Радиоактивное загрязнение молока в мае 1986г в Брянской области

 

 

Для дальнейших расчетов предположили, что соотношения между нуклидами случайным образом варьируется для каждой пробы в соответствии с законом логнормального распределения, для которого

 (15)

где математическое ожидание есть табличные значения отношений: 131I/137Cs и 89Sr/137Cs.

Вычисление уровней загрязнения пастбищной травы проводилось отдельно для каждой из групп НП с учетом характера формирования загрязнения и положений раздела 2 о загрязнении ареалов НП (речь идет о НП, расположенных в западных районах). Значение плотности загрязнения по 137Cs для конкретных НП бралось из ЦБОД ИБРАЭ РАН.

Соотношения между долей сухих и мокрых выпадений для 2-4-ой групп НП определялось из предположения, что абсолютная величина сухих выпадений такая же как и для 1-ой группы с математическим ожиданием 15 кБк/м2 (»0.4 Ки/км2), а все остальное загрязнение сформировано за счет дождя.

Значения эмпирического коэффициента a в формулах (3 и 4) принято нами для 89Sr - 0.8; для 134Cs и 137Cs - 1.0 и для 131I - 2.8 м2/кг сухого веса.

Различие между йодом и изотопами цезия обусловлено предположением, что в радиоактивном облаке йод присутствовал и в молекулярной форме. А небольшое различие между Sr и Cs обусловлено присутствием топливной компоненты.

Площадь поверхности пастбищной травы, необходимая для определения доли удержанных радионуклидов при мокрых выпадениях, определялась в соответствии с рекомендациями модели ECOSYS-87 с математическим ожиданием равным (поскольку все осадки выпали почти одновременно) 0.7 м2/м2.

Скорость потребления пастбищной травы отдельной коровой принималась равной от 30 до 60 кг/сут с равновероятной реализацией любого значения из этого диапазона.

При оценке динамического перехода радионуклидов из корма в молоко основную неопределенность вносит значение равновесного коэффициента перехода. Для моделирования выбраны значения равновесного коэффициента перехода для 131I от 0.008 до 0.028 сут/л; для 89Sr от 0.0008 до 0.002 сут/л и для 137Cs от 0.003 до 0.009 сут/л, с равной вероятностью реализации в конкретной пробе любого значения.

Собственно расчет концентраций отдельных радионуклидов (89Sr, 131I, 134Cs и 137Cs) в пробах молока производился по соотношению (13). Полученные значения с учетом калибровочных коэффициентов переводились в скорость счета установки ДП-100, а от нее по соотношению, применяемому службой СЭС, вычислялась суммарная b-активность пробы (q, в условных Бк/л):

  (16)

где Сi- расчетная концентрация i-го радионуклида в молоке; ki - коэффициент пересчета из табл. 8.

Таким образом расчетным путем был создан массив измерений проб молока по ряду внешних параметров совпадающий с эмпирическим.

Сравнение расчетных и экспериментальных данных

Задачей сравнения является уяснение насколько две выборки непротиворечивы друг другу и насколько взаимодополняемы. Естественно, само формирование выборок должно проводиться независимым друг от друга путем, что мы и пытались выполнить по мере сил.

Для сравнительного анализа экспериментально полученного массива данных по загрязнению проб молока радионуклидами из различных НП Брянской области и аналогичного массива данных, полученного посредством имитационного моделирования выбран путь объединения проб по датам и 4 группам территорий. На рисунках 1- 4 приведены сравнительные распределения суммарной b-активности проб для каждой группы. Активность проб молока на рисунках названа нами условной, поскольку значение концентрации, записываемое в регистрационный журнал, не может быть отнесено к конкретному радионуклиду. Правильнее было бы по шкале Y откладывать скорость счета установки. Однако, использование единиц активности делает рисунки более информативными. Как видно из рисунков 1- 4 расчетные массивы отличается большей “кучностью” значений, в остальном же можно обнаружить между ними сходные черты.

Построим частотные распределения для отдельных дней, в которые произведено наибольшее число измерений проб молока. Поскольку для модели число проб в конкретную дату, вообще говоря, ничем не ограничено, то нами создавалась выборка достаточного объема, чтобы проявлялись свойства генеральной совокупности. Рис. 5 иллюстрируют разброс значений за отдельные дни, полученные по данным Брянской областной СЭС и модели, а также относительный характер этих распределений. Видно. что выборки из эмпирического массива в 20-30 проб позволяют “лишь угадывать” характер распределения, а не вычислять его параметры. Напротив, результаты моделирования однозначно указывают на логнормальный закон распределения суммарной b-активности проб (генерировалось по 1000 проб для каждой выборки). Это обстоятельство обозначает направление дальнейшего анализа.

Предположив, что распределение суммарной b-активности проб молока за отдельные сутки подчиняется логнормальному закону распределения, сравним среднегеометрические значения попарных массивов для каждой группы территорий. На рис. 6 показаны динамики среднегеометрических значений для каждой группы. Сравнение исследуемых массивов показывает, что как по абсолютным значениям в отдельные дни, так и по характеру изменений расчетная и эмпирическая выборки близки друг к другу. Обращает на себя внимание тот факт, что для территорий, загрязненных по 137Cs более 11 Ки/км2 , т.е. там, где радиационная обстановка сформировалась под влиянием сильных дождей, спад загрязненности молока менее резок, что обусловлено существенно большим вкладом в загрязнение изотопов Cs. Кроме того, несмотря на очевидную схожесть выборок, коэффициент корреляции между ними не очень высок. Так для территорий, загрязненных менее 1 Ки/км2, он равен 0.3. В этом нет ничего удивительного, поскольку число значений за отдельные дни “весьма мало”, а распределение значений суммарной b-активности “достаточно широко”.

С помощью разработанной модели мы имеем возможность создать представительную выборку для любых территорий. На рис. 7 приведена, в качестве примера, кривая рассчитанная для слабозагрязненных территорий - плотность загрязнения составляла 0.4 Ки/км2 (оно наиболее близко к среднему - 0,42 Ки/км2 и среднегеометрическому - 0.38 Ки/км2 ); для каждого дня бралась выборка из 1000 измерений, по которым затем вычислялось среднегеометрическое значение. На этом же рис.7 представлена и свертка по экспериментальной выборке. Коэффициент корреляции в этом случае равен 0.69. Если же аппроксимировать среднегеометрические значения из эмпирической выборки (т.е. фактически “сгладить” динамику) некоторым алгоритмом, например, полиномом второй степени и сравнить с теоретической кривой, рис. 8, то формально сосчитанный коэффициент корреляции между значениями двух функций в диапазоне с 03 мая до 13 июня 1986 г. будет равным 0.984. Существует небольшое различие в интегралах под этими кривыми, которое легко может быть устранено либо небольшим уменьшением биомассы травы, либо предположением, что плотность загрязнения ареала для слабозагрязненных территорий близка к загрязнению НП, либо варьированием других параметров. Но очевидно, что совместный анализ двух выборок дает основания полагать, что во-первых, рассмотренный эмпирический материал может быть использован для реконструкции радиационной ситуации в Брянской области и, во-вторых - построенная имитационная модель отражает основные особенности формирования загрязнения молока на рассматриваемой территории и также может быть использована для реконструкции.

Небольшое количество данных по радиохимическому определению 131I в пробах молока не может служить основой для статистического анализа, но, безусловно, дает вклад в копилку наших представлений о радиационной ситуации. Расчет ожидаемых значений концентрации 131I в молоке и сравнение их с данными радиохимического анализа позволяют заметить тенденцию к несколько завышенным расчетным величинам, табл. 11. Для отдельных проб можно найти объяснение. Так с середины мая в г. Брянске, видимо, был налажен контроль за молоком, поступающем в торговую сеть, и это вносило искажение в выборку. Для июньских проб количество и влияние разнообразных факторов так значимо, что разброс даже расчетных значений превышает два порядка величины. Наиболее представительными является ряд проб из Карачевского района, которые хотя и примерно в 1.5 раза ниже расчетных значений, ясно показывают на значимость йодного фактора на слабозагрязненных территориях. Показательно и соотношение концентрации 131I в молоке для слабо и сильно загрязненных территорий, лежащее в русле модельных представлений.

Некоторые следствия

Результаты имитационного моделирования загрязнения молока на различных территориях Брянской области могут служить основой для последующих оценок. На рис. 9 приведена зависимость интегрального загрязнения молока 131I от плотности выпадения 137Cs, использованная для расчетов. Аналогичные зависимости получены и для других радионуклидов. Из рис.9 видно, что при различие плотности загрязнения территории в 1000 раз интегральное загрязнение молока 131I изменяется примерно в 50 раз.

Рис.9. Интегральное загрязнение молока 131I на территориях с различной загрязненностью почвы 137Cs

Рассчитанные для каждого из 3089 НП Брянской области интегральные концентрации радионуклидов в молоке могут служить важными ориентирами для оценок возможного поступления радиоактивных веществ в организм человека и создаваемых ими доз облучения. В качестве иллюстрации подобных оценок нами были использованы уровни потребления молока различными возрастными группами населения и дозовые коэффициенты из Руководства по оценке доз облучения щитовидной железы...61, табл. 13. Расчет проводился для каждого НП, с учетом демографической структуры сельского и городского населения Брянской области на 1986 г., взятой из ЦБОД.

Рис.1. Сравнение эмпирической и расчетной выборок для НП, загрязненных по 137Cs менее 1 Ки/км2 по состоянию на момент формирования радиоактивного следа.

Рис.2. Сравнение эмпирической и расчетной выборок для НП, загрязненных по 137Cs от 1 до 4 Ки/км2 по состоянию на момент формирования радиоактивного следа

Рис.3. Сравнение эмпирической и расчетной выборок для НП, загрязненных по 137Cs от 4 до 11 Ки/км2 по состоянию на момент формирования радиоактивного следа

Рис.4. Сравнение эмпирической и расчетной выборок для НП, загрязненных по 137Cs от более 11 Ки/км2 по состоянию на момент формирования радиоактивного следа

 

Рис.5. Нормированное распределение логарифма экспериментальной и расчетной b-активности молока за отдельные периоды для различных территорий

Территории, загрязненные менее 1 Ки/км2 по 137Cs	Территории, загрязненные от 1 до 4 Ки/км2 по 137Cs
Территории, загрязненные от 1 до 4 Ки/км2 по 137Cs	Территории, загрязненные более 4 Ки/км2 по 137Cs

Рис.6. Медианы расчетного и эапирического распределений b-активности проб молока для различных территорий

 

Рис.7. Сравнение расчетных значений (для условного НП с плотностью 0.4 Ки/км2 по 137Cs) и свертки эмпирических данных для НП, загрязненных менее 1 Ки/км2

Рис.8. Сравнение расчетных значений (для условного НП с плотностью 0.4 Ки/км2 по 137Cs) и аппроксимации эмпирических данных для НП, загрязненных менее 1 Ки/км2

 

 

Табл. 11.Сравнение расчетной концентрации 131I в молоке и полученной радиохимическим методом

Район	Населенный пункт	Хозяйство	Дата	137Cs, Ки/км2	Бк/л	Расчет, Бк/л
БРЯНСКИЙ	БРЯНСК		14/05/86	0.39	1295	6370
БРЯНСКИЙ	БРЯНСК		17/05/86	0.39	1110	3800
БРЯНСКИЙ	БРЯНСК		17/05/86	0.39	740	3800
БРЯНСКИЙ	БРЯНСК		20/05/86	0.39	370	2320
ДЯТЬКОВСКИЙ	ДРУЖБА	ЭСХ ДЯТЬКОВО	11/06/86	2.81	14	130
ДЯТЬКОВСКИЙ	ФОКИНО		4/06/86	1.02	34	280
ЖИРЯТИНСКИЙ	НОРИНО		4/06/86	0.22	518	130
КАРАЧЕВСКИЙ	БОШИНО	К-З ИМ.ЖДАНОВА	15/05/86	0.38	2590	5160
КАРАЧЕВСКИЙ	КАРАЧЕВ		15/05/86	0.64	4440	8680
КАРАЧЕВСКИЙ	МАЗНЕВО	К-З ДРУЖБА	15/05/86	0.42	3589	5700
КАРАЧЕВСКИЙ	МАРИНИЧИ	С-З МАРИНИЧСКИЙ	15/05/86	0.42	3700	5700
КАРАЧЕВСКИЙ	ПОДСОСЕНКИ		15/05/86	0.71	6142	9630
КАРАЧЕВСКИЙ	СОГЛАСИЕ	К-З РАССВЕТ	15/05/86	0.76	5809	10300
КАРАЧЕВСКИЙ	ТРЫКОВКА	К-З ИМ.ТЕЛЬМАНА	15/05/86	0.34	5180	4610
КАРАЧЕВСКИЙ	ТРЫКОВКА	К-З ИМ.ТЕЛЬМАНА	12/06/86	0.34	63	66
КЛЕТНЯНСКИЙ	БОРЯТИНО		6/06/86	0.26	20	110
КЛИМОВСКИЙ	КЛИМОВО		23/05/86	9.09	1110	2100
КЛИМОВСКИЙ	РУБЕЖНОЕ		23/05/86	7.05	925	1000
КЛИНЦОВСКИЙ	ВЕЛИКАЯ ТОПАЛЬ	К-З РОДИНА	13/05/86	5.85	5550	13500
КРАСНОГОРСКИЙ	КУРГАНОВКА		12/05/86	5.38	17390	15600
КРАСНОГОРСКИЙ	ЯЛОВКА		4/06/86	75.31	518	900
НОВОЗЫБКОВСКИЙ	ВНУКОВИЧИ	К-З ИМ.КИРОВА	14/05/86	19.16	7030	13900
НОВОЗЫБКОВСКИЙ	ЗАМИШЕВО	ОПХ БОЕВИК	14/05/86	16.90	13690	13060
НОВОЗЫБКОВСКИЙ	СТАРЫЙ ВЫШКОВ		16/05/86	39.76	15910	15100
НОВОЗЫБКОВСКИЙ	СТАРЫЙ ВЫШКОВ		16/05/86	39.76	12950	15100
СУЗЕМСКИЙ	НЕГИНО		4/06/86	0.80	444	470
СУЗЕМСКИЙ	НЕГИНО		4/06/86	0.80	48	470
ТРУБЧЕВСКИЙ	АЛАДЬИНО	К-З ИМ.ЖДАНОВА	19/05/86	1.10	444	3630
ТРУБЧЕВСКИЙ	КОТЛЯКОВО	К-З ЛЕНИНЕЦ	15/05/86	0.43	2553	5830
ТРУБЧЕВСКИЙ	ЛЮБОЖИЧИ	К-З ИМ.ФОКИНА	19/05/86	0.43	703	3060
ТРУБЧЕВСКИЙ	УСОХ	К-З ПУТЬ ЛЕНИНА	15/05/86	0.63	6660	8550
ТРУБЧЕВСКИЙ	ХОТЬЯНОВКА	К-З ИМ.ВОРОШИЛОВА	19/05/86	1.99	444	4500