Лаборатория радиоэкологии

Лаборатория проводит полевые и лабораторные исследования, связанные с выяснением механизмов миграции техногенных радионуклидов и оценке эффектов их влияния на организмы в водных и наземных экосистемах.

Основные направления

• Исследование закономерностей миграции техногенных радионуклидов в водных и наземных экосистемах различного уровня организации, ранжирование радионуклидов по степени их подвижности в различных условиях, определение основных путей и механизмов поступления радионуклидов в живые организмы.
• Оценка параметров накопления техногенных радионуклидов (включая трансурановые элементы) компонентами трофических звеньев экосистем и расчёт доз облучения, выявление видов с повышенной радиационной чувствительностью для целей биоиндикации и биотестирования.
• Оценка влияния малых доз облучения на цитогенетические параметры клеток живых организмов в лабораторных экспериментах и полевых исследованиях.

Основные достижения

• На основе многолетних данных мониторинга поймы реки Енисей выявлены основные зоны загрязнения техногенными радионуклидами донных отложений Енисея как вблизи источника поступления радионуклидов (Горно-химический комбинат Росатома), так и на значительном расстоянии - до 1500 км от ГХК по течению реки. Для отдельных участков поймы реки Енисей выявленный уровень загрязнения техногенными радионуклидами (Cs-137, изотопы Pu и Am-241) на несколько порядков превышает глобальный уровень. В 1995 году впервые были найдены радиоактивные частицы в пойме Енисея вблизи ГХК и совместно с коллегами из ГЕОХИ РАН (Москва) доказано их реакторное происхождение.
• Выявлены закономерности накопления техногенных радионуклидов в биоте р. Енисей, обитающей вблизи радиоактивных сбросов ГХК: водных растениях, зообентосе (амфиподах и ручейниках) и рыбах (сибирском хариусе, сибирском ельце и северной щуке). Содержание Cs-137 в тканях биоты существенно не снизилось после остановки последнего реактора ГХК, в отличие от короткоживущих активационных радионуклидов. Были оценены времена экологической полужизни радионуклидов в рыбах р. Енисей и выявлена статистически значимая положительная корреляция между содержанием Cs-137 в хариусе, ельце и амфиподах и ежегодными сбросами Cs-137 в открытую гидрографическую сеть. Оценена эффективность трофического переноса радионуклидов между звеньями пищевой цепи. Показана биомагнификация Cs-137 в трофической цепи р. Енисей, что приводит к наибольшему накоплению Cs-137 в верхнем трофическом звене – в щуке (Esox lucius). Обнаружена обратная зависимость накопления Cs-137 в мышцах и телах щук, обитающих вблизи радиоактивных сбросов в р. Енисей, от их размера и возраста.
• Гамма-спектрометрический и радиохимический анализ впервые выявил трансурановые элементы: Np-239; изотопы Pu и Am-241 в пробах водных растений из реки Енисей, а также ягодных кустарников, отобранных вблизи ГХК. Среди исследованных видов растений наибольшими коэффициентами накопления (КН) радионуклидов характеризуется водный мох Fontinalis antipyretica. Из исследованных 4 видов ягодных кустарников, виды Rubus idaeus (малина) и Ribes nigrum (черная смородина) характеризуются повышенным накоплением радионуклидов, включая трансурановые элементы. Расчёты показали, что КН для Cm-243,244 превышают КН для Cs-137, Pu-239,240 и Am-241 для всех частей растений.
• В лабораторных экспериментах показано, что трансурановые элементы могут накапливаться в биомассе водных растений, рыб и микроводорослей. Данные химического фракционирования биомассы гидрофитов показали, что до 60% накопленного Pu-242 и Np-239 связано с органическим веществом биомассы, для Am-241 эта величина меньше – до 27%. По всей совокупности данных для водных растений, изотопы плутония и нептуния оказались более биодоступными, чем америций. Впервые оценено распределение Am-241 по биохимическим фракциям биомассы водных растений: липиды содержат не более 1% Am-241, накопленного в биомассе, до 10% Am-241 ассоциировано с белками и углеводами, а основная часть Am-241 связана с полисахаридами клеточной стенки типа клетчатки. Am-241 может ассимилироваться в органах и тканях пресноводных рыб (Carassius gibelio) из пищи и воды: наибольшая доля Am-241 задерживается в печени (до 30 %); доля Am-241 в мышцах не превышает 2 %.
• Выявлены закономерности изменения спектра и частоты хромосомных аберраций в клетках корней водного растения Elodea canadensis, отобранной в р. Енисей на разном удалении от г. Красноярска. В районах с высокой активностью радионуклидов в донных отложениях после сбросов ГХК возрастание частоты аномалий связано с нарушением структуры хромосом в клетках и увеличением аберраций нерепарируемого типа (мосты, агглютинация). В районах Красноярска, где регистрировали только химическое загрязнение донных отложений, возрастание частоты аномалий связано с увеличением нарушения веретена деления (асимметричный и многополюсный митоз и др.).
• Разработаны и использованы новые биотесты для оценки влияния малых доз облучения. Наиболее эффективные биотесты – бактериальные тест Эймса и SOS-хромотест (совместные работы с ФИЦ ИЦИГ СО РАН), растительные биотесты (Elodea anadensis и Allium-тест), а также биолюминесцентный тест на основе бактерий Photobacterium phosphoreum (совместные работы с лабораторией фотобиологии ИБФ СО РАН).
• С апреля 2011 по июль 2012 года в пробах снега, дождевой воды и сосны в окрестностях Красноярска сотрудники лаборатории впервые зарегистрировали техногенные радионуклиды (I-131, Cs-134 и Cs-137) аварии на АЭС Фукусима (Япония). В 2012 года в новых побегах сосны был зарегистрирован аварийный изотоп Cs-134, что свидетельствует о переходе аварийных изотопов цезия из веток и хвои в побеги. Однако по уровню радиоактивности в пробах воды и сосны российские нормы безопасности не были нарушены. Регистрация радиоактивных выпадений фукусимской аварии в Сибири позволила впервые достоверно подтвердить распространение радиоактивного облака из Европы в центр Азии, что доказывает глобальный масштаб события, аналогичный Чернобыльской аварии.

Основные приборы и оборудование

• Гамма-спектрометр с детектором из сверхчистого германия GX2320 и мультиканальным анализатором DSA-1000, с программным обеспечением GENIE-2000 (Canberra, США). Гамма-спектрометр позволяет качественно и количественно определять гамма-излучающие радионуклиды в широком диапазоне энергий излучения от Свинца-210 до Калия-40 в образцах объёмом от 5 до 1000 мл.
• Автоматический сцинтилляционный гамма-счётчик Wallac Wizard 1480 (PerkinElmer, Финляндия). Гамма-счётчик позволяет определять содержание гамма-излучающих радионуклидов (диапазон регистрации гамма-квантов 15–2000 кэВ) в экспериментах с радиоактивной меткой. Данный прибор в автоматическом режиме может измерять до 270 образцов объёмом 20 мл.
• Жидкостной сцинтилляционный спектрометр Tri Carb 2800TR (PerkinElmer, США). ЖСС Tri Carb предназначен для измерения альфа- и бета-радионуклидов в образцах после радиохимического выделения как отдельных изотопов, так и их смеси. Оригинальное программное обеспечение “RadSpectraDec” позволяет разделять бета-спектры от нескольких изотопов.
• Радиометр альфа- и бета- активности (Berthold, Германия) и альфа-бета радиометр для измерения малых активностей УМФ-2000 (Доза, Россия). Радиометры предназначены для качественного и количественного определения альфа- и бета- активности в счётных образцах.
• Полевые портативные измерители радиоактивности ДКГ-02У, ДБГ-06Т, СРП-97, Radiagem-2000. Предназначены для определения мощности дозы ионизирующего излучения при полевых работах, поиске радиоактивных аномалий и контроле мощности дозы ионизирующего излучения на рабочем месте.
• Оптические микроскопы Olympus CX31 и система визуализации для оптических микроскопов DeltaPix Invenio 5SCIII Предназначены для проведения цитогенетических исследований влияния ионизирующего излучения на растения.
• Инкубатор лабораторный с охлаждением MIR-254 (Sanyo). Инкубатор предназначен для проведения лабораторных экспериментов с биологическими объектами в контролируемых условиях по температуре (от минус 10 до +60 °С) и освещённости.
• Объёмные эталонные источники радионуклидов, предназначены для калибровки радиометрического оборудования.
• Оборудование для отбора проб почвы и донных отложений на глубину до 180 см.
• Институт имеет лицензию Госатомнадзора России на право обращения с радиоактивными веществами.

Методы исследований

• Гамма-спектрометрический и радиохимический методы анализа радионуклидов в пробах.
• Анализ миграционной способности техногенных радионуклидов в почвах, донных отложениях и биомассе живых организмов методами последовательного химического фракционирования.
• Использование гидробионтов для биоиндикации источников техногенного (радиационного и химического) загрязнения бассейна реки Енисей.
• Методы биотестирования с использованием растительных и бактериальных организмов, позволяющие оценивать эффекты действия ионизирующего излучения.

Сотрудники

Заведующий лабораторией Болсуновский Александр Яковлевич доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук +7 391 2494572 radecol@ibp.ru