Все новости

Рутениевый след европейской науки. Рутениевое загрязнение 2017 года, судя по всему, действительно связано с попыткой российских атомщиков помочь европейским физикам

© Ольга Скворцова / Chrdk.
Радиоактивный рутений-106, попавший в Европу в 2017 году с воздухом с востока, — часть самого большого в нашем веке выброса радиоактивных веществ после «Фукусимы». Новая научная работа в журнале Proceedings of National Academy of Sciences показывает, что максимум загрязнений рутением-106 приходится на Россию. Изучив альтернативные объяснения, исследователи указывают на то, что источником рутения-106 должен быть комбинат «Маяк» в Челябинской области, а причиной — неудавшаяся попытка российских атомщиков помочь европейским физикам с поиском стерильных нейтрино. «Чердак» рассказывает всю историю о загадочной утечке рутения-106.

Само рутениевое событие никак не угрожало здоровью населения. Тем не менее «Росатом» отрицает, что его предприятие стало источником выброса.  И сам факт того, что даже в XXI веке источник мощного выброса активных радиоизотопов на российской территории может скрываться от публики, вызывает серьезные опасения за радиационную безопасность нашей страны.

«Росатом» против Росгидромета

Европа с 1980-х годов активно отслеживает уровень радиационного загрязнения воздуха. Мониторинг происходит с помощью регулярно меняемых уловителей аэрозолей, через которые прокачивают большие массы атмосферного воздуха. После очередной смены уловителей его активность анализируется в лаборатории.

В конце сентября — начале октября 2017 года множество европейский станций мониторинга почти одновременно зарегистрировали резкий всплеск содержания в воздухе рутения-106. Наивысший его уровень был зафиксирован в румынской Зимниче: загрязнение изотопом там достигло 0,176 беккереля на кубометр.

Перемещения воздушных масс над Евразией в период «рутениевого инцидента». Черная звездочка — станция в Зимниче, зеленая точка — комбинат «Маяк»
Описание
Перемещения воздушных масс над Евразией в период «рутениевого инцидента». Черная звездочка — станция в Зимниче, зеленая точка — комбинат «Маяк»

Вскоре после этого французские специалисты, опираясь на данные мониторинга, построили модель распространения рутения в атмосфере. Моделирование указывало на то, что источник рутения находится где-то «между Волгой и Уралом», а для достижения уровня загрязнения, наблюдаемого в Европе, в воздух должно попасть от 100 до 300 терабеккерелей. 

«Росатом» заявил, что «все атомные объекты госкорпорации "Росатом", включая энергоблоки АЭС, работали и работают в штатном режиме» и «никаких инцидентов на объектах отрасли (включая период сентябрь — октябрь 2017 года) не зафиксировано». И также утверждал, что «данные, полученные из системы радиационного мониторинга Росгидромета, свидетельствуют о том, что в пробах аэрозолей в период с 25 сентября по 7 октября на территории Российской Федерации, в том числе и на Южном Урале, Ru-106 не обнаружен, кроме единственного пункта измерения в Санкт-Петербурге», куда рутений мог попасть из той же Румынии или другой части Европы.

Однако Росгидромет выпустил «Бюллетень о радиационной обстановке на территории России» (см. страницу 4), где указал, что рутений-106 в указанное время зафиксирован был — в поселках Челябинской области (Метлино, Аргаяш, Худайбердинск, Новогорный). То есть вблизи комбината «Маяк» действительно нашли следы рутения-106, правда, в количествах меньших, чем в Румынии. Близ «Маяка» пиковые концентрации этого изотопа в воздухе были 0,046 беккереля на кубометр воздуха, а в Румынии — 0,145, разница в несколько раз.

Это позволило российской прессе заключить, что «следы радиоактивного изотопа рутений-106 (Ru-106), обнаруженные в атмосфере нескольких европейских стран и вызвавшие там очередной переполох, ведут не в Россию, как пытались это представить, а в одну из стран на востоке Евросоюза». Такой же вывод повторялся и после публикации «Бюллетеня» Росгидромета.

Откуда он взялся?

Версия «Росатома» имела одно узкое место: Румыния не располагает развитой атомной отраслью. Единственные источники чистого рутения на ее территории — медицинские приборы для радиотерапии с этим изотопом, но активность каждого из них не превышает 10 мегабеккерелей. Чтобы «запачкать» воздух от Франции до Челябинской области, этого мало: по подсчетам французов, суммарный выброс должен был быть более 100 терабеккерелей. Ни в Румынии, ни во всем ЕС просто не наберется десяти миллионов рутениевых медицинских источников для радиотерапии.

Также в качестве источника для выброса предлагали радиоизотопный термоэлектрический генератор на спутнике, возможно упавшем на Евразию. Однако сейчас спутников с рутениевыми РИТЭГ не существует, да и МАГАТЭ официально заявляло, что никакие спутники над Евразией в конце 2017 года не падали.

Авторы новой работы сопоставили данные нескольких сотен станций наблюдения на территории ЕС и России, чтобы построить максимально исчерпывающую модель того, что произошло осенью 2017 года. Они взяли уровни загрязнений из данных Росгидромета и обратили внимание на то, что там проверка уровня рутения в улавливателях шла раз в пять суток. В то же время в Румынии и иных странах ЕС замена фильтров-уловителей, как правило, шла раз в сутки. Это значит, что для корректного сравнения данных нельзя брать пиковые суточные значения по Румынии, ведь пиковые суточные значения по России из-за того, что улавливатели менялись реже, по сути, неизвестны.

Поэтому ученые подвергли данные нормализации, взяв и «математически разбавив» их: сравнивали не пиковые, а средние значения за семь дней. Полученная карта показала, что загрязнение над Румынией на самом деле не особенно отличается от загрязнения над Россией и нормированные значения в России чуть выше, чем в Румынии, — и близ «Маяка», и в Балаково (Саратовская область).

Слева: распространение рутения над Россией и ЕС, пиковые эмпирические данные. Справа: карта распространения после нормализации наблюдений по семидневному периоду
Описание
Слева: распространение рутения над Россией и ЕС, пиковые эмпирические данные. Справа: карта распространения после нормализации наблюдений по семидневному периоду

Из этого вытекает, что вовсе не Румыния, а именно Россия показала пиковые значения загрязнений воздуха рутением-106 в 2017 году. То есть «европейское» происхождение рутения, обсуждавшееся в нашей стране в 2017 году, не стыкуется с цифрами российской же организации, Росгидромета.

Рутений и европейская физика

Предшествующий французский анализ, предполагавший масштабную аварию, не стыковался с тем, что, кроме рутения, никаких сопутствующих радиоактивных изотопов в воздухе над Европой найти не удалось. Йод, криптон, ксенон, цезий — все, что должно было оказаться в атмосфере в случае взрыва при переработке ядерного топлива (а «Маяк» действительно занимается такой переработкой), не было зафиксировано ни в Румынии, ни западнее ее. Между тем рутений-106 содержится в отработанном ядерном топливе в виде металла с температурой кипения выше 4000 градусов Цельсия. Если он был выброшен в воздух из такого топлива, его должны сопровождать и остальные опасные радиоизотопы. 

Чтобы объяснить это, еще в 2018-м был предложен иной механизм попадания рутения-106 в атмосферу. При переработке ядерного топлива возможно образование тетраоксида рутения (RuO4). Это газ, образующийся уже при 40 градусах Цельсия и разлагающийся при температуре выше 100 градусов. Другие компоненты ядерного топлива при переработке не образуют газообразных и высоколетучих соединений, поэтому утечка такого газообразного оксида рутения вполне возможна без «хвоста» из радиоактивных изотопов йода, криптона, ксенона и цезия.

В декабре 2017 года, через три месяца после «рутениевого инцидента», «Маяк» сообщил, что «не сможет обеспечить требуемые характеристики источнику антинейтрино, основанному на церии-144», который собирался создать для европейских ученых из проекта SOX по поиску стерильных нейтрино. В результате европейцы должны были отказаться от этого проекта.

Читайте также: В России недавно начался похожий эксперимент по поиску нейтрино, источник для которого создал «Росатом»

Здесь надо отметить, что наряду с рутением-106 европейские станции слежения уловили и совсем малые количества рутения-103. Этот изотоп не должен встречаться в отработанном ядерном топливе, которое перерабатывает «Маяк» или любой другой завод сходного профиля в мире. Период полураспада рутения-103 всего 40 суток, а перед переработкой топливо выдерживают шесть лет, так что уровень рутения-103 в нем должен падать до недетектируемых значений. А вот при получении церия выдержка в шесть лет не происходит, то есть следы рутения-103 (и его «брата» рутения-106) могут указывать на церий-144.

Ранее Борис Жуйков, заведующей лабораторией радиоизотопного комплекса Института ядерных исследований РАН, в комментарии для газеты «Троицкий вариант — наука» отмечал, что наличие рутения-103 — явное указание на то, что процесс получения церия может быть источником рутения-106. Отступление от нормальной технологии можно разумно объяснить, по мнению Жуйкова, только необходимостью получения значительного объема чистого церия-144 для источника антинейтрино: «Если брать для переработки старое отработавшее топливо [выдержанное несколько лет — «Чердак»], то в полученном церии-144 будет много стабильных изотопов церия-140, церия-142 и других примесей и источник [антинейтрино] не получится компактным». А вот если взять отработанное ядерное топливо с меньшей выдержкой, в пару лет или меньше, то примесей в церии-144, полученных из такой «отработки», будет намного меньше.

Для получения церия-144 из отработанного ядерного топлива в него вводят сильные окислители. Те переводят церий в четырехвалентное состояние (Се4+), в котором тот легко выводим из раствора. Однако те же окислители закономерно провоцируют окисление чистого, нелетучего твердого рутения в топливе до высоколетучего газа RuO4. При нормальной переработке топлива — не для получения церия-144 для научных экспериментов — в раствор вводят еще и восстановитель, блокирующий в том числе и окисление рутения.

Но это восстановило бы и церий-144, таким образом сделав невозможным его извлечение. Водный раствор отработанного ядерного топлива может заметно нагреваться, в том числе и для обеспечения извлечения церия. От нагрева выше 40 по Цельсию тетраоксид рутения вполне мог попасть в воздух, и если фильтрационная система на установке для получения «экспериментального» церия-144 не была к этому готова, то рутений-106 мог попасть в атмосферу.

Каков был истинный масштаб выброса?

В последней публикации общий масштаб выброса рутения «Маяком» (который ученые указывают в качестве наиболее вероятного источника загрязнения) оценивается в 250 терабеккерелей, что выглядит довольно большой цифрой, самой большой в XXI веке после аварии на «Фукусиме». Впрочем, работа называет уровень рутениевого загрязнения «подлежащим обнаружению, но все же безвредным».

Например, представители французской неправительственной организации CRIIRAD в декабре 2017 года подъехали на 14—20 километров к комбинату «Маяк» и взяли пробы грунта, чтобы оценить выпадение рутения-106. Удалось получить значения в 0,58—1,20 беккереля на квадратный метр (страница 6 отчета). Такому уровню примерно соответствует загрязнение рутением (его скорость сухого осаждения 0,8 см/с) в 0,406—0,840 беккереля на кубометр воздуха. Это больше, чем данные Росгидромета, которые не превосходят 0,063 беккереля на кубометр воздуха.

Борис Серебряков, ведущий научный сотрудник Федерального медицинского биофизического центра имени А.И. Бурназяна, так прокомментировал для «Чердака» эту ситуацию: «Можно отметить два фактора, почему активность французов, CRIIRAD, больше активности у Росгидромета: 1) активность Росгидромета — это средняя за пять суток, поэтому она меньше, чем активность, оцененная по выпадениям, по выпадениям — это интегрированная активность; 2) активность Росгидромета — это активность на случайном месте расположения станции; французами же активность получена путем поиска максимальных значений [ближе к «Маяку»], поэтому она будет конечно значительно больше, чем на станциях Росгидромета».

Трудно обвинять CRIIRAD в том, что организация взяла мало образцов. Ее представители работали как могли и даже пытались подъехать к «Маяку» ближе 15 километров, чтобы получить больше образцов с рутением. Но «Маяк» — закрытая для посещения зона. Их группу остановили, оштрафовали, на чем ее попытки пробиться ближе к предприятию закончились.

Возникает вопрос: как же тогда оценить общий объем загрязнений? Массон отмечает: «В ситуации нехватки полевых наблюдений очень полезно симулирование процесса распределения выпадения рутения». Исследователь сослался на российскую работу, также вышедшую в 2019 году (в рецензируемом журнале Russian Meteorology and Hydrology). Ее авторы провели моделирование такого распределения рутения, которое лучше всего совпадало бы с имеющимися данными от полевых измерений по концентрации рутения-106. Выяснилось, что максимальное совпадение с наблюдениями дает сценарий утечки рутения-106 в 250 терабеккерелей в сутки. По расчетам российской работы, наиболее вероятная длительность утечки — двое суток (страница 199), то есть общий выброс рутения-106 может быть равным даже не 250, а 500 терабеккерелей.

Таким образом, оценка новой европейской работы весьма консервативна и заметно ниже оценок российских ученых. Если верить последним, речь скорее идет о событии в одну тысячную Фукусимской аварии (520 000 терабеккерелей), или примерно одну десятитысячную Чернобыля (5 200 000 терабеккерелей).

Было ли случившееся опасно для здоровья?

Не только румынские, но и более высокие российские значения концентрации рутения-106 в воздухе слишком низки для того, чтобы представлять опасность для людей и биосферы. Даже то, что можно получить с опорой на данные CRIIRAD о выпадении рутения (т.е. активность, эквивалентная 0,84 беккереля на кубометр воздуха), впятеро ниже предельно допустимой концентрации рутения-106. По действующим в России НРБ-99/2009 (Нормы радиационной безопасности) «рутениевое» ПДК равно 4,4 беккереля на кубометр воздуха.

При этом нормы описывают ситуацию, в которой вдыхание воздуха с рутением происходит целый год подряд. На практике рутений в земной атмосфере долго пробыть не может. Станции наблюдения в Европе фиксировали его в заметных дозах всего одну неделю, а в некоторых местах множество станций перестало «видеть» рутений-106 уже через одни-трое суток (раздел Sequence of Airborne 106Ru Detections in Europe). Иными словами, и 20% от предельно допустимой дозы отмечались лишь несколько суток подряд, то есть были неспособны хоть как-то повлиять на здоровье населения даже в самом худшем случае.

Кроме того, стоит отметить, что в связи с новыми фактами о реальном эффекте низких доз радиации ряд научных групп протестует против применения линейной беспороговой модели вреда радиации и настаивает на пересмотре норм радиационной безопасности, основанных на ней. А к таким как раз относятся и российские. Если бы НРБ не строились на беспороговой модели, которая не подтверждалась экспериментально ни на людях, ни на животных, то уровень рутениевого загрязнения 2017 года был бы ниже безопасного нормативного порога не в пять, а в куда большее количество раз.

Happy end?

28 апреля 1986 года на шведской АЭС «Форсмарк» был зафиксирован повышенный уровень радиационного загрязнения. Быстро выяснилось, что на самой АЭС все в порядке, а вскоре данные с других шведских площадок измерений показали, что облако радиоактивных веществ пришло с юго-востока. В тот же день шведские дипломаты связались с Москвой и спросили, не происходило ли на ее территории ядерных инцидентов. Ответ был отрицательным, несмотря на то что советское руководство уже все знало и в самой Припяти еще 27 апреля эвакуировали все гражданское население.

Понимая, что угрозами и вопросами можно добиться больше, чем просто вопросами, шведы предупредили, что подадут официальное уведомление о происходящем в Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ). Это сработало: СССР признал инцидент в Чернобыле сначала в обмене информацией со шведским МИДом, а в 21:02 по московскому времени — и по центральному телевидению, для собственного населения.

В нынешней ситуации с рутением-106 есть фактор, который позволяет «Росатому» то, что не мог себе позволить даже СССР. Российская госкорпорация может все отрицать, потому что формально ей нечего предъявить. Шкала аварий МАГАТЭ, известная как INES, была разработана после Чернобыля в расчете именно на аварии на АЭС. Согласно этой шкале, событие автоматически получает тот или иной уровень ядерного инцидента, только если при нем произошел выброс йода-131 (самого опасного при аварии чернобыльского типа).

Борис Серебряков говорит: «По этой шкале "Росатому" нужно объявлять [об инциденте] всем, если уровень по этой шкале превысит 2. Но во всех уровнях задается выброс йода-131 или доза облучения персонала и населения. Согласно этой шкале объявлять всем [о случившемся] было не нужно».

Если бы европейцы в 2017 году зарегистрировали у себя опасные для здоровья населения уровни рутения-106, то у них была бы возможность надавить на «Росатом» через запрос в МАГАТЭ. Если бы у них в воздухе был такой же уровень йода-131, как рутения-106, формальные основания уведомлять МАГАТЭ тоже были бы. В этом случае расчеты легко показали бы, что ситуация в России опасна для населения. Ведь выброс 250 ТБк йода-131 соответствует пятому уровню шкалы INES — «Авария с широкими последствиями». Такой, например, была авария на АЭС «Три-Майл Айленд». Иными словами, с формальной точки зрения иностранным наблюдателям было нечем надавить на «Росатом», откуда и его непоколебимость в отрицании утечки на «Маяке».

Тем не менее случившееся не очень похоже на хэппи энд. Получается, что атомное ведомство в 2017 году готово признаваться в «своих» ядерных инцидентах не больше, чем в 1986 году. Между тем одной из причин Чернобыльской аварии была именно неспособность советских атомных органов четко проговорить на внутриведомственном уровне выявленные еще в первой половине 80-х недостатки ядерных реакторов РБМК. Если мы и сегодня не можем откровенно признавать свои ошибки в атомной отрасли, то трудно гарантировать, что рано или поздно мы не получим повторения 1986 года — ядерную аварию, вызванную неспособностью признаваться себе в ошибках и, соответственно, отсутствием работы над ними.

«Чердак» направил в «Росатом» запрос с предложением прокомментировать работу, опубликованную в PNAS, и пока не получил ответа.

Переписку с Оливье Массоном при подготовке материала вел Иван Шунин.

 Александр Березин