ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН СНИЖЕНИЯ РАДИАЦИИ НА СЕМИПАЛАТИНСКОМ ИСПЫТАТЕЛЬНОМ ЯДЕРНОМ ПОЛИГОНЕ

Актуальность. Радиационная неграмотность населения такова что, не только простой народ, но даже люди с высшим образованием боятся слова «радиация» и любого уровня радиации. Живые организмы не могут существовать без радиации. Все существующие организмы эволюционировали при определенном уровне радиации. При полной изоляции организма от естественной радиации происходит замедление самых фундаментальных жизненных процессов, в том числе — деления клеток. Растения и животные за счет внутренней радиации развиваются замедленно и в конце умирают раньше срока [7; 12; 16; 21; 23]. Однако радиация не должна превышать определенного уровня. Если радиация превысит необходимый уровень, процесс метаболизма нарушится и приведет к мутации, а организм подвергшийся мутации заболеет и преждевременно умрет [7; 12; 16; 21; 23]. В последние годы появляются публикации, что малые дозы облучения повышают защитно-приспособительные силы организма [12; 21]. В регионах с высоким радиационным фоном уровень здоровья населения достоверно выше. На Земле есть территории, где люди живут в условиях природного радиационного фона, превышающего средний по планете показатель на 100 % и даже на 1000 %. Например, в Китае есть местность, где уровень естественного гамма-фона обеспечивает жителям за 70-летний период жизни 385 мЗв, что превышает уровень, требующий переселения жителей, принятый после аварии на Чернобыльской АЭС. Однако смертность от лейкоза и рака в этих районах ниже, чем в районах с низким фоном, а часть населения этой территории — долгожители. К радиации применим физиологический закон Ардна-Шульца: слабая стимуляция оказывает активизирующее действие, средняя — нормализующее, сильная — ингибирующее, сверхсильная — подавляющее и повреждающее[12; 21]. Также известно, что японцы, после Хиросимы и Нагасаки, жившие на территории с несколько повышенным уровнем радиации стали меньше болеть и жить дольше, чем те, кто не попал под действие радиации. Кавказцы, другие горцы, живущие на фоне повышенной радиации в горах, тоже славятся долголетием [12; 21; 23].

Потому, отношение к радиации не соответствует реальной действительности. Атомные взрывы в Хиросиме и Нагасаки, происшествия в Чернобыле и Фукусиме породили у основной массы людей страх при любом упоминании о радиации.

В Казахстане ядерные испытания нанесли огромный вред населению, проживавшим на Семипалатинском испытательном ядерном полигоне (СИЯП) и на прилегающей территории. Остановка и ликвидация мангыстауской атомной электростанции создало успокоенность у населения Казахстана, который активно проводил митинги против различных атомных инициатив правительства.

Тем временем, Н. Назарбаев и В. Путин 7 июня 2011 года подписали соглашение о строительстве атомной электростанции в Казахстане. Следом, 5 сентября 2011 года, Правительством Казахстана утвержден Генеральный план развития города Актау. В генплане заложено строительство атомной электростанции. Дополнительно, в декабре 2012 года и январе 2013 года Н. Назарбаев дал поручение членам правительста: «Мы должны иметь атомную электростанцию в Казахстане по разным причинам. Не будем сейчас рассуждать об этом. И мы можем сейчас это сделать. Давайте приступим, определите место и начнем разговаривать с теми, с кем мы будем иметь дело». По инициативе Н. Назарбаева, на международной конференции против ядерного оружия и за мирный атом 9 августа 2012 года, во всех учебных заведениях Казахстана проходят слушания, семинары и чтения по проекту «Атом» [8].

Для экспериментов по ядерным испытаниям советское государство выделило специально 18,5 млн гектаров земли и был открыт Семипалатинский испытательный ядерный полигон. На Семипалатинском полигоне в 1961—62 гг. на земле и на воздухе были взорваны около 50-ти ядерных бомб, в 1963—88 гг. каждый год проводилось 14—18 взрывов. В результате этих взрывов радиоактивная пыль от эпицентра была рассеяна на площади 304 тыс. кв. км. В местах проведения эксперимента уровень радиации достигал 448 бэр. Общая мощность ядерных зарядов взорванных на СИЯП в 2,5 тысяч раз превышает мощность атомной бомбы взорванной в Хиросиме в 1945 году [6; 10; 11; 19].

После запрета, международным соглашением 1962 года, ядерных взрывов на земле, воздухе и воде начали проводить взрывы под землей. В подземных шахтах СИЯП в 1962—1989 годы провели 341 взрывов [6; 10; 11; 19].

Сейчас на территории СИЯП уровень радиации колеблется от 6 до 20 микрорентген в час. Лишь на отдельных участках уровень радиации несколько повышен. Для сравнения, в Алматы средний уровень радиации составляет 25—26 микрорентген. Потому с 2007 года идут разговоры о возврате более 90 % земель Семипалатинского ядерного полигона сельскому хозяйству, промышленности и другим отраслям. Общая площадь территорий с несколько повышенной радиацией не превышает 74 тыс гаили около 4 % от общей площади СИЯП [1; 9].

В связи с очень большой актуальностью проблемы искуственной радиации перед нами была поставлена цель: выяснить по каким причинам уровень радиации на территории Семипалатинского испытательного ядерного полигона резко снизился и куда делись радиоактивные изотопы.

Эту цель разделили на следующие задачи:

·     выяснить природное положение полигона;

·     выявить причины снижения радиации в литературе;

·     рассчитать снижение радиации на полигоне.

При выполнении работы использовались следующие методы: аналитический, картометрический, математический.

Краткая характеристика СИЯП. Площадь СИЯП составляет 18,5 га. В ландшафтном отношении представляют собой северную окраину Казахского мелкосопочника перемежающийся с долинами. На самом севере, относящеся к южной части Западно-Сибирской низменности, расположена равнина Белагаш. На основной части СИЯП расположены мелкосопочные горы Шынгыс, Шынгыстау, Акшатау, Догалан, Ордатас, Дос, мыржык, Абралы. Протекают реки Баканас, Коксала, Айгыз, Шаган, мукыр, Такыр, Бокенши, Колденен, Карашокы, Караул. Озера Сарыкол, Кызылтас, Колкайнар, Балыкты, Копа, Шу, Аягоз, Карасу, Кырсор, Киши и Улкен Канонерка, Улкен, Киши и Шагын Шошкалы и др. Климат Семипалатинского ядерного полигона континентальный, зима суровая, лето жаркое, к югу сухая. Средняя температура января -14, -18°С, в июле +20 +24°С. Абс. минимум иногда достигает -40° С, абс. максимум +35°С. Годовая количество осадков 168—220 мм, в горных районах на севере достигают до 370 мм [18; 22].

Подземные ядерные взрывы. Под землей в результате ядерного взрыва образуется шарообразная или колбообразная полость из спекшегося стеклообразного щлака. Стеклообразный шлак образуется при расплавлении горных пород, основу которых составляет кремний.

На бывшем испытательном участке «Балапан» радиоактивные загрязнения встречаются локально возле устьев испытательных скважин [3; 4; 5]. Из них сильно загрязненных скважин встречаются редко. максимально загрязненный район на территории «Балапан» относится к озеру «Атомный». Даже спустя десятки лет озеро, образованное от взрыва радиационно небезопасно [3;4; 5]

Причины снижения радиации в литературе. мы просмотрели литературу, посвященной радиации, включющую 98 наименований. Считаем, что нет надобности приводить полный список. Во всех приводятся всего лишь две причины [1—7; 10—12; 15—17; 19—21]:

·     период полураспада радиоактивных изотопов;

·     атмосферный выброс изотопов после взрыва, разнос и выпадение на обширные площади далеко от места взрыва.

Радиоактивные изотопы поднятые в воздух и выпавшие на других территориях мы не оценивали.

На основе анализа мы пришли к выводу, что есть еще две причины снижения радиации, не указанные в литературе, кроме периода полураспада (первая и основная — физическая):

·     вторая, природно-климатическая — атмосферными осадками радиоактивные изотопы могут промываться через почвогрунт до подземных вод;

·     третья, биологическое рассеяние — радиоактивные изотопы, включенные в растения, поедаются насекомыми и в свою очередь становятся пищей для птиц. Птицы разлетаясь в разные стороны уменьшают уровень радиации.

Оценка причин и подсчет снижения радиации на СИЯП. Общее колличество испытаний на Семипалатинском полигоне составило 468 ядерных и термоядерных взрывов. Из них 125 были открытыми, то есть были выполнены в воздухе или на поверхности земли до 1962 года.

Период полураспада радиоактивных изотопов — первая и основная причина снижения уровня радиации.

Продукция ядерных взрывов составляет более 200 атомных изотопов 36 химических элементов. Большинство радиоактивных элементов это короткоживущие радионуклиды (Василеко, Радиация)

Во время полураспада после взрыва через 7, 49 и 343 суток радиоактивность снижается в 10, 100 и 1000 раз [7; 16]. Другие радионуклиды ядерных расщеплений (³Н, ¹⁴С, ²⁸Al, ²⁴Nа, ⁵⁶Mn, ⁵⁹Fe, ⁶⁰Cо и др.) и нерасщепленный уран, плутоний загрязняют окружающую среду. Считается что плутоний (²³⁹Pu) крепко связывается глиной, ¹³⁷Cs, ¹³¹I особенно ⁹⁰Sr и эти радионуклиды могут аккумулироваться в организме человека. Например ⁹⁰Sr- в кости, а ¹³¹I — в щитовидной железе [1; 9; 16; 17; 21].

Таблица 1.

Радионуклидные продукты ядерных испытаний [7]

Промывание радиоактивных изотопов атмосферными осадками. Вторая причина снижения радиации — промывание атмосферной влагой через почвогрунты и аккумулирование в подземных водах.

Количество осадков в теплый период достаточно для промывания радионуклидов (1, 2 схемы). Распространенность модуля промывания в пространстве неоднородна. Высокая интенсивность промывания наблюдается в горных местностях, на небольших площадях. Низкая интенсивность промывания характерна для равнинной части исследуемой территории. Средняя интенсивность промывания составляет 7.2 т/га.

Схема 1. Распространение рек и озер на территории СИЯП

Схема 2. Количество осадков за теплый период и процент от общей площади

Схема 3. Интенсивность промывания, т/га.

Процесс смыва в понижения и промыва в глубину по выделенным районам должен проходить с достаточной интенсивностью и очень хорошо. Это наше убеждение связано с тем известным нам фактом превращения засоленного дна Аральского моря в рассоленные песчано-глинистые ландшафты, где количество годовых осадков не превышает 80—90 мм в год [14]. Тогда как минимальное количество осадков на СИЯП только за теплый период составляет 168—170 мм в год.

Подсчет основывается на объеме атмосферных осадков за теплый период. Обьем промывающих осадков считают по формуле [20]:

V=V₁*S*h *d*a, м³                                                                                         (1)

где: V₁— объем атмосферных осадков за теплый период, м³;

S — площадь водосбора, м²;

d —способность почвогрунтов проводить воду в сутки, м;

а — коэфициент стока;

h —коэфициент испарения;

Коэффициент стока для лесных районов 0,4—0,5 и 0,6—0,65 для степных районов. Коэфициент испарения для лесной зоны 0,4—0,5 м, для лесостепной зоны 0,6, степной зоны 0,7—0,8 м.

Способность почвогрунтов проводить воду— 0,00025 м. в сутки.

Площади водосборных районов подсчитаны по схеме 2. Общий обьем района 18,5 млн. га. Подсчитаем площади районов по количеству осадков за теплое время:

168—170 мм.год= 3,94 % от 18,5 млн.га= 728900 га

170—180 мм.год= 14,47 % от 18,5 млн.га = 2676950 га

180—190 мм.год= 47,36 % от 18,5 млн.га = 8761600 га

190—200 мм.год = 23,68 % от 18,5 млн.га = 4380800 га

200—214 мм.год = 10,55 % от18,5 млн.га = 1951750 га

Подсчитаем объем просачивающейся воды для каждого района:

V=728900 га* 10000 м² * 0,00025 м. * 0,65 * 0,8 * 0,16 м³ = 151611,2 м³

V=2676950 га* 10000 м² * 0,00025 м. * 0,65 * 0,8 * 0,17 м³ = 591605,95м³

V=8761600 га* 10000 м² * 0,00025 м. * 0,65 * 0,8 * 0,18 м³ = 2050214,4 м³

V=4380800 га* 10000 м² * 0,00025 м. * 0,65 * 0,8 * 0,19 м³ =1082057,6 м³

V= 1951750га * 10000 м² * 0,00025 м. * 0,65 * 0,8 * 0,2 м³ = 507455 м³

Общий обьем воды промывающий Семипалатинский полигон:

∑=151611,2 +591605,95+2050214,4+1082057,6+507455 = 4382944.15 м³

Эти 4 млн.382 тыс. 944 м³ воды промывают радиоактивные изотопы в почвогрунты и пополняют подземные воды каждый год. Поэтому тритий нашли в водах скважины № 1419, где не проводились ядерные испытания [2]. Эти просачивающиеся радионуклиды загрязняют подземные воды.

Снижение радиации живыми организмами — третья причина снижения радиационных загрязнений — биологическое рассеяние радиации. Радиоактивные изотопы из почвенного раствора поглощаются растениями и накапливаются в разных частях растений. Растительный покров создает первичную биологическую продуктивность.

Продуктивность неоднородного в геоботаническом отношении растительного покрова Семипалатинского полигоне разная, но можно подсчитать по обобщенному среднему показателю [13]. Средняя продуктивность растительного покрова составляет 4—5 ц. га в сухом весе. Им питаются насекомые и млекопитающие. Растительный покров впитывает в себя не более 5 % общего радиактивных изотопов из почвенного раствора. Насекомые составляют исходя из пирамиды биомассы не более 10 % от биомассы растительности. Таким образом в год 10 % биомассы растительности переваривают насекомые. То есть в год насекомые распространяют около 0,5 % суммарной радиации.

Выводы:

Радиоактивное загрязнение в Семипалатинском ядерном полигоне снижается по трем причинам.

1.  После ядерного взрыва через 7, 49 и 343 суток активность ядерной продукции понижается в 10,100 и 1000 раз. А последний подземный ядерный взрыв на полигоне произошел в 1989 году. То есть 24 года назад.

2.  На Семипалатинском ядерном полигоне каждый год в среднем 4 млн. 382 тыс. 944 м³ воды промывают радиоактивные изотопы через почвогрунты и пополняют подземные воды.

3.  Снижение радиации дополнительно происходит также посредством биологического рассеивания. Растительный покров через почвенный раствор поглощает влагу и накапливает радионуклиды. Дальнейшее распространение радионуклидов происходит по цепи питания и понижает радиацию в год на 0,5 %.

Список литературы:

1.           Абильдинова Г.Ж. Комплексная оценка генетических эффектов малых доз радиации у населения, проживающего в зоне Семипалатинского полигона. Автореферат доктора медицинских наук. Москва. 2003

2.            Айдарханова Г.С. Влияние подземных ядерных испытаний на подземную среду горного массива Дегелен. Автореферат …кандидата биол наук, 1998, Алматы, КазГУ

3.            Артемьев О.И., Кайрамбаев С.К., Птицкая Л.Д., Стрильчук Ю.Г., Умаров М.А. Радиологическое изучение территории северной части Семипалатинского испытательного полигона // Вестник НЯЦ РК «Радиоэкология, охрана окружающей среды» выпуск 3, сентябрь 2002, с. 19—24

4.            Артемьев О.И, Умаров М.А., Ларин В.Н., Процкий А.В. Изучение особенностей распределения радионуклидов в радиоактивных выпадениях атмосферных ядерных взрывов на семипалатинском полигоне // Вестник НЯЦ РК «Радиоэкология, охрана окружающей среды» выпуск 3, сентябрь 2002, с. 24—30

5.           Ахметов М.А., Птицкая Л.Д., Стрильчук Ю.Г., Осинцев А.Ю. Оценка радионуклидного загрязнения территории Актогайского района Карагандинской области // Вестник НЯЦ РК «Радиоэкология, охрана окружающей среды» выпуск 3, сентябрь 2002, с. 30—37

6.            Бозтаев К. Семей полигоны. Алматы. Қайнар, 1997. 296 б.

7.            Василенко О.И., Ишханов Б.С., Капитонов И.М., Селиверстова Ж.М., Шумаков А.В. Радиация. М.: МГУ, 1996. Web-версия — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http//nuclphys.sinp.msu.ru//radiation Время обращения 15.03.2013

8.            Действуйте сейчас. Прекратите испытания ядерного оружия. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.theatomproject.org Время обращения 15.03.2013

9.           Ибраимхан Н.К. Динамика нейроонкологической заболеваемости и цитогенетическая нестабильность у населения региона, прилегающего к Семипалатинскому ядерному полигону. Автореферат диссертации кандидата медицинских наук. Астана, 2010

10.      Курчатов — тарихи анықтама. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.akimvko.gov.kz/rule1_4.htm Время обращения 15.03.2013

11.       Кырыкбаева Э. Семипалатинск полигоны: қырық жылға созылған қасiрет // Қазақстан мектебi. 2003. № 3. 82б.

12.       Кэбин Э. Радиация. Страхи реальные и ложные. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/ecology/public/. Время обращения 15.03.2013

13.       Мирзадинов Р.А., Яковлева Г.П. Продуктивность растительности семиаридных территорий Казахского мелкосопочника. Проблемы освоения пустынь, 1988, № 1, с. 25—32

14.       Панкратова И.В. Эколого-физиологическая характеристика растительного покрова песчаного побережья Аральского моря. Автореферат диссертации кандидата биологических наук. Санкт-Петербург, 2002.

15.       Птицкая Л.Д. Современное состояние радиационной обстановки на территории испытательной площадки «Балапан» бывшего Семипалатинского полигона // Вестник НЯЦ РК «Радиоэкология, охрана окружающей среды» выпуск 3, сентябрь 2002, с. 11—19

16.       Радиация: дозы, эффекты, риск. Перевод с английского. М.: Мир, 1988. 77 с.

17.       Радионуклидное загрязнение окружающей среды и здоровье населения. М.: Медицина, 2004, 400 с.

18.       Сваричевская З.А., Геоморфология Казахстана и Средней Азии, Л., 1965, 497 с.

19.       Тлеубергенов С. Т. Полигоны Казахстана. Алматы: Ғылым, 1997. 720 с.

20.       Трофимов В.Т. и др. Грунтоведение. М.: МГУ, 2005. 1024 с.

21.       Усманов С.М. Радиация: Справочные материалы. М.: Гуманит.изд. центр ВЛАДОС, 2001 — 176 с.

22.       Финько Е.А., Центрально-Казахстанский мелкосопочник // В кн. Равнины и горы Средней Азии и Казахстана, М. 1965;

23.       Фролов В. Почему вилкабамба живут дольше всех. Формула долгожителя. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: polbu.ru/frolov-breath/ch26_all.html Время обращения 15.03.2013