Откуда берется изотоп рутения-106 и насколько он опасен? Об этом euronews рассказал доктор химических наук, профессор В.Г. Торгов из .
Рутений-106 (Ru-106) представляет собой радионуклид (т.е. атом, имеющий нестабильное ядро, склонное к самовольной трансформации (радиоактивному распаду), сопровождающейся ионизирующим излучением) искусственного происхождения. «Ru-106 - это продукт, который получается при работе атомных электростанций. Когда выделяется энергия, распадается уран и получаются осколочоные металлы. Вот рутений - это продукт распада урана-235 , грубо говоря», - говорит ученый.
Профессор В.Г. Торгов называет Рутений-106 «долгоживущий изотопом», потому что у него длинный период распада. «Радиоактивный атом распадается медленно», - замечает профессор В.Г. Торгов, - Считается, что чем больше период полураспада, тем опаснее радиоактивный изотоп ». Период полураспада Ru-106 один год.
«Но все-таки главная опасность Рутения-106 - это радиоционное облучение как и от любого другого радиоактивного изотопа»,- продолжает ученый. То есть облучение рутением может повысить риски развития онкологических заболеваний или лучевой болезни». «Рутений, цезий, кобальт - наиболее опасные радиоактивные изотопы, так как они более живущие», - рассказывает исследователь.
Соединения Ru-106 летучи, «поэтому, когда он выходит в атмосферу, он мало где оседает», - говорит профессор.
Ru-106” как-то заранее выделили для каких-то целей”
Ru-106 как побочный продукт распада урана-235 изолируется от окружающей среды по специальной технологии. Она называется остекловывание . Основа метода - перевод при высоких температурах радиоактивных отходов в стеклоподобную форму .
«В печке остекловывания предусмотрены меры по предотвращению летучести всех летучих соединений. Там добавляют восстановитель, который оксид рутения в том числе превращает в металл абсолютно не летучий. Поэтому из этой печки выбросов рутения не может быть в принципе просто по технологии. Там все сделано так, чтобы ничего не было», - говорит профессор в интервью euronews.
«Здесь уникальность ситуации прежде всего в том, зафиксировано превышение только по одному радионуклиду - рутений-106», - замечает И. Смирнов, - Это событие никак не может быть связано ни с атомной энергетикой, ни с переработкой облученного ядерного топлива, потому что нет других никаких компонентов. В случае какой-то аварии станции или на производстве при переработке топлива, вылетают все радионуклиды, которые образовались».
В случае выброса рутения-106, по мнению профессора И. Смирнова, «это значит что его как-то заранее выделили для каких-то целей».
История рутения
Рутений - восьмой элемет пятого периода периодической системы Мендлеева. Этот благородный металл стал известен миру в середине XIX века, когда был открыт профессором Казанского университета Карлом Клаусом. Ученый выделил рутений из уральской платиновой руды в чистом виде и назвал новый элемент в честь России (лат. Ruthenia).
Вприроде не существуют, нo они образуются в результате деления ядер урана и плутония в реакторах атомных электростанций, подводных лодок, кораблей, при взрывах атомных бомб. Большинство радиоактивных изотопов рутения недолговечны, но два - рутений-103 и рутений-106 - имеют достаточно большие периоды полураспада (39,8 суток и 1,01 года) и накапливаются в реакторах. Знаменательно, что при распаде плутония рутения составляют до 30% общей массы всех осколков деления. С теоретической точки зрения этот факт безусловно интересен. В нем даже есть особая «изюминка»: осуществилась мечта алхимиков-неблагородный металл превратился в благородный. Действительно, в наши дни предприятия по производству плутония выбрасывают десятки килограммов благородного металла рутения. Но практический вред, наносимый этим процессом атомной технике, не окупился бы даже в том случае, если бы удалось применить с пользой весь , полученный в ядерных реакторах.
Чем вреден рутений
Одно из главных достоинств ядерного горючего - его воспроизводимость. Как известно, при «сжигании» урановых блоке» в ядерных реакторах образуется новое ядерное горючее - . Одновременно образуется и «зола» - осколки деления ядер урана, в том числе и рутения. Золу, естественно, приходится удалять. Мало того, что ядра осколочных элементов захватывают нейтроны и обрывают цепную реакцию, они еще создают уровни радиации, значительно превышающие допустимые. Основную массу осколков отделить от урана и плутония относительно легко, что и делается на специальных заводах, а вот радиоактивный доставляет много неприятностей.
Неизрасходованный и осколки разделяют на специальных установках. Первая стадия разделения - растворение урановых блоков в азотной кислоте. Здесь и начинаются неприятности с рутением. При растворении часть его превращается в комплексные нитро-зосоединения, в основе которых трехвалентная группировка (RuNO)3+. Эта группировка образует в азотной кислоте комплексные соединения всевозможного состава. Они взаимодействуют между собой или с другими ионами, находящимися в растворе, гидролизуются или даже объединяются в неорганические полимерные молекулы. Комплексы совершенно разные, но разделить и идентифицировать их очень трудно. Бесконечное разнообразие свойств нитрозосоединений рутения ставит перед химиками и технологами множество сложнейших вопросов.
Существует несколько методов отделения осколков от плутония и урана. Один из них ионообменный. Раствор, содержащий различные ионы, проходит через систему ионообменных аппаратов. Смысл этой операции состоит в том, что и задерживаются ионитами в аппаратах, а прочие элементы свободно проходят через всю систему. Однако уходит лишь частично. Часть его остается на ионообменнике вместе с ураном.
В другом методе - осадительном - переводится в осадок специальными реактивами, а осколки остаются в растворе. Но вместе с ураном в осадок переходит и часть рутения.
При очистке методом экстракции уран извлекается из водного раствора органическими растворителями, например эфирами фосфорорганических кислот. Осколки остаются в водной фазе, но не все - рутений частично переходит в органическую фазу вместе с ураном.
Трудностей очистки ядерного горючего от рутения пытались избежать, применяя сухие методы, исключающие растворение урановых блоков. Вместо азотной кислоты их обрабатывали фтором. Предполагалось, что уран при этом перейдет в летучий гексафторид и отделится от нелетучих фторидов осколочных элементов. Но рутений и тут остался верен себе. Оказалось, он тоже образует летучие фториды.
Трудности с рутением преследуют технологов и на следующих стадиях работы с делящимися материалами. При улавливании осколков из сбросных растворов большую часть посторонних элементов удается перевести в осадок, а рутений опять-таки частично остается в растворе. Не гарантирует его удаление и биологическая очистка, когда сбросные растворы сливают в специальные бессточные водоемы.
Рутений начинает постепенно мигрировать в грунт, создавая опасность радиоактивного загрязнения на больших расстояниях от водоема. же самое происходит при захоронении осколков в шахтах на большой глубине. Радиоактивный рутений, обладающий (в виде растворимых в воде нитрозосоединений) чрезвычайной подвижностью, или, правильнее сказать, миграционной способностью, может уйти с грунтовыми водами очень далеко.
Проблема очистки - дезактивация оборудования, одежды и т. д.- от радиорутения также имеет свою специфику. В зависимости от того, в каком химическом состоянии находился рутений, его либо удается легко отмыть и удалить, либо он дезактивируется с большим трудом.
Борьбе с радиоактивным рутением уделяют много внимания физики, химики, технологи и особенно радиохимики многих стран. На I и II Международных конференциях по мирному использованию атомной энергии в Женеве этой проблеме было посвящено несколько докладов. Однако до сих пор нет оснований считать борьбу с рутением оконченной успешно, и, видимо, химикам придется еще немало поработать для того, чтобы эту проблему можно было перевести в категорию окончательно решенных.
Последние месяцы Европа и Россия взбудоражены сообщениями о надвигающемся радиоактивном облаке рутения-106. Люди задаются вопросом: в чем же дело, что же произошло?
Обычная история. Как случается что-то связанное с радиоактивностью, специалисты, работающие именно в этой области, хранят молчание, а комментируют люди, которые кое-что слышали о радиоактивных изотопах, но на самом деле не разбираются.
Мне пришлось в свое время работать с радиоактивными изотопами рутения, изучать их летучесть. В общем, дело понятное.
1. Как получают рутений-106 ?
Этот радионуклид (период полураспада 374 дня) – продукт деления урана и получается при работе ядерных реакторов. На циклотронах его вовсе не получают, разговоры об этом – глупость.
Выход рутения-106 в продуктах деления – 0,4%, а другого более короткоживущего радиоизотопа рутения – рутения-103 (период полураспада 39 дней) – 3%. Химическое поведение обоих радионуклидов одинаково, и если второго изотопа не видно (как в данном случае), это значит, что рутений-106 выделился из старых продуктов атомного реактора, года полтора или даже через несколько лет после наработки.
2. Как мог получиться выброс чистого рутения-106?
Чистый рутений-106 получают в небольших количествах для изготовления аппликаторов для лечения некоторых глазных заболеваний. Но объяснять появление огромного рутениевого облака какой-то переработкой этих медицинских продуктов нельзя. По оценке , выброс составил 100-300 терабеккерелей. Это огромная активность, никаких аппликаторов не хватит. Да и зачем их перерабатывать?
Еще одна «утка»: рутений появился в результате разрушения спутника. Это опровергается членом Российской академии космонавтики, бывшим советником главы РКК «Энергия» А.Б. Железняковым: на спутниках рутений-106 не используется.
Так в чем же дело? Почему не видно других продуктов расщепления урана?
Дело в том, что рутений обладает достаточно редким для металлов химическим свойством – он образует легколетучее соединение – тетраоксид рутения. Так что при нагревании ядерных отходов на воздухе до определенной температуры полетит только рутений. Есть и другие легколетучие продукты деления урана, например иод-131, но он уже распался (период полураспада 8 дней); другой изотоп иода – иод-129 имеет очень большой период полураспада (16 млн. лет), поэтому его активность крайне мала и на этом фоне не видна.
Таким образом, если выпаривать на воздухе водный раствор старых радиоактивных отходов или нагревать их в печи для остекловывания, то полетит только рутений-106 в виде тетраоксида. Такие долгоживущие радионуклиды, как стронций-90, цезий-137, в данных условиях не летучи и поэтому не выделяются при нагревании. Они появляются в воздухе либо при взрыве и выбросе твердого или жидкого вещества, либо при нагревании до гораздо более высокой температуры – при работе ядерного реактора. Существующие технологии переработки радиоактивных отходов, безусловно, предусматривают улавливание улетевшего рутения специальными фильтрами, но, видимо, в данном случае фильтры не работали.
3. Как распространяется рутений-106 ?
Попав в атмосферу, рутений будет осаждаться на частичках пыли уже в виде малолетучего диоксида. Распространение может быть довольно широким, и облако может распространяться далеко в соответствии с метеоусловиями. Частичное выпадение частиц приводит к повышенной концентрации радиоизотопа на поверхности в отдельных пунктах. Естественно, больше таких пунктов будет поблизости от того места, где произошел выброс, но рутениевые осадки могут случиться и довольно далеко от места аварии. Сам рутений-106 испускает только бета-частицы, но его распространение легко проследить по гамма-активности дочернего короткоживущего продукта распада – родию-106.
Рис 1. Начальное распределение активности рутения-106 согласно расчетам Института ядерной и радиационной безопасности Франции
Рис. 2. Перемещение радиоактивных частиц, предполагаемое на основе опубликованных данных измерений
4. Где бы это могло произойти ?
На опубликованных картах видно (см. рис. 1 и 2), что облако начало свое распространение от Уральского региона. Из крупных ядерных объектов там расположено производственное объединение «Маяк», предприятие госкорпорации Росатом в г. Озерске (Челябинская область). Не так далеко, рядом с Екатеринбургом, действует Белоярская атомная электростанция – также предприятие Росатома. Большинство комментаторов подозревают в инциденте «Маяк», потому что именно там занимаются переработкой ядерных отходов.
Пункты с наибольшим загрязнением рутением-106, согласно опубликованному бюллетеню Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды России (Росгидромета), – поселки Метлино, Аргаяш, Худайбердинск, Новогорный – находятся как раз в этих местах, в Челябинской области. «Маяк» отрицает причастность к аварии и выбросам. Это предприятие закрытое, несанкционированный доступ на любые его объекты строго запрещен, так что проверить их довольно трудно.
5. Насколько это опасно для населения ?
Власти и специалисты говорят, что обнаруженные концентрации рутения-106 не опасны. Многие люди, памятуя Чернобыльскую историю, им не верят. Давайте разберемся детально.
Журналисты и некоторые экологи любят сравнивать уровень загрязнения с фоновым значением (как они говорят – обычным значением). Это совершенно неправомерно. Если фоновое значение кого-то редкого вещества близко к нулю, то и тысячекратное превышение фона мало что значит.
Дело вовсе не в наличии радиоактивности, а в уровне радиоактивности. Совершенно неправильно думать, что любая радиоактивность вредна. Радиоактивность есть везде и всегда. При малых дозах количество заболеваний вовсе не пропорционально дозе облучения, скорее, наоборот (радиационный гормезис). Человеческому организму необходим такого рода иммунитет, иначе он может погибнуть, например, после вспышек на Солнце.
Существуют нормы [Нормы радиационной безопасности, НРБ-99/2009 и СанПиН 2.6.1.2523-09, Москва, 2009], они довольно жесткие и сделаны с большим запасом. Согласно этим нормам, для профессионалов, работающих с радиоактивностью и под постоянным контролем (лица категории А) норма предельного годового поступления в организм рутения-103 составляет до 1 100 000 беккерелей, на рабочем месте в воздухе его можно иметь не более 440 беккерелей на кубический метр.
Для лиц категории Б – всего населения – нормы более жесткие – не более 36 000 беккерелей внутрь организма и 4,4 беккерелей на кубический метр в среднем за год. Радиотоксичность рутения-106 выше, чем у цезия-137, но ниже, чем у стронция-90.
На своем сайте отчет «Об аварийном, экстремально высоком и высоком загрязнении окружающей среды на территории Российской Федерации в период с 6 по 13 октября 2017 года». Ведомство признало, что с 25 сентября до 1 октября превышение радиационного фона в атмосферефиксировали все посты, расположенные на Южном Урале, экстремально высокое загрязнение отмечалось в пунктах измерения в селеАргаяш и поселке Новогорный (превышение фона предыдущего месяца в 986 и 440 раз соответственно), расположенных поблизости от города Озерска, где находится ПО «Маяк». Кроме того, 26-27 сентября продукты распада рутения-106 зафиксированы в Республике Татарстан, а 27-28 сентября — высокое загрязнение проб аэрозолей и выпадений зафиксировано в Волгограде и Ростове-на-Дону. В Росгидромете также объяснили, что перенос воздушных масс и загрязняющих веществ с территории Южного Урала в район Средиземноморья и затем на север Европы произошел из-за обширного антициклона.
Глава ведомства Максим Яковенко заявил журналистам в кулуарах форума «Атомэко», что в России и Европе «концентрация [рутения-106] была в сотни и тысячи раз ниже уровня ПДК [предельно допустимой концентрации]». «Поэтому никакой опасности нет, волну мы не гнали. А источник мы не искали, потому что зачем его искать, если опасности нет. Пусть его ищут те, кому это интересно», — заверил он.
ПО «Маяк» 21 ноября тоже ответило на обвинения экологов: «Загрязнение атмосферы изотопом рутений-106, указанное в сообщении Росгидромета, не связано с деятельностью ФГУП «ПО «Маяк»... в 2017 годуисточники из рутения-106 не производились, превышения поступления радионуклидов со стороны предприятия в атмосферу не зарегистрировано». Предприятие «Росатома» занимается переработкой отработанного ядерного топлива, утилизацией радиоактивных отходов и производством оружейного плутония. На сайте ПО в ответ на вопрос пользователя по имени Олег Усенко на предприятии отвечали, что «теоретически выделение рутения из ОЯТ на заводе РТ-1 возможно, но практическая реализация потребует существенных затрат». Однако эта запись от 2005 года, а 21 ноября ПО «Маяк» дополнительно сообщил, что «работы по выделению рутения-106 из отработанного ядерного топлива (и изготовлению на его основе источников ионизирующего излучения) на нашем предприятии не проводятся уже много лет».
Что такое рутений?
Рутений-106 — бета-радиоактивный изотоп рутения, металла платиновой группы. Образуется при ядерных взрывах и работе ядерно-энергетических установок. Используется в качестве радиоактивных индикаторов, применяется в медицине в составе аппликаторов при лучевой терапии. Период полураспада 373,59 дня. Допустимая среднегодовая объемная активность — 4,4 Бк/куб. м.
Космические теории
Поскольку искать источник загрязнения, судя по словам Яковенко, им неинтересно, в отрасли обсуждаются различные версии произошедшего. МАГАТЭ в своем отчете исключает аварию на атомной электростанции как причину выброса рутения-106, потому что он был зафиксирован отдельно от других радионуклидов. Ведомство отмечает, что рутений-106 используется в медицине, при лечении онкологии глаз, но утечка его из клиники также не могла привести к столь обширному распространению.
Начальник центральной заводской лаборатории ФГУП «Производственное объединение «Маяк» Максим Семенов рассказал РБК, что поскольку рутений в воздухе был зафиксирован без сопутствующих радионуклидов, то выбросы не связаны с работой перерабатывающих топливо заводов: «Если бы выбросы были с перерабатывающего завода, то вместе с рутением фиксировались и концентрации цезия-137 и 134, его в два-три раза больше, чем рутения, образуется в отходах». Основной версией он считает «выброс при переплавке загрязненного металлолома на металлургическом предприятии, у которого высокие трубы, что объясняло бы большую территорию распространения».
Переплавкой радиоактивного металла в электросталеплавильных цехах в России занимается «Экомет-С» (город Сосновый Бор, Ленинградская область), который «имеет все технические возможности принимать ежегодно для переработки на своих мощностях до 5 тыс. т низкоактивных металлических отходов». Согласно данным «СПАРК-Интерфакса», имущество «Экомет-С» заложено в Газпромбанке, он и его структуры владеют как минимум 38,6% компании. Представитель «Экомет-С» сообщил РБК, что «аварий на предприятии в сентябре не было, а трубы у завода низкие и не позволяют разносить радиоактивные изотопы на такие большие расстояния». «Экомет-С» получил от «Росатома» в 2017 году заказы на 286 млн руб., согласно данным «СПАРК-Интерфакса». В августе этого года Северо-Западное управление Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в ходе проверки выявило 16 нарушений, в сентябре у предприятия сменился гендиректор.
Крупнейшие радиационные катастрофы в истории Земли
29 сентября 1957 года на комбинате «Маяк» из-за неисправности системы охлаждения взорвалось хранилище жидких отходов. В воздух поднялось 80 т радиоактивной смеси, зараженными оказались более 20 тыс. кв. км территорий в Челябинской, Свердловской и Тюменской областях. Облучению подверглись 124 тыс. человек. Ликвидацией последствий катастрофы занимались военнослужащие. Снова вступить в строй комбинат смог лишь через полтора года.
10 октября 1957 года в британском Виндскейле на реакторе по производству оружейного плутония возник пожар, температура в реакторе достигала 1300 градусов по Цельсию; всего сгорело около 11 т урана, а по всей Европе прошли радиоактивные осадки. По оценкам экспертов, из-за радиоактивного выброса впоследствии у 240 человек возник рак щитовидной железы.
28 марта 1979 года на АЭС «Три-Майл-Айленд» в США на одном из энергоблоков произошло расплавление активной зоны реактора, был зафиксирован выброс в атмосферу инертных радиоактивных газов. Из района, подвергшегося радиационному воздействию, были эвакуированы 200 тыс. человек. Катастрофа считается крупнейшей в атомной энергетике США.
26 апреля 1986 года на Чернобыльской АЭС произошла крупнейшая катастрофа в истории мировой атомной энергетики. На четвертом энергоблоке в ходе проектного испытания турбогенератора прогремел взрыв, полностью разрушивший атомный реактор. Радиоактивному заражению подверглись порядка 5 тыс. населенных пунктов в разных странах, в той или иной мере затронув 17 млн человек.
В марте 2011 года в Японии произошло землетрясение магнитудой до 9,1, за которым последовало цунами. Удар спровоцировал аварию на АЭС «Фукусима-1», где произошло несколько взрывов и утечка радиации. Из прилегающих к станции районов власти эвакуировали более 300 тыс. человек. За пять лет после аварии на дезактивацию почвы и различных объектов в районе АЭС было потрачено около $19,5 млрд. В апреле 2011 года Всемирный банк оценил общий ущерб от аварии в сумму от $122 млрд до $235 млрд.
Главный редактор портала Atominfo Александр Уваров считает эту версию маловероятной: у рутения-106 слишком короткий период полураспада, чтобы он мог сохраниться в металлоломе в такой концентрации, чтобы обеспечить заражение половины Европы. Вторая версия Максима Семенова из ПО «Маяк»: последствия сгорания сошедшего с орбиты спутника. По его словам, рутений-106 выделяется для использования в медицине и в производстве ядерных источников энергии для радиоэлектронной аппаратуры, включая спутники.
Однако академик Российской академии космонавтики имени Циолковского Александр Железняков в разговоре с «РИА Новости» отверг связь рутения-106 с космическими спутниками: «Причины концентрации в воздухе радиоактивного рутения-106 следует искать на Земле». «Неверно говорить о падении некоего мифического спутника с ядерной энергетической установкой. Все орбиты захоронения отработавших свой срок космических аппаратов такого типа отслеживаются, причем особенно тщательно американскими средствами слежения. Если бы действительно существовала угроза схода с орбиты такого спутника, шумиха началась бы раньше, причем не в России», — отметил он. Кроме того, по словам Железнякова, данный изотоп никогда не применялся при создании и эксплуатации космической техники.
Эксперт Российского социально-экологического союза Андрей Ожаровский добавил, что производством источников ионизирующего излучения на основе рутения-106 занимаются еще в Обнинске (Физико-энергетический институт имени А.И.Лейпунского) и Димитровграде (ГНЦ НИИАР), оба института входят в «Росатом». «Плохо не только то, что произошел выброс значительных количеств радионуклидов. Ужасно то, что российская система предупреждения о радиационной опасности оказалась неработоспособна. Снова, как в 1986 году, мы узнаем о радиации над нашими городами из сообщений иностранных СМИ», — заявил эксперт. Он также отметил, что хотя для каждого индивида малые дозы не опасны, но на уровне популяции есть понятие «коллективная доза»: «То есть у кого-то из подвергшихся облучению обязательно будут проблемы со здоровьем, ведь рутений обнаружен на пространстве в тысячи километров, его воздействию подвергаются десятки миллионов людей».
21 ноября «Гринпис Россия» обратился в Генпрокуратуру с просьбой проверить, откуда произошла утечка радиоактивного рутения-106, сообщил «РИА Новости» директор по программам организации Иван Блоков. Комментариев Генпрокуратуры пока не поступало.
