Н.П. ЛУКУТЦОВА, д-р техн. наук, С.В. ВАСЮНИНА, инженер, Брянская государственная инженерно-технологическая академия
26 апреля 2006 г. исполнилось 20 лет чернобыльской трагедии, в результате которой в воздух было выброшено более 8,5 Мт радионуклидов.
Брянская область является наиболее пострадавшим регионом в России. Общая площадь лесного фонда Брянской области, загрязненного радионуклидами, составила 369,1 тыс. га из 1153,9 тыс. га лесов области, что составляет 32% от общей площади.
После распада короткоживущих изотопов основную роль в загрязнении территорий играют долгоживущие радионуклиды стронций-90 (период полураспада 29,1 лет) и цезий-137 (период полураспада 30 лет).
В общем радиационном фоне доля цезия-137 существенна и составляет 80%, далее следует стронций-90 — 19,8%. На остальные техногенные радионуклиды приходится 0,2%.
Радиоактивные изотопы стронция-90 и цезия-137, которые являются аналогами кальция и калия, отличаются высокой биологической подвижностью. При внекорневом пути поступления питательных веществ в древесные растения наиболее подвижен цезий-137, значительная часть которого довольно быстро переходит в органы и ткани растений. Внекорневое поступление стронция-90 происходит медленнее.
Поглощение и передвижение радионуклидов из почвы в надземные части древесных растений существенно различны. Наиболее подвижным, сравнительно легко поступающим из почвы по корневому пути в древесные растения является стронций-90; цезий-137 сорбируется почвами сильнее, чем стронций-90, и поэтому переходит в древесные растения в относительно меньших количествах.
Загрязнение древесины после аварии на Чернобыльской АЭС вызвало необходимость разработки допустимых уровней содержания цезия-137 и стронция-90 в продукции лесного хозяйства и установление области применения древесного сырья.
В зависимости от зоны загрязнения в соответствии с ГОСТ Р 50801—95 «Древесное сырье, материалы, полуфабрикаты, изделия из древесины и древесных материалов. Допустимая удельная активность радионуклидов, отбор проб и методы измерения удельной активности радионуклидов» и ГН 2.6.1670—97 «Допустимые уровни содержания цезия-137 и стронция-90 в продуктах лесного хозяйства» определены следующие области использования древесины.
Древесина из лесов зоны I с плотностью загрязнения до 15 Ки/км2 может применяться для строительных целей без всяких ограничений и не представляет опасности при ее переработке и использовании.
Древесина из лесов зоны II с плотностью загрязнения от 15 до 40 Ки/км2 может применяться в окоренном виде. При этом заготовка разрешается при наличии снежного покрова и оставления коры на лесосеке.
Использование древесины из зоны III при плотности радиационного загрязнения свыше 40 Ки/км2 не допускается.
СП 2.6.1.759—99 «Допустимые уровни содержания цезия-137 и стронция-90 в продукции лесного хозяйства» устанавливают допустимые значения удельной активности цезия-137 менее 370 Бк/кг, а стронция-90 — 5200 Бк/кг в древесине для строительства жилых помещений и домов, для изготовления бруса и бревен, досок половых и потолочных, балок, стропил и перекрытий, дверных и оконных рам и др.
Исследования, выполненные в первые годы после аварии на Чернобыльской АЭС и на протяжении последних пяти лет, подтвердили, что основными факторами накопления цезия-137 и стронция-90 в древесине являются плотность загрязнения, видовая принадлежность и условия произрастания деревьев, биологическая доступность радионуклидов.
Определение содержания цезия-137 выполнялось на гамма-спектрометрическом комплексе с полупроводниковым детектором типа ДГДК-80 в стальной защите. Собственный фон детектора в диапазоне энергий 100—3000 кэВ составлял 5,8 с-1. Энергетическое разрешение спектрометра — 2,5 кэВ при Еу = 1,332 МэВ (60Со). Программное обеспечение комплекса позволяет выделять гамма-линии в аппаратурном спектре, производить их идентификацию, расчет удельных активностей проб, определение погрешностей.
Проведенные исследования накопления радионуклидов различными породами деревьев и различными частями показали, что в среднем в одних и тех же зонах радиоактивного загрязнения мелкие ветви, листва и кора более загрязнены цезием-137, чем древесина без коры (табл. 1).
Таблица 1
Порода |
Среднее значение удельной активности цезия-137 (Бк/кг) в древесине в зоне с плотностью загрязнения почвы до 5 Ки/км2 |
|||
древесина без коры |
кора |
мелкие ветви |
листья |
|
Береза |
170 |
930 |
390 |
145 |
Дуб |
100 |
565 |
60 |
60 |
При переработке древесины необходимо учитывать, что более высокую удельную активность имеют растущие органы: листья, хвоя и побеги текущего года, а также кора (см. рисунок).
Цезий-137. Бк/кг
Плотность загрязнения, Ки/км2
Зависимость содержания цезия-137 в коре (1, 2, 3), ветках (4) и хвое (5) различных пород в зависимости от плотности загрязнения почвы: 1, 5 — сосна; 2 — дуб; 3, 4 — береза
Хвойные породы (сосна, ель) менее загрязнены цезием-137, чем лиственные (береза, осина) (табл. 2).
Таблица 2
Порода |
Удельная активность цезия-137 (Бк/кг) в древесине в зоне с плотностью загрязнения почвы от 5 до 15 Ки/км2 |
|||
древесина без коры |
кора |
мелкие ветви |
хвоя, листья |
|
Сосна |
37 |
74 |
185-1776 |
148 |
Береза |
183 |
1314 |
1920-2316 |
2014 |
Установлено, что во всех частях ствола березы концентрация цезия-137 возрастает пропорционально плотности загрязнения почвы, что у других пород выражено значительно слабее.
По степени накопления цезия-137 в древесине различных пород деревьев установлен ряд: береза, осина, дуб, ель, сосна. Это связано со строением клеток лиственных и хвойных пород.
Хвойные породы имеют более мелкие, с плотной оболочкой клетки, в которых миграция цезия-137 происходит медленнее, чем в крупных с тонкими оболочками лиственных пород. Это способствует более интенсивному накоплению цезия-137.
При переработке древесины необходимо учитывать, что более высокую удельную активность цезия-137 имеют растущие части дерева, а также первые два наружных слоя, толщиной в один сантиметр каждый, прилегающих к коре. Удаление этой части древесного ствола позволит снизить загрязнение цезием-137 пилопродукции на 90—100%.
Кроме того, на содержание радионуклидов в древесине оказывает влияние такой фактор, как ее возраст.
Древесина молодых деревьев накапливает радионуклиды в значительно большей степени, чем древесина спелых и перестойных насаждений в одних и тех же условиях произрастания [1].
Анализ динамики накопления цезия-137 в древесине обнаружил крайне негативные тенденции, которые существенно ограничивают возможности ее переработки по причине все более глубокого проникновения соединений цезия в глубь древесных стволов. Исходя из расчетов экономически обоснованную заготовку древесины на территориях с плотностью радиационного загрязнения 15—40 Ки/км2 и более можно будет производить только до 2010 г., после чего древесина станет практически непригодна к использованию и будет подлежать полному захоронению.
В условиях рыночной экономики обеспечение лесоперерабатывающей промышленности Брянской области сырьем и лесоматериалами за счет собственных лесосырьевых ресурсов без их истощения становится актуальной проблемой. В решении этой задачи важную роль должно сыграть кроме рационального использования древесины, заготовленной в загрязненных радионуклидами районах, разработка способов снижения содержания цезия-137 в продукции строительного назначения.
Литература
- Самошкин Е.Н., Глазун И.Н., Алешин И.В., Цимбалист М.А. Удельная активность, особенности накопления и перехода 137Cs в компоненты древесных лесных растений зоны отчуждения ЧАЭС (территория Брянской области) // Чернобыль — 20 лет спустя. Социально-экономические проблемы и перспективы развития пострадавших территорий. Материалы междунар. научн.-практ. конф. Брянск. 7—8 декабря 2005 г. С. 105-108.
Статья взята из журнала «Строительные материалы»