Лаборатория радиоэкологии

Лаборатория радиоэкологии занимается исследованиями поведения естественных и техногенных радионуклидов в природных комплексах Беларуси. Центральное место занимает анализ миграции и перехода по пищевым цепям радионуклидов чернобыльского происхождения, формирования за их счет дозовой нагрузки на биоту и человека. Много внимания уделяется разработке новых средств и методов воздействия на переход техногенных радионуклидов и тяжелых металлов в сельскохозяйственную продукцию.

История лаборатории

Лаборатория создана в 2002 году при переводе Института радиобиологии в г. Гомель. Она сформирована в результате объединения лабораторий радиоэкологии воздушной среды, радиоэкологии водных систем, группы радиометрии и дозиметрии и группы токсикологии.

Значительные вклад в научное обеспечение ликвидации последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС внесли подразделения института, объединенные в лабораторию радиоэкологии после перемещения в г. Гомель.

Изучение механизмов ресуспензии, миграции и физико-химической трансформации радиоактивных частиц в приземной атмосфере, процес­сов формирования ингаляционных доз с учетом деструкции плутоний- и америцийсодержащих частиц в организме, исследование динамики ра­диоактивности воздуха после Чернобыльской катастрофы и влияние на нее техногенных работ на загрязненных территориях, а также определе­ние иода-129 в почве с целью реконструкции загрязнения приземного воздуха радиоизотопами иода в апреле—мае 1986 г. — все эти задачи решены лабораторией радиоэкологии воздушной среды. Выполненные исследования показали, что в результате испытаний ядерного оружия за счет глобальных выпадений в республике сформировалось относительно равномерное загрязнение поверхности почвы со средним уровнем плутония-239,240 — 53+10 Бк/м2. Ожидаемые эффективные эквивалентные дозы за счет инга­ляционного поступления радионуклидов глобального происхождения не превышают 80 мкЗв, причем основной вклад (около 90%) обусловлен плутонием-239,240.

Анализ динамики среднегодовых концентраций радионуклидов в воз­духе городов Беларуси и 30-км зоны ЧАЭС показывает тенденцию мед­ленного снижения радиоактивного загрязнения атмосферы. Период ее полуочищения от изотопов плутония для всех мест практически одина­ков и составляет 14,5 мес. Для цезия-137 он значительно выше и равен 25 мес. Для г. Минска отмечена аномальная величина периода полуочищения атмосферы — 41 мес. Не­одинаковые скорости полуочищения атмосферы от изотопов плутония и цезия-137 связаны с различием физико-химических свойств частиц, в которых они находятся (топливные и конденсационные).

Ведение сельскохозяйственных и других работ в зоне загрязнения приводит к локальным повышениям радиоактивности приземного возду­ха в сотни и тысячи раз, что в свою очередь увеличивает ингаляционные дозовые нагрузки населения.

Изучение вопросов, связанных с динамикой радионуклидов черно­быльского происхождения в компонентах поверхностных водных экоси­стем, разработка прогноза радиационного состояния природных вод осуществлено в лаборатории радиоэкологии водных систем.

Анализ данных многолетних радиоэкологических исследований за­грязненных поверхностных вод показал, что в послеаварийный период наблюдалось снижение в них содержания радионуклидов при относи­тельном увеличении активности стронция-90 на фоне сезонных флук­туации, связанных с различной степенью водности.

В период с 1986 по 1997 г. в результате изменения структуры водо­сборов, протекания инфильтрационных процессов и процессов жидкого и твердого стоков общее содержание водорастворимых и водоподвижных форм цезия-137 и стронция-90 на водосборах уменьшилось. В соответствии с этим удельные активности поверхностных вод по данным изотопам в 1997 г. по сравнению с 1987 г. уменьшились на 2—3 порядка и, как правило, не превышают Республиканские допустимые уровни для питьевой воды.

Уровни загрязненности донных отложений на 2—4 порядка выше загрязнения самих поверхностных вод.

Диапазон величин удельной активности проб биоты водотоков по це­зию-137 находится в интервале 400—43 600 Бк/кг воздушно-сухой массы, а их коэффициенты накопления (КН) — 1200—110 000 в зависимости от сезона года, физико-химических свойств воды, видовой принадлежности организма и других факторов.

Организатор и первый заведующий лаборатории радиоэкологии в г. Гомеле к.х.н. Миронов В.П. С 2003 по 2009 гг. лабораторию возглавлял к.б.н. Кудряшов В.П., с 2009 по 2011 гг. — к.ф.-м.н. Кнатько В.А.

Основные направления научных исследований лаборатории:

● Анализ содержания и физико-химического состояния техногенных и естественных радионуклидов в компонентах экосистем на территории Беларуси для оценки дозовых нагрузок на биоту и человека;
● Анализ и прогноз перераспредления радионуклидов чернобыльского выброса, включения их в трофичесие цепи и выяснение факторов, влияющих на эти процессы;
● Совершенствование методов оценки радиационной обстановки;
● Разработка рекомендаций по рациональному природопользованию на техногенно нарушенных территориях.

Для оценки радиоэкологических последствий аварии на Чернобыльской АЭС лабораторией радиоэкологии Института радиобиологии НАН Беларуси осуществлена всесторонняя оценка динамики содержания и форм нахождения радионуклидов цезия-137, стронция-90, трансурановых элементов (ТУЭ) в воде, воздухе, почве, биоте, сельскохозяйственной продукции. Многолетние исследования позволили определить основные факторы, оказывающие влияние на поведение радионуклидов и подготовить прогноз радиационной обстановки.

Выявлено увеличение относительного вклада стронция-90 в суммарную дозу внутреннего облучения населения и разработаны методы снижения поступления стронция-90 в овощную продукцию, с использованием микробиологического препарата «ЕМ1 Конкур» (производства ГНУ «Институт радиобиологии НАН Беларуси») в комплексе с минеральными удобрениями.

Оценка рисков поступления ТУЭ в организм жителей южных районов Гомельской области показала существенное увеличение, по сравнению с первым послеаварийным десятилетием, удельной активности трансурановых элементов в продукции животноводства и растениеводства. Это связано с изменением физико-химических форм нахождения ТУЭ в почве и увеличением активности америция-241. Основной вклад в формирование дозы внутреннего облучения от трансурановых элементов, поступающих в организм на отдаленном этапе катастрофы на ЧАЭС, вносит потребление овощной продукции, в частности картофеля (до 80%). Анализ накопленных данных позволил предложить подходы к снижению коэффициентов перехода плутония и америция в растения.

Анализ форм нахождения 241Am в тканях растений, произрастающих на территории Полесского государственного радиационно-экологического заповедника, показал наличие существенного пула, связанного с органическим веществом (более 50% от общей активности). Происхождение и внутриклеточная локализация этой формы требуют дополнительного изучения. Однако выявленная закономерность свидетельствует об активном включении америция в биологический круговорот, в связи с чем необходимо провести переоценку радиационной опасности данного радионуклида для биоты Полесского государственного радиационно-экологического заповедника.

Показано, что превалирующий вклад в общую дозу облучения животных, обитающих на территории Полесского государственного радиационно-экологического заповедника, вносит и будет вносить на протяжении ближайших десятилетий 137Cs. Вместе с тем, трансурановые элементы формируют достаточно мощную для проявления радиобиологических эффектов дозовую нагрузку на стенки органов желудочно-кишечного тракта животных.

Лабораторией проведена специальная работа по реконструкции начальных послеаварийных уровней загрязнения территории Беларуси короткоживущими радионуклидами, позволившая уточнить дозовую нагрузку на население, пострадавшее от катастрофы на Чернобыльской АЭС.

Установлены закономерности распределения естественных радионуклидов предшественников и продуктов распада радона-222 (226Ra, 210Po, 210Pb) в воздушной среде, почвах, поверхностных и подземных водах Республики Беларусь, определены коэффициенты их перехода в продукцию растениеводства и оценен вклад в дозу внутреннего облучения населения.

Выявлены основные факторы, определяющие биологическую доступность тяжелых металлов, в том числе радиоактивных (Pb, Cd, U, Ra и др.), в дерново-подзолистых почвах и разработана система показателей для определения миграционной способности тяжелых металлов в почвенно-растительном покрове и выявления критических элементов биогеоценозов с повышенным их накоплением.

В лаборатории радиоэкологии разработаны модели переноса радионуклидов с дымами лесных пожаров, позволяющие оценить изменение радиационной обстановки в зоне воздействия чрезвычайной ситуации и вторичное загрязнение территории.

В лаборатории разработаны новые методики определения содержания и физико-химического состояния радионуклидов и тяжелых металлов в объектах окружающей среды.

Лаборатория радиоэкологии выполняет задания Государственной программы научных исследований «Химические технологии и материалы, природно-ресурсный потенциал» (раздел «Радиация, экология и техносфера»), Государственной программы по преодолению последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС на 2011-2015 годы и на период до 2020 года. Ведутся работы по проекту МАГАТЭ «Укрепление потенциала для оценки поведения трансурановых элементов в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС и на прилегающих территориях» и договору о сотрудничестве с EM Research Organization (Япония).

В настоящее время лаборатория радиоэкологии работает над созданием комбинированных биологически активных почвоулучшающих добавок для реабилитации техногенно нарушенных почв и повышения эффективности ведения сельского хозяйства на них. Кроме того, запланированы исследования по взаимодействию растительных организмов с неионизирующими высокочастотными излучениями.

На повестке дня остаются работы по анализу пространственного перераспределения и трансформации физико-химических форм техногенных радионуклидов в почвенной, водной и воздушной средах на этапе отдаленных последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС. Вследствие продолжительных периодов полураспада изотопов трансурановых элементов особую актуальность приобретает оценка их миграционной способности и формирования вторичного загрязнения территории под влиянием естественных факторов и чрезвычайных ситуаций.

Лаборатория радиоэкологии

Лаборатория располагает всеми необходимым средствами для выполнения исследований в области радиоэкологии: начиная с отбора образцов и пробоподготовки и заканчивая радиохимическим анализом и спектрометрическими измерениями. Помещения лаборатории отвечают современным требованиями норм радиационной безопасности.

Гамма-спектрометрический комплекс

Гамма-спектрометрические комплексы на основе полупроводниковых гамма-детекторов Ge-40200-P (Ortec) и GX2018 (Canberra) позволяют выполнять количественное определение радиоактивных изотопов (Am-241, Ba-133, Co-57, Co-60, Cs-137, Eu-152, Ir-192, Mn-54, Na-22, Se-75, Th-228, Cr-51, Ga-67, I-123, I-125, I-131, In-111, Tc-99m, Tl-201, Xe-133, K-40, Ra-226, Th-232, U-238 и др.) в воде, почве, продуктах питания, медико-биологических объектах, аэрозольных фильтрах и т.д. Гамма-спектрометрический комплекс Canberra снабжен системой математической калибровки по эффективности LABSOCS, не требующей радиоактивные источники. Поддерживается широкий спектр геометрий, точность калибровки обеспечивается не только по оси детектора, но и под любым углом к ней.

Автоматизированный альфа-спектрометр Canberra Alpha Analyst

Автоматизированный альфа-спектрометр Canberra Alpha Analyst предназначен для идентификации и измерения содержания альфа-излучающих изотопов.

Низкофоновый альфа-бета-радиометр Berthold LB 770

Низкофоновый альфа-бета-радиометр Berthold LB 770 позволяет выполнять количественные измерения альфа/бета-излучающих радионуклидов (C-14, P-32, P-33, Co-60, Sr-90, Tc-99, Cs-137, Ra-226, Po-210, Th-232 и др.) на металлических мишенях, подготовленных в результате радиохимического анализа образцов различного типа.

Квадрупольный масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой

Квадрупольный масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой (ICP Q MS) Elan DRC-e, производства Perkin Elmer предназначен для анализа элементного и изотопного состава жидких образцов. Обладает практически полным элементным охватом: металлы, неметаллы (исключая газы N, O), лантаноиды, актиноиды, включая ближние трансурановые элементы, а также Tc-99, U-233, 234, 236, Th-230, изотопы Pu и Np. Количественное определения особо малых содержаний изотопов (до уровня 10-6–10-9) по отношению к основному изотопу.

В 2014 году лабораторией радиоэкологии приобретен многоканальный газоизмерительный прибор Drager X-am 7000 для мониторинга содержания токсичных и взрывоопасных газов в воздухе рабочей зоны. Данный прибор оснащен сенсорами определения сероводорода (до 100 ppm), циановодорода (до 50 ppm), аммиака (до 200 ppm). Сенсоры газоанализатора Drager X-am 7000 обладают быстрой реакцией, высокой точностью и низкой перекрестной чувствительностью. Сотрудниками лаборатории радиоэкологии освоена «Методика выполнения измерений содержания довзрывоопасных концентраций газов и паров, кислорода, токсичных газов и паров на уровне предельно-допустимых концентраций с помощью переносных электронных газоанализаторов». Drager X-am 7000 активно используется лабораторией для выполнения фундаментальных научных исследований.

Кроме того лаборатория располагает комплексом оборудования для отбора проб (аспиратор, почвенные пробоотборники и проч.), пробоподготовки (сушильные шкафы, муфельные печи, измельчители и проч.), радиационного контроля (дозиметры-радиометры и проч.), выполнения химических анализов (потенциометры с комплектами электродов, вакуумные насосы, песчаные бани, шейкеры и проч.).

Перечень сотрудников лаборатории:

Заведующий лабораторией, к.с-х.н. Никитин Александр Николаевич
Ведущий научный сотрудник, к.с-х.н. Жданович Владимир Павлович
Старший научный сотрудник, к.с.-х.н. Гуцева Галина Зеноновна
Научный сотрудник Леферд Галина Аркадьевна
Научный сотрудник Зубарева Алеся Валерьевна
Научный сотрудник Шуранкова Ольга Александровна
Научный сотрудник Сухарева Диана Витальевна
Научный сотрудник Куц Федор Иванович
Младший научный сотрудник, аспирант Спиров Руслан Ковсарович
Младший научный сотрудник Симончик Юлия Константиновна
Младший научный сотрудник, аспирант Танкевич Елена Александровна
Младший научный сотрудник Мищенко Егор Викторович
Инженер I категории Адамович Наталья Дмитриевна
Инженер Арендарь Светлана Аркадьевна

Публикационная деятельность:

1. Конопля, Е.Ф., Кудряшов В.П., Миронов В.П. Радиация и Чернобыль: Трансурановые элементы на территории Беларуси. – Минск: Белорус. наука, 2006. – 191 с.

2. Конопля Е.Ф., Миронов В.П., Журавков В.В. Радиация и Чернобыль: короткоживущие радионуклиды на территории Беларуси. – Минск: Белорусская наука, 2008. – 199 с.
Гапоненко В.И., Конопля Е.Ф. Радиация и Чернобыль: Состояние, хлорофилл и защита растений. – Гомель: РНИУП «Институт радиологии», 2007. – 266 с.

3. Шамаль Н.В. Качество семян и цитогенетические нарушения у ячменя под действием гамма-облучения и засухи // Весцi НАН Б. – Минск, 2006. — № 1

4. Шуранкова О.А., Кудряшов В.П. Поступление трансурановых элементов (239+240Pu, 241Am) Чернобыльского происхождения в луговую растительность // Проблемы здоровья и экологии. – Гомель, 2006. — №1(7). – С. 67-71.

5. Mironov V.P., Matusevich J.L., Kudrjashov V.P., Ananich P.I Determination of uranium concentration and burn-up of irradiated reactor fuel in contaminated areas in Belarus using uranium isotop ratios in soil samples // Radiochimica Acta, 2005. — № 93. – С. 781-784.

6. Ryabokon N.I., Smolich I.I., Kudryashov V.P., Goncharova R.I. Long-term development of the radionuclide exposure of murine rodent populations in Belarus after the Chernobyl accident // Radiat Environ Biophys, 2005 – P. 169-181

7. V. Kudrjashov, E. Konoplya State of ecosystems at long-term contamination with transuranium radionuclides / C/ Mothersill et (eds.), Multiple Stressors: A Challenge for the Future, Minsk 2007, P. 351-357.

8. Bondar Yu.I., Navumau A.D., Nikitin A.N., Brown J., Dowdall M. Model assessment of additional contamination of water bodies as a result of wildfires in the Chernobyl exclusion zone // Journal of Environmental Radioactivity. – 2014. – Vol. 138. – P. 170—176.

9. Клементьева, Е.А. Радионуклиды уранового ряда в природных водах юго-востока Беларуси / Е.А. Клементьева, С.В. Овсянникова, А.Н. Никитин // Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусi, Сер. хiм. навук, 2012, №1 – С. 91-95.

10. Зубарева, А. В. Перспективы биологической и технической очистки экосистем, загрязненных долгоживущими радионуклидами / А. В. Зубарева, А. Г. Кравцов // Научно-практический журнал «Проблемы здоровья и экологии, 2013. №4(38). – С.148-154.

11. Дворник А.А. Модель формирования вторичного радиоактивного загрязнения прилегающей территории под влиянием лесных пожаров / А.А. Дворник, А.М. Дворник // Весцi НАН Беларуси. Серыя бiялагiчных навук. 2015. № 1. – С. 73 – 77.

12. Клементьева, Е.А. Продукты пчеловодства, как индикаторы качества экосистемы / Е.А. Клементьева, А.Н. Никитин; Веснік МДПУ імя І. П. Шамякіна. №2(39), 2013. – с. 13-18.

Контактная информация:

E-mail: radioecology@irb.basnet.by