Защита диссертации Баграмовой Асель Айдосовны на соискание степени доктора философии (PhD) по образовательной программе «8D05305 - Ядерная физика»

В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Баграмовой Асель Айдосовны на тему «Оценка концентрации 210Pb в воздухе Акмолинской области» по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физика».

Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Ядерной физики, новых материалов и технологий» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.

Язык защиты - на русском

Официальные рецензенты:

Жолдыбаев Тимур Кадыржанович – кандидат физико-математических наук, профессор, начальник отдела ядерной физики, РГП на ПХВ «Институт ядерной физики» Агентства Республики Казахстан по атомной энергии (г. Алматы, Республика Казахстан);

Кайрамбаев Самат Капашевич – кандидат биологических наук, главный эксперт отдела охраны окружающей среды, радиационной и ядерной безопасности Департамента производственной безопасности, АО “НАК “Казатомпром” (г. Астана, Республика Казахстан).

Временные члены Диссертационного совета:

Толмачев Сергей Юрьевич – доктор философии (PhD), профессор и директор United States Transuranium and Uranium Registries (Реестры трансурановых и урановых элементов США), Колледж фармации и фармацевтических наук, Государственный университет Вашингтона (г. Ричленд, штат Вашингтон, США);

Горлачев Игорь Дмитриевич - кандидат физико-математических наук, начальник аналитической группы, РГП на ПХВ «Институт ядерной физики» Агентства Республики Казахстан по атомной энергии (г. Алматы, Республика Казахстан);

Tibor Kovacs – доктор философии (PhD), старший научный сотрудник Института биофизики, Университет Земмельвейса (г. Будапешт, Венгрия).

Научные консультанты:

Жумадилов Касым Шаймарданович – доктор философии (PhD), профессор, заведующий кафедры «Ядерной физики, новых материалов и технологий» в Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева (г. Астана, Республика Казахстан).

Sakaguchi Aya – доктор философии (PhD), профессор Института фундаментальных и прикладных наук Университета Цукубы (г. Цукуба, префектура Ибараки, Япония).

Защита состоится: 26 мая 2026 года 12:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по образовательной программе «8D05305 – Ядерная физика» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Заседания диссертационного совета состоится в офлайн и онлайн формате.

Ссылка: https://clck.ru/3TBfsv 

Адрес: г. Астана, ул. Кажымукана, 13, аудитория 310.

Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Баграмовой Асель Айдосовны на тему «Оценка концентрации 210Pb в воздухе Акмолинской области», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности: 8D05305 – «Ядерная физика» Актуальность темы исследования. Казахстан занимает позицию крупнейшего в мире производителя природного урана, обладая 15% мировых запасов. Значительная часть урановых ресурсов страны сосредоточена в Северо-Казахстанской урановой провинции. Длительная история добычи и переработки урана в регионе создала потенциальные риски радиоактивного загрязнения окружающей среды. Ключевым объектом, представляющим радиационную опасность, является хвостохранилища отходов урановой переработки Степногорского горно-химического комбината (СГХК). Основными факторами риска подобных объектов являются загрязнение почвы пылью, содержащей радионуклиды, из-за недостаточной влажности поверхности хвотохранилищ; эмиссия радона и продуктов его распада в атмосферу; а также загрязнение поверхностных и подземных вод. Ранее проведенные исследования населенных пунктов Аксу, Заводская и Кварцитка, расположенных в 3-5 км от хвостохранилища СГХК, показали, что уровни внешнего гамма-излучения, концентрации урана в образцах почвы и уровни радона как внутри, так и снаружи помещений превышают мировые стандарты. Город Степногорск, находящийся на расстоянии около 20 км от этого хвостохранилища, представляется наиболее густонаселенной территорией в зоне потенциального воздействия объектов урановой промышленности. Однако, в отличие ближней зоны, механизмы и масштабы воздействия на окружающую среду и население на таком расстоянии изучены недостаточно. Это обуславливает необходимость количественной оценки вклада дистанционного воздействия урановой промышленности по сравнению с другими антропогенными и природными источниками в формирование уровней радиоактивности атмосферного воздуха крупного населенного пункта. В качестве ключевого индикатора для оценки атмосферного переноса и воздействия в данной работе был выбран природный радионуклид свинец-210 (210Pb). Он является продуктом распада серии урана -238 (238U) и формируется в атмосфере как дочерний нуклид радона-222 (222Rn). 222Rn, будучи инертным газом, может выделяться из почвы, а затем рассеиваться в атмосфере. В условиях антропогенной нагрузки, такое как сжигание угля, возможен дополнительный вклад техногенных источников 210Pb в атмосферу. Учитывая низкую летучесть продуктов распада 222Rn (т.е. 218Po, 218At, 214Bi и 214Pb), 210Pb в атмосфере в основном связан с аэрозольной фазой. Из-за своего относительно длительного периода полураспада 210Pb остается связанным с аэрозольными частицами до их удаления путем осаждения. В сочетании с четко определенным источником эти свойства делают 210Pb эффективным индикатором для атмосферных исследований. Кроме того, 210Pb важен для радиологической оценки состояния здоровья, поскольку вдыхаемые аэрозоли могут оседать в дыхательных путях и в конечном итоге накапливаться в скелете, где его период полураспада (22,3 года) представляет собой длительный риск внутреннего облучения. Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью исследования 210Pb в атмосферных аэрозолях города Степногорск, а именно - его концентраций, размерного распределения, сезонной динамики и факторов формирования. Полученные данные позволят решить две взаимосвязанные задачи: оценить радиационный риск для населения в зоне влияния урановой деятельности и выявить ключевые источники и процессы, определяющие радиоактивность приземного воздуха в промышленном регионе. Целью настоящей диссертационной работы является исследование концентраций активности радиоизотопа свинца-210 (210Pb) в атмосферных аэрозолях приземного слоя воздуха города Степногорск, расположенного на территории Северо-Казахстанской урановой провинции, для выявления сезонной изменчивости его концентраций, определения влияния различных факторов на формирование уровней атмосферного 210Pb, и оценки воздействия на организм человека при ингаляционном поступлении. Основные задачи исследования Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: - Изучение методики и проведение проб аэрозольных частиц в приземном слое воздуха города Степногорск с использованием пробоотборника воздуха большого объема, оснащенного 6-ступенчатым каскадом импакторов; - Определение активности радиоизотопа свинца 210Pb в размерно-фракционированных образцах атмосферных аэрозолей методом гамма-спектрометрии; - Моделирование эффективности регистрации детектора из сверхчистого германия с использованием программы PHITS для определения эффективности регистрации при расчете активности 210Pb; - Исследование взаимосвязей между атмосферной активностью 210Pb и метеорологическими параметрами с целью анализа сезонной изменчивости его концентраций; - Анализ размерного распределения 210Pb и ее вазимосвязей с ионным составом атмосферных аэрозолей для рассмотрения возможных источников поступления 210Pb в атмосферу города Степногорск; - Оценка дозовой нагрузки на население, обусловленной ингаляционным поступлением 210Pb с атмосферными аэрозолями, и анализ потенциального радиационного воздействия на организм человека. Объект исследования – город Степногорск в Акмолинской области, густонаселённый объект, находящийся вблизи хвостохранилища СГХК. Предмет исследования – концентрация активности 210Pb в воздухе. Методы исследования. В ходе выполнения диссертационной работы использованы методы отбора и фракционирования атмосферных аэрозолей по аэродинамическому диаметру с применением пробоотборника воздуха большого объема, оснащенным 6-ступенчатым каскадом импакторов. Определение активности 210Pb в пробах проводилось методом гамма-спектрометрии с использованием HPGe-детектора. Для расчета эффективностей регистрации гамма-квантов применялось моделирование геометрии детектора в программе PHITS. Ионный состав аэрозолей анализировали методом ионной хроматографии. Оценку дозовой нагрузки внутреннего облучения населения от ингаляции 210Pb проводили в соответствии с рекомендациями МКРЗ. Основные положения, выносимые на защиту: - Впервые в Казахстане была использована программа PHITS для симуляции эффективности регистрации HPGе-детектора при определении активности 210Pb. В результате были получены уточненные геометрические параметры детектора, что позволило рассчитать эффективности регистрации гамма-квантов 210Pb в фильтрах, улавливающих аэрозольные частицы различного аэродинамического размера. - Рассчитаны концентрации 210Pb в приземном воздухе города Степногорск за 12 разных месяцев наблюдений (без зимнего периода). Установлено, что активность 210Pb варьирует в диапазоне 0,46-2,60 мБк/м3 (0,86 мБк/м3) что сопоставимо с уровнями, ранее зарегистрированными в таких мегаполисах, как Пекин и Сеул. Оценена эффективная доза внутреннего облучения населения для пяти возрастных групп (0,9-2,5 мкЗв/год), при этом показано, что дети 7-12 лет получают более высокие дозы по сравнению со взрослыми. - Установлены закономерности сезонной изменчивости и размерного распределения 210Pb в атмосферных аэрозолях, показавшие преимущественное обогащение радионуклида в мелкодисперсной фракции и повышенные уровни 210Pb в холодные месяца года. На основе анализа химического состава аэрозольных частиц, в котором были выявлены сильные корреляции между 210Pb и основными анионами, сделан вывод о существенном вкладе антропогенных источников в формирование концентраций атмосферного 210Pb в исследуемом месте. Научная новизна исследования заключается в том, что впервые для города Степногорск, расположенного в Северо-Казахстанской урановой провинции, проведено комбинированное исследование атмосферного 210Pb. Впервые в Казахстане для моделирования отклика полупроводникового гамма-детектора и расчета эффективности регистрации при измерениях 210Pb была применена программа PHITS. Впервые для города Степногорск определены атмосферные концентрации 210Pb и выполнена возрастно-зависимая оценка доз внутреннего облучения населения. Расчетная ингаляционная доза показало возможную повышенную уязвимость у группы детей среднего возраста при вдыхании аэрозольных частиц, содержащих 210Pb. Впервые установлены закономерности сезонной изменчивости и размерного распределения 210Pb в атмосферных аэрозолях г. Степногорск, показавшие преимущественную ассоциацию радионуклида с мелкодисперсной фракцией и увеличение концентраций в холодный период. Многофакторный анализ данных выявил существенный антропогенный вклад. При этом впервые обоснована значимая роль сжигания угля на Степногорской ТЭЦ в формировании уровня атмосферного 210Pb. Теоретическая и практическая значимость полученных результатов. Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в развитии фундаментальных положений радиоэкологии атмосферы и методологии радиационного контроля. Работа вносит вклад в понимание процессов формирование и распределения долгоживущих дочерних продуктов радона в приземном слое воздуха при условиях уранодобывающих и промышленно развитых регионов. Установленные взаимосвязи между активностью 210Pb с химическими маркерами антропогенных выбросов вносят вклад в развитие представлений о природных и антропогенных источниках атмосферного 210Pb. Практическая значимость результатов работы определяется их непосредственной применимостью для решения задач радиационной безопасности и охраны окружающей среды. Полученные количественные данные о концентрациях, размере частиц и рассчитанные дозовые нагрузки являются готовой информационной основой для органов санитарно-эпидемиологического и экологического надзора при оценке радиационной обстановки и риска для здоровья населения города Степногорск. Ключевой вывод о значимой роли сжигания угля на Степногорской ТЭЦ в формировании атмосферного 210Pb позволяет обращать внимание на источники энергетики при приоритетах программ производственного экологического контроля и мониторинга. Эти выводы также важны для проектных и природоохранных организаций при обосновании мероприятий по снижению выбросов и совершенствовании систем газоочистки. Разработанный методический подход может быть применен для проведения аналогичных исследований в других промышленных регионах Казахстана. Также результаты диссертационной работы имеют ценность для науки, в особенности в учебном процессе при подготовке специалистов в области радиационной экологии и ядерной физики. Работа выполнена в рамках научного гранта МНВО РК № 189/ГФ24-26 от 9.09.2024г. «Изучение элементного и радиоизотопного состава в атмосферных осадках и аэрозолях Акмолинской области и области Абай» и № 269/23-25 от 3.08.2023г. «Оценка радоноопасности населенных пунктов близлежащих к радиационно опасным объектам с использованием явлений ЭПР, ТЛ/ОСЛ и ядерно-трековых детекторов». Апробация работы. Основные результаты настоящей работы докладывались и обсуждались на следующих международных и республиканских конференциях: - IX Республиканская научно-практическая Конференция с международным участием «Медико-биологические и экологические проблемы в уранодобывающих регионах» (Астана, 8-9 сентябрь, 2022); - ХIX Международная научная конференция «Ғылым және Білім-2024» (Астана, 12 апрель, 2024); - VI International Turkic World Congress on Science and Engineering (Баку, Азербайджан, 19-21 декабря, 2024); - 68-й симпозиум Японского общества радиохимии (Шизуока, Япония, 23-25 сентябрь, 2024); - Международная научная конференция «Ғылым және Білім-2025», посвященный 25-летию ЕНУ им. Л.Н. Гумилева (Астана, 11 апреля, 2025); - 7th Asia-Pacific Symposium on Radiochemistry APSORC 2025 (Мацуе (Шимане префектура), Япония, 14-19 сентябрь, 2025). Публикации и личный вклад диссертанта. Результаты диссертационной работы были опубликованы в 10 научных работах, в том числе 2 статьях, индексируемых в международных базах данных SCOPUS и Web of Science, опубликованных в рецензируемых журналах с ненулевым импакт-фактором (Atmospheric Environment - Q1; Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry - Q2). Две статьи опубликованы в научных журналах, рекомендованных КОКСНВО МНВО РК. Одна публикация размещена в международной базе данных научных работ с присвоением цифрового идентификатора DOI. Кроме того, результаты исследования представлены в 5 тезисах докладов на международных научных конференциях. Автором самостоятельно выполнены все этапы исследования, представленного в диссертационной работе. Личный вклад автора включает подготовку фильтров и проведение отбора проб атмосферных аэрозольных частиц; выполнение всех экспериментальных измерений методом гамма спектрометрии и ионной хроматографии; моделирование эффективности регистрации HPGе-детектора с использованием программы PHITS; а также расчет концентраций активности 210Pb, массовых концентраций ионов в воздухе и дозовых нагрузок на население. На этапе внедрения результатов автором самостоятельно подготовлены и написаны все научные статьи, входящие в диссертацию, а также материалы для выступлений на конференциях, где результаты были представлены и обсуждены. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает титульный лист, содержание, перечень список определений, обозначений и сокращений, введение, 4 раздела, заключение, список использованных источников и приложения. В конце 3 и 4 разделов приведены краткие выводы. Объем работы составляет 81 страница, содержит 31 рисунок, 11 таблиц и список литературы, включающий 156 наименований. Во введении обосновывается актуальность диссертационного исследования, сформулированы цели и основные задачи исследования, сформулированы научная новизна, теоретическая и практическая значимость полученных результатов исследования, выдвигаются основные положения, выносимые на защиту. В первом разделе представлен литературный обзор, посвящённый радиоактивности атмосферы и аэрозольных частиц, рассмотрены особенности формирования радиоактивных аэрозолей и происхождение природного радионуклида 210Pb в атмосфере. Проанализированы глобальные и региональные особенности распределения атмосферного 210Pb, а также обоснована его исследовательская значимость. Отдельное внимание уделено характеристике Северо-Казахстанской урановорудной провинции, деятельности ТОО «СГХК» и её потенциальному влиянию на окружающую среду. Рассмотрены подходы к оценке доз внутреннего облучения при ингаляционном поступлении радиоактивных аэрозолей с учётом аэродинамических размеров частиц. Во втором разделе описаны материалы и методы исследования. Приведена характеристика пункта отбора проб, включая географическое положение, климатические условия и особенности окружающей среды. Подробно изложена методика отбора атмосферных аэрозолей с использованием пробоотборника воздуха большого объёма, оснащённого каскадом импакторов. Представлены методы гамма-спектрометрического анализа, экспериментальное определение и моделирование эффективности регистрации с применением программы PHITS, а также методика расчёта активности и концентраций 210Pb в воздухе. Описаны процедуры корректировки концентраций, методы измерения ионной хроматографии и подходы к оценке дозы внутреннего облучения населения. В третьем разделе приведены результаты оценки концентраций активности 210Pb в атмосферном воздухе города Степногорск. Проанализированы результаты моделирования отклика HPGe-детектора с использованием программы PHITS и определена эффективность регистрации гамма-линии 210Pb для фильтров улавливающих аэрозолей. По итогам раздела сформулированы основные выводы. В четвёртом разделе выполнена оценка доз облучения населения и рассмотрены возможные источники формирования атмосферного 210Pb в городе Степногорск. Проанализированы уровни атмосферной концентрации 210Pb и рассчитаны ингаляционные дозы внутреннего облучения при вдыхании аэрозольных частиц. Исследованы сезонная динамика концентраций 210Pb, его распределение по размерным фракциям аэрозолей и соотношение поддерживаемого и избыточного 210Pb. Проведён анализ фракционированного по размерам ионного состава атмосферных аэрозолей с целью идентификации источников поступления 210Pb, а также дана оценка вклада сжигания угля в формирование уровней атмосферного 210Pb. В конце раздела приведены основные выводы. В заключении обобщены основные результаты диссертационного исследования, сформулированы выводы, отражающие научную новизну и практическую значимость работы. Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю Жумадилову Касым Шаймардановичу за научное руководство, ценные консультации, полезные рекомендации и советы на этапах выполнения диссертационной работы, а также за предоставленную возможность участия в научных проектах и международных конференциях, способствовавших профессиональному и научному развитию автора. Особую благодарность автор выражает зарубежному научному руководителю Sakaguchi Aya за переданные знания и научный опыт, предоставленный полный доступ к лабораторным оборудованиям и экспериментальным установкам, а также за материальную и всестороннюю помощь, включая ментальную поддержку, оказанную в период проведения научных исследований в Японии. Автор также выражает искреннюю признательность соавторам – Sakata Kohei, Endo Satoru, Kajimoto Tsuyoshi, Takahashi Junko и Hoshi Masaharu – за их помощь при подготовке научных публикаций, ценные замечания, рекомендации и корректировки, которые способствовали улучшению качества научных работ.

Диссертация

Список научных трудов

Отзыв научного консультанта

Отзыв зарубежного консультанта

Заключение комиссии по этической оценке исследований