35.58Kb - G

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ДОЗОВЫХ
НАГРУЗОК НАСЕЛЕНИЯ
А.В. Липихина, К.Н. Апсаликов, Ш.Б. Жакупова, З.С. Зингатинова,
Е.Т. Масалимов
Научно-исследовательский институт радиационной медицины и экологии, Семей,
Республика Казахстан, nii-rm@yandex.ru
THE COMPLEX APPROACH TO ESTIMATION OF DOSE BURDEN IN THE
POPULATION
A.V.Lipikhina, K.N. Apsalikov, Sh.B. Zhakupona, Z.S. Zingatinova, E.T. Masalimov
Scientific Research Institute for Radiation Medicine and Ecology, Semey, Kazakhstan,
nii-rm@yandex.ru
Estimations, methods of biodosimetry, thermo-luminescence dosimetry (TLD) and
electronic paramagnetic resonance (EPR) are most frequently applied to dose reconstruction
at present. Several independent attempts have been already undertaken to determine dose
burden in the population in various places near the Semipalatinsk nuclear test site. These
investigations were made using different methods. In many cases their results differ
significantly from each other. A conception of the complex approach to estimation of dose
burden in the population is offered. Radiation situation and population dose burden
reconstruction is possible based on historic materials, estimations and at present physical
measurements.
В современной радиобиологии проблема малых доз ионизирующих излучений
была и остается наиболее сложной, имеющей не только радиобиологическое, но и
социально-экономическое значение. В результате антропогенного радиоактивного
загрязнения повысился уровень радиационного фона, основным источником которого
являются испытания ядерного оружия, а также длительное пребывание в окружающей
среде продуктов распада долгоживущих радионуклидов. Одним из примеров
многолетнего загрязнения окружающей среды радионуклидами служит бывший
Семипалатинский испытательный ядерный полигон (СИЯП), в результате деятельности
которого радиоактивному загрязнению подверглись территории ВосточноКазахстанской (54% площади полигона), Павлодарской (39% площади полигона) и
Карагандинской (7% площади полигона) областей Республики Казахстан.
Медицинские последствия радиационного воздействия на население
Семипалатинского региона, возможность проявления последствий в форме
детерминированных и стохастических эффектов через десятки лет после облучения и у
последующих поколений определяют необходимость постоянного медицинского
наблюдения за состоянием здоровья данного контингента.
Оценка дозовых нагрузок населения, проживающего вблизи СИЯП, проводилась
различными исследователями с использованием различных методов оценки доз.
Преимущественно оценки доз облученного населения были сделаны расчетными
методами (таблица 1) на основе отчетов об уровне радиоактивного загрязнения и
значении дозы на момент проведения испытаний. Реконструкция доз
инструментальными методами (ЭПР, ТЛД, FISH) была осуществлена в ходе
совместных исследований учеными России (институт биофизики, Москва;
медицинский радиологический научный центр, Обнинск); США (национальный
институт рака); Японии (научный институт радиационной биологии и медицины,
Хиросима); Казахстана (научный исследовательский институт радиационной медицины
и экологии, Семей); Германии (Институт радиационной гигиены федерального офиса
по радиационной защите).
Как видно из таблицы 1, дозы облучения населения в некоторых случаях
различаются при оценке их разными методами, и при оценке их одним и тем же
методом, но различными исследователями. В некоторых случаях оцененные дозы
хорошо согласуются между собой как в рамках определения их одним методом, так и
при применении различных методов оценки (табл.1).
Таблица 1. Дозы облучения населения территорий прилегающих к СИЯП
Населенный пункт
с. Долонь
г. Семей
г. Курчатов
п. Чаган
с. Саржал
с. Кайнар
с. Бескарагай
с. Канонерка
с. Караул
с. Новопокровка
с. Коростыли
Доза внешнего облучения, сГр
Расчетный метод
Метод ЭПР
Метод
ТЛД
220[6,1,2] 110-124[7] 107[6,1]
13[7] 18[2] 9,6[1] 100[2,5]
160[6,1] 170[3] 217,4[9]
19,2[3]
[6,1]
[8]
[1]
[3]
0,4
0,43 0,6 0,61
5,4[1]
60-70[5]
1[6,1] 5,8[8] 1,8[9]
0,3[1]
[6,1,2]
[8]
[9]
54
22,8 54,2
35[5]
130[3] 116[9] 21[7]
6,7[3] 27[9] 5,25[7]
0,3[3] 0,65[9] 0,32[7]
28,5[3]
35[3] 84,1[9] 25,2[7]
24,7[3]
[3]
[9]
[7]
69 36 11
25,6[3]
0,1[3] 0,15[9] 0,13[7]
21,8[3]
[3]
[9]
[7]
3,8 102 2,8
FISH
метод
300[4]
43[3]
35[3]
23[3]
2[3]
0,0[3]
На сегодняшний день расчетный метод оценки дозовых нагрузок населения
спустя длительное время после облучения применяется наиболее часто. Но есть ряд
моментов, которые влияют на точность расчетов дозовых нагрузок.
Расчетный метод требует знания ряда исходных параметров. Но в доступных
архивных и опубликованных материалах имеются как значительные пробелы, так и
очень противоречивые данные. То есть, применение расчетных методов
математического моделирования в задачах реконструкции доз ограничивается
количеством входной информации. Например, метеорологической информации,
применяемой на этапе расчета процессов распространения радиоактивных частиц в
атмосфере, необходимой для восстановления конфигурации радиоактивного следа.
Определенные исходные параметры, такие как расстояние от эпицентра взрыва до
населенного пункта, скорость ветра на момент проведения взрыва, можно определить
достаточно точно. Расчет радиационного облучения частично основывается на
физических измерениях норм дозы вдоль траектории радиоактивных облаков от
взрывов. Для некоторых взрывов таких данных нет. В таких случаях, доза оценивается,
используя вторичные данные, которые учитывают мощность взрыва, освобожденные
радионуклиды, высоту взрыва и скорость ветра. Устранить противоречия в данных о
мощности дозы на 24 часа после взрыва (одного из основополагающих параметров при
расчете дозы) можно только проведением современных инструментальных
исследований.
Кроме того, существующие оценки доз обеспечивают только средние значения
доз для населенных областей. Невозможно оценить значения индивидуальных доз без
изучения персонального поведения и перемещения населения в период проведения
испытаний. Изучение социально-экономических характеристик населенных пунктов
позволяет получить более реальные данные о режиме поведения, рационе питания
населения и т.п. Но по прошествии многих лет, очень сложно восстановить тот же
режим поведения или рацион питания конкретного индивида, что вносит
определенную усредненность в оценку индивидуальной дозовой нагрузки человека.
В большинстве расчетных методов не приводится интегрированной дозы на
население вследствие всех взрывов, а учитывается влияние только некоторых.
Применение отдельных инструментальных методов для оценки дозовых нагрузок
(ЭПР дозиметрии, ТЛД дозиметрии, биодозиметрии и т.п.) также ограничивается рядом
причин.
Для дозиметрического контроля населения областей около СИЯП был применен
метод реконструкции доз с использованием ЭПР спектроскопии зубной эмали [1,3].
Большинство определенных значений доз находится в пределах 20 сГр, кроме одного
жителя города Семипалатинска, у которого была обнаружена доза 2,8±0,2 Гр [1].
Если значения доз, определенных ЭПР дозиметрией разными исследователями,
сопоставимы (с. Долонь), то при сравнении этих доз с расчетными данными
наблюдается изменение, как правило, на порядок в большую или меньшую сторону.
Так, в некоторых населенных пунктах, где проводились ЭПР измерения, были
обнаружены существенные изменения значений доз, превышающие рассчитанные дозы
(г. Семей, с. Бескарагай, с. Новопокровка). В населенных пунктах, жители которых
получили значительные радиационные дозы согласно расчетным данным (с. Долонь, с.
Канонерка, с. Караул), ЭПР измерения показали более низкие значения доз.
Такое различие в результатах может быть вызвано разнородностью
радиационного загрязнения, индивидуальным поведением, недостаточностью
информации о местонахождении людей в момент взрыва. Кроме того, надо учитывать,
что значение дозы ЭПР измерений является величиной усредненной по небольшому
количеству проб (в пределах одного десятка).
В некоторых населенных пунктах была получена прямая информация о
накопленных дозах, используя анализ термолюминесцентной дозиметрии
керамических кирпичных образцов [6] который использовался для оценки средних доз
облучения населения.
Внешние дозы в населенных пунктах, таких как Долонь и Чаган, хорошо
согласуются между результатами ТЛД дозиметрии и сообщаемыми расчетными
значениями. Однако, для населения Долони ТЛД значения на порядок выше доз
полученных методом ЭПР. Внешние дозы в нескольких точках города Семей
значительно выше (до 70 сГр) по сравнению с представляемыми значениями,
основанными на военных данных (0,4 сГр), и по сравнению с данными ЭПР
дозиметрии (5,4 сГр).
Для правильной трактовки такого большого несоответствия необходимо знание
местных погодных условий, направления траектории радиоактивного облака. Для
детального исследования распределения дозы в населенном пункте необходимо
намного больше точек измерения (в проводимых исследованиях число образцов здания
в каждой точке отбора равнялось одному).
Из методов биодозиметрии для определения индивидуальных доз у людей,
проживающих вблизи СИЯП, применялся метод FISH окрашивающих хромосом [4,3].
Результаты FISH метода не превышают значения расчетных доз. Хотя исследователи
рассматривают результаты метода как завышенные индивидуальные дозы облучения,
потому что эти результаты зависят не только от радиационного облучения, но и от
других факторов, таких как загрязнение окружающей среды, стиль жизни и рацион
питания. Наряду с неопределенностями, вызванными неполной характеристикой
возможного спутывания, ограниченный размер проб населения также препятствовал
любому четкому заключению, которое могло бы быть выработано.
Необходимо также отметить, что при использовании любого из перечисленных
выше инструментальных методов определяется значение какого-либо одного
физического параметра, отражающего радиационное воздействие на регион. В методе
ЭПР дозиметрии в качестве такого параметра выступает поглощенная доза в зубной
эмали, в ТЛД методе – поглощенная доза в кварцево-керамических материалах, в FISH
–методе – поглощенная доза в организме человека [10].
При применении результатов этих методов для определения других параметров,
например, поглощенной дозы в воздухе или дозы поглощенной каким-либо внутренним
органом человека, необходимо использовать математические модели пересчета.
За период, прошедший с момента прекращения атмосферных ядерных испытаний,
значения параметров, определяемых инструментальными методами, подвергались
значительной трансформации вследствие наложения на них компонент, не связанных с
собственно оцениваемыми ядерными взрывами и выступающими в качестве помех. В
качестве таких помех или «шумов» могут выступать естественные источники
радиации, антропогенная деятельность, применение медицинской рентгеновской
диагностики и т.д.
Физические
параметры,
определяемые
инструментальными
методами,
представляют собой интегральные величины, сформировавшиеся в результате
совокупности ядерных взрывов. Для корректного восстановления динамики
накопления доз по срокам проживания человека в зоне радиационного воздействия
ядерных испытаний должна быть решена проблема разделения вкладов от отдельных
взрывов. На сегодняшний день путей решения этой проблемы с помощью
инструментальных методов не просматривается.
Применение расчетных методов, как указывалось ранее, ограничено количеством
входной
информации.
Поэтому
применение
методов
полномасштабного
математического моделирования оправдано только в тех случаях, когда имеется
возможность верификации данных расчета по другим параметрам, отражающим
воздействие ядерных взрывов на регион, полученным инструментальными методами.
Существует большая необходимость в дальнейшем развитии и внедрении
дополнительных методов дозиметрии, которые смогут контролировать с повышенной
чувствительностью и с большей точностью определять конечные точки радиационного
облучения биологических систем. Известные методы не обеспечивают необходимую
чувствительность, специфичность и продолжительность для идентификации
воздействия радиационного облучения, особенно низкого уровня. Очевидно, что только
комплексные меры могут быть использованы как основа для развития новых подходов
при проектировании и проведении исследований радиационной обстановки, и при
оценке доз населения вокруг СИЯП [7].
Предлагается комплексный подход к оценке индивидуальных дозовых нагрузок
населения проживающего вблизи СИЯП.
Структура комплексного метода оценки дозовых нагрузок включает в себя
различные методики и методы, которые разбиты на два основных направления:
расчетные методики и физические исследования.
Расчетными методами осуществляется восстановление радиационной обстановки
в конкретном населенном пункте и расчет дозовых нагрузок на население по
имеющейся информации о параметрах взрывов, метеорологической обстановке на
момент проведения взрыва, измеренной мощности экспозиционной дозы в конкретном
населенном пункте после проведения взрыва.
Восстановление радиационной обстановки в населенном пункте также может
быть достигнуто проведением физических исследований. Эти исследования позволят
уточнить многие расчетные параметры, а также оценить вклад в дозовую нагрузку на
население трансурановых и группы редкоземельных элементов, что практически
невозможно сделать расчетным методом.
Физические исследования состоят из полевых работ и лабораторных
исследований. Полевые работы включают в себя: отбор проб почвы, замеры на
местности мощности экспозиционной дозы, определение координат населенного
пункта (место отбора) для дальнейшего нанесения точек пробоотбора на карты.
Лабораторные исследования основываются на инструментальных методах определения
активности исследуемых препаратов, а так же определения дозовых характеристик, и
включают в себя следующие методы физических измерений:
- ситовой метод для определения размера радиоактивных частиц с целью
выявления биологически значимой фракции;
- методы гамма-, альфа- и масс-спектрометрии для определения радионуклидного
состава частиц;
- метод спектрометрии человека (счетчик излучения человека) для измерения
содержания радиоактивных изотопов в организме человека;
- метод термолюминесцентной дозиметрии для восстановления доз на местности;
- метод электронного парамагнитного резонанса для определения поглощенной
дозы в организме человека.
Литература
Ivannikov A.I., Zhumadilov Zh., Gusev B., Miyazawa Ch., Jiao L., Skvortsov V.G., Stepanenko V.F.,
Takada J., Hoshi M. The feasibility of the individual dose reconstruction by ESR spectroscopy of
tooth enamel among residents living around the Semipalatinsk nuclear test site. Hiroshima
University, Japan, 2001.1.
2. Hoshi M. Radiation dosimetry and its effects for the residents near Semipalatinsk nuclear test site.
The 3-rd International Conference “Ecology, radiation, health”. Semipalatinsk, 2002. p.32.
3. Simon S.L., Gordeev K., Bouville A., Luckyanov N., Land C., Abylkassimova Z., Weinstock R.,
Anspaugh L.R., Beck H.L. Estimates of radiation doses to members of a cohort residing in villages
near the Semipalatinsk nuclear test site. National Cancer Institute, Bethesda, MD, USA, 1998.
4. Stephan G., Pressl S., Koshpessova G., Gusev B. Analysis of FISH-painted chromosomes in
individuals living near the Semipalatinsk nuclear test site. Radiation Research 155, 796-800 (2001).
5. Takada J. External doses in residential areas around Semipalatinsk nuclear test site. The 3-rd
International Conference “Ecology, radiation, health”. Semipalatinsk, 2002. p.37.
6. Takada J., Hoshi M., Nagatomo T., Yamamoto M., Endo S., Takatsuji T., Yoshikawa I., Gusev B.,
Sakerbaev A., Tchaiyunusova N. Radiation exposure on residents near Semipalatinsk nuclear test
site. Submitted to JRR, August 3, 1999.
7. Гордеев К.И., Кеирим-Маркус И.Б., Гринев М.П., Степанов Ю.С., Титов А.В., Криминский
А.А. Ведомость вероятных эффективных доз облучения жителей населенных пунктов
бывшей Казахской ССР, подвергшихся воздействию радиационно-значимых ядерных взрывов,
осуществленных на Семипалатинском полигоне.- М. ГНЦ РФ ИБФ, 1997. – 25 с.
8. Лоборев В.М., Шойхет Я.Н., Судаков В.В, Зеленов В.И., Габбасов М.Н. Дозы облучения
жителей городов Семипалатинск, Усть-Каменогорск, Курчатов и населенного пункта Чаган
от ядерных взрывов, проведенных на Семипалатинском испытательном полигоне. Вестник
научной программы «Семипалатинский полигон – Алтай». 1997, №1. С. 51-64.
9. Перечень населенных пунктов с указанием доз внешнего, внутреннего облучения и их суммы,
полученных населением за период с 1949 г по 1992 г в результате деятельности
Семипалатинского ядерного полигона. Материалы СЭС РК. КЭ-5/2/4-62.
10. Шойхет Я.Н., Киселев В.И., Лоборев В.М. Радиационное воздействие на население
Алтайского края ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне. - Барнаул, 1999. - 346 с.
1.