К ОБОСНОВАНИЮ КОНТРОЛЯ ОРГАНИЧЕСКИ СВЯЗАННОГО ТРИТИЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ЯДЕРНЫХ УСТАНОВОК
ВВЕДЕНИЕ
Если в пробах внешней среды ядерных установок содержится в основном ОСТ, то нормирование трития следует проводить так же и для ОСТ, нормы на который (согласно НРБ-99/2009) в 2,5 раза меньше, чем для НТО.
Задачей исследования являлось изучение миграции тритиевых и углеродных соединений в цепочке хранилище радиоактивных отходов РАО - грунтовые воды - водоемы - питьевая вода. Первая подзадача состояла в том, чтобы определить виды (по размеру частиц) мигрирующих органических веществ, вторая подзадача - сколько трития и углерода С-14 эти вещества содержат. Третья подзадача заключается в практическом использовании полученных новых данных. Решение этих трёх подзадач привело к обоснованию необходимости контроля органически связанного трития (ОСТ) в окружающей среде ядерных установок. Замену водорода тритием в молекуле воды и миграция оксида трития НТО (или Т2О) с водой мы считаем довольно изученной. Для выполнения задачи из специальных контрольных скважин и из близлежащих водоемов (озёр, болот, ручьев и родников) было отобрано около 60 проб. Для разделения оксида трития НТО от других видов веществ, содержащих тритий, проводилась последовательная, двухкаскадная фильтрация проб при использовании угольного фильтра типа Барьер, задерживающий частицы с размерами более 1 мкм, и мембранного, обратноосмотического фильтра ТиМ 1.ООС, задерживающий наночастицы с размерами более 0,1 нм. Общее количество измерений трития (углерода) составило около 200. Последовательная, каскадная фильтрация ОСТ нами была использована впервые, хотя сам принцип применяется: в медицине - (разделение крови) и в гидрогеологии - (разделение органических веществ - метод Б. Дюпре). Органически связанный тритий - это частный случай трития, входящего в структуру вещества. ОСТ - кроме трития содержит также углерод (в частности 14C), а также кислород, т.к. тритий замещает водород в цепочке О-Н. На наш взгляд наравне с термином органически связанный тритий следует использовать термин окисленные углеводородные соединения, содержащие тритий. Под такое определение подходят угольная кислота и её соли - гидрокарбонаты, этиловый и другие спирты, гуминовые кислоты, углеводороды и их производные, содержащиеся в воде, крови, в моче, в растениях.
Угольная кислота и гидрокарбонаты задерживаются мембранными, обратноосмотическими фильтрами, т.к. имеет размеры молекул более 0,1 нм (по нашим оценкам около 0,5-1,0 нм). За размер молекулы воды принимается 0,095 нм.
Сложные, органические макромолекулы и бактерии задерживаются угольным фильтром, т.к. имеют размеры более 1мкм.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования служила гидросфера в районе хранилища тритиевых отходов . Отбор проб производился из скважины под хранилищем и из скважины вверх по ходу движения подземных вод, из мест выхода подземных вод на поверхность: озеро (старица), родник, так же был произведен забор водопроводной воды на территории предприятия, к которому относится хранилище, и водопроводной воды в городе. Перед измерением каждой пробы предварительно определяли концентрацию гидрокарбоната (HCO3-) по методике с использованием титрования соляной кислотой с добавлением метилоранжа, а также концентрацию органических веществ Сорг по методике окисления с использованием KMnO4. Для постоянного контроля Сорг в воде используют спектрофотометр.
Далее проводили последовательную, двухкаскадную фильтрацию проб. Сначала угольным фильтром, потом обратноосмотическим фильтром ТиМ 1.ООС, с промежуточным измерением концентрации гидрокарбонатов, концентрации органических веществ и активности проб, с целью - разделения различных видов трития. Через два фильтра проходит только НТО, имеющая размер молекул менее 0,1 нм. Из литературных данных следует, что угольные фильтры задерживают частиц с размерами более 1 мкм. По существу они используются как защита полимерного, мембранного, обратноосмотического фильтра ТиМ 1.ООС, задерживающий частицы более 0,1 нм. Кроме того угольный фильтр разделяет сложную органику (бактерии) с размерами более 1 мкм и органику (вирусы, гидрокарбонаты) с размерами более 0,1 нм, содержащих тритий. Обратноосмотический фильтр используется для разделения простых органических соединений - гидрокарбонатов, содержащих тритий от оксида трития НТО. После значимых по тритию проб фильтры промывались до фона водопроводной водой г. Москвы. Наш метод последовательной фильтрации отличается от метода Б. Дюпре по каскадной фильтрации органических веществ тем, что для органических веществ дополнительно определяются зависимости распределения органических веществ от задержанной на фильтрах активности трития и углерода 14C.
Измерение активности трития и 14C проводилось на анализаторе Tri-Carb3180. Tri-Carb3180 - компьютеризованный настольный жидко-сцинтилляционный люминесцентный анализатор для обнаружения и исследования сверхнизких количеств бета-активных изотопов. Минимально детектируемая активность по тритию составляет 1 Бк/л. За глобальный фон по тритию для России принимается величина 1 Бк/л. Для измерений на Tri-Carb3180 использовали сцинтиллятор Ultima Gold LLT в соотношении 5 мл пробы и 10 мл сцинтиллятора. Время измерений 60 мин и более. За фон по тритию принималась величина калибровочного стандарта 2,0 имп/мин.
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВЕДЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ АНАЛИЗ
В соответствии с методом исследования пробы подвергались химическому анализу (определение концентрации гидрокарбонатов и концентрации органических веществ). Далее в соответствии с методом исследования пробы последовательно фильтровали, сначала угольным фильтром типа Барьер, а затем мембранным фильтром ТиМ 1.ООС. Полученные результаты позволяют предполагать, что такой метод очистки от органически связанного трития достаточно эффективен. Данные свидетельствуют о том, что органические вещества задерживаются фильтрами и степень задержания определяется размерами частиц (или молекул органических веществ).
Наибольшее количество трития было обнаружено в скважине, расположенной поблизости от хранилища РАО (1500 Бк/л), что составляет около 1/5 по НРБ-99/2009 от уровня вмешательства для НТО (7600 Бк/л). Полученные результаты свидетельствуют о том, что заметные уровни трития в окружающей среде обусловлены утечкой трития из хранилища РАО.
ОСТ в воде достаточно хорошо фильтруется, что позволяет рекомендовать очистку питьевой воды. Это традиционный способ защиты. В дальнейшем перспективно использование особенностей переработки трития микробами и растениями, что является новыми, возможными решениями защиты от трития. Проблема - преобразовать НТО в ОСТ, тогда возможна эффективная очистка воды от трития.
ВЫВОДЫ
В классической цепочке миграции трития использован метод последовательной, каскадной фильтрации проб. Метод позволил отделить органически связанный тритий ОСТ от оксида трития НТО. Выявлено, что во всех пробах содержится в основном ОСТ (на фильтрах задерживается 80-100% активности трития), а не НТО (20% активности проходит через все фильтры). Это является основанием для необходимости контроля ОСТ во внешней среде ядерных установок. Необходимо продолжить исследования на предприятиях атомной промышленности и атомных станциях с целью изучения содержания ОСТ в объектах внешней среды.
старший научный сотрудник
Фомин Геннадий Васильевич