Природное и техногенное рассеяние естественных радионуклидов. Лекция 4

1. 02.03.2023

ЛЕКЦИЯ 4
ПРИРОДНОЕ И ТЕХНОГЕННОЕ
РАССЕЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ
РАДИОНУКЛИДОВ
Байтимирова Марина Олеговна

2. Содержание лекции

Естественная миграция природных радионуклидов в биосфере. Радиоактивность почв и
горных пород, природных вод. Техногенная
миграция.
Радиоэкологические
проблемы
сырьевой части ядерного топливного цикла, в
том числе базы хранения монацитового
концентрата под Красноуфимском; неядерной
энергетики;
использования
строительных
материалов и удобрений.
2

3. Естественная миграция

Естественная миграция природных радионуклидов обусловлена:
• природной радиоактивностью почв и горных пород;
• вымыванием радионуклидов из пород грунтовыми водами;
• эманированием радона.
Оценка активности естественных радионуклидов в 20-ти километровом
слое литосферы
Элемент
Распространение,
% масс.
Масса, т
Радио- Содержание
нуклид в природной смеси,
%
Удельная
активн.,
Бк/г
Общая
активн.,
Бк
Калий
2,6
8,7 ·1017
40К
0,0118
30
2,6·1025
Рубидий
0,03
1016
87 Рb
27,85
850
8,5·1024
Уран
0,0003
1014
238U
99,28
12000
1,2·1024
(1,7·1025)
Торий
0,0008
2,7 ·1014
232Th
100
4000
1,1·1024
3
(1,1·1025)

4. Горные породы вулканического происхождения

4

5. Карбонатные горные породы

5

6. Удельная активность некоторых природных радионуклидов в породах и почвах, мБк/г

Порода или почва
40К
238U
232Th
Породы
Граниты
1000
60
80
Базальты
240
10
10
Известняки
90
30
7
Песчаники
370
19
10
Сланцы
700
44
45
Почвы
Серозёмы
670
31
48
Каштановые
550
27
37
Чернозёмы
410
22
36
Серые лесные
370
18
27
Торфянистые
90
6
6
6

7. Концентрация естественных радионуклидов в природных водах, мБк/л

Нуклид
Морская вода
3H
30–100
40K
Грунтовые
воды
Питьевая вода
100–900
37–370
200
12200
37–1800
37–370
185
210Po
–
–
0,4–2,2
0,37
210Pb
1,8
3,7–180
1,8
0,74
222Rn*
0,75–3,3
370–1800
(3,7–370)·103
370–3700
226Ra
1,5–6,0
0,37–74
3,7–370
3,7
228Ra
(4–1700)·10-3
0,018–7,4
0,22–1,1
–
232Th
(4–1700)·10-4
0,037–0,37
0,37–74
–
238U
40
0,55–3,7
1,1–1,8
1,85
* С дочерними продуктами
Речная и
озёрная вода
7

8. Воды с повышенным содержанием природных радионуклидов

238U:
Волга, Днепр, Обь – 0,65–2,0 мБк/л;
Сыр-Дарья – около 10 мБк/л;
берег Иссык-Куля (Киргизия) и Мацесты (Кавказ) – несколько Бк/л;
Эльба (Казахстан) – 0,25 Бк/л.
226Ra:
Эльба (Казахстан) – 30 Бк/л;
пластовые воды азербайджанских месторождений нефти – до 670 Бк/л
Предварительная оценка допустимости использования воды для
питьевых целей согласно НРБ-99/2009 может быть дана по удельной
суммарной альфа и бета-активности, которая не должна превышать
0,2 и 1,0 Бк/кг.
Среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность
дочерних продуктов радона и торона в воздухе помещений ЭРОАRn
+4,6*ЭРОАTn не превышала 100 Бк/м3, в эксплуатируемых зданиях –
200 Бк/м3.
8

9. Уровни вмешательства по содержанию радионуклидов в питьевой воде (НРБ-99/2009)

Радионуклид
УВ (Бк/кг)
Радионуклид
УВ (Бк/кг)
тритий
7600
Cs-137
11
U-238
3,0
I-131
6,2
Ra-226
0,49
Sr-90
4,9
Pb-210
0,20
Pu-239
0,55
Если при совместном присутствии в воде нескольких природных и
техногенных радионуклидов выполняется условие:
SUM Аi / УВi <= 1,
где Аi - удельная активность i-го радионуклида в воде, Бк/кг;
УВi - соответствующие уровни вмешательства по Приложению 2а к НРБ99/2009, Бк/кг, то мероприятия по снижению радиоактивности питьевой
воды не являются обязательными.
Для минеральных и лечебных вод устанавливаются специальные
нормативы.
9

10. Источники 222Rn в атмосфере

Источник
Средняя скорость
выделения или
концентрация
Годовое поступление в
атмосферу, Бк
Суша
0,018Бк/( м2·с)
8,88 ·1019
Океан
1,8 ·10-5 Бк/( м2·с)
8,51 ·1017
Природный
газ
0,37 Бк/л
3 ·1018
Уголь
0,007 Бк/л
1,7 ·1013
10

11.

12. Техногенная миграция природных радионуклидов

добыча и обогащение урановых и ториевых руд;
добыча и сжигание углеродного топлива (газ, нефть,
уголь);
производство и использование строительных материалов;
производство и использование фосфатных удобрений;
курение сигарет.
12

13. Добыча и обогащение урановых руд

• Урановая руда содержит от 0,1 до 3 % собственно урана,
15 % от активности руды попадает в отвалы.
• В 60-е годы торий предполагалось использовать в
качестве резервного источника энергии, получая из него
изотоп 233U:
232
233
Th
n
,γ
90
90Th
-
-
233
233
Pa
92 U
91
27 дн.
22,3 мин
1,6 105 лет
• Радиоэкологически
неблагополучная
ситуация
сложилась в Красноуфимске (Свердловская область), где в
неприспособленных складах с 1960 года размещаются 82
тыс. тонн монацитовой руды, содержание 232Th в которой
составляет 2–6 %.
13

14. Данные о количествах накопленных РАО на некоторых предприятиях

ДАННЫЕ О КОЛИЧЕСТВАХ НАКОПЛЕННЫХ РАО
НА НЕКОТОРЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
14

15.

В перечень основных объектов предприятия «Алмаз» входили:
Рудник № 1 (г. Бештау) с 27 отвалами горных пород;
Рудник № 2 (г. Бык) с 13 отвалами выщелоченных пород;
Гидрометаллургический завод по первичной переработке урановой руды (после
прекращения добычи урана на нем до настоящего времени производятся
удобрения и кормовые добавки из Кольских апатитов);
Электромеханический завод (сегодня производится насосное оборудование);
Хвостохранилище РАО уранового производства при металлургическом заводе.
Хвостохранилище гидрометаллургического завода «Алмаз» сооружено в 1957 г.
Площадка хвостохранилища ГМЗ «Алмаз» расположена в 3 км к западу от г.
Лермонтова. Отходы переработки урановых руд, сбрасывавшиеся в
хвостохранилище, представляли собой пульпы, содержащие жидкую и твердую фазы.
За время эксплуатации с 1957 по 1993 г. в хвостохранилище накоплено свыше 10
млн м3 низкоактивных РАО.
15

16. ППГХО

Урановое месторождение в пределах Стрельцовского рудного поля Читинской
области было открыто в 1963 г. В 1968 г. Совет Министров СССР принял
постановление о строительстве Приаргунского горно-химического комбината (на
сегодняшний день — ПАО «ППГХО»). Промышленная добыча ведется с 1972 г. В
1976 г. была введена в эксплуатацию первая очередь по переработке урановых
руд, производительностью 1700 тыс. т в год.
Сегодня ПАО «ППГХО» является крупнейшим в России и одним из крупнейших
уранодобывающих предприятий в мире (более 90% российской и 8% мировой
добычи). Добыча урана ведется шахтным способом на 15 урановых и
молибденово-урановых месторождениях. На гидрометаллургическом заводе
имеется два пункта хранения РАО «Среднее» и «Верхнее», где размещено более
53 млн м3 твердых РАО, содержащих радионуклиды уранового ряда.
16

17. Карта ППГХО

КАРТА ППГХО
17

18.

18

19.

19

20.

Количество радионуклидов, поступивших от объектов
ПАО «ППГХО» в атмосферный воздух
20

21.

Оценка доз облучения населения г. Краснокаменска за счет природных источников ИИ
21

22.

Поселок Озерный
(Режевской р-н) –
бывшее предприятие по
добыче монацитового
песка
Исследованием радиационной ситуации в
поселке Озерный занимались сотрудники
Института экологии растений и животных
УрО РАН в 1990 и 1994 годах. До начала
рекультивации самый высокий уровень
гамма-излучения был зафиксирован в
районе могильника, расположенного
между заводом и прудом. Фон там
составил 17,5-30 мкЗв/ч при
естественном уровне фона около 0,3
мкЗв/ч. Северо-восточнее поселка
расположены еще два могильника с
уровнем гамма-фона на поверхности 0,25
мкЗв/ч.
22

23. Склады монацита под Красноуфимском

СКЛАДЫ МОНАЦИТА ПОД
КРАСНОУФИМСКОМ
Хранится 82653 тонн
монацитового концентрата.
(Ln2O3 -54% ThO2 - 7,8%,
U3О8 - 0,6)
Суммарная радиоактивность
всей массы складированного
монацита оценивается в 7800
Ки.

24.

до
после
24

25. Мощность дозы на базе и вокруг нее в нЗв/ч (1 мкЗв/ч = 1000 нЗв/ч, поэтому изолинии «300» на схеме означает мощность дозы в 0,3

мкЗв/ч). Скан из
статьи Вестника УрО РАН об "Уралмонаците
25

26.

26

27.

27

28.

В районе пос. Водный (респ.
Коми) расположено 12 бывших
«заводов» по добыче и
переработке воды, содержащей
радий. Радиоактивное
загрязнение на территориях
этих заводов носит локальный
характер. В селитебной зоне
пос. Водный на берегу реки
Ухта расположено хранилище
отходов радиевого
производства.
В 1931-1953 гг. радий добывали из пластовых вод Ухтинского
нефтяного месторождения, в 1946-1956 гг. — из отходов урановой промышленности.
На хранилище РАО захоронены отходы нескольких видов:
- «черные отвалы» — отходы производства радия из пластовых вод;
- «красные отвалы» — отходы производства радия из отходов урановой
промышленности;
- металлическое оборудование радиевого производства;
- отходы, образовавшиеся при дезактивации (загрязненный грунт, древесная зола,
кирпичный бой и пр.);
- а также промышленные отходы (осколки пьезокерамики) «Ухтинского
электрокерамического завода «Прогресс» (с 1957 г. до начала 1980-х гг.)
28

29.

Строительство чанов на
химзаводе № 1, 1931 г.
Остатки деревянных
Скважина по
добыче воды, 30-е водоводов, конец 50-х гг.
гг.
Спекание радиевого
концентрата
во вращающейся муфельной
печи, 30-е гг.
До закрытия на «Водном промысле» было
выпущено примерно 271 г радия. В 1954 году
мировой запас добытого радия оценивался в
2,5 кг.
29

30.

Филиалы и отделения ФГУП «РосРАО»
30

31.

Завод является единственным в России и странах бывшего Советского
Союза предприятием, выпускающим ряд уникальных ферросплавов и
лигатур, получаемых методом восстановления металлов из их
кислородных и иных соединений, в том числе ферротитан,
ферросиликоцирконий, лигатуры с редкоземельными металлами.
В процессе производственной деятельности расположенного в р. п. Двуреченск ОАО
"Ключевской завод ферросплавов" образуются радиоактивные отходы (1 - 10 кБк/кг) в виде
металлургических шлаков. Их складирование до 1985 года (до ввода в эксплуатацию пункта
захоронения отходов) производилось на заводских отвалах: близлежащей лесной зоне,
свалке бытовых отходов. С мест складирования шлаки несанкционированно использовались
местным населением, в результате чего произошло радиоактивное загрязнение
общественных и жилых зданий и селитебной территории поселка (на отдельных участках фон до 1000 мкр/час). Проводимые до 1996 года периодические мероприятия не дали
существенных результатов. На 01.01.96 года подлежало дезактивации около 60 домов и
около 40 участков территории.
31

32. Добыча и сжигание углеродного топлива

• При добыче нефти вместе с пластовой водой
природные радионуклиды поступают в скважину.
Радиоактивность осадков, отлагающихся на стенках труб,
может доходить до 15 000 Бк/г. Суммарный мировой сброс
осадков, содержащих 226Ra, достигает 100–200 Ки/год.
• Средняя активность добываемого газа – 1000 Бк/м3.
Если учесть мировую добычу газа, то годовой выброс 222Rn
составит около 50 000 Ки.
• Приблизительная
оценка
выбросов
природных
радионуклидов (вместе с радоном) при сжигании угля
составляет 3570 Ки/год.
32

33.

33

34.

34

35. Неядерная энергетика

Бк/к г 1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
228Ra
230Th
232Th
210Po
210Pb
226Ra
238U
40K
0
Удельная активность радионуклидов в летучей золе ТЭС
35

36. Золоотвалы ТЭЦ

ЗОЛООТВАЛЫ ТЭЦ
36

37. Ориентировочная оценка удельной активности по радию (Бк/кг) различных строительных материалов

Строительный материал
Удельная
активность
Дерево
1,1
Природный гипс (Великобритания)
29
Портланд-цемент (Германия)
< 45
Кирпич (Германия)
126
Гранит (Великобритания)
170
Зольная пыль (Германия)
341
Фосфогипс (Германия)
574
Кальций-силикатный шлак (США)
2140
Отходы урановых обогатительных фабрик (США)
4625
37

38. Эффективная удельная активность природных радионуклидов в строительных материалах (НРБ - 99/2009)

• для материалов, используемых в строящихся и реконструируемых
жилых и общественных зданиях (1 класс):
Аэфф = АRa + 1,3АTh + 0,09АK ≤ 370 Бк/кг;
• для материалов, используемых в дорожном строительстве в
пределах территории населенных пунктов и зон перспективной
застройки, а также при возведении производственных сооружений
(2 класс):
Аэфф ≤ 740 Бк/кг;
• для материалов, используемых в дорожном строительстве вне
населенных пунктов (3 класс):
Аэфф ≤ 1,5 кБк/кг.
• При 1,5 кБк/кг < Аэфф ≤ 4,0 кБк/кг (4 класс) вопрос об
использовании материалов решается в каждом случае отдельно по
согласованию с федеральным органом госсанэпиднадзора. При Аэфф >
4,0 кБк/кг материалы не должны использоваться в строительстве.
38

39. Содержание естественных радионуклидов в фосфатных удобрениях, Бк/кг

Тип удобрения
Суперфосфаты
Тройной
Страна
Российская
Федерация
232Th
226Ra
40K
20
790
2
Германия
44
110
120
США
25
910
180
Германия
48
780
-
США
115
380
5900
30
310
41
48
100
-
10
850
-
63
20
-
15
210
5900
Фосфорно-калиевые
Азотно-фосфорные
Германия
Фосфат аммония
Фосфат
нитроаммония
Азотно-фосфорнокалиевые
Российская
Федерация
39

40. Содержание естественных радионуклидов в фосфатных удобрениях, Бк/кг

Содержание урана и тория в фосфорных удобрениях может
доходить до 660 мг/кг (8100 Бк/кг) и 220 мг/кг (1000 Бк/кг).
Внесение урана на поля Германии вместе с фосфатными
удобрениями с 1951 по 2009 г составило 0,1 – 0,7 кг урана на
гектар, при этом общее внесенное количество урана
составило более 160 т.
Vogel et al. Uranium and thorium species in phosphate rock and sewage sludge ash based phosphorus fertilizers //
Journal of Hazardous Materials. Volume 382, 15 January 2020, 121100
40

41. Содержание естественных радионуклидов в фосфатных удобрениях, Бк/кг

В соответствии с НРБ-99/2009 п. 5.3.6. удельная
активность природных радионуклидов в фосфорных
удобрениях и мелиорантах не должна превышать 1,0
кБк/кг:
АU + 1,5АTh ≤ 1,0 кБк/кг,
где АU и А Th – удельные активности 238U (226Ra) и
232Th (228Th),
находящихся
в
радиоактивном
равновесии с остальными членами уранового и
ториевого рядов, соответственно.
Допустимое содержание 40К в минеральных
удобрениях и агрохимикатах не устанавливается
41

42.

Поступление радионуклидов в организм
при курении
42
Взято из лекции Калмыкова С.Н. (МГУ, Москва)

43.

Взято из лекции Калмыкова С.Н. (МГУ, Москва)
43

44. Поступление радионуклидов в организм при курении

Радионуклиды
210Pb
210Po
Поступление в организм при
естественной эмиссии, мБк/год
4000
800
Содержание в одной сигарете
производства Болгария, мБк
20
15
Попадание в легкие курильщика с
дымом, %
10
20
Поступление радионуклидов в организм
при выкуривании пачки сигарет, мБк
40
60
44

45. Библиографический список

1.
2.
3.
4.
5.
Очкин А.В. Введение в радиоэкологию: учебное пособие для
вузов /А.В. Очкин, Н.С. Бабаев, Э.П. Магомедбеков. М. : Издат,
2003. 200 с.
Федоренко Б.С. Радиобиологические эффекты корпускулярных
излучений: радиационная безопасность космических полетов
/Б.С. Федоренко. М. : Наука, 2006. 189 с.
Сапожников Ю.А. Радиоактивность окружающей
среды
/Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Калмыков. М. : Бином.
Лаборатория знаний, 2006. 286 с.
Нормы
радиационной
безопасности
(НРБ-99/2009):
Гигиенические нормативы.
М.: Центр санитарноэпидемиологического
нормирования,
гигиенической
сертификации и экспертизы Минздрава России, 2009. 77 с.
Воронина А.В., Бетенеков Н.Д., Недобух Т.А. Прикладная
радиоэкология : учебное пособие; Урал. гос. техн. ун-т - УПИ
им. первого Президента России Б. Н. Ельцина. Изд. 2-е,
перераб. Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2010 . 224 с.
45