Сброс радиоактивных отходов. Река теча в челябинской области Сброс радиоактивных отходов в реку теча

Любое производство оставляет после себя отходы. И сферы, использующие свойства радиоактивности, не исключение. Свободное обращение ядерных отходов, как правило, недопустимо уже на законодательном уровне. Соответственно, их необходимо изолировать и сохранять, учитывая особенности отдельных элементов.

Знак, являющийся предупреждением об опасности ионизирующего излучения РАО (радиоактивных отходов)

Радиоактивные отходы (РАО) – это вещества, которые имеют в своем составе элементы, обладающие радиоактивностью. Такие отходы не имеют практической значимости, то есть они непригодны для вторичного применения.

Обратите внимание! Довольно часто используется синонимичное понятие – .

От термина «радиоактивные отходы» стоит различать понятие «отработавшее ядерное топливо – ОЯТ». Отличие ОЯТ от РАО состоит в том, что отработки ядерного топлива после должной переработки могут использоваться повторно в виде свежих материалов для ядерных реакторов.

Дополнительная информация: ОЯТ представляют собой совокупность тепловыделяющих элементов, в основном состоящих из остатков топлива ядерных установок и большого количества продуктов полураспада, как правило, ими являются изотопы 137 Cs и 90 Sr. Их активно используют в работе научных и медицинских учреждений, а также на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях.

В нашей стране существует лишь одна организация, которая вправе проводить мероприятия по окончательному захоронению РАО. Это Национальный оператор по обращению с радиоактивными отходами (ФГУП «НО РАО»).

Действия данной организации регламентируются Законодательством РФ (№190 ФЗ от 11.07.2011). Закон предписывает обязательное захоронение радиоактивных отходов, произведённых на территории России, а также запрещает их ввоз из-за рубежа.

Классификация

Классификация рассматриваемого вида отходов включает несколько классов РАО и состоит из:

• низкоактивных (их можно поделить на классы: A, B, C и GTCC (самый опасный));
• среднеактивных (в Соединённых Штатах этот вид РАО не выделяется в отдельный класс, так что понятием пользуются обычно в Европейских странах);
• высокоактивных РАО.

Иногда обособляют ещё один класс РАО: трансурановый. К данному классу принадлежат отходы, характеризующиеся содержанием трансурановых α-излучающих радионуклидов с большими периодами распада и крайне высокими значениями их концентраций. По причине продолжительного периода полураспада этих отходов, погребение происходит гораздо более основательно, нежели изоляция малоактивных и среднеактивных РАО. Предсказать, насколько опасными для экологической обстановки и человеческого организма будут являться данные вещества, крайне проблематично.

Проблема обращения с радиоактивными отходами

Во время функционирования первых предприятий, использующих радиоактивные соединения, было принято считать, что рассеяние некоторого количества РАО на участках окружающей среды допустимо, в отличие от отходов, образующихся в остальных производственных отраслях.

Так, на печально известном предприятии «Маяк» на начальном этапе осуществления деятельности все РАО выводились в ближайшие водные источники. Таким образом, произошло серьезнейшее загрязнение реки Теча и расположенного на ней ряда водоёмов.

Впоследствии выяснилось, что в различных областях биосферы происходит накопление и концентрирование опасных РАО и поэтому простой сброс их в окружающую среду недопустим. Вместе с зараженной пищей радиоактивные элементы поступают в организм человека, что приводит к значительному повышению риска облучения. Поэтому в последние годы активно разрабатываются различные методы сбора, транспортировки и хранения РАО.

Утилизация и переработка

Утилизация радиоактивных отходов может происходить по-разному. Это зависит от класса РАО, к которому они принадлежат. Наиболее примитивной считается утилизация низкоактивных и среднеактивных РАО. Отметим также, что по строению радиоактивные отходы подразделяются на короткоживущие вещества с непродолжительным периодом полураспада и на отходы с долговременным периодом полураспада. Последние относятся к классу долгоживущих.

Для короткоживущих отходов наиболее простым способом утилизации считается их непродолжительное хранение на специально предназначенных площадках в герметичных контейнерах. В течение определённого времени происходит обезвреживание РАО, после чего радиоактивно безвредные отходы могут быть подвержены переработке подобно тому, как перерабатывается бытовой мусор. К таким отходам могут относиться, например, материалы лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ). Контейнером для непродолжительного хранения может выступать стандартная двухсотлитровая бочка, изготовленная из металла. Чтобы избежать проникновения радиоактивных элементов из емкости в среду, отходы обычно заливаются битумной или цементной смесью.

На фото обозначены технологии обращения с РАО на одном из современных предприятий России

Утилизация отходов, постоянно образующихся на атомных электростанциях, значительно сложнее в осуществлении и требует применения особых методов, таких как, например, плазменная переработка, недавно реализованная на Нововоронежской АЭС. В этом случае РАО подвергают превращению в вещества, подобные стеклу, которые впоследствии помещаются в контейнеры с целью безвозвратного захоронения.

Такая переработка абсолютно безопасна и позволяет в несколько раз сократить количество РАО. Способствует этому многоступенчатая очистка продуктов сжигания. Процесс может протекать в автономном режиме на протяжении 720 часов, с продуктивностью до 250 кг отходов в час. Температурный показатель в печной установке при этом достигает 1800 0 С. Считается, что такой новый комплекс проработает ещё в течение 30 лет.

Преимущества плазменного процесса утилизации РАО перед прочими, как говорится, налицо. Так, нет необходимости осуществлять тщательную сортировку отходов. Кроме того, многочисленные методы очистки позволяют сократить выделение газообразных примесей в атмосферу.

Радиоактивное загрязнение, могильники радиоактивных отходов в России

В течение многих лет предприятие «Маяк», расположенное в северо-восточной части России, являлось ядерной электростанцией, но в 1957 году там случилась одна из самых катастрофичных ядерных аварий. В результате инцидента в природную среду выделилось до 100 тонн опасных РАО, поразивших огромные по площади территории. При этом катастрофа вплоть до 1980 годов тщательно скрывалась. В продолжение большого количества лет, в реку Карачай производили сбрасывание отходов со станции и с загрязненной окружающей области. Это стало причиной загрязнения водного источника, столь необходимого для тысяч людей.

«Маяк» далеко не единственное место в нашей стране, подверженное радиоактивному загрязнению. Одним из основных экологически опасных объектов в Нижегородской области является участок захоронения радиоактивных отходов, расположенный в 17 километрах от города Семёнов, широко известный также как Семёновский могильник.

В Сибири располагается хранилище, в котором ядерные отходы размещаются уже больше 40 лет. Для хранения радиоактивных материалов там применяют незакрытые бассейны и контейнеры, в которых уже содержится примерно 125 тысяч тонн отходов.

В России вообще обнаружено огромное количество территорий с превышающим допустимые нормы уровнем радиации. В их число входят даже такие крупные города, как Санкт-Петербург, Москва, Калининград и др. Например, в детском саду вблизи института им. Курчатова в нашей столице была выявлена песочница для детей с уровнем радиации в 612 тыс. мР/час. Если бы человек находился на этом «безопасном» детском объекте в течение 1 суток, то он был бы облучен смертельной дозой радиации.

Во время существования СССР, особенно в середине прошлого столетия, опаснейшие радиоактивные отходы могли сваливать в ближайшие овраги, так что образовывалась целая свалка. А с разрастанием городов, в этих зараженных местах строились новые спальные и производственные кварталы.

Оценить, какова судьба радиоактивных отходов в биосфере довольно проблематично. Дожди и ветры активно распространяют загрязнения по всем окружающим территориям. Так, за последние годы значительно возросла скорость, с которой происходит загрязнение Белого моря в результате захоронения РАО.

Проблемы захоронения

В осуществлении процессов хранения и захоронения ядерных отходов сегодня существуют два подхода: локальный и региональный. Захоронение РАО на месте их производства с разных точек зрения очень удобно, однако, такой подход может приводить к росту числа опасных участков захоронения при постройке новых сооружений. С другой стороны, если количество этих мест будет строго ограничено, то возникнет проблема себестоимости и обеспечения безопасных транспортировок отходов. Ведь вне зависимости от того является ли перевозка радиоактивных отходов процессом производства, стоит исключить несуществующие критерии опасности. Бескомпромиссный выбор в этом вопросе сделать довольно сложно, если вообще возможно. В разных государствах такой вопрос решают по-разному и, единого мнения пока не существует.

Одной из главных проблем можно считать определение геологических формаций, пригодных для того, чтобы организовать кладбище радиоактивных отходов. Лучше всего для этой цели подходят глубокие штольни и шахты, использовавшиеся для добычи каменной соли. А также часто приспосабливают скважины на территориях, богатых глиняными и скальными породами. Высокая водонепроницаемость, так или иначе, одна из самых важных характеристик при выборе места захоронения. Своеобразный могильник радиоактивных отходов появляется в местах подземных ядерных взрывов. Так, в штате Невада, США, на участке, послужившем полигоном примерно для 450 взрывов, практически каждый из таких взрывов образовал хранилище высокоактивных ядерных отходов, погребённых в горной породе без каких-либо технических «препятствий».

Таким образом, проблема образования радиоактивных отходов крайне трудна и неоднозначна. Достижения в ядерной энергетике, конечно, приносят человечеству колоссальную выгоду, но при этом и создают множество неприятностей. И одной из главных и нерешенных на сегодняшний день проблем, является проблема захоронения радиоактивных отходов.

Более подробно об истории вопроса, а также о современном взгляде на проблематику ядерных отходов, можно увидеть в специальном выпуске программы «Ядерное наследие» телеканала «Наука 2.0».

Причиной трех крупных аварий, произошедших на ПО «Маяк», явилась система хранения радиоактивных отходов. Первая аварийная ситуация сложилась в результате бесконтрольного сброса жидких радиоактивных отходов в реку Теча. Введенный в эксплуатацию радиохимический завод в марте 1949 года начал сброс радиоактивных сточных вод в марте 1949 года. Изначально сброс предусматривался техническим регламентом. Это были низкоактивные отходы после предварительной очистки.

Но уже с начала 1950 г. в период с января по март происходит резкое увеличение сбросов в реку Теча. Помимо регламентных стоков в Течу стали сбрасываться не предусмотренные технологическим процессом несанкционированные, так называемые, «дикие» сбросы активностью до ста тысяч Кюри в сутки.
Наибольшие значения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения отмечались именно в период массированных сбросов 1950-1951 годов и достигали от 50000 мкР/с у места сброса до 1500 мкР/с на берегу Метлинского пруда. Особую опасность представляли загрязненные донные отложения прудов-накопителей, русла реки и почвы затопляемой части поймы. В связи с этим принимается решение о промывке прудов - Кокшарова и Метлинского. В реку Теча было спущено максимально возможное количество воды, а вместе с этой водой - большое количество
радиоактивного ила.
С целью локализации и хранения больших объемов радиоактивных отходов в конце 1951 года производится переключение сбросов основных технологических отходов производства на озеро Карачай. Суммарное поступление радиоактивных веществ в р. Теча существенно снизилось.
Несмотря на сокращение сбросов, содержание радиоактивных веществ в речной воде продолжало оставаться на высоком уровне. Это потребовало принятия долгосрочных комплексных мер, направленных на перекрытие верховьев реки системой глухих плотин. В ноябре 1956 года была построена плотина и водоем - Шубинский пруд для перехвата жидких радиоактивных стоков, который снизил поступление радионуклидов в низовье реки. Позже,
под емкости созданного пруда, производится сработка и промывка озера Бердяниш и южного канала. В Шубинский пруд было сброшено около 10 млн.куб. метров радиоактивной воды с илом, уровень водного зеркала пруда поднялся на 107 см, удельная активность воды пруда увеличилась в 10 раз и составила 400 тысяч Кюри/л. Почти сразу же обнаружилась сильная фильтрация через тело плотины Шубинского пруда, началось срочное укрепление дамбы. А затем строительство замыкающей плотины №11, с помощью которой наиболее загрязненные
верховья реки были изолированы от остальных участков.
Гидрографическая картина территории была кардинально изменена деятельностью ПО «Маяк». До середины 50-х годов исток реки Течи связывали с озером Иртяш, далее река проходила через озеро Кызылташ, принимала воды небольшого притока - р.Мишеляк, вытекающей из озера Улагач. После 1965 года началом реки принято считать нижний бьеф плотины водоема №11. Регулируемый сток озер и реки Мишеляк отрезан от верховьев реки и через систему левобережного и правобережного каналов направлен в обход технологических прудов Теченского каскада в нижний бьеф пруда №11. Сам водоем №11 с 1965 года эксплуатируется в непроточном режиме.
К 2004 году уровень воды в пруде достиг критической отметки, в верхней части плотины были выявлены ослабленные зоны. Создалась реальная угроза разрушения плотины, которая могла привести к крупной экологической катастрофе. Состояние плотины, замыкающей Теченский каскад, стало самой обсуждаемой проблемой, вплоть до президентского уровня. На ее реконструкцию было направлено около 800 млн. руб. федеральных средств. В гребневой части плотины был сооружен дополнительный противофильтрационный экран, по всему периметру плотины установлен бетонный зуб глубиной от 7 до 13 метров, плотина дополнительно укреплена грунтом и шпунтами. Плотина соответствует второму классу надежности, это очень высокий класс надежности. Мероприятия на Теченском каскаде водохранилищ, завершенные в 2008 году, носили антикризисный характер. Необходимо кардинальное решение проблемы Теченского каскада в целом.
Сегодня радиационную обстановку в бассейне реки Теча на территории Курганской области формируют загрязненные участки поймы, вымывания активности из донных отложений русла реки, фильтрационные поступления и Асановские болота.

Колычев Б. С. Итоги совещания по проблеме сбросов радиоактивных отходов в моря и океаны // Атомная энергия. Том 10, вып. 6. - 1961. - С. 634-635.

Итоги совещания по проблеме сбросов радиоактивных отходов в моря и океаны

В январе 1961 г. в Вене состоялось совещание группы юридических и технических экспертов по правовым аспектам проблемы сбросов радиоактивных отходов в моря и океаны; совещание было организовано Международным агентством по атомной энергии. В работе совещания приняли участие эксперты от 11 крупных морских держав: Бразилии, Великобритании, Голландии, Индии, Польши, СССР, США, Финляндии, Франции, Югославии, Японии. Кроме того, в совещании участвовали представители Международной морской консультативной комиссии, ЮНЕСКО и других организаций, а также наблюдатели от некоторых стран.

Совещанию предшествовала работа группы технических экспертов под председательством шведского ученого Бриниельсона; в результате этой работы был подготовлен доклад, основной рекомендацией которого можно считать вывод о допустимости сброса в моря и океаны отходов среднего и низкого уровня активности.

В самом начале работы совещания группа советских экспертов сделала заявление о недопустимости сброса радиоактивных отходов в моря и океаны, исходя из следующих доводов.

1. В настоящее время атмосфера Земли загрязнена радиоактивными веществами и является источником радиации. Продолжающееся выпадение из атмосферы продуктов ядерных взрывов ведет к загрязнению Мирового океана и его живых ресурсов. Вследствие накопления в организме людей долгоживущих изотопов, попадающих из окружающей среды, в ближайшие годы содержание изотопов в организме человека будет близко к предельно допустимым уровням, а у значительного контигента эти уровни будут превышены. Поэтому дальнейшее загрязнение Мирового океана путем сброса в него радиоактивных отходов является недопустимым.

2. Современное международное право запрещает любое загрязнение моря и его живых ресурсов. Следовательно, государства, практикующие ведущий к загрязнению моря сброс радиоактивных отходов, нарушают международное право.

3. По данным, имеющимся в настоящее время удаленные в море радиоактивные отходы могут довольно быстро возвращаться к человеку в самых, разнообразных формах. Морские организмы способны аккумулировать активность на два-три порядка выше по отношению к ее содержанию в воде. Необходимо

детально изучить пищевые цепи в море и коэффициенты концетрации и дискриминации хотя бы для наиболее опасных изотопов, прежде чем говорить о каких бы то ни было дополнительных сбросах.

4. Как угодно малые воздействия радиации вызывают нежелательные соматические и генетические последствия (вплоть до смертельных), поэтому любое превышение уровней радиации сверх естественного является опасным для жизни и здоровья всего человечества.

5. Установление ограниченных зон для сброса не может оградить от загрязнения сопредельные участки морей и океанов, так как Мировой океан надо рассматривать как единое целое. За счет физического и биологического транспорта радиоактивность будет разноситься далеко за пределы установленных зон.

6. Сбросы радиоактивных отходов в территориальных водах не могут считаться внутренним делом государства, так как за счет миграции вышеуказанными путями радиоактивность может нанести вред населению соседних государств.

7. Осуществить контроль за соблюдением величин сбросов практически невозможно по следующим причинам:

А) в настоящее время нет установленных предельно допустимых концентраций содержания отдельных изотопов в морской воде и тем более норм для выбросов общей активности;

Б) отсутствуют данные о содержании радиоактивных изотопов в морской воде, в отдельных морских организмах, в различных частях морей и океанов;

В) нет единых методов для определения малых концентраций радиоактивных изотопов в морской воде.

Несмотря на заявление группы советских экспертов, совещание все же решило положить в основу своей работы доклад Бриниельсона, допускающий сброс в моря и океаны радиоактивных отходов среднего и низкого уровня. Такое допущение было особенно опасно, так как в докладе Бриниельсона отходы высокой радиоактивности определялись как отходы, содержащие сотни кюри на 1 л и выше, а отходы низкого уровня как отходы, содержащие милликюри на 1 л; следовательно, для отходов среднего уровня оставался весь диапазон активности от милликюри до сотен кюри на 1 л.

Установление -любого уровня радиоактивности для сбрасываемых отходов, особенно при том широком толковании, который заложен в докладе Бриниельсона, ничего не определяет, а главное, не гарантирует от внесения в моря активности в больших количествах.

Какие бы градации не были установлены, любой исходный уровень радиоактивных отходов может быть путем предварительного разбавления доведен до разрешаемого для сброса уровня, так как при этом суммарное количество сбрасываемой активности не уменьшается. Даже если применять определение этого уровня для отходов в момент их образования, то и в этом случае нет достаточных гарантий от сбросов большого количества активности.

Как известно, отходы, полученные после растворения тепловыделяющих элементов, в настоящее время упариваются для сокращения объема с целью их захоронения. В некоторых случаях (особенно при растворении тепловыделяющих элементов с оболочками из нержавеющей стали или других труднорастворимых сплавов) до упаривания получаются отходы с таким уровнем активности который соответствует категории среднего уровня, и, следовательно, по рекомендации доклада Бриниельсона, они могут быть сброшены в море. Таким образом, определение уровня активности отходов в момент их образования не ограничивает сброс больших масс активности в моря и океаны.

Во время работы совещания по всем аспектам проблемы неоднократно возникали дискуссии, в процессе которых советским экспертам вместе с представителями Польши удалось убедительно защитить положения, приведенные в заявлении группы советских экспертов. Кроме того, советская делегация показала, что уже сейчас существуют пути удаления радиоактивных отходов без загрязнения окружающей среды.

В настоящее время с учетом результатов научных исследований, проводимых во многих странах, представляется полная возможность создать производственные установки по химической переработке отходов любых уровней с целью предотвращения опасности распространения радиоактивности.

Высокоактивные отходы могут быть подвергнуты концентрации путем выпарки с последующим захоронением полученных небольших объемов в специальных емкостях, расположенных под землей, что по сути дела и практикуется сейчас всеми странами, располагающими атомной промышленностью.

Для переработки больших объемов отходов среднего (порядка 1 кюри/л и ниже) и низкого уровня радиоактивности теперь также существуют доступные в техническом и экономическом отношении методы.

Исследования ученых Великобритании, СССР, США, Франции и других стран показали, что применение коагулянтов (железа, кальция) при определенном режиме в сочетании с ионным обменом, электрофорезом и упариванием дает возможность достигать весьма высоких коэффициентов очистки. При этом основная масса активности (99,8 - 99,9%)

Сосредоточивается в сравнительно небольших объемах осадков и кубовых остатках, которые там же могут быть надежно захоронены в изолированных емкостях. Полученные воды весьма низкой активности должны направляться на технические нужды внутри самого предприятия. Таким образом, цикл полностью замыкается и во внешнюю среду отходы совершенно не выбрасываются.

Не следует забывать также и то обстоятельство, что извлечение долгоживущих радиоизотопов Sr90 и Cs137 заметно облегчит дальнейшую переработку жидких растворов и даст некоторую экономическую выгоду от частичного использования их для источников излучения.

В настоящее время установлена возможность остеклевания высокоактивных концентратов, позволяющая надежно закреплять активность, не допуская ее дальнейшего распространения. Широкие исследования, проведенные как в направлении разработки методов остеклования, так и изучения свойств и условий хранения остеклованных материалов, подтверждают перспективность такого метода, дающего возможность значительно сократить объем сбросов и еще более повысить надежность захоронения с точки зрения требования безопасности.

Несколько сложнее стоит вопрос об отходах, образующихся в результате использования изотопов и источников излучений в научно-исследовательских лабораториях, госпиталях и на предприятиях. Для переработки таких отходов целесообразно создавать установки для централизованной переработки радиоактивных растворов. На этих установках отходы с помощью указанных выше методов могут быть доведены до санитарных норм, принятых для открытых водоемов, а сконцентрированная активность надежно захоронена в специальных могильниках. Эти принципы приняты и осуществляются в СССР.

Атомные суда должны иметь резервные емкости для временного хранения радиоактивных сбросов. Переработка всех отходов от атомных судов должна в соответствии с рекомендованными выше приемами производится на береговых базах.

Таким образом, если принять расходы на создание производственных установок по переработке радиоактивных сбросов как обязательное условие развития атомных предприятий, проблема безопасного удаления отходов с этих предприятий будет полностью решена.

В результате всестороннего и объективного обсуждения проблемы, протекавшего в весьма дружеской обстановке, совещание согласилось с основными положениями платформы экспертов и пришло к выводу, что по ряду важных научных и технических проблем доклад Бриниельсона ответов не дает, почему совещание и не может в настоящее время сформулировать или рекомендовать конвенцию или другое международное соглашение.

Радиоактивные отходы стали крайне острой проблемой нашего времени. Если на заре развития энергетики мало кто думал о необходимости хранения отработанного материала, то сейчас эта задача стала крайне актуальной. Итак, почему же все так забеспокоились?

Радиоактивность

Это явление было открыто в связи с изучением связи люминесценции и рентгена. В конце XIX века в ходе серии экспериментов с соединениями урана французский физик А. Беккерель обнаружил до этого неизвестный проходящий через непрозрачные предметы. Он поделился своим открытием с супругами Кюри, которые занялись его изучением вплотную. Именно всемирно известные Мари и Пьер обнаружили, что свойством обладают все соединения урана, как и он сам в чистом виде, а также торий, полоний и радий. Их вклад был поистине неоценимым.

Уже позднее стало известно, что все химические элементы, начиная с висмута, в том или ином виде радиоактивны. Ученые задумались и о том, как можно использовать процесс ядерного распада для получения энергии, и смогли инициировать и воспроизвести его искусственно. А для измерения уровня излучения был изобретен дозиметр радиации.

Применение

Помимо энергетики радиоактивность получила широкое применение и в других отраслях: медицине, промышленности, научных исследованиях и сельском хозяйстве. При помощи этого свойства научились останавливать распространение раковых клеток, ставить более точные диагнозы, узнавать возраст археологических ценностей, следить за преобразованием веществ в различных процессах и т. д. Список возможных применений радиоактивности постоянно расширяется, так что даже удивительно, что вопрос утилизации отработанных материалов стал таким острым лишь в последние десятилетия. А ведь это не просто мусор, который можно легко выбросить на свалку.

Радиоактивные отходы

Все материалы имеют свой срок службы. Это не исключение и для элементов, используемых в атомной энергетике. На выходе получаются отходы, все еще обладающие излучением, но уже не имеющие практической ценности. Как правило, отдельно рассматривается использованное которое может быть переработано или применено в других сферах. В данном же случае речь идет просто про радиоактивные отходы (РАО), дальнейшее применение которых не предусматривается, поэтому от них необходимо избавляться.

Источники и формы

В связи с разнообразием вариантов использования отходы также могут иметь разное происхождение и состояние. Они бывают как твердыми, так и жидкими или газообразными. Источники могут быть тоже самыми различными, поскольку в том или ином виде подобные отходы часто возникают при добыче и обработке полезных ископаемых, в том числе нефти и газа, также существуют такие категории, как медицинские и промышленные РАО. Есть и природные источники. Условно все эти радиоактивные отходы подразделяются на низко-, средне- и высокоактивные. В США также выделяют категорию трансурановых РАО.

Варианты

Довольно долгое время считалось, что захоронение радиоактивных отходов не требует специальных правил, было достаточно лишь рассеять их в окружающей среде. Однако позже было обнаружено, что изотопы имеют свойство накапливаться в определенных системах, например, тканях животных. Это открытие изменило мнение по поводу РАО, поскольку в этом случае вероятность их перемещения и попадания в человеческий организм с пищей становилась достаточно высокой. Поэтому было принято решение разработать некоторые варианты того, как нужно поступать с отходами этого типа, особенно это касается категории высокоактивных.

Современные технологии позволяют максимально нейтрализовать опасность, исходящую от РАО, путем их обработки различными способами либо помещения в безопасное для человека пространство.

1. Витрификация. По-другому эта технология называется остеклованием. При этом РАО проходят несколько стадий обработки, в результате которых получается достаточно инертная масса, помещаемая в специальные контейнеры. Далее эти емкости отправляют в хранилище.
2. Синрок. Это еще один метод нейтрализации РАО, разработанный в Австралии. В данном случае в реакции используется специальное сложное соединение.
3. Захоронение. На данном этапе ведется поиск подходящих мест в земной коре, куда можно было бы поместить радиоактивные отходы. Наиболее перспективным представляется проект, согласно которому отработанный материал возвращается в
4. Трансмутация. Уже разрабатываются реакторы, способные превратить высокоактивные РАО в менее опасные вещества. Одновременно с нейтрализацией отхода они способны вырабатывать энергию, так что технологии этого направления считаются крайне перспективными.
5. Удаление в космическое пространство. Несмотря на привлекательность этой идеи, она имеет массу недостатков. Во-первых, этот способ довольно затратный. Во-вторых, есть риск аварии ракеты-носителя, которая может стать катастрофой. Наконец, засорение космического пространства подобными отходами через некоторое время может обернуться большими проблемами.

Правила утилизации и хранения

В России обращение с радиоактивными отходами регламентируется прежде всего федеральным законом и комментариями к нему, а также некоторыми связанными документами, например, Водным кодексом. Согласно ФЗ все РАО должны быть захоронены в максимально изолированных местах, при этом не допускается загрязнение водных объектов, отправка в космос также запрещена.

Для каждой категории существует свой регламент, кроме того, четко определены критерии отнесения отходов к тому или иному виду и все необходимые процедуры. Тем не менее, у России есть масса проблем в этой области. Во-первых, захоронение радиоактивных отходов может очень скоро стать нетривиальной задачей, ведь в стране не так уж много специально оборудованных хранилищ, и довольно скоро они будут заполнены. Во-вторых, не существует единой системы управления процессом утилизации, что серьезно затрудняет контроль.

Международные проекты

С учетом того, что хранение радиоактивных отходов стало наиболее актуальным после прекращения многие страны предпочитают сотрудничать в этом вопросе. К сожалению, единого мнения в данной области достичь пока не удалось, но обсуждение различных программ в ООН продолжается. Наиболее перспективными кажутся проекты построить большое международное хранилище радиоактивных отходов на малозаселенных территориях, как правило, речь идет о России или Австралии. Однако граждане последней активно протестуют против этой инициативы.

Последствия облучения

Практически сразу после открытия явления радиоактивности стало ясно, что оно негативно воздействует на здоровье и жизнь человека и других живых организмов. Исследования, которые супруги Кюри вели на протяжении нескольких десятков лет, в итоге привели к тяжелой форме лучевой болезни у Марии, хотя она дожила до 66 лет.

Этот недуг является основным последствием воздействия радиации на человека. Проявление этой болезни и ее тяжесть в основном зависят от общей полученной дозы излучения. Они могут быть как довольно легкими, так и стать причиной генетических изменений и мутаций, влияя таким образом на следующие поколения. Одной из первых страдает функция кроветворения, зачастую у пациентов наблюдаются те или иные формы рака. При этом в большинстве случае лечение оказывается достаточно неэффективным и заключается лишь в соблюдении асептического режима и устранении симптомов.

Профилактика

Предотвратить состояние, связанное с воздействием радиации, довольно несложно - достаточно не попадать в зоны с ее повышенным фоном. К сожалению, это не всегда возможно, ведь многие современные технологии задействуют активные элементы в том или ином виде. Кроме того, далеко не все носят с собой портативный дозиметр радиации, чтобы знать, что они попали в местность, длительное нахождение в которой может причинить вред. Тем не менее, существуют определенные меры профилактики и защиты от опасного излучения, хотя их не так уж много.

Во-первых, это экранирование. С этим сталкивались почти все, пришедшие на рентген определенной части тела. Если речь идет о шейном отделе позвоночника или черепе, врач предлагает надеть специальный фартук, в который вшиты элементы свинца, который не пропускает радиацию. Во-вторых, поддержать сопротивляемость организма можно, принимая витамины С, В 6 и Р. Наконец, существуют специальные препараты - радиопротекторы. Во многих случаях они оказываются очень эффективными.

Неуклонное развитие атомной энергетики с неизбежностью ставит вопрос о необходимости обеспечения радиационной безопасности для населения и окружающей природной среды. Сравнительно редко происходившие радиационные аварии (в большой части на заре становления атомной энергетики – табл. 1) имели огромное эмоциональное воздействие на население, приведшее к чрезвычайной боязни невидимой радиационной угрозы (т.н. радиофобии).

Таблица 1

Наиболее значимые аварии на объектах атомной энергетики (по: Бекман, 2005; Сивинцев, Хрулев, 1995; Чернобыль..., 1990; Снакин и др., 2012)

Росту негативных настроений способствовал также недостаток информации по этому вопросу, как вследствие ограниченности наших знаний, так и по причине секретности большинства радиационных проектов в России и за рубежом. Уральские аварии, имевшие место в 1949–1967 гг., привели к обширным загрязнениям окружающей среды радиоактивными отходами предприятия ядерно- оружейного комплекса ПО «Маяк» (г. Озёрск Челябинской области – рис. 1). В результате радиационных аварий и инцидентов на объектах ПО «Маяк» к концу 1960-х гг. произошло радиоактивное загрязнение промышленной зоны предприятия и части территорий Челябинской, Свердловской и Курганской областей.

Рис. 1. Субъекты Российской Федерации, затронутые воздействием ПО «Маяк»

Основными причинами загрязнения являются: сбросы жидких радиоактивных отходов (ЖРО) в бассейн р. Течи с 1949 по 1956 г., приведшие к загрязнению акваторий Течи и Исети; взрыв ёмкости-хранилища радиоактивных отходов (РАО) в 1957 г., в результате которого образовался Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС); ветровой разнос с оз. Карачай радиоактивных отходов в 1967 г. (Карачаевский след), а также технологические выбросы радионуклидов в результате производственной деятельности ПО «Маяк». Современная ситуация характеризуется наложением радиоактивных полей этих событий, усложнённым гидрометеорологическими и ландшафтными факторами.

Вышеуказанные инциденты существенно различаются по своему характеру (водный и воздушный пути поступления радионуклидов в окружающую среду) и последствиям. Необходимо отметить неравномерность выпадения радионуклидов и особенности их миграции в различных объектах окружающей среды. Отдельные компоненты окружающей среды аккумулируют радионуклиды, другие являются транзитной средой. Содержание долгоживущих радионуклидов 137 Cs и 90 Sr в р. Теча постепенно снижается, однако имеет место систематическое загрязнение воды за счёт фильтрации радионуклидов из Теченского каскада водоёмов, содержащих радиоактивные отходы. Кроме того, сохраняется угроза массированного загрязнения реки в случае нарушения целостности плотин при землетрясении или террористическом акте. Для ВУРСа и Карачаевского следа характерно снижение вовлечения радионуклидов в пищевые цепочки, обусловленное процессами радиоактивного распада, физико-химического связывания и миграции (Костюченко, 2005).

Радиоактивному загрязнению подверглись природные воды, почвы, растительность, животный мир и человек. Для минимизации последствий радиоактивного загрязнения территорий проводились различные защитные мероприятия. По прошествии многих лет после аварии встаёт проблема возврата в хозяйственное использование ранее загрязнённых озёр, рек, пастбищ, лесов и др., что требует серьёзного обоснования, знания радиационно-экологических закономерностей поведения радионуклидов в объектах внешней среды.

О ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО «МАЯК»

В 1945 г. в целях реализации атомного проекта для обеспечения обороны и безопасности страны правительство Советского Союза приняло решение создать на Южном Урале один из специальных промышленных объектов, известный в настоящеевремя как Производственное объединение «МАЯК» (ПО «Маяк»).

Производственное объединение «Маяк» – первое в СССР предприятие по промышленному получению плутония-239, выросшее на базе Комбината № 817, расположено на севере Челябинской области, в 70 километрах от миллионного Челябинска, близ старинных уральских городов Кыштым и Касли. Предприятие было построено сразу же по окончании Второй Мировой войны для решения беспрецедентно сложных научно-технических и производственных задач по созданию ядерного оружия Советского Союза. В течение десятилетий достижение военно-политических целей отодвигало на второй план задачи охраны окружающей среды. Чрезвычайно высокие темпы разработки уникального технологического оборудования, строительства и ввода в эксплуатацию новых производств, отсутствие научных знаний и технологического опыта породили серьёзные проблемы в области охраны окружающей среды и здоровья человека. В условиях острого дефицита ресурсов и времени принимались упрощённые схемы обращения с радиоактивными отходами (РАО).

Вплоть до осени 1951 г. жидкие отходы сбрасывались в р. Теча. В последующий период в качестве хранилищ жидких радиоактивных отходов (ЖРО) использовались естественные и искусственные водоёмы (отходы с наиболее высокими уровнями активности сбрасывались с осени 1951 г. в водоём В-9 – оз. Карачай). Значительными в 1950–60-х гг. были также газоаэрозольные выбросы радиоактивных веществ через высокие (до 150 м) трубы в атмосферу. Впоследствии была создана эффективная система газоочистных установок (Стукалов, Ровный, 2009).

ПО «Маяк» представляет собой особое режимное предприятие: огороженная и охраняемая территория занимает примерно 200 км 2 (что, правда, в десятки раз меньше, чем территория «родственного» Хэнфордского атомного комплекса в США). Все главные производства здесь располагались и располагаются по южному берегу «технического» оз. Кызыл-Тяш, а в 10 км от промышленной зоны, между озёрами Кызыл-Тяш и Иртяш, находится жилой центр ПО «Маяк» – город Озёрск, известный сначала как Челябинск-40, затем как Челябинск-65. Жизнь города непосредственно связана с деятельностью комбината (Евсеев, 2003).

В настоящее время приняты следующие оценки поступления радионуклидов во внешнюю среду:
1) сброс жидких РАО в р. Теча в период 1949–1956 гг. оценивается в объёме 76 млн м 3 сточных вод суммарной активностью 2,75 МКи. В составе сброса 90 Sr – 11,6 %; 137 Cs – 12,2 % (Дектева и др., 1992). Следует заметить, что вся документация по учёту сброса с радиохимического завода в Течу в период его пуска и освоения (1948–1951 гг.) была уничтожена, поэтому все основные данные для этого периода сбросов жидких РАО получены в середине 1950-х годов расчётным методом (Ликвидация…, 2006);
2) взрыв хранилища (банки № 14) высокорадиоактивных отходов 29 сентября 1957 г. Из выброшенных в атмосферу 20 МКи, загрязнение, оцениваемое в 18 МКи, выпало в районе промплощадки предприятия, а 2 МКи распространилось в северо-восточном направлении от промзоны ПО «Маяк» образовав Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). При картографировании в 1958 г. площадь следа была выделена изолинией плотности загрязнения 0,2 Ки/км 2 по 90 Sr (протяжённость следа около 300 км при ширине от 6 до 15 км). В составе выброса доля 90 Sr составляла 5,4 %, а 137 Сs – меньше 1 % (Ликвидация…, 2006);
3) в результате ветрового рассеяния радиоактивных отложений оз. Карачай в апреле–мае 1967 г. было выброшено в атмосферу 0,6 МКи радионуклидов (Резонанс..., 1991). В составе выброса: 90 Sr+ 90 Y – 34 %; 137 Cs – 48 %. Впоследствии загрязнённая в результате этого инцидента территория была названа Карачаевским следом;
4) результаты радиационного мониторинга плутония (по изотопам 238 Pu и 239+240 Pu) показали, что, помимо аварийных ситуаций, одним из основных источников наличия плутония в окружающей среде ПО «Маяк» являются также регламентные технологические выбросы в атмосферу (Бакуров, Ровный, 2006).

Оценка общей площади распространения радиоактивного загрязнения на ВУРСе неоднозначна. В ряде архивных документов общая площадь загрязнённой территории по состоянию на 1957 г. в границах 0,1 Ки/км 2 по 90 Sr оценивалась в 8,8 тыс. км 2 . Значения 0,1 Ки/км 2 были самыми низкими и принимались в качестве достоверно детектируемой фоновой плотности загрязнения. На территорию в границах зоны 2 Ки/км 2 по 90 Sr был распространён официальный статус «радиоактивно загрязнённой площади», подлежащей применению мер радиационной защиты населения. Эта территория представляет собой полосу, шириной 4–6 км и протяжённостью 105 км. Её площадь составляет около1000 км2 (Восточно-Уральский…, 2000; Ликвидация…, 2006). В пойме р. Теча были изъяты из землепользования 8 тыс. га земель.

Основным фактором, определяющим степень радиационного воздействия на население, является плотность радиоактивного загрязнения местности долгоживущими радионуклидами. Разнесённая в результате взрыва и ветрового рассеяния смесь радиоактивных продуктов преимущественно состояла из короткоживущих радионуклидов: 144 Ce, 144 Pr, 95 Zr, 95 Nb. Главную долговременную опасность представлял долгоживущий 90 Sr c периодом полураспада 28,6 лет (Физические величины, 1991).

Основными причинами, по которым 90 Sr был принят в качестве реперного радионуклида, по содержанию которого оценивается уровень радиоактивного загрязнения местности, являются: период полураспада (который достаточно велик и долгое время будет определять радиоактивность территорий); его достаточно высокое содержание 90 Sr в выбросах, отчего он играл и продолжает играть основную роль в формировании доз долговременного облучения живых организмов.

В табл. 2 приведены экспериментально определённые (в границах 0,3 Ки/км 2) площади загрязнения 90 Sr и 137 Cs почв, а также депонированные активности на территории влияния ПО «Маяк».

Таблица 2

Оценки степени загрязнения в зоне влияния ПО «Маяк»

Территории, подвергшиеся радиоактивному загрязнению, в соответствии с федеральными законами № 1244-1 от 15.05.1999, № 175 от 26.11.1998, № 122 от 22.08.2004 подразделяются на следующие зоны: отчуждения, отселения, проживания с правом на отселение.

В зоне отчуждения на территории Российской Федерации запрещается постоянное проживание населения, ограничивается хозяйственная деятельность и природопользование. Критериями отчуждения являются плотности загрязнения: по цезию-137 от 40 Ки/км 2 , по стронцию-90 от 15 Ки/км 2 .

Зона отселения – часть территории за пределами зоны отчуждения, на которой плотность загрязнения почв цезием-137 составляет свыше 15 Ки/км 2 или стронцием-90 – свыше 3 Ки/км 2 , или плутонием-239 и 240 – свыше 0,1 Ки/км 2 . Первоначально, с 1958 до 1999 гг., в качестве критерия отселения был принят уровень плотности загрязнения по стронцию-90 в 4 Ки/км 2 .

Зона проживания с правом на отселение – часть территории за пределами зоны отчуждения и зоны отселения с плотностью загрязнения почв цезием-137 от 5 до 15 Ки/км 2 .

Масштабы аварий проявляются также в объёме материальных затрат, направленных на ликвидацию острых последствий происшедших инцидентов.

Для защиты населения от радиационного воздействия при контактах с р. Теча возведены ограждения и введена охрана поймы в пределах населённых пунктов. Осуществлено строительство водопроводов.

Проведена эвакуация населения из наиболее неблагополучных населённых пунктов. В период 1955–1960 гг. было переселено 7 500 жителей из 23 населённых пунктов.

После установления границ ВУРСа в 1958 г. из хозяйственного пользования было выведено 59 тыс. га земель в Челябинской обл. и 47 тыс. га в Свердловской обл., из которых 55 % составляли сельхозугодия. Институтом промышленной экологии (Екатеринбург) рассчитан общий ущерб, нанесённый Челябинской области, который составил 11,1 млрд руб. в ценах 1991 г. Величина экономического ущерба производственно-хозяйственному комплексу Свердловской области, по данным Института экономики УрО РАН, составила 3 362,3 млн руб. в ценах 1991 г., или 1 921,3 млн долларов США.

Загрязнение р. Теча произошло в результате санкционированного и аварийного сбросов жидких радиоактивных отходов реакторов ПО «Маяк» в открытую гидрографическую сеть.

Река Теча с момента ввода в эксплуатацию ПО Маяк» в 1949 г. использовалась для плановых и аварийных сбросов жидких отходов. На рис. 2 представлена карта-схема р. Теча и населённых пунктов на её берегах. До 1951 г. сброс осуществлялся непосредственно в существовавший пруд, включённый впоследствии в систему промышленных водоёмов.

Рис. 2. Схема р. Теча и населённых пунктов на её берегах

В ноябре 1951 г. сброс жидких радиоактивных отходов радиохимического производства в р. Теча был прекращен и осуществлялся в оз. Карачай. С этого этого времени в р. Теча продолжали поступать низкоактивные охлаждающие воды промышленных реакторов, дренажные и хозяйственно-бытовые воды. На рис. 3 представлена схема промышленных водоёмов в различные годы (Мокров, 2002).

Рис. 3. Схема промышленных водоёмов в разные годы и в настоящее время: В-1–В-11 – водоёмы; П-1–П-11 – плотины; ЛБК – левобережный канал, ПБК – правобережный канал

В табл. 3 приводятся данные о среднегодовых сбросах жидких радиоактивных отходов в 1949–1956 гг.

В табл. 4 представлена информация о радионуклидном составе жидких радиоактивных отходов, сброшенных в водоём 3 (В-3) в 1949–1956 гг. (Источники..., 2000)

Таблица 3

Среднегодовые сбросы жидких радиоактивных отходов в 1949–1956 гг.

Таблица 4

Радионуклидный состав жидких радиоактивных отходов, сброшенных в водоём 3 в 1949–1956 гг. (% суммарной активности)

В 1949–1951 гг. была сброшена основная масса радиоактивных нуклидов (около 12 ПБк стронция-90, 13 ПБк цезия-137, 10 6 ПБк короткоживущих радионуклидов). В период с 1951 по 1956 гг. интенсивность сбросов активности в речную систему снизилась в 100 раз, а после 1956 г. среднеактивные отходы стали поступать в открытую гидросеть в небольших количествах. За период с 1949 по 1956 гг. в экосистему р. Теча попало порядка 76 млн м 3 сточных радиоактивных вод, общей активностью по бета-излучению 2,75 МКи.

Из всего количества сброшенных в открытую гидрографическую сеть техногенных радионуклидов около 75 % задерживалось в болотистой пойме и донных отложениях в верховьях реки. Наибольшая аккумуляция радионуклидов в верховье реки объясняется наличием там заболоченной поймы, в которой имеются значительные торфяные отложения с максимальной сорбционной ёмкостью по сравнению с суглинками и супесями, характерными для более узкой поймы среднего и нижнего течения.

Около 80 % всей площади поймы реки, на которой было аккумулировано до 98 % всей активности радионуклидов, депонированных в пойменных и русловых наносах, было изолировано путём создания каскада водоёмов. В 1956 г. долина была перекрыта глухой плотиной, и поступление радиоактивных веществ в нижележащие участки реки сократилось до уровней около 0,5 Ки/сутки. Строительство ещё одной плотины в 1963–1964 г. почти полностью изолировало гидрохимические объекты предприятия, при этом образовался Течинский каскад водоёмов (ТКВ).

Начиная с 1964 г. и по настоящее время, т.е. в период, когда сбросы жидких радиоактивных отходов в р. Теча полностью прекращены и наиболее загрязнённая часть реки практически изолирована от нижерасположенных участков плотинами, основными источниками поступления радионуклидов в реку являются:

• два обводных канала: левобережный (ЛБК) и правобережный (ПБК), по которым отводятся поверхностные паводковые воды; ЛБК регулирует сток воды из Иртяшско-Каслинской системы озёр, а ПБК – сток р. Мишеляк;
• фильтрация воды из консольного водоёма ТКВ через тело плотины 11;
• пойменные участки реки, расположенные ниже плотины водоёма № 11, загрязнённые ранее в результате разлива реки. К ним, в частности, относится заболоченная территория по обеим сторонам реки, площадью около 30–40 км 2 с запасом активности примерно 6 ККи по стронцию-90, 9 ККи по цезию-137 и 11 Ки по изотопам плутония. Повышенная сорбционная ёмкость заболоченных почв обусловила высокие уровни их загрязнения во время разливов реки, и в настоящее время Асановские болота являются постоянным источником вторичного загрязнения речной воды в результате смыва содержащихся в них радионуклидов паводковыми и поверхностными водами.

Водно-балансовые расчёты, осуществленные специалистами ПО «Маяк», показывают, что в условиях установившейся в регионе положительной водности из консольного водоёма ТКВ происходит фильтрация воды через тело плотины 11 и боковые дамбы, через ЛБК и ПБК.

В целом, общий сток р. Теча формируется под влиянием двух основных факторов:

1. природной подпитки: паводковые воды, дождевые воды, грунтовые воды, притоки реки;
2. техногенной подпитки: воды ПБК и ЛБК, фильтрационные воды через тело плотины 11.

Существенный вклад в перераспределение радионуклидов вносят процессы десорбции радионуклидов из донных отложений и смыв радионуклидов с водосборной площади реки.

В период максимальных сбросов объёмная активность бета-излучающих радионуклидов в воде достигала 10 5 –10 6 Бк/л, в донных отложениях 10 7 –10 8 Бк/кг. Радиоактивному загрязнению подверглись все компоненты речной экосистемы. В этот период наблюдалась массовая гибель ряда водных организмов (крупные моллюски, речные раки, бентосные рыбы, водоплавающие птицы и др.) на расстояниях до 100–200 км от источника сбросов. После прекращения сбросов водная экосистема существенно очистилась от радионуклидов, но и до настоящего времени загрязнение речной системы и заболоченной поймы (прежде всего в районе «Асановских болот») в 100–100 000 раз превосходит значения регионального фона, не связанного с произошедшими инцидентами, для 90 Sr, 137 Cs и изотопов плутония (Стукалов, Ровный, 2009).

Мониторинг состояния загрязнения воды за 1990–2005 гг. показал, что концентрация изотопа стронция-90 меняется во времени из-за его переноса (вторичного загрязнения) из верховья реки. Максимальная концентрация изотопа стронция-90 с 1994 г. наблюдалась в 2004 г. и составляла 50,1 Бк/л в створе с. Муслюмово, что в 10 раз превышало уровень вмешательства (УВ) для стронция-90 по НРБ-99/2009.

В настоящее время, согласно «Государственному докладу» (2011), в среднем и нижнем течении р. Теча 90 Sr является основным дозообразующим радионуклидом для воды. Среднегодовая объёмная активность 90 Sr в воде р. Течи (пос. Муслюмово) в 2010 г. была в 1,5 раза выше, чем в 2009 г. и составляла 18,5 Бк/л. Это значение в 3,7 раза выше уровня вмешательства (УВ) для населения по НРБ-99/2009 и более чем на 4 порядка выше фонового уровня для рек России. В воде р. Исеть (пос. Мехонское), после впадения в неё рек Теча и Миасс, среднегодовая объёмная активность 90 Sr увеличилась примерно в 1,5 раза и составляла 1,4 Бк/л, что в 3,6 раза ниже УВ.

Следует отметить, что 90 Sr более чем на 95 % находится в водорастворимом состоянии и поэтому мигрирует на большие расстояния по гидрографической системе.

В водах рек Караболка и Синара, протекающих по территории ВУРСа, среднегодовая объёмная активность 90 Sr также сохранилась примерно на уровне 2009 г. и составляла 1,1 и 0,2 Бк/л соответственно.

В р. Теча наблюдалось и повышенное содержание трития по сравнению с фоновыми уровнями для рек России. Среднегодовая объёмная активность трития в 2010 г. в р. Теча (пос. Муслюмово, отбор проб производился семь месяцев) составляла 226 Бк/л, что превышает фоновый уровень (2,2 Бк/л) более чем в 100 раз (Государственный доклад…, 2011).

В настоящее время р. Теча остается наиболее загрязнённой в Азиатской части России, т. к. происходит регулярный вынос радионуклидов из Асановских болот и, вследствие фильтрации вод через плотину из искусственных и естественных водоёмов на территории ФГУП ПО «Маяк», в обводные каналы.

Несмотря на существенное ограничение поступления радионуклидов в р. Теча в связи с прекращением прямых сбросов жидких радиоактивных отходов, а также в связи со строительством в 1951–1964 гг. плотин и обводных каналов, загрязнение воды в реке радионуклидами до сих пор остается достаточно высоким.

Таким образом, следует отметить следующие основные закономерности распределения радиоактивности в р. Теча:

1. В настоящее время основными дозообразующими радионуклидами в экосистеме р. Теча являются стронций-90 и цезий-137.
2. Цезий-137 в силу своих физико-химических свойств в основном сорбирован в пойменных почвах в верхнем течении реки; его концентрации в воде низкие, менее 1 Бк/л, что гораздо ниже УВ по НРБ-99 для данного изотопа.
3. Стронций-90, находясь в хорошо растворимой форме, подвижен и обнаруживается в больших концентрациях в воде (превышает УВ по НРБ-99), хорошо мигрирует вниз по течению реки, обуславливая загрязнение реки вплоть до её впадения в р. Исеть.
4. Концентрации стронция-90 находятся в обратной зависимости от водности реки (расходов воды). Однако иногда эта взаимозависимость нарушается, что может быть связано с дополнительным поступлением радионуклидов в открытую гидрографическую сеть в верхнем течении реки.

29 сентября 1957 г. в 16:22 из-за выхода из строя системы охлаждения произошёл взрыв ёмкости объёмом 300 м 3 , где содержалось около 80 м 3 высокорадиоактивных ядерных отходов. Взрывом, оцениваемым в десятки тонн в тротиловом эквиваленте, ёмкость была разрушена, бетонное перекрытие толщиной 1 м весом 160 т отброшено в сторону, в атмосферу было выброшено около 20 МКи (7,4·10 17 Бк) радиоактивных веществ (144 Ce+ 144 Pr, 95 Nb+ 95 Zr, 90 Sr, 137 Cs, изотопы плутония и др.), из которых примерно 18 МКи выпало на территории ПО «Маяк», а около 2 МКи – за её пределами, образовав Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС). Непосредственно от взрыва никто не погиб.

Часть радиоактивных веществ была поднята взрывом на высоту 1–2 км и образовала облако, состоящее из жидких и твёрдых аэрозолей. В течение 10–11 часов радиоактивные вещества выпали на протяжении 300–350 км в северо-восточном направлении от места взрыва.

Первая радиационная съёмка территории вблизи аварийного сооружения и в отдалённых точках промышленной площадки ПО «Маяк» была закончена к ночи 30 сентября 1957 г. Результаты оперативных измерений показали, что мощность экспозиционной дозы гамма-излучения на обследованной территории достигает чрезвычайно высоких значений.

В течение 10–20 октября 1957 г. силами ЦЗЛ ПО «Маяк» была проведена первая радиационная съёмка территорий Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей, подвергшихся радиоактивному загрязнению. Съёмка проводилась с использованием радиометров, установленных на автомобилях. Она позволила установить масштабы загрязнения территорий, расположенных в отдалённой от взрыва зоне.

В ноябре – декабре 1957 г. силами ЦЗЛ ПО «Маяк» и Института прикладной геофизики Госкомгидромета СССР было проведено уточнение реальных масштабов радиационного загрязнения на территории от предприятия до г. Каменск-Уральского Свердловской области (105 км) (Хохряков и др., 2002).

Наземные и водные экосистемы территории ВУРСа (озёра Урускуль, Бердениш, Кожакуль, р. Караболка, болото Бугай и др.) были загрязнены радиоактивными веществами. В головной части следа наблюдалась массовая гибель отдельных звеньев экосистем (сосна, ряд видов травянистых растений, почвенная фауна и др.). Суммарная бета-активность воды достигала в начальный период 1000–10 000 Бк/л; уровни загрязнения почвы в головной части ВУРСа достигали 2000 Ки/км 2 и выше. Основную роль в долговременном загрязнении наземных и водных систем играет 90 Sr (Стукалов, Ровный, 2009).

Для предотвращения разноса радионуклидов в 1959 г. решением правительства была образована санитарно-защитная зона на наиболее загрязнённой части радиоактивного следа, где всякая хозяйственная деятельность была запрещена. В 1958 г. территории с плотностью загрязнения стронцием-90 свыше 2 Ки/км 2 общей площадью около 1000 км 2 были выведены из хозяйственного оборота. Населённые пункты с этой территории были эвакуированы. Но на границе зоны с плотностью 2 Ки/км 2 остались несколько населённых пунктов, в том числе Татарская Караболка (около 500 жителей) и Мусакаево (около 100 жителей).

Следует отметить, что жители населённых пунктов, находящихся практически вне следа, использовали в хозяйственных нуждах (заготовка сена, выпас скота) территории, где уровень загрязнения 90 Sr доходил до значений 100 Ки/км 2 по состоянию на 1957 г. В результате почвы приусадебных участков подверглись вторичному загрязнению (в качестве удобрения использовался навоз, обогащенный 90 Sr).

ОБРАЗОВАНИЕ КАРАЧАЕВСКОГО СЛЕДА

С октября 1951 г. главный поток жидких радиоактивных отходов производства был направлен в естественное болото верхового типа Карачай (превратившееся в результате в искусственное озеро под названием «Водоём В-9»), где постепенно накопилось, по официальным данным, более 120 МКи активности, из них 40 % стронция-90 и 60 % цезия-137. Радионуклиды до начала работ по засыпке водоёма распределились ориентировочно следующим образом: 7 % – в воде, 41 % – в суглинках ложа водоёма, 52 % – в подвижных донных отложениях.

В апреле 1967 г. были отмечены повышенные выпадения радиоактивных веществ в районе, прилегающем к промышленнй зоне ПО «Маяк». Радиоактивные выпадения были обусловлены ветровым переносом радиоактивной пыли с оз. Карачай, вызванным необычными по сравнению со средними многолетними погодными условиями:

• недостаточным количеством атмосферных осадков в течение зимнего периода времени 1966–1967 гг.;
• ранней и сухой весной;
• наличием сильных порывистых ветров.

По данным метеорологической станции предприятия, в течение декабря–марта выпало около 36 мм осадков, что составляло всего лишь 10 % средней многолетней нормы, характерной для этого периода времени. Ранняя весна привела к тому, что уже к 20 марта снеговой покров отсутствовал и верхний слой почвы был сухим. Дальнейшее повышение температуры способствовало прогреву почвы и возникновению условий повышенного пылеобразования. В связи с резким понижением уровня воды в водоёме Карачай произошло оголение береговой полосы озера и вовлечение в пылеобразование радиоактивных донных отложений.

В течение апреля наблюдались высокие среднесуточные скорости ветра со значительной повторяемостью в секторе юго–юго-запад – запад–северо-запад (ЮЮЗ-ЗСЗ). Особенно сильные порывистые ветры отмечались 18 и 19 апреля, скорость их достигала 23 м/с.

Повышенные выпадения радиоактивных нуклидов (ветровой разнос обнаженных донных отложений оз. Карачай) были отмечены в конце первой – начале второй декады не только на территории, непосредственно прилегающей к оз. Карачай, но и в районе, расположенном в секторе северо-восток – восток (СВ-В) от промышленной площадки.

При чрезвычайно сильных ветрах 18–19 апреля наблюдались высокие концентрации радиоактивных аэрозолей в приземном слое воздуха. Так, 18 апреля на расстоянии 2 км от водоёма Карачай в направлении ветра от хранилища наблюдались концентрации бета-излучающих нуклидов в воздухе до 4·10 -12 Ки/л; 19 апреля на расстоянии 500 м от хранилища концентрация составляла 4·10 -9 Ки/л, а на расстоянии 12 км – 4·10 -10 Ки/л.

В то же время было отмечено повышение уровня мощности экспозиционной дозы (измерения выполнялись на высоте 1 м над поверхностью почвы) в стационарных пунктах наблюдения, расположенных в районах ОНИС, Худайбердинск, Кировское отделение, Аргаяшская ТЭЦ, в 2–3 раза.

В апреле–мае 1967 г. и в продолжение следующих месяцев были проведены исследования радиоактивного загрязнения территорий вокруг оз. Карачай. Проводились измерения плотности потока бета-частиц, обусловленного радиоактивными выпадениями, от поверхности почвы. Измерялись и значения мощности экспозиционной дозы на территории обследуемых районов. Одновременно определялись интенсивность и радионуклидный состав радиоактивных выпадений.

Радиохимическими и гамма-спектрометрическими определениями состава загрязнения, проведёнными на различных пробах объектов окружающей среды (фильтры, планшеты, естественная и культурная растительность, почва), установлено, что радиоактивное вещество было представлено долгоживущими радионуклидами, главным образом 90 Sr, 137 Cs и 144 Ce. Изотопный состав смеси радиоактивных веществ в различных пробах объектов окружающей среды был примерно одинаков и для дальнейших расчётов (по результатам контрольных измерений проб почвы) был принят следующим:

90 Sr+ 90 Y – 34 %; 137 Cs – 48 %; 144 Ce+ 144 Pr – 18 %.

По результатам дозиметрического обследования территории и определения радиоизотопного состава была составлена карта загрязнения территории, сложившегося в результате ветрового разноса радиоактивных веществ весной на 1967 г. (рис. 4а).

Рис. 4a. Схема загрязнения территории, сложившегося в результате ветрового разноса радиоактивных веществ весной 1967 г. (Хохряков и др., 2002)

Сложные метеорологические условия и продолжительное время действия источника поступления радиоактивных веществ в атмосферу вызвали загрязнение территории, расположенной в широком секторе с несколькими «языками» в соответствии с преимущественными в тот период времени направлениями ветров (Хохряков и др., 2002).

Суммарная активность выброшенных в атмосферу радионуклидов оценивалась величиной 0,6 МКи, а площадь загрязнения – 2700 км 2 (вне производственной территории ПО «Маяк») (Резонанс..., 1991; Последствия..., 2002).

К настоящему времени водное зеркало оз. Карачай практически отсутствует (засыпано бетонными плитами и грунтом). Однако на глубине сохраняется линза загрязнённых вод, которая движется в направлении рек Мишеляк и Теча.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВЫБРОСЫ РАДИОНУКЛИДОВ

Одним из значимых факторов, сформировавших загрязнение объектов окружающей среды и послуживших причиной повышенного облучения населения, явились регламентные (предусмотренные проектом) выбросы в атмосферу радиоактивных нуклидов из вытяжных труб ПО «Маяк».

Основным технологическим принципом защиты атмосферы от выбросов радиоактивных веществ являлся процесс разбавления и рассеивания радиоактивных газов и аэрозолей путём выброса их в атмосферу через высокие (высотой до 150 м) трубы (высокие источники выбросов). Кроме высоких выбросов эксплуатировалось несколько сот низких источников выбросов.

Радионуклиды, поступающие в атмосферу из низких источников выбросов, производят загрязнение окружающей среды в непосредственной близости от зданий и сооружений, на которых они расположены. Влияние такого типа выбросов на загрязнение окружающей среды в районе проживания населения пренебрежимо мало по сравнению с действием высоких источников, так как выбросы из последних распространяются на значительные расстояния. Через высокие источники выбросов в атмосферу поступали радионуклиды активационного происхождения (14 C, 41 Ar, 51 Cr, 54 Mn и т.п.), продукты деления (инертные радиоактивные газы, 90 Sr, 89 Sr, 95 Zr+ 95 Nb, 106 Ru+ 106 Rh, 131 I, 137 Cs, 144 Ce+ 144 Pr, и др.), а также альфа-излучающие нуклиды (239 Pu, 241 Am и т.п.) (Суслова и др., 1995).

В начальный период работы предприятия прямого контроля выбросов не было. О количествах радионуклидов, поступавших в атмосферу с аэрозолями, судили по результатам измерений уровней загрязнения объектов окружающей среды. При этом использовались данные измерений удельной бета-активности растительного покрова (трава), снега, почвы.

Впервые прямое определение мощности выброса радионуклидов в атмосферу из сбросной трубы завода «Б» было проведено в 1951 г.

Аэрозольные выбросы радионуклидов из труб заводов ПО «Маяк» в 1950–1960-х гг. привели к загрязнению почвы в районе предприятия до уровней порядка 10 13 Бк/км 2 по 90 Sr и 137 Cs и 10 10 Бк/км 2 по изотопам плутония. Одновременно радиоактивному загрязнению подверглись все компоненты наземных и водных экосистем, расположенных в зоне влияния источников выбросов (Стукалов, Ровный, 2009). До настоящего времени ПО «Маяк» продолжает работу, что естественно сопровождается новыми поступлениями радионуклидов в окружающую среду. Согласно «Государственному докладу…» (2011), повышенное содержание техногенных радионуклидов в приземном слое воздуха регулярно регистрируется и в районах, расположенных в 100-км зоне вокруг предприятия. Так, в п.г.т. Новогорный максимальная среднемесячная объёмная активность 137 Cs (4,6·10 –5 Бк/м 3) наблюдалась в августе 2010 г., что примерно в 125 раз выше среднегодового (фонового) уровня для территорий, расположенных вне загрязнённых зон.

Выпадения 137 Cs в 100-км зоне вокруг ПО «Маяк», усреднённые по 14 пунктам наблюдений, в 2010 г. остались примерно на уровне четырех предыдущих лет. Средняя годовая сумма выпадений 137 Cs из атмосферы в 2010 г. в этом районе составляла 5,1 Бк/м 2 ·год. Максимальные выпадения 137 Cs наблюдались в п.г.т. Новогорный – 15,7 Бк/м 2 ·год. Средняя величина выпадений 90 Sr за год вокруг ПО «Маяк» в 2010 г. незначительно увеличилась по сравнению с 2009 г. и составила 5,5 Бк/м 2 ·год, максимальные выпадения 90 Sr наблюдались в п.г.т. Новогорный – 16,9 Бк/м 2 ·год.

Таким образом, промышленная деятельность ПО «Маяк» привела к масштабному радиоактивному загрязнению компонентов наземных и водных экосистем Южного Урала (рис. 4б) вплоть до летальных уровней воздействия на отдельные звенья биоценозов (головная часть ВУРСа, р.Теча, Карачай, Старое Болото). Ряд экосистем выдержал радиационную техногенную нагрузку (основная территория ВУРСа, наземные экосистемы на территории промплощадки, озёра Татыш и Кызыл-Таш) (Стукалов, Ровный, 2009).

Рис. 4б. Ориентировочная схема распространения радиоактивного загрязнения почвы в результате деятельности ПО «Маяк»

Загрязнение земель, вызванное деятельностью ПО «Маяк», потребовало проведения их отчуждения, рекультивации и проведения работ по возращению этих земель для использования в хозяйственных целях. Изменились социально-экономические условия жизни на загрязнённых территориях. Площадь санитарно-защитной зоны по р. Тече в Челябинской области составила около 8,8 тыс. га. Меры, принятые в 1954 г., были направлены на исключение возможности использования населением воды р. Течи для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд, полива огородов и водопоя скота. Устанавливался запрет в границах весеннего разлива р.Течи на ловлю рыбы, охоту, выпас и стоянку скота, сенокошение и использование земли для строительства жилых и общественных зданий.

Организация охраняемой санитарной зоны в результате загрязнения радиоактивными отходами поймы рек Течи и Исети в пределах Курганской области создала определённые трудности с ведением поливного овощеводства и использованием части пастбищ и сенокосов. Было выведено из использования вдоль р. Течи более 5 тыс. га земель, в том числе пашни – 600 га, сенокосов и пастбищ – 3,2 тыс. га, более 600 га лесных угодий и других неудобных пойменных земель. Оценивая водоснабжение населения, следует отметить значительный дефицит питьевой воды.

Последствия аварии 1957 г. и реабилитационные меры по их устранению имели общий характер по всему ВУРСу с учётом уровня загрязнения территорий. На территории Челябинской области на пути распространения ВУРСа оказались территории с населением, занятым сельским хозяйством и добычей рудного и нерудного сырья.

В 1958 г. прекратили работу подразделения двух рудоуправлений Юго-Коневского и Боевского. Были прекращены работы геологоразведочных партий и других небольших предприятий различных отраслей (легкая, рыбная и т.д.). Важной проблемой стало закрытие и консервация объектов горнодобывающей промышленности. Добываемые предприятиями руды относились к категории стратегического сырья.

В зоне ВУРСа прекратили существование 12 колхозов, из пользования которых было выведено более 28 тыс. га сельскохозяйственных угодий, в том числе: пашни – около 19 тыс. га, пастбищ – почти 3 тыс. га, сенокосов – более 5 тыс. га (Хохряков и др., 1995).

За прошедшие 55 лет с момента аварии на ПО «Маяк», связанной с взрывом банки с высокоактивными радиоактивными отходами, и 45 лет с момента ветрового переноса донных отложений оз. Карачай в результате радиоактивного распада 90 Sr и 137 Сs радиационная обстановка значительно улучшилась.

Однако до сих пор сохраняется необходимость понимания степени опасности хозяйствования на значительных по площади загрязнённых территориях.