• дек 3, 2017
  • 0

Выявление рутения-106 в сентябре-октябре 2017 г.: откуда могло попасть загрязнения?

Ковалец И.В., ИПММС НАН Украины

Романенко О.М., Ровенская АЭС

В конце сентября и в начале октября 2017 практически во всех европейских странах, а также на территории Кувейта, в восточной части России были зафиксированы концентрации рутения (Ru-106), превышающих нижний порог детектирования [1]. Зафиксированные концентрации не достигали опасных значений (пороговое значение по нормам радиационной безопасности Украины составляет 0.5 Бк/м3). Но рутений-106 не встречается в естественных условиях, поэтому фиксация этого радионуклида на значительных территориях вызвала большое волнение среди общественности и специалистов.

В Институте проблем математических машин и систем НАН Украины (руководитель группы - д.т.н. И.В. Ковалец) совместно с О.М. Романенко (Ровенская АЭС), при содействии ГИЯРУ и Укргидрометцентра был проведен анализ наиболее вероятных путей атмосферного транспорта рутения. Предварительные результаты данного анализа, полученные на основании неполного набора измерений (20 значений) было опубликовано ранее в постах на ФБ и linkedin [2,3]. Опубликованные результаты вызвали интерес значительного круга отечественных и международных специалистов. Авторы получили публичные и частные отзывы и комментарии из таких организаций, как Украинский гидрометцентр, Государственный центр ядерного регулирования Украины, Институт ядерной и радиационной безопасности Франции (IRSN), Федеральный офис радиационной безопасности (BFs, Германия), Университет Вены, Шведский гидрометеорологический институт и др . В много комментариев было высказано пожелание использовать широкий круг измерений для уточнения результатов относительно возможных источников рутения.

В представленных ниже расчетах использованы данные станций (всего 96 значений), показанных на рис. 1. На большинстве из показанных на рис. 1 было зафиксировано рутений. Поэтому рис. 1 дает представление о горизонтальных масштабы распространения рутения, которое охватывало практически всю Евразию от Германии до Восточной Сибири и от Норвегии до Кувейта. При этом точки имеющихся наблюдений (доступных авторам данного исследования) распределены крайне неравномерно. На территории Западной и Центральной Европы, а также Украины данных много, тогда как на территории России имеются преимущественно данные станций Международной системы мониторинга Договора о всеобъемлющем запрете ядерных испытаний (CTBT). Ненулеви значения были зафиксированы в Дубне, Киру, Залесов (Алтайский край), Пеледуй (Якутия). Использовались также некоторые данные Росгидромета и Росатома, но это в основном нулю значения, полученные в Екатеринбурге, Обнинске, Мурманске.

Для расчетов использована система Евросоюза ядерного аварийного реагирования РОДОС [4], которуая в последние годы была внедрена в Украине [5]. В систему РОДОС включена модель дальнего переноса MATCH, которая способна рассчитывать атмосферный перенос радионуклидов в глобальном масштабе на расстоянии до десятков тысяч км [6,7]. В качестве исходных данных модель может использовать в том числе глобальные данные прогноза погоды Национального центра прогнозирования окружающей среды США (NCEP), которые свободно распространяются через Интернет и использовались в данной работе. Методика анализа возможных источников рутения базируется на решении сопряженных уравнений атмосферного переноса с помощью метода, описанного в работе [8], который позволяет построить функцию чувствительности «источник-рецептор» в табулированных форме (см., Например, [9]).

 1

Рис. 1. Места расположения станций, которые были использованы для анализа возможных наземных источников рутения.

Неизвестными являются не только местоположение выброса, но и время, продолжительность, высота, мощность выброса. В данной работе анализ ограничено наземными выбросами, высота которых не превышает 100 м от поверхности Земли. Для анализа продолжительности, времени и местонахождения выброса использован метод, аналогичный методу [10], в котором рассчитывается коэффициент корреляции рассчитанных и измеренных концентраций для всех источников, расположенных в узлах расчетной сетки и в пределах определенного временного промежутка. Избираются те источники, для которых полученая корреляция максимальна. В расчетах использованы следующие параметры: пространственное разрешение расчетной сетки - 1 град. , Между сетки: 3-90 вост. д., и 30-70 град. П.Ш .; временной промежуток, в рамках которого допускалась действие источника: от 24 сентября по 2 октября 2017 г.; рассмотрены продолжительности действия источников: 3, 6, 12, 24 ч, а временной шаг анализа возможных джеред - 3 часа. Для каждого источника после расчета коэффициента корреляции анализируется мощность выброса.

На рис. 2 представлено пространственное распределение максимального коэффициента корреляции расчетов и измерений, которое соответствует расположению источника в соответствующей точке. Можно предположить, что расположение источника в данной точке тем вероятнее, чем больше достигается коэффициент корреляции. Из рисунка видно, что достаточно высокие значения коэффициента корреляции (0.6, светло-розовый цвет) могут быть получены при расположении источниках на значительных территориях. Но, как правило, при моделировании в масштабе несколько тыс. Км. расчеты характеризуются лучшими значениями коэффициента корреляции (0.7-0.8) [7]. Поэтому расположение источника на территориях, указанных светло-розовым цветом мало вероятно.

 2

Рис. 2. Пространственное распределение максимального коэффициента корреляции расчетов и измерений, соответствует расположению источника в соответствующей точке. Показаны следующие изолинии коэффициента корреляции: 0.6, 0.7, 0.75, 0.8. Максимальное значение: 0.81.

Коэффициент корреляции достигает значения 0.7 в двух точках на территории Украины. Анализ результатов обратной моделирования показывает, что практически для всех европейских станций, где был обнаружен рутений, трубка вероятных путей атмосферного транспорта действительно пересекает территорию Украины (рис. 3). Этот факт объясняет известную из частных сообщений, а также с СМИ [11] информацию, что некоторые специалисты на начальных этапах анализа считали вероятным источником поступления рутения территорию Украины. Такую гипотезу опровергает анализ обратной моделирования для станций Залесов (Алтайский край, РФ) и Пеледуй (Якутия, РФ), согласно которому атмосферные пути попадания рутения на данные станции не проходят через территорию Украины (рис. 4).

 3

 4

Рис. 3. Обратное моделирование распространения рутения-106, зафиксированного станциями в Стокгольме, Швеция, 30.09.2017 г. (сверху), и в Константе, Румыния, с 28.09 по 30.09.2017 г. (снизу). Цвет соответствует чувствительности измерения до источника, расположенного в данной точке. Закрашена территория в целом дает «трубку возможных траекторий» попадания загрязнителя в точку измерения.

 5

 6

Рис. 4. Обратное моделирование распространения рутения-106, зафиксированного станциями в Залеслвл, Алтайский край, РФ, 02.10.2017 г. (сверху), и в Пеледуй, Якутия, РФ, 04.10.2017 г. (снизу). Цвет соответствует чувствительности измерения до источника, расположенного в данной точке. Закрашена территория в целом дает «трубку возможных траекторий» попадания загрязнителя в точку измерения.

Область наибольших значений коэффициента корреляции, а значит и вероятности выброса находится на территории Урала и прилегающих территориях на юге России (рис. 2). Этот вывод подтверждается оценками зарубежных специалистов [12, 13]. Даже нулю концентрации по данным измерений в Екатеринбурге не препятствуют достижению значительных коэффициентов корреляции в данном регионе, поскольку нулю концентрации соответствуют данные усредненные за 10 суток. Итак усредненное за значительный срок значение может находиться за пределами порога детектирования (около мкБк/м3). Территория возможного выброса очень значительной. Это связано с очень низкой плотностью измерений в данном регионе. Диапазон оценок объема выброса для возможных источников, расположенных на данной территории колеблется от ~ 1ТБк до ~ 1 ПБк. Более точная идентификация источника выброса требует использования дополнительных измерений, особенно тех, которые находятся на территории Урала и прилегающих регионах РФ.

В качестве примера на рис. 5 представлен расчет интегральной концентрации рутения-106 в воздухе (мкБк · ч/м3), в результате гипотетического выброса 1.5 ПБк Ru-106 в Челябинске-40. Период расчета: 24.09.2017, 06: 00-08.10.2017 00:00. В представленном случае территория, охваченная заметными концентрациями рутения удовлетворительно согласуется с данными измерений. Более того, территории, где согласно расчета концентрации нулю, в основном также согласуются с данными измерений (Екатеринбург, Обнинск, станции на территории Франции и т.д.). Но представленный расчет является только одним из многочисленных возможных источников выбросов.

 7

Рис. 5. Рассчитана интегральная концентрация Ru-106 в воздухе (мкБк · ч/м3) в результате гипотетического выброса в Челябинске-40. Время начала выброса: 24.09.2017, 6:00, продолжительность - 12 часов, объем выброса - 1.5 ПБк. Период расчета: 24.09.2017, 06: 00-08.10.2017 00:00.

вывод:

Наиболее вероятный источник выброса находилось на территории Урала и прилегающих регионах на юге РФ. Объем выброса составлял от ~ 1 ТБк до ~ 1ПБк. Без дополнительных данных измерений, особенно на территории Урала и прилегающих регионов России невозможно точно указать местонахождение выброса.

Ссылки:

1. http://www.snrc.gov.ua/nuclear/uk/publish/article/376746
2. https://www.linkedin.com/pulse/potential-sources-ruthenium-ivan-kovalets/
3. https://www.facebook.com/photo.php?fbid=919033568251794&set=a.484689331686222.1073741827.100004354778384&type=3&theater
4. https://resy5.iket.kit.edu/
5. http://www.kmu.gov.ua/control/uk/publish/article?art_id=249152554
6. http://dx.doi.org/10.1051/radiopro/2010036
7. https://www.inderscienceonline.com/doi/abs/10.1504/IJEP.2014.065110
8. https://www.researchgate.net/publication/317359018_SOLUTION_OF_THE_SOURCE_IDENTIFICATION_PROBLEM_WITH_USING_THE_JRODOS_MATCH
9. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378475411001686
10. https://www.researchgate.net/publication/319748359_Inverse_identification_of_unknown_finite-duration_air_pollutant_releases_in_urban_environment
11. https://www.2000.ua/v-nomere/derzhava/realii/bojtes-travu-polyn.htm
12. http://www.irsn.fr/EN/newsroom/News/Pages/20171009_Detection-of-ruthenium-106-in-the-air-in-the-east-and-southeast-of-Europe.aspx.
13. https://www.bfs.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/BfS/DE/2017/012.html

Оставить комментарий

Make sure you enter all the required information, indicated by an asterisk (*). HTML code is not allowed.