Выброс рутения в 2017 году связали с производством источника нейтрино

Выброс радиоактивного рутения-106, зафиксированный европейскими лабораториями в конце сентября 2017 года, скорее всего произошел на российском Южном Урале — об этом, в частности, говорит маршрут распространения выброса, а количество и изотопные характеристики самого рутения свидетельствуют в пользу версии, что выброс мог произойти в процессе изготовления на российском предприятии «Маяк» радиоактивного источника для нейтринного эксперимента в Италии. К такому выводу пришли ученые из 32 стран, опубликовавшие статью в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. «Росатом» и «Маяк» ранее последовательно отрицали связь выброса с предприятием.

В начале октября 2017 года европейские организации, занимающиеся радиационной безопасностью, объявили о необъяснимом росте концентрации радиоактивного рутения-106 в атмосфере, который оказался наиболее значимым в юго-восточной части Европы. Анализ полученных данных указывал, что вероятный источник загрязнения находился на территории России, в районе Южного Урала. Российские власти заявляли, что никаких превышений концентрации рутения в атмосфере не наблюдается. Только в ноябре Росгидромет сообщил, что повышенная концентрация рутения действительно была зафиксирована в нескольких населенных пунктах Челябинской области. «Росатом» заявлял, что нигде на предприятиях атомной отрасли не происходило никаких аварий, в прессе звучали версии о том, что рутений упал со спутника, а экологи обращались в прокуратуру.

Теперь почти 70 ученых из 32 стран западной и восточной Европы, а также из Канады (сотрудники 48 научных организаций, работающих в области ядерной физики, метеорологии и контроля состояния окружающей среды, а также радиохимии), обобщили и проанализировали все имеющиеся данные о выбросе, а также провели ряд радиохимических экспериментов с изотопами рутения, которые, по их мнению, подтверждают первоначальные предположения о связи с «Маяком».

Как отмечают авторы статьи, первые сообщения о превышении фонового уровня рутения в атмосфере были получены сотрудниками лабораторий, входящих в неформальную сеть Ro5 (Ring of Five). Она была создана для обмена данными о присутствии радиоактивных веществ в атмосфере в середине 80-х учеными из пяти стран: Швеции, ФРГ, Финляндии, Норвегии и Дании. Сегодня в нее входят лаборатории 22 стран. В частности, в январе 2017 года именно благодаря сети Ro5 была обнаружено распространение йода-131 в Европе.

2 октября 2017 года лаборатория в Милане, входящая в сеть Ro5, сообщила об обнаружении в атмосфере летучего изотопа рутений-106 в концентрации порядка миллибеккереля на кубический метр. В качестве детекторов радиоактивных изотопов используют обычно фильтрующие установки, которые прокачивают через фильтры от 60 до 1000 кубометров воздуха в час. С периодичностью раз в неделю фильтры меняют и исследуют накопившиеся в них изотопы, поэтому сам выброс мог произойти за несколько дней до обнаружения.

Первое сообщение о рутении поступило в понедельник, когда сотрудники большинства европейских лабораторий меняли фильтры в установках и изучали «улов» за предыдущую неделю. Поэтому в тот же день об обнаружении рутения-106 в концентрации от 1 до 10 миллибеккерелей на кубометр сообщили ученые из Чехии, Австрии и Норвегии. Это указывало на значительный выброс радионуклидов. Через два дня данные о рутении в атмосфере были получены из лабораторий в Польше, Швейцарии, Швеции и Греции, официальную информацию распространили национальные агентства по защите от радиации.

Максимальное значение концентрации рутения в Европе было зафиксировано на территории Румынии — 176±18 миллибеккерелей на кубометр. Однако, подчеркивают авторы статьи, даже такой уровень не представлял никакой угрозы ни для здоровья людей, ни для экологии. 7 октября 2017 года МАГАТЭ запросило информацию о возможных источниках утечки радиоактивного рутения от 43 европейских стран. 9 октября власти Челябинской и Свердловской области заявили, что исключена любая возможная утечка с предприятий обоих регионов, однако 21 ноября Росгидромет сообщил, что на Южном Урале в конце сентября было зафиксировано повышенное содержание рутения в пробах аэрозолей в нескольких населенных пунктах региона с концентрацией в десятки миллибеккерелей на кубометр. Однако единственный возможный источник радиоактивных изотопов — ФГУП ПО «Маяк», предприятие Росатома, которое занимается переработкой отработанного ядерного топлива, заявило, что оно не является источником выброса рутения-106. В январе 2018 года российский Институт безопасного развития атомной энергетики (ИБРАЭ) РАН создал международную комиссию с участием европейских экспертов, комиссия провела две встречи, но в итоге не смогла выдвинуть гипотезу, объясняющую происхождение рутения.

Последовательность фиксации присутствия радионуклидов в воздухе европейскими лабораториями позволила ученым определить направление движения выброса и его продолжительность. В частности, все станции на востоке Румынии зафиксировали рост концентрации рутения 29 сентября, а уже 1 октября он пропал на восточных станциях, но вскоре появился в данных из Болгарии, Австрии, Чехии и Венгрии, где он фиксировался по три-четыре дня — это подтверждает гипотезу о кратковременности выброса и его восточном происхождении.

Модель циркуляции атмосферы HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model), которые использовали ученые, показала, что воздушные массы, прибывшие к румынскому городу Зимнича 30 сентября, до этого пересекли Украину и Россию, где прошли близко от местоположения предприятия «Маяк». Две траектории движения воздушных масс из числа восьми смоделированных проходят очень близко к «Маяку» — если использовать их для расчетов, они показывают, что выброс на «Маяке» мог произойти в период с 18:00 (UTC+0) 25 сентября до полудня 26 сентября.

Ученые подчеркивают, что рутений-106 и рутений-103 — рукотворные изотопы, которые нарабатываются, например, в ядерных реакторах. Однако в случае аварии на работающем ядерном реакторе наблюдаемый выброс рутения не мог бы наблюдаться — его обязательно бы сопровождало множество других радиоактивных изотопов — йода, стронция, цезия и многих других. Возможным источником рутения могло бы быть случайное расплавление радиоактивного источника, в частности, медицинского назначения. Рутений-106 используется в радиоактивных источниках для лечения опухолей глаз. Однако активность одного такого источника не превышает 10 мегабеккерелей, и для выброса европейского масштаба потребовалось бы одновременно расплавить множество источников.

Авторы исследования отвергают и версию о возможном падении спутника с радиоизотопным источником на базе рутения на борту — в частности, потому, что период полураспада рутения слишком мал, чтобы на его базе имело смысл делать РИТЭГи, кроме того, в этом случае значительное количество рутения попало бы в верхние слои атмосферы, чего не наблюдалось.

Ученые проанализировали также соотношение изотопов рутения — рутения-106 и рутения-103 (период полураспада 39,3 суток), полученных из 15 разных районов Австрии, Чехии, Польши и Швеции. В среднем отношение ¹⁰³Ru/¹⁰⁶Ru оказалось в диапазоне (2,7±0,9)×10⁻⁴. Это значение свидетельствует, что выброшенный рутений имеет возраст от 530 до 590 дней после извлечения из реактора — если предположить, что выброс был связан с технологическим процессом обработки отработанного ядерного топлива, извлеченного из стандартного ядерного реактора.

Ранее в журнале Science высказывались предположения, что выброс рутения может быть связан с процессом производства радиоактивного источника на базе церия-144 (период полураспада 285 дней) для итальянского нейтринного эксперимента «Борексино» (читайте об этом эксперименте в материале «Лаборатория под горой»). Эксперимент по поиску стерильных нейтрино SOX-Borexino требовал мощного и в то же время компактного источника нейтрино. На эту роль подходит лучше всего изотоп церий-144, ядра которого претерпевают бета-распад, испуская нейтрино.

Относительно небольшой возраст рутения — обычно отработанное ядерное топливо выдерживают в специальных бассейнах не менее восьми лет — свидетельствуют в пользу версии о том, что выброс произошел именно в процессе изготовления нейтринного источника. В 2014 году группа ученых из ИТЭФа и МИФИ описала технологию изготовления цериевого источника для нейтринного эксперимента из отработанного ядерного топлива реактора ВВЭР-440. Наиболее выгодные условия в этом случае формировались, если топливо выдерживалось в бассейне не более двух-трех лет. Сама технология состояло в том, что отработавшее топливо измельчали и растворяли в азотной кислоте, при этом церий переходил в раствор. Однако при этом может формироваться высоколетучий оксид рутения RuO4, который могли не удержать фильтры. Чтобы проверить степень летучести рутения, авторы исследования провели серию экспериментов с нагревом образцов, которые показали, что в диапазоне от 700 до 1000 градусов практически весь рутений переходил в летучую фазу.

Авторы отмечают, что в декабре 2017 года «Маяк» заявил, что не в состоянии произвести цериевый источник нейтрино с необходимыми параметрами, после чего проект SOX-Borexino был официально прекращен.

«В любом случае, необычно „юный“ возраст изотопов рутений-103 и рутений-106 — около двух лет после того, как они закончили работать в реакторе, — согласуется с гипотезой о выброса рутения-106 во время производства источника нейтрино на базе церия-144. Тот факт, что заказ на производство источника церия-144 был аннулирован „Маяком“ вскоре после выброса рутения, привлек внимание сообщества и породил предположения о возможной связи этих событий. Никакие данные, полученные и проанализированные нами в ходе этого исследования, не отвергают и не опровергают гипотезу о связи между эпизодом обнаружения радиоактивного рутения и производством источника на базе церия-144», — говорится в статье.

Вместе с тем, советник гендиректора «Маяка» Юрий Мокров еще в феврале 2018 года заявлял, что «работы по изготовлению источника на основе церия-144 ни при каких обстоятельствах не могли привести к повышенному выбросу рутения-106». По его словам, в период с августа по ноябрь 2017 года «работы по изготовлению источника ¹⁴⁴Се проводились только с концентратом редкоземельных элементов (РЗЭ) в котором ¹⁰⁶Ru мог находиться только в „следовых“ количествах. Все образовавшиеся на предварительной стадии жидкие отходы, содержащие в том числе и 106Ru, были еще в июле 2017 года направлены на хранение в специальную емкость». Аргументы представителя «Маяка» были подробно разобраны в статье заведующего лабораторией радиоизотопного комплекса Института ядерных исследований РАН Бориса Жуйкова.

Сергей Кузнецов