Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 621.311.25:621.039.58:504

система комплексного радіоекологічного моніторингу районів РОЗТАШУВАННЯ АЕС УКРАЇНИ

Спеціальність 05.14.14 - Теплові та ядерні енергоустановки

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття

наукового ступеня доктора технічних наук

БАРБАШЕВ Сергій Вікторович

Одеса - 2009



Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Одеському національному політехнічному університеті.

Науковий консультант: доктор біологічних наук, професор, академік УААН ПРІСТЕР Борис Самуїлович, Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, головний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, член-кореспондент НАН України ЛИСИЧЕНКО Георгій Віталійович, Інститут геохімії навколишнього середовища НАН та МНС України, заступник директора

доктор технічних наук, професор ЯСТРЕБЕНЕЦЬКИЙ Михайло Онисимович, Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки, начальник відділу

доктор фізико-математичних наук, професор КАДЕНКО Ігор Миколайович, Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, завідувач кафедрою ядерної фізики

Захист відбудеться «30» червня 2009 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.41.052.04 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, проспект Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, проспект Шевченка, 1.

Автореферат розісланий « 25 » травня 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради А.Є. Денисова



АНОТАЦІЯ

Барбашев С.В. Система комплексного радіоекологічного моніторингу районів розташування АЕС України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.14.14 - теплові та ядерні енергоустановки. Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2009.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого науково-прикладного завдання радіаційної безпеки АЕС - забезпеченню представницької оцінки, виконанню адекватного аналізу і достовірного прогнозування радіаційного стану довкілля і дозових навантажень на населення у районах розташування АЕС при різних режимах їх роботи, дотриманню принципів екологічної безпеки АЕС при нормуванні величин викидів та скидів. екологічний безпека радіаційний викид

Обґрунтована доцільність доповнення системи радіаційної безпеки АЕС системою комплексного радіоекологічного моніторингу.

Дано науково-методологічне обґрунтування принципів, концепції та методології організації і ведення комплексного радіоекологічного моніторингу районів розташування АЕС.

Розроблені науково-прикладні основи експресного визначення хімічного забруднення об'єктів довкілля методом мас-спектрометрії вторинних іонів і на практиці показана можливість його застосування у системі комплексного радіоекологічного моніторингу.

Наведені результати практичної реалізації запропонованих у роботі підходів до організації і ведення комплексного радіоекологічного моніторингу у районах розташування Одеської АТЕЦ (в період будівництва), Чорнобильської АЕС (до і після аварії) і Запорізької АЕС, які підтверджують необхідність їх використання на АЕС у системі радіаційної безпеки, у т.ч. для превентивної готовності до аварійного реагування.

Запропоновані шляхи і способи удосконалення системи радіаційного контролю довкілля на АЕС України.

Результати роботи впроваджені на Чорнобильській, Хмельницькій і Запорізькій АЕС.

Ключові слова: атомна електростанція, радіаційна безпека, радіаційний контроль, радіоекологічний моніторинг.



АННОТАЦИЯ

Барбашев С.В. Система комплексного радиоэкологического мониторинга районов расположения АЭС Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.14 - тепловые и ядерные энергоустановки. Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2009.

Диссертационная работа посвящена решению важной научно-прикладной задачи радиационной безопасности АЭС - получению представительной оценки, выполнению адекватного анализа и достоверного прогнозирования радиационного состояния окружающей среды и дозовых нагрузок на население в районах расположения АЭС при разных режимах их работы, соблюдению принципов экологической безопасности АЭС при нормировании величин выбросов и сбросов.

Обоснована целесообразность дополнения системы радиационной безопасности АЭС системой комплексного радиоэкологического мониторинга.

Дано научно-методологическое обоснование принципов, концепции и методологии организации и ведения комплексного радиоэкологического мониторинга районов расположения АЭС.

Разработан метод специального структурирования территории расположения АЭС, основанный на ландшафтно-геохимическом районировании.

Разработан метод формирования сети пунктов наблюдения (мониторинга) в зоне наблюдения АЭС, который обеспечивает высокую представительность отбора проб, равноточность результатов измерений и максимальную вероятность обнаружения факела выброса при любых метеоусловиях.

Разработаны научно-прикладные основы экспрессного определения уровня химического загрязнения объектов окружающей среды методом масс-спектрометрии вторичных ионов и показана возможность его применения в системе комплексного радиоэкологического мониторинга.

Для применения на АЭС разработана информационно-аналитическая система для мониторинга, в основу которой положена база данных о состоянии района расположения станции, построенная в «экологических координатах», т.е. «привязана» к выделенным при районировании территориальным единицам.

Разработана методика, с помощью которой можно выполнять экологическое нормирование радиационных воздействий (выбросы и сбросы) на окружающую среду, основанная на определении экологической (радиационной) емкости элементов природных сред.

Приведены результаты практической реализации предложенных в работе подходов к организации и ведению комплексного радиоэкологического мониторинга в районах расположения Одесской АТЭЦ (в период строительства), Чернобыльской АЭС (до и после аварии) и Запорожской АЭС, которые подтверждают необходимость их использования на АЭС в системе радиационной безопасности, в т.ч. для превентивной готовности к аварийному реагированию.

Предложены пути и способы усовершенствования системы радиационного контроля окружающей среды на АЭС Украины. В их числе: построение современной системы методического обеспечения контроля, создание с использованием геоинформационных технологий автоматизированного банка данных радиационного контроля и радиоэкологического мониторинга, обязательное выполнение на АЭС требований стандартов серии ДСТУ ISO 14000 «Системы управления окружающей средой», реализация на АЭС принципов экологического нормирования выбросов и сбросов и др.

Результаты работы внедрены на Чернобыльской, Хмельницкой и Запорожской АЭС.

Ключевые слова: атомная электростанция, радиационная безопасность, радиационный контроль, радиоэкологический мониторинг.



ANNOTATION

Sergey Barbashev. Complex radioecological monitoring system for areas of Ukrainian NPP's location. - Manuscript.

Thesis for Doctoral Degree in Engineering speciality 05.14.14 Heat and nuclear power plants. Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2009.

Dissertation work is devoted to the important scientific and applied objectives of the environment radiation control - representative estimation, implement analysis and reliable prognostication of the environment radiation situation both dose loadings on population living in NPP area during the different NPP working status.

Necessity of systems of radiation control for environment of NPP's area with subsystem of complex radioecological monitoring is grounded.

Scientific and methodological grounds of principles, conception and methodology on organization and managing of complex radioecological monitoring for NPP's situated areas are worked out.

The scientific and applied base for express determination of chemical contamination of environment by the method of mass-spectrometry of the second ions was developed as well as the possibility of it application in complex radioecological monitoring system was demonstrated.

The results of practical realization of new methods for organization and management of complex radioecological monitoring in local areas of Odessa NPP (building period), Chernobyl NPP (before and after accident) and Zaporizhzh'e NPP were presented. Necessity of its using at Nuclear Power Plants for radiation safety system including the preventive readiness to the emergency respond is confirmed.

Ways and methods of perfection of radiation control system at Ukrainian NPP's are proposed.

The working results were implemented at the Chernobyl NPP, Khmelnitskiy NPP, Zaporizhzh'e NPP.

Key words: Nuclear Power Plant, radiation safety, radiation control, radioecological monitoring.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відповідно до Енергетичної стратегії України до 2030 року розвиток паливно-енергетичного комплексу країни тісно пов'язується з ядерною енергетикою. Планується, що в загальному балансі виробництва електроенергії частка АЕС складе 52,1%.

Реальність і здійсненність такого державного підходу залежить не тільки від фінансово-економічних чинників, а й від того, наскільки безпечно працюватимуть підприємства ядерно-енергетичної галузі, у т.ч. і з екологічної точки зору.

Системи радіаційної безпеки, що використовуються в даний час на АЕС, будуються на антропоцентричному принципі радіаційного захисту: «захищена людина - захищене навколишнє середовище» (МКРЗ,1977р.). Ним керуються при організації радіаційного контролю (РК) на АЕС. В даному випадку навколишнє середовище (НС) виступає не як система, в якій формується доза опромінювання, а як своєрідний індикатор, що характеризує технологічні параметри викидів і скидів АЕС, і порівнює їх рівні з існуючими радіаційно-гігієнічними нормативами. При цьому властивості середовища і міграційні процеси, що відбуваються в ній, не враховуються при проведенні радіаційних вимірювань в навколишньому середовищі і виконанні прогнозування впливу АЕС на населення і навколишнє середовище. В результаті проблематичним стає рішення трьох важливих груп завдань в галузі радіаційної безпеки пов'язаних: достовірною оцінкою радіаційного стану навколишнього середовища в районах розташування АЕС при різних режимах їх роботи, розробкою заходів захисту середовища і населення при аваріях і екологічним нормуванням впливу АЕС на навколишнє середовище.

Перераховані вище проблеми можна вирішити, якщо при створенні на АЕС системи радіаційної безпеки врахувати, як це рекомендується в нових публікаціях МКРЗ (2007р.), екоцентричний підхід, згідно з яким людина розглядається як частина екосистеми.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого завдання радіаційної безпеки АЕС: створення ефективної системи радіаційного контролю на АЕС, яка дозволить врахувати екологічні особливості навколишнього середовища і забезпечить отримання представницьких оцінок, виконання адекватного аналізу і достовірного прогнозування радіаційного стану навколишнього середовища та дозових навантажень на населення в районах розташування АЕС при різних режимах їх роботи, а також встановлення таких технологічних режимів викидів і скидів АЕС, які враховуватимуть дотримання принципів не тільки радіаційної, але й екологічної безпеки АЕС.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на підставі і відповідно до Державної науково-технічної програми «Екологічно чиста енергетика» (1989 р.), Довгострокової науково-технічної програми системного моніторингу навколишнього середовища (НАН України, 1992 р.), Програми першочергових заходів щодо системи екологічного моніторингу України (Мінприроди України, НАН України №7-1-364 від 04.05.92 р.), Програми Держкомгідромету СРСР (наказ №146 від 28.06.86 р.), Програми науково-дослідних, дослідно-конструкторських і дослідно-технологічних робіт енергетичної галузі в частині ядерно-енергетичного комплексу (п.14.5 річного плану РІФ, 1999 р.). Значна частина досліджень виконана у рамках договорів з АЕС на проведення науково-дослідних робіт (№ ДР 01840055721, 1984 - 1986 рр.; № ДР 01880007978, 1988 - 1990 рр.; № ДР 01890005967, 1990 р.; № ДР 01910008124, 1992 р.; № ДР 01910008125, 1992 р.).

Мета і завдання роботи. Метою роботи є розробка науково-методологічних основ радіоекологічного моніторингу (РЕМ) як екологічної складової системи радіаційної безпеки АЕС.

Для досягнення вказаної вище мети в роботі ставляться такі основні завдання:

1 - визначити чинники, що формують радіаційну обстановку в районах розташування АЕС;

2 - сформувати наукові принципи і концепцію комплексного радіоекологічного моніторингу в районах розташування АЕС, на основі яких розробити методологію (методи і способи) ведення моніторингу;

3 - для отримання при проведенні радіоекологічного моніторингу представницької комплексної оцінки стану навколишнього середовища і техногенного навантаження на населення в районах розташування АЕС розробити:

3.1 - метод спеціальної структуризації території навколо АЕС, яка базується на ландшафтно-геохімічному районуванні;

3.2 - метод формування мережі пунктів контролю і спостереження за радіаційною обстановкою в районах розташування АЕС;

3.3 - модель розрахунку доз опромінювання населення, що враховує ландшафтно-геохімічні особливості району розташування АЕС;

3.4 - інформаційно-аналітичну систему для комплексного радіоекологічного моніторингу, «прив'язану» до виділених при районуванні територіальних одиниць;

4 - для забезпечення експресності, розширення діапазону масових чисел при проведенні елементного та ізотопного аналізу розробити науково-практичні основи визначення рівня хімічного забруднення об'єктів навколишнього середовища методом мас-спектрометрії вторинних іонів;

5 - запропонувати кількісний критерій для визначення екологічно допустимого рівня впливу викидів і скидів АЕС на навколишнє середовище.

Об'єкт дослідження - способи забезпечення радіаційної безпеки АЕС та навколишнього середовища в районах їх розташування.

Предмет дослідження - принципи, концепція та методологія (методи і способи) організації і ведення комплексного радіоекологічного моніторингу районів розташування АЕС України.

Методи дослідження. В основу досліджень покладений екосистемний підхід, який відображає закони життєдіяльності біогеоценозів, визначає поведінку в них забруднюючих речовин різної природи і обумовлює допустимі для екосистем відхилення при різному техногенному і антропогенному впливові.

В процесі екологічних досліджень для обробки і аналізу даних були застосовані методи математичної статистики і математичного моделювання (з метою прогнозування), використовувалися елементи ГІС-технології для створення бази даних, методи аерокосмічного моніторингу для дослідження стічних процесів, методи біомоніторингу для вивчення токсикологічного впливу забруднюючих речовин різної природи.

При аналізі радіоактивного забруднення об'єктів навколишнього середовища застосовувалися дозиметричні (зокрема, ТЛД-дозиметрія), радіометричні, -спектрометричні методи, а при дослідженнях хімічного забруднення - методи емісійної та атомно-абсорбційної спектрометрії, хроматографії, мас-спектрометрії вторинних іонів.

Наукова новизна роботи:

· Вперше розроблені науково-методологічні основи радіаційного контролю навколишнього середовища в районах розташування АЕС, що базуються на екосистемному підході, який в даний час в повному обсязі не використовується на практиці, що дозволяє врахувати особливості навколишнього середовища і підвищити правильність оцінки радіаційної обстановки. Це досягається шляхом включення до складу систем радіаційної безпеки системи радіоекологічного моніторингу.

· Одержали подальший розвиток принципи, концепція і методологія ведення моніторингу в районах розташування АЕС, у т.ч. в аварійних ситуаціях. На відміну від класичної схеми, запропонована автором включає до складу моніторингу функцію управління, що переводить його із розряду інформаційних систем в інформаційно-управлінські.

· Вперше для застосування в системах радіаційного контролю навколишнього середовища розроблений метод спеціальної структуризації території району розташування АЕС, заснований на ландшафтно-геохімічному районуванні, який враховує екологічні, демографічні, фізико-географічні та ін. характеристики місцевості.

· Вперше розроблений метод формування мережі пунктів спостереження за радіаційною обстановкою в районах розташування АЕС, що ґрунтується на результатах ландшафтно-геохімічного районування, який забезпечує високу репрезентативність відбору проб, рівноточність результатів вимірювань і максимальну вірогідність виявлення факела викиду при будь-яких метеоумовах.

· Вперше метод мас-спектрометрії вторинних іонів використаний в системі комплексного радіоекологічного моніторингу, завдяки чому досягнута експресність елементного аналізу об'єктів навколишнього середовища.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені в дисертації та апробовані на практиці методи районування території розташування АЕС, формування мережі пунктів спостереження (контролю) за радіаційною обстановкою в цих районах в комплексі з методами моделювання дозових навантажень на населення та навколишнє середовище, побудування баз даних, аналітичного визначення рівнів хімічного забруднення об'єктів навколишнього середовища та екологічного нормування впливу АЕС на навколишнє середовище є основою для створення практично нового покоління методик та рекомендацій з організації та ведення комплексного радіоекологічного моніторингу районів розташування підприємств ЯПЦ, у т.ч. АЕС, а також для коригування регламенту радіаційного контролю АЕС (в частині контролю навколишнього середовища) та технологічних режимів роботи АЕС.

Особистий внесок автора. При виконанні науково-дослідних робіт автор формулював мету і завдання роботи. Йому належить провідна роль у створенні методології, в розробці методик, організації та проведенні експериментів, обробці, інтерпретації і впровадженні отриманих результатів. Обговорення одержаних результатів здійснювалося за участю проф. Прістера Б.С., пров. наук. співр. УкрНДІЕП Вітька В.І. та начальника відділу РБ Запорізької АЕС Верховецького М.О.

У проведенні робіт з отримання експериментальних даних на Одеській АТЕЦ, Запорізькій АЕС, Чорнобильській АЕС, Балаковській АЕС брали участь співробітники НДЛ проблем атомної енергетики і екології Одеського політехнічного інституту Доброва Т.І., Арлінська А.М., Власюк В.І., Смульський С.П., Курушин О.О., Маслов О.В., Лукін А.О. та ін., у роботі із створення автоматизованої інформаційно-аналітичної системи моніторингу, моделювання процесів у навколишньому середовищі брав участь Маслов О.В., у створенні мас-спектрометричного способу визначення забруднення об'єктів навколишнього середовища брав участь Власюк В.І. Аналіз і узагальнення отриманих у процесі роботи результатів належить здобувачу наукового ступеня.

Апробація роботи. Головні положення і основні матеріали дисертації були представлені на таких конференціях, нарадах, семінарах: 4-му Всесоюзному семінарі з іонної та іонно-фотонної емісії (м. Харків, 1983 р.); 2-й Всесоюзній конференції з сільськогосподарської радіології (м. Обнінськ, 1984 р.); 7-й Всесоюзній конференції «Взаємодія атомних частинок з твердим тілом» (м. Мінськ, 1984 р.); 4-й Всесоюзній конференції з мас-спектрометрії (м. Суми, 1986 р.).; всесоюзній нараді «Екоінформатика і екологічні бази даних» (м. Москва, 1986 р.); 1-й Всесоюзній школі молодих учених «Застосування мас-спектрометрії в біології і медицині» (м. Харків, 1989 р.); 1-й Міжнародній науково-практичній конференції молодих учених і фахівців у галузі приладобудування «Интерприбор-90» (м. Москва, 1990 р.); 1-й Всесоюзній конференції ЯТ СРСР «Ядерна енергія в СРСР: проблеми і перспективи (екологія, економіка, право)» (м. Обнінськ, 1990 р.); всесоюзній науковій конференції «Людина-океан» (м. Махачкала, 1990 р.); 3-й Всесоюзній конференції з сільськогосподарської радіології (м. Обнінськ, 1990 р.); всесоюзному науково-технічному семінарі «Підвищення ефективності і надійності радіаційного контролю на АЕС» (м. Енергодар, 1990 р.); всесоюзній конференції «Проблеми ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС в агропромисловому виробництві - п'ять років потому: підсумки, проблеми і перспективи» (м. Обнінськ, 1991 р.); науковому семінарі «Екологія АЕС» (м. Одеса, 1991 р.); 3-й конференції ЯТ «Ядерні технології в завтрашньому світі» (м. Санкт-Петербург, 1992 р.); 4-й конференції ЯТ «Ядерна енергія і безпека людини» (м. Нижній Новгород, 1993 р.); 2-му семінарі «Екологія АЕС» (м. Одеса, 1993 р.); 5-й конференції ЯТ «Ядерна енергетика і промисловість» (м. Обнінськ, 1994 р.); 3-му Міжнародному симпозіумі «Урал атомний: наука, промисловість, життя» (м. Зарєчний, Росія, 1995 р.); International conference «Nuclear Power in Eastern Europe: Safety, European Integration, Free Electricity Market» (Варна, Болгарія, 2001 р.); 7th, 8th and 9th International Energy forum of Commonwealth of Independent States (Ялта, Крим, 2004, 2005, 2006 рр.); міжнародній конференції «Актуальні проблеми ядерної фізики і атомної енергетики» (м. Київ, 2006 р.); I - IV міжнародних науково-практичних конференціях «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення» (м. Алушта, Крим, 2005, 2006, 2007, 2008 рр.).

Результати роботи були апробовані й впроваджені на Запорізькій АЕС (акт впровадження від 04.12.2008 р.). До складу впроваджених результатів входить: метод районування зони спостереження ЗАЕС, метод формування мережі пунктів спостереження і мережі пунктів АСКРО, методика і регламент відбору проб.

На Чорнобильській АЕС упроваджені: метод формування мережі пунктів радіаційного контролю, у т.ч. АСКРО, і методичні рекомендації з організації і проведення комплексного екологічного моніторингу на ЧАЕС (акт 18/8-43 ЦРБ від 03.12.2008 р.).

На Хмельницькій АЕС упроваджена автоматизована інформаційно-аналітична система для радіоекологічного моніторингу зони спостереження станції (акт від 03.12.2008 р.).

За цикл робіт із створення системи комплексного екологічного моніторингу природного середовища в районах розташування АЕС, що включає елементи радіаційного, хімічного і біологічного моніторингів, колектив авторів, до складу якого входив і дисертант, нагороджений срібною медаллю ВДНГ СРСР (Москва, 1989 р.).

За роботи із застосування методу мас-спектрометрії вторинних іонів для контролю забруднення об'єктів навколишнього середовища автор дисертації нагороджений дипломом і медаллю лауреата I Міжнародної науково-практичної конференції у галузі приладобудування (Москва, 1990 р.).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 38 наукових роботах, у т.ч.: 3 монографіях, 19 статтях у наукових спеціальних журналах і виданнях, у 8 з них без співавторів, в 1 авторському свідоцтві і в 15 матеріалах конференцій та семінарів.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел з 228 найменувань на 24 сторінках, 4 додатків на 29 сторінках. Повний обсяг 394 сторінки, в т.ч. основний текст на 263 сторінках. Робота містить 53 малюнки і 65 таблиць, з них 78 на окремих сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтований вибір напряму досліджень, показана його актуальність, сформульовані мета і завдання роботи, відображені наукова новизна та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі виконаний аналіз нормативно-правових, методологічних та методичних підходів до організації і ведення радіаційного контролю навколишнього середовища на АЕС України.

Показано, що в методологічному плані системи забезпечення радіаційної безпеки в Україні та в інших країнах базуються виключно на радіаційно-гігієнічному принципі, який на перше місце ставить захист людини від впливу радіації як найчутливішого біологічного виду.

На зарубіжних АЕС системи радіаційного контролю навколишнього середовища орієнтовані на превентивну готовність до аварійних ситуацій; функціонує відповідна міжнародним стандартам система забезпечення якості контролю навколишнього середовища; провадиться незалежний радіоекологічний моніторинг навколо АЕС, включаючи контроль метеопараметрів.

В Україні роботи такого плану тільки починаються, хоча вже давно існує необхідний науковий заділ для їх успішного проведення.

Крім того, проведений в даному розділі аналіз показав таке:

1. Мережа пунктів контролю радіаційної обстановки в районах розташування АЕС України не відображає структури і особливостей навколишнього середовища і не забезпечує високої репрезентативності відбору проб та рівноточності результатів вимірювань. Наочним підтвердженням такого висновку є рис. 1, на якому показано розміщення пунктів контролю в зоні спостереження (ЗС) Рівненської АЕС, виконане за існуючою методикою. Видно, що найкритичніший відносно забруднення ¹³⁷Cs район, який є неоднорідним за своїми ландшафтними характеристиками, контролюється лише одним пунктом, що абсолютно недостатньо для представницької оцінки рівня його забруднення. Контроль решти районів також не є репрезентативним і не відображає значущості їх внеску в радіаційну ситуацію.

2. Система радіаційного контролю навколишнього середовища не дозволяє виявити місця накопичення радіонуклідів (РН) і прослідкувати їх просторову міграцію по контрольованій території і переходи по елементах екосистеми і харчових ланцюжках.

3. АСКРО, які використовуються на АЕС, не забезпечують отримання представницької інформації про радіаційний вплив АЕС на навколишнє середовище, оскільки відповідно до антропоцентричного підходу до вирішення завдань радіаційної безпеки і радіаційного захисту розташовуються переважно в населених пунктах. Такі системи при нормальній роботі АЕС не можуть «помітити» відхилення в роботі станції від нормального режиму при викидах на рівні допустимих (ДВ) для ДЖН і йоду, але в деяких випадках здатні це зробити для ІРГ. Автоматизовані системи призначені тільки для реєстрації аварійних викидів. В Україні і Росії АСКРО входить до складу загальної системи радіаційного контролю АЕС, в той час як на зарубіжних АЕС вони є самостійними системами.

4. Системи радіаційного контролю навколишнього середовища на АЕС України не розраховані на визначення, у разі потреби, стану навколишнього середовища, обумовленого іншими, окрім радіонуклідів, антропогенними чинниками (хімічне, теплове та ін. забруднення), які можуть істотно вплинути на формування радіаційної обстановки в районі розташування АЕС.

5. Системи радіаційного контролю навколишнього середовища, які застосовуються на АЕС України, не дають можливості виконати повною мірою вимоги стандартів серії ДСТУ ISО 14000 «Системи управління навколишнім середовищем».

6. При радіаційному контролі об'єктів навколишнього середовища в умовах штатного режиму роботи відсутня одноманітність у вимірюваннях, виконується різний обсяг контролю об'єктів НС, використовуються різні методики контролю, не враховуються екологічні особливості об'єктів навколишнього середовища, які контролюються.

7. При роботі АЕС в умовах, відмінних від режиму нормальної експлуатації, радіаційний контроль навколишнього середовища на АЕС України додатково проводять в різному обсязі, з різною періодичністю і відміняють за різними критеріями. Немає єдиної методики вибору місць розташування пунктів і об'єктів контролю, що враховує екологічні особливості формування радіаційної обстановки.

Таким чином можна сказати, що системи радіаційного контролю навколишнього середовища, які застосовуються в даний час на практиці, не забезпечують отримання представницьких оцінок стану навколишнього середовища і дозових навантажень на населення, не є достатніми для прогнозування негативного впливу радіації на населення і навколишнє середовище, а також для управління його станом, процесом формування доз і для своєчасного вжиття адекватних заходів у разі виникнення позаштатної ситуації на АЕС.

Це є метою радіаційного моніторингу, а не радіаційного контролю. Навколишнє середовище при проведенні радіаційного контролю виступає не як міграційна система, в якій формується доза опромінювання, а як своєрідний індикатор рівня скидів і викидів АЕС, що характеризує технологічні параметри її роботи і порівнює їх з існуючими нормативами. Навіть ідеологія формування мережі пунктів контролю навколишнього середовища для системи радіаційного контролю відрізняється від мережі пунктів спостереження для системи моніторингу. Кожна з них переслідує свої цілі: перша - контроль технологічних параметрів викидів та скидів з АЕС, друга - стан навколишнього середовища. А його оцінюють за станом екосистем або їх елементів.

Таким чином для того, щоб контролювати і управляти процесом дозоутворення і формування радіаційної обстановки в районах розташування АЕС при різних режимах їх роботи, необхідно внести такі зміни в систему радіаційної безпеки АЕС, які доповнять її екологічною складовою. Нею може стати система радіоекологічного моніторингу.

Результати проведеного аналізу дали можливість сформулювати мету і завдання даної роботи (див. розділ «Загальна характеристика роботи»).

У другому розділі викладено науково-методологічні підходи до організації і ведення комплексного радіоекологічного моніторингу в районах розташування АЕС.

Початковими постулатами, які випливають з багаторічного світового досвіду експлуатації АЕС і які покладені в основу запропонованої в роботі системи моніторингу, є такі:

- АЕС є джерелом не тільки радіонуклідів та іонізуючого випромінювання, а й хімічного та теплового забруднення, а також змін, пов'язаних з антропогенними чинниками, наприклад, будівництвом і урбанізацією району її розміщення;

- критичним чинником впливу АЕС на навколишнє середовище є радіаційний, який стає головним при аваріях;

- система забезпечення радіаційної безпеки АЕС повинна базуватися на принципі еколого-гігієнічного нормування, що в першу чергу захищає людину від впливу шкідливих чинників, але враховує екологічний стан і особливості середовища її проживання;

- методи забезпечення радіаційної безпеки АЕС повинні враховувати екологічні та біогеохімічні закони поведінки речовини в елементах природного середовища, їх характеристики і властивості.

В основу концепції моніторингу територій розташування АЕС покладені такі загальні принципи: моніторинг повинен бути комплексним (спостереження за всіма елементами навколишнього середовища і всіма видами забруднюючих речовин, незалежно від типу джерела), враховувати наявність зворотного зв'язку між технологічним процесом на АЕС, станом навколишнього середовища і здоров'ям людини, що забезпечує дотримання еколого-гігієнічного підходу до нормування чинників впливу і дає можливість управляти станом навколишнього середовища.

За своєю суттю моніторинг територій АЕС повинен бути радіаційним, але екологічним за методологією, тобто повинен враховувати екологічні особливості навколишнього середовища (ландшафти, геохімія і т.п.), міграційні характеристики середовища (метеоумови, стоки, місця накопичення і т.п.), фізико-хімічні властивості забруднюючих речовин різної природи (ізоморфізм, ізотопні та неізотопні аналоги і т.п.), поєднану дію забруднюючих речовин різної природи та інші чинники, що визначають вплив радіації на населення та навколишнє середовище.

Запропонована концепція обумовлює таку схему ведення комплексного радіоекологічного моніторингу навколишнього середовища в районах розташування АЕС (РЕМ АЕС), відповідно до якої розв'язуються такі завдання:

1. Спостереження за всіма чинниками впливу і станом навколишнього середовища, оцінка існуючого рівня забруднення елементів навколишнього середовища, визначення чинників і шляхів впливу;

2. Складання моделей поведінки пріоритетних забруднюючих речовин, особливо РН, у навколишньому середовищі і харчових ланцюжках, визначення критичних елементів навколишнього середовища, критичних ланок у харчових ланцюжках з метою прогнозування рівня забруднення навколишнього середовища та дозових навантажень на населення і визначення критичних груп населення та ін.;

Управління навколишнім середовищем у районах розташування АЕС.

На відміну від класичної, запропонована схема моніторингу включенням функції управління переводить його із розряду інформаційних систем в інформаційно-управлінські.

Науковою основою методології врахування екологічних властивостей навколишнього середовища при забезпеченні радіаційної безпеки АЕС є вчення про екосистеми і ландшафти

Програма і регламент (режим) моніторингу визначаються, виходячи із завдань забезпечення безпеки АЕС, населення і навколишнього природного середовища. Відповідно до цього, моніторинг може проводитися з різною періодичністю, мати різні об'єкти контролю, певні параметри, призначення.

У разі комунальної радіаційної аварії методологія радіоекологічного моніторингу навколишнього середовища в районі розташування АЕС повинна ґрунтуватися на еколого-гігієнічних принципах нормування радіаційних чинників і враховувати особливості атмосферного перенесення аварійного викиду, фізико-географічні і ландшафтно-геохімічні характеристики місцевості, а також результати, одержані при проведенні штатного моніторингу.

При цьому оцінку рівня забруднення навколишнього середовища і дозових навантажень на населення доцільно проводити для критичних РН (з урахуванням їх значущості), критичних елементів навколишнього середовища, критичних груп населення. (Критичні елементи - індикатори, що дозволяють виявляти зміни в середовищі на ранніх стадіях). Прогнозування рівнів забруднення навколишнього середовища, крім математичного моделювання, можна виконувати за даними хімічного і (або) радіаційного забруднення, одержаними в доаварійний період.

Управління (зміна якості з метою зменшення критичності) навколишнім середовищем у разі аварії трансформується у вибір контрзаходів, направлених на мінімізацію рівнів забруднення навколишнього середовища, доз на населення і чисельності осіб з населення, що опинилися у сфері дії аварійного опромінювання.

Наведені в роботі дані свідчать про те, що критичними елементами навколишнього середовища, які формують радіаційну обстановку і дозові навантаження на населення в районі розташування АЕС при штатному режимі її роботи, а також в середній і пізній фазах аварії, є наземні екосистеми (грунт, рослинність, у т.ч. сільськогосподарська та ін тому головна увага при проведенні радіоекологічного моніторингу повинна бути приділена саме їм.

Проте це не означає, що повітря, геологічне середовище, водні або інші екосистеми не потрібно контролювати. Просто, кожна з них має свою значущість, що визначається умовами, в яких їх контроль стає пріоритетним, і завданнями, що стоять перед дослідниками.

Таким чином, для досягнення головної мети радіаційної безпеки АЕС - забезпечення ефективного захисту персоналу, населення, навколишнього середовища від радіаційного впливу - необхідно для територій розташування АЕС знати не тільки їх радіаційно-гігієнічні особливості, а й і екологічний статус, основні чинники, що формують радіаційну обстановку і дозові навантаження на населення, шляхи формування доз опромінювання, параметри міграції найбільш небезпечних в біологічному відношенні радіонуклідів.

Чинники, що формують радіаційну обстановку і дозові навантаження. Шляхи формування доз і параметри міграції визначаються для кожного випадку окремо. Для цього існують певні моделі, методи і методики. Проте чинники, що формують радіаційну обстановку і дозові навантаження для будь-якої радіаційної ситуації на АЕС, є однаковими. У дисертації обґрунтовані і враховані при проведенні досліджень та розрахунків основні екологічні, біологічні, демографічні та фізичні чинники, що формують радіаційну обстановку і дозові навантаження на населення в районі розташування будь-якої АЕС при будь-якому режимі її роботи. У їх перелік входять:

1. - Викиди. Скиди.

2. - Метеоумови і клімат. Атмосферні випадіння.

3. - Рельєф місцевості.

- Типи ландшафтів і ґрунтів.

- Геохімічні характеристики. Геохімічні ландшафти.

Біохімічні особливості.

4. - Рослинний покрив, у т.ч. лісовий (природний і антропогенний).

Споживання рослинних продуктів, плодів.

- Сільськогосподарські угіддя, пасовища. Споживання сільськогосподарської рослинної продукції.

- Зрошуване землеробство.

- Тваринництво (м'ясне і молочне). Мисливські угіддя.

Споживання м'яса і молока.

- Приватні фермерські і підсобні господарства (овочі, фрукти, молоко, м'ясо та ін.). Споживання продукції.

- Водоймища та їх використання. Споживання риби та інших гідробіонтів.

5. - Рівень забруднення об'єктів НС і продуктів харчування.

6. - Щільність населення, вікові групи, розподіл за статевою ознакою.

- Населені пункти сільського типу, присадибні ділянки.

- Урбанізація території.

- Рекреаційні території.

В теперішній час при проведенні на АЕС радіаційного контролю навколишнього середовища враховується тільки частина цих чинників, як правило та, яка відображає технологічні параметри (п.1,2,5), а чинники, що характеризують екологічні та інші характеристики, або зовсім не беруться до уваги (п.3), або враховуються тільки частково (п.4,6). Тому перелік принципів забезпечення радіаційної безпеки АЕС запропоновано доповнити екологічними принципами, які вимагають обов'язкового врахування характеристик навколишнього середовища, що впливають на формування радіаційної обстановки і дозових навантажень на населення.

Районування території зони спостереження АЕС. Основним завданням РЕМ наземних екосистем є поглиблене вивчення процесів міграції і накопичення забруднюючих речовин, у т.ч. радіонуклідів, в ландшафтах регіонального і локального масштабів і оцінка наслідків цього явища. Тому основним методологічним підходом до організації РЕМ АЕС є ландшафтно-геохімічне районування.

За участю автора метод ландшафтно-геохімічного районування був трансформований так, щоб його можна було без втрати наукової суті застосовувати на практиці на підприємствах ядерної енергетики.

Суть його полягає в такому. Вплив джерел техногенного забруднення природного середовища спочатку має, як правило, відносно локальний характер. Подальші зміни відбуваються на певних ділянках земної поверхні, що мають конкретні ланшафтно-геохімічні і фізико-географічні особливості, які впливають на процеси міграції і накопичення. Очевидно, що для отримання об'єктивних результатів моніторингу необхідно їх враховувати. Для цього на першому етапі моніторингу слід розбити територію спостереження на ділянки так, щоб відібрані на них проби характеризували як джерело забруднення, так і шляхи розповсюдження забруднюючих речовин.

Основний принцип районування території впливу АЕС полягає в розбитті її на певні ділянки максимально однорідні за ландшафтно-геохімічними і фізико-географічними характеристиками відносно процесів надходження, міграції і накопичення забруднюючих речовин. Залежно від ступеня однорідності називатимемо їх районами або підрайонами.

Для районування використовують різні середньомасштабні карти (ландшафтні, топографічні, ґрунтові, кліматичні та ін.), результати розрахунків поверхневого розподілу атмосферних випадінь, а також матеріали землевпорядних і державних органів (ступінь розораності, використання земель та ін.).

Результатом районування є карта-схема зони спостереження АЕС, на якій виділені райони, підрайони і топографічні профілі, за якими можна вивчити найбільшу кількість видів пов'язаних між собою ландшафтів або їх елементів та прослідкувати міграцію і накопичення забруднюючих речовин на досліджуваній території. Принцип районування показаний на рис. 3, а карта-схема районування території розташування умовної АЕС - на рис. 4.

Запропонований у роботі науково-методологічний підхід до районування території розташування АЕС детально викладений в «Керівництві з організації контролю стану природного середовища в районі розташування АЕС», який затверджений Мінохоронздоров'я і Держкомгідрометом СРСР у 1988 році і схвалений Держпроматомнаглядом СРСР у 1989 році.

Формування мережі пунктів спостереження (моніторингу). Нині відомі різні підходи до формування мережі пунктів контролю (спостереження) за станом навколишнього природного середовища.

Одні засновані на використанні регулярної мережі, інші, як на АЕС України, - на «прив'язці» до населених пунктів, що відповідає санітарно-гігієнічному принципу захисту людини від дії радіації.

Ні перший, ні другий підходи не враховують ландшафтних особливостей, первинного розподілу радіонуклідів (або інших забруднюючих речовин), подальшого їх перерозподілу в процесі міграції і зв'язку населення з ландшафтом. Інформація, що одержується від такої мережі, не є репрезентативною і може призвести до помилок при оцінці радіаційної обстановки.

В основу запропонованого в роботі підходу до формування мережі пунктів моніторингу в зоні спостереження АЕС покладений метод ландшафтно-геохімічного районування цієї території.

Основні завдання при створенні такої мережі зводяться до забезпечення репрезентативності та рівноточності результатів контролю на всій території. Репрезентативність пробовідбору досягається за рахунок відбору середніх проб, що складаються з великої кількості (25) індивідуальних проб, які відбираються за методом конверта і дозволяють врахувати всі особливості контрольованої території. Для досягнення рівноточності результатів вимірювань, що характеризують забруднення виділених районів і підрайонів, запропоновано кількість середніх проб між всіма елементами території розподіляти пропорційно величинам площі, щільності забруднення, чисельності населення та іншим значущим з точки зору ризику чинникам, що піддаються кількісному обліку, за допомогою вагових коефіцієнтів.

Величина Gj визначається шляхом інтегрування щільності забруднення за площею в межах виділених контурів і виражається у відносних одиницях.

Загальна кількість пунктів моніторингу в ЗС АЕС оцінюється за методикою, розробленою К.П. Махонько (1985 р.) і складає 80 - 120 од. для 30-кілометрової зони.

З метою підвищення оперативності, зниження вартості оцінок, пов'язаних із виконанням трудомістких і дорогих аналізів, з середніх проб можуть бути зібрані репрезентативні проби, що характеризують окремий підрайон або район в цілому. Така проба готується з рівних аліквот середніх проб. При виявленні аномальних значень контрольованих параметрів можна провести аналіз усіх проб, відібраних з даного елементу території.

Ще одним критерієм, який повинна задовольняти мережа пунктів моніторингу, є забезпечення максимальної вірогідності виявлення вузького факела викиду (10° - 14°) за рахунок їх просторового розподілу.

Таким чином, запропонований метод формування мережі пунктів спостереження для екологічного моніторингу території ЗС АЕС, на відміну від того, що застосовується на АЕС в даний час, який може дати помилку до 400%, забезпечує: рівноточність і репрезентативність результатів контролю вимірювань на всій території, підвищення його оперативності, зниження вартості аналізу проб, максимальну вірогідність виявлення забруднення викидами при будь-яких метеоумовах, урахування міграційних процесів, прив'язку до характеристик джерела викиду.

Моделювання наземної екосистеми і розрахунок дозових навантажень на населення. Інформація, одержана в дослідженнях першого етапу моніторингу, зводиться в модель наземної екосистеми. За основу може бути прийнята, наприклад, концептуальна модель, що рекомендується МКРЗ в Публікації 29. На відміну від неї, запропонована нами модель «прив'язана» до «екологічних координат». Під «екологічними координатами» в даному випадку мається на увазі територія, в межах якої умови міграції пріоритетних забруднюючих речовин у навколишньому середовищі і по харчових ланцюгах та їх первинний розподіл можна з певним ступенем наближення вважати однаковими. Як елементарна одиниця території виступають виділені райони або підрайони. За допомогою цієї моделі можна визначити дозові навантаження на природне середовище, а також колективну і середню індивідуальну ефективну еквівалентну дози від зовнішнього і внутрішнього опромінювання населення, скласти прогноз забруднення елементів природного середовища радіонуклідами при їх викиді в атмосферу або скиді у водні чи наземні екосистеми. У результаті стає можливим визначення критичних груп населення, критичних ланок у трофічних ланцюжках, у сільськогосподарських і природних ценозах.

У дисертації складена модель наземної екосистеми території розташування АЕС. Міграція радіонуклідів по блоках моделі (елементах екосистеми) описується системою лінійних неоднорідних диференційних рівнянь першого порядку, яка розв'язується для кожного з виділених при районуванні території розташування АЕС району, тобто «прив'язана» до «екологічних координат», що дозволяє параметри моделі в них вважати однаковими.

На основі даних моделювання міграції радіонуклідів по блоках екосистеми і харчових ланцюгах була складена модель розрахунку дозових навантажень на населення, що проживає у 30-кілометровій зоні Запорізької АЕС. Модель заснована на визначенні коефіцієнтів переходу по трофічних і природних ланцюжках. Вона дає адекватну оцінку ефективної еквівалентної дози. Істотним доповненням до методу є можливість урахування просторового розподілу коефіцієнтів накопичення радіонуклідів і відмінностей раціонів харчування у виділених районах.

Результати розрахунку наведені в матеріалах досліджень, що увійшли до четвертого розділу дисертації.

Інформаційно-аналітична система для комплексного радіоекологічного моніторингу в районі розташування АЕС (ІАС РЕМ АЕС). У роботі одержав розвиток підхід, пов'язаний з накопиченням зібраної у процесі радіаційного контролю і моніторингу інформації та її аналізом. Створена автоматизована інформаційно-аналітична система (ІАС). В її основу покладена база даних про стан зони спостереження АЕС, яка побудована в «екологічних координатах», тобто «прив'язана» до виділених при районуванні територіальних одиниць. Окрім бази даних про стан навколишнього середовища, ІАС включає моделі наземної екосистеми і розрахунку дозових навантажень на населення, що проживає поблизу АЕС, блок розрахунку рівнів забруднення об'єктів навколишнього середовища радіонуклідами, модель повітряного перенесення РН, картографічний матеріал та ін. У свою чергу, передбачається, що така ІАС може стати основою бази знань і експертних систем, за допомогою яких може оцінюватися екологічна ситуація (інформаційна функція моніторингу) і прийматися рішення, що призводять до зменшення ризику для навколишнього середовища з боку АЕС (управлінська функція моніторингу). Практична застосовуваність розробленої системи показана на прикладі ІАС для радіаційного контролю і моніторингу зони спостереження Запорізької АЕС.

У третьому розділі дано обґрунтування застосування методу мас-спектрометрії вторинних іонів як експресного інструментального методу вимірювання рівнів хімічного забруднення об'єктів навколишнього середовища при проведенні комплексного екологічного моніторингу територій розташування АЕС.

У роботі проведено порівняння характеристик різних методів аналітичної хімії, які використовуються для аналізу природних об'єктів (емісійний спектральний аналіз - ЕСА, атомно-абсорбційний аналіз - ААА, нейтронно-активаційний аналіз - НАА), з методом мас-спектрометрії вторинних іонів (МСВІ), що набув поширення при вивченні поверхонь і об'ємів металів, напівпровідників і діелектриків. Показано, що за своїми аналітичними і техніко-економічними характеристиками метод МСВІ не поступається, а за деякими параметрами (експресність з урахуванням підготовки проби для аналізу - до 90 хвилин, діапазон елементів, що визначаються, охоплює всю періодичну систему, чутливість - до 10^-7 ат %, проста підготовка проб, мінімальне їх забруднення в процесі підготовки і аналізу) перевершує ці широко відомі методи.

У роботі розроблені теоретичні підходи до кількісного МСВІ-аналізу і методика визначення важких металів в об'єктах навколишнього середовища. В основу кількісного аналізу покладений відносний метод, який дозволяє, маючи внутрішній або зовнішній стандарт, визначити концентрацію i-го елемента за формулою: де K_i = a_icm / a_cm. У цих формулах КОЧ_i - коефіцієнт відносної чутливості i-го елемента відносно елемента, що обирається як стандартний (визначається або експериментально, або розрахунковим шляхом), - струми вторинних іонів i-го і «стандартного» елементів, a_i,ст - поширеність ізотопу i-го і «стандартного» елементів, _i,ст - ефективність реєстрації іонів i-го і «стандартного» елементів, с_cт - концентрація «стандартного» елемента.

Практичне застосування методу МСВІ для елементного аналізу об'єктів навколишнього середовища було перевірене шляхом визначення вмісту важких металів у зразках гідробіонтів (мідії) і грунту. Отримані методом МСВІ результати аналізу проб грунту показані у табл. 3. Вони свідчать про високу відтворюваність аналізу (стандартні відхилення - 0,010,03) і досить високу похибку (±25100%) відносно даних емісійного спектрального аналізу, прийнятого нами за еталонний метод. Для гідробіонтів отримані аналогічні результати.

Проте метод МСВІ, завдяки своїм аналітичним характеристикам, може бути рекомендований для контролю рівня хімічного забруднення об'єктів навколишнього середовища при наявності стандартних зразків. Це підтвердили результати застосування методу МСВІ для визначення вмісту важких металів у грунтах при проведенні комплексного моніторингу у ЗС АЕС України, про які іде мова у четвертому розділі роботи.

На базі промислового мас-спектрометра типу міні-ВІМС МС-7201 у роботі був зібраний макет мас-спектрометра вторинних іонів для елементного аналізу об'єктів навколишнього середовища, який, після створення заводського зразка, може бути застосований для оперативного виявлення, наприклад, в аварійних ситуаціях, джерел хімічного і радіоактивного забруднення грунту, рослинності, гідробіонтів та ін., а також для контролю в стаціонарних і польових умовах рівня їх забруднення.

Роботами із застосування методу МСВІ для вирішення завдань екології автором дисертації закладені основи нового наукового напряму - мас-спектрометрії вторинних іонів об'єктів навколишнього середовища.

У четвертому розділі наведені результати практичної реалізації запропонованих у роботі підходів до організації і ведення комплексного радіоекологічного моніторингу в районах розташування Одеської АТЕЦ (у період будівництва), Чорнобильської (до і після аварії) і Запорізької АЕС.