Лаборатория радиоэкологии

Лаборатория радиоэкологии занимается исследованиями поведения естественных и техногенных радионуклидов в природных комплексах Беларуси. Основными задачами являются анализ миграции и перехода по пищевым цепям радионуклидов чернобыльского происхождения, разработка способов снижения биологической доступности загрязняющих веществ и ремедиации техногенно нарушенных территорий, а также совершенствование методов измерения концентрации и форм нахождения радионуклидов и тяжелых металлов в объектах окружающей среды.

История лаборатории

Лаборатория создана в 2002 году при переводе Института радиобиологии в г. Гомель. Она сформирована в результате объединения лабораторий радиоэкологии воздушной среды, радиоэкологии водных систем, группы радиометрии и дозиметрии и группы токсикологии.

Значительные вклад в научное обеспечение ликвидации последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС внесли подразделения института, объединенные в лабораторию радиоэкологии после перемещения в г. Гомель.

Подробнее...

Для оценки радиоэкологических последствий аварии на Чернобыльской АЭС лабораторией радиоэкологии Института радиобиологии НАН Беларуси осуществлена всесторонняя оценка динамики содержания и форм нахождения радионуклидов цезия-137, стронция-90, трансурановых элементов (ТУЭ) в воде, воздухе, почве, биоте, сельскохозяйственной продукции. Многолетние исследования позволили определить основные факторы, оказывающие влияние на поведение радионуклидов и подготовить прогноз радиационной обстановки.

Изучение механизмов ресуспензии, миграции и физико-химической трансформации радиоактивных частиц в приземной атмосфере, процессов формирования ингаляционных доз с учетом деструкции плутоний- и америций-содержащих частиц в организме, исследование динамики радиоактивности воздуха после Чернобыльской катастрофы и влияние на нее хозяйственной деятельности на загрязненных территориях, а также определение йода-129 в почве с целью реконструкции загрязнения приземного воздуха радиоизотопами йода в апреле—мае 1986 г. — все эти задачи решены лабораторией радиоэкологии воздушной среды. Выполненные исследования показали, что в результате испытаний ядерного оружия за счет глобальных выпадений в республике сформировалось относительно равномерное загрязнение поверхности почвы со средней плотностью загрязнения по плутонию-239,240 — 53 Бк/м2. Ожидаемые эффективные эквивалентные дозы за счет ингаляционного поступления радионуклидов глобального происхождения не превышали 80 мкЗв, причем основной вклад (около 90%) был обусловлен плутонием-239,240.

Анализ динамики среднегодовых концентраций радионуклидов в воздухе городов Беларуси и 30-км зоны отчуждения после катастрофы на Чернобыльской АЭС показал тенденцию медленного снижения радиоактивного загрязнения атмосферы. Период ее полуочищения от изотопов плутония для всех мест практически одинаков и составлял 14,5 мес. Для цезия-137 он был значительно выше и составлял 25 мес. Для г. Минска была отмечена аномальная величина периода полуочищения атмосферы — 41 мес. Неодинаковые скорости полуочищения атмосферы от изотопов плутония и цезия-137 связаны с различием физико-химических свойств частиц, в которых они находятся (топливные и конденсационные).

Ведение сельскохозяйственных и других работ в зоне загрязнения приводит к локальным повышениям радиоактивности приземного воздуха в сотни и тысячи раз, что в свою очередь повышает ингаляционное поступление долгоживущих радионуклидов и приводит к доз облучения населения.

Изучение вопросов, связанных с динамикой радионуклидов чернобыльского происхождения в компонентах поверхностных водных экосистем, разработка прогноза радиационного состояния природных вод осуществлено в лаборатории радиоэкологии водных систем.

Анализ данных многолетних радиоэкологических исследований загрязненных поверхностных вод показал, что в послеаварийный период наблюдалось снижение в них содержания радионуклидов при относительном увеличении активности стронция-90 на фоне сезонных флуктуации, связанных с различной степенью водности.

В период с 1986 по 1997 г. в результате изменения структуры водосборов, протекания инфильтрационных процессов, жидкого и твердого стоков общее содержание водорастворимых и водоподвижных форм цезия-137 и стронция-90 на водосборах уменьшилось. В соответствии с этим удельные активности поверхностных вод по данным изотопам в 1997 г. по сравнению с 1987 г. уменьшились на 2—3 порядка, а сегодня они, как правило, не превышают Республиканские допустимые уровни для питьевой воды.

Уровни загрязненности донных отложений на 2—4 порядка выше загрязнения самих поверхностных вод.

Диапазон величин удельной активности проб биоты водотоков по цезию-137 находится в интервале 400—43 600 Бк/кг воздушно-сухой массы, а их коэффициенты накопления — 1200—110 000 в зависимости от сезона года, физико-химических свойств воды, видовой принадлежности организма и других факторов.

Анализ сельскохозяйственной продукции частных подворий позволил выявить увеличение относительного вклада стронция-90 в суммарную дозу внутреннего облучения населения на территории Хойникского и Брагинского района. Были разработаны методы снижения поступления стронция-90 в овощную продукцию, с использованием микробиологического препарата «ЕМ Конкур» (производства ГНУ «Институт радиобиологии НАН Беларуси») в комплексе с минеральными удобрениями.

Оценка рисков поступления ТУЭ в организм жителей южных районов Гомельской области показала существенное увеличение, по сравнению с первым послеаварийным десятилетием, удельной активности трансурановых элементов в продукции животноводства и растениеводства. Это связано с изменением физико-химических форм нахождения ТУЭ в почве и увеличением активности америция-241. Основной вклад в формирование дозы внутреннего облучения от трансурановых элементов, поступающих в организм на отдаленном этапе катастрофы на ЧАЭС, вносит потребление овощной продукции, в частности картофеля (до 80%). Анализ накопленных данных позволил предложить подходы к снижению коэффициентов перехода плутония и америция в растения.

В лаборатории радиоэкологии выполнена оценка рисков повышения активности ¹³⁷Cs и ^239+240Pu в приземных слоях воздуха при лесных пожарах в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС, а также определен вклад данного источника в дополнительное загрязнение замкнутых водоемов в Полесском государственном радиационно-экологическом заповеднике.

Анализ форм нахождения ²⁴¹Am в тканях растений, произрастающих на территории Полесского государственного радиационно-экологического заповедника, показал наличие существенного пула, связанного с органическим веществом (более 50% от общей активности). Происхождение и внутриклеточная локализация этой формы требуют дополнительного изучения. Однако выявленная закономерность свидетельствует об активном включении америция в биологический круговорот, в связи с чем необходимо провести переоценку радиационной опасности данного радионуклида для биоты Полесского государственного радиационно-экологического заповедника.

Показано, что превалирующий вклад в общую дозу облучения животных, обитающих на территории Полесского государственного радиационно-экологического заповедника, вносит и будет вносить на протяжении ближайших десятилетий ¹³⁷Cs. Вместе с тем, трансурановые элементы формируют достаточно мощную для проявления радиобиологических эффектов дозовую нагрузку на стенки органов желудочно-кишечного тракта животных.

Разработан метод оценки мощности дозы облучения и накопленной дозы облучения животных, обитающих в Полесском государственном радиационно-экологическом заповеднике, основанный на использовании в качестве маркера активности изотопов трансурановых элементов в скелете. Создана экспертная система оценки доз облучения референтных видов животных, основанная на использовании разработанного метода. Показано, что для ТУЭ наибольшее значение мощности поглощенной дозы как внутреннего облучения, так и внешнего характерно для ²⁴¹Am. Разработанная система может быть использована при обосновании и планировании мероприятий по радиационной защите биоты на территориях, подвергшися загрязнению искусственными радионуклидами.

В условиях вегетационного опыта и на основании полевых наблюдений в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС впервые доказано существенное усиление накопления радиоизотопов америция и плутония надземными частями растений при увеличении степени микоризации корневой системы. Полученные результаты являются важным вкладом в разработку теории регуляции почвенным микробиомом включения поллютантов, в том числе радиоактивных изотопов, в биологический круговорот.

Лабораторией проведена специальная работа по реконструкции начальных послеаварийных уровней загрязнения территории Беларуси короткоживущими радионуклидами, позволившая уточнить дозы облучения населения, пострадавшего от катастрофы на Чернобыльской АЭС.

Установлены закономерности распределения естественных радионуклидов предшественников и продуктов распада радона-222 (²²⁶Ra, ²¹⁰Po, ²¹⁰Pb) в воздушной среде, почвах, поверхностных и подземных водах Республики Беларусь, определены коэффициенты их перехода в продукцию растениеводства и оценен вклад в дозу внутреннего облучения населения.

Выявлены основные факторы, определяющие биологическую доступность тяжелых металлов, в том числе радиоактивных (Pb, Cd, U, Ra и др.), в дерново-подзолистых почвах и разработана система показателей для определения миграционной способности тяжелых металлов в почвенно-растительном покрове и выявления критических элементов биогеоценозов с повышенным их накоплением.

Разработан комплексный подход к снижению концентрации вредных газообразных веществ в животноводческих помещениях и на прилегающих к ним территориях. Научными исследованиями по данному направлению и работой по внедрению результатов руководил к.с-х.н. В.П. Жданович.

Разработаны новые методики определения содержания и физико-химического состояния радионуклидов и тяжелых металлов в объектах окружающей среды.

Выявлены зависимости показателей развития злаковых растений и их устойчивости к фитотоксическому и холодовому стрессу от частоты электромагнитного излучения миллиметрового диапазона, используемого для предпосевного облучения семян. Установлены зависимости изменения показателей минерального питания растений, изменения их реакции на засоление почвы, а также накопления тяжелых металлов от режимов облучения семян ЭМИ КВЧ и их исходного состояния в момент облучения. Обнаруженные зависимости и закономерности позволили предложить оптимальные режимы облучения семян злаковых растений для повышения всхожести, сохранности, биологической продуктивности растений и их устойчивости к действию неблагоприятных экологических факторов химической и физической природы.

Лаборатория радиоэкологии выполняла и выполняет работы в рамках государственных программ научных исследований, государственных программ по преодолению последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС, программ совместной деятельности по преодолению последствий чернобыльской катастрофы в рамках Союзного Государства, грантов Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований. Проведены работы по проектам МАГАТЭ, программе НАТО «Наука во имя мира и безопасности». В рамках договора о сотрудничестве с EM Research Organization (Япония) разрабатываются новые методы ограничения поступления ¹³⁷Cs из почвы в растения.

[свернуть]

Организатор и первый заведующий лаборатории радиоэкологии в г. Гомеле был к.х.н. Миронов В.П. С 2003 по 2009 гг. лабораторию возглавлял к.б.н. Кудряшов В.П., с 2009 по 2011 гг. — к.ф.-м.н. Кнатько В.А., с 2012-2020 — к. с. — х. н. Никитин А.Н.

Сотрудники лаборатории:

Мищенко Егор Викторович – заведующий лабораторией
Ласько Тамара Васильевна – старший научный сотрудник
Дударева Наталья Владимировна – научный сотрудник
Симончик Юлия Константиновна – научный сотрудник
Леферд Галина Аркадьевна – научный сотрудник
Сухарева Диана Витальевна – научный сотрудник
Танкевич Елена Александровна – научный сотрудник
Шуранкова Ольга Александровна – научный сотрудник

Основная информация

В настоящее время лаборатория радиоэкологии сосредоточена на решении следующих научных и научно-практических задач:

— Раскрытие физиологических механизмом регуляции поступления техногенных радионуклидов и тяжелых металлов в растения;
— Разработка методов ремедиации техногенно нарушенных земель;
— Совершенствование методов обработки спектрометрической информации с низким отношением сигнал/шум.

В лаборатории ведется разработка комбинированных биологически активных почвоулучшающих добавок для реабилитации техногенно нарушенных почв и повышения эффективности ведения сельского хозяйства на них. Выполняются исследования поведения радионуклидов и тяжелых металлов в системе «почва—растения» в условиях изменения погодно-климатических условий.

На территории зоны отчуждения Чернобыльской АЭС научными сотрудниками лаборатории исследуются процессы пространственного перераспределения и трансформации физико-химических форм техногенных радионуклидов в почвенной и водной средах. Разрабатываются новые методы оценки доз облучения растений и животных, обитающих в естественных природных комплексах на территории Полесского государственного радиационно-экологического заповедника, создаются программные средства для обработки данных радиационных измерений и решения задач радиационной безопасности.

Лаборатория располагает всеми необходимым средствами для выполнения исследований в области радиоэкологии: начиная с отбора образцов и пробоподготовки и заканчивая радиохимическим анализом и спектрометрическими измерениями. Помещения лаборатории отвечают современным требованиями норм радиационной безопасности.

Подробнее...

Гамма-спектрометрический комплекс на основе полупроводникового гамма-детектора GX2018 (Canberra) позволяет выполнять количественное определение радиоактивных изотопов (Am-241, Ba-133, Co-57, Co-60, Cs-137, Eu-152, Ir-192, Mn-54, Na-22, Se-75, Th-228, Cr-51, Ga-67, I-123, I-125, I-131, In-111, Tc-99m, Tl-201, Xe-133, K-40, Ra-226, Th-232, U-238 и др.) в воде, почве, продуктах питания, медико-биологических объектах, аэрозольных фильтрах и т.д. Его дополняет гамма-радиометр РКГ АТ1320 на основе сцинтилляционного, NaI(Tl) детектора, позволяющий измерять объемную и удельную активность Сs-137 и К-40 в объектах окружающей среды.

Квадрупольный масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой (ICP Q MS) Elan DRC-e, производства Perkin Elmer предназначен для анализа элементного и изотопного состава жидких образцов. Обладает практически полным элементным охватом: металлы, неметаллы (исключая газы N, O), лантаноиды, актиноиды, включая ближние трансурановые элементы, а также Tc-99, U-233, 234, 236, Th-230, изотопы Pu и Np. Количественное определения особо малых содержаний изотопов (до уровня 10-6–10-9) по отношению к основному изотопу.

Для измерения содержания токсичных и взрывоопасных газов в воздухе лаборатория располагает многоканальным газоанализатором Drager X-am 7000. Данный прибор оснащен сенсорами определения сероводорода (до 100 ppm), циановодорода (до 50 ppm), аммиака (до 200 ppm). Сенсоры газоанализатора Drager X-am 7000 обладают быстрой реакцией, высокой точностью и низкой перекрестной чувствительностью.

Генераторы крайне высокой частоты используются в лаборатории для исследования физиологических и биохимических реакций растительных организмов на электромагнитные излучения.

Для постановки вегетационных экспериментов лаборатория радиоэкологии располагает фитокомнатой с регулируемыми условиями среды.

Кроме того лаборатория располагает комплексом оборудования для отбора проб, пробоподготовки (система микроволнового вскрытия образцов, сушильные шкафы, муфельные печи, измельчители и проч.), радиационного контроля (дозиметры-радиометры и проч.), выполнения химических анализов (потенциометры с комплектами электродов, вакуумные насосы, песчаные бани, шейкеры, система получения особо чистой воды и проч.).

[свернуть]

Основные публикации:

Kalinichenko S.A. Spatial distribution of 90 Sr in the ecosystems of polesye state radiation-ecological reserve / S.A. Kalinichenko, A.N. Nikitin, I.A. Cheshyk, O.A. Shurankova // Strontium contamination in the environment / eds. P. Pathak, D.K. Gupta. – Cham: Springer International Publishing, 2020. – P. 121-140.
Чешик И., Новые почвоулучшающие добавки для загрязненных радиоактивным цезием земель / И. А. Чешик, А. Н. Никитин // Наука и инновации. 2019. – №3. – С.21–25. https://doi.org/10.29235/1818-9857-2019-3-21-25
Калиниченко С.А. Особенности латерального перераспределения ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ²⁴¹Am в поверхностном слое почвы геохимически сопряженных ландшафтов при значительном для белорусского Полесья перепаде высот / С. А. Калиниченко, Ю. И. Бондарь, А. Н. Никитин, В. Е. Белаш, А. А. Баленок // Известия Гомельского государственного университета имени Ф. Скорины. – 2019. – Т. 114, № 3. – С. 29–35.
Nikitin, A.N. Impact of effective microorganisms on the transfer of radioactive cesium into lettuce and barley biomass / A.N. Nikitin, I.A. Cheshyk, G.Z. Gutseva, E.A. Tankevich, M. Shintani, S. Okumoto // Journal of Environmental Radioactivity. – 2018. – Vol. 192. – p. 491–497. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.08.005.
Спиров, Р.К. Конверсионные дозовые коэффициенты трансурановых элементов для растений зоны отчуждения Чернобыльской АЭС / Р.К. Спиров, А.Н. Никитин // Медико-биологические проблемы жизнедеятельности. – 2018. – Т. 20, № 2. – С. 52–57.
Nikitin, A. Influence of electromagnetic radiation of extremely high frequency on sensitivity of plants to cold stress [Electronic resource] / A. Nikitin, D. Suhareva, E. Mishchenko, A. Zubareva, O. Shurankova, R. Spirov // IEEE Xplore Digital Library. – IEEE, 2018. – Mode of access: DOI:1109/ELMECO. 2017. 8267732
Никитин, А.Н. Содержание ¹³⁷Cs, ²³⁸Pu, ^239+240Pu и ²⁴¹Am в экспериментах диких копытных животных, обитающих в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС / А.Н. Никитин, О.А. Шуранкова, И.А. Чешика, С.А. Калиниченко, Р.А. Король // Радиационная биология. Радиоэкология. – Т. 58, № 2. – С. 166-173. DOI: 7868/S0869803118020054
Nikitin, A.N. Potential of Biochar as a Measure for Decreasing Bioavailability of ¹³⁷Cs in Soil / A.N. Nikitin, O.A. Shurankova, O.I. Popova, I.A. Cheshyk, R.K. Spirov // Remediation Measures for Radioactively Contaminated Areas / ed: D. Gupta, A. Voronina. — Springer, Cham., 2018 – p. 113—137. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73398-2_6.
Kalinichenko, S. A. The Behavior of 90Sr in Macrophytes Inhibiting Water Reservoirs in the Belarussian Sector of the Chernobyl NPP Exclusion Zone. // S.A. Kalinichenko, A.N. Nikitin, I.A. Cheshyk, O.A. Shurankova // Behaviour of Strontium in Plants and the Environment / D. K. Gupta & W. Clemens (Eds.). – Springer, 2018. – P. 125–144. https://doi.org/10.1007/978-3-319-66574-0_9
Зубарева, А.В. Фильтроадсорбционная очистка загрязненных долгоживущими радионуклидами водоемов / А. В. Зубарева, А.Г. Кравцов, С.В. Зотов // Научный журнал Академии ГПС МЧС России «Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация» // Москва, Россия. – 2017. — № 3. – С. 64-68.
Спиров, Р.К. Аккумуляция трансурановых элементов надземными и подземными органами сосудистых растений / Р.К. Спиров, А.Н. Никитин, И.А. Чешик, Р.А. Король // Доклады НАН Беларуси. – 2017. – Т. 61, №2. – С. 51–57.
Спиров, Р.К. Оценка дозовой нагрузки трансурановых элементов на отдельные виды биоты Полесского государственного радиационно-экологического заповедника // Р.К. Спиров, А.Н. Никитин // Проблемы здоровья и экологии. – 2017. — № 4. – с. 52–57.
Чешик, И.А. Влияние микробиологических препаратов ЕМ-1 и EMX-Gold на биокинетику ¹³⁷Cs в организме лабораторных животных / И.А. Чешик, А.Н. Никитин, Д.В. Сухарева и др. // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наук. – 2017. – № 1. – С. 45–53.
Чешик, И.А. Перспективы использования микробиологических препаратов для снижения радиационных рисков / И.А. Чешик, А.Н. Никитин, Д.В. Сухарева и др. // Наука и инновации. – 2017. – Т. 171, № 5. – С. 64–67.
Cheshyk, I. Impact of microbiological preparations on radioactive cesium excretion rate under condition of its chronic ingestion / I. Cheshyk, D. Suchareva, A. Nikitin // RAD Conference Proceedings. – 2017. – Vol. 2. – P. 64–69. DOI: 21175/RadProc.2017.14
Gaponenko, V.I. A comparative study of 40K versus 137Cs uptake as chemical analogs by vegetable plants at different concentrations of these nuclides in soil near the 30-km Chernobyl zone / V.I. Gaponenko, N.V. Shamal, A.N. Nikitin // Radioprotection 51(1), 25-30 (2016), 25-30
Спиров, Р.К. Нейронные сети в спектрометрии радиоактивных излучений: состояние проблемы / Р.К. Спиров, А.Н. Никитин // Экологический вестник. Научно-практический журнал, 2016. – № 1(35). – С. 124-128.
Bondar Yu.I., Navumau A.D., Nikitin A.N., Brown J., Dowdall M. Model assessment of additional contamination of water bodies as a result of wildfires in the Chernobyl exclusion zone // Journal of Environmental Radioactivity. – 2014. – Vol. 138. – P. 170—176. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.08.018
Конопля Е.Ф., Миронов В.П., Журавков В.В. Радиация и Чернобыль: короткоживущие радионуклиды на территории Беларуси. – Минск: Белорусская наука, 2008. – 199 с.
Гапоненко В.И., Конопля Е.Ф. Радиация и Чернобыль: Состояние, хлорофилл и защита растений. – Гомель: РНИУП «Институт радиологии», 2007. – 266 с.
Конопля, Е.Ф., Кудряшов В.П., Миронов В.П. Радиация и Чернобыль: Трансурановые элементы на территории Беларуси. – Минск: Белорус. наука, 2006. – 191 с.
Ryabokon N.I., Smolich I.I., Kudryashov V.P., Goncharova R.I. Long-term development of the radionuclide exposure of murine rodent populations in Belarus after the Chernobyl accident // Radiat Environ Biophys, 2005 – P. 169-181. DOI: 10.1007/s00411-005-0015-2
Mironov V.P., Matusevich J.L., Kudrjashov V.P., Ananich P.I Determination of uranium concentration and burn-up of irradiated reactor fuel in contaminated areas in Belarus using uranium isotop ratios in soil samples // Radiochimica Acta, 2005. — № 93. – С. 781-784.

Выполняемые проекты:

В настоящее время в лаборатории радиоэкологии выполняются следующие проекты:

Оценить влияние межгодовой изменчивости гидрологического и температурного режимов на физико-химические формы нахождения радионуклидов и тяжелых металлов в почве, а также на их аккумуляцию растительными организмами (ГПНИ «Природопользование и экология»)
Оценка уровня радиоактивного загрязнения древесины основных лесообразующих пород на территориях с высоким уровнем радиоактивного загрязнения, определение соответствия республиканским допустимым уровням содержания в ней радионуклидов, оценка вклада загрязнения древесины в общее загрязнение лесных горючих материалов (Программа совместной деятельности России и Беларуси в рамках Союзного государства по защите населения и реабилитации территорий, пострадавших в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС)
Глубокие нейронные сети для автоматизации измерения низких активностей радионуклидов в образцах (грант БРФФИ-РФФИ 2020)
Разработка методов реабилитации территорий, загрязненных радионуклидами, с использованием технологий эффективных микроорганизмов (Договор о сотрудничестве с EMRO, Япония)
Накопление и миграция радионуклидов атмосферных выпадений в торфяно-болотных экосистемах Европейской субарктики России и Белорусского Полесья (Грант БРФФИ — РФФИ М)

Контактная информация:

E-mail: radioecology@irb.basnet.by
Тел.: +375-232-68-20-35