• лист. 28, 2017

Виявлення рутенію-106 у вересні-жовтні 2017 р: звідки могло потрапити забруднення?

Ковалець І.В., ІПММС НАН України

Романенко О.М., Рівненська АЕС

У кінці вересня та на початку жовтня 2017 р. практично в усіх європейських країнах, а також на території Кувейту, у східній частині Росії були зафіксовані концентрації рутенію (Ru-106), що перевищували нижній поріг детектування [1]. Зафіксовані концентрації не досягали небезпечних значень (порогове значення згідно Норм радіаційної безпеки України становить 0.5 Бк/м3). Але рутеній-106 не зустрічається в природних умовах, тому фіксація цього радіонукліду на значних територіях спричинила неабияке хвилювання серед громадськості та фахівців.

В Інституті проблем математичних машин та систем НАН України (керівник групи – д.т.н. І.В. Ковалець) спільно з О.М. Романенко (Рівненська АЕС), при сприянні ДІЯРУ та Укргідрометцентру було проведено аналіз найбільш ймовірних шляхів атмосферного транспорту рутенію. Попередні результати даного аналізу, отримані на підставі неповного набору вимірів (20 значень) було опубліковано раніше у постах на ФБ та linkedin [2,3]. Опубліковані результати викликали зацікавлення значного кола вітчизняних та міжнародних фахівців. Автори отримали публічні та приватні відгуки та коментарі з таких організацій, як Український гідрометцентр, Державний центр ядерного регулювання України, Інститут ядерної та радіаційної безпеки Франції (IRSN), Федеральний офіс радіаційної безпеки (BFs, Німеччина), Університет Відня, Шведський гідрометеорологічний інститут та ін. У багатьої коментарях було висловлене побажання використати ширше коло вимірів для уточнення результатів щодо можливих джерел рутенію.

У представлених нижче розрахунках використано дані станцій (усього 96 значень), показаних на рис. 1. На переважній більшості з показаних на рис. 1 було зафіксовано рутеній. Тому рис. 1 дає уявлення про горизонтальні масштаби розповсюдження рутенію, яке охоплювало практично усю Євразію: від Німеччини до Східного Сибіру та від Норвегії до Кувейту. При цьому точки наявних спостережень ( доступних авторам даного дослідження) розподілені вкрай нерівномірно. На території Західної та Центральної Європи, а також України даних багато, тоді як на території Росії наявні переважно дані станцій Міжнародної системи моніторингу Договору про всеосяжну заборону ядерних випробувань (CTBT). Ненулеві значення були зафіксовані у Дубні, Кирові, Залєсовому (Алтайський край), Пеледуї (Якутія). Використовувались також деякі дані Росгідромету та Росатому, але це переважно нулеві значення, отримані у Єкатеринбурзі, Обнінську, Мурманську.

Для розрахунків використано систему Євросоюзу ядерного аварійного реагування РОДОС [4], яку в останні роки було впроваджено в Україні [5]. В систему РОДОС включена модель далекого перенесення MATCH, яка здатна розраховувати атмосферне перенесення радіонуклідів у глобальному масштабі на відстані до десятків тисяч км [6,7]. У якості вхідних даних модель може використовувати у тому числі глобальні дані прогнозу погоди Національного центру прогнозування навколишнього середовища США (NCEP), які вільно розповсюджуються через Інтернет та використовувались у даній роботі. Методика аналізу можливих джерел рутенію базується на розв’язанні спряжених рівнянь атмосферного перенесення за допомогою метода, описаного у роботі [8], який дозволяє побудувати функцію чутливості «джерело-рецептор» у табульованій формі (див., наприклад, [9]).

 1

Рис. 1. Місця розташування станцій, які були використані для аналізу можливих наземних джерел рутенію.

Невідомими є не тільки місце розташування викиду, але й час, тривалість, висота, потужність викиду. У даній роботі аналіз обмежено наземними викидами, висота яких не перевищує 100 м від поверхні Землі. Для аналізу тривалості, часу та місцезнаходження викиду використано метод, аналогічний методу [10 ], в якому розраховується коефіціент кореляції розрахованих та виміряних концентрацій для усіх джерел, розташованих у вузлах розрахункової сітки та в межах певного часового проміжку. Обираються ті джерела, для яких отримана кореляція максимальна. У розрахунках використано наступні параметри: просторовий дозвіл розрахункової сітки – 1 град. , межи сітки: 3-90 сх. д., та 30-70 град. п.ш.; часовий проміжок, в межах якого припускалась дія джерела: від 24 вересня до 2 жовтня 2017 р; розглянуті тривалості дії джерел: 3, 6, 12, 24 год, а часовий крок аналізу можливих джеред – 3 год. Для кожного джерела після розрахунку коефіціента кореляції аналізується потужність викиду.

На рис. 2 представлений просторовий розподіл максимального коефіціенту кореляції розрахунків та вимірів, що відповідає розташуванню джерела у відповідній точці. Можна припустити, що розташування джерела у даній точці тим ймовірніше, чим більший досягається коефіціент кореляції. З рисунку видно, що досить високі значення коефіціенту кореляції (0.6, світло-рожевий колір) можуть бути отримані при розташуванні джерелах на дуже значних територіях. Але, як правило, при моделюванні у масштабі декілька тис. км. розрахунки характеризуються кращими значеннями коефіціенту кореляції (0.7-0.8) [7]. Тому розташування джерела на територіях, зазначених світло-рожевим кольором мало ймовірне.

 2

Рис. 2. Просторовий розподіл максимального коефіціенту кореляції розрахунків та вимірів, що відповідає розташуванню джерела у відповідній точці. Показані наступні ізолінії коефіціента кореляції: 0.6, 0.7, 0.75, 0.8. Максимальне значення: 0.81.

Коефіціент кореляції досягає значення 0.7 у двох точках на території України. Аналіз результатів зворотнього моделювання свідчить, що практично для усіх європейських станцій, де був виявлений рутеній, трубка ймовірних шляхів атмосферного транспорту дійсно перетинає територію України (рис. 3). Цей факт пояснює відому з приватних повідомлень, а також з ЗМІ [11] інформацію, що деякі фахйвці на початкових етапах аналізу вважали ймовірним джерелом надходження рутенію територію України. Таку гіпотезу спростовує аналіз зворотнього моделювання для станцій Залєсово (Алтайський край, РФ) та Пеледуй (Якутія, РФ), згідно якого атмосферні шляхи потрапляння рутенію на дані станції не проходять через територію України (рис. 4).

 3

 4

Рис. 3. Зворотнє моделювання розповсюдження рутенію-106, зафіксованого станціями у Стокгольмі, Швеція, 30.09.2017 р (зверху), та у Константі, Румунія, з 28.09 по 30.09.2017 р (знизу). Колір відповідає чутливості виміру до джерела, розташованого у даній точці. Зафарбована територія в цілому дає «трубку можливих траєкторій» потрапляння забруднювача у точку виміру.

 5

 6

Рис. 4. Зворотнє моделювання розповсюдження рутенію-106, зафіксованого станціями у Залєслвл, Алтайський край, РФ, 02.10.2017 р (зверху), та у Пеледуї, Якутія, РФ, 04.10.2017 р (знизу). Колір відповідає чутливості виміру до джерела, розташованого у даній точці. Зафарбована територія в цілому дає «трубку можливих траєкторій» потрапляння забруднювача у точку виміру.

Область найбільших значень коефіціенту кореляції, а одже і ймовірності викиду знаходиться на території Уралу та прилеглих територіях на півдні Росії (рис. 2). Цей висновок підтверджується оцінками закордонних спеціалістів [12, 13]. Навіть нулеві концентрації за даними вимірів у Єкатеринбурзі не перешкоджають досягненню значних коефіціентів кореляції у даному регіоні, оскільки нулеві концентрації є осередненими за 10 діб. Отже осереднене за значний строк значення може знаходитись за межами порогу детектування (близько мкБк/м3). Територія можливого викиду є дуже значною. Це пов’язано з дуже низькою щільністю вимірів у даному регіоні. Діапазон оцінок обсягу викиду для можливих джерел, розташованих на даній території коливається від ~1ТБк до ~1 ПБк. Більш точна ідентифікація джерела викиду вимагає використання додаткових вимірів, особливо тих, які знаходяться на території Уралу та прилеглих регіонах РФ.

У якості прикладу на рис. 5 представлений розрахунок інтегральної концентрації рутенію-106 у повітрі (мкБк·год/м3), внаслідок гіпотетичного викиду 1.5 ПБк Ru-106 у Челябінську-40. Період розрахунку: 24.09.2017, 06:00-08.10.2017, 00:00. У представленому випадку територія, охоплена помітними концентраціями рутенію задовільно узгоджується з даними вимірів. Більше того, території, де згідно розрахунку концентрації нулеві, здебільшого також узгоджуються з даними вимірів (Єкатеринбург, Обнінськ, станції на території Франції тощо). Але представлений розрахунок є тільки одним з численних можливих джерел викидів.

 7

Рис. 5. Розрахована інтегральна концентрація Ru-106 у повітрі (мкБк·год/м3) внаслідок гіпотетичного викиду у Челябінську-40. Час початку викиду: 24.09.2017, 06:00, тривалість – 12 год, обсяг викиду – 1.5 ПБк. Період розрахунку: 24.09.2017, 06:00-08.10.2017, 00:00.

Висновок:

Найбільш ймовірно джерело викиду знаходилось на території Уралу та прилеглих регіонах на півдні РФ. Обсяг викиду складав від ~1 ТБк до ~1ПБк. Без додаткових даних вимірювань, особливо на території Уралу та прилеглих регіонів Росії неможливо точніше вказати місцезнаходження викиду.

Посилання:

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

Прокоментувати:

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