Моніторинг радіоактивних речовин у водоймах та ґрунтах

Значна частина ВВП України формується за рахунок сільського господарства, для якого ґрунти (передусім – орні землі) та водні ресурси мають першочергове значення. Вони є джерелом доходу як для держави, так і для приватних господарств. Для того, щоб володіти актуальною інформацією про їх безпечність та належний екологічний стан, а також зберегти від можливих негативних впливів, передусім – техногенного (антропогенного) забруднення, здійснюється регулярний екологічний та радіаційно-екологічний (радіаційний) моніторинг.

Радіаційно-екологічний (радіаційний) моніторинг довкілля – це комплексна інформаційно-технічна система регулярних спостережень за радіаційним станом навколишнього середовища, процесами міграції та накопичення радіонуклідів, потенційно небезпечними явищами тощо, яка реалізується за допомогою спеціального обладнання (систем, комплексів чи окремих приладів) для оцінювання та прогнозування радіаційного стану довкілля. У рамках радіаційного моніторингу довкілля виконуються вимірювання щільності забруднення радіонуклідами ґрунту та об’ємної активності радіонуклідів у повітрі, підземних, поверхневих та стічних водах, донних відкладах, біоті, продуктах харчування тощо.

Ґрунт та вода можуть бути джерелом як внутрішнього, так і зовнішнього опромінення і безпосередньо впливати на здоров’я людей, тому дуже важливо мати оперативні та достовірні дані про їхній радіаційний стан. Особливо це стосується ґрунтів сільськогосподарських угідь, пасовищ та водойм, з яких здійснюється водозабір для забезпечення водою населення. Метою цього матеріалу є ознайомлення читачів із інформацією про здійснення моніторингу радіоактивних речовин у ґрунтах та водоймах України, куди вони потрапляють безпосереднього зі скидами та викидами або через атмосферне перенесення та опади, тому в даному матеріалі також згадується  про радіаційний моніторинг атмосферного повітря.

Основними складовими радіоекологічного моніторингу довкілля є моніторинг радіоактивних випадінь з атмосфери, поверхневих та підземних водних ресурсів, радіаційний контроль сільськогосподарської продукції та продуктів харчування, продукції лісу та природних матеріалів, які можуть використовуватись у будівництві та побуті.

За нормами безпеки МАГАТЕ розрізняють моніторинг джерел, моніторинг довкілля та моніторинг опромінення людини (індивідуальний дозиметричний контроль). У 2018 році МАГАТЕ оприлюднило Загальне керівництво з техніки безпеки N. GSG-8 «Радіаційний захист населення та навколишнього середовища», у якому розглянуті механізми імплементації вимог Міжнародних базових стандартів безпеки, серії стандартів безпеки МАГАТЕ щодо захисту населення та довкілля від радіаційних ризиків.

Також існує підхід, за яким виділяють радіаційний моніторинг як складову екологічного моніторингу, що передбачає постійний контроль за потенційно небезпечними радіаційними об’єктами та здійснюється систематично за нормальних умов та в додаткових обсягах у разі виникнення аварійних ситуацій. Розрізняють базовий радіаційний моніторинг, що не вимагає розгортання додаткових станцій спостереження, кризових телекомунікацій; моніторинг територій, забруднених унаслідок аварійних ситуацій із викидом радіоактивних речовин у довкілля — кризовий та науковий, який реалізується підрозділами науково-дослідних установ, що працюють над розробкою програм та методик радіологічних досліджень.

У рамках радіаційного моніторингу довкілля здійснюють вимірювання питомої активності альфа-, бета-, гама-радіонуклідів та визначення кількості цезію-137 та стронцію-90 у об’єктах довкілля, зокрема щільності забруднення ґрунту та об’ємної активності води, адже від цього залежить кількість цих радіонуклідів у продуктах харчування, та, як наслідок, дози внутрішнього опромінення людини.

Головними завданнями радіоекологічного моніторингу є:

• спостереження та контроль за станом радіаційно забруднених територій та розробка пропозицій щодо можливості зниження рівня забруднення;
• оцінка стану об’єктів довкілля, які характеризують радіаційну ситуацію на забруднених територіях та за їх межами;
• виявлення тенденцій у зміні стану радіоактивного забруднення довкілля, які пов’язані з виконанням робіт на забруднених територіях або функціонуванні радіаційно-небезпечних об’єктів (АЕС, сховищ РАВ, відпрацьованого ядерного палива, урановидобувних підприємств тощо);
• прогнозування змін щодо рівня забруднення та його впливу на навколишнє середовище;
• прогнозування можливих наслідків впливу на стан здоров’я людей, що проживають на забруднених територіях та споживають продукти харчування місцевого виробництва;
• інформаційне забезпечення процесу спостереження та передача отриманої інформації у відповідні органи та установи.

Нормативно-правове регулювання моніторингової діяльності та контролю радіоактивних речовин у навколишньому середовищі здійснюється відповідно до ЗУ «Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку», де, зокрема, у статті 10 йдеться про права громадян на одержання інформації у сфері використання ядерної енергії та радіаційної безпеки.

Аналогічна діяльність регламентується відповідними законодавчими актами Європейського Союзу. Основними з них є Угода про заснування Європейського співтовариства з атомної енергії (Євратому), Директива Ради №59/2013/Євратом про базові стандарти радіаційної безпеки, Рекомендація Єврокомісії №473/2000/Євратом про застосування Статті 36 Угоди Євратома про моніторинг рівнів радіоактивності у довкіллі для оцінки опромінення населення.

Основна увага звертається на антропогенні радіонукліди цезій-137, йод-131 та стронцій-90, визначення достовірності дози внутрішнього опромінення шляхом здійснення вимірювальних заходів, у тому числі – у продуктах харчування та кормах для тварин. Стаття 36 зобов’язує усіх членів ЄС інформувати Європейську комісію про рівні радіаційного забруднення в межах своєї країни.

Міжнародне співробітництво у здійсненні радіаційно-екологічного моніторингу реалізується Україною у рамках Міжнародної геосферно-біосферної програми, Міжнародної програми «Людина і біосфера», програми Environmental Observance System (EOS), програми «Глобальне навчання і спостереження з метою покращення навколишнього середовища» (GLOBE), програми моніторингу прісних водойм UNEP/Water і полягає перш за все в інформуванні про стан довкілля.

Прикладом міжнародного співробітництва з проведення спільних вимірювань радіоактивності у навколишньому середовищі на забруднених внаслідок Чорнобильської аварії територіях стали тренування мобільних лабораторій радіаційного моніторингу Федерального відомства радіаційного захисту Німеччини та екіпажів українських організацій, у числі яких мобільна радіологічна лабораторія Державного науково-технічного центру з ядерної та радіаційної безпеки. У рамках тренувань було відпрацьовано не лише застосування сучасних методів аеромобільного гамма-знімання, за підтримки гелікоптерів Федеральної поліції Німеччини, але й відбір проб ґрунту для визначення щільності забруднення ґрунту цезієм-137, стронцієм-90 та іншими радіонуклідами з метою актуалізації картографічної інформації 1989 року.

Хто безпосередньо здійснює моніторинг

В Україні радіаційний та радіаційно-екологічний моніторинг ґрунтів та поверхневих водойм здійснюється організаціями сфери управління Мінагрополітики, Держводгоспу, Держагентства лісових ресурсів, Держслужби України з питань геодезії, картографії та кадастру, ДСП «Екоцентр», ДНДУ «Чорнобильський центр», які належать до сфери управління ДАЗВ (моніторинг водних ресурсів, повітря, ґрунту та біоти у Зоні відчуження і зоні безумовного (обов’язкового) відселення) ДУ «Інститут охорони ґрунтів», Український гідрометеорологічний інститут ДСНС та НАНУ, ЦГО та УКрГМЦ, Інститут геохімії навколишнього середовища НАНУ, лабораторії зовнішньої дозиметрії підприємств ядерно-паливного циклу та спеціалізованих підприємств з поводження із РАВ відповідно до Регламентів радіаційного контролю.

Також на АЕС та майданчиках ДСП «Об’єднанння Радон» діють автоматизовані системи контролю радіаційного стану (АСКРС), які дозволяють у режимі реального часу відстежувати радіаційну ситуацію на промисловому майданчику, у зоні спостереження та санітарно-захисній зоні ядерних установок та об’єктів по поводженню з РАВ. Інформація щодо значень потужності еквівалентної дози відображається і доступна для ознайомлення на вебсайтах АЕС, на сайті Міністерства енергетики України та Держатомрегулювання.

Про щільність забруднення ґрунту радіонуклідами можна дізнатись на сайті ДУ «Інститут охорони ґрунтів», та на сайтах департаментів екології та природних ресурсів обласних державних адміністрацій, у звітах ЦГО ДСНС також можна дізнатись про радіаційний стан поверхневих вод.

Окрім того, за радіаційним станом ґрунтів стежить установа «Держґрунтохорона», яка визначає питому активність цезію-137 (щорічно) та стронцію-90 (один раз на 5 років) в орному і підорному шарах ґрунту. Так, за період 2011 до 2015 років було проведено обстеження сільськогосподарських угідь у 1930 господарствах загальною площею 19,8 млн га, проведено 9,6 млн лабораторних аналізів 1,9 млн шт. зразків ґрунту на визначення в них вмісту 20-ти видів агрохімічних показників, у тому числі і вмісту радіонуклідів.

Якщо у ході систематичних спостережень виявлено збільшення потужності експозиційної (еквівалентної) дози 0,05 мР/год (0,5 мкЗв/год) і вище, то черговий диспетчер негайно інформує керівництво підприємства, оперативного чергового органу управління територіальної підсистеми ЄДС ЦЗ (Єдина державна система цивільного захисту) та оперативного чергового територіального органу ДСНС, після чого уточнює дані шляхом здійснення вимірювань та надсилає отримані дані черговому диспетчеру ДСНС. Їх передають розрахунково-аналітичній групі, яка узагальнює отриману інформацію та має подати її до управління територіальних підсистем до ЄДС ЦЗ.

У випадку, коли ситуація вимагає переведення ЄДС ЦЗ у режим підвищеної готовності, «члени розрахунково-аналітичної групи прибувають на визначене для роботи місце, та здійснюють прогнозування можливої радіаційної і хімічної обстановки, згідно з Методикою спостережень щодо оцінки радіаційної та хімічної обстановки, затвердженою Наказом МВС України № 986 від 27.11.2019.

Джерела забруднення довкілля радіонуклідами

Внаслідок аварії на ЧАЕС у навколишнє середовище — повітря, ґрунт, водні артерії — потрапила значна кількість радіонуклідів із різним періодом напіврозпаду.

Деякі із них, як, наприклад, йод-131, мають короткий період напіврозпаду, інші — кілька десятиліть (цезій-137 — 30 років, стронцій-90 — 29), але повний розпад цезію та стронцію триватиме століттями. І впродовж усього цього часу вони становитимуть небезпеку для довкілля та населення через зростання частки продуктів їх розпаду та накопичення радіонуклідів з тривалим періодом напіврозпаду, таких, як прометій-147, плутоній-239 та 240, америцій-241. Також слід нагадати, що територія забруднення не обмежується зоною відчуження і зоною безумовного (обов’язкового) відселення — загалом лише в Україні наслідки аварії відчули на собі площі 53,5 тис. км², з них 4 млн га лісів, 1,13 млн га – орних земель.

Частина ґрунтів, забруднених внаслідок аварії на ЧАЕС, були піддані дезактиваційним роботам, під час яких здійснювалися заходи задля зменшення переходу ізотопів у рослини, подекуди із зрізанням верхнього шару ґрунту та подальшого його захоронення в підґрунт на глибину 30–35 см, що дозволило понизити доступність радіонуклідів рослинами у 1,4–1,7 разів.

Радіонуклідному впливу піддались і водні артерії, зокрема Дніпро, адже саме в нього впадає Прип’ять – річка, на березі якої знаходиться однойменне місто-супутник ЧАЕС. Наразі, через 35 років після аварії, радіаційна обстановка змінилась, проте існуюча ситуація все ще становить небезпеку і тому потребує посиленого контролю та продовження моніторингових спостережень. Про результати радіаційного моніторингу річок зони відчуження можна дізнатися із Довідки про стан радіаційної безпеки та охорони праці у Зоні відчуження та безумовного (обов’язкового) відселення, підготовлену спеціалістами відділу радіаційної безпеки, охорони праці та цивільного захисту ДАЗВ України, ДСП «ЕКОЦЕНТР», сектору з охорони праці та радіаційної безпеки КМП ДП «ЦОТІЗ», про стан водойм області, у тому числі і ЧЗВ, — із Інформаційно-аналітичних оглядів стану довкілля.

Аварія на ЧАЕС — далеко не єдине джерело забруднення довкілля радіонуклідами. Такими є також промислові ядерні вибухи (на території України таких було здійснено два — у Харківській області у селі Хрестище (1972) та на шахті «Юнком» у Донецькій області (1979), скиди об’єктів ядерної енергетики, виробництва ядерного палива та переробки відпрацьованого ядерного палива — яких хоч і нема в Україні, проте є в сусідньої держави, місця захоронення РАВ, відходи урановидобувної промисловості тощо. У країнах, що володіють арсеналами ядерної зброї, причиною забруднення довкілля радіонуклідами можуть бути її випробування та інциденти на складах, де вона зберігається.

Моніторинг радіоактивних речовин у ґрунті

Ґрунт – найємкіша та найінертніша ланка, від якої залежить швидкість поширення радіонуклідів харчовим ланцюгом. Це багатокомпонентна негомогенна складна субстанція, чутлива до вологості та атмосферних умов, яка може мати різні адсорбуючі властивості, тому різний за складом ґрунт по-різному взаємодіє із радіонуклідами. Ґрунт може впливати не лише на зовнішнє, але й на внутрішнє опромінення, після потрапляння радіонуклідів в організм з їжею та водою (з атмосфери – у ґрунт, з ґрунту – у рослини, з рослин – у людський організм, або ж із атмосфери в ґрунт, звідти – у рослини, з рослин – у організм тварини, а відтак – в організм людини через м’ясні та молочні продукти).

Джерелом забруднення ґрунтів радіонуклідами техногенного (антропогенного) походження, окрім згаданих вище, є також глобальні радіоактивні випадання продуктів ядерних випробувань, деякі хімічні добрива (передусім, фосфорні), відходи ТЕС тощо. Складність та неоднозначність процесів, що пов’язані із поширенням радіонуклідів, передусім техногенного походження, вимагають цілеспрямованого постійного спостереження та аналізу. Інформацію про це можна почерпнути з «Періодичної доповіді за результатами X туру (2011–2015 рр.) агрохімічного обстеження земель» (Київ 2020)

Джерело:  «ПЕРІОДИЧНА ДОПОВІДЬ за результатами X туру (2011–2015 рр.) агрохімічного обстеження земель» (Київ 2020)

Ґрунт складається із твердих (мінеральні, органічні сполуки), рідких (ґрунтовий розчин), газоподібних (повітряно-газова ґрунтова суміш) та живих (ґрунтова флора та фауна) складників. Хімічні речовини у ґрунті змінюються, деякі з них мінералізуються і трансформуються в речовини, що не впливають на живі організми. Найбільшу буферну ємність та здатність знижувати негативний вплив забруднень мають ґрунти із великим вмістом гумусу та великою поглинаючою ємкістю.Джерело:  Періодична доповідь за результатами X туру (2011–2015 рр.) агрохімічного обстеження земель (Київ 2020)

Залежно від свого мінерального складу, ґрунти мають різний вміст природних радіонуклідів. Та, як правило, природна радіоактивність ґрунту у більшості випадків не чинить серйозного впливу на організм на відміну від радіонуклідів техногенного походження, що поширилися внаслідок антропогенної діяльності та призвела до забруднення  цезієм-137 та стронцієм-90. Їхня кількість нестабільна, вони перебувають у постійній динаміці та по-різному взаємодіють із ґрунтом: цезій-137 міцно фіксується мінеральною частиною ґрунту за типом ізоморфного заміщення у кристалічних решітках глинистих мінералів, а стронцій-90 взаємодіє переважно за типом іонного обміну із ґрунтовим вбирним комплексом.

Важливою особливістю існування радіонуклідів у середовищі є їх постійна міграція: радіонукліди із атмосфери осідають на рослини та будівлі, змиваються у ґрунт або потрапляють туди з опалим листям, відлущеними часточками кори тощо. Далі частина з них поглинається кореневими системами рослин, мігрує тілом рослини, звідки може потрапляти в організми людей та тварин. У самому ґрунті у той час відбувається також вертикальна та горизонтальна біотична (внаслідок життєдіяльності рослин, грибів, мікроорганізмів іншої фауни) та абіотична (дифузія, лесиваж, перенесення водними потоками тощо) міграція радіонуклідів.

Так, зокрема, горизонтальна міграція радіонуклідів у ґрунтах відбувається внаслідок вітрового перенесення, лісових пожеж, руху транспорту, життєдіяльності тварин, розливу паводкових вод. Найбільш активна горизонтальна міграція радіонуклідів характерна для легких ґрунтів, що піддаються аграрній обробці, найменш активна характерна для важких лісових ґрунтів. Інтенсивна міграція радіонуклідів з легких ґрунтів, спричинена вимиванням, може призвести до підвищення концентрації радіонуклідів у водоймах, але сприяє відносно швидкому очищенню ґрунтів від радіонуклідів.

Вертикальна міграція повільніша за горизонтальну і складає до двох сантиметрів на рік. Згідно з дослідженнями, здійсненими у ЗВіЗБ(О)В, основна маса радіонуклідів перебуває упродовж значного часу в межах верхнього шару ґрунту. Вертикальна міграція радіонуклідів пов’язана із аграрною діяльністю (переорювання, зрошення, осушення), перенесенням радіонуклідів кореневими системами рослин, водним режимом, які відбуваються у ґрунті.

Вертикальна та горизонтальна міграція радіонуклідів стали причиною того, що, за даними МНС (тепер ДСНС) України, за перші 20 років після аварії на ЧАЕС площі з високою щільністю забруднення радіонуклідами в наслідок аварії на ЧАЕС перейшли у зону менш інтенсивного забруднення, зокрема площа територій з рівнем забруднення ґрунту більше 555 кБк/м² зменшилась у півтора рази, а з рівнями від 185 до 555 кБк/м² – майже вдвічі.

Слід зважати й на те, що радіонукліди, які знаходяться у ґрунті, характеризуються властивостями самих ізотопів, їх концентрацією та швидкістю міграції, і певним чином залежать від фізичних властивостей ґрунту та його хімічного складу, кліматичними показниками, особливостями ландшафту тощо. Вважається, що шляхом внесення у ґрунт деяких органічних та неорганічних сполук та здійснюючи спеціальне підкислення можна вплинути на міграцію радіонуклідів, що, у свою чергу, пришвидшить процес очищення ґрунту від радіонуклідів.

На міграцію радіонуклідів у також можуть впливати такі характеристики ґрунту:

• Поліфункціональність – на відміну від іонообмінних смол, в ґрунтах адсорбція іонів у різних місцях різна, що спричинено складним багатокомпонентним, багатомінеральним складом ґрунту.
• Полідисперсність – ґрунт складається із часток різного розміру, що впливає на кінетику абсорбції та десорбції іонів.
• Наявність органічних речовин – різні органічні речовини по-різному взаємодіють із радіонуклідами, деякі з них утворюють розчинні комплексні сполуки із мінеральними речовинами, які мають властивість «екранування», інші, як, наприклад, гумінові кислоти, що є складником гумусу, добре адсорбують стронцій. Саме тому в ґрунтах із значним вмістом гумусу міграція стронцію-90 буде дуже повільною.
• Наявність мікроорганізмів – деякі із живих мікроорганізмів можуть поглинати іони радіонуклідів під час метаболічних процесів та виділяти їх пізніше разом із органічними речовинам у навколишнє середовище.
• Здатність окремих мінералів фіксувати деякі іони, зокрема К+, Rb+, Cs+ та ін.
• Непостійність ґрунту – він легко змінюється під впливом атмосферних явищ, пори року, під дією антропогенного чинника тощо.

Радіоекологічний моніторинг ґрунту полягає в оцінюванні показників щільності його забруднення радіонуклідами, визначення його типу, перспективи міграції радіонуклідів (передусім цезію-137 та стронцію-90) у рослини та включення їх до ланцюга живлення. Особливо це важливо, коли йдеться саме про землі сільськогосподарського призначення (рілля, багаторічні насадження, сіножаті, пасовища та перелоги), а відтак можливе потрапляння радіонуклідів до сільськогосподарської продукції.

Завдяки здійсненню радіаційного моніторингу ґрунтів отримують інформацію не лише про короткотривалі тимчасові зміни, але й визначають довготривалі тенденції та здійснюють прогнозування розвитку подальшої ситуації, що допомагає оцінити перспективи використання ділянок для різних видів сільськогосподарського використання, будівництва, рекреаційних та інших потреб.

Моніторинг радіоактивних речовин у воді та донних відкладах

Внаслідок аварії на ЧАЕС до водозборів річок Прип’яті, Дніпра, Десни та Дністра, які є головними водними артеріями України, потрапила значна кількість радіонуклідів. Для того, аби питна вода була радіаційно безпечною, проводиться якнайсуворіший контроль водойм, з яких здійснюється водозабір.

В Україні про стан питної води можна дізнатися із щорічної «Національної доповіді про якість питної води та стан питного водопостачання в Україні» Міністерства розвитку громад та територій України, яку готують на підставі матеріалів МОЗУ, Міндовкілля, Міноборони та ін., а також на сайті Центральної геофізичної обсерваторії імені Б. Срезневського та на ресурсах департаментів екології та природних ресурсів обласних державних адміністрацій.

Вимоги до якості питної води регулюються Державними санітарними нормами і правилами ДСанПіН 2.2.4-171-10, за якими встановлено гранично допустимі показники питомої сумарної альфа- і бета-активності питної води та радіаційні показники безпечності питної води.

В уже згадуваному документі МАГАТЕ наголошується: «Регулюючий орган або інший національний орган повинні налагодити процес визначення відповідності питної води рекомендованим рівням питної води, опублікованим Всесвітньою організацією охорони здоров’я (ВООЗ). Рекомендовані рівні ВООЗ для конкретних радіонуклідів розраховуються за загальним критерієм 0,1 мЗв на рік для їжі та питної води».

«У випадку, коли рекомендовані рівні вмісту радіонуклідів у питній воді послідовно перевищуються одним із них або їх комбінацією, регулюючий орган або інший національний орган повинні прийняти рішення щодо необхідності запровадження захисних заходів або встановити певні обмеження», – йдеться у тому ж документі.

З метою контролю рівня радіаційного забруднення здійснюється спостереження за усіма основними річками України, місцями водозаборів, водосховищ, зрошувальних систем та підземних джерел. Моніторинг поверхневих вод – це система послідовних періодичних спостережень, збору та обробки інформації про стан водних об’єктів, прогнозування можливих змін якості води та розробка науково обґрунтованих рекомендацій для прийняття управлінських рішень щодо покращення стану відкритих водних об’єктів.

Щодо наявного нині забруднення водного середовища радіонуклідами, то, не зважаючи на всі технологічні бар’єри, незначна частка радіонуклідів із АЕС все ж потрапляє до водного середовища.

Для контролю стану підземних, поверхневих та ґрунтових вод у зв’язку з аварією на ЧАЕС та облаштуванням після неї пунктів захоронення та пунктів локалізації РАВ у ЗВіЗБ(О)В здійснюється постійний моніторинг на гідрогеологічних постах, осушувальних та дренажних системах, свердловинах, річках, озерах тощо.

У водному середовищі радіонукліди вступають у взаємодію із наявними органічними та неорганічними речовинами та зазнають реакції сорбції-десорбції, випадають у осад, поглинаються гідробіонтами з подальшим виділенням із продуктами метаболізму, що й визначає рівень забруднення води радіонуклідами. Загалом взаємодія радіонуклідів із компонентами досить складна, і включає в себе комплексоутворення, гідроліз, утворення колоїдів та суспензій. Тому фахівці, що здійснюють радіаційний моніторинг води, зважають також на фізико-хімічні форми існування радіонуклідів, що містяться у ній.

Адсорбція радіонуклідів дном водоймищ

Як і ґрунт, донний шар водоймищ – це природне тіло, що утворилось під дією ряду природних чинників, він містить у собі органічні та неорганічні речовини. Як і ґрунт, він легко адсорбує радіонукліди та іони загалом. Радіоактивні речовини, що потрапляють в атмосферу та на поверхню ґрунту, пізніше, під впливом атмосферних опадів опиняються у водоймах, а якщо ці водойми непроточні, то, з великою ймовірністю, потрапляють на дно. У будь-якому разі, слід мати можливість здійснювати моніторинг та прогнозувати концентрацію радіонуклідів у водоймах, особливо таких, у які потрапили або могли потрапити радіоактивні речовини.

Методика здійснення радіаційного моніторингу ґрунту та води

Здійснення радіаційного моніторингу ґрунту передбачає такі етапи:

-польова радіометрія, дозиметрія, яка полягає у вимірюванні на місцевості;

-відбір проб;

-підготовка проб до вимірювання;

-якісні та кількісні вимірювання радіонуклідів експрес-методами;

-радіохімічне визначення радіонуклідів;

-радіометрія визначених радіонуклідів та розрахунок активності.

Польова радіометрія і дозиметрія є першим етапом радіаційного контролю та моніторингу довкілля і має на меті отримання даних про фонові рівні гама-випромінювання та щільність потоку радіоактивних частинок, що дає змогу отримати інформацію про радіаційний стан території.

Для відбору проб ґрунту використовують спеціальні пробовідбірники, які дозволяють досягти глибини 20 см і більше. Якщо аналізують верхній шар ґрунту, то глибина відбору проб становить приблизно 5 см. З отриманого зразка видаляють включення біотичного та абіотичного походження (каміння, сміття, коріння рослин, рештки тварин тощо), висушують його, просівають через сито з діаметром отворів 1–2 мм, за потреби розмелюють. Для відбору зразків донних відкладів застосовують зонди, мулозасмоктувальні пристрої, зокрема пристрій Цориго, грейфер Экмана-Берже, зонд Ленца та інші.

Відбір проб ґрунту для вимірювання цезію та стронцію після встановлення однорідності за гамма-фоном на кожній ділянці обирають квадрат площею не менше 10×10 м, звідки беруть індивідуальні проби ґрунту на глибині орного шару, після чого усі проби ретельно перемішують, а тоді з них формують змішану пробу вагою 1-3 кг.

Відбираючи проби води, аби результат вимірювання дав максимально правильну та репрезентативну картину, важливо, щоб зразок містив всі компоненти та в тих самих пропорціях, що й водойма в цілому. Для більшості водойм відбір проб здійснюють 7 разів на рік: під час повені – на підйомі, максимумі та спаді; під час літньої межені – при найменшій витраті та при проходженні дощового паводка; восени перед тим, як лід скує водойму та під час зимової межені. За іншою методою відбір проб проводять 4 рази на рік (під час повені – на підйомі; під час літньої межені – при найменшій витраті; восени перед льодоставом та під час зимової межені).

Місце відбору проби обирають, зважаючи на чинники, які можуть впливати на склад зразка, зокрема на притоки та джерела, що впадають вище за течією. Склад води залежить від місця та часу відбору, атмосферних опадів, сезону тощо. Тому відбір проб можуть проводити точково – щоб дізнатися актуальний стан, або послідовно – щоб мати більш ґрунтовну інформацію. Якщо йдеться про водойму із проточною водою, то місце відбору обирають там, де найшвидша течія.

Для безперервного автоматичного відбору зразків застосовують спеціальні установки, які можуть працювати задану кількість часу (доба, дві тощо) із певною частотою відбору точкових проб.

Коли необхідно здійснити аналіз поверхневих вод у водоймах із стоячою водою (водосховищах, озерах чи ставках) або річках з низькою швидкістю течії і глибиною більше 3-х метрів, то здійснюють зональний відбір на різних глибинах із застосуванням батометрів.

Відбір проб підземних вод здійснюють за допомогою свердловин, криниць тощо. Під час відбору проб використовують насоси, що дозволяють виконати відбір проб, або спеціальні пробовідбірні стакани, які являють собою металевий циліндр з дном та місцем для кріплення мотузки зверху. Діаметр пробовідбірного стакана підбирають під діаметр труби в свердловині, зазвичай обирають стакани об’ємом від 1 л.

Під час відбору проб за допомогою насоса прокачують крізь нього певний об’єм води, що знаходилась в свердловині, також водою зі свердловини ретельно споліскують тару для проби і відбирають необхідний об’єм проби для виконання вимірювань. Під час відбору проби за допомогою пробовідбірного стакану, його опускають на мотузці в трубу свердловини нижче рівня заповнення, після наповнення стакан підіймають на поверхню. Перші порції відібраної води зазвичай відкидають, після чого водою зі свердловини ретельно споліскують тару для проби і відбирають необхідний об’єм проби для виконання вимірювань.

Прийом і попередню обробку проб проводять у спеціальному приміщенні, обладнаному витяжними і сушильними шафами, муфельними печами, млинами, ситовими установками, пристосуваннями для миття посуду, тари і, у разі потреби, проб. Спектр обладнання для підготовки проб є майже невичерпним і залежить від передбачуваного методу досліджень, чутливості засобів вимірювання, радіонуклідного складу й рівня забруднення.

Зазвичай тверді проби (ґрунт, донні відклади тощо) готують до виконання вимірювань шляхом їх гомогенізації (розмелювання, просіювання, квартування тощо), висушування або озолення (якщо цього вимагає метод). Проби біоти готують за тим самим принципом, тільки спочатку їх висушують і, якщо потрібно, озолюють, а вже потім розмелюють та готують до проведення аналізу. Для підготовки проб води можуть використовувати метод випаровування або фільтрування через спеціальні фільтри та сорбенти. Крім стандартних методів підготовки проб для застосування аналітичних засобів гамма-, бета- і альфа-спектрометрії для визначення певних радіонуклідів можуть застосовуватися методи із використанням іонообмінних смол. В основі підготовки проб лежить метод концентрування радіонуклідів. Вихідним результатом має бути репрезентативна гомогенна проба необхідної для виконання вимірювань наважки або форми.

Експрес-методи радіаційного контролю застосовують для оперативного з’ясування ситуації щодо радіоактивного забруднення об’єктів довкілля. Експрес методи ґрунтуються на вимірюванні потужності дози випромінювання від чисто вимитих і подрібнених проб певною масою, які містяться у літровій банці або посудині Марінеллі, і перерахунку її в одиниці активності (Бк/кг). Такі експрес-методи зазвичай застосовують для визначення питомої та об’ємної активності в межах 2×10³–4×10⁴ Бк/л (кг).

Під час визначення питомої і об’ємної активності бета-випромінюючих радіонуклідів готують «товстошарові» препарати (пробу подрібнюють) та вимірюють швидкість зчитування частинок та виконують математичний розрахунок активності. Межа похибки вимірювання в обох випадках становить 50%.

Для визначення рівня радіоактивного забруднення ґрунту та води після відбору зразків та їх підготовки здійснюють їх аналіз у лабораторних умовах.

Для вимірювання питомої активності радіонуклідів широкого спектру у зразках ґрунту, поверхневих і підземних вод використовують різні аналітичні засоби, зокрема популярними методами є альфа-, бета- та гамма-спектрометрія, рідинно-сцинтиляційна спектрометрія.

Альфа-спектрометрія полягає у реєстрації альфа-частинок, які випромінюються джерелом у вигляді розподілу висоти електричного імпульсу. Для цього можуть застосовувати напівпровідниковий альфа-спектрометр (Alpha-Analyst, Canberra, США).

Для визначення активності бета-випромінювання радіонуклідів (свинець-210, вісмут-210, стронцій-90, ітрій-90) може використовуватися радіометр-спектрометр УМФ-2000. Тривалість вимірювання стронцію на цьому приладі триватиме досить значний час, необхідний для природного розпаду ітрію.

За допомогою гама-спектрометричного обладнання можна одночасно визначити вміст багатьох радіонуклідів, зокрема калію-40, урану-238 та урану-235, торію-226 та інших.

Для визначення активності ізотопів радію та тритію, особливо у рідинах, застосовують рідинно-сцинтиляційну спектрометрію.

Для вимірювання радіоактивності води та скидів можуть застосовувати проточний радіометр рідини РЖБ-11М (призначений для вимірювання питомої активності бета-випромінюючих радіонуклідів у очищених технологічних водах), занурювальний блок детектування БДИГ-31П2Ж – для вимірювання питомої активності в рідкому середовищі, кількості бета- та гамма-випромінювальних радіонуклідів та інше обладнання.

Варто наголосити, що радіаційний моніторинг здійснюється не лише із використанням закордонного обладнання, але й вітчизняного, і їхні розробки високо цінуються не лише в Україні, а й за кордоном. Так, зокрема, на базі розробок СНВО «Імпульс» (м. Сєвєродонецьк, Луганська обл.) випущено понад 20 тис. систем контролю, які введено в експлуатацію у Болгарії, Угорщині, В’єтнамі, Фінляндії, Японії та інших країнах, а ПАТ НВП «Радій» (м. Кропивницький, Кіровоградська обл.) нині є провідним розробником та постачальником сучасних I&C-систем та електротехнічного обладнання для АЕС.

Наразі зусилля багатьох спеціалістів і України, і світу спрямовані на мінімізацію наслідків Чорнобильської аварії 1986 року та недопущення подібного у майбутньому, чітко визначені відповідальні за проведення радіаційного моніторингу організації, на основі отриманої ними інформації готуються відповідні доповіді. В Україні функціонують системи моніторингу АСКРС та система підтримки прийняття рішень RODOS. Розроблена та постійно удосконалюється нормативно-правова база, налагоджена міжнародна співпраця та обмін досвідом із країнами ЄС та США.

Ряд організацій, серед яких і Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки, оснащені мобільними лабораторіями радіаційної розвідки, які можуть якісно та оперативно здійснити аналіз радіаційної ситуації, проте необхідність в оновленні парку засобів вимірювальної техніки залишається актуальною для країни. Наразі цей процес за допомогою національних виробників радіометричного та дозиметричного обладнання та закордонних партнерів таки здійснюється.

Треба наголосити, що українські спеціалісти постійно підвищують рівень своїх знань та удосконалюють навички шляхом участі у спеціалізованих семінарах, навчаннях, тренуваннях, адже забезпечення прийнятного для суспільства рівня ядерної та радіаційної безпеки – процес безперервний, ключове місце в якому належить отримання своєчасної і достовірної інформації про радіаційний стан об’єктів, довкілля та середовища життєдіяльності людини.

Редакція вебсайту Uatom.org