42 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГЛОЩЕННЫХ ДОЗ РАДИАЦИИ В

Материалы IV Международной конференции, г. Томск, 4–8 июня 2013 г.
Опыт применения информационной системы добычного
комплекса для управления разработкой месторождения
урана методом ПСВ. // Актуальные проблемы урановой
промышлнности: Материалы VI международной научно-
практической конференции.– Алматы, Республика Казахстан, 2010.
5. Добыча урана методом подземного выщелачивания. Под
ред. В.А. Мамилова. – М. Атомиздат, 1980. – 248 с.
Исследование поглощенных доз радиации в пробах почвогрунтов и воде за счет содержавшихся в них радионуклидов
при помощи термолюминесцентных детекторов
Н.Л. Алукер1, Н.В. Сорокина1, Я.М. Суздальцева1,2
1
Кемеровский государственный университет, Кемерово, Россия, naluker@gmail.com
2
Институт экологии человека СО РАН, Кемерово, Россия
Research at the absorbed doses of the radiation in the soil, ground and
water samples with the use of thermoluminescent detectors
N.L. Aluker1, N.V. Sorokina1, Ya.M. Suzdaltseva1,2
2
1
Kemerovo State University, Kemerovo, Russia, naluker@gmail.com
Institute of Human Ecology of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Kemerovo, Russia
Abstract. In this paper the method of dosimetry with the use of the thermoluminescent detectors developed by the
authors is applied to estimate the radiating characteristics of soils and grounds.
The complex of these researches allows to recommend the dosimetry of soils as the cheapest and direct method of the
estimation of the radiating characteristics of the objects in the environment.
Для оценки радиационных характеристик почв и грунтов была проведена дозиметрия с использованием, разработанных авторами термолюминесцентных детекторов
ТЛД-К [1, 2].
Целью проведения дозиметрии в данном эксперименте
являлось определение поглощенной дозы формирующейся непосредственно в пробах, которая обусловлена в основном присутствием природных радионуклидов и может
быть определена достаточно строго благодаря почвоэквивалентности [1, 3] применяемых детекторов на основе
SiO2.
Схема эксперимента следующая. В килограммовую
пробу после предварительного отжига на период 20 дней,
закладывались детекторы ТЛД-К в алюминиевой фольге.
По истечении отведенного времени детекторы были извлечены из проб и измерены на термолюминесцентной
установке ДТУ-01М.
Параллельно в данных образцах измерялись активности природных радионуклидов и цезия, на основании чего
рассчитывалась удельная эффективная активность. Измерения выполнялись на поверенном гамма спектрометре
Прогресс-2000.
В выборке использовались пробы почв и пород отобранных в 2012 году в верховьях р. Уса Кемеровской области.
На рис. 1 приведены рассчитанные эффективные вклады измеренных радионуклидов в общую удельную эффективную активность поверхностных почво-грунтов.
Средние эффективные активности поверхностных
грунтов и почв превышают активности коренных пород,
выходящих на поверхность, в основном по цезию-137.
Практически во всех поверхностных пробах содер-
42
жание техногенного цезия-137 превышает глобальный
уровень и обеспечивает более четверти в формировании
среднего значения эффективной активности проб.
Загрязнение цезием обусловлено, вероятнее всего,
глобальным фоном, вызванным кроме обычно рассматриваемых факторов (испытания, Чернобыль и т.д.) еще и
аварией на АС «Фукусима». После аварии на АС «Фукусима» содержание цезия в поверхностных почво-грунтах по
нашим наблюдениям возросло.
Средняя АЭФФ и среднее отклонение всех отобранных
проб пород и грунтов с учетом погрешности и содержания
техногенного цезия-137 составила 74±25 Бк/кг. Без вклада
цезия-137 величина АЭФФ не превышает 60 Бк/кг, что ниже
обычно наблюдаемых активностей поверхностных проб
грунта на территории области, и связано с низким содержанием калия в пробах данной выборки.
Рис. 1. Средние значения эффективных вкладов в общую
удельную эффективную активность измеренных
радио-нуклидов калия-40, радия-226, тория-232 и цезия-137, а также величина удельной эффективной активностей поверхностных почво – грунтов
Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека
Таблица 1. Результаты определения удельной альфа-активности и активности плутония в пробах
Проба
Удельная альфаактивность, Бк/кг
Δά, Бк/кг
Активность
Pu-239, Бк/кг
ΔPu-239, Бк/кг
АRa по гамма, Бк/кг
грунт
620
120
13
3
20
грунт
640
120
14
3
17
грунт
460
110
10
2
12
торфяник
< 160
< 3,5
7
грунт
680
130
15
3
18
порода
970
180
21
4
26
торфяник
< 280
< 5
11
Таблица 2. Результаты дозиметрического контроля и суммарных альфа- и бета-активностей проб воды
Доза – фон, сГр/год
Σα, Бк/л
Σβ, Бк/л
река М.Тайгиш
0,05
0,06
0,6
река Б.Тайгиш
0,03
0,04
0,5
р. Ус
0,01
0,02
0,4
р. Кедровый
0,10
0,1
0,3
р. Булочный
0,08
0,07
0,3
р. Травянистый
0,03
0,03
0,3
река Шатай
0,08
0,05
0,3
река М. Шатай
0,05
0,03
0,3
г. Мурта (болото) и ручей
0,06
0,06
0,3
Характеристика пробы
Сток вдоль дороги в районе источника
0,07
1,5
0,5
Источник в скалах сток с горы
0,02
0,09
0,5
р. Федосеевский слияние с р. Березовой
0,04
0,05
0,3
Река Березовая
0,03
0,04
0,3
р. Березовый (временный проезд)
0,12
0,07
0,3
Для некоторых проб из выборки проведены измерения
общей альфа-активности и удельной активности плутония.
Значительную долю в загрязнение окружающей среды
техногенными радионуклидами (в том числе и плутонием)
вносят нештатные ситуации на атомных электростанциях
и ядерных энергетических установках. Проблема загрязнения окружающей среды плутонием и америцием, будет существовать на протяжении тысячелетий. Реакция
238
U(n, γ) 239U → 239Np → 239Pu может происходить и в природных условиях под действием нейтронов спонтанного
деления и нейтронов из (α, n) реакции на уране, содержащемся в урановых рудах.
Абсолютное содержание радионуклидов плутония в
почвах и атмосферных аэрозолях очень сильно варьирует в зависимости от расстояния от источника загрязнения.
Средняя удельная активность радионуклидов плутония в
Рис. 2. Средние значения общей альфа-активности пробы,
активности плутония и радия-226 по гамма-излучению
в поверхностных почвах, марганцевой породе и пробах
торфяника
Рис. 3. Корреляция поглощенной дозы и активности радия в
пробах
43
Материалы IV Международной конференции, г. Томск, 4–8 июня 2013 г.
Рис. 4. График изменения поглощенной дозы (сГр/год) и общей
активности (Бк/кг), включая активность природных
радионуклидов и техногенного цезия в пробах отобранных почво грунтов
Рис. 5. Корреляция дозиметрических и радиометрических результатов
почвах для европейской части России ~ 14 Бк/кг при фоне
глобального загрязнения почв около 6–10 Бк/кг.
Определение содержания альфа-излучающих нуклидов, к которым принадлежит и плутоний, и их идентификация представляют серьезную проблему. В связи с тем,
что плутоний в природных средах находится в микроколичествах, наиболее распространенным способом его
идентификации и количественного определения является
альфа-спектрометрический метод. Нами измерения проводились на поверенном спектрометре МКГБ-01 РАДЭК
включающем альфа-радиометр позволяющий определять
общую альфа-активность проб, и откалиброванный также
на определение активности Pu-239. В таблице 1 приведены результаты проведенного исследования.
Альфа-активность почво-грунтов в среднем составила
600±100 Бк/кг, марганцевой породы 1 000±200, торфяника
~ 250 Бк/кг. Активности плутония составили соответственно 13±3, 21±4 и ~ 4 Бк/кг поверхностного слоя. В среднем
измеренные содержания плутония соответствуют литературным данным о загрязнении почв России плутонием, за
счет фонового глобального загрязнения. На рис. 2 приведены усредненные данные для измеренных параметров.
Для почвенных проб наблюдается также хорошая корреляция поглощенных доз и удельной эффективной активности проб. Наиболее четко из измеряемых радионуклидов
прослеживается корреляция с содержанием урана, по радию-226. На рис. 3 приведена линейная корреляция измеренных поглощенных доз в пробах, за счет содержавшихся
в них радионуклидов и активности радия в пробах.
На рис. 4 приведены графики изменения дозы и общей
активности проб, включая природные радионуклиды и техногенный цезий.
Наблюдается корреляция дозы с активностью природных радионуклидов, в первую очередь, как видно определяемая содержанием радия-226. Следует отметить, что
корреляция поглощенной дозы с содержанием техногенного цезия в пробах не столь однозначна, что вполне объяснимо с точки зрения неоднородности его содержания в
пробах.
Мы попытались применить термолюминесцентные детекторы и для анализа доз, накапливаемых в пробах воды
за счет содержавшихся в ней радионуклидов.
Для воды применение почвоэквивалентных детекторов
не корректно, но учитывая оценочный характер эксперимента мы посчитали возможным провести предварительные оценки эффекта.
В таблице 2 приведены результаты дозиметрии, при
помещении детекторов в отобранные пробы воды.
На рис. 5 приведена обработка результатов исследования в виде графика корреляции результатов дозиметрических и радиометрических исследований.
Видно, что бета-активность проб воды практически не
меняется в выборке, а для альфа-активности и поглощенной дозы наблюдается корреляция с достоверностью 0,8.
Из выборки при обработке был исключен образец с очень
высокой альфа-активностью, что на наш взгляд явилось
недостаточной корректностью ее определения, связанной
с большим содержанием взвешенных частиц (сток с дороги). В дозиметрии этот образец не выделился из общей
выборки.
Таким образом и для проб воды наблюдается определенная корреляция поглощенной дозы и суммарной альфа-активности проб воды. Эксперименты в этом направлении будут продолжены.
Комплекс проведенных исследований позволяет рекомендовать дозиметрию почв, наряду с регламентированными методами, в качестве простого дешевого и прямого
метода оценки радиационных характеристик объектов
окружающей среды.
Литература
1. Алукер Н.Л., Артамонов А.С., Бакулин Ю.П., Данилович Е.Н.,
Крысанова О.Л., Рискина Р.В., Согоян А.В. Термолюминесцентный детектор ТЛД-К на основе SiO2. // Вопросы атом-
44
ной науки и техники. Физика радиационного воздействия на
радиоэлектронную аппаратуру. 2006. – №3–4. С.86–88.
2. Алукер Н.Л., Горячкина Е.Б., Сорокина Н.В. Применение
Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека
натрий-силикатного стекла в качестве материала для
термолюминесцентной дозиметрии. // Изв. ВУЗов. Физика.
2003. – №12. – С.23–29.
3. Алукер Н.Л., Бобров В.В., Суздальцева Я.М. Методические
особенности термолюминесцентного датирования археологической керамики с использованием термолюминесцентных детекторов излучения. // Бутлеровские сообщения. 2013. – Т.33. – №2. – С.130–136.
Совершенствование миграционной модели объекта
окончательной изоляции ВАО и ОЯТ
П.В. Амосов
ФГБУ науки Горный институт КНЦ РАН, Апатиты, Россия, vosoma@goi.kolasc.net.ru
Improvement of migration model for HLW and NFW disposal facility
P.V. Amosov
Mining Institute KSC RAS, Apatity, Russia, vosoma@goi.kolasc.net.ru
Abstract. The paper describes the migration model for safety assessment of underground HLW and NFW disposal
in crystalline rocks (e.g. the Nizhnekansky massif, Kola Peninsula). The mathematical models processed in software
allow the simulate the radionuclide release out of solidified waste forms, their transfer through the geosphere and biosphere and, as a result the radiation exposure of population while consumpting the contaminated drinking water. The
interpretation of individual results of safety assessment is demonstrated on the example of the un derground facility of
processed NFW of Japanese APC. The potential advances of methodology are indicated for the safety assessment of
HLW and SNF final isolation facilities in crystalline rocks.
Горный институт КНЦ РАН на протяжении почти 20
лет, решая, совместно со специалистами Росатома и западноевропейскими экспертами, накопившиеся в регионе
проблемы ядерного наследия, внес определенный положительный вклад в решение проблемных вопросов по обращению с РАО и ОЯТ на Кольском полуострове. В частнос
ти, несколько лет назад была предложена миграционная
модель объекта подземной изоляции ВАО и ОЯТ в кристаллических породах Кольского полуострова [4].
По мнению автора, разработанная в Горном институте
миграционная модель имеет весьма неплохие возможности своего использования для оценки безопасности (или
методологического образца [3]) объекта изоляции РАО в
скальных породах Нижнеканского массива [4]. В соответствие с планами специалистов Росатома на протяжении
более 20 лет в районе Нижнеканского массива выполняются исследования с целью выбора перспективной площадки
для создания объекта окончательной изоляции РАО. Выполнен значительный объем работ. В частности, утверждена Декларация о намерениях строительства подземной исследовательской лаборатории (два перспективных участка
«Верхнеитатский» и «Енисейский»), в ФЦП «Обеспечение
ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на
период до 2015 года» предусмотрен значительный список
мероприятий под названием «Строительство первоочередных объектов окончательной изоляции РАО (Красноярский край, Нижнеканский массив)» и другие.
Реализованная в собственном программном коде, разработанном на основе математических моделей и физических представлений, методология анализа безопасности
подземного захоронения ВАО и ОЯТ в сценарии нормальной эволюции позволяет [1, 2, 5, 6]:
• рассчитывать динамику мощности эквивалентной дозы, а
также вклад отдельных радионуклидов в суммарную вели-
чину мощности дозы при потреблении загрязненной питьевой воды;
• выполнять вычисления с вариацией значений многочисленных параметров модели (например, полуапертура, гидравлический градиент, расстояние до трещины и др.) и определять тот набор значений параметров системы, который
гарантирует безопасность захоронения;
• обеспечивать разработчиков проекта хранилища достаточной технической информацией, которая может быть положена в основу как оптимизации проекта захоронения, так и
выбора площадки (свойства матрицы отходов, размещение
ячеек захоронения, гидрогеологические параметры, геохимические свойства и т.д.);
• идентифицировать наиболее значимые траектории распространения радиоактивности, параметры модели и др.
Оценка безопасности подземного хранилища ВАО и
ОЯТ в сценарии нормальной эволюции выполняется с использованием трех взаимосвязанных подмоделей: диффузионная подмодель; подмодель адвекции-диффузии; подмодель биосферы.
Первая подмодель описывает диффузионный перенос
радионуклидов в однородной скальной породе с учетом
особенностей источникового члена.
Вторая подмодель применяется для расчета переноса
радионуклидов с потоком подземной воды по трещинам
постоянной гидравлической апертуры (автор модели Tang
D.H. [7]).
Третья подмодель описывает разбавление радионуклидов в биосфере и результирующие радиологические
последствия при потреблении человеком загрязненной
питьевой воды.
Тестирование модели оценки потенциальных радиологических последствий подземного захоронения ВАО и ОЯТ
в кристаллических породах выполнялись на основе обобщенных исходных данных без привязки к конкретной пло-
45