РАДИАЦИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ В РАЙОНЕ ПЛОЩАДКИ «БАЛАПАН»

УДК 504.064:631.4:539.16

РАДИАЦИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ В РАЙОНЕ ПЛОЩАДКИ «БАЛАПАН»

Кривицкий П.Е., Айдарханов А.О., Умаров М.А., Мустафина Е.В., Абишева М.Т., Скопченко М.Е.

Филиал «Институт радиационной безопасности и экологии» РГП НЯЦ РК, Курчатов, Казахстан

В статье представлены результаты радиационного обследования территории площадью 1005 км², расположенной в районе площадки «Балапан». Основанием для обследования послужили ранее проведенные исследования при- мыкающей к площадке «Балапан» территории, которые выявили масштабную область радиоактивного загрязне- ния почвы ²⁴¹Am. Удельная активность ²⁴¹Am в почве достигает значений ~200 Бк/кг.

Результат исследования этой области показал, что столь масштабное загрязнение имеет форму «следов» радио- активных выпадений, предположительно вызванных атмосферными испытаниями на площадке «Опытное поле».

Особенностью данного загрязнения является небольшое содержание продуктов деления и активации ядерного взрыва, соизмеримое с фоном глобальных выпадений, что нехарактерно для «следов» ядерных выпадений от наземных ядерных испытаний.

Ключевые слова: Семипалатинский испытательный полигон (СИП), площадка «Балапан», ²⁴¹Am, площадное радиоактивное загрязнение.

В^{ВЕДЕНИЕ}

При проведении работ по экологическому обсле- дованию части восточной территории СИП, вклю- чающей территорию, прилегающую к площадке «Ба- лапан», выявлена масштабная область (более 50% об- следуемой территории, около 1000 км²) с повышен- ными значениями удельной активности ²⁴¹Am (рису- нок 1, а). При этом концентрация ¹³⁷Cs находится на уровне фона глобальных выпадений (рисунок 1, б).

Площадка «Балапан» в основном использовалась для проведения подземных ядерных испытаний в вертикальных выработках скважин, радиоактивное загрязнение от которых в большинстве случаев огра- ничивается территорией, прилегающей к устьям скважин (локализованные мелкоочаговые участки).

Однако в ряде случаев, во время проведения испыта- ний, радиоактивное загрязнение выходило не только за пределы испытательной площадки, но и за преде-

лы полигона. Примером может послужить испытание в скважине 1004, вследствие которого было образо- вано «Атомное озеро», или испытание в скважине 1366, ядерный взрыв в которой был осуществлен в штатном режиме, но радиоактивные инертные газы (РИГ) распространились на расстояние до 140 км от места взрыва и прошли над поселком Чаган [1, 2].

В соответствии с этим, помимо наиболее вероят- ного источника, которым являются атмосферные ядерные испытания на площадке «Опытное поле», возможен вариант с образованием радиоактивного загрязнения, вследствие взрывов неполного камуф- лета на самой площадке «Балапан». Для установле- ния истинного источника радиоактивного загрязне- ния проведено обследование участка площадью 1005 км², расположенного между площадками

«Опытное поле» и «Балапан» (рисунок 2).

а) б)

Рисунок 1. Распределение удельной активности ²⁴¹Am (а) и ¹³⁷Cs (б) на обследованной территории

Рисунок 2. Обзорная карта Семипалатинского испытательного полигона и обследуемой территории На обзорной карте также рассмотрены возмож-

ные следы радиоактивных выпадений от атмосфер- ных ядерных испытаний на площадке «Опытное по- ле» [2]. На основании исторических данных, на ис- следуемую территорию могут заходить как минимум 7 следов радиоактивных выпадений от атмосферных испытаний, которые проводились в период с 1953 по 1962 гг. В 3 случаях из 7 мощность ядерного испыта- ния превышала 10 кт (испытания 23.08.53, 16.03.56, 24.08.56), что в условиях атмосферного испытания могло привести к радиоактивному загрязнению тер- ритории, прилегающей к площадке «Опытное поле».

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Полевые исследовательские работы. Радиологи- ческое обследование территории выполнено по сети 1×1 км (всего 998 точек) и включало в себя точечный отбор проб почвы на глубину 5 см и измерения ра- диационных параметров (мощность эквивалентной дозы (МЭД) и плотность потока β-частиц). Выбран- ная сеть 1×1 км позволяет выявить обширные облас- ти радиоактивного загрязнения. К такому типу ра- диоактивного загрязнения относятся следы радиоак- тивных выпадений от наземных ядерных испытаний, нештатных радиационных ситуаций и экскавацион- ных испытаний.

Определение радионуклидного состава. Радио- нуклидный состав подготовленных проб определял- ся методом инструментальной гамма-, бета- и альфа- спектрометрии.

Для определения удельной активности ²⁴¹Am,

137Cs и ¹⁵²Eu проводились спектрометрические изме- рения с использованием гамма-спектрометров произ- водства фирмы ORTEC, в состав которых входили:

полупроводниковый детектор серии GEM и цифро- вой анализатор спектров digiDART. Измерения про- водились в соответствии с методикой выполнения измерений на гамма-спектрометре № 5.06.001.98 РК [3]. В качестве измерительных контейнеров исполь- зовались пластиковые емкости в форме прямого ци- линдра диаметром 94 мм, высота образца варьирова- лась в зависимости от массы. Масса навесок состав- ляла от 500 до 1000 г. Время экспозиции составляло не менее 30 мин. Определение ²⁴¹Am проводилось гамма-спектрометрическим методом по линии 59,5 кэВ, ¹³⁷Cs – по линии 662 кэВ.

Для определения ⁹⁰Sr и ^239+240Pu проводились спектрометрические измерения с предварительным радиохимическим разложением. Для определения содержания ⁹⁰Sr подготовка образца заключалась в просеивании пробы почвы с последующим отбором навески и озолением. Озоленная навеска почвы, об-

рабатывалась, при нагревании, 6М раствором HCl (выщелачивалась в 6М HCl). Полученный солянокис- лый фильтрат использовался для концентрирования и дальнейшего выделения изотопов стронция путем осаждения различных носителей. Активность ⁹⁰Sr оп- ределялась по его дочернему радионуклиду ⁹⁰Y. Из- мерения активности подготовленного спектрометри- ческого источника проводилось на жидко-сцинтил- ляционном спектрометре TRI-CARB 2910TR [4].

Для определения содержания ^239+240Pu подготовка образца заключалась в просеивании пробы почвы с по- следующим отбором навески и прокаливанием. Про- каленная навеска почвы, после внесения трассера, раз- лагалась концентрированными растворами кислот (HF, HNO3). Для концентрирования, очистки и выде- ления изотопов плутония использовали сильнооснов- ный анионит АВ 178. Спектрометрический источник подготавливали путем электролитического осаждения изотопов плутония на стальную пластину при силе то- ка 1,4 А в течение 1 часа. Измерения активности под- готовленного спектрометрического источника прово- дилось на α-спектрометре CANBERRA [4].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Основными долгоживущими техногенными ра- дионуклидами при ядерных испытаниях являются изотопы Pu и ²⁴¹Am (непрореагировавшее ядерное то- пливо и его дочерний продукт), ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr (продукты деления ядерного топлива) и ¹⁵²Eu (продукт нейтрон- ной активации). По результатам лабораторных работ установлено, что удельная активность ¹⁵²Eu в подав- ляющем числе случаев находится ниже предела об- наружения используемой аппаратуры.

Характер площадного пространственного распределения радиоактивного загрязнения изотопамиPu и ²⁴¹Am

Диапазон значений удельной активности в почве составил: для ²⁴¹Am – от 0,3 до 150 Бк/кг, при сред- нем значении 13 Бк/кг, для ^239+240Pu – от 0,8 до 620 Бк/кг, при среднем значении 77 Бк/кг. Для при- мера среднее содержание техногенных радионукли- дов северной территории СИП, которая считается ус- ловно чистой, составляет для ²⁴¹Am ~1 Бк/кг, для

239+240Pu ~5 Бк/кг [5].

Для оценки характера загрязнения построена кар- та площадного распределения ²⁴¹Am (рисунок 3).

Анализируя полученные данные, можно выде- лить 3 участка радиоактивного загрязнения: 1) юж- ный; 2) центральный; 3) северный.

Основываясь на значениях удельной активности

239+240Pu и ²⁴¹Am определено, что концентрация дан- ных радионуклидов для 2 и 3 участков снижается с северо-запада на юго-восток, что свидетельствует в пользу предположения об атмосферных ядерных ис- пытаниях на площадке «Опытное поле». В отноше- нии 1 участка нет возможности определить полную картину, так как исследуемая территория не захваты- вает его целиком.

Рисунок 3. Характер площадного распределения ²⁴¹Am в почве исследуемой территории

Характер площадного пространственного распределения радиоактивного загрязнения –

137Cs и ⁹⁰Sr

Диапазон значений удельной активности в почве составил: для ¹³⁷Cs – от 0,6 до 300 Бк/кг, при среднем значении 22 Бк/кг, для ⁹⁰Sr – от 8 до 310 Бк/кг, при среднем значении 36 Бк/кг. Для примера среднее со- держание техногенных радионуклидов северной тер- ритории СИП, которая считается условно чистой, со- ставляет для ¹³⁷Cs ~18 Бк/кг, для ⁹⁰Sr ~12 Бк/кг [5].

Для оценки характера площадного распределения продуктов деления ядерных испытаний построена карта площадного распределения ¹³⁷Cs (рисунок 4).

Рисунок 4. Характер площадного распределения ¹³⁷Cs в почве исследуемой территории

Анализируя полученные данные, визуально опре- деляется 2 участка радиоактивных выпадений, кото- рые совпадают с 1 и 2 участком по ²⁴¹Am: 1) южный;

2) центральный.

Основываясь на значениях удельной активности

90Sr и ¹³⁷Cs на 2 участке радиоактивных выпадений сложно установить направление движения радиоак- тивного облака, так как максимальная концентрация по обоим радионуклидам находится в центральной части участка следа. В отношении 1 участка макси- мальная концентрация по обоим радионуклидам ре- гистрируется в южной части, но так как исследуемая территория не захватывает след целиком, нет воз- можности определить полную картину. Стоит от-

дельно отметить, что 2 участок имеет крайне неболь- шое содержание по ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, иногда граничащее с концентрациями, соизмеримыми с фоном глобальных выпадений для СИП, а в случае 3 участка, установлен- ного по ^239+240Pu и ²⁴¹Am, численные значения ⁹⁰Sr и

137Cs и вовсе отсутствуют, что не совсем характерно для типичных атмосферных ядерных испытаний.

Резюмируя анализ данных по соотношениям

239+240Pu к ²⁴¹Am и ⁹⁰Sr к ¹³⁷Cs можно сделать вывод, что все 3 участка радиоактивных выпадений, выяв- ленные на исследуемой территории, относятся к раз- ным ядерным испытаниям и вероятней всего вызва- ны атмосферными ядерными испытаниями на пло- щадке «Опытное поле». Для 2 и 3 участков в пользу этого говорит то, что концентрация ^239+240Pu и ²⁴¹Am снижается с северо-запада на юго-восток. В отноше- нии 1 участка можно сделать предположение о при- надлежности данного радиоактивного загрязнения к испытаниям на «Опытном поле» в связи с тем, что при проецировании следа радиоактивных выпадений в юго-восточную сторону радиоактивное загрязне- ние проходит южнее площадки «Балапан», что ис- ключает его принадлежность к испытаниям на дан- ной площадке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Произведено радиационное обследование терри- тории площадью 1005 км², расположенной между площадками «Опытное поле» и «Балапан». По полу- ченным данным можно отметить повышенные кон- центрации основных техногенных радионуклидов (²⁴¹Am, ^239+240Pu, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr) в почве исследуемой тер- ритории.

На обследуемой территории имеется как мини- мум 3 различных следа радиоактивных выпадений, предположительно образованные при проведении испытаний на площадке «Опытное поле»:

1) южный след;

2) центральный след;

3) северный след.

Установлено, что центральный след имеет крайне небольшое содержание по ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, иногда грани- чащее с концентрациями, соизмеримыми с фоном глобальных выпадений для СИП. Северный след ус- тановлен только по ^239+240Pu и ²⁴¹Am, численные зна- чения ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs отсутствуют, что не совсем харак- терно для типичных атмосферных ядерных испыта- ний. На южном следе регистрируются значимые кон- центрации по всем 4 радионуклидам.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ядерные испытания в СССР. Цели. Общие характеристики. Организация ядерных испытаний. Первые ядерные испытания / состав ред. И. А. Андрюшин, В. В. Богдан, С. А. Зеленцев. - Т.1. – Саров: РФЯЦ – ВНИИЭФ.

2. Ядерные испытания СССР: Современное радиоэкологическое состояние полигонов / под рук. Л.А. Логачева – М.:

ИздАТ, 2002. – 652 с. – ISBN 5-86656-135-2.

3. Активность радионуклидов в объемных образцах. Методика измерений на гамма-спектрометрах с использованием программного обеспечения «SpectraLine». – Введ. 2004-08-26. – Рег. № KZ.07.00.00303-2004 – М.: РГП «Казахский институт метрологии»., 2004.

4. Методика определения содержания искусственных радионуклидов плутония – (239+240), стронция – 90 в объектах окружающей среды (почвах, грунтах, донных отложениях и растениях) – Введ. 2010-12-01. – Рег.

№ 43151.4Б207/01.00294-2010 – М.: НПО ВНИИФТРИ.

5. Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана. Выпуск 1. Издание 2. Радиоэкологическое состояние «северной» части территории Семипалатинского испытательного полигона. Институт радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК / под рук. Лукашенко С. Н. – Павлодар: Дом печати, 2011. – 296 с. – ISBN 978 601 7112-38-7.

«БАЛАПАН» АЛАҢЫНЫҢ АУДАНЫНДАҒЫ АУМАҚТЫ РАДИАЦИЯЛЫҚ ЗЕРТТЕУ

П.Е. Кривицкий, А.О. Айдарханов, М.А. Умаров, Е.В. Мустафина, М.Т. Абишева, М.Е. Скопченко ҚР ҰЯО РМК «Радиациялық қауіпсіздік және экология институты» филиалы, Курчатов, Қазақстан

Бұл мақалада, «Балапан» алаңының аумағында орналасқан, ауқымы 1005 км² болатын аумақты радиациялық зерттеу нәтижелері келтірілген. «Балапан» алаңына жақын жатқан аумақта бұдан бұрын өткізілген зерттеулер, топырақтың ²⁴¹Am радиоактивті ластануының масштабын айқындайтын зерттеулерге негіз болады. Топырақтағы

241Am меншікті белсенділігі ~ 200 Бк/кг дейінгі мәнге жетеді.

Бұл аумақтағы зерттеулердің нәтижелерінен, соншалық масштабты ластануы, болжаммен «Тәжірибе даласы»

алаңындағы атмосфералық сынақтардан туындаған радиоактивті түсу «іздерінің» пішіні бар екенін көрсетті.

Аталған ластанудың ерекшелігі бөліну өнімдерінің кішігірім құрамы мен ядролық сынақтың белсендендірілуі болып табылады, ол ғаламдық түсулердің фонына тең, бұл жерүсті ядролық жарылыстардан түскен ядролық түсу

«іздеріне» тән емес.

Кілт сөздер: Семей сынақ полигоны (ССП), «Балапан» алаңы, ²⁴¹Am, алаңдық радиоактивті ластану.

RADIATION SURVEY IN THE VICINITY OF “BALAPAN” SITE

P.E. Krivitskiy, A.O. Aidarkhanov, М.A. Umarov, Ye.V. Mustafina, М.T. Abisheva, М.Ye. Skopchenko Branch “Institute of Radiation Safety and Ecology” RSE NNC RK, Кurchatov, Kazakhstan

The article provides results of the radiation survey of a 1005 km² area in the vicinity of “Balapan” site. Earlier research into the area adjacent to “Balapan” site served as a ground for the survey thereby revealing a large-scale area of soil contamination with ²⁴¹Am. ²⁴¹Am activity concentration in soil reaches values of ~200 Bq/kg.

The research result showed that such a large-scale contamination is shaped as fallout “plumes” presumably caused by atmospheric tests on the “Experimental Field” ground. A feature of this contamination is a low content of fission and nuclear activation products commensurable with the global fallout background, which is uncharacteristic of nuclear fallout “plumes” formed by aboveground nuclear tests.

Keywords: Semipalatinsk Test Site (STS), “Balapan” site, ²⁴¹Am, radioactive areal contamination.