В настоящее время проблема тритиевого загрязнения водных экосистем – одна из главных в радиоэкологии в прилегающих территориях бывшего Семипалатинского испытательного ядерного полигона (далее – СИЯП). Это обусловлено отсутствием надежных систем локализации радионуклида в системах водоочистки. Высокая миграционная способность делает этот радионуклид глобальным загрязнителем водных экосистем СИЯП и прилегающих к нему территорий. Поскольку токсичность этого радионуклида в составе воды (НТО) намного токсичнее трития в газовой фазе (ИТ) до 400 раз [1].
Семипалатинский ядерный полигон являлся одним из двух основных ядерных полигонов СССР в 1949-1989 годы. За время своего существования полигон принес немало проблем живущим рядом с ним жителям, загрязнил значительные территории Казахстана и России, а также способствовал негативному отношению людей к продукции, которая поступала из загрязненных районов.
В ходе проведения испытаний ядерного оружия на территории СИЯП сформировались локальные участки тритиевого загрязнения. В основном это касается двух испытательных площадок - «Балапан» и «Дегелен» где было проведено более 300 ядерных испытаний в вертикальных скважинах и горизонтальных горных туннелях. Не смотря на то, что практически все испытания на исследуемой территории являлись подземными, вблизи расположения мест проведения ПЯВ зафиксированы численные значения трития в атмосферном воздухе, и это, учитывая, что с момента последнего взрыва прошло не одно десятилетие [2].
Тритий является одним из важных радионуклидов на территории СИЯП. Тритий ведет себя как вода в экосистемах и включается во все биологические рецепторы, такие как растения, животные, пищевые продукты [3].
Период полураспада трития – 12,26 года. Образуясь в атмосфере, литосфере и гидросфере тритий участвует в круговороте воды в природе. Элементарный тритий (НТ), вступая во взаимодействие с почвой, растительностью и атмосферным воздухом, становится составной частью воды (НТО) и органического вещества биологических объектов. Тритий, в виде этих соединений, за счет ингаляции и по пищевым цепочкам поступает в организм человека. Опасность трития в качестве источника внутреннего облучения определяется возможностью его присутствия в любых тканях в биологическом объекте, включая генетический материал клетки. Круговорот трития в природе в виде НТ и НТО изучен достаточно детально. Однако, учитывая специфичный характер загрязнения территории бывшего СИЯП, где содержание трития в объектах окружающей среды в сотни и тысячи раз превышает нормативные уровни, требуется особенный подход к изучению путей поступления и круговорота трития в окружающей среде [4].
Тритий, входящий в состав органических веществ, называется органически связанным тритием (ОСТ). Органически связанный тритий представляет более серьезные факторы риска, чем тритиевая вода при одинаковом количестве поглощения трития по двум основным причинам.
Во-первых, химическая форма влияет на вероятность проникновения трития в состав ДНК или другие биомолекулы. Поскольку бета-частицы малой энергии трития не распространяются набольшие расстояния, то разница в повреждениях, нанесенных тритием, который сконцентрирован в ядре клетки (где находится ДНК), и тем, который находится в цитоплазме, будет велика. Например, органически связанный тритий, попадающий в организм с пищей, более вероятно войдет в состав биомолекул, чем тритий, который проникает в организм с питьевой тритиевой водой.
Второй причиной более опасного влияния ОСТ является то, что по сравнению с тритиевой водой он, как правило, дольше задерживается в организме.
Исследования людей показывают, что половина тритиевой воды выходит из организма каждые 10 дней, при этом удаление половины ОСТ из организма занимает от 21 до76 дней. Для некоторых молекул с очень медленной скоростью перехода это время может увеличиться до 280-550 дней. Более длительное время удержания ОСТ в организме вызывает особое беспокойство, если тритий проникает в такие ткани, как нейроны (основные клетки нервной системы) или ооциты (незрелые яйцеклетки). ОСТ и радиоактивная вода могут проникнуть сквозь плаценту и облучить развивающийся плод in utero, что повышает риск врожденных дефектов, выкидышей и других недугов. Исследования животных показывают, что от 1 до 5 процентов тритиевой воды в организме млекопитающих входит в состав органических молекул [5].
Помимо непосредственного выхода трития из штолен, существует другой путь его поступления в водоемы - обмен между парами трития в атмосфере и поверхностью воды. При контакте поверхности воды с атмосферой, содержащей пары трития, тритий поступает в воду и растворяется в ней. Помимо этого тритий поступает в водоемы путем вымывания из воздуха осадками. Тритий может поступать в почву из водоемов, загрязненных тритием, а также в результате поглощения его почвенной влагой из воздуха и с каплями дождя (вымывание атмосферными осадками). Из воздуха, почвы и водоемов тритий поступает в растительность и животный мир. Из животных, конечно же, поступает в организм человека. Третированная вода (НТО) замещает обычную воду (Н20). В организмах и растениях устанавливается соотношение концентраций НТО и Н20, близкое соотношению в окружающей среде [6].
Радиационное воздействие трития является следствием потребления человеком продуктов питания и питьевой воды, загрязненных тритием. Кроме того, третированная вода (НТО) может попасть в организм человека при вдыхании, а также через кожный покров. При наличии трития, весь человеческий организм подвергается воздействию бета-излучения. Бета-частицы при попадании в организм человека при внешнем воздействии вызывает радиационное поражение кожи и лучевую болезнь при попадании внутрь организма через органы пищеварения и дыхания [7].
«Атомное» озеро образовалось в результате подрыва термоядерного боезаряда мощностью в 140 килотонн в 1965 году в русле реки Шаган на испытательной площадке «Балапан» – одной из площадок Семипалатинского ядерного полигона. Диаметр озера составляет 500 метров, глубина от поверхности воды до дна 80 метров. С целью создания ряда водохранилищ в засушливых районах, в которых могла бы аккумулироваться, в частности, паводковая вода. Проект выглядел весьма многообещающе, если принять во внимание тот момент, что дно подобных водоемов в результате взрывов оплавлялось и, таким образом, должно было представлять собой идеальное хранилище для воды. К сожалению, по сей день вода «Атомного» озера, и территория является зараженной и непригодной, так как все радиоактивные вещества залегли на дно озера.
Вода многих из исследуемых рек, колодцев, скважин используется для питьевых целей, полива сельскохозяйственных угодий и водопоя скота, водоемы широко используются для купания, разведения и отлова рыбы, поэтому информация о радиационной чистоте и чистоте от тяжелых металлов воды исследуемых регионов весьма важна для населения проживающих на этих регионах и правильной организации сельскохозяйственного производства.
На восточной части бывшего Семипалатинского испытательного ядерного полигона (вблизи площадки «Балапан») ведется сельское хозяйство трех зимовок. На зимовках около 500 голов лошадей, 500 голов КРС и 3000 голов овец. Скот пасется вокруг «Атомного» озера, пьет воду из рек Шаган и Ашысу.
Река Шаган с притоком реки Ашысу является самым протяженным поверхностным водотоком на территории СИЯП, его главной водной артерией. Она течет вдоль восточной границы СИЯП и является левобережным притоком реки Иртыш [2].
Нами было отобрано пробы воды на расстоянии 300 м до "Атомного" озера, самого "Атомного" озера и 1 км от "Атомного" озера в сторону реки Шаган. Пробы воды из открытого родника, озера отбирались из поверхностного слоя.
Содержание трития в исследуемых образцах воды определялись в лаборатории радиологических исследований химического факультета КазНУ им.Аль-Фараби (г.Алматы). Определение активности трития в воде проводилось с использованием жидкостно - сцинтилляционного счетчика (Liquid Scintillation Counter,Tri-Carb 3100TR, Perkin Elmer).
На расстоянии 300 м до "Атомного" озера (р.Ашысу) в поверхностной воде содержание трития составило 69 Бк/л. Содержание трития в поверхностной воде самого «Атомного» озера составило 117 Бк/л, более высокая концентрация трития было обнаружено на расстоянии 1 км от «Атомного» озера в сторону реки Чаган 240 Бк/л. Полученные нами результаты доказывают, что тритий содержится в поверхностных водах на данных территориях.
По дозиметрическим данным самые высокие показатели мощности дозы выявились в гребни воронки вокруг «Атомного» озера. Мощность эквивалентной дозы на этих местах показало 7,25 мкЗв/ч, что в 29 раз превышает фона, плотность потока бетта-частиц достигает до 17,4 част/см2*мин. Это объясняется тем, что здесь присутствует площадное загрязнение радионуклидами - продуктами деления и нейтронной активации, образовавшимися при экскавационном взрыве в скважине 1004. Тритий может поступать в почву из водоемов, загрязненных тритием, а также в результате поглощения его почвенной влагой из воздуха и с каплями дождя. Из воздуха, почвы и водоемов тритий поступает в растительность и животный мир.
А так же были исследованы пробы почвы, растений и воды в районе «Атомного» озера. В результате в почве были обнаружены такие радионуклиды как Cs137 – 7498,6±24,5 Бк/кг, Am241 – 891,5±1,8 Бк/кг, К40 – 352,9±24,7 Бк/кг, Th232 – 170315,7±11070,5 Бк/кг, Eu152 – 4610,1±46,1 Бк/кг. В воде «Атомного» озера обнаружены Cs137 - 0,5 Бк/кг, К40 – 107±4 Бк/кг, Th232 – 18,2±4,5 Бк/кг, U238 – 0,65 Бк/кг, в растениях Cs137 – 62,3±0,1 Бк/кг, К40 – 1135,8±93,1 Бк/кг, Th232 – 209,7±53,1 Бк/кг, U238 – 7,33±3,7 Бк/кг.
В настоящее время на этих участках до сих заготавливается корм для сельскохозяйственных животных, особенно вдоль реки Шаган ведется активное пастбищное скотоводства.
Более высокие концентрации трития в воде реки Шаган (до 680 кБк/кг) установлены на отрезке, расположенном на расстоянии от 4 до 6 км от «Атомного» озера. Данный участок загрязнен тритием, причиной который является подземные воды, поступающие в реку из района скважин площадки «Балапан». Установлен факт высоких концентраций трития и в береговой растительности реки Шаган до 65000 Бк/кг. Отмечено присутствие трития в продуктах животноводства, получаемых в крестьянских хозяйствах, расположенных на берегах реки Шаган. Содержание трития в пробах молока достигает 5000 Бк/кг, что превышает допустимых значений [8].
Внешнее облучение организма тритием не представляет большой опасности для здоровья. Роговые слои кожи удовлетворительно защищают от бета-частиц низкой энергии. Доза тормозного облучения тритием (рентгеновские лучи) еще меньше. Но попадание трития в любой форме в организм представляет потенциальную опасность. Период биологического полувыведения тритийсодержащей воды колеблется от 9 до 14 суток для разных людей. Из-за низкой растворимости трития в жидкости человеческого организма обычно считают, что опасность облучение тритийсодержащей водой 1000 раз больше чем опасность облучения газообразном тритием.
Биологическое действие трития усиливается тем, что при его распаде образуется инертный газ гелий, поэтому рвутся водородные связи в живых клетках, а это будет сказываться как на нарушении процесса синтеза органических структур при жизни индивида, так и на наследственности, возможно отдаленной. Из этого следует необходимость тщательных исследований и контроля за содержанием трития в окружающей среде и продуктах питания, прежде всего вблизи СИЯП, где содержание трития в окружающей среде значительно превышает среднее [9].
Выводы. В ходе работы выяснено, что радиоактивное загрязнение окружающей среды, в основном обусловлено экскавационном взрывом в скважине 1004, а также подземными ядерными испытаниями в "боевых" скважинах площадки "Балапан". По результатам работы было установлено, что в гребне воронки "Атомного" озера величина МЭД превышает 29 раз глобального фона. Более высокие концентрации трития 240 Бк/л обнаружены в 1 км от Атомного озера в сторону р. Шаган. Полученные данные по гамма-спектрометрически исследованиям подтверждают, что данная местность загрязнена и другими радиоактивными веществами как цезий-137, америций-241, уран-238 и т.д., и требует постоянных наблюдений, так как на этих местах живут люди и пасется скот.
Тритий и его образующие представляют серьезную опасность для населения, проживающего на прилегающей территории бывшего СИЯП. Тритий, попадая в окружающую среду, проникает в организм человека через воздух, продукты питания, питьевую воду. Учитывая достаточно большую подвижность трития в окружающей среде, а также его высокую биологическую активность, можно отметить потенциальную опасность этого радионуклида для окружающих.
Литература:
- Рихванов Л.П. Радиоактивные элементы в окружающей среде и проблемы радиоэкологии / Учебное пособие. - Томск.: STT,2009. - 430 с
- Лукашенко С.Н. Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана // Выпуск 2. Сборник трудов Института радиационной безопасности и экологии за 2007-2009 гг. - Павлодар: Дом печати, 2010. - С. 9
- Ляхова О.Н., Лукашенко С.Н., Ларионова Н.В., Тур Е.С. Уровень и характер распределения трития в воздушном бассейне СИП // Тезисы докладов V международной конференции. Курчатов. – 2012. - С.30
- Salbu B., Burkitbayev M. et.al.Tritium in streams, well waters and Atomic lakes at the Semipalatinsk Nuclear Test Site: present status and future respective. Nuclear risk in Central Asia book series. NATO Science for peace and Security Series C – Environmental Security The Netherlands. – 2008. – Р.41 – 60
- Влияние трития и его органических соединений (ОСТ) на здоровье человека. Пруд–охладитель Балаковской АЭС» Литературный обзор. [Электр. источник] URL: http://балаково.рф.2011.05.04. (Дата обращения 28.01.17 г.)
- Черепнин Ю.С. Радиационное загрязнение территории Семипалатинского испытательного полигона // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде: Матер.Междунар.конф.-Семипалатинск:- 2000.- С.135-145
- Батурин В.А. Тритий – это опасно. - Челябинск, 2001. - С. 25-26
- Лукашенко С.Н. Семипалатинский испытательный полигон. Современная обстановка // Сборник трудов - Павлодар: Дом печати, 2011. - С. 21
