3. Физические и химические формы выброшенных веществ, «горячие частицы».

До сих пор отсутствуют точные знания об особенностях физико-химических процессов, которые происходили в разрушенном реакторе в период наибольшего выброса радионуклидов (26.04.-06.05.86) в окружающую среду. Вследствие серии взрывов 26.04.86 и продолжительного существования высокотемпературной массы сложного содержания остатков активной зоны, за границы 4-го блока ЧАЭС были выброшены радиоактивные вещества в виде крупноблочных обломков активной зоны, оборудование ядерного реактора, биологической защиты, которые были сосредоточены на территории промплащадки ЧАЭС, в газово-паро-аэрозольной смеси с частицами микронного и субмикронного размеров, которые распространились по всему миру. Для целей прогноза радиоэкологических последствий на будущее учеными разных научных направлений осуществлено тщательное изучение физических и химических свойств, форм, структуры, минерального и химического состава материалов, которые сформировали радиоактивное загрязнение окружающей природной среды, на различных расстояниях и по разным направлениям распространения этих материалов от Чернобыльской АЭС.

Характерными для «Чернобыльских» выбросов являются наличие широкого спектра форм и состава веществ, которые содержат радионуклиды: газовая, паро- аэрозольная, аэрозольная смеси, топливные частички, минеральные частицы-носители конденсированных на них радионуклидов, агломераты разных минеральных форм, органические соединения. Состав этих материальных форм варьирует от фактически моноэлементных благородных газов, атомарного йода, рутения к полиэлементным соединениям и агрегатам топливных частичек, графитовых, силикатных и других частиц-носителей с разными соотношениями между радионуклидами, которые были наработаны за время эксплуатации Чернобыльского реактора.

Горячей называется частица, содержащая радионуклиды техногенного гене­зиса, с активностью, превышающей фоновые значения, которая при различ­ных природных процессах может перемещаться как единое целое.

Горячей частицей может быть любое микроскопическое минеральное образование, которое характеризуется повышенной радиоактивностью.

Основная часть активности, выброшенной при Чернобыльской аварии, была заключена в мелких аэрозольных частицах, переносимых ветром, размером порядка единиц микрометров, которые обладают повышенной миграционной способностью и соответственно повышенной опасностью. По некоторым оцен­кам частицы размером менее 10 мкм несли примерно 3/4 выброшенной ак­тивности.

Среди них различают частицы, которые покинули свой источник во время разных фаз выброса: с неокисленным топливом (диоксидом урана) - на эксплозийной фазе, и с разной степенью окисления урана на следующих фазах, которые происходили продолжительное время при повышенных температурах в активной зоне реактора (вернее - той среды, которая осталась на его месте).

Многофазовый процесс разрушения ядерного реактора обусловил определенные зависимости в формировании особенностей радиоактивного загрязнения территорий, разноотдаленных от Чернобыльской АЭС. Более чем 90% ⁹⁰Sr, ^141,144Ce, изотопов Pu, ²⁴¹Am было выброшено в виде топливных частиц размером около 10 микрон и менее. Распространение ¹³⁷Сs в пределах зоны отчуждения почти на 75% связано с топливными частицами. Частицы с топливными, почти неизмененными, соотношениями между радионуклидами наблюдаются преимущественно в пределах зоны отчуждения. Юго-западный след характеризуется признаками высокого уровня фракционирования легко летучих радионуклидов, северный след тоже имеет подобные признаки, а вот в выпадениях на южных направлениях от ЧАЭС соотношения близки к топливным. Конденсационные частицы, которые имеют размер меньший, чем топливные, более характерные для территорий, отдаленных от ЧАЭС не менее, чем на 30-40 км. Радионуклиды, которые входят в их состав, имеют преимущественно легкорастворимую форму].

Наибольшее расстояние от ЧАЭС преодолели ^103,106Ru, ¹³¹,¹³³I, ¹³²Te, ^134,137Cs и радиоактивные инертные газы в составе паро-аэрозольной, газовой смеси и частиц субмикронного размера, что и обусловило формирование довольно значительных по площади радиоактивных «пятен» на территории большинства европейских стран. Эти же радиоизотопы в значительном количестве наблюдались в Тихом и Атлантическом океанах, в осадках на территории Северной Америки и Азии.

На территории зоны отчуждения ⁹⁰Sr и ^134,137Cs в первые годы после аварии находились преимущественно в нерастворимой форме и входили в состав горячих частиц, но со временем происходил распад этих частиц и ⁹⁰Sr и ^134,137Cs приобретают большую подвижность в зоне гипергинеза, особенно первый из них, который становится более биодоступным, в то же время - ^134,137Cs остается фактически на месте, связываясь в малоподвижные формы глинистыми минералами грунтов [6].

Таким образом, Чернобыльская авария с точки зрениия экологических последствий имела следующие особенности.

Катастрофически большие масштабы выброса (50 млн. Ки) и загрязнения огромной территории бывшего СССР и других стран (миллионы гектаров) радионуклидами, значительная часть которых выпала в 30-км зоне.

Сложный характер аварии продолжительное время интенсивных выбросов, разнообразие форм и состава выпадений при изменении атмосферных условий во время аварии.

Неравномерность выпадений по территории в макро-, мезо- и микромасштабах по физико-химическим формам, радионуклидному составу и уровням загрязнения.

Нахождение значительной части радионуклидов в составе малорастворимой топливной матрицы ("горячие частицы").

Наиболее масштабным и сложным по характеру (неравномерность уровней, радионуклидного состава и форм выброшенной радиоактивности), а потому и наиболее трудноустранимым результатом аварии на Чернобыльской АЭС явилось загрязнение радионуклидами почвенно-растительного покрова, сельскохозяйственных угодий и лесов. Радиоактивное загрязнение огромных территорий создало беспрецедентную по сложности экологическую ситуацию, ведущую роль в которой играют радиационно-гигиенические аспекты, а также изменения, вызванные уходом человека и прекращением хозяйственной деятельности.

30-км зона аварии с территорией около 3.000 км² загрязнена ¹³⁷Cs с плотностью более 15 и ⁹⁰Sr свыше 3 Ки/км². Кроме того, в этой зоне был диспергирован топливный плутоний, уровни которого по периферии зоны составляют около 0,1 Ки/км².

Максимальные уровни загрязнения в непосредственной близости от ЧАЭС достигают по ¹³⁷Cs 1000-1500, по ⁹⁰Sr - 600-800 и по ^239-240Рu - 2-3 Ки/км² соответственно.

В настоящее время на территории 30-км зоны находится более 21 млн. Ки радиоактивности, в том числе 20 млн. Ки - "Укрытие", 380 тыс. - ПВЛРО, ПЗРО, 250 тыс. Ки - территория (из них 129 тыс. Ки - ⁹⁰Sr, 120 тыс. - ¹³⁷Cs,  1000 Ки - ^238-240Рu), 4.5 тыс. Ки - водоем-охладитель, а в первое время после аварии - тугоплавких короткоживущих и среднеживущих ^I4l,l44Ce,⁹⁵Zr и ⁹⁵Nb, которые в основном и создавали экспозиционную дозу.

Особенности пролонгированного характера Чернобыльской аварии предопределили разнообразие форм выпадений. Изменения в этот период метеоусловий района привели к неравномерному распределению разных физико-химических форм радионуклидов, выброшенных на территорию ближней зоны ЧАЭС. Наложение указанных факторов на неоднородные ландшафтные и почвенно-агрохимические характеристики территории обусловили сложную, трудно классифицируемую радиоэкологическую ситуацию. Однако наибольшую радиоэкологическую уникальность территории 30-км зоны создает наличие в выпадениях малорастворимой фракции радионуклидов, связанных с топливной матрицей и другими выброшенными диспергированными материалами.

Указанные особенности отличают аварию на ЧАЭС по ее последствиям от предыдущих крупнейших радиационных аварий в Европе и мире (Windckal, Англия, 1957; Кыштым, Урал, СССР, 1957; Try-mail Ailend, США,1979).

В частности, характерной особенностью аварии в Уиндскейле является выброс в окружающую среду преимущественно ¹³¹I, а в Кыштыме преобладающим нуклидом в загрязнении окружающей среды через 3-4 года после аварии стал ⁹⁰Sr. Авария же на ЧАЭС, давшая преимущественно загрязнение огромных территорий ¹³⁷Cs, в ближней зоне включает в себя все разнообразие форм выпадений предыдущих аварий и, кроме того, имеет свои специфические особенности. Сравнительные данные по некоторым показателям для Кыштымской и Чернобыльской аварий приводятся в табл.2.

Таблица 2 - Радиационно-физические характеристики аварий в Кыштыме и в Чернобыле

Показатель	Кыштым,29.09.57 (осень)	Чернобыль,26.04.86 (весна)
Выброс радионуклидов в окружающую среду, Ки	2.1х106	50х106
Площадь загрязнённых земель	>2Ки/км2 90Sr=170 км2	>2 Ки/км2 90Sr=2000 км2 >5 Ки/км2 137Cs=30000 км2
Продолжительность формирования первичного следа	11 часов	15-20 суток
Пространственное распределение радионуклидов	Равномерно убывает по оси следа, высокий градиент поперёк следа	Неравномерность распределения по площади и по формам нахождения
Радионуклидный состав выбросов	Один год хранения;90Sr-5,4% 95Zr-25%,106Ru-3,7%,137Cs-0,04%,144Ce-66%,141Ce,147Pm,Pu-следы	Продукты деления на 10.05.86: 137Cs-2,2%,90Sr-2,0%,238-240Pu-0,01%,103,106Ru-23%,141,144Ce-36%,140Ва-8,2%,241Ам-следы
Основные радиологически значимые радионуклиды	90Sr- все районы загрязнения	90Sr,131I, 238-240Pu, 103,106Ru, 141,144Ce, 140Ва, 241Ам-следы-ближняя зона, 137Cs-все районы.
Форма состояния радионуклидов в составе выброса	Растворимые нитратно-ацетатные соли натрия	Растворимые(конденсационные формы за пределы 30-км, малорастворимые(топливная матрица, «горячие» частицы) формы соединений – ближняя зона.

При этом большая часть радионуклидов как в захоронениях, так и рассеянных по территории первоначально выпала в топливной и топливно-конденсационной форме. Естественно, сосредоточение такого количества нуклидов в разных формах на относительно небольшой территории представляет определенную потенциальную опасность и требует детального изучения и определения дальнейшей судьбы.

Сочетание разных природных и техногенных факторов на территории 30-км зоны ЧАЭС создало возможность и целесообразность проведения многовариантных исследований по самым разным направлениям прикладной радиоэкологии, сельхозрадиологии, радиобиологии и медицины, радиационного мониторинга, обращению с радиоактивными отходами, рекультивации и реабилитации земель и природных объектов.

Выводы :

Особенностями аварии на ЧАЭС являются:

- Катастрофически большие масштабы выброса (50 млн. Ки) и загрязнения большой территории радионуклидами, значительная часть которых оказала воздействие на живую природу и выпала в 30-км зоне.

- Сложный характер аварии, продолжительное время интенсивных выбросов, разнообразие форм и состава выпадений при изменении атмосферных условий во время аварии.

- Метеоусловия (изменяющееся направление ветра, обильные осадки) повлияли на неравномерность и пятнистость выпадений по территории в макро-, мезо- и микромасштабах.

- Наличие широкого спектра форм и состава веществ, которые содержат радионуклиды: газовая, паро- аэрозольная, аэрозольная смеси, топливные частички, минеральные частицы-носители конденсированных на них радионуклидов, агломераты разных минеральных форм, органические соединения.

- Нахождение значительной части радионуклидов в составе малорастворимой топливной матрицы ("горячие частицы").

Лекция №10

По дисциплине «Радиационные источники»

Тема: Радиоэкологические последствия аварии на ЧАЭС

Цель: Рассмотреть радиоэкологические последствия аварии на ЧАЭС для территории Украины

План: