Главный научный сотрудник Института проблем мониторинга окружающей среды при научно-производственном объединении «Тайфун», академик РАЕН, доктор физико-математических наук Иван Крышев в большом интервью рассказал о научных и прикладных сторонах федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016-2020 годы и на период до 2030 года», а также о принципах, критериях и нормативах радиационной безопасности.
– Иван Иванович, в чем заключается проблема экологической безопасности при использовании атомной энергии?
– В наиболее общем виде эту проблему можно проанализировать на основе концепции эволюции биосферы академика Владимира Вернадского: экологическая безопасность и сохранение живучести биосферы определяются рядом основополагающих факторов.
В биосфере используются внешние источники энергии (энергия Солнца и радиоактивного разогрева земных недр), в результате происходит уменьшение энтропии биосферы, усложнение ее организации, эффективно используется свободная энергия без загрязнения окружающей среды. Вещество в биосфере используется, в основном, в форме круговорота, биогеохимические циклы элементов в биосфере не приводят к вредным отходам. Также в биосфере существует огромное многообразие структур, что тоже обеспечивает ее устойчивость. Поэтому можно утверждать, что биосфера обладает свойством внутренне присущей безопасности.
При определенных условиях, главными из которых являются недопущение радиационных аварий и надежная изоляция радиоактивных отходов, ядерная энергетика может рассматриваться как внешний источник энергии по отношению к биосфере. Потенциально в этом заключается одно из наиболее существенных экологических преимуществ по сравнению с традиционной энергетикой на органическом топливе, использующей внутренние ресурсы биосферы, что неизбежно приводит в соответствии со вторым законом термодинамики к росту энтропии биосферы и загрязнению окружающей среды при сжигании топлива.
Специфическим фактором для ядерной энергетики является образование искусственных радионуклидов, которые могут поступать в окружающую среду. В подавляющем большинстве случаев дозы от искусственных радионуклидов невелики и не оказывают негативного влияния на видовое разнообразие биоты и здоровье населения.
– Исходя из этого каковы основные принципы радиационной безопасности для окружающей среды?
– Первый – эволюционная адаптация биосферы к радиационному фону . Ионизирующее излучение, возникающее при распаде радионуклидов, не является новым фактором в развитии биосферы. На протяжении всей эволюции живые вещества подвергались воздействию облучения от естественных радионуклидов, рассеянных в земной коре, воде и атмосфере. Любой живой организм радиоактивен, так как во всякой живой ткани присутствуют в небольших количествах радиоактивные вещества. Поэтому кроме внешнего облучения, организмы облучаются также инкорпорированными радионуклидами – источниками внутреннего облучения живого вещества.
Важной особенностью естественного излучения является его сравнительное постоянство в данном месте обитания организмов в течение длительного времени. Вместе с тем уровни радиации неодинаковы для разных районов и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке биосферы. В отдельных районах Земли наблюдаются аномалии радиационного фона, например, в районах с повышенным содержанием урана и тория в почве или радия в воде.
– Для живых организмов это означает негативные последствия?
– Распространенное представление об ионизирующем излучении как о вредном повреждающем факторе оказывается некорректным для источников облучения очень малой интенсивности. Французским ученым Планелем с группой исследователей в 1960-е годы были проведены специальные эксперименты по изучению роста культур простейших Paramecium в контейнерах, экранированных свинцовой защитой от действия естественного излучения. Исследования показали, что уменьшение дозы облучения ниже фоновых значений вызывает угнетение размножения и депрессию роста. Добавление ториевого источника (7 мГр/год) к культурам простейших восстанавливало их активность. Аналогичные данные были получены для микроводорослей и других организмов. Таким образом, естественный радиационный фон необходим для нормального функционирования живых организмов.
Рост культуры простейших Paramecium aurelia при экранировании от естественного внешнего излучения: 1 – контроль; 2 – свинцовая защита, толщина 5 см; 3 – свинцовая защита, толщина 10 см (Planel, H et al. In: Methodology for assessing impacts of radioactivity on aquatic ecosystems. Vienna: IAEA, 1979. Tech. rep. ser. N 190. P.335-346).
Следующий принцип – принцип толерантности . Организмы способны к существованию только в некотором интервале того или иного фактора окружающей среды (температуры, ионизирующей радиации, и т.д.). При этом существует экологический минимум и экологическим максимум в отношении фактора окружающей среды, диапазон между этими двумя величинами называют пределом толерантности.
– В чем проявляются экологические минимум и максимум?
– Для ионизирующей радиации нижний предел толерантности совпадает с природным радиационным фоном, снижение облучения организмов ниже природного фона приводит к негативному воздействию на организмы, что подтверждается, как уже отмечалось, экспериментально. Облучение организмов дозой, заметно превышающей природный радиационный фон, также воздействует негативно. Другими словами, реальная опасность ионизирующей радиации определяется дозой: если доза облучения выходит за пределы толерантности, такое облучение может быть источником радиационного риска. Если доза находится в пределах интервала толерантности, то такое облучение безопасно для организма в силу его эволюционной адаптации к этой дозе, и изменениям природного радиационного фона.
В яркой и понятной форме данный принцип был сформулирован физиком Н.С. Работновым на 10-й конференции Ядерного общества (г. Обнинск, 1999 г.): «Радиация – яд, поэтому в малой дозе полезна». С учетом адаптации человека и биосферы к природному радиационному фону дополнительная доза облучения, находящаяся в пределах изменений природного фона, не может быть идентифицирована как радиационно опасный компонент облучения. Уровень облучения 10 мкЗв и 100 мкЗв в год, составляющий 1 и 10% дозы за счет природного радиационного фона, что находится в пределах его естественной изменчивости, является одинаково безопасным, и нет необходимости ужесточать нормативы ниже амплитуды изменений природного фона. Третий принцип радиационной безопасности – принцип экологического порога . Ограничение радиационного воздействия на человека и биоту основано на существенно различающихся парадигмах. Для обеспечения радиационной безопасности человека используются очень жесткие нормативы, базирующиеся на допущении стохастического беспорогового действия ионизирующего излучения. При таком консервативном допущении ставится задача обеспечения безопасности для каждого индивидуума человеческой популяции во всех условиях потенциального воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения.
– Оправдан ли столь жесткий подход?
– Действительно, представляется неоправданным, если речь о безопасности биоты, для защиты которой предлагается использовать принцип порогового действия ионизирующего излучения, подтвержденный многочисленными экспериментальными данными. При этом рассматриваются детерминированные, а не стохастические эффекты, релевантными предложено считать следующие типы эффектов: увеличение заболеваемости, ухудшение репродуктивности, снижение продолжительности жизни.
Возникает вопрос: «Могут ли быть гармонизированы столь различающиеся методологические подходы в рамках единой системы обеспечения радиационной безопасности человека и биоты?» Ответ на данный вопрос, безусловно, положительный. Такая гармонизация возможна при разработке нормативов (контрольных уровней) содержания радионуклидов в компонентах природной среды с учетом соблюдения дозовых пределов для человека и экологически безопасных уровней облучения референтных объектов биоты. При этом в качестве единого норматива содержания радионуклидов в компонентах природной среды (атмосферный воздух, вода, почва и др.) выбирается наиболее консервативный норматив, удовлетворяющий как радиационно-гигиеническим, так и экологическим требованиям.
– Что может служить таким нормативом?
– В качестве первого шага по созданию единых нормативов специалистами НПО «Тайфун» были разработаны методические рекомендации Р 52.18.852-2016 «Порядок расчета контрольных уровней содержания радионуклидов в морских водах», при соблюдении которых обеспечивается радиационная безопасность человека и биоты с учетом требований отечественных нормативных документов и публикаций международных организаций.
– Если перейти от принципов к критериям радиационной безопасности, которые используют ядерные державы, что это за критерии?
– В настоящее время МАГАТЭ, МКРЗ, НКДАР ООН и другие авторитетные международные организации наряду с приоритетным обеспечением безопасности человека проявляют значительный интерес к регулированию и научному обоснованию радиационной безопасности окружающей среды. Требования к обеспечению радиационной безопасности окружающей среды содержатся в Федеральном законе №7-ФЗ «Об охране окружающей среды». В соответствии с этим законом (статьи 1, 23) при соблюдении нормативов допустимых выбросов и сбросов радиоактивных веществ в окружающую среду должны обеспечиваться условия, достаточные для устойчивого функционирования естественных экологических систем, природных и природно-антропогенных объектов, а также сохранения биологического разнообразия. В соответствии с международными основными нормами безопасности МОНБ-2014 нынешние и будущие поколения людей и окружающая среда должны быть защищены от радиационных рисков, при этом необходимо подтверждать (а не исходить из предположения), что окружающая среда защищена от промышленного радиационного воздействия.
В связи с огромным видовым разнообразием биосферы и практической невозможностью оценить радиационное воздействие на каждый вид флоры и фауны, методология радиационной безопасности окружающей среды разрабатывается для сравнительно небольшого числа представительных (референтных) видов биоты. Для выбора представительных организмов используются следующие основные критерии: экологические (положение в экосистеме), доступность для мониторинга, дозиметрические (критические пути облучения), радиочувствительность и способность рассматриваемых организмов к самовосстановлению.
– Получается, что от сочетания этих критериев зависит, какие будут выведены экологические нормативы радиационной безопасности окружающей среды?
– Нормативы качества окружающей среды – это такие нормативы, которые установлены в соответствии с физическими, химическими, биологическими и иными показателями для оценки состояния окружающей среды и при соблюдении которых обеспечивается благоприятная окружающая среда. Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду это нормативы, которые установлены в соответствии с показателями воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и при которых соблюдаются нормативы качества окружающей среды.
В качестве методологической основы нормирования радиационного воздействия используются концепции экоцентризма и антропоцентризма. Представляется неоправданным противопоставлять эти две концепции. Более конструктивен единый эколого-антропоцентрический подход к развитию экологического нормирования, в соответствии с которым в первую очередь должно быть обеспечено существование благоприятной для человека среды обитания с устойчивым функционированием экосистем. Существенно, что такой единый подход совместим как с экоцентрическим, так и технократическим императивами. Потребность человека в окружающей среде хорошего качества является такой же существенной потребностью, как потребность в пище, энергии и т.д.
Существующая система регламентации радиационного воздействия объектов использования атомной энергии базируется на санитарно-гигиенических нормативах, направленных на обеспечение радиационной безопасности человека. В дополнение к данной системе необходима разработка системы природоохранного нормирования, обеспечивающей радиационную безопасность окружающей среды. На основе критериев радиационной безопасности окружающей среды, о которых говорилось выше, специалистами НПО «Тайфун» разработан методические рекомендации Р-52.18.852-2016 и Р-52.18.853-2016 по определению контрольных уровней содержания радионуклидов в природных поверхностных водах и почве, обеспечивающих радиационную безопасность биоты. Эти контрольные уровни могут быть использованы как экологические (природоохранные) нормативы качества окружающей среды в отношении радиоактивности.
– Для чего нужны эти нормативы?
– Они могут найти практическое применение для оперативной оценки радиационной обстановки, обоснования нормативов выбросов и сбросов радиоактивных веществ, приоритетных мероприятий в планах действий по охране окружающей среды.
– Как вы оцениваете современное радиационное состояние окружающей среды в стране, исходя из результатов мониторинга?
– На основе данных мониторинга специалистами НПО «Тайфун» выполнены оценки радиоэкологической обстановки в районах расположения объектов использования атомной энергии: АЭС с различными типами ядерных реакторов – Белоярская, Ленинградская и Нововоронежская; радиохимических комбинатов – СХК и ГХК; уранодобывающего производства – Приаргунское ПГХО, а также для загрязненных территорий Чернобыльского и Восточно-Уральского радиоактивного следа.
Согласно модельным оценкам уровни экологических рисков на территории ВУРС через 60 лет после радиационной аварии на ПО «Маяк» снизились до значений, не превышающих БУОБ (безопасные уровни облучения биоты). На территории Чернобыльского аварийного следа в России дозовые нагрузки на биоту не превышают БУОБ даже для наиболее загрязненных районов Брянской области.
Современные уровни экологического риска в районах АЭС не превышают 4•10-4 для гидробионтов, и 5∙10-3 – для наземной биоты, что соответственно в 2500 и 200 раз ниже БУОБ. После остановки ядерных реакторов экологические риски для гидробионтов в районах СХК и ГХК значительно уменьшились и сопоставимы в настоящее время с экологическими рисками АЭС. Для наземной биоты современные значения экологических рисков в районе СХК не превышают 2•10-4, для ГХК - 5•10-4, т.е. в тысячи раз ниже БУОБ.
Вблизи уранового производства ППГХО значения экологического риска достигают 5•10-2 для наземной биоты, и 6•10-1 – для гидробионтов, что несколько ниже БУОБ. Согласно литературным данным примерно такие же уровни мощности дозы облучения и соответственно экологического риска имеют место для организмов водной биоты в районе канадского уранового рудника.
В целом можно сделать вывод о том, что деятельность рассмотренных ОИАЭ (АЭС, радиохимических комбинатов, уранового производства) не приводит в настоящее время к превышению экологически безопасного уровня облучения и соответствующего ему значения экологического риска для биоты.
– Какова, по Вашему мнению, роль ФЦП ЯРБ-2 для радиационной безопасности в России?
– Эта программа призвана продемонстрировать экологические преимущества использования атомной энергии, решить накопленные экологические проблемы объектов ядерного наследия, реабилитации загрязненных территорий, безопасного обращения с РАО и ОЯТ, способствовать устойчивому развитию народно-хозяйственного комплекса России. А для решения этих проблем важны результаты исследований в разработке системы требований и критериев по долгосрочной безопасности объектов ядерного наследия и пунктов глубинного захоронения РАО в Российской Федерации. Работа рассчитана до 2020 года, наше НПО выступает в качестве соисполнителя по этой научно-исследовательской работе.
Ранее специалистами ИБРАЭ РАН, НПО «Тайфун», ВНИИРАЭ, МРНЦ, НТЦ ЯРБ «Ростехнадзора» в рамках федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» были подготовлены коллективные монографии «Практические рекомендации по вопросам оценки радиационного воздействия на человека и биоту», «Радиоэкологическая обстановка в регионах расположения предприятий Росатома» (Москва, 2015) , в которых были рассмотрены практические вопросы оценки текущего состояния и долгосрочного прогнозирования уровней радиационного воздействия предприятий атомной отрасли на человека и окружающую среду.
В настоящее время в рамках ФЦП ЯРБ-2 начата работа по подготовке актуализированных вторых изданий этих монографий, которые будут содержать современную информацию о радиоэкологической обстановке в районах расположения объектов ядерного наследия, в особенности тех, по которым планируются или проводятся работы по выводу из эксплуатации (переводу в пункты консервации и захоронения). Целенаправленная научная публикационная активность снижает риски корректировок сроков выполнения соответствующих мероприятий, связанные с общественным обсуждением работ. Одновременно становятся значительно более сбалансированными риски дополнительных расходов бюджета РФ и эксплуатирующих организаций на обеспечение безопасности на завершающих стадиях жизненного цикла объектов наследия.
Рекомендуется проведение долгосрочных радиоэкологических исследований и мониторинга в районах, подвергшихся наибольшему загрязнению в результате прошлой деятельности ОИАЭ и радиационных аварий, являющихся уникальными природными полигонами для развития системы радиационной защиты окружающей среды.
– Какие достижения в работе НПО «Тайфун» с точки зрения обеспечения радиационной безопасности окружающей среды вы бы выделили в 2017 году?
– В рамках ФЦП ЯРБ-2 специалистами НПО «Тайфун» совместно с ИБРАЭ РАН разработана методология количественного определения операционных критериев реабилитации загрязненных радионуклидами территорий объектов использования атомной энергии с учетом современных экологических и радиационно-гигиенических требований. Показано, что выбор критериев реабилитации загрязненных территорий не всегда может быть осуществлен только по радиационно-гигиеническому принципу. Значимость экологического критерия реабилитации обусловлена тем фактом, что объекты живой природы подвергаются на загрязненных территориях более высоким дозовым нагрузкам по сравнению с человеком. Это связано с разницей в экранировании облучения и пищевых цепочках, спецификой дезактивации у человека относительно других живых существ, возможностью сознательного избегания полей интенсивного облучения человеком, чего лишены животные и растения. Кроме того, отдельные группы живых организмов могут концентрировать радионуклиды из среды обитания с высокими коэффициентами накопления, что не характерно для человека. Различия в дозах облучения человека и других видов существенно проявляются в сравнительно небольшом числе случаев при радиационных авариях, на территориях подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате прошлой деятельности предприятий ядерного комплекса, в местах расположения некоторых хранилищ РАО. В штатных условиях эксплуатации объектов использования атомной энергии, как показывают наши оценки на основе данных радиоэкологического мониторинга, экологические и радиационно-гигиенические требования соблюдаются с большим запасом.
Отмечу еще работы по обоснованию размещения на российских АЭС стационарных постов контроля за объемной активностью радиоактивных аэрозолей в приземном слое воздуха и плотностью атмосферных радиоактивных выпадений. Эти работы были выполнены специалистами НПО «Тайфун» по договорам с Балаковской, Белоярской, Билибинской, Калининской, Кольской, Курской и Ростовской АЭС. Были проанализированы данные о существующем расположении стационарных постов контроля в СЗЗ (санитарно-защитных зонах) и ЗН (зонах наблюдения) АЭС, выбросах контролируемых радионуклидов, данные мониторинга радиационной обстановки.
Проанализированы многолетние ряды наблюдений за основными метеорологическими характеристиками за период в 30 лет, географические характеристики районов расположения АЭС и их особенности, которые необходимо учитывать при выборе мест размещения стационарных постов контроля. Проведены модельные расчеты распределения на местности годового фактора метеорологического разбавления для штатных выбросов контролируемых радионуклидов АЭС, определены точки максимумов ожидаемых наибольших приземных концентраций радионуклидов.
Расчетные значения распределения на местности среднегодовых концентраций 137Cs в приземном воздухе (Бк/м3) в районе Ростовская АЭС
Показано, что существующее расположение стационарных постов контроля объемной активности радиоактивных аэрозолей в приземном слое воздуха и плотности атмосферных радиоактивных выпадений соответствует современным рекомендациям МАГАТЭ, требованиям Росгидромета и отечественным нормативно-методическим документам, относящимся к сфере деятельности Ростехнадзора, и является обоснованным. Рекомендовано повысить эффективность улавливания атмосферных радиоактивных выпадений путем замены кювет на универсальные баки-сборники.
В соответствии с ЦНТП (Целевой научно-технической программой) Росгидромета специалистами НПО «Тайфун» была разработана методика определения радиационного фона по данным мониторинга радиационной обстановки (Р 52.18.863-2017). Актуальность и практическая значимость данной методики связана с необходимостью оперативного выявления возможных изменений в радиационной обстановке. Изменения в радиационной обстановке выявляются и оцениваются по отношению к сложившемуся радиационному фону, который имеет как природное, так и техногенное происхождение. Естественный радиационный фон формируется космическим излучением и природными радионуклидами, естественно распределенными в объектах окружающей среды. Радионуклиды искусственного происхождения поступают в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия, радиационных аварий, штатной деятельности ОИАЭ. В результате формируется техногенно измененный радиационный фон. В методике отдельно рассматриваются радиационный фон в районах ОИАЭ и региональный фон. Для определения фона используются данные мониторинга радиационной обстановки: федеральной сети, территориальной и локальной системы наблюдений. Рекомендовано применять разработанную методику для оценки воздействия природных и техногенных факторов на радиационную обстановку, оптимизации регламентов мониторинга, обеспечения населения и лиц, принимающих управленческие решения, средств массовой информации и общественных организаций достоверной информацией о показателях радиационного фона и его интерпретации.
– Какими будут дальнейшие действия НПО «Тайфун» в разрезе реализации ФЦП ЯРБ-2?
– Развитие ядерной энергетики требует создания высокоэффективной системы обеспечения безопасности населения и окружающей среды на всех этапах жизненного цикла ОИАЭ, начиная с выбора площадки для его строительства заканчивая выводом из эксплуатации. Важным средством обеспечения экологической безопасности при использовании атомной энергии является радиационный мониторинг окружающей среды, представляющий систему регулярных наблюдений за процессами радиоактивного загрязнения окружающей среды, оценки и прогноза радиоэкологической обстановки.
При реализации ФЦП ЯРБ-2 для дальнейшего укрепления радиационной безопасности на территории России необходимо развитие систем комплексного радиоэкологического мониторинга, совершенствование методов оперативного выявления изменений в радиационной обстановке и реагирования на радиационные угрозы, повышение технического уровня ЕГАСМРО и АСКРО.
Существующие системы АСКРО, ориентированные на контроль МАЭД, не позволяют выявить загрязнение окружающей среды бета- и альфа-излучающими радионуклидами. На ряде ОИАЭ используются устаревшие нерепрезентативные средства отбора проб. Не внедряются современные автоматические средства наблюдения, оснащенные алармовыми системами, позволяющими в первые часы наступления опасной радиационной ситуации отреагировать и предотвратить распространение радиоактивных веществ в окружающую среду.
Установка воздухо-фильтрующая УВФ-2 для отбора проб воздуха, разработка НПО «Тайфун»
Поэтому необходимо расширить количество лабораторий сети радиационного мониторинга, выполняющих спектрометрический анализ и обновить устаревшую аппаратуру, а также дооснастить сеть воздухо-фильтрующими установками нового поколения. Ряд таких установок был разработан в НПО «Тайфун». Еще одна задача – обеспечить согласованное функционирование СРМ (служб радиационного мониторинга) Росгидромета и систем наблюдений, находящихся в ведении ОИАЭ, а также сопоставимость данных наблюдений за радиационной обстановкой на территории РФ, включая районы расположения объектов использования атомной энергии, разработать единые критерии интерпретации результатов государственного и ведомственного мониторинга радиационной обстановки.
В конце концов, сегодня требуется разработка и актуализация нормативно-методических документов по проведению мониторинга и прогнозированию радиационной обстановки на различных стадиях жизненного цикла ОИАЭ при реабилитации загрязненных радионуклидами территорий, контроле трансграничного переноса радионуклидов и радиоэкологическом мониторинге углерода-14 и других радионуклидов глобального распространения. Следует предусмотреть создание базы радиоэкологических данных и сохранение фактографических знаний в области радиационного мониторинга и радиационной безопасности окружающей среды.