СПОСОБ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРОМЫШЛЕННОГО РЕГИОНА

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к радиоэкологическому мониторингу промышленного региона при оценке радиационной обстановки в регионе и влияния специализированных предприятий на радиоактивное загрязнение окружающей среды, оценке доз облучения населения.

Известен способ оценки радиационной обстановки и реабилитации загрязненных радионуклидами территорий, включающий отбор проб из объектов природной среды, обработку проб, анализ на содержание радионуклидов, выделение и очистку радионуклидов, методы их определения [1]. Однако способ не учитывает степень накопления радиоактивных веществ в природных средах, что не позволяет в динамическом режиме получить необходимую информацию о состоянии окружающей среды и территории промышленного региона.

Наиболее близким предложенному способу (прототипом) является способ радиоэкологического мониторинга промышленного региона, включающий пробоотбор атмосферного воздуха, пробоподготовку, анализ проб на содержание естественных и техногенных радионуклидов и автоматическую обработку данных анализа, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют пробоотбор почв, техногенного грунта, поверхностных, грунтовых и подземных вод, атмосферных осадков, сухих выпадений, снегового покрова, донных отложений и растительности, затем проводят пробоподготовку отобранных проб путем полного разложения проб высокочастотным нагревом, подготовленные пробы направляют на малофоновую установку для оценки альфа- и бета-активности, при превышении в пробе альфа- и/или бета-активности в два раза по отношению к среднему значению удельной активности пробу направляют на дополнительные анализы на альфа- и/или гамма-спектрометры, при этом определяют количественные и качественные содержания радионуклидов, а также определяют содержание трития, углерода-14 и никеля-63 на низкоэнергетическом жидкосцинтилляционном анализаторе, записывают результаты измерения в направление подготовленных проб для оценки α- и β-активности, определение количественного и качественного содержания радионуклидов, записывают результаты измерения в аналитическую базу данных, размещенную на файл-сервере информационно-аналитической системы, в которой в качестве базового набора инструментальных средств разработки этой системы выбран пакет "MS office", в который составной частью входит MS Access, по результатам обработки проводят оценку радиоэкологической обстановки региона на основе геоинформационной системы путем построения электронных карт полей радиационных характеристик и выявления зон с повышенным содержанием радионуклидов, определяя состояние радиационной обстановки на территории промышленного региона [2].

Недостатком прототипа является то, что осуществляется контроль радиационного состояния территории промышленного региона, но не оценивается дозовая нагрузка на население промышленного региона, в частности не оценивается внутренняя эффективная доза облучения человека, которую невозможно определить без измерения объемной концентрации пыли в атмосферном воздухе.

Технический результат предлагаемого способа радиоэкологического мониторинга промышленного региона заключается в определении объемной концентрации пыли, содержащейся в атмосферном воздухе, в определении удельной активности радионуклидов в атмосферном воздухе и эффективной дозы внутреннего облучения человека.

Для достижения указанного технического результата предлагается способ радиоэкологического мониторинга промышленного региона, включающий пробоотбор атмосферного воздуха фракцией аэрозольных частиц от 0,1 до 10 микрон на воздухофильтрующей установке мощностью от 1200 до 3500 м³/ч; пробоподготовку осуществляют взвешиванием фильтра воздухофильтрующей установки с отобранными аэрозольными частицами фракцией от 0,1 до 10 микрон после экспонирования фильтра; далее проводят анализ проб на содержание естественных и техногенных радионуклидов на гамма-спектрометре, осуществляют автоматическую обработку данных анализа, после чего пробы озоляют в муфельной печи при температуре 400-500°С, определяют массу зольного остатка каждой пробы и направляют их для оценки α- и β-активности на малофоновую установку и на полупроводниковый гамма-спектрометр для определения состава радионуклидов, полученные данные заносят в аналитическую базу данных и по результатам измерений определяют объемную концентрацию пыли, удельную активность радионуклидов, эффективную внутреннюю дозу человека и ее состав по органической и минеральной фракции, проводят вышеуказанную оценку радиоэкологической обстановки промышленного региона на основе геоинформационной системы путем построения карт полей радиационных характеристик и выявления зон территории промышленного региона с повышенным содержанием радионуклидов и эффективной внутренней дозы облучения человека.

Отличительными признаками предлагаемого способа радиоэкологического мониторинга промышленного региона является то, что отбор проб аэрозольных частиц атмосферного воздуха фракцией от 0,1 до 10 микрон осуществляют на воздухофильтрующей установке мощностью от 1200 до 3500 м³/ч, а пробоподготовку осуществляют взвешиванием фильтра воздухофильтрующей установки с отобранными аэрозольными частицами от 0,1 до 10 микрон после экспонирования, а затем проводят вышеуказанный анализ проб на содержание естественных и техногенных радионуклидов и автоматическую обработку данных анализа, после чего пробы озоляют в муфельной печи при температуре 400-500°С, определяют массу зольного остатка каждой пробы и направляют их на малофоновую установку для оценки α- и β-активности и на полупроводниковый гамма-спектрометр для определения состава радионуклидов, полученные данные заносят в аналитическую базу данных и по результатам измерений определяют объемную концентрацию пыли, удельную активность радионуклидов, эффективную внутреннюю дозу человека и ее состав по органической и минеральной фракции, проводят вышеуказанную оценку радиоэкологической обстановки промышленного региона на основе геоинформационной системы путем построения карт полей радиационных характеристик и выявления зон территории промышленного региона с повышенным содержанием радионуклидов и эффективной внутренней дозы облучения человека.

Отбор аэрозолей в приземном слое атмосферы осуществляется с помощью воздухофильтрующей установки (ВФУ) мощностью от 1200 до 3500 м³/ч. Такая мощность на порядок превышает мощность существующих установок для регистрации аэрозольных частиц в атмосферном воздухе и позволяет накапливать на фильтре значительное количество аэрозолей и радионуклидов, что способствует достижению технического результата - достоверному определению объемной концентрации пыли в атмосферном воздухе и определению удельной концентрации радионуклидов.

ВФУ устанавливаются в измерительном павильоне, имеющем жалюзи на стенках, что позволяет отсекать аэрозольные частицы атмосферного воздуха размером более 10 микрон и на фильтре ВФУ регистрировать аэрозольные частицы с размером менее 10 микрон. Используемые фильтры типа ФПП-15-1,5/ФПА-15-1,5 в свою очередь эффективно поглощают аэрозоли размером более 0,1 микрон. В результате осуществляется отбор аэрозолей с фракцией от 0,1 до 10 микрон, накапливающихся в трахеобронхиальной и ольвеолярной областях дыхательного тракта человека, т.е. биологически значимая фракция аэрозолей, что позволяет достичь технического результата - определение внутренней эффективной дозы человека.

Проведение пробоподготовки путем взвешивания фильтра ВФУ после экспонирования позволяет определять полную массу отобранных аэрозольных частиц фракцией от 0,1 до 10 микрон с точностью до 0,01 г благодаря тому, что на фильтре накапливается значительное количество аэрозольных частиц и достигается технический результат - с высокой точностью определяется полная объемная концентрация пыли в атмосферном воздухе.

Озоление проб в муфельной печи при температуре 400-500°С способствует выгоранию органической фракции пыли и остается минеральная фракция. Нижний предел температуры озоления 400°С обусловливает эффективность процесса озоления, а верхний предел температуры 500°С позволяет сохранять летучие при более высокой температуре радионуклиды типа ¹³⁷Cs (цезий-137), определение массы зольного остатка каждой пробы и направление их на малофоновую остановку для определения α- и β-активности и на полупроводниковый гамма-спектрометр позволяет определить удельную активность радионуклидов минеральной фракции пыли.

В результате обработки данных, занесенных в аналитическую базу, определяют объемную концентрацию пыли, удельную активность радионуклидов, эффективную внутреннюю дозу человека и ее состав по органической и минеральной фракциям.

Предлагаемый способ радиоэкологического мониторинга промышленного региона позволяет достичь указанного технического результата по определению объемной концентрации пыли, содержащейся в атмосферном воздухе, определению удельной активности радионуклидов в атмосферном воздухе и определению эффективной дозы внутреннего облучения человека, что не позволяло определять указанные характеристики атмосферного воздуха известными способами, в частности прототипом.

Пример осуществления способа.

Заявляемый способ радиоэкологического мониторинга промышленного региона реализован на примере г.Москвы. Указанный мониторинг осуществляют на нескольких стационарных постах радиационного контроля (СПРК), расположенных в различных районах Москвы.

Конкретный пример осуществления способа радиоэкологического мониторинга описывается для одного СПРК.

Отбор проб осуществляли на воздухофильтрующей установке типа «Тайфун» мощностью от 1200 до 3500 м³/ч, которая установлена в измерительном павильоне, имеющем жалюзи на всех четырех стенках. Отбор проб атмосферного воздуха осуществляли на фильтре ФПП-15-1,5/ФПА-15-1,5. Жалюзи отбирали аэрозольные частицы фракцией менее 10 микрон, а фильтр эффективно регистрировал аэрозольные частицы размером более 0,1 микрон, таким образом, отбирались аэрозольные частицы с размером в диапазоне от 0,1 до 10 микрон, накапливающиеся в трахеобронхиальной и ольвеолярной областях дыхательного тракта человека, т.е. биологически значимая фракция пыли. Экспозиция фильтра осуществлялась непрерывно в течение недели, и за год количество проб с СПРК составляло около 50.

Пробоподготовка экспонированного фильтра включала его прессование в таблетку диаметром 50 мм прессом ПГПР и взвешивание на аналитических весах с точностью до 0,01 г.

Таблетка маркируется, т.к. для мониторинга всей территории Москвы собирается информация со всех постов СПРК. Маркировка пробы должна содержать информацию о номере поста, порядковый номер пробы, индекс вида пробы, например: СП1-33-1-05, что означает - стационарный пост номер один, порядковый номер пробы - 33, 1 - индекс вида пробы - воздух, согласно принятому обозначению видов проб, 05 - 2005 год, а также дату и время установки и снятия фильтра, объем прокаченного воздуха.

Проба подвергалась анализу на содержание естественных и техногенных радионуклидов на полупроводниковом гамма-спектрометре GENBE-2000 «CANBERRA» и данные заносились в информационно-аналитическую базу данных, размещенных на файл-сервере.

Пробу озоляли в муфельной печи при температуре 450°С, в результате выгорала органическая компонента и зольный остаток содержал минеральную фракцию, которую взвешивали с точностью 0,01 г. Масса зольного остатка в зависимости от времени года отбора пробы составляла от 0,5 г до 10 г, например, зимой - 0,5 г, летом - 10 г, зимой вторичный пылеподъем блокируется снежным покровом.

Пробу отправляли на малофоновую установку типа α-β-радиометр НТ-1000 «CANBERRA» для оценки α- и β-активности, которые составляли соответственно

~ 7·10^-5 и ~ 5·10^-4 Бк/м³, и на полупроводниковый гамма-спектрометр GENTE-2000 «CANBERRA» для определения состава радионуклидов ⁷Ве, ⁴⁰К, ¹³¹I, ¹³⁷Cs, ²¹⁰Pb, ²¹⁰Ро, ²²⁶Ra, ²³²Th.

Полученные данные заносили в аналитическую базу данных и по результатам измерений определяли концентрацию пыли, удельную активность радионуклидов и эффективную внутреннюю дозу человека и ее состав по органической и минеральной фракциям.

По полученным данным проводили оценку радиоэкологической обстановки в районе СПРК.

Компьютерной программой автоматически вычислялись:

1) ρ - объемная концентрация пыли в атмосферном воздухе по формуле:

где m_i - масса аэрозольных частиц, [мкг] (полная или зольного остатка) i-ого измерения;

V_i - объем воздуха, [м³] прокаченного через фильтр, i-ого измерения;

ρ_i - объемная концентрация пыли, [мкг/м³] (полная или минеральная фракция) i-ого измерения;

2) c_j - удельная активность, [кБк/кг] j-го радионуклида i-ого измерения по формуле:

где A_j - активность, [кБк] j-го радионуклида в пробе i-ого измерения (полная или минеральная фракция);

m_i - масса аэрозольных частиц, [кг] (полная или зольного остатка) i-ого измерения;

3) вклад в недельную дозу внутреннего радиационного облучения человека i-ого измерения рассчитывался по формуле:

где 1,2 - стандартный объем дыхания для взрослого человека, м³/ч;

0,2 - доля времени нахождения людей на улице;

168 - количество часов в неделе;

ρ_i - объемная концентрация пыли, [мкг/м³] (полная или минеральная фракция) i-ого измерения;

dj - дозовый коэффициент, [Зв/Бк] для j-го радионуклида [3],

с_j - удельная активность, [кБк/кг] j-ro радионуклида.

В качестве примера приведены данные одной экспозиции (i-ого измерения), полученные на СПРК.

Объем прокаченного воздуха V=201600 м³;

Масса аэрозольных частиц, накопленных на фильтре, m_i=4,67 г;

Масса зольного остатка m_зол.=4,04 г;

Объемная плотность пыли ρ_i=23,1 мкг/м³;

Объемная плотность минеральной фракции пыли ρ_минер.=20,1 мкг/м³;

Данные, полученные для радионуклидов пробы СПРК, представлены в таблице 1.

Радиоэкологический мониторинг промышленного региона заключается в сборе данных всех постов СПРК, записи результатов измерений в аналитическую базу, размещенную на файл-сервере информационно-аналитической системы; по результатам обработки проводят оценку радиоэкологической обстановки на основе геоинформационной системы путем построения электронных карт полей радиационных характеристик и выявления зон территории промышленного региона с повышенным содержанием радионуклидов и эффективной внутренней дозы облучения человека.

Данные по мониторингу г.Москвы на шести СПРК представлены в таблице 2.

Предлагаемый способ может использоваться в любых географических условиях на территории любого региона и позволяет определять объемную концентрацию пыли в приземном слое атмосферного воздуха в любое время года и естественной среде обитания человека в отличие от прототипа, который осуществляет контроль радиационного состояния территории промышленного региона, но не определяет объемную концентрацию пыли, содержащейся в атмосферном воздухе, и удельную активность радионуклидов в атмосферном воздухе и не определяет эффективную дозу внутреннего облучения человека.

При составлении радиационно-гигиенического паспорта г.Москвы использовались данные результатов радиоэкологического мониторинга, полученные предлагаемым способом.

Источники информации

1. Соболев И.А. и др. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.105-112.

2. RU 2112999 С1, 21.05.97, опубл. БИ№16 от 10.06.1998.

3. Нормы радиационной безопасности НРБ-99. СП 2.6.1.758-99. - Минздрав России, 1999.