Начало > Эко новости > Контроль органически связанного трития в окружающей среде хранилища радиоактивных отходов
Контроль органически связанного трития в окружающей среде хранилища радиоактивных отходов
В общепринятых дозиметрических методиках, основанных на измерении НТО, может значительно недооцениваться опасность ОСТ, так как период полувыведения ОСТ из организма человека более года, а НТО - 10 дней. Если в пробах внешней среды ядерных установок содержится в основном ОСТ, то нормирование трития следует проводить также 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 РАО - грунтовые воды - (хвойные деревья) водоёмы - питьевая вода. Первая подзадача состояла в том, чтобы определить виды (по размеру частиц) мигрирующих органических веществ, вторая подзадача - сколько трития и углерода 14С эти вещества содержат. Третья подзадача заключается в практическом использовании полученных новых данных. Решение этих трёх подзадач привело к обоснованию необходимости контроля ОСТ в окружающей среде ядерных установок. Замену водорода тритием в молекуле воды и миграцию оксида трития НТО (или Т2О) с водой мы считаем довольно изученными. Данная работа продолжает исследования по замене водорода тритием в органических веществах. Для выполнения задачи из специальных контрольных скважин и из близлежащих водоёмов (озёр, болот, ручьёв и родников) было отобрано около 60 проб. Для отделения оксида трития НТО от других видов веществ, содержащих тритий, проводилась последовательная, двухкаскадная фильтрация проб при использовании угольного фильтра типа "Барьер", задерживающего частицы размером более 1 мкм, и мембранного, обратноосмотического фильтра ТиМ 1.ООС, задерживающего наночастицы размером более 0,1 нм. Общее количество измерений трития (углерода) составило около 200. Последовательная, каскад-ная фильтрация ОСТ нами была использована впервые, хотя сам принцип применяется в медицине (разделение крови) и гидрогеологии (разделение органических веществ - метод Б. Дюпре [1]). Органически связанный тритий - это частный случай трития, входящего в структуру вещества. В общем случае тритий может содержаться в цепочках О-Н или N-Н без углерода. ОСТ, кроме трития, содержит также углерод (в частности, 14C), а также кислород, так как тритий замещает водород в цепочке О-Н [2]. Необходимо также рассматривать возможность замены водорода тритием в сульфгидрильных (S-H) и в амидных соединениях, а также аминогруппах (N-H). 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, моче, растениях [3, 4].
Глобальность распространения угольной кислоты и её участие в геологических процессах определяют и глобальность распространения в природе ОСТ, и его роль в геоэкологических процессах. Угольная кислота и гидрокарбонаты задерживаются мембранными, обратноосмотическими фильтрами, так как имеют размер молекул более 0,1 нм (по нашим оценкам, около 0,5-1,0 нм по формуле из [5]). Размер молекулы воды - 0,095 нм [6].
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования служила гидросфера в районе хранилища РАО.
Перед измерением каждой пробы предварительно определяли концентрацию гидрокарбоната (HCO3) по методике [7] с использованием титрования соляной кислотой с добавлением метилоранжа, а также концентрацию органических веществ Сорг по методике окисления [1] с использованием KMnO4. При этом 1 мг окислителя О2 соответствует 4 мг KMnO4 и 21 мг окисленной органики. Для постоянного контроля Сорг в воде используют спектрофотометр. Далее проводили последовательную, двухкаскадную фильтрацию проб. Сначала угольным фильтром "Барьер", 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, имеющий размер молекул менее 0,1 нм. Из литературных данных следует, что угольные фильтры задерживают частицы размером более 1 мкм. По существу, они используются как защита полимерного, мембранного, обратноосмотического фильтра ТиМ 1.ООС, задерживающего частицы размером более 0,1 нм. Кроме того, угольный фильтр разделяет сложную органику (бактерии) с размером частиц более 1 мкм и органику (вирусы, гидрокарбонаты) с размером частиц 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 промывали до фона водопроводной водой г. Москвы. Наш метод последовательной фильтрации отличается от метода Б. Дюпре по каскадной фильтрации органических веществ [1] тем, что для органических веществ дополнительно определяются зависимости распределения органических веществ от задержанной на фильтрах активности трития и 14C.__ Измерение активности трития и 14C проводили на анализаторе Tri-Carb 3180 - компьютеризованном настольном жидкосцинтилляционном люминесцентном анализаторе для обнаружения и исследования сверхнизких количеств бета-активных изотопов. Минимально детектируемая активность по тритию составляет 1 Бк/л. Средний фон для России по тритию составляет 1-3 Бк/л [10]. Для измерений на Tri-Carb 3180 использовали сцинтиллятор Ultima Gold LLT в соотношении 10 мл (или 5 мл) пробы и 10 мл сцинтиллятора. Время измерений 100 мин и более. За фон по тритию принималась водопроводная вода г. Москвы (4,0 имп./мин - величина, близкая к калибровочному стандарту Tri-Carb 3180).
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВЕДЁННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ АНАЛИЗ
В соответствии с методом исследования пробы подвергались химическому анализу (определение концентрации гидрокарбонатов и органических веществ). Далее в соответствии с методом исследования пробы оследовательно 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. Из результатов следует, что органические вещества, содержащие 80-100% активности трития (и 14C), задерживаются фильтрами, что свидетельствует о том, что в пробах 80-100% составляют ОСТ. 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 (7700 Бк/л). Полученные результаты свидетельствуют о том, что заметные уровни трития в окружающей среде обусловлены утечкой трития из хранилища РАО.
Обобщение данных по содержанию органических веществ в водных пробах основано на выводах органической гидрогеохимии [1]: 1) более обогащёнными органическими веществами являются воды наиболее молодых геологических систем: для неогена Сорг = 14 мг/л, для палеогена Сорг = 8 мг/л, для мела Сорг = 4 мг/л; 2) большее содержание органических веществ наблюдается в менее водопроницаемых и более богатых органическим веществом песчано-глинистых породах, а меньшее - в трещиноватых (хорошо водопроницаемых) и менее богатых органическим веществом гранитах и базальтах; пески, песчаники и известняки занимают промежуточное положение; 3) наиболее обогащены органическим вещест-вом районы, связанные с повышенным содержанием гидрокарбоната соли НСО3СlNa и СlНСО3Na. Увеличение количества ступеней (каскадов) фильтрации приведёт к выявлению отдельных ролей гуминовых кислот, бактерий, вирусов, органических коллоидов, мицелл и др. [1, 3]. Для фильтрации водных проб мы рекомендуем использовать семь ступеней: 1) фильтр предварительной очистки (полипропиленовый) с размером пор 5 мкм; 2) угольный фильтр с размером пор 1 мкм; 3) фильтр ФиТреМ-1 (лавсановый, трековый, мембранный, безнапорный) с размером пор 0,45 мкм; 4) фильтр ФиТреМ-1 с размером пор 0,22 мкм; 5) под давлением мембрана "Millipore" размером 140 нм; 6) под давлением мембрана "Millipor" размером 14 нм; 7) под давлением обратноосмотический ТиМ 1.00С с мембраной размером 0,1 нм. ОСТ в воде достаточно хорошо фильтруется, что позволяет рекомендовать очистку питьевой воды. Это традиционный способ защиты. В хвое сосен, растущих у хранилища РАО, содержится органически связанный тритий с активностью более 1800 Бк/кг. В дальнейшем перспективно использование особенностей переработки трития микробами и растениями [4, 8, 9] (газа НТ и воды с НТО в ОСТ), что является новыми возможными решениями защиты от трития. Решение проблемы преобразования НТО в ОСТ даёт возможность эффективной очистки воды от трития. Пробы воды во внешней среде ядерных установок могут содержать не только тритий и 14C, но и осколки деления - 60Co, 90Sr и др. Возможности многокаскадной фильтрации проб воды с органическими веществами представлены в работе [3]. 60-Сo попадает в группу вместе с хромом, торием, ураном и связан с низкомолекулярным органическим веществом с размером частиц 1-14 нм (два последних каскада). 90Sr и 137Ze попадают в группу вместе с натрием, калием, кальцием, магнием, кремнием и цинком, связаны с более высоким молекулярным веществом (каскады с лавсановыми фильтрами с размером пор 0,2-0,5 мкм). Таким способом кобальт и стронций, входящие в органические вещества, можно разделить. Идентификацию осколков деления, трития и 14C следует проводить по реальному спектру измерения на Tri-Carb 3180.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ляпицкий С.А., Алехин Ю.В., Ситникова М.В., Ильина С.М. Каскадная ультрафильтрация как метод изучения комплексообразования микроэлементов с наномолекулами растворённых органических веществ природных вод. - Вестник отделения наук о Земле РАН, 2009, N 1(27);
2. Мосин О.В. Водородный обмен на дейтерий и тритий в макромолекулах белков и ДНК. http://www.o8ode.ru/article/oleg/vodorodnyi_obmen_na_deiterii_i_tritii.htm.
3. Швец В.М. Основные закономерности распределения органического вещества в подземных водах. - В сб.: Органическая геохимия подземных вод и поисковая геохимия. - М.: Наука, 1982, с. 47-52;
4. Boyer C., Vichot L., Boissieux T., Losset Y., Mavon C., Tatin-Froux F., Fromm M., Badot P.M. Variations of conversion rate from tissue free water tritium to organically-bound tritium in lettuces continuously exposed to atmospheric HT and HTO. - Radioprotection, 2009, vol. 44, N 5, p. 671;
5. Кикоин А.К. Простой способ определения размеров молекул. - Квант, 1983, N 9, с. 29-30;
6. Свойства воды. Мир химии. http://chemworld.narod.ru/public/water.html.
7. Вода. Методы определения щелочности и массовой концентрации карбонатов и гидрокарбонатов. http://www.complexdoc.ru/
8. Водородные бактерии. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_biology/
9. Александрова М.А. Изучение влияния трития на люминесцентные бактерии. Материалы конференции "Ломоносов-2009".
http://lomonosov-msu.ru/archive/Lomonosov_2009/htm/28_10.pdf.htm.
10. Кабанов Д.И., Кочетков О.А., Фомин Г.В. К ОБОСНОВАНИЮ КОНТРОЛЯ ОРГАНИЧЕСКИ СВЯЗАННОГО ТРИТИЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ЯДЕРНЫХ УСТАНОВОК. -Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, 2012, вып. 1, с. 17 - 22.
Старший научный сотрудник ФМБЦ
Фомин Геннадий Васильевич