Авария на АЭС Фукусима-Дайичи в марте 2011 года стала одной из крупнейших экологических катастроф в истории атомной энергетики. В результате разрушения реакторов огромное количество радиоактивных веществ попало в окружающую среду, включая морские воды Тихого океана. Одним из наиболее устойчивых и трудноудаляемых радиоактивных изотопов является тритий – радиоактивный изотоп водорода с периодом полураспада около 12,3 лет. Тритий является сложным для устранения из технических и химических соображений: он легко смешивается с водой, образуя так называемую тритированную воду, что представляет особую проблему при очистке и хранении жидкости с радиоактивными элементами на площадке АЭС. После аварии Токийская электросетевая компания (TEPCO) применяет систему Advanced Liquid Processing System (ALPS), которая эффективно удаляет почти все радионуклиды, за исключением трития.
Обработанная вода накапливается в резервуарах, но объём хранения постепенно достигает своего предела. В связи с этим японское правительство в 2021 году приняло решение об экологически контролируемом сбросе ALPS-обработанной воды в океан через длинный подводный туннель длиной около километра. Сброс начался в августе 2023 года, а планируется продолжаться до 2050 года. С точки зрения безопасности введены чёткие нормы и лимиты по содержанию трития при сбросе и в окружающей морской воде: максимум 700 Бк/л у выхода из сбросного тоннеля и не более 30 Бк/л в окружающем океане. Эти нормы несколько ниже предельно допустимых значений, установленных Всемирной организацией здравоохранения, что служит гарантией минимального воздействия на морскую среду и здоровье населения.
В свете этих мер учёные из Университета Токио совместно с исследовательским центром университета Фукусимы провели комплексные моделирования распространения трития в мировом океане. За основу взяли развитую гидродинамическую модель общей циркуляции океана COCO4.9, которая способна учитывать реалистичные процессы течений, а также влияние климатических факторов, таких как потепление планеты и усиление океанских вихрей (редких масштабных вихревых структур). Целью данного исследования стало определение того, как три десятилетия сбросов тритиевой воды повлияют на концентрацию и распространение трития по всему Тихому океану и дальше, учитывая изменения в океанической конвекции и притоке энергии с атмосферных процессов. Моделирование охватывало разные сценарии, вплоть до возможных климатических сценариев с повышенной концентрацией углекислого газа, что устраняет прежние ограничения по изучению выпуска трития в условиях современного меняющегося климата.
Ученые исследовали, каким образом меняются скорости и направления течений, вплоть до мелкоразмерных вихрей, которые ранее не учитывались в моделях. Эти элементы оказывают существенное воздействие на распределение и постепенное разбавление радиоактивных веществ. Результаты исследований показали, что в большинстве сценариев концентрация трития вокруг места сброса остаётся очень низкой и практически неизменной по сравнению с естественным фоновым уровнем, составляющим приблизительно от 0,03 до 0,2 Бк/л. Наблюдаемое воздействие не превышает 0,1% от фонового содержания, что гораздо ниже минимальных значений, способных вызвать экологический или биологический ущерб. Модель показала, что уровень трития не превышает установленный порог безопасности даже в долгосрочных прогнозах до 2099 года.
Исключение составил лишь самый неблагоприятный климатический сценарий с интенсивным парниковым эффектом, при котором наблюдается усиление тритиевой концентрации, обусловленное усилением течения Куросио — мощного океанского потока, идущего вдоль восточного побережья Японии и далее в Тихий океан. Хотя прогнозируемое возрастание концентраций допускает распространение трития вплоть до западных берегов Северной Америки, оно остаётся намного ниже уровня, способного оказать негативное воздействие на экосистемы или здоровье человека. В реальных условиях концентрации ниже порога обнаружения стандартными методами, и современные наблюдения, проводимые японскими и международными экологическими организациями, подтверждают стабильность ситуации, что свидетельствует о высокой эффективности контроля и безопасности выбранной стратегии. Кроме оценки непосредственных рисков, исследования открывают новые перспективы использования трития как химического маркера в океанографии. Благодаря своим физическим свойствам и возможности прослеживания его перемещений, тритий может стать важным индикатором для изучения океанских течений, обмена влагой между океаном и атмосферой, а также гидрологического цикла в целом.
Это имеет значение для более точного прогнозирования климатических изменений и динамики моря. Важным аспектом исследования стал учёт воздействия глобального потепления, которое изменяет скорость и структуру океанских циркуляций, влияя на распределение загрязнений. Модель COCO4.9 позволила впервые интегрировать эти сложные климатические факторы для получения реалистичных и надежных прогнозов. Знания, полученные в ходе данной работы, помогут как в совершенствовании стратегии управления сбросом радиоактивной воды с Фукусимы, так и в разработке более эффективных методов мониторинга и оценки долгосрочных изменений экологического статуса океанов.
Применение моделей такого класса предоставляет опыт для решения будущих задач в сфере экологической безопасности атомной энергетики и защиты морской среды. Итоги работы являются убедительным подтверждением того, что при контролируемом подходе сброс тритиевой воды из Фукусимы не приводят к значимому загрязнению океана и соответствуют строгим международным гигиеническим нормам. Ответственные органы продолжают осуществлять детальный мониторинг по морфометрии и химическому составу воды, обеспечивая прозрачность и доверие общества. Таким образом, несмотря на вызовы, связанные с радиационной безопасностью, дисциплинированные научные исследования и современные технологии позволяют управлять последствиями катастрофы и минимизировать её влияние на природу. Важным выводом остаётся необходимость учитывать в будущем изменение климата и изменения в океанских условиях при планировании любых операций с потенциально опасными сбросами в морскую среду.
Развитие моделей и мониторинговых систем обеспечит надёжную защиту экологии и здоровья людей в условиях глобальных трансформаций планеты. Продолжающиеся исследования и международное сотрудничество станут ключом к устойчивому управлению ресурсами и радиационной безопасностью Тихого океана и мирового океана в целом.
