Корреляция между расчетными и измеренными значениями мощности дозы гамма-излучения в воздухе в лесах, загрязненных ¹³⁷Cs: отдаленный период после Чернобыльской аварии

В 2015–2016 гг. было обследовано 13 лесных и 7 целинных луговых участков, расположенных на территории юго-западных районов Брянской области. Целью работы являлась экспериментальная проверка возможности использования метода расчета мощности дозы гамма-излучения в воздухе в радиоактивно загрязненных лесах на отдаленном этапе после Чернобыльской аварии. По результатам гамма-спектрометрического анализа проб почвы, отобранных на участках, были установлены и опубликованы значения запаса и вертикального распределения ¹³⁷Cs в верхнем 20-сантиметровом слое. Эти данные были использованы для вычисления мощности воздушной кермы с применением метода, заимствованного из литературы. Кроме того, в местах отбора проб почвы была измерена мощность амбиентного эквивалента дозы гамма-излучения в воздухе, и с помощью полевого гамма-спектрометра-дозиметра был определен вклад ¹³⁷Cs в общую мощность дозы. Измеренные значения мощности амбиентного эквивалента дозы от ¹³⁷Cs положительно и статистически значимо коррелировали с расчетными значениями мощности воздушной кермы. Коэффициент корреляции Спирмена был равен 0,989 (P < 0,01) для локации «Лес» и 0,893 (P < 0,05) для локации «Луг». Статистически значимых различий между локациями «Лес» и «Луг» при анализе соотношения измеренных и расчетных значений мощности дозы выявлено не было (тест Манна – Уитни, Р > 0,05). Результаты настоящей работы показывают, что при вычислении мощности дозы гамма-излучения в воздухе в лесу на отдаленном этапе после Чернобыльской аварии достаточно знать величину запаса ¹³⁷Cs в верхнем 20-сантиметровом слое почвы и подробную картину вертикального распределения радионуклида в этом слое. Присутствием древесной биомассы можно пренебречь. Такая оценка мощности дозы является консервативной. Однако степень завышения мощности дозы в воздухе будет невелика – в пределах +10%, что вполне приемлемо для определения дозы внешнего облучения человека при его нахождении в радиоактивно загрязненном лесу.

1. Shaw, G. Radionuclides in forest ecosystems. Radioactivity Environ., 2007, Vol. 10, pp. 127–155.

2. Nimis, P.L. Radiocesium in plants of forest ecosystems. Studia Geobotanica, 1996, Vol. 15, pp. 3–49.

3. Shcheglov, A.I., Tsvetnova, O.B., Klyashtorin, A.L. Biogeochemical Migration of Technogenic Radionuclides in Forest Ecosystems. Nauka, Moscow, 2001.

4. Shcheglov, A., Tsvetnova, O., Klyashtorin, A. Biogeochemical cycles of Chernobyl-born radionuclides in the contaminated forest ecosystems. Long-term dynamics of the migration processes. J. Geochem. Explor., 2014, Vol. 144, pp. 260–266.

5. Imamura, N., Komatsu, M., Ohashi, S., Hashimoto, S., Kajimoto, T., Kaneko, S., Takano, T. Temporal changes in the radiocesium distribution in forests over the five years after the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident. Sci. Rep., 2017, 7: 8179. DOI:10.1038/s41598-017-08261-x.

6. Kato, H., Onda, Y., Hisadome, K., Loffredo, N., Kawamori, A. Temporal changes in radiocesium deposition in various forest stands following the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident. J. Environ. Radioact., 2017, Vol. 166, pp. 449–457.

7. Golikov, V., Barkovski, A., Kulikov, V., Balonov, M., Rantavaara, A., Vetikko, V. Gamma ray exposure due to sources in the contaminated forest. In: I. Linkov and W.R. Schell (Eds.). Contaminated Forests – Recent Developments in Risk Identification and Future Perspective. Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Contaminated Forests, Kiev, Ukraine 27–30 June 1998. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1999, pp. 333–341.

8. Gering, F., Kiefer, P., Fesenko, S., Voigt, G. In situ gammaray spectrometry in forests: determination of kerma rate in air from 137Cs. J. Environ. Radioact., 2002, Vol. 61, pp. 75–89.

9. McGee, E.J., Synnott, H.J., Johanson, K.J., Fawaris, B.H., Nielsen, S.P., Horrill, A.D., Kennedy, V.H., Barbayiannis, N., Veresoglou, D.S., Dawson, D.E., Colgan, P.A., McGarry, A.T. Chernobyl fallout in a Swedish spruce forest ecosystem. J. Environ. Radioact., 2000, Vol. 48, pp. 59–78.

10. Данилов, Ю.Г. Роль геохимической миграции радионуклидов в реабилитации загрязненных территорий Брянской области / Ю.Г. Данилов // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология [Электронный ресурс]. – 2000. – № 1. – С. 84–86: http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/geograph/2000/01/danilov2.pdf (Дата обращения: 11.07.2019)

11. Clouvas, A., Xanthos, S., Antonopoulos-Domis, M., Alifragis, D.A. Contribution of 137Cs to the total absorbed gamma dose rate in air in a Greek forest ecosystem: measurements and Monte-Carlo computations. Health Phys., 1998, Vol. 76, No. 1, pp. 36–43.

12. Cresswell, A.J., Sanderson, D.C.W., Yamaguchi, K. Assessment of the calibration of gamma spectrometry systems in forest environments. J. Environ. Radioact., 2018, Vol. 181, pp. 70–77.

13. Miller, K.M., Kuiper, J.L., Helfer, I.K. 137Cs fallout depth distributions in forest versus field sites: implications for external gamma dose rates. J. Environ. Radioact., 1990, Vol. 12, pp. 23–47.

14. Ramzaev, V., Barkovsky, A. Vertical distribution of 137Cs in grassland soils disturbed by moles (Talpa europaea L.). J. Environ. Radioact., 2018, Vol. 184–185, pp. 101–108.

15. Ramzaev, V., Barkovsky, A., Bernhardsson, C., Mattsson, S. Calibration and testing of a portable NaI(Tl) gamma-ray spectrometer-dosimeter for evaluation of terrestrial radionuclides and 137Cs contributions to ambient dose equivalent rate outdoors. Radiatsionnaya Gygiena = Radiation Hygiene, 2017, Vol. 10, No. 1, pp. 18–29.

16. Ramzaev, V., Bernhardsson, C., Barkovsky, A., Romanovich, I., Jarneborn, J., Mattsson, S., Dvornik, A., Gaponenko, S. A backpack γ-spectrometer for measurements of ambient dose equivalent rate, H*(10), from 137Cs and from naturally occurring radiation: The importance of operator related attenuation. Radiat. Meas., 2017, Vol. 107, pp. 14–22.

17. Рамзаев, В.П. Вертикальное распределение 137Cs в дерново-подзолистой песчаной почве на лугах и в лесах Брянской области в 2015–2016 гг./ В.П. Рамзаев, А.Н. Барковский, К.В. Варфоломеева // Радиационная гигиена. – 2019. – Т. 12, № 3. – С. 6–20.

18. Saito, K., Jacob, P. Gamma ray fields in the air due to sources in the ground. Radiat. Prot. Dosimetry, 1995, Vol. 58, pp. 29–45.

19. Рамзаев, В.П. Сравнение расчетных и измеренных значений мощности кермы в воздухе над почвой, загрязненной 137Cs/ В.П. Рамзаев, В.Ю. Голиков // Радиационная гигиена. – 2015. – Т. 8, № 4. – С. 42–51.

20. ICRP – International Commission on Radiological Protection. Conversion Coefficients for use in Radiological Protection against External Radiation. ICRP Publication 74 // Ann. ICRP, 1996, Vol. 26, No. 3–4.

21. Ramzaev, V.P., Barkovsky, A.N. On the relationship between ambient dose equivalent and absorbed dose in air in the case of large-scale contamination of the environment by radioactive cesium. Radiatsionnaya Gygiena = Radiation Hygiene, 2015, Vol. 8, No. 3, pp. 6–20.

22. Saito, K., Petoussi-Henss, N. Ambient dose equivalent conversion coefficients for radionuclides exponentially distributed in the ground. J. Nucl. Sci. Technol., 2014, Vol. 51, pp. 1274–1287.

23. Ramzaev, V.P., Barkovsky, A.N. Estimation of the air kerma rate from 137Cs and 134Cs deposited on the ground in the Sakhalin region of Russia after the Fukushima accident. Radiatsionnaya Gygiena = Radiation Hygiene, 2019, Vol. 12, No. 1, pp. 36–51.

24. Laedermann, J.-P., Byrde, F., Murith, C. In-situ gamma-ray spectrometry: the influence of topography on the accuracy of activity determination. J. Environ. Radioact., 1998, Vol. 38, pp. 1–16.

25. Beamish, D. Gamma ray attenuation in the soils of Northern Ireland, with special reference to peat. J. Environ. Radioact., 2013, Vol. 115, pp. 13–27.