Корреляция динамики активности Co-60 в грунтовых водах зоны влияния утечки радионуклидов из хранилища ХЖО-2 Нововоронежской АЭС с гидрометрическими параметрами

Шадин Антон Евгеньевич

В середине апреля 1985 года на Нововоронежской АЭС произошёл инцидент, повлёкший выход технологического раствора из ёмкости хранилища жидких радиоактивных отходов ХЖО-2 за пределы здания хранилища. Объём потерянного технологического раствора составил около 480 м³, которые и поступили в грунт.

Возникшее вследствие утечки раствора из ХЖО-2 в 1985 году, повлекшее увеличение содержания радионуклидов в объектах окружающей среды, продолжает оставаться объектом внимания со стороны радиационной безопасности. Постоянная миграция с подземными водами радионуклидов, таких как ⁶⁰Co и ¹³⁷Cs, их накопление в донных отложениях реки Дон и потенциальное воздействие на население требуют постоянного мониторинга и оценки [1].

Изучение динамики изменения радиационной обстановки в области утечки актуально для обоснования прогноза долгосрочных последствий, разработки рекомендаций по оптимизации радиационного контроля и защитных мероприятий с целью обеспечения соответствия требованиям Федерального закона от 09.01.1996 № 3-ФЗ «О радиационной безопасности населения».

Уровенный режим подземных вод характеризуется прямо пропорциональной связью с поверхностными водами. Первый водоносный горизонт, в котором сосредоточен основной ореол вод с повышенным содержанием радионуклидов, представлен преимущественно песками с широким диапазоном фильтрационных свойств. Существенным осложняющим фактором являются линзы глин и суглинков сложной морфологии в водоносном горизонте, т. к. они затрудняют фильтрацию грунтовых вод и, как следствие, прогнозирование и моделирование миграции. Потоки со стороны пруда-охладителя и реки Дон также осложняет картину.

Важнейшей особенностью, определяющей высокую подвижность ⁶⁰Co в данной системе, является форма его нахождения в растворе. Кобальт присутствовал в растворе преимущественно в виде анионных комплексов с трилоном Б — CoᴵᴵEDTA²⁻. В отличие от ¹³⁷Cs, удерживаемого сорбцией непосредственно под зданием ХЖО-2, ⁶⁰Co в анионной форме практически не задерживался песками и проник до водоупорного слоя, где мигрировал с подземными водами в направлении р. Дон [2]. В водоносном горизонте в районе НВАЭС происходит замещение кобальта железом в комплексе, при этом образуется кобальт в катионной форме, которая лучше сорбируется грунтами, что приводит к замедлению фронта распространения радионуклида.

Миграция ⁶⁰Co в грунтовых водах подчиняется сложным закономерностям, поскольку природные объекты являются многокомпонентными системами с разнообразием условий окисления–восстановления, различной кислотностью и составом сорбирующих комплексов. Взаимоотношение форм ⁶⁰Co находится в прямой зависимости от геохимических и физических условий среды, в том числе температуры.

В таких условиях однозначное построение детерминированной модели миграции радионуклидов наталкивается на существенные ограничения, что обусловливает необходимость применения статистических методов, в частности корреляционного анализа динамики активности ⁶⁰Co в грунтовых водах, например, с гидрометрическими параметрами из таблицы 1 [3].

Таблица 1

Средний расход воды в р. Дон за период, м ³ /с

Год	За год	Месяц
Год	За год	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2001	216	197	169	365	402	264	186	172	157	167	173	172	166
2002	196	173	260	337	257	198	161	151	147	159	177	187	143
2003	237	126	122	162	970	273	158	163	166	166	173	185	179
2004	221	171	167	327	349	278	212	205	170	164	201	215	195
2005	295	236	211	207	850	539	270	226	183	169	192	219	234
2006	308	203	154	200	1020	382	275	207	203	215	253	297	292
2007	230	278	235	424	323	248	181	150	152	153	206	204	211
2008	223	185	216	541	305	256	178	158	142	151	174	177	188
2009	194	222	220	261	382	224	154	128	123	133	154	171	155
2010	211	152	148	367	788	229	135	107	96	99	120	148	141
2011	173	208	204	208	305	206	135	119	116	122	146	159	151
2012	253	149	177	245	1020	314	173	135	125	153	168	197	181
2013	285	159	202	357	1270	314	158	131	140	156	179	199	150
2014	150	157	203	261	217	172	116	111	91	103	119	131	117
2015	143	143	156	307	215	140	101	103	95	92	103	131	131
2016	212	141	233	427	299	272	209	152	141	130	157	189	196
2017	191	189	195	322	294	215	155	132	107	126	150	174	230
2018	258	184	144	179	1160	434	174	141	125	116	146	150	151
2019	154	167	200	223	218	166	123	109	111	107	144	135	150
2020	119	143	167	176	151	143	129	84	70	67	85	103	107
2021	153	124	153	205	325	196	126	100	94	105	126	137	150
2022	168	112	111	159	279	219	151	106	104	111	174	180	303

Для анализа использовались результаты наблюдений за удельной активностью ⁶⁰Co в подземных водах зоны влияния утечки ХЖО-2 за период 2002–2025 годов, представленные в таблице 2 [4]. Поскольку измерение активности проводилось от 1 до 2 раз в год на протяжении указанного периода, чаще всего в тёплое время года, целесообразно искать связь расхода воды в реке с динамикой активности в грунтовых водах не только по среднегодовым значениям расхода воды, но и по среднемесячным в отдельности.

Таблица 2

Удельная активность ⁶⁰Co в воде наблюдательных скважин НВАЭС, Бк/кг

Год	№ скважины
Год	35	45	61	80	86	87	103	104	105	106	108	110	116	117
2002	19	74	68	710	260	58	7	1,6	52	69	79	25	22	44
2003	640	47	56	680	310	60	11	1,7	58	33	63	42	11	390
2004	970	108	492	660	184	44	12	2	247	9	184	30	65	9
2005	1450	88	659	660	126	28	-	-	315	9	201	15	182	69
2006	388	80	287	94	50	14	2	-	132	17	73	-	54	12
2007	530	83	550	260	63	38	0,8	0,6	170	19	84	5,5	31	11
2008	360	34	210	77	64	43	-	19	52	2,2	180	2,8	64	2,8
2009	230	23	260	50	63	26	16,0	29	11	2,6	44	2,3	57	6,3
2010	13	-	-	-	-	-	-	-	0,01	2,4	10	8,8	18	15
2011	65	-	-	-	-	-	-	-	7	3,1	3,7	11	12	19
2012	40	5,3	3,2	19	29	3,5	-	0,4	0,4	2,7	4,7	7,1	1,5	15
2013	0,5	5,3	4,5	22	19	5,2	7,7	11	2,1	2,5	0,9	6,8	1,1	15
2014	0,1	4,4	11	4,6	5,7	3,2	7,0	24	0,5	2,3	1,8	5,2	4,1	18
2015	0,2	3,5	1,6	3,9	16	10	12	18	1,3	1,0	1,0	5,5	5,6	26
2016	0,01	0,7	0,3	2,2	1,1	2,9	0,0	2,8	0,01	0,8	0,9	5,2	0,01	11
2017	0,01	28	11	13	7,4	7,2	3,4	5,8	1,3	0,4	2,0	0,9	0,1	1,4
2018	0,01	9,0	0,2	9,0	1,0	2,0	0,2	1,0	0,01	0,4	0,3	2,0	0,4	1,0
2019	0,1	3,9	0,2	2,6	1,3	1,3	0,7	1,2	0,1	0,3	0,2	0,9	0,2	0,8
2020	0,1	1,1	0,2	1,5	3,1	3,1	0,1	0,1	0,1	0,2	0,1	0,6	0,1	0,7
2021	0,1	1,7	0,2	3,6	2,3	2,3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,5	0,1	0,6
2022	0,1	1,7	0,2	2,5	4,3	4,3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,2	0,7	0,1	0,6
2023	0,1	0,2	0,1	2,1	1,2	1,2	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
2024	0,1	0,7	0,1	17,4	1,0	1,7	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
2025	0,1	0,6	0,1	0,9	0,1	1,3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1

Примечание: «-» — данные отсутствуют, либо отброшены

Анализ проводился без учёта плато активности в грунтовой воде на основе изменения активности по ряду контрольных скважин, представляющих наибольший интерес в настоящее время, и сопоставления со средним за период расходом воды в реке Дон. Для оценки тесноты и направления связи использовался коэффициент линейной корреляции Пирсона; сила связи интерпретировалась согласно шкале Чеддока. Результаты расчётов коэффициентов корреляции Пирсона приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты анализа корреляции активности ⁶⁰ Со и расхода воды в р. Дон

№ скважины	80	35	45	61	87	86	104	105	110	117	116	108	106
За год	0,18	0,03	0,40	0,42	0,05	0,27	-0,49	0,51	0,18	0,10	0,46	0,36	-0,46
Январь	0,09	-0,19	0,53	0,78	0,16	0,07	0,54	0,53	-0,27	-0,33	0,55	0,24	-0,31
Февраль	0,02	-0,30	0,07	0,13	0,03	0,07	0,13	0,02	-0,40	-0,42	0,13	0,20	0,31
Март	-0,20	-0,13	0,01	-0,02	0,05	-0,01	-0,10	-0,13	-0,44	-0,39	-0,13	0,33	-0,19
Апрель	-0,01	-0,18	-0,02	0,00	-0,12	0,14	-0,41	0,11	0,20	0,26	0,09	-0,21	-0,16
Май	0,21	0,06	0,35	0,58	0,00	0,15	-0,57	0,69	0,14	0,05	0,75	0,50	-0,47
Июнь	0,32	0,35	0,64	0,64	0,10	0,25	-0,54	0,74	0,20	-0,03	0,67	0,61	-0,49
Июль	0,62	0,64	0,82	0,73	0,39	0,53	-0,38	0,87	0,49	0,17	0,74	0,78	-0,48
Август	0,58	0,61	0,78	0,62	0,45	0,57	-0,33	0,73	0,56	0,28	0,55	0,60	-0,28
Сентябрь	0,47	0,46	0,70	0,46	0,37	0,53	-0,36	0,57	0,51	0,23	0,41	0,42	-0,09
Октябрь	0,39	0,45	0,75	0,59	0,32	0,38	-0,37	0,64	0,36	0,06	0,41	0,45	-0,27
Ноябрь	0,28	0,34	0,66	0,48	0,11	0,32	-0,61	0,58	0,34	0,03	0,40	0,32	-0,24
Декабрь	0,13	0,29	0,57	0,49	0,00	0,02	-0,63	0,56	0,17	0,00	0,53	0,41	-0,56

Скважины приведены в таблице по мере удаления от ХЖО-2 и приближения к береговой линии. Ожидаемая связь динамики удельной активности с расходом воды в реке оказалась достаточно выраженной. Значительная положительная корреляция наблюдается для скважин, удалённых от берега реки Дон. Предполагается, что при снижении уровня воды и объёма стока к концу мая река перестаёт выполнять функцию гидрологического барьера, замедляющего движение радионуклидов с грунтовыми водами, что приводит к усилению разгрузки и снижению активности в скважинах — исходя из этого в большинстве своём наблюдается положительная корреляция между расходом воды и активностью во второй половине года.

В результате анализа установлена взаимосвязь динамики активности радионуклидов в грунтовых водах и среднего расхода воды в реке Дон, позволяющая выдвигать новые гипотезы и строить прогнозы миграции радионуклидов в сложной системе под ядерно- и радиационно-опасными объектами, а также более рационально подходить к вопросам разработки программ мониторинга окружающей среды [5]. Установленную взаимосвязь не следует рассматривать как доказанный механизм миграции радионуклидов: наблюдение указывает лишь на то, что метеорологические факторы играют заметную роль в формировании уровней радиоактивного загрязнения грунтовых вод. Для более надёжного подтверждения зависимостей требуются дополнительные исследования с применением методов, способных выявлять нелинейные и запаздывающие связи в многомерных временны́х рядах

Литература:

Щукин А. П. Дис. Расчетно-теоретические и экспериментальные исследования закономерностей загрязнения окружающей среды в результате утечки радионуклидов из хранилища жидких радиоактивных отходов (на примере Нововоронежской АЭС) канд. тех. наук. Москва.: ВНИИАЭС, 2007.
Харитонова, Е. В. Изучение миграции 60СО в природных средах: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук / Харитонова Елена Викторовна. — Обнинск, 2008. — 30 с. — EDN ZMHMFN.
«Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации» [Электронный ресурс]. — 2025. — Режим доступа: http://meteo.ru/data/temperature-precipitation/ (дата обращения: 08.08.2025).
Шадин, А. Е. Анализ динамики активности радионуклидов в подземных водах зоны влияния утечки ХЖО-2 НВАЭС (1985 г.) и выявление закономерностей их распределения за период 2002–2024 гг. / А. Е. Шадин. — Текст: непосредственный // Современные подходы и инновации в атомной энергетике: сборник тезисов докладов I Международной научно-технической конференции для студентов, молодых ученых и специалистов. — Нововоронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2025. — С. 110–112.
Обеспечение мониторинга подземных и поверхностных вод в районе размещения Нововоронежской АЭС с целью оценки последствий миграции радионуклидов из хранилища радиоактивных отходов (1985 Г.) / Д. А. Шаров, А. С. Коротков, И. В. Пырков [и др.] // Гидросфера. Опасные процессы и явления. — 2023. — Т. 5, № 3. — С. 291–297. — DOI 10.34753/HS.2023.5.3.291. — EDN IYAPKT.

Молодой учёный

Корреляция динамики активности Co-60 в грунтовых водах зоны влияния утечки радионуклидов из хранилища ХЖО-2 Нововоронежской АЭС с гидрометрическими параметрами

Корреляция динамики активности Co-60 в грунтовых водах зоны влияния утечки радионуклидов из хранилища ХЖО-2 Нововоронежской АЭС с гидрометрическими параметрами

Молодой учёный