 1949 по 1962 годы[3].

Исследования радиоэкологической обстановки, влияния ядерных испытаний на окружающую среду и здоровье людей за пределами полигона, проводились со времен начала испытаний, но надо отметить, что они носили не регулярный характер. Затрагивали только отдельные населенные пункты. Результаты исследований не систематизировались. И, несмотря на то, что отдельные результаты этих исследований сегодня опубликованы, большая часть данных остается недоступной широкому кругу специалистов[4].

Цель научной работы - определение содержания радиоактивных веществ в пробах окружающей среды и продуктах животноводства в разных зонах радиационного риска бывшего СИЯП.

Для достижения поставленной цели были выбраны близлежащие населенные пункты к полигону из разных зон радиационного риска:

- из чрезвычайной зоны радиационного риска: села Бодене и Сарапан;

- из повышенной зоны радиационного риска: села Бегень и Абралы;

- из максимальной зоны радиационного риска: г.Семей и с.Кииккашкан;

- из минимальной зоны радиационного риска: села Жантике и Акку.

Методы исследований. Был проведен радиометрический контроль. Для проведения радиометрического контроля на исследуемых территориях использовались приборы и измерительные устройства, которые ежегодно проходят государственную поверку. Подготовка к инструментальным измерениям проводились в соответствии с инструкциями по эксплуатации этих приборов. Мощность дозы гамма-излучения, плотность потока бета-частиц и плотность потока альфа-частиц определялись по ГОСТам 26307-84, 26306-84, 26306-84. Измерения ЭРОА радона и торона проводили на открытой местности и в воздухе жилых помещений исследуемых территорий. Далее нами были отобраны пробы почвы, растений, воды и продуктов животноводства (молоко и мясо) в исследуемых населенных пунктах.Отбор проб осуществлялся по актуализированным межгосударственным стандартам и стандартам Республики Казахстан: ГОСТ 17.4.3.01-83 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб, ГОСТ 27262-87 Корма растительного происхождения, методы отбора проб, СТ РК ГОСТ Р 51592-2003 Вода. Общие требования к отбору проб.

Отобранные пробы доставлялись в испытательную региональную лабораторию инженерного профиля "Научный центр радиоэкологических исследований". Подготовка проб проводился по действующими методиками. Для определения цезия-137 и америция-241 пробы почвы,растений высушивали до воздушно-сухого состояния, периодическим перемешиванием. Далее пробы почвы измельчали с помощью пестика со ступкой и просеивали через сита диаметром 2 мм, а пробы растений измельчали на блендере. Навеску помещали в измерительную емкость (масса навески зависело от объема измеряемого сосуда) и измеряли радионуклидный состав на гамма-спектрометре фирмы «CANBERRA» с электроохлаждающим детектором. Пробы воды фильтровали через фильтр «белая лента», затем консервировали азотной кислотой в расчете 3 мл на 1 л пробы (рН<1).рН контролировали по индикаторной бумаге. Пробы мяса нарезали на мелкие куски и измельчали с помощью электрической мясорубки и помещали в сосуд Маринелли, пробы молока переливали из бутылок в сосуды Маринелли. Далее пробы измерялись на гамма-спектрометре.

Результаты и обсуждения. Радиационное обследование дневной поверхности проводилось в режиме «Поиск». Места с максимальными значениями мощности экспозиционой дозы (далее- МЭД) выделялись в качестве точек отбора проб почвы и растений для исследования на содеражание естественных и искуственных радионуклидов. Результаты радиационного обследования дневной поверхности представлены в рисунках 1,2,3,4.

Рис. 1. Значения МЭД дневной поверхности исследуемых точек

Как видно из гистограммы, уровень МЭД в зоне чрезвычайного радиационного риска (с.Бодене) составило 0,32 мкЗв/час, (с.Сарапан) 0,28 мкЗв/час. В зоне повышенного радиационного риска (с.Бегень) 0,2 мкЗв/час, (с.Абралы) 0,13 мкЗв/час. В зоне повышенного радиационного риска (г.Семей) 0,08 мкЗв/час, (с Киикашкан) 0,09 мкЗв/час. В зоне минимального радиационного риска с.Жантике 0,15 и с.Акку 0,07 мкЗв/час.

Рис. 2. Значения плотности потока альфа-частиц поверхности исследуемых точек

Значения плотности потока альфа-частиц колеблется от 0,2 до 2,2 част/мин*см². В г.Семей, с.Киикашкан и в с.Акку плотность потока альфа-частиц не обнаружено. В зоне чрезвычайного радиационного риска в с.Бодене плотность потока альфа-частиц 1,8 част/мин*см² и в с.Сарапан 2,2 част/мин*см². В зоне повышенного радиационного риска в с. Бегень 1,45 част/мин*см² и в с. Абралы 0,32 част/мин*см². В зоне минимального радиационного риска в с.Жантике 0,2 част/мин*см².

Рис. 3. Значения плотности бетта-частиц поверхности исследуемых точек

Измеренные значения плотности потока бетта-частиц во всех исследумеых пунктах составило <10 част/мин*см². В зоне чрезвычайного радиационного риска в с.Бодене плотность потока бета-частиц 8,7 част/мин*см² и в с.Сарапан 9,1 част/мин*см². В зоне повышенного радиационного риска в с. Бегень 8,2 част/мин*см² и в с. Абралы 4,9 част/мин*см². В зоне повышенного радиационного риска в г. Семей 4,7 и в с. Киикашкан 3,4 част/мин*см². В зоне минимального радиационного риска в с.Жантике 5,2 част/мин*см² и в с. Акку 2,6 част/мин*см².

Рис. 4. Результаты измерений ЭРОА радона и торона (Бк/м³)

ЭРОА родона в открытой местности во всех исследуемых точках составило от 0,1 до 5 Бк/м³. Максимальное содержание родона обнаружены в с. Бодене, Кииккашкан и в г.Семей.

ЭРОА радона в жилых помещениях колеблется от 32 до 68 Бк/м³. Максимальное содержание радона обнаружены в с. Бодене, Сарапан, Жантике и Бегень от 50 до 68 Бк/м³. Минимальное содержание в с.Кииккашкан , Абралы, Акку и в г.Семей от 32 до 48 Бк/м³.

Радон поступает в атмосферу при делении ядер U-238 и ядер Th-232. Основным источником поступления радона в воздух помещений является геологическое пространство под зданием. Радон легко проникает в помещения по проницаемым зонам земной коры. Здание с газопроницаемым полом, построенное на земной поверхности, может увеличивать поток радона, выходящего из земли, до 10 раз за счет перепада давления воздуха в помещениях здания и атмосфере. При дыхании в легкие за одну минуту попадают миллионы радиоактивных атомов радона, они избирательно накапливаются в некоторых органах и тканях, особенно в гипофизе и коре надпочечников, этих двух важнейших железах внутренней секреции, определяющих гормональную активность организма и регулирующих деятельность вегетативной нервной системы. Концентрируются также в сердце, печени и других, жизненно важных органах. Растворяясь в крови и лимфе, радон и продукты его распада быстро разносятся по всему телу и приводят к внутреннему массированному облучению. Опасность радона помимо вызываемых им функциональных нарушений (астматические приступы удушья, мигрень, головокружение, тошнота, депрессивное состояние и т.д.) заключается еще и в том, что вследствие внутреннего облучения легочной ткани он способен вызвать рак самих легких.

Результаты гамма-спектрометрических анализов проб окружающей среды и продуктов животноводства приведены в таблицах 1,2,3,4,5.

Таблица 1

Содержание радионуклидов в почвах

Населенный пункт	Удельная активность радионуклидов, Бк/кг
	Am-241	Cs-137
с. Бодене	8,6±0,5	1322,2±5,3
с. Сарапан	9,0±0,2	862,2±5,2
с. Бегень	3,4±0,2	675,6±3,4
с. Абралы	3,6±0,3	32,3±0,2
г. Семей	1,7±0,2	2,3±0,4
с. Кииккашкан	0,8±0,2	1,2±0,2
с. Жантике	<1	<1
с. Акку	0,8±0,3	0,8±0,2

По данным таблицы 1 удельная активность радионуклидов в пробах почвы не превышает предельной допустимой концентрации. В с. Бодене чрезвычайной зоны радиационного риска уровень удельной активности Am-241 - 8,6±0,5, Cs-137 - 1322,2±5,3 Бк/кг. В с.Сарапан соответственно 9,0±0,2; 862,2±5,2 Бк/кг.

В максимальной зоне радиационного риска (с. Бегень) Am-241 составляет 9,0±0,2, Cs-137 - 675,6±3,4 Бк/кг, в (с. Абралы), соответственно 3,6±0,3; 32,3±0,2 Бк/кг.

В повышенной зоне (г. Семей) содержание радионуклидов Am-241 1,7±0,2; Cs-137 - 2,3±0,4 Бк/кг. В с. Кииккашкан Am-241 0,8±0,2; Cs-137 1,2±0,2 Бк/кг.

В пробах с. Жантике минимальной зоны радиационного поражения количество удельной активности радионуклидов меньше, по сравнению с другими зонами радиационного поражения, то есть Am-241 и Cs-137 <1 Бк/кг, соответственно в с. Акку 0,8±0,3; 0,8±0,2 Бк/кг. Нами были исследованы пробы растений вышеуказанных точек.

Таблица 2

Содержание радионуклидов в пробах растений

Населенный пункт	Удельная активность радионуклидов, Бк/кг
	Am-241	Cs-137
с. Бодене	1,8±0,2	58±0,5
с. Сарапан	2,4±0,4	49±0,3
с. Бегень	0,8±0,2	50±0,5
с. Абралы	<1	6±0,2
г. Семей	<0,3	<1
с. Кииккашкан	<0,2	<1
с. Жантике	<0,25	<0,8
с. Акку	<0,35	<0,5

По данным результатам в пробах растений удельная активность радионуклидов который относится чрезвычайной зоне радиационного риска не превышает предельной концентрации. В с. Бодене содержание радионуклидов, то есть Am-241 -1,8±0,2; Cs-137 - 58±0,5 Бк/кг. В с. Сарапан соответственно 2,4±0,4; 49±0,3 Бк/кг.

В максимальной зоне радиационного риска с. Бегень уровень Am-241 <1 Бк/кг; Cs-137 - 50±0,5 Бк/кг. В с. Абралы содержание радионуклидов Am-241 <1 Бк/кг; Cs-137 – 6±0,2 Бк/кг.

В повышенной зоне (г.Семей) Am-241 – 0,3; Cs-137 - менее 1 Бк/кг. Соответственно в с.Кииккашкан <0,2; <1Бк/кг.

Данные с. Жантике, который относится минимальной зоне радиационного риска показывают что Am-241 <0,25 Бк/кг; Cs-137 < 0,8 Бк/кг. В с. Акку содержание радионуклидов соответственно <0,35; <05 Бк/кг. Эти данные свидетельствуют к тому, что часть радионуклидов переходят из почвы в растения.

Таблица 3

Содержание радионуклидов в пробах воды

Населенный пункт	Удельная активность радионуклидов, Бк/л
	Am-241	Cs-137
с. Бодене	0,009	<2
с. Сарапан	0,007	0,09±0,02
с. Бегень	0,008	<0,1
с. Абралы	0,0082	0,03
г. Семей	0,0063	0,02
с. Кииккашкан	0,0058	0,03
с. Жантике	0,0055	0,05
с. Акку	0,0038	0,02

Удельная активность радионуклидов в зоне чрезвычайного радиационного риска в с.Бодене составляет Am-241 - 0,009; Cs-137 <2 Бк/л, в с.Сарапан Am-241 - 0,007; Cs-137 - 0,09±0,02 Бк/л соответственно в зоне повышенного риска с.Бегень и Абралы - 0,008; <0,1 и <0,01; 0,03 Бк/л в зонах максимального радиационного риска г. Семей и в с.Кииккашкан - 0,0063; 0,02 Бк/л и 0,0058; 0,03 Бк/л, в зоне минимального радиационного риска с. Жантике и Акку Am-241 - 0,0055; 0,0038: Cs-137 - 0,05; 0,02 Бк/л.

Результаты исследований показывают, что в пробах воды присутствуют радионуклиды в количествах, значительно меньше уровней вмешательства (ГН № 201, Cs¹³⁷ – 11 Бк/кг, Am²⁴¹ – 0,69 Бк/кг). Однако само присутствие их в этих регионах требуется проведения дополнительных исследований.

Растения, произрастающие на полях и лугах, являются источниками поступления радиоактивных веществ в организм сельскохозяйственных животных и загрязнения получаемых от них продуктов (мяса, молока). Мясомолочный скот в сутки поедает траву с очень большой площади — до 160 м² (на одну корову), а следовательно, радионуклиды интенсивно попадают в организм животных. С молоком коров выводится до 1% цезия и стронция, поступивших в организм в их суточном рационе.

С молочными продуктами питания радиоактивные элементы попадают в организм человека и обуславливают внутреннее облучение различных органов и тканей, что приводит к увеличению возможности возникновения различных заболеваний.

Таблица 4

Содержание радионуклидов в пробах молока

Населенный пункт	Удельная активность радионуклидов, Бк/л
	Am-241	Cs-137
с. Бодене	0,2	7,7±0,2
с. Сарапан	0,25	8,2±0,1
с. Бегень	0,18	9,2±0,3
с. Абралы	0,16	5,6±0,1
г. Семей	0,2	2,0±0,1
с. Киикашкан	0,018	0,75±0,02
с. Жантике	0,019	1,07±0,02
с. Акку	0,013	1,12±0,03

В исследованных пробах молока радионуклиды содержатся, но не превышает допустимых уровней. По результатам исследований в зоне чрезвычайного радиационного риска (с. Бодене) обнаружено Am-241 - 0,2; Cs-137 – 7,7±0,2 Бк/л. Соответственно в с.Сарапан 0,25; 8,2±0,1 Бк/л.

В максимальной зоне радиационного риска содержание радионуклидов (с. Бегень) Am-241 – 0,18; Cs-137 - 9,2±0,3 Бк/л; соответственно в с. Абралы – 0,16; 5,6±0,1 Бк/л.

В повышенной зоне (г.Семей) уровень радионуклидов составляет Am-241 – 0,2; Cs-137 - 2,0±0,1 Бк/л. В с. Кииккашкан Am-241 – 0,018; Cs-137 - 0,75±0,02 Бк/л.

В минимальной зоне радиационного риска с. Жантике уровень радионуклидов Am-241 0,019; Cs-137 1,07±0,02 Бк/л. В с.Акку Am-241 - 0,013; Cs-137 1,12±0,03 Бк/л.

Таблица 5

Содержание радионуклидов в пробах мяса

Населенный пункт	Удельная активность радионуклидов, Бк/кг
	Am-241	Cs-137
с. Бодене	0,5	3,99±0,1
с. Сарапан	0,52	3,92±0,4
с. Бегень	0,45	2,33±0,2
с. Абралы	0,47	2,80±0,2
г. Семей	0,28	1,7±0,3
с. Киикашкан	0,32	1,9±,01
с. Жантике	0,25	2,24±0,3
с. Акку	0,11	0,5

По данным таблицы 5 видно, что в представленной продукции животноводства содержится незначительное количество радионуклидов, максимальное содержание которого зафиксировано в пробе мяса из с. Бодене в зоне чрезвычайного радиационного риска Am-241 - 0,5; Cs-137 – 3,99±0,1 Бк/кг и в с. Сарапан Am-241 - 0,52; Cs-137 – 3,92±0,4 Бк/кг. Минимальное содержание радионуклидов обнаружены с. Акку и составило Am-241 0,11; Cs-137 -0,5 Бк/кг.

Выводы. Радиометрический контроль показал что, во всех исследуемых контрольных пунктах значения МЭД, плотность потока альфа-, бета- частиц и ЭРОА радона и торона ниже предела допустимых значений. Уровень МЭД от 0,08 до 032 мкЗв/час. Значения плотности потока альфа-частиц колеблется от 0,2 до 2,2 част/мин*см². Измеренные значения плотности потока бетта-частиц во всех исследумеых пунктах составило <10 част/мин*см².

В результате альфа – и гамма спектральных анализов в пробах почвы, воды растений, мяса и молока обнаружены радионуклиды Am -241, Cs -137.

Удельная активность радионуклидов в почвах составляют Am -241 от 0,8±0,2 до 9,0±0,2 Бк/кг, Cs -137 0,8±0,2 до 1322,2±5,3; в растениях Am -241 от 0,2 до 2,4±0,4 Бк/кг, Cs -137 от 0,5 до 58±0,5; в воде Am -241 от 0,0038 до 0,009 Бк/л, Cs -137 от 0,02 до 2 Бк/л; в мясе Am -241 от 0,11 до 0,52 Бк/кг, Cs -137 от 0,5 до 3,99±0,1 Бк/кг; в молоке Am -241 от 0,013 до 0,25 Бк/кг, Cs -137 0,75 до 9,2±0,3 Бк/л;

Литература:

1. Карабалин Б.К., Мукушева, М.К., Кайрамбаев С.К. и др. Оценка среднегодовой эффективной дозы внутреннего облучения населения региона Семипалатинского испытательного полигона // Вестник НЯЦ PK. 2001. - Вып. 3. - С. 79-84.
2. Эйзенбад М. Радиоактивность внешней среды // М.: Атом-издат, 1967. С.332
3. Логачев В.А. Ядерные испытания на Семипалатинском полигоне и их влияние на окружающую среду // Вестник НЯЦ PK. 2000. - вып. 3. - С. 9-14.