Реконструкция поглощенных доз внешнего гамма-облучения после аварии на ЧАЭС с применением методов люминесцентной дозиметрии и стохастического моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.01, кандидат биологических наук Колыженков, Тимофей Владимирович

• Колыженков, Тимофей Владимирович
• кандидат биологических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Колыженков, Тимофей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 .ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Значимость проблемы ретроспективной оценки доз облучения населения с использованием метода люминесцентной дозиметрии.

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 3РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1 Результаты получения первичных данных для инструментальной верификации расчетной модели реконструкции доз внешнего облучения населения на радиоактивно загрязненных территориях Брянской области вследствие аварии на ЧАЭС: разработка методологии ЛРД и ее применение

3.2 Назначение и область применения разработанной методики ЛРД.

3.3 Погрешности измерений.

3.4 Результаты разработки способов пробоотбора, вспомогательных устройств, материалов, методологии измерений.

3.5 Измерения оптико-стимулированной люминесценции (ОСЛ).

3.6 Измерения термостимулированной люминесценции (ТЛ).

3.7 Процедура калибровки встроенного в ридер источника.

3.8 Разработка методики и оценка величины фоновой дозы от природного излучения: полученные результаты.

3.9 Результаты разработки процедуры пересчета от накопленной дозы в кирпиче к величине накопленной дозы в референтной точке в воздухе в месте пробоотбора и к величине эффективной накопленной дозы в теле человека

3.10 Результаты применения метода ЛРД на территориях, Брянской области, загрязненных радионуклидами вследствие аварии на ЧАЭС.

3.11 Международное интерсличение данных ЛРД с использованием образцов, отобранных на территории, загрязненной радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС.

3.12 Результаты построения эмпирической зависимости для оценки накопленной дозы внешнего облучения на основе первичных радиоэкологических данных.

3.13 Результаты верификации модели для расчетов средних доз внешнего облучения с использованием данных ЛРД и эмпирической зависимости на основе первичных радиоэкологических данных.

3.14 Результаты оценки доз облучения всего тела и молочной железы у лиц, включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование в

Брянской области.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Реконструкция поглощенных доз внешнего гамма-облучения после аварии на ЧАЭС с применением методов люминесцентной дозиметрии и стохастического моделирования»

Актуальность исследования

Разработка и применение инструментальных методов ретроспективного определения накопленных поглощенных доз облучения всего тела и отдельных органов жителей территорий, загрязненных после аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС), являются актуальной научно-практической задачей в связи с тем, что существующие оценки накопленных доз являются, в основном, результатами весьма консервативных расчетов по математическим моделям и, соответственно, требуют инструментальной верификации.

Корректные оценки доз облучения населения необходимы для дозиметрической поддержки радиационно-эпидемиологических исследований, а также для обеспечения дозиметрической информацией при принятии решений медицинского и социально-экономического характера в рамках задач по социально-экономической и медицинской реабилитации населения, проживающего на загрязненных территориях.

В настоящее время все более широкое применение получают физические (ТЛ/ОСЛ) и биологические (ЭПР) инструментальные методы ретроспективной дозиметрии, применяемые для восстановления накопленных доз внешнего облучения в результате неконтролируемых радиационных воздействий на человека.

В данной работе в качестве таких методов разработаны и применены методы люминесцентной ретроспективной дозиметрии (ЛРД) термолюминесцентной (ТЛ) и оптико-стимулированной (ОСЛ) дозиметрии по кварцсодержащим объектам окружающей человека среды. Для этого использованы кварцевые включения в кирпичи строений, находящихся на загрязненных радионуклидами территориях. Фактически, кварцевые включения в кирпичах служат естественными накапливающими дозиметрами.

Полученные методами ТЛУОСЛ дозиметрии результаты измерений величин накопленных поглощенных доз внешнего облучения в кварцевых включениях использованы для верификации поглощенных доз, оцененных с помощью математических моделей. Далее, после проведенной верификации, результаты работы были использованы для расчетов индивидуальных доз облучения лиц, с установленными диагнозами "рак молочной железы", включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование по технологии "случай-контроль", проводимого на загрязненных территориях Брянской области.

Пересчет результатов дозиметрических измерений кварцевых включений в кирпичах к дозам облучения людей осуществлен с помощью соответствующих конверсионных коэффициентов, которые вычислены для реальных ситуаций, характеризующих основные факторы дозообразования при внешнем облучении человека, находящегося на радиоактивно загрязненной территории. Расчет этих конверсионных коэффициентов проведен с помощью метода стохастического моделирования (метод Монте-Карло) процессов прохождения ионизирующего излучения через вещество с учетом реальной геометрии облучения.

После проведения инструментальной верификации расчетной модели индивидуализация поглощенных доз внешнего облучения лиц, обследованных в рамках пилотного радиационно-эпидемиологического исследования, осуществлена с помощью индивидуальных дозиметрических опросников, а оценка неопределенностей индивидуальных доз проведена методом стохастического варьирования значений входящих в расчетную модель параметров в соответствии с эмпирически установленными статистическими распределениями величин этих параметров.

Цель исследования

Разработать и применить на территориях Брянской области, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС, высокочувствительные инструментальные методы реконструкции поглощенных доз внешнего гамма-облучения с использованием методик люминесцентной дозиметрии и стохастического моделирования с целью использования этих методов для верификации расчетных моделей оценки доз, а также для последующего применения результатов инструментальной верификации при расчетах индивидуальных доз, облучения лиц, с диагнозами "рак молочной железы", включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование по технологии "случай-контроль", проводимого на загрязненных территориях Брянской области.

Задачи исследования:

1. В экспедиционных условиях отработать методологию пробоотбора и собрать кварцсодержащие образцы кирпичей из стен зданий для последующего анализа; провести необходимое документирование мест отбора образцов и самих образцов; измерить мощности доз гамма-излучения в воздухе, собрать образцы почвы для последующих гамма-спектрометрических измерений. Провести сбор кварцсодержащих образцов из хорошо экранированных частей зданий для последующей оценки фоновых доз;

2. Разработать и реализовать технологию выделения и обработки кварцевых фрагментов в кирпичах зданий и соответствующих TJI/OCJI дозиметрических измерений естественных кварцевых включений с целью достижения чувствительности метода не ниже 20 мГр по величине накопленной дозы;

3. Разработать и реализовать методику оценки доз фонового излучения в кварцевых включениях за счет естественных радионуклидов и космического излучения;

4. Провести международное интерсличение разработанного метода ЛРД с использованием кварцсодержащих образцов, отобранных на загрязненных территориях Брянской области.

5. Провести верификацию расчетных доз внешнего облучения людей с использованием, данных метода ЛРД и величин конверсионных коэффициентов для перехода от поглощенных доз в кварцевых включениях к дозам облучения людей, рассчитанных с помощью метода стохастического моделирования.

6. По результатам инструментальной верификации методом ЛРД расчетных методов ретроспективной дозиметрии и с использованием данных индивидуальных дозиметрических опросников провести расчеты индивидуальных доз, облучения лиц, с диагнозами "рак молочной железы", включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование по технологии "случай-контроль", проводимого на загрязненных территориях Брянской области.

Научная новизна:

1. Впервые разработан комплекс методик ЛРД:

-разработана и реализована в полевых условиях на радиоактивно загрязненных территориях Брянской области методика пробоотбора кварцсодержащих образцов;

-разработана методика подготовки и измерений отобранных образцов методами ЛРД (ТЛ/ОСЛ) для определения накопленных поглощенных доз (с разделением на фоновую дозу и дозу, обусловленную аварийным облучением на территории Брянской области) в кварцевых включениях с чувствительностью по величине накопленной поглощенной дозы внешнего гамма-излучения не ниже 20 мГр.

2. Впервые проведено успешное международное интерсличение разработанного метода ЛРД с использованием кварцсодержащих образцов, отобранных на загрязненных территориях Брянской области.

3. Впервые проведена верификация расчетных доз внешнего облучения людей с использованием, данных метода ЛРД и величин конверсионных коэффициентов для перехода от поглощенных доз в кварцевых включениях к дозам облучения людей, рассчитанных с помощью метода стохастического моделирования.

Практическая значимость:

1. По результатам инструментальной верификации методом ЛРД расчетных методов ретроспективной дозиметрии и с использованием данных индивидуальных дозиметрических опросников выполнены расчеты индивидуальных доз облучения лиц, с диагнозами "рак молочной железы", включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование по технологии "случай-контроль", проводимого на загрязненных территориях Брянской области.

2. Разработанный комплекс методик ЛРД может быть использован при оценке последствий облучения людей в случае экстремальных обстоятельств, вызванных потенциально возможными крупномасштабными радиационными авариями.

Основные положения, выносимые на защиту:

-Разработанная методика отбора кварцсодержащих образцов, подготовки и последующих измерений собранных образцов с применением ТЛ/ОСЛ стимуляции люминесцентного излучения для определения накопленных поглощенных доз внешнего облучения (с разделением на фоновую дозу и дозу, обусловленную аварийным облучением) обеспечивает возможность оценки накопленных доз с чувствительностью по величине накопленной поглощенной дозы внешнего гамма-излучения не ниже 20 мГр даже через 20 лет после аварии на ЧАЭС. Это позволяет применять данную методику и в иных потенциально возможных радиационных инцидентах.

-Успешное международное интерсличение разработанного метода ЛРД с использованием кварцсодержащих образцов, отобранных на загрязненных территориях Брянской области и верификация расчетных доз внешнего облучения жителей загрязненных территорий с использованием данных метода ЛРД и конверсионных коэффициентов, рассчитанных с помощью метода стохастического моделирования, а также проведенное сравнение данных ретроспективной дозиметрии с использованием метода ЛРД и расчетных методов, показало валидность метода ЛРД для его применения для целей ретроспективной дозиметрии.

Связь с основными научными направлениями работы ГУ-МРНЦ РАМН

Диссертационная работа выполнялась в рамках следующей тематики НИР ГУ-МРНЦ РАМН: "Обоснование и разработка инструментальных методов реконструкции накопленных доз облучения организма жителей РФ, подвергшихся радиационному воздействию" (№ государственной регистрации: 01.9.90 002855, 1999-2003 г.), а также в рамках государственного контракта ГУ-МРНЦ РАМН "Обоснование, разработка и апробация методов реконструкции индивидуальных накопленных доз облучения молочной железы для случаев рака молочной железы на территориях Брянской области, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС" (№ гос. регистрации 0120.0 407145, 2007 г.)

Тема диссертации утверждена Ученым Советом ГУ-МРНТТ РАМН 18 августа 2001 г., протокол № 12.

Апробация работы

Апробация диссертации состоялась 3 сентября 2008г. (протокол № 228) на научной конференции экспериментального радиологического сектора ГУ — Медицинский Радиологический Научный Центр РАМН.

Публикации результатов исследования

Материалы диссертационной работы отражены в десяти опубликованных работах, в том числе в семи журналах, рецензируемых ВАК МОиН РФ.

Заключение диссертации по теме «Радиобиология», Колыженков, Тимофей Владимирович

ВЫВОДЫ

1. Полученные в ходе работы результаты, с учетом успешно проведенного международного интерсличения, позволяют заключить, что разработанная и примененная методика ЛРД с использованием природных кварцевых включений в кирпичи строений, позволяет оценить накопленные дозы внешнего облучения даже через 15-20 лет после радиационного воздействия при чувствительности метода не ниже 20 мГр по величине накопленной дозы. Этот факт является обнадеживающим для применения данного метода в иных потенциально возможных радиационных авариях.

2. Использование инструментального метода ЛРД для верификации расчетных доз внешнего облучения жителей территории, загрязненной в результате аварии на ЧАЭС, показало валидность применяемой расчетной методики.

3. После успешного проведения международного интерсличения метода ЛРД и верификации расчетных доз были проведены расчетные оценки индивидуальных накопленных поглощенных доз и их погрешностей для 39 лиц с диагнозами "рак молочной железы", включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование и проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области.

4. Анализ полученных данных показал, что величины индивидуальных суммарных накопленных доз облучения всего тела и молочной железы распределены крайне неравномерно между обследованными пациентами: минимальная доза облучения всего тела составляет 0,5 мЗв, максимальная — 230 мЗв, а минимальные и максимальные дозы облучения доза молочной железы составляют 0,55 мГр и 250 мГр, соответственно. Важным обстоятельством является то, что, судя по оценкам неопределенностей индивидуальных доз, эти различия достоверны. При этом средняя доза и медианная доза для всего тела равны 33 мЗв и 8,7 мЗв, соответственно, а средняя и медианная дозы для молочной железы равны 35 мГр и 9,6 мГр, соответственно. Большое различие между величинами средних и медианных доз указывает на то, что статистическое распределение индивидуальных доз имеет длинный "хвост" в области больших величин, которые многократно (в 5-10 раз) превышают средние и медианные значения, что указывает на наличие групп населения с повышенным радиационным воздействием при достаточно малых величинах средних и медианных доз.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Колыженков, Тимофей Владимирович, 2008 год

1. International Commission on Radiation Units and Measurements. Retrospective assessment of exposures to ionizing radiation. ICRU Report 68. International Commission on Radiation Units and Measurements, Bethesda, USA, 2002.

2. McKeever S.W.S.Cambridge. Thermoluminescence of solids. Cambridge University Press, 1985.

3. I.K.Bailiff. Retrospective dosimetry with ceramics, 1997.

4. L. Boetter-Jensen. Luminescence techniques: instrumentation and methods, 1997.

5. I.K. Bailiff, V.F. Stepanenko. Retrospective dosimetry and dose reconstruction. International scientific collaboration on the consequences of the Chernobyl accident (1991-1995). EUR 16540 en, ECSC-EC-EAEC, Brussels-Luxembourg, 1996. P. 115.

6. Higashimura Т., Ichikawa Y., Sidei T. Dosimetry of atomic bomb radiation in Hiroshima by thermoluminescenece of roof tiles. Science. 1963. - N. 139. - P. 1284-1285.

7. Haskell E.H. Radiation Effects Research Foundation, 1983. P. 32-44.

8. Akselrod M.S., Kortov V.S., Kravetsky D.J., Gotlib V.I. Highly sensitive thermoluminescent anion defect a-A1203: single crystal detector // Radiat. Prot. Dosim, 1990. N 32, - P. 15-20.

9. Итоговый отчет по Государственному контракту (договору) № 6/6.2.2.СБР от 19 апреля 2004 г. Номер работы в ЕТП НИОКР МЧС России -6.2.2., г. Обнинск. ГУ-МРНЦ РАМН, 2005.

10. Данные по радиоактивному загрязнению населенных пунктов РСФСР цезием-137 и стронцием-90 (на март 1990 г.). Обнинск, Госкомгидромет СССР, 1990.

11. Briemeister, J.F., 1997. MCNP-a general Monte-Carlo n-particle transport code. Version 4B, la-12625-m, Los Alamos.

12. Cristy, M., Eckerman, F., 1997. Specific absorbedfraction of energy at various ages from internal photon sources // Appendix A. Description of the mathematical phantom. ORNL/TM-8381/VI, Oak Ridge.13. htpp://www.flymicro/com/records/recordcalc2.cfm.

13. Aitken M.J. An introduction to optical dating. Oxford University Press, Oxford, 1998.

14. Boetter-Jensen L., Solongo S., Murray A.S. et al. Using the OSL single-aliquot regenerative-dose protocol with quartz extracted from building materials in retrospective dosimetry. Radiation Measurements, 2000. N. 32. - P. 841-845.

15. Израэль Ю.А. (ред.) Чернобыль: радиоактивное загрязнение природных сред. Ленинград. Гидрометеоиздат, 1990. С. 296.

16. Медицинские последствия Чернобыльской аварии. Программа "АЙФЕКА". Доклад ВОЗ (под ред. Г.Н. Сушкевича, А.Ф. Цыба). Раздел "Дозиметрия" (В.Ф. Степаненко в коллективе авторов). ВОЗ. Женева, 1996,- С. 559.

17. Radition dose reconstruction for epidemiological uses. Library of Congress Cataloging-in-Publication Data. National Academy of Sciences. USA, 1995. P.138.

18. Nations; United Nations sales publication E.OO:IX.3 and E.00.IX.4. United Nations, 2000.

19. Voilleque P.G., Gessell T.F. Evaluation of environmental radiation exposure from nuclear testing in Nevada: A symposium // Health Physics, V. 59.

20. D. B. Shipler, B. A. Napier, W. T. Farris, and M. D. Freshley. Hanford Environmental dose reconstruction project an overview // Health Physics, 1996. -V. 71, N4. P. 532-544.

21. Moysich K.B., Menezes R.J., Michalek A.M. Chernobyl related ionizing radiation exposure and cancer risk: an epidemiological review // Lancet Ocol., 2002. -N.3.-P. 269-279.

22. Prisyazhniuk A., Pjatak O.A., Buzanov V.A., Reeves G.K., Beral V. Cancer in the Ukraine, post-Chernobyl II Lancet, 1991. -N. 338. P. 1334-1335.

23. Степаненко В.Ф., Деденков A.H., Яськова E.K. Автоматизированная система дозиметрического сопровождения в ядерной медицине // В кн. "Применение математических методов и ЭВМ в медико-биологических исследованиях М., 1985. С. 308-310.

24. Колобашкин В.М., Рубцов П.М., Ружанский П.А., Сидоренко В.Д. Справочник. Радиационные характеристики облученного ядерного топлива. М., Энергоатомиздат, 1983. С. 265.

25. Loevinger R., Berman М. A Schema for Absorbed-Dose Calculations for Biologically -Distributed Radionuclides // MIRD Pamphlet №1, J. Of Nuclear Medicine, 1968. Suppl.№ 1. P. 7-14.

26. ICRP. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides.//ICRP Publication № 56, Part 1, Oxford, Pergamon Press, 1990.

27. Румшиский J1.3. Математическая обработка результатов эксперимента //Наука, М., 1971.-С. 191.

28. Stepanenko V.F. with coauthors. Assessment of doses to the public from injected radionuclides. IAEA Safety Series No 14 IAEA. Vienna, 1999. C. 87.

29. Цыб А.Ф., Деденков А.Н., Иванов В .К., Степаненко В.Ф. и др. Разработка всесоюзного регистра лиц, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС // Медицинская радиология, 1989. -N. 11. С. 3-8.

30. Степаненко В.Ф. Текущие и потенциальные медицинские и радиоэкологические последствия Чернобыльской аварии. Справка для экспертов миссии ООН. Нью-Йорк: ООН, 2002. С. 68.

31. Direct methods for measuring radionuclides in the human body. Safety Series No 114 (Stepanenko V. et al.). IAEA, Vienna, 1996. P. 110.

32. Assessment of doses to the public from ingested radionuclides. Safety Reports Series No 14 (Stepanenko V.F. et al.). IAEA, Vienna. P.87.

33. Степаненко В.Ф. в коллективе соавторов. "Радиация и патология". Учебное издание (под общей редакцией А.Ф. Цыба). Москва, Высшая школа, 2005.-С. 341.

34. Итоговый отчет по Государственному контракту (договору) N 6/6.2.2 СБР от 19 апреля 2004 г. Номер работы в ЕТП НИОКР МЧС России;- 6.2.2., г. Обнинск. ГУ МРНЦРАМН, 2005 г., С. 128

35. Израеэль Ю.А., Стукин Е.Д. Гамма-излучение радиоактивных выпадений. Атомиздат. Москва, 1967. С. 224.

36. Layton, D. К. Metabolically consistent breathing rates for use in dose assessments // Health Physics, 1993. V. 64, N 1. - P. 23-36.