СПОСОБ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СОДЕРЖАНИЯ ТРИТИЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к радиоэкологическому мониторингу содержания трития в окружающей среде промышленного предприятия при оценке влияния технологий по обращению с тритийсодержащими веществами и при проведении мероприятий по дезактивации загрязненных участков.

Радиоактивный изотоп трития бывает природного и техногенного происхождения. Природный тритий образуется в атмосфере, литосфере и гидросфере. Основным источником природного трития является атмосфера, где он образуется в результате взаимодействия протонов и нейтронов космического излучения с водородом, кислородом, аргоном и азотом. Около 99% общего количества природного трития превращается в тритиевую воду НТО и участвует в нормальном земном круговороте воды. Тритий широко используется в промышленности и научных исследованиях, является одним из радионуклидов, нарабатываемых в ядерном топливном цикле. Техногенный тритий поступает в окружающую среду, в основном, во время ядерных и термоядерных взрывов и на этапах ядерного топливного цикла. Нарождающаяся термоядерная энергетика может стать основным источником поступления трития в окружающую среду. Подсчитано, что в гипотетическом термоядерном реакторе будет в 10⁴-10⁵ раз больше образовываться трития, чем на АЭС такой же электрической мощности.

Преимущественной областью использования предлагаемого способа радиоэкологического мониторинга трития в объектах окружающей среды являются специализированные предприятия по обращению с радиоактивными отходами. К объектам с повышенным содержанием трития на территории промышленного предприятия могут относиться: технологические участки (хранилища радиоактивных отходов, емкости сбора дезактивационных вод, технические устройства для дезактивации и т.п.) и техногенно- загрязненные объекты окружающей среды.

Известен способ оценки радиационной обстановки и реабилитации загрязненных радионуклидами территорий, включающий отбор проб из объектов природной среды, обработку проб, анализ на содержание радионуклидов [1]. Недостатком способа является то, что он не предусматривает анализ содержания радионуклидов, в том числе трития, в окружающей среде промышленного предприятия.

Наиболее близким к предлагаемому является способ радиоэкологического мониторинга промышленного региона, включающий пробоотбор атмосферного воздуха, пробоподготовку, анализ проб на содержание естественных и техногенных радионуклидов и автоматизированную 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 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 которой составной частью входит MS Access, по результатам обработки проводят оценку радиоэкологической обстановки региона на основе геоинформационной системы путем построения электронных карт полей распределения радиационных характеристик и выявления зон с повышенным содержанием радионуклидов, определяя состояние радиационной обстановки на территории промышленного региона [2].

Недостатком способа является то, что способ не обеспечивает достоверной оценки и контроля радиоактивных загрязнений тритием окружающей среды зоны строгого режима (ЗСР) промышленного предприятия и не предусматривает обезвреживание загрязнений тритием и другими радионуклидами.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение достоверной оценки и контроля радиоактивных загрязнений тритием окружающей среды промышленного предприятия, обезвреживание загрязнений тритием, снижение потенциальной опасности предприятия.

Для достижения технического результата предлагается способ радиоэкологического мониторинга содержания трития в окружающей среде промышленного предприятия, включающий отбор проб поверхностных, грунтовых и подземных вод, снегового покрова, почв, пробоподготовку, анализ проб на содержание трития на жидкосцинтилляционном анализаторе и обработку данных анализа, запись результатов измерения в аналитическую базу данных, по результатам обработки данных анализа проводят оценку радиоэкологической обстановки и выявление участков с повышенным содержанием трития, при этом отбор проб поверхностных, грунтовых и подземных вод, снегового покрова, почв проводят в зоне строгого режима, санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения промышленного предприятия; кроме того, проводят отбор контрольных проб почвы и воды с участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий, осуществляют их пробоподготовку, анализ проб на содержание трития на жидкосцинтилляционном анализаторе и обработку данных анализа, после чего сравнивают результаты данных, полученных на территории промышленного предприятия, с результатами анализа контрольных проб с участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий; при обнаружении на территории промышленного предприятия зон с повышенным содержанием трития в поверхностных, грунтовых и подземных водах и снеговом покрове проводят сравнение показателей удельной активности трития с уровнем вмешательства и определяют принадлежность к жидким радиоактивным отходам, при обнаружении на территории промышленного предприятия участков с повышенным содержанием трития в почве определяют принадлежность к твердым радиоактивным отходам.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что отбор проб поверхностных, грунтовых и подземных вод, снегового покрова, почв проводят в зоне строгого режима, санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения промышленного предприятия; кроме того, проводят отбор контрольных проб почвы и воды с участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий, осуществляют их пробоподготовку, анализ проб на содержание трития на жидкосцинтилляционном анализаторе и обработку данных анализа, после чего сравнивают результаты данных, полученных на территории промышленного предприятия, с результатами анализа контрольных проб с участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий; при обнаружении на территории промышленного предприятия участков с повышенным содержанием трития в поверхностных, грунтовых и подземных водах и снеговом покрове проводят сравнение показателей удельной активности трития с уровнем вмешательства и определяют принадлежность к жидким радиоактивным отходам, при обнаружении на территории промышленного предприятия участков с повышенным содержанием трития в почве определяют принадлежность к твердым радиоактивным отходам.

Отбор проб поверхностных, грунтовых и подземных вод, снегового покрова, почв в зоне строгого режима, санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения промышленного предприятия проводят с целью определения удельной активности трития в окружающей среде промышленного предприятия. Отбор контрольных проб почвы и воды с участков, расположенных вне зоны влияния конкретного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий, проводят для определения фонового содержания трития в окружающей среде. Для выявления аномальных участков в зоне промышленного предприятия сравнивают результаты анализа исследуемых и контрольных проб. Статистически значимая разница содержания трития сравниваемых групп свидетельствует о влиянии промышленного предприятия на содержание трития в окружающей среде. Дальнейший анализ результатов проводят путем сравнения удельной активности трития исследуемых объектов с нормативными величинами. Для водных объектов (поверхностных, грунтовых, подземных вод, снегового покрова и воды, попавшей в технологические емкости) это величины уровня вмешательства, т.е. "уровень радиационного фактора, при превышении которого следует проводить определенные защитные мероприятия" [3], для трития эта величина составляет 7,7•10³ Бк/кг, и жидких радиоактивных отходов, к которым относятся "не подлежащие дальнейшему использованию органические и неорганические жидкости, пульпы и шламы, в которых удельная активность радионуклидов более чем в 10 раз превышает значения уровней вмешательства при поступлении с водой" [4], для трития эта величина составляет 7,7•10⁴ Бк/кг. Почва и грунт относятся к твердым радиоактивным отходам, если величина удельной активности по тритию больше 1•10⁹ Бк/кг [3] . На выявленных участках, превышающих значения нормируемых величин, проводится дезактивация, которая является необходимой частью способа радиоэкологического мониторинга содержания трития в окружающей среде промышленного предприятия. Таким образом, предлагаемая совокупность существенных признаков по сравнению с прототипом обеспечивает достоверную оценку и контроль радиационного загрязнения, обезвреживания загрязнений и снижение потенциальной и реальной опасности для окружающей среды промышленного предприятия.

Пример. Примером реализации предложенного способа радиоэкологического мониторинга содержания трития в окружающей среде промышленного предприятия является радиоэкологический мониторинг трития на Казанском спецкомбинате "Радон".

Проводили отбор проб поверхностных, грунтовых и подземных вод, снегового покрова на территории зоны строгого режима и в зоне наблюдения, а также с территории контрольных участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий. В зоне строгого режима отбиралась вода из хранилищ твердых и жидких радиоактивных отходов, наблюдательных скважин, в санитарно-защитной зоне - из скважины технического водоснабжения предприятия, в зоне наблюдения - из скважин питьевого водоснабжения в населенных пунктах, удаленных от промышленного предприятия на расстояние до 5 км [5], и поверхностных водоемов.

Отбор проб снегового покрова проводился в конце сезона снегостояния в зоне строгого режима.

В каждой точке отбора брали пять проб по 5 мл воды в стеклянные флаконы.

Пробоподготовку осуществляли путем помещения каждой пробы в испарительную колбу и добавления 30 мг перманганата калия, после чего пробу тщательно перемешивали, подсоединяли колбу к аппарату для перегонки и нагревали на электроплитке до температуры 100^oС. Для равномерного нагрева испарительную колбу ставили на песчаную баню, нагреваемую электроплиткой. Перегонку вели досуха. После перегонки содержимое приемной колбы (дистиллят) переносили в чистую испарительную колбу, подсоединяли к аппарату для перегонки и еще раз подвергали дистилляции, но без перманганата калия. Первую часть бидистиллята (примерно 5-7 мл) не собирали, среднюю (примерно 10 мл) собирали для измерения на жидкосцинтилляционном анализаторе, при этом каждую пробу перед измерением выдерживали в темноте для подавления возможных процессов хемо- и фотолюминесценции и затем проводили анализ проб на содержание трития на жидкосцинтиляционным анализаторе. Время, необходимое для проведения одного анализа, зависит от активности пробы и колеблется в интервале от 5 до 21 ч без учета времени выдержки флаконов в темноте [6].

Удельную активность трития в воде А, Бк/л, рассчитывают по формуле:

где - среднее значение скорости счета от измеряемой пробы, мин^-1;
N_b - фоновое значение скорости счета, мин^-1;
ε - эффективность регистрации бета- излучения трития счетчиком, автоматически определяемая для найденного значения параметра гашения tSIE по предварительно построенной кривой гашения, отн. ед.;
V - объем водной пробы, взятой для проведения измерений, л;
60 - коэффициент, учитывающий перевод распад/мин в распад/с (Бк) [6].

Проводили сравнение результатов данных по содержанию трития в поверхностных, грунтовых и подземных водах и снегового покрова, полученных на территории промышленного предприятия, с результатами анализа контрольных проб с участков, расположенных вне зоны влияния предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий, с уровнем вмешательства и определяли принадлежность к радиоактивным отходам по тритию.

Результаты анализа показали:
- вода в емкости хранилища относится к жидким радиоактивным отходам (5,4±1,2)•10⁷-(1,8±0,42)•10⁷ Бк/кг, удельная активность по тритию, относимая к жидким радиоактивным отходам, - 7,7•10⁴ Бк/кг;
- удельная активность воды из источников питьевого водоснабжения близлежащих населенных пунктов (колодцев и водозаборных скважин) находилась либо ниже минимально детектируемой активности (60 Бк/кг), либо незначительно отличалась от нее, максимальное значение - 140±50 Бк/кг;
- удельная активность воды поверхностных водоемов находилась на уровне минимально детектируемой активности (60 Бк/кг), максимальное значение - 350±70 Бк/кг.

Полученные результаты удельной активности поверхностных, грунтовых и подземных вод не отличались от контрольной группы (вода из городского водопровода и родника, расположенного на расстоянии 20 км от предприятия).

По результатам анализа были определены аномальные участки загрязнения. Вода, накопившаяся в хранилище твердых радиоактивных отходов, по удельной активности относима к жидким радиоактивным отходам. Таким образом, хранилище твердых радиоактивных отходов представляло собой потенциальный источник загрязнения гидросети района тритием. Тритиевая вода из емкости хранилища твердых радиоактивных отходов была перекачана в хранилище жидких радиоактивных отходов. Опасность загрязнения тритием снизилась, поскольку хранилище специально предназначено для хранения жидких радиоактивных отходов.

Была проведена дезактивация воды хранилища жидких радиоактивных отходов. Погружной насос устанавливали в емкость хранилища. С его помощью внутри емкости осуществляли процесс разбрызгивания и рассеивания воды, содержащей тритий. Полость емкости, не заполненную водой, обдували наружным вентилятором. Проходя через полость емкости, теплый воздух захватывал пары воды и выносил их в атмосферу через вентиляционную трубу. При этом пары тритиевой воды смешивались с атмосферным воздухом и рассеивались.

Режим вентиляции подбирался таким образом, чтобы объемная активность трития в воздухе не превышала ДОА_перс. (4,4•10⁵ Бк/м³), а за ее пределами ДОА_{населения} (1,9•10⁵ Бк/м³).

Однако конденсация паров тритиевой воды и выпадение ее на поверхность может привести к вторичному загрязнению объектов окружающей среды. В этой связи контроль за содержанием трития в объектах окружающей среды является необходимым этапом радиоэкологического мониторинга промышленного предприятия. С началом мероприятий по дезактивации воды из хранилища твердых радиоактивных отходов были определены места наиболее вероятного оседания паров тритиевой воды (расстояние составило 50-60 м по всем направлениям: север, юг, восток, запад от вентилляционной трубы).

Пробы почвы весом до 0,5 кг помещали в герметичные емкости. Поскольку анализу содержания трития в почве подвергается содержащаяся в пробе тритиевая вода, при подготовке пробы проводили высокотемпературное сжигание пробы с улавливанием выделяющейся влаги. Подготовка, анализ, обработка результатов проводились аналогично подготовке, анализу и обработке результатов в поверхностных, грунтовых, подземных водах и снеговом покрове. В качестве контроля был выбран населенный пункт, расположенный в 20 км от предприятия.

Проводили сравнение результатов данных по содержанию трития в почве, полученных на территории промышленного предприятия, с результатами анализа контрольных проб с участка, расположенного вне зоны влияния предприятия и не подверженного загрязнению тритием со стороны других предприятий, и определяли принадлежность к радиоактивным отходам по тритию.

Результаты анализа наблюдений за период 1999-2001 г. показывают:
- удельная активность трития в почве ниже минимально детектируемой активности (200 Бк/кг), либо незначительно отличается от нее, максимальная величина составляла 300 Бк/кг и не отличалась от контрольной группы;
- удельная активность снегового покрова была ниже минимально детектируемой активности.

Анализ полученных результатов показал, что в почве на территории предприятия не обнаружено участков с повышенным содержанием трития. При обнаружении участков с содержанием трития, которые относятся к радиоактивным отходам, необходимо осуществить их дезактивацию.

Мероприятия по дезактивации воды хранилищ радиоактивных отходов:
- ведут к снижению потенциальной опасности предприятия и по окончании мероприятий по дезактивации сведут на нет опасность загрязнения гидросети района тритием;
- не привели ко вторичному загрязнению тритием поверхности почвы и снегового покрова.

Техническая эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в повышении достоверности оценки радиоэкологического состояния объекта путем осуществления мониторинга трития на территории предприятии и за пределами зоны наблюдения, снижении потенциальной опасности предприятия как источника радиоактивного загрязнения водных объектов и источников питьевого водоснабжения.

Предлагаемый способ обеспечивает достоверную оценку и контроль радиоактивных загрязнений тритием окружающей среды промышленного предприятия. В отличие от прототипа рассматривает зону строгого режима предприятия как часть окружающей среды и которая включена в систему радиоэкологического мониторинга и предусматривает дезактивацию загрязненных тритием участков, снижение потенциальной опасности предприятия.

Заявляемый способ может быть осуществлен на стандартном оборудовании и не требует разработки новых приборов и средств для осуществления способа. Способ был опробован на Казанском спецкомбинате "Радон" и подтвердил его эффективность.

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

2. Патент РФ 2112999, МПК G 01 V 9/00, G 01 T 1/167, 1998 (прототип).

3. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). Минздрав России. 1999, с. 79, 102.

4. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). Минздрав России. 2000, с.55-56.

5. Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами (СПОРО-85). М. , 1986, с.22.

6. Методика выполнения измерений удельной (объемной) активности трития и углерода-14 в объектах окружающей среды сцинтилляционным методом. Аттестована во ВНИИФТРИ - ВИ-41-99, с.1-12.

Использование: для специализированных предприятий по обращению с радиоактивными отходами. Сущность: в способе проводят отбор проб поверхностных, грунтовых и подземных вод, снегового покрова, почв в зоне строгого режима, санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения промышленного предприятия. Кроме того, проводят отбор контрольных проб почвы и воды с участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий, осуществляют их пробоподготовку, анализ проб на содержание трития на жидкосцинтилляционном анализаторе и обработку данных анализа, после чего сравнивают результаты данных, полученных на территории промышленного предприятия, с результатами анализа контрольных проб с участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий. При обнаружении на территории промышленного предприятия участков с повышенным содержанием трития в поверхностных, грунтовых и подземных водах и снеговом покрове проводят сравнение показателей удельной активности трития с уровнем вмешательства и определяют принадлежность к жидким радиоактивным отходам, при обнаружении на территории промышленного предприятия участков с повышенным содержанием трития в почве определяют принадлежность к твердым радиоактивным отходам. Технический результат - обеспечение достоверной оценки и контроля радиоактивных загрязнений тритием окружающей среды промышленного предприятия, снижение потенциальной опасности предприятия.

Способ радиоэкологического мониторинга содержания трития в окружающей среде промышленного предприятия, включающий отбор проб поверхностных, грунтовых и подземных вод, снегового покрова, почв, пробоподготовку, анализ проб на содержание трития на жидкосцинтилляционном анализаторе и обработку данных анализа, запись результатов измерения в аналитическую базу данных, по результатам обработки данных анализа проводят оценку радиоэкологической обстановки и выявление зон с повышенным содержанием трития, отличающийся тем, что отбор проб поверхностных, грунтовых и подземных вод, снегового покрова, почв проводят в зоне строгого режима, санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения промышленного предприятия, кроме того, проводят отбор контрольных проб почвы и воды с участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий, осуществляют их пробоподготовку, анализ проб на содержание трития на жидкосцинтилляционном анализаторе и обработку данных анализа, после чего сравнивают результаты данных, полученных на территории промышленного предприятия, с результатами анализа контрольных проб с участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий, при обнаружении на территории промышленного предприятия участков с повышенным содержанием трития в поверхностных, грунтовых и подземных водах и снеговом покрове проводят сравнение показателей удельной активности трития с уровнем вмешательства и определяют принадлежность к жидким радиоактивным отходам, при обнаружении на территории промышленного предприятия участков с повышенным содержанием трития в почве – определяют принадлежность к твердым радиоактивным отходам.