В России впервые проведено ретроспективное исследование влияния атомных станций на концентрацию радиоуглерода в атмосфере. Методом ускорительной масс-спектрометрии ученые измерили содержание 14С в годичных кольцах деревьев вблизи Белоярской и Курской АЭС, а также на территории Института реакторных материалов (ИРМ) в Заречном Свердловской области.
О выводах исследования «СР» рассказали его инициатор, научный сотрудник Института промышленной экологии Уральского отделения РАН Евгений Назаров и директор Центра коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия» Новосибирского государственного университета — Новосибирского научного центра Екатерина Пархомчук.
Годичные кольца — настоящая летопись. Слова в ней — изотопы. Для Евгения Назарова главным «словом» стал изотоп 14С. Как и стабильный углерод, он широко распространен и легко фиксируется в биологических образцах. Но исследований его содержания в биологических материалах в районе действия ядерных объектов в СССР и России до 2015 года не велось, поскольку у нас действовал собственный стандарт обязательных измерений нагрузки в районе действия ядерных установок. В 2015-м «Росатом» синхронизировал свои стандарты наблюдения с МАГАТЭ и 14С попал в реестр.
«В Европе анализ содержания радиоуглерода вблизи АЭС находится на одной из лидирующих позиций, в СССР при контроле радиационной обстановки этот показатель не учитывался. Мне стало интересно, можно ли найти способ его ретроспективного измерения», — рассказывает Евгений Назаров.
Углерод-14, низкоэнергетический бета-излучатель с периодом полураспада 5 730 лет, входит список из 15 радионуклидов, определяющих не менее 99 % дозы облучения от радиоактивных веществ, поступающих от АЭС при нормальной эксплуатации. Международное агентство по атомной энергии рекомендует контролировать объем 14C для оценки воздействия на окружающую среду.
Радиоуглерод образуется в основном при нейтронной активации примесных атомов из топлива, теплоносителя и замедлителя. Газообразный 14С в форме химических соединений (CO2, CH4, CO и др.) поступает в окружающую среду с выбросами из вентиляционной трубы. Его объем зависит не только от совершенства очистных систем, но и от типа установки: в реакторах с графитовым замедлителем (РБМК) удельный показатель выброса (количество образующегося 14С на единицу произведенной электроэнергии) существенно выше, чем у ВВЭР.
В окружающей среде радиоуглерод встраивается в естественный углеродный цикл и аккумулируется в растениях (далее по пищевой цепочке может попасть в организм человека и заместить стабильный изотоп 12С, но сейчас не об этом). Годичные кольца деревьев в районе действующих АЭС — идеальная каталогизированная база данных о радиоуглероде.
«Он усваивается растением в процессе фотосинтеза и запирается в целлюлозе годичного кольца, не мигрирует. Благодаря тому, что это изолированный слой древесины, мы можем оценить содержание 14С для каждого года», — поясняет Евгений Назаров.
Ученый решил прибегнуть к ускорительной масс-спектрометрии. Метод позволяет с высокой точностью измерять содержание 14Св низкоактивных, на уровне естественного фона пробах.
Единственный в России научный центр ускорительной масс-спектрометрии находится в Новосибирском Академгородке. С исследователями Института ядерной физики им. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) и Центра коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия» ученый и наладил сотрудничество.
«Евгений Назаров пришел к нам с предложением заняться этой перспективной темой, — рассказывает Екатерина Пархомчук. — Мы подключились как аналитический центр. Мониторинг радиационной обстановки крайне важен, а у нас есть все инструменты, чтобы его проводить».
Часть работ провели на Уникальном ускорительном масс-спектрометре ИЯФ, часть — на швейцарском MICADAS. Достоверность результата сомнений не вызывает — центр в 2022 году прошел международное кросс-тестирование, подтвердившее корректность работы обеих установок и графитизаторов двух типов, через которые пропускают образцы вещества перед исследованием.
К сравнительным образцам добавили керн 113-летней сосны, растущей в Академгородке. Поскольку Новосибирск находится на значительном удалении от крупных атомных объектов, эта сосна — идеальный стандарт фоновых значений 14С. В керне, например, отчетливо виден резкий всплеск содержания радиоуглерода вконце 1950-х — начале 1960-х в результате ядерных испытаний по всему миру, в том числе на Тоцком (Южный Урал) и Семипалатинском (Казахстан) полигонах, в Капустином Яре (Астраханская область) и на Новой Земле. После того как лаборатории в разных точках Земли зафиксировали радиоактивный пик, в 1963 году был заключен международный договор о запрете ядерных испытаний в трех средах — атмосфере, воде и космосе.
До 2015 года в СССР а потом России действовал собственный стандарт обязательных измерений нагрузки в районе действия ядерных установок. В него 14С не входил. В 2015-м Росатом синхронизировал свои стандарты наблюдения со стандартами МАГАТЭ и он попал в реестр.
«Нас интересовали не пики, связанные с ядерными испытаниями, а следы 14С в годичных кольцах с 1970-х годов до 2015-го. Мы смогли рассчитать примерное количество 14С, которое поступало в окружающую среду ежегодно за время эксплуатации АЭС, а также оценить годовые эффективные дозы на население. Расчеты показывают, что влияние радиоуглерода на людей незначительно. Мы впервые в нашей стране получили такие уникальные данные», — говорит Евгений Назаров.
