Оценка последствий радиоактивного загрязнения наземных экосистем: неопределённости и радиоэкологические риски

ОЦЕНКА ПОСЛЕДСТВИЙ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ:

НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ И РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РИСКИ С.И. Спиридонов, В.В. Иванов, В.Л. Тетенькин, Р.А. Микаилова

ФГБНУ ВНИИ радиологии и агроэкологии, Обнинск

Основные задачи прикладной радиоэкологии: Задачи оценки – оценка и

прогнозирование радиоэкологических ситуаций 2. Задачи управления - устранение или смягчение последствий радиоактивного загрязнения экосистем (разработка защитных мероприятий и оптимизационных стратегий) Корректное решение задач 1: ? обоснованная постановка задач 2 ? наработка “инструментария”, который может быть использован при их решении

Общая классификация радиоэкологических ситуаций (согласно Basic Safety

Standards, МАГАТЭ, 2011): A) Плановые (planned exposure situation) - функционирование объектов ЯТЦ в штатном режиме B) Аварийные (emergency exposure situation) - проектные, запроектные аварии, непредвиденные ситуации C) Существующие (existing exposure situation) - радиоактивное загрязнение территорий в результате произошедших аварий, испытания ядерного оружия и т.д.

Этапы прогнозирования и оценки последствий радиоактивного загрязнения

экосистем и соответствующие “инструменты”

Ключевые методологические аспекты : Неравновесные ситуации (“временной

аспект”) (динамика дозовых нагрузок и изменение объектов) Неопределенности радиоэкологических оценок - пространственная неоднородность выпадений, - вариабельность миграционных параметров, - в итоге - дозовых нагрузок, - неопределенность критериев риска (для биоты)

Уровень детализации оценок (учет методол

аспектов) определяется: постановкой задачи (задачи обоснования ядерных объектов и циклов, ОВОС для конкретных объектов, оценка по данным мониторинга) особенностями радиоэкологической ситуации (острое или хроническое загрязнение, уровни радиационного воздействия и т.д.) возможностью информационного обеспечения (сложные модели требуют большого количества параметров, а вероятностные методы требуют статистически достоверных выборок данных)

Радиоэкологические риски -- унифицированные итоговые показатели оценки

последствий радиоактивного загрязнения экосистем для человека и биоты (учет различного рода неопределенностей)

Методы расчета радиоэкологических рисков

ВНИИРАЭ – выполнены работы, демонстрирующие влияние вариабельности

плотностей загрязнения и неопределенности миграционных параметров на результаты оценок Три радиоэкологических ситуации: Долгосрочный период после чернобыльских выпадений – риски загрязнения агропродукции Долгосрочный период после ядерных испытаний на территории СИП – риски превышения дозовых критериев для населения и биоты “Острый” период после радиоактивного выброса при запроектной аварии на реакторе PHWR – риски для биоты (референтный объект)

- Значимость проблемы Средние плотности загрязнения 137Cs почв с.-х

угодий, на которых возможно получение нормативно чистого молока, по данным различных литературных источников. (Во всех случаях – детерминистский подход) Группы почв: 1 – песчаные, супесчаные; 2 – легко и среднесуглинистые; 3 – тяжелосуглинистые и глинистые; 4 – органические (торфяные)

В зависимости от способа стат. обработки (оценка среднего) индекс вариабельности – 1.9-3.0 (для почв различных групп)

– исходные данные и ”инструментарий” Равновесная ситуация В документах

МАГАТЭ (TRS-472, TECHDOC-1616), носящих рекомендательный характер, приводятся параметры перехода радионуклидов в растения и продукцию животноводства: - среднее арифметическое (AM), - среднее геометрическое (GM), - стандартные отклонения нормального (SD) и логнормального распределений (GSD). Разработаны модели и программные модули, позволяющие: - рассчитывать риски превышения нормативов содержания 137Cs в продукции растениеводства и животноводства (“прямая задача”) - оценивать допустимые уровни загрязнения почв (“обратная задача”)

I. – некоторые результаты Зависимости рисков загрязнения зерновой

продукции 137Cs от плотности загрязнения почв (КН подчиняется логнормальному закону)

S-образный характер Аналогичная закономерность получена для тяжелых металлов в диапазоне нетоксичных концентраций

(1 – sand; 2 – loam; 3 - clay; 4 – organic)

I. – Некоторые результаты

“Обратная задача” Предельные уровни загрязнения почв, при которых риски загрязнения зерновой продукции 137Cs не превышают заданных значений, кБк/м2 (Ки/км2)

Допустимый риск, %

Допустимый риск, %

Группы почв

Группы почв

Группы почв

Группы почв

Sand

Loam

Clay

Organic

1

34 (0.92)

36 (0.97)

151 (4.1)

13 (0.35)

5

77 (2.1)

94 (2.5)

298 (8.1)

26 (0.69)

10

118 (3.2)

156 (4.2)

428 (11.6)

37 (0.99)

20

200 (5.4)

290 (7.8)

662 (17.9)

57 (1.3)

30

292 (7.9)

454 (12.3)

907 (24.5)

77 (2.1)

50

546 (14.7)

951 (25.7)

1530 (41.3)

130 (3.5)

I. – Некоторые результаты

Сопоставление детерминистского и вероятностного подходов Плотности загрязнения почв 137Cs, обеспечивающие получение соответствующей нормативу зерновой продукции.

1 и 2 – оценка с использованием среднеарифметического и среднегеометрического значений КН 3 – расчет на основе вероятностного подхода (допустимый риск 5%)

I. – некоторые результаты Влияние вариабельности плотностей

загрязнения - уровень хозяйства Хозяйство “Увелье” Красногорского района Брянской обл.

Средняя концентрация 137Cs в овсе – 43 Бк/кг – ниже норматива (60 Бк/кг) Риск превышения норматива – 0,26

Предельные уровни загрязнения песчаных почв 137Cs изменяются в 5 и 7

раз при допустимых рисках загрязнения зерновой продукции 10 и 5% (по сравнению со средними оценками) ? Кратность снижения содержания 137Cs в продукции растениеводства за счет технологических приемов – не превышает 4-5 раз

I. – Выводы

1. Для решения “прямой” и “обратной” задач целесообразно использовать вероятностные методы. Детерминистский подход может служить причиной недооценки доли “грязной” продукции и уровней загрязнения почв

3. Важная задача - научное обоснование и законодательное утверждение

величины приемлемого риска загрязнения продукции с учетом радиологических, экономических и социальных аспектов. Ее решение может способствовать развитию подходов к классификации и зонированию с.-х. земель

I. – выводы 2. Снижение “сущностной” неопределенности КН возможно на основе детализации системы р.э. классификации почв В то же время, усложнение классификационной системы может привести к методическим трудностям и увеличению погрешности Оптимальный уровень детализации - ??

Ii

– Исходные данные

Радиоэкологическая ситуация – загрязнение долгоживущими радионуклидами (137Cs и 90Sr) территории Семипалатинского испытательного полигона (долгосрочный период после ядерных испытаний) Специфика ситуации – существенная пространственная неоднородность загрязнения ареалов выпаса с.-х. животных

Плотности загрязнения 137Cs в ареале выпаса лошадей и овец на территории, прилегающей к “Атомному озеру”

Ii

– Дозовые нагрузки и р.Э. Риски для человека

На основе данных по загрязнению ареалов выпаса рассчитаны: - вероятностные распределения дозовых нагрузок на различные категории населения - риски превышения норматива 1 мЗв/год Вероятностный подход реализован двумя способами: 1. С учетом вариабельности только исходных данных по плотностям загрязнения 2. С учетом вариабельности исходных данных и неопределенностей параметров миграции радионуклидов (метод Монте Карло)

Ii

– Дозовые нагрузки и р.Э. Риски для человека

“Атомное озеро” “Тактакойль”

Ii

– Дозовые нагрузки и р.Э. Риски для биоты

Оценены: - вероятностные распределения дозовых нагрузок на пастбищную растительность (в ареалах выпаса) - радиоэкологические риски (вероятности превышения дозовых стандартов)

Дозовые стандарты для наземной растительности, приведенные в литературе (400, 100, 10 мкГр/час)

Ii

– Выводы

1. Значения вероятностных рисков связаны со результатами детерминистских оценок нелинейно. Результаты р.э. сопоставления территорий на основе точечных индексов и рисков превышения дозовых критериев - различаются 2. Использование вероятностных показателей в условиях пространственной неоднородности загрязнения является предпочтительным 3. Риски превышения дозового норматива варьируют в широком диапазоне для различных территорий выпаса и категорий населения (максимум – 0, 1) Риски для растительности - при использовании наиболее жесткого дозового предела не превышают 8·10-4

Пример - результаты оценок в рамках проекта INPRO-PE Исходная

информация – атмосферный выброс при запроектной аварии на реакторе PHWR-745 Состав выброса – 70 радионуклидов !! Высота выброса – 35 м Референтный природный объект - хвойный лес (древесный ярус)

III. “Острый” период после аварийного выброса Процесс формирования дозовых нагрузок носит неравновесный характер, а их пространственное распределение может быть существенно неоднородным. “Временной” и “пространственный” аспекты – значимы при оценках

Расчетные “инструменты”

Динамика дозовой нагрузки на референтное хвойное насаждение : 1 -

максимальная мощность дозы; 2 - средняя по территории радиоактивного следа (95% активности) мощность дозы

Радиоэкологические риски для референтного хвойного насаждения на

территории радиоактивного следа Критерии риска (“предельные” мощности дозы): 1 – 1 мГр/сут (ICRP, 2008); 2 – 10; 3 – 100 мГр/сут (диапазон 10-100 мГр/сут – повреждение хвойных деревьев)

Риски по критерию “мощность дозы” - функция времени Абсолютные оценки - ?

Важный вопрос –установление критерия риска для неравновесных ситуаций

1. Дозовая нагрузка носит пролонгированный характер (в составе радиоактивного выброса как коротко-, так и долгоживущие радионуклиды) Характер облучения нельзя определить как “острый”. 2. В то же время происходит снижение дозовой нагрузки Радиационное воздействие не является хроническом с постоянной мощностью дозы (как для нормализованных выбросов) Вопрос о подходах к установлению дозовых пределов (критериев риска) - ? мощность дозы, кумулятивная (накопленная за определенный период) доза

Изменение объекта, подвергшегося радиационному воздействию

Максимальная, накопленная за год доза облучения древесных растений – 26 Гр Средняя годовая доза на следе – 3.1 Гр

Динамика относительной продуктивности соснового насаждения после острого (1 месяц) внешнего облучения, рассчитанная по модели, разработанной на основе данных “Экос”

1 – поглощенная доза 5 Гр, 2 – 10 Гр, 3 – 15 Гр, 4 – 25 Гр, 5 - 50 Гр, 6 – 70 Гр, 7 – отсутствие облучения

Общие выводы 1. Учет неопределенностей исходных данных и параметров –

важное условие выполнения оценок ряда радиоэкологических ситуаций 2. Универсальные показатели – вероятностные радиоэкологические риски, оцениваемые как для человека, так и для биоты, - позволяют “на выходе” аккумулировать неопределенности

3. Оценка критериев риска для компонентов биоты в виде функции

распределения радиорезистентности - возможное направление дальнейшего развития концепции р.э. рисков Например – “наложение” пространственного распределения радиоактивных выпадений (дозовых нагрузок) и распределения радиочувствительности растений в рамках популяционного ареала

4. Для прогнозирования последствий аварийных выбросов - установление критериев риска для биоты с учетом характера формирования дозовых нагрузок (острое и, в дальнейшем, пролонгированное воздействие)

5. При высоких уровнях загрязнения окружающей среды в результате

аварийных ситуаций - прогнозирование развития природных сообществ с учетом нарушения связей между их компонентами (вторичные экологические эффекты) и пострадиационного восстановления 6. Для сопоставления потенциальной опасности объектов ЯТЦ (при обосновании новых энерготехнологий) - оценка пересечения технологических и радиоэкологических рисков

Спасибо за внимание