На правах рукописи

ГАБЛИН ВАСИЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАДИАЦИОННАЯ ОЦЕНКА

ОБЪЕКТОВ ЛИТОМОНИТОРИНГА

НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

(ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ)

Специальность 25.00.36 – Геоэкология

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

доктора геолого-минералогических наук

Москва – 2014 2

Работа выполнена в Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе (МГРИ-РГГРУ)

Научный консультант: Доктор геолого-минералогических наук, профессор Верчеба Александр Александрович

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук, профессор Голева Рита Владимировна, ФГУП «ВИМС», главный научный сотрудник Доктор химических наук, профессор Зайцев Владимир Владимирович, Гуманитарно-экологический институт, проректор по научной работе Доктор геолого-минералогических наук Киселев Георгий Петрович, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, заведующий лабораторией экологической радиологии

Ведущая организация: Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

Защита состоится _ 20 г. в _ часов на заседании Диссертационного совета Д 212.121.04 в Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе (МГРИРГГРУ) по адресу: г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГРИ-РГГРУ и на сайте http://www.msgpa.ru/.

Автореферат разослан Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, просим направлять по адресу г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.23, (МГРИ-РГГРУ), ученому секретарю Диссертационного совета Бобкову А.И.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук Бобков А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. К основным задачам Экологической доктрины РФ относятся создание методологии экологического мониторинга, в т. ч.

методологии оценки, а также обеспечение достоверности мониторинговых данных.

В системе обеспечения радиационной безопасности радиационноэкологический мониторинг, под которым понимается система регулярных наблюдений, оценки и прогноза природного и антропогенного радиационного воздействия на человека и окружающую среду, является начальной стадией.

Его иногда считают технической стороной радиационной защиты, поскольку он решает задачу получения информации, с помощью которой можно оценить уровни облучения в единицах основных нормируемых величин.

Поэтому первые роли в программе мониторинга играют проведение измерений и интерпретация их результатов.

Актуальность работы определяется рядом взаимосвязанных аспектов.

В экологическом отношении актуальной является необходимость максимально точной оценки радиационного воздействия на человека объектов окружающей среды, подвергающихся постоянно возрастающей техногенной, в т. ч. радиационной нагрузке, особенно в пределах урбанизированных территорий.

Правовыми документами федерального уровня радиоактивность грунтов, почв и донных отложений (которые в дальнейшем по тексту могут объединяться термином «объекты литомониторинга») не нормируется, т. е.

критериев их радиационной оценки не существует. Между тем, уровни их радиоактивности обычно невысоки, в т. ч. в пределах урбанизированных территорий, а границы нормы при невысокой радиоактивности являются условными и даже спорными. Кроме того, вклад почвы в суммарное облучение человека может превышать 60 %.

Рассматриваемая ступень оценки в ряду «радиационная оценка объектов окружающей среды – оценка дозы облучения – оценка радиационного риска» является первой и единственной метрологически обеспеченной ступенью, поскольку включает измерение физических величин.

Именно на этой ступени образуется величина начальной неопределенности радиационной оценки, которая возрастает на каждой последующей стадии каждой последующей ступени.

Существующие методики радиационной оценки объектов окружающей среды характеризуются декларативным и формальным подходом в части отдельных стадий аналитического цикла, что снижает точность оценки.

Недооценка радиационной опасности создает угрозу здоровью и жизни людей, а завышенная оценка ведет к неоправданным расходам на проведение мероприятий по радиационной защите и необходимости освоения альтернативных источников энергии. Поэтому максимально точная радиационная оценка является условием принятия взвешенного решения на основе анализа социально-экономических факторов.

Перечисленные аспекты делают насущными задачи разработки критериев радиационной оценки природных объектов и совершенствования методических подходов к радиационной оценке в целях повышения ее точности и достоверности.

Цель исследования. Создание методологии и критерия радиационной оценки объектов литомониторинга на урбанизированных территориях.

Задачи работы.

1. Выявление радиационных различий твердофазных компонентов грунтов, почв и донных отложений на площади Московского региона и обоснование необходимости учета этих различий при интерпретации результатов массовых радиационных измерений.

';

2. Определение условий подготовки счетного образца к радиационным измерениям, обеспечивающих их максимальное качество и надежность.

3. Создание алгоритма расчета фоновой радиоактивности грунтов, почв и донных отложений и апробирование его на почвах территории г. Москва.

4. Обоснование возможности использования значений фоновой радиоактивности, рассчитанных с учетом твердофазного состава объектов литомониторинга, как основы для радиационного нормирования.

5. Разработка технологии подготовки к радиационным измерениям проб грунтов, почв и донных отложений, позволяющей определить их твердофазный и радионуклидный состав как основу расчета фоновой радиоактивности.

Фактический материал и методы исследования. Достижение цели работы и решение перечисленных задач основывается на результатах выборочного изучения вещественного состава проб грунтов, почв и донных отложений, отобранных по опорной сети при проведении радиационноэкологического мониторинга Московского региона за 1999-2013 гг. (более 4200 проб), при обследовании участков радиационного загрязнения, а также проб, отобранных лично автором в Московском регионе для выполнения научно-методических экспериментов, в т. ч. для графического и математического моделирования (около 100 проб).

Для изучения твердофазного состава отобранных проб грунтов, почв и донных отложений использован комплекс методов, включающий гранулометрический анализ (около 200 анализов) и определение содержания органического вещества (около 150 определений). В лабораториях Радиационно-Аналитического Экспертного Центра (РАЭЦ) ФГУП «РАДОН»

выполнено около 600 измерений с использованием аппаратуры фирмы Canberra: радиометрической установки НТ-1000; гамма-спектрометрического комплекса GENIE-2000; жидкосцинтилляционного анализатора Tri-Carb TR/AB. Минеральный состав проб определялся методом рентгеновского фазового анализа с использованием дифрактометра ДРОН-3: на кафедре химии почв МГУ и в Отделе № 7 Центра разработки технологий и аналитического контроля (ЦРТиАК) ФГУП «РАДОН» (24 анализа).

Минералогический анализ 5 проб почвы, в т. ч. оптико-минералогический анализ зернистой части и рентгенографический количественный анализ глинистой фракции, выполнен в Отделе минералогии ФГУП «ВИМС». В Отделе научно-производственных аналитических работ ФГУП «ИМГРЭ»

выполнен 121 рентгеноспектральный анализ на 15 элементов. В ФГУП «ВИМС» выполнено 80 рентгеноспектральных анализов на 16 элементов.

При подготовке проб к радиационным измерениям применялось следующее оборудование: для высушивания – электрошкафы сушильные СНОЛ-3.5 и FD-115 WTB, для ситования – виброгрохот РКФ-2У и анализатор А20-С/220, укомплектованные аналитическими ситами с диаметрами ячеек 0.0625 и 2 мм, для озоления – муфельные печи МПЛ-6, L9/S27 и L9/11SKM, для сокращения – рифленый делитель Fritsch, для взвешивания – весы РВи ARA 520.

Методика исследований включала моделирование зависимостей радиационных параметров изучаемых объектов от их твердофазного состава с последующим применением этих зависимостей к реальным пробам, разработку экспертной системы данных, обеспечивающей учет этих зависимостей при автоматизированной обработке результатов массовых измерений, построение карт фоновых значений радиационных параметров.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработан подход к интерпретации результатов массовых радиационных измерений объектов литомониторинга, включая их радиационную оценку, основанный на впервые установленном факте радиационной гетерогенности твердофазного состава этих объектов.

2. Обоснован и впервые разработан комплекс требований к аналитическому циклу как условие несмещенной радиационной оценки объектов литомониторинга, включающий сохранение в счетном образце первичного характера распределения радионуклидов и обеспечение максимальной представительности счетного образца, приготовленного из пробы объекта.

3. Впервые теоретически обоснован, разработан и апробирован критерий радиационной оценки объектов литомониторинга – предельный уровень фоновой радиоактивности, учитывающий их радиационную гетерогенность и региональную радиационную специализацию.

4. Теоретически обоснована и разработана не имеющая аналогов технология подготовки к радиационным измерениям проб объектов литомониторинга, обеспечивающая их радиационную оценку на базе достоверных и точных результатов измерений.

Научная новизна.

1. Доказано, что установленные в результате исследований автора радиационные различия твердофазных компонентов объектов литомониторинга не позволяют применять стандартные статистические приемы при обработке результатов массовых измерений.

2. Доказано, что сохранение в счетном образце характера первичного распределения радионуклидов обеспечивает точность радиационной оценки.

3. Установлено, что важнейшим условием точной радиационной оценки является обеспечение максимальной представительности счетных образцов.

4. Впервые научно обоснована и разработана модель фоновой радиоактивности почв, грунтов и донных отложений как критерий их радиационной оценки.

Практическая ценность работы.

1. Экспериментальное подтверждение разработанной модели на почвах г. Москва позволило использовать ее в интерпретации результатов массовых измерений при проведении радиоэкологического мониторинга Московского региона.

литомониторинга, учитывающий их радиационную гетерогенность, может быть принципиально реализован в любых ландшафтных условиях вне зависимости от радионуклидного состава этих объектов.

3. Результаты исследований оптимизируют аналитический цикл радиолитомониторинга для последующего внедрения его в практику производственных организаций и в первую очередь – в рядовые лаборатории радиационного контроля.

В системе Росстандарта аттестованы разработанные автором «Методика измерений суммарной альфа- и бета-активности в гранулометрически охарактеризованных пробах грунтов» и «Методика выполнения радиометрических измерений суммарной альфа- и бета активности радионуклидов в пробах почв с учетом вещественного состава».

Личный вклад соискателя. Диссертация является итогом исследований соискателя, выполненных в ФГУП «РАДОН» в 1999-2013 гг.

Автором отобраны пробы грунта и почвы, результаты измерения которых использованы при разработке модели фоновой радиоактивности, установлены радиационные различия твердофазных компонентов грунтов, почв и донных отложений, доказана возможность повышения степени представительности счетных образцов, обоснован принципиально новый подход к интерпретации результатов массовых радиационных измерений природных объектов и апробирована методика такой интерпретации на почвах г. Москва с использованием модели фоновой радиоактивности, определены схема и технологические режимы подготовки к радиационным измерениям проб грунтов, почв и донных отложений, обеспечивающей как представительность, так и гомогенность счетного образца.

Полнота изложения материала по теме в опубликованных работах.

По теме диссертации автором опубликовано 57 научных работ в различных изданиях, в том числе 20 статей в рецензируемых журналах «Аппаратура и новости радиационных измерений», «Геоэкология», «Известия вузов.

Геология и разведка», «Экология урбанизированных территорий».

Результаты работ автора апробированы на многих конференциях, семинарах и симпозиумах: Второй Международный Сибирский геоаналитический семинар (Иркутск, 2001), NORM-IV. International Conference: Naturally occuring radioactive materials (Szczyrk, Poland, 2004), ECORAD–2004. International conference: The scientific basis for environment protection against radioactivity (Aix-en-Provence, France, 2004), II Международная коференция: Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека (Томск, 2004), XI ежегодный семинар:

Спектрометрический анализ. Аппаратура и обработка данных на ПЭВМ (Обнинск, 2005), XI Международнародный экологический симпозиум: Урал атомный, Урал промышленный (Екатеринбург, 2005), Семинар: Приборнометодическое обеспечение радиационного контроля воды (С.-Петербург, 2005), ICEM-05: The 10th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (Glasgow, Scotland, 2005), Всероссийская научно-практическая конференция: Современные проблемы почвоведения и экологии (Йошкар-Ола, 2006), VIII Международная конференция: Новые идеи в науках о Земле (Москва, 2007), IV Международная научнопрактическая конференция: Экологические проблемы индустриальных мегаполисов (Москва, 2007), ICEM-07. The 11th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management (Bruges, Belgium, 2007), IRPA 12. The 12th International Congress of The International Radiation Protection Association (Buenos Aires, Argentina, 2008), VIII Сибирцевские чтения. Всероссийская научная конференция, посвященная 150-летию со дня рождения Н.М. Сибирцева: Генезис, география, классификация почв и оценка почвенных ресурсов (Архангельск, 2010), Международная научно-практическая конференция: Современное состояние и перспективы ведения лесного хозяйства на загрязненных радионуклидами землях (Гомель, 2011), Экология и геологические изменения в окружающей среде северных регионов: Материалы докл. Всероссийской конференции с международным участием (Архангельск, 2012), IV Международная конференция: Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека (Томск, 2013); Международная конференция: Геохимия и минералогия геоэкосистем крупных городов. (С.-Петербург, 2013).

Уровень исследований подтвержден патентами на изобретения:

«Стандартный образец радионуклидного состава на основе природной почвы и способ его получения» (№ 2157518), «Способ определения радиационного фона почв при проведении радиоэкологического мониторинга промышленного региона» (№ 2209445), «Способ радиоэкологического мониторинга почв, грунтов и донных отложений» (№ 2223518).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 411 наименований. Включает страниц текста, 33 рисунка и 40 таблиц.

Глубокая признательность адресуется всем коллегам, принимавшим участие в исследованиях, в первую очередь, соавторам публикаций, а также отдельно сотрудникам ФГУП «РАДОН»: Абраменко А.И., Гордееву С.К., Жуковой Н.О., Зайцеву В.В., Коренкову И.П., Лакаеву В.С., Стефановскому С.В.; сотруднику ООО НПП «Доза» Мартынюку Ю.Н., сотрудникам ФГУП «ВИМС»: Березиной Л.А., Быховскому Л.З., Дубинчуку В.Т., Зуеву Д.М., Кузькину В.И., Куприяновой И.И., Овсянниковой Т.М., Ожогиной Е.Г., Серпер Н.А., Сидоренко Г.А., Скоробогатовой Н.В., Спорыхиной Л.В., Стародубову А.В., Шуриге Т.Н.; сотрудникам ОАО «Атомэнергопроект»

Митроновой Ю.Н. и Пономареву И.М.; сотрудникам ИГЭ РАН Микляеву П.С., Макарову В.И. и Семенову С.М.; сотрудникам ГУП ЦИКВ Бабаеву А.С. и Шипунову А.И.; сотрудникам ФГУП «ИМГРЭ» Айзенфельд Е.С. и Бахаревой Т.В.; сотрудникам других организаций: Горобцу Б.С., Полякову В.А., Семеновой О.С., Сэпману С.В., Ярыне В.П. За аналитическое и информационное обеспечение работы искренняя благодарность выражается всему коллективу Радиационно-аналитического экспертного центра ФГУП «РАДОН». Автор признателен всем административным и техническим работникам, внесшим свой вклад в обеспечение выполнения работы.

СОКРАЩЕНИЯ, ЕДИНИЦЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Бк/кг – единица удельной активности.

Зв – зиверт, единица эффективной дозы.

КУ – контрольные уровни.

ЛРК – лаборатория радиационного контроля.

МДА – минимальная детектируемая активность.

НРБ – нормы радиационной безопасности.

Представительность счетного образца – достоверное отражение неоднородности пробы, из которой он приготовлен (представительность пробы – достоверное отражение неоднородности участка опробования).

Радиационные параметры – параметры, контролируемые при проведении радиоэкологического мониторинга: удельная суммарная активность альфа- и бета-излучающих радионуклидов ( и ); удельные активности отдельных радионуклидов ( К, Ra, Th и др), эффективная удельная активность гамма-излучающих радионуклидов Аэфф.

СКО – среднеквадратичное отклонение.

СОРН – стандартный образец радионуклидного состава.

Счетный образец – определенное количество вещества, полученного из пробы согласно установленной методике и предназначенного для измерений его радиационных параметров в соответствии с регламентированной методикой выполнения измерений.

ТЛД – термолюминесцентный дозиметр.

УРЗ – участок радиационного загрязнения.

1. ПРОБЛЕМЫ РАДИОЛИТОМОНИТОРИНГА

УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Радиоэкологический мониторинг как система регулярных наблюдений, оценки и прогноза природного и антропогенного радиационного воздействия на человека и окружающую среду предусматривает измерение уровня радиоактивного загрязнения от всех существующих источников.

Проводимый в г. Москва радиационно-экологический мониторинг не имеет аналогов по организационной структуре, набору исследуемых объектов (рис. 1) и количеству контролируемых параметров: удельная суммарная активность альфа- и бета-излучателей ( и ), удельные активности 40K, Cs, 226Ra, 232Th. При потенциальном и долговременном факторе загрязнения окружающей среды радионуклидами с относительно малыми уровнями активности, что типично для урбанизированных территорий, решающую роль играют высокая точность ее определения и достаточно большое число проб, обеспечивающее достоверность результатов (Соболев И.А. и др., 1999).

Учитывая важность экологических проблем, включая вопросы радиационной экологии, есть основания полагать, что аналогичная система мониторинга будет со временем охватывать и другие регионы России. В этой связи представляется актуальной разработка общего подхода к его методическому обеспечению.

Схема последовательности работ по радиационной оценке объектов литомониторинга Московского включает четыре стадии.

Стадия пробоотбора предваряется обоснованием сети пробоотбора.

Стратегия разработки сети подробно изложена в (Руководство по методам контроля за радиоактивностью окружающей среды, 2002). Требования к сети, выполнение которых обеспечивает достоверную характеристику распределения радиационных параметров, это регулярность – равномерность площадного покрытия и избыточность, обусловленная вариациями радиационных параметров в пространстве и времени. Согласно статистическим расчетам для г. Москва этим требованиям отвечает квазиравномерная сеть пробоотбора (по классификации Международного агентства по атомной энергии – систематического случайного пробоотбора) масштаба 1 : 300 000. Отбор проб ведется в соответствии с методиками, разработанными Службой радиационно-экологического мониторинга и аттестованными в системе Росстандарта.

Задача стадии пробоподготовки, первой стадии аналитического цикла – подготовка проб к радиационным измерениям, а также усовершенствование существующих и разработка новых методик с целью повышения производительности и качества работ.

Стадия проведения измерений включает радиометрический и гаммаспектрометрический методы. Задача радиометрических измерений и – предварительная радиационная оценка природных объектов. Это массовые рутинные измерения. Принципиальным ограничением метода, которое не позволяют считать его количественным, а результаты измерений – физическими величинами, является проблема образца сравнения.

- стационарный пост радиационного контроля - водный монитор - пост (атмосферный воздух, выпадения) (поверхностные воды, донные отложения) - стационарный створ (поверхностные воды, донные отложения) - автоматический измеритель - монитор - пост (почва, снежный покров, растительность, ТЛД) Рис. 1. Схема радиационно-экологического мониторинга г. Москва При радиометрических измерениях значение удельной активности счетного образца соотносится с аттестованным значением удельной активности образца сравнения, который должен максимально соответствовать счетным образцам по радионуклидному составу. Это требование в общем случае невыполнимо. Поэтому величины и считаются не физическими, а условными, оценочными величинами («Руководство...», 2002) с неопределенной методической погрешностью, связанной с неадекватностью счетного образца образцу сравнения.

Таким образом, радиометрические измерения являются оценочными в смысле их отличия от количественных, хотя именно по ним дается самая первая радиационная оценка.

Задача гамма-спектрометрического метода – определение радионуклидного состава. Это количественный метод, недостаток которого состоит в том, что он не регистрирует чистые альфа- и бета-излучатели.

Преимущество метода состоит в простоте подгототовки счетного образца, а именно в обеспечении его соответствия аттестованной геометрии измерений.

Указанные методы целесообразно комплексировать; при этом любая последовательность их применения является оправданной. С точки зрения радиационной оценки качественные радиометрические измерения должны предшествовать количественным гамма-спектрометрическим. С точки зрения длительности и трудоемкости пробоподготовки целесообразно сначала выполнять гамма-спектрометрические измерения, тем более, что при опережающем их проведении возможно моделирование образца сравнения для радиометрических измерений (Соболев И.А. и др., 1989; Брегадзе Ю.И. и др., 1990; Федоров Г.А., 2000; Габлин В.А. и др., 2005). Поэтому комплекс измерений, выполняемых при проведении радиоэкологического мониторинга, включает оба метода. Если результаты измерений указанными методами недостаточны для выполнения радиационной оценки, применяются более сложные методы: альфа-, бета- и жидкосцинтилляционная спектрометрия (с радиохимической подготовкой) и рентгеновская спектрометрия.

Радиометрические измерения продолжают применяться как экспрессные и недорогие оценочные измерения. В силу важности первичной «разбраковочной» радиационной оценки их результаты должны характеризоваться максимально возможной достоверностью. Методическое, в т. ч. метрологическое обеспечение радиометрических измерений должно быть в этой связи предметом самых серьезных разработок.

Широкое использование радиометрических измерений восходит к практике Гидрометслужбы СССР, когда начинала создаваться база данных, основанная на результатах радиометрических измерений. Эта практика продолжается и в настоящее время (Крышев И.И. и др., 2013).

Повышенные значения нередко обусловлены чистыми бетаизлучателями 90Sr, а также 210Bi, продуктом распада низкоэнергетического изотопа 210Pb, который регистрируется только методом рентгеновской спектрометрии. Между тем, 210Pb, накапливающийся в почве из атмосферы, относится к группе наиболее биогенно значимых радионуклидов. К этой же группе относится 210Pо – чистый альфа-излучатель, образующийся при распаде находящегося в почве 222Rn.

Ведущие производители аппаратуры для радиационных измерений, фирмы CANBERRA и BERTHOLD продолжают разработку и выпуск новых моделей низкофоновых альфа-бета-счетчиков.

Наконец, величины удельной суммарной активности альфа- и бетаизлучателей являются нормируемыми («Контрольные уровни обеспечения радиоэкологической безопасности населения города Москвы», 2008;

ОСПОРБ 99/2010, 2010; СПОРО-2002, 2003).

Задача стадии оценки – соотнесение результатов измерений с критерием оценки – нормативными величинами. В отсутствие федеральных нормативов на грунты, почвы и донные отложения применяются условные оценки уровня радиоактивности, не учитывающие альфа- и бета-излучающих радионуклидов – по мощности экспозиционной дозы гамма-излучения или по эффективной удельной активности Аэфф.

Максимально точная оценка уровней радиоактивности крайне важна в свете упомянутой в общей характеристике работы проблемы облучения в малых дозах, которому подвергается подавляющее большинство людей. Эта проблема описывается тремя теориями. Официально принятой на международном уровне является линейная беспороговая концепция, согласно которой любая сколь угодно малая доза создает риск, отличный от нулевого (Публикация 103 МКРЗ, 2009). В соответствии с гипотезой повышенной опасности облучения в малых дозах низкоинтенсивное облучение вызывает (Рождественский Л.М., 1999, Яблоков А.В., 2002). Бльшая часть исследователей считает малые дозы облучения безопасными (Василенко О.И., 2004; Польский О.Г., 2006), а согласно теории гормезиса – даже полезными (Гусаров И.И., 2001, Кузин A.M., 1996, Яворовски З., 1997, Lackey Т., 1986). Ни одна из трех теорий не считается доказанной, поэтому разработка любых аргументированных подходов к оценке и нормированию в области малых доз является актуальной.

Проблема радиационной оценки осложняется тем, что нормируется лишь техногенное облучение, тогда как в общем случае результат радиационного измерения представляет собой суммарную активность природных и техногенных радионуклидов. При этом до сих пор является дискуссионным вопрос, являются ли безопасными повышенные уровни природной радиоактивности, характерные для многих регионов. Известно, кстати, что радиоактивность почв различных ландшафтных зон России различается на порядок (Высокоостровская Е.Б., 1996).

Единственный официальный документ, учитывающий региональную специфику радиоактивности - «Контрольные уровни…»), в котором КУ разработаны на базе многолетних мониторинговых наблюдений за радиоактивностью природных объектов г. Москва. Расчет КУ удельной активности в объектах окружающей среды выполнен по величине предела дозы, т. е. непревышение КУ гарантирует непревышение предела дозы для населения. Однако КУ рассчитаны без учета вариабельности природных объектов, на необходимость которого указывает МКРЗ (Публикация МКРЗ, 2009).

Основным источником исходных данных при проведении радиолитомониторинга в г. Москва служат пробы, отбираемые по опорной (режимной, регулярной) сети долговременных наблюдений. По результатам измерений именно этих проб выполняется общая радиационная оценка территории с выделением участков с различными относительно средних значений уровнями радиоактивности (Руководство по методам контроля за радиоактивностью окружающей среды, 2002). Именно по этим данным выполнен расчет контрольных уровней в грунтах, почвах и донных отложениях г. Москва («Контрольные уровни…»). Анализ именно этих данных положен в основу настоящей работы.

Отдельной проблемой в пределах урбанизированных территорий является техногенная нагрузка на грунты, почвы и донные отложения.

Факторы, нарушающие их естественное состояние и приводящие к деградации, хорошо известны и изучены (Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды г. Москва, 1993; Москва: геология и город, 1997; Строганова М.Н., 2000). Природные свойства объектов литомониторинга под воздействием этих факторов настолько изменены (Строганова М.Н., 2000), что, например, городские почвы стали называть урбаноземами и даже урбиквазиземами (http://www/soil/msu/ru/~ptv/clasrus/htm). Поэтому термины, описывающие указанные объекты в настоящей работе, не являются классическими (см. глава 2).

Крайне важно и следующее. На каждом этапе любого вида радиационной оценки – радиационной оценки объектов окружающей среды, оценки дозы облучения, оценки радиационного риска – используют приемы моделирования, допущений, усреднений, экстраполяций, а также справочные данные, коэффициенты и экспертные заключения, которые непредсказуемо увеличивают неопределенность оценки, которая возрастает с каждым этапом.

Две группы причин вызывают необходимость использования перечисленных приемов и одновременно являются источниками ошибок.

Многофакторность воздействия на объект оценки как внешняя причина приводит к присущим всем видам радиационной оценки ошибкам моделирования, главными из которых являются следующие.

1. Модели являются неполными. Из-за технических ограничений и неполноты представлений о моделируемом объекте невозможно учесть все параметры, существенные для его описания.

2. Модель основывается на базе экспериментальных данных, которые всегда содержат ошибки разной природы, в т. ч. противоречия отдельных измерений друг другу. Такие ошибки не могут быть устранены полностью.

3. Экспериментальные данные могут содержать пропущенные значения (вследствие невозможности проведения полного набора анализов, потери информации, отказа средства измерения). Произвольность интерпретации этих значений ставит под сомнение ее корректность.

Внутренние причины связаны с составом и свойствами самого объекта.

1. Принципиально недостижима однородность измеряемого образца.

2. Соотношения активностей радионуклидов – членов природных радиоактивных рядов обычно не соответствуют радиоактивному равновесию, а именно в этом предположении проводятся все расчеты радиационных измерений.

3. Образец сравнения при радиометрических измерениях в общем случае не соответствует измеряемой пробе по радионуклидному составу.

4. Недостижима абсолютная представительность счетного образца по отношению к отобранной пробе, а отобранной пробы – к участку пробоотбора.

Применение указанных приемов приводит к снижению точности оценки. Так, ошибка в оценке радиационного риска часто достигает сотен процентов (Россман Г.И., 2012), а неопределенность расчета поглощенной дозы может составлять 800 % («Радиация и патология», 2005).

Московский мегаполис как урбанизированная территория сопоставим с некоторыми развитыми государствами по численности и плотности населения, неоднородности ландшафта и сложности инфраструктуры, в т. ч.

по насыщенности народнохозяйственными объектами различного назначения.

Задачи радиационной оценки, решаемые в пределах такой сложной территории, могут быть принципиально решены и на других, более однородных в ландшафтном и радиационном отношении территориях.

Поэтому можно считать, что «Радиационная оценка объектов литомониторинга на урбанизированных территориях. Теория и методы»

является решением крупной народнохозяйственной задачи.

Радиационная оценка объекта включает измерение оцениваемых его параметров и соотнесение полученных результатов с нормативными величинами. Достоверность и точность оценки зависят от достоверности и точности измерений и обоснованности нормативных значений этих параметров.

В связи с изложенным возникает необходимость в разработке подходов к объективной оценке измеряемых значений контролируемых радиационных параметров, учитывающей неоднородность объектов окружающей среды наряду с региональными характеристиками радиоактивности.

2. РАДИАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОМПОНЕНТОВ

СОСТАВА ГРУНТОВ, ПОЧВ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Первое защищаемое положение: «Разработан подход к интерпретации литомониторинга, включая их радиационную оценку, основанный на впервые установленном факте радиационной гетерогенности твердофазного состава этих объектов». Существо защищаемого положения подробно раскрыто в работах автора 2, 3, 5, 8, 9, 15, 16, 18, 19, 22, 29, 31, 37, 42, 49, 53, 56.

Точность радиационной оценки определяется степенью соответствия измеряемого материала природного объекта самому объекту. Известно, что дозообразующим является верхний слой почв и грунтов (до 5 см), где сосредоточено 9598 % техногенной активности, тогда как природная активность с глубиной меняется незначительно. Радиационная характеристика именно этого слоя является основой радиационной оценки почв и грунтов. Между тем, в пределах урбанизированных территорий объекты литомониторинга подвержены техногенной нагрузке, которая в большей степени затрагивает их верхние слои.

Определяющим свойством объекта литомониторинга при радиационной оценке является способность его верхнего слоя содержать те или иные количества радионуклидов, определяемая вещественным составом. Поэтому данные в работе определения основаны на радиационной гетерогенности твердофазного состава грунтов, почв и донных отложений, т. е.

радиационных различиях твердофазных компонентов состава.

Грунт – двухкомпонентная система, состоящая из песчаной и глинистой фракций.

Почва – трехкомпонентная система, включающая песчаный, глинистый и органический компоненты.

Донные отложения также рассматриваются как трехкомпонентные системы. В Московском регионе они содержат кроме упомянутых компонентов карбонатное вещество раковин в количестве n %. Расчет показал, что вклад активности карбоната во все оцениваемые параметры незначителен, и этим компонентом при анализе донных отложений можно пренебречь как не влияющим на баланс активности в них.

Компонентом почв, грунтов и донных отложений в их природном состоянии является и жидкая фаза, но при проведении операций, предписанных методиками подготовки к измерениям проб этих объектов, они обезвоживаются. Поэтому под компонентами в работе понимаются твердофазные компоненты.

Радиационная гетерогенность состава почв, грунтов и донных отложений не является очевидной, как это может показаться.

Изучение радиоактивности компонентов состава почвы – в числе исследователей следует назвать Агапкину Г.И. и Тихомирова Ф.А. (1990), Гулякина И.В. и Юдинцеву Е.В. (1962, 1973), Молчанову И.В. (1979), Павлоцкую Ф.И. (1964, 1966, 1970, 1972, 1974, 1981, 1986, 1987, 1993, 1998) – сосредоточено в основном на искусственных радионуклидах, главным образом, в пределах территорий, затронутых чернобыльскими выпадениями.

Главные задачи этих исследований – изучение миграционной способности радионуклидов и оценка возможности их выщелачивания из различных по составу матриц с целью разработки технологии реабилитации участков радиационного загрязнения. В аналогичных исследованиях применительно к природным радионуклидам речь обычно идет о радиационных различиях глин и песков как горных пород. Считается, что песок как порода может содержать до 5 % физической глины, а глина как порода сложена физической глиной не менее чем на 85 %, т. е. как песок, так и глина не являются монокомпонентными породами.

К физической глине относят фракцию < 0.001 или 0.002 мм (Карпачевский Л.О., 2005), однако верхней границей размера глинистых частиц в работе, практические подходы которой адресованы обычной ЛРК, считается значение 0.0625 мм: лишь фракции 0.0530.074 мм и крупнее могут быть получены сухим рассевом, а для определения содержаний более тонких фракций применяют седиментационные методы (Справочник по литологии, 1983). Таким образом, за песчаный и глинистый компоненты в работе приняты фракции 0.0625-2 мм и < 0.0625 мм, соответственно.

В ряде исследований подчеркнута важность изучения состава природных объектов и связь неоднородности распределения радионуклидов в почвах (и донных осадках) с их минеральным и гранулометрическим составом (Сапожников Ю.А., 2006). Изучением связи концентрации радионуклидов в почвенных частицах с их размером занимались японские ученые (Megumi, Mamuro, 1977). Показано, что содержание радионуклидов в почвах больше зависит от их механического состава, чем от генетического типа (Ивлиев М.В., 1999; Микляев П.С., 2000; Кряучюнас В.В., 2008). Однако общий подход к интерпретации массовых радиационных измерений, основанный на учете радиационной гетерогенности почв, до сих пор не разработан.

Исследования радиационной гетерогенности твердофазного состава грунтов, почв и донных отложений включали измерения радиационных параметров чистых компонентов (табл. 1, 2), моделирование зависимости суммарной активности бета-излучающих радионуклидов от твердофазного состава почв (рис. 2, 3) и проведение эксперимента по выщелачиванию искусственных радионуклидов, предварительно введенных в почвы различного состава (табл. 3).

Таблица 1. Радиационные параметры (Бк/кг) твердофазных компонентов объектов литомониторинга (Московский регион) грунт