ECONOMIC EFFICIENCY OF ACCELERATED DEVELOPMENT OF RADIOACTIVELY CONTAMINATED LANDS

В 1986 году авария на Чернобыльской атомной электростанции была причиной выброса в окружающую среду разных радиоактивных элементов, особенно цезия-137, который вызвал заражение обширных территорий России, Украины, Белоруссии, части многих Европейских стран, что привело к тяжелым последствиям в сферах здоровья, социального комфорта и экономического развития регионов. Полученные смертельно опасные дозы облучения в первые годы после аварии спровоцировали гибель людей и развитие тяжёлых, практически неизлечимых заболеваний в последующие годы после аварии, особенно у тех, кто принимал участие в ликвидации последствий Чернобыльской катастрофы. Массовые переселения привели к прекращению существования многих населенных пунктов и целых жилых районов, были заброшены частные дома, животноводческие фермы, промышленные предприятия, сокращены сельскохозяйственные угодья. Несмотря на это, жизнь на этих территориях не закончилась, жители, как в крупных городах, так и в малых населенных пунктах, остались, не имея возможности или не захотев уехать, несмотря на возросшую экологическую опасность в своих регионах. С течением времени произошло перераспределение радиоактивного загрязнения, выявлены миграционные особенности радионуклидов и места формирования опасного радиационного фона, наиболее загрязненные продукты питания, полученные на этих территориях, что создало особенный уклад деятельности жителей, пребывающих в быту, занятых в промышленности и в сельском хозяйстве, сделало необходимостью умение защищать себя от радиоактивного облучения, учиться правильно оценивать его возможности и последствия для своего здоровья. Помощь для людей, которые остались на радиоактивно загрязненных территориях и ответственность за них ложится на органы здравоохранения, законодательства, на инженерно-строительные организации и компании, волонтерские движения.

Законодательство одним из первых откликнулось на необходимость ликвидации последствий радиоактивного загрязнения, и уже в 1996 году был принят закон «О радиационной безопасности населения», который получил дополнения в 2005 и 2008 годах, где главной статьёй было необходимость сохранения жизни и здоровья населения, и ограничение величины дозы радиоактивного облучения. Согласно чему допустимая доза не должна превышать1 мЗв/год и по возможности быть снижена до минимальных значений

Жители села большую часть времени суток проводят на улице, на открытой местности, не защищенные от ветра и пыли, пребывание в жилых одноэтажных домах, также слабо защищает от радиоактивного воздействия внешнего облучения, которое со временем только усугубляется. В городах из-за высотности построек, большого числа бетонных зданий и сооружений, благоустроенных газонов, дела с защитой от внешнего облучения обстоят лучше, но без специальных защитных мероприятий его негативное воздействие никуда не исчезнет. Внешнее облучение зависит от факторов времени, массы загрязненной почвы и интенсивности воздействия на объект облучения. Специальные инженерно-защитные мероприятия важны как в сельской, так и в городской местности, в одних случаях они предусматривают в местах повышенной радиоактивности локальное осушение открытыми собирателями, для ускорения поверхностного стока, в других усиленную промывку замкнутых понижений где, как правило, повышена концентрация радионуклидов. Лучше когда площадки для осушения при водоразделах имеют малый уклон, что не будет вызывать усиленной эрозии почв, а только вынос радионуклидов, промывку лучше проводить у подножия склона, где снижается уклон и происходит аккумуляция радионуклидов в замкнутых понижениях.

В настоящее время земли Брянской области, которые после Чернобыльской катастрофы подверглись сильному радиоактивному загрязнению, начинают активно возвращать в эксплуатацию, а вот мелиорацию территорий проводить не торопятся, что является недальновидным отношением и пренебрежением требований Федерального законодательства. Даже простые и известные способы мелиорации могут сильно помочь в повышении безопасности и рентабельности этих территорий.

Цель изучения — показать возможность экономически эффективного возвращения в эксплуатацию радиоактивно зараженных земель, за счет снижения рисков — ухудшения здоровья, снижения качества растениеводческой и животноводческой продукции, сокращения продолжительности жизни. Для людей оставшихся и работающих на подобных территориях задача очень актуальна и требует разработки приближенной к реальности методики расчета индивидуальной и коллективной дозы радиоактивного облучения населения. Что позволит эффективно оценивать возможность эксплуатации таких территорий при обязательном применении инженерных защитных мероприятий в фермерских хозяйствах и жилых районах, а также учете естественных природных факторов в предотвращении облучения населения.

Скорейшее достижение нормативной величины облучения 1 мЗв/год мелиоративными мероприятиями сопровождается двойным экономическим эффектом за счет предотвращенной дозы облучения и повышения объема и качества сельскохозяйственной продукции.

Влияние мелиоративных мероприятий и процессов самоочищения естественных нерегулируемых потоков воды были тщательно изучены нами на примере загрязненных районов Брянской области. Обследовались оросительные и осушительные системы, гидротехнические сооружения (пруды, колодцы, каналы), построенные до аварии на Чернобыльской АЭС. Некоторые из них функционируют до настоящего момента и позволяют выполнить производственную проверку рекомендуемых защитных мероприятий.

В полевых условиях проводился дозиметрический контроль радиационного фона с помощью СРП-68-01, РКСБ- 104-Белвар, ДКГ-03Д-Грач и других приборов. Специальным пробоотборником на выделенных створах загрязненных водосборных участков взяты пробы почв из верхнего 10 см слоя, ила на дне прудов и каналов, растительности и дерна. Удельная активность проб определена в радиометрической лаборатории БГАУ на радиометре РУБ-01П6. Анализ показал эффективность мелиоративных мероприятий и процессов самоочищения водных потоков в снижении радиационного фона и дозовой нагрузки загрязненных территорий.

Источники поступления радиоактивного загрязнения с разных направлений в окружающей среде создают суммарное влияние на жителей населенных пунктов и любого человека, пребывающего в опасных зонах, служат причиной накопления внутреннего облучения населения:

1) ингаляционное поступление радиоактивной пыли;

2) радиоактивность в питьевой воде;

3) пища растительного происхождения, содержащая радионуклиды;

4) пища животного происхождения, в результате накопления радионуклидов и поступления их в организм человека.

Радиоактивное загрязнение почвенного слоя создает дозу внешнего γ-облучения населения, на величину которого влияют образующие его факторы.

1. На величину поглощенной дозы в воздухе на высоте 1 м над поверхностью земли влияет поверхностная активность выпавших радионуклидов, заглубление их в почву, вертикальная и горизонтальная миграция, физический распад.

2. Интенсивное воздействие человека на природу в результате производственной деятельности создает значимый антропогенный фактор.

3. Жилые и производственные здания, дорожные покрытия имеют защитные свойства.

4. Величину эффективной дозы характеризует коэффициент перехода от измеряемой мощности дозы облучения в воздухе к эффективной поглощенной дозе.

Для того чтобы определить среднегодовую эффективную дозу облучения населения (Д) необходимо оценить значения внешнего облучения (Двнеш) и внутреннего (Двн), которое могут получить жители населённого пункта, люди или животные пребывающие на радиоактивно загрязненных участках территории. Общая эффективная доза облучения определяется по формуле:

Д = Двнеш + Двн

Условия формирования эффективной среднегодовой дозы облучения у детей и взрослых при проведении тщательного дозиметрического контроля в радиоактивной зоне после Чернобыльской аварии, оказались схожими. Для разных возрастных групп в 1987–1992 годах получили эффективную среднегодовую дозу облучения не больше чем у взрослых жителей того же населенного пункта и приоритетное влияние на здоровье человека в возрастных группах не была выявлена. Предложено для оптимизации и упрощения расчетов

В зимний период происходит значительное снижение эффективной дозы внешнего облучения за счет экранирования радиоактивного загрязнения снежным покровом по сравнению с величиной в летний период. По рекомендациям МУ 2.6.1.-95

Дерново-подзолистые и черноземные почвы характерны для загрязненных районов России, Белоруссии и Украины, на них по данным МУ 2.6.2.-95 в 1986–91 году зафиксированы заметные снижения коэффициентов перехода (к.п.) радионуклидов из почвы в растительную и животноводческую продукцию, путем поступления через коневую систему и загрязненные корма. Снижение не выявлялось с 1992–95 года, а в 2012–2020 годах произошли незначительные снижения в коэффициентах перехода и принятых эквивалентах потребления продуктов растительного и животного происхождения с дополнением потребления природных продуктов питания, поэтому можно воспользоваться для расчетов значениями к.п. для 1993–95 года или 2012-2020 года, приведенными в таблицах 1–4

Средний коэффициент перехода для грибов 13,25 10-3 м2/кг.

Начиная с 2012–2020 года в рационе жителей населенных пунктов снизилось потребление сельскохозяйственных продуктов питания, полученных на загрязненных территориях (см. таблица 4), но увеличилось потребление природных продуктов питания (эквивалент грибы). Основную часть полного рациона питания составляет молоко как эквивалент продуктов животного происхождения и картофель как эквивалент продуктов растительного происхождения

Среднегодовые потребления молока населением в сельской местности удаленной от городов и административных центров при расчетах дозы 137Cs, в настоящее время можно принимать в пределах 270-370 л, картофеля (сырой вес) тоже 270-370 кг. Коэффициентами перехода воспользуемся для молока

Основная борьба с загрязнением разворачивается в замкнутых понижениях, где образуются «цезиевые пятна», и за год при среднем слое осадков около 700 мм (Брянская область) собирается большое количество воды на водосборах до 10 га. На водосборах «цезиевых пятен» необходимо устанавливать промывной режим и далее выше по рельефу — удобрительные поливы, вегетационные, увлажнительные, мероприятия по борьбе с поверхностным стоком, эрозией, миграцией питательных веществ.

За сезон промывки (весна) на блюдца подают 4-5 разовых поливных норм величиной 2000-3000 м3/га, за время подачи одной нормы 9-12 часов, вода должна успевать впитываться в течение суток. Снизить удельную активность почвы за один полив можно на 100-200 Бк/кг и добиться очищения в радиационной зоне до приемлемых норм в течение 10 лет, кроме зоны отчуждения

В густой гидрографической сети будет ускоряться сток и вынос радионуклидов через овраги, балки, каналы, ручьи и реки. Особенно активно работает природное самоочищение весной при концентрации талого стока в период паводка, а также летом при ливневом стоке, осенью в сезон дождей, стекающие воды будут беспрепятственно уносить с собой радионуклиды и снижать радиационный фон земель склонов и русел в сравнении с водоразделом в несколько раз. Устройство сооружений, улавливающих влекомые наносы и взвешенные частицы, будет способствовать оздоровлению обширных территорий.

Принимаем по данным наблюдений

Расчет предотвращенной дозы внутреннего облучения. По формулам находим общую индивидуальную дозу снижения внутреннего облучения при загрязнении сельхозпродукции от применения защитных мероприятий

(1)

где КП — коэффициент перехода 137Cs из почвы в продукцию в любой год после аварии (Бк/кг)/(кБк/м2). Для молока

σ — плотность загрязнения 137Cs пашни, сенокосов и пастбищ 50 кБк/м2.

Общая предотвращенная индивидуальная доза облучения 137Cs:

(2)

где Kэ=1,4·10-5 мЗв/Бк — коэффициент пересчета от годового поступления 137Cs в организм человека к эффективной дозе.

Расчет предотвращенной дозы внешнего облучения. Перейдем от предотвращенного загрязнения 50 кБк/м2 к снижению фона γ-излучения мкР/час

1 мкР/час=3700 Бк/м2

За год фон излучения после проведения защитных мероприятий снизился на:

Доза предотвращенного внешнего облучения высчитывается в соответствии с рекомендациями

Внешнее облучение оценивается по годовой эквивалентной дозе (БЭР — биологический эквивалент рентгена), которая определяется суммой доз, полученных в результате осуществления производственных работ на территориях фермерского хозяйства или личном приусадебном участке, и пребывания в закрытых помещениях.

На выполнение производственных заданий отводят — 2000 час/год.

Пребывание на открытых территориях занимает — 2380 час/год.

Нахождение в закрытых помещениях (дома) составляет — 4380 час/год (12 часов в сутки).

Ниже приведем примерный расчет, выполненный для населенного пункта Старые Бобовичи, расположенного в экологически опасной зоне западного района Брянской области, где снежный покров устанавливается на 4 месяца: декабрь, январь, февраль, март.

Годовая доза внешнего облучения жителя этого населённого пункта Дн, находящегося на открытом воздухе определяется так:

От начала года до 1 июня

После 1 июня до конца года

где 90 и 31 — число дней со снежным покровом;

61 и 183 — число дней без снега;

0,87 — коэффициент перехода от экспозиционной дозы γ-излучения к поглощенной бэр/Р;

0,7 — коэффициент задержки γ-излучения снежным покровом.

Годовая доза внешнего облучения жителя в закрытом помещении (дома):

До 1 июня:

После 1 июня:

0,5 — коэффициент экранирования закрытых помещений.

Работающие на производстве 2000 час/год могут работать и на открытых территориях, защищенные техникой и специальной одеждой, и частично в помещениях, поэтому введем для этих часов коэффициент экранирования 0,75.

От начала года до 1 июня:

От 1 июня до конца года:

0,1 бэр/год=1 мЗв/год.

По формулам (3, 4, 5, 6) получаем общую индивидуальную дозу снижения внешнего облучения от влияния защитных мероприятий на радиоактивность территории (при снижении фона в размере 50 кБк/м2=13,5 мкР/ч):

Общая предотвращенная доза от внешнего и внутреннего облучения будет равна:

Аналогичным образом был проведен расчет снижения дозы облучения от влияния самоочищающей способности естественных водных потоков

Общее снижение индивидуальной дозы облучения от проведения защитных мероприятий и самоочищающей способности естественных нерегулируемых потоков воды составит

0,6988+0,699=1,398 мЗв/год.

На начало рассматриваемого периода доза внутреннего облучения, рассчитанная по формулам (1) и (2), составляла при плотности загрязнения сельхозугодий 1044 кБк/м2:

Д(вн.инд.) = 0,647 мЗв/год.

Доза внешнего облучения на начало рассматриваемого периода, рассчитанная по формулам (3,4,5,6) составила:

Д(внеш.инд.) = 5,258+4,334+2,995=12,587 мЗв/год.

Общая доза облучения на загрязненном участке составляла:

Д(вн.инд.) + Д(внеш.инд.) = 0,647+12,587 = 13,235 мЗв/год.

Находим, через сколько лет доза облучения населения не будет превышать 1 мЗв/год:

(13,235-1,0)/1,398 = 8,8 года

Также возможно определение общей коллективной предотвращенной дозы внутреннего и внешнего облучения

где N — число жителей в населенном пункте, чел.

По полученной величине предотвращенной коллективной дозы облучения можно учесть экономическую эффективность мероприятий по радиационной безопасности населения, которая предусматривает сохранение жизни и здоровья жителей радиоактивно загрязненных территорий и способствует повышению качества получаемой в данном регионе сельскохозяйственной продукции. Предотвращенная доза облучения в размере 1 мЗв в или 1 чел.Зв эквивалентна сохранению продолжительности одного года жизни населения, что приравнивается к стоимости годового душевого национального дохода в России 12000 долларов США, на уровне стран Евросоюза и США в данный момент в размере 55000-75000 долларов США

1. Мы видим, что наше предположение о том, что нормативные показатели экспозиционной дозы облучения во всех загрязненных регионах, кроме зоны отчуждения, могут быть достигнуты менее чем за 10 лет, оправдывает себя.

2. Обязательное использование инженерно-защитных мероприятий и учет ускорения процессов самоочищения позволяет принимать при расчетах окупаемости осредненные данные предотвращенной дозы облучения.

3. При создании в загрязненных регионах сельскохозяйственных производств, возвращении земель в эксплуатацию, проводимые мелиоративные мероприятия повысят экономическую целесообразность этих территорий до общепринятых нормативов.

4. Разработанная методика расчета индивидуальной и коллективной предотвращенной экспозиционной дозы найдет широкое применение в сметных расчетах при проектировании, строительстве и применении инженерных мероприятий, улучшение условий жизни и труда людей, оздоровление территорий поможет получить двойной экономический эффект от производства продукции и учета снижения среднегодовой эффективной дозы облучения.