Автоматизовані системи радіаційного контролю - неупереджені дослідники радіоекології

У грудні 1988 року в Управлінні дозиметричного контролю Науково-виробничого об'єднання "Прип'ять" (скорочено - УДК НВО "Прип'ять") була введена у дослідно-промислову експлуатацію Автоматизована система контролю радіаційного стану (АСКРС). Система була зконструйована на базі трьох комплектів системи радіаційної розвідки місцевості (СРРМ) “Тунець”, яка використовувалась військовими у часи ядерних випробувань у СРСР. До останнього часу стара АСКРС знаходилась в експлуатації у Державного спеціалізованого науково-виробничого підприємства "Чорнобильський радіоекологічний центр".

У червні 2008 року на заміну старої АСКРС була введена у дослідно-промислову експлуатацію модернізована АСКРС у рамках проекту міжнародної технічної допомоги TACIS U4.01/03S з підтримки зусиль України щодо подолання наслідків Чорнобильської катастрофи. На заміну 28 датчикам з кабельною передачею інформації, що були розташовані у різних місцях і на різних об'єктах чорнобильської зони відчуження, включно з м. Славутич, було встановлено 39 датчиків нового покоління з передачею інформації по радіоканалу. Стара система ще 1 рік працювала у повному обсягу паралельно з новою системою, після чого була переведена у резервний режим на випадок непередбачуваних збоїв нової системи. На цьому можна було б поставити урочисту крапку у славній історії старої АСКРС, але система залишила у спадок неперевершений 20-річний просторово-часовий ряд спостережень потужності експозиційної дози у чорнобильський зоні відчуження. Саме аналізу цих рядів і деяким висновкам присвячена дана публікація.

Мережа АСКРС

Нижче на динамічній карті представлена мережа старої АСКРС у складі 28 пунктів спостереження за виключенням пункту "Відвідний канал", дані якого забраковані як неякісні. На кожній точці можна знайти назву пункту (зазвичай це географічна, топонімічна або об'єктова прив'язка), географічні координати та значення потужності експозиційної дози (ПЕД) у 1992, 2000 і 2008 роках. Значення наведені у рад*год^-1, саме у тих позасистемних одиницях, в яких була проведена калібровка і велись записи. Для переходу до системних одиниць варто пам'ятати, що 1 рад = 0.01 Гр.

Відступ

Тепер коротко про деякі з практичних причин інтересу до аналізу довготривалих рядів ПЕД. Важливим чинником формування доз населення на далеку перспективу є динаміка потужності гамма-дози з часом. Зрозуміло, що радіоактивний розпад ¹³⁷Cs проходить за експоненційним законом, і тому його врахування елементарне. Більш цікавим є чисельне врахування інших процесів, які приводять, як правило, до зменшення потужності дози з часом і які залишаються поза "дужками" радіоактивного розпаду. Такі процеси називають процесами іноді "самоочищення" або "вертикального заглиблення", або ж "самозахоронення". З перелічених назв терміну загалом зрозуміло, що мається на думці, але ці процеси тут не є предметом обговорення.

Так у якості доречного прикладу можна розглянути модель Голікова, що цитується у [1]. Згідно цієї моделі швидкість зменшення потужності дози зовнішнього опромінення від ¹³⁷Cs Чорнобильських випадінь у регіоні Новозибкова (Брянська область, Росія) на цілинних землях у 1991-2000 роках становила приблизно 10 % рік^-1, включаючи радіоактивний розпад. Після відрахування впливу радіоактивного розпаду швидкість зменшення потужності дози зовнішнього опромінення на одиницю щільності поверхневого забруднення ¹³⁷Cs була встановлена на рівні біля 8 % рік^-1. Саме ця величина була пояснена вертикальним заглибленням ¹³⁷Cs у ґрунті. Іншим типовим і доречним прикладом відображення таких процесів можна вважати відому методику дозиметричної паспортизації [2], де приведено фактор ослаблення R(T) потужності еквівалентної дози (ПЕД) від ¹³⁴Cs і ¹³⁷Cs за рахунок заглиблення у ґрунті:

    $$R(T) = 0.18 e^{-1.4 T} + 0.65 e^{-0.042 T}$$, [T] = рік.

Як видно з формули вище, фактор ослаблення описано сумою двох експонент з часами напівзменшення 0.5 і 16.2 років. Через декілька років після аварії фактор ослаблення у формулі буде визначатися виключно другою складовою (16.2 років). Такий час напівзменшення веде до зменшення ПЕД на 4.1% щороку. Така величина більш-менш кореспондується з її значенням, отриманим для регіону Новозибкова згідно згаданих  даних [1]. У довшій перспективі така швидкість зменшення ПЕД (а саме 4.1 % рік^-1) призвела б до сумарного зниження ПЕД за рахунок  процесів самозаглиблення на 57 % за 20 років.

Результати спостережень АСКРС

Як насправді змінюється ПЕД можна побачити з огляду результатів спостережень АСКРС, представлених нижче. Попередньо з проводилась фільтрація даних (без зміни значень) на предмет викреслення збойних або інших явно невірогідних значень. Наприклад, враховуючи, що майже миттєві значення ПЕД з кожного гамма-датчика зчитувались кожні чверть години, то до цензурованих значень відносились одиночні точки з багаторазовим відхиленням у той чи іншій бік. Нижче представлені дані пунктів АСКРС: АПК-1, Бенівка, Буряківка, Копачі, Прип'ять, Чорнобиль-2, Чорнобиль. Значення ПЕД на сьоми графіках надані у рад*год^-1, усереднені за місяць і нормовані на розпад ¹³⁷Cs, тобто помножені на \[e^{\frac{\ln 2(T-T_0)}{T_{1/2}}},\] де T - час у роках, T₀ = 1990, T_1/2 - період напіврозпаду ¹³⁷Cs. Таким чином хід номований ПЕД представлений так, начебто зменшення активності з 1990 не відбувається. Це може бути корисним для досліджень інших процесів у поверхневому шарі грунту.

Аналіз даних

По-перше, що вочевидь кидається в очі, це відсутність більш ніж 2-разового очікуваного за моделлю [2] зниження нормованого ПЕД за рахунок заглиблення. Більше того, частина пунктів демонструє впевнений підйом нормованого ПЕД (Бенівка, Чорнобиль). Треба зазначити раптове (скачкоподібне) зниження показника на пункті Чорнобиль у середині 2006 року, що скоріше за все пов'язано з невідомим антропогенним чинником (або зміни у калібровці, або ландшафтні модифікації - пункт розташований на території м. Чорнобиль біля полікліники). Пункт АПК-1 демонструє різке зниження нормованого ПЕД до 1997 року, стабільний рівень у період 1997-2003 роки і впевнений підйом після 2003 року. Показник пункту Копачі веде скоріше хвиле подібно. І лише пункти Буряківка, Прип'ять і Чорнобиль-2 показують систематичне зниження нормованого ПЕД на 15-40% впродовж майже всього періоду.

Цікавим є пункт Бенівка з причин видаленості від антропологічного впливу, ландшафт навколо якого можна віднести до природного. Решта представлених пунктів у різній мірі можна віднести до напівприродних ландшафтів.

По-друге, вочевідь помітні сезонні коливання ПЕД, які викликані опадами. Мінімум річного ПЕД припадає на зимові місяці і пов'язано із сніжним покровом. Для аналізу був побудований сезонний хід ПЕД, нормований на середньорічне значення ПЕД, для всіх рядів і всіх років. За цим були побудовані статистичні розподіли і обраховані їх основні параметри для кожного місяця окремо (методами функції boxplot Matlab). Результати представлені на рисунку нижче. Медіанне значення відносного значення ПЕД представлено червоною горизонтальною рискою у синьому прямокутнику, нижня і верхня межа відповідають 25% і 75% квантилям апроксимованого логнормального розподілу.

Для чіткішого уявлення загального сезонного ходу відносного ПЕД нижче представлений графік, на якому відображенні лише медіанні сезонні значення відносного ПЕД. Чітко помітні два "сезони" для ПЕД:

1. квітень - жовтень з перевищенням середньрічного рівня у 3-7%;
2. грудень - березень із заниженим значенням у 3-13 % відносно середньрічного рівня.

Листопад характеризується значенням, що майже співпадає із середньорічним. Найбільш різкий перехід спостерігається від березня по квітень - 9%. Інший перехід більш розлогий і розтягується з вересня по грудень. У середньому сезонні коливання досягають 20%, хоча окремі місячні значення можуть відхілятися удвічі від середньорічного значення.

І, в-останнє, цікаво подивитися на багаторічний хід відношення ПЕД "літо-зима". Для цього на рисунку нижче побудований багаторічний хід (1992-2008 роки) відношення середнього значення ПЕД у травні-вересні до середнього значення ПЕД у грудні-березні. Одразу помітні відносно сніжні роки (1996, 1999, 2003, 2005) з різницею рівня ПЕД "літо-зима" більше 20% проти малосніжних років (1995, 1997, 2001, 2008) з різницею рівня ПЕД "літо-зима" менше 10% .

Висновки

1. Результати спостережень з використанням автоматизованих систем радіаційного контролю є багатим джерелом об'єктивної і статистично потужної інформації в області радіоекології, дозиметрії і суміжних областях досліджень.
2. Фактор ослаблення R(T) потужності еквівалентної дози від ¹³⁴Cs і ¹³⁷Cs за рахунок заглиблення у ґрунті [2], який використовується Загальнодозиметричній методиці паспортизації населення України потребує аналітичного і параметричного коригування. У першому наближенні на пізньому етапі аварії на перспективу найближчих 10-20 років можна запропонувати R(T) = 1. Хоча такий висновок потребував би більш глибоких досліджень.

Посилання

1. H.Yonehara, S.K.Sahoo, K.Kurotaki, M.Uchiyama, V.P.Ramzaev, N.Barishkov, A.Mishin, A.Barkovski. Dose Estimates from Protracted External Exposure of Inhabitants Living in Contaminated Area of Russia after The Chernobyl Accident. Proc. of 10th Intern. Congress
2. Реконструкция и прогноз доз облучения населения, проживающего на территориях Украины, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии ЧАЕС. (Инструктивно-методические указания) НЦРМ АМН Украины. Рук. проф., д.ф.-м.н. И.А. Лихтарев. К., 1998.

Автор

• О.О.Бондаренко

Wordpress-версія статті:

• urps.info