Загрязнение радионуклидами территории Республики Дагестан и оценка доз облучения населения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.01, кандидат биологических наук Кадиев, Алипхан Юсупович

• Кадиев, Алипхан Юсупович
• кандидат биологических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Кадиев, Алипхан Юсупович

Введение.

Глава 1 Обзор литературы.

Глава 2 Материалы и методы исследования.

2.1 Описание подхода к расчетам эффективных доз внешнего и внутреннего облучения.

2.2 Описание методик отбора, подготовки проб почвы и продуктов питания для измерений активности радионуклидов.

2.3 Инструментальный метод люминесцентной ретроспективной дозиметрии для верификации модели, применяемой при расчетах доз: материалы и оборудование.

2.4 Методы статистической обработки и анализа данных.

Глава 3 Результаты исследования.

3.1 Результаты верификации модели применяемой при расчетах доз облучения населения, с использованием данных инструментальной ретроспективной дозиметрии.

3.2 Получение исходных радиоэкологических данных на территории Республики Дагестан.

3.3.Результаты измерений.

3.4 Результаты расчетов доз.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Загрязнение радионуклидами территории Республики Дагестан и оценка доз облучения населения»

Актуальность проблемы

Как известно, вследствие аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивные выпадения имели место на обширных территориях Северного полушария Земли [1-4, 19, 38, 47]. В России наибольшие уровни радиоактивного загрязнения имели место на территориях Брянской, Тульской, Орловской и Калужской областей [1]. Различной степени интенсивности радиоактивные выпадения имели место и в других Российских регионах, включая Республику Дагестан [38].

В целом, уровни радиоактивного загрязнения Республики Дагестан значительно меньше, чем в наиболее загрязненных регионах России. Вместе с тем, практически отсутствуют опубликованные данные по уровням радиоактивного загрязнения Республики, которые основаны на данных инструментальных измерений, а не только на данных математического моделирования переноса радиоактивных веществ в атмосфере после аварии на ЧАЭС [3]. Республика Дагестан характеризуется чрезвычайным разнообразием географических условий, которые могут влиять на условия осаждения радиоактивных веществ из атмосферы - равнинные территории соседствуют с предгорными и горными зонами. Наряду с этим имеется большое разнообразие типов почв, влияющих на уровни перехода радиоактивных веществ в пищевые цепочки человека.

Уточнение, детализация и анализ реальной картины радиоактивных выпадений в Республике Дагестан с использованием результатов зональных ежегодных инструментальных измерений после аварии на ЧАЭС (равно как и в доаварийный период) и основанные на этом оценки доз облучения населения весьма актуальны по следующим основаниям:

1. Сравнительный анализ условий дозообразования для различных зон (равнина, предгорье, горы) может дать ценный материал для понимания особенностей дозообразования в случаях потенциальных аварий на радиационно опасных объектах, расположенных в разных географических регионах России.

2. Объективные данные, основанные на результатах прямых измерений, позволят оценить реальную радиологическую ситуацию в регионе (по сравнению с доаварийным периодом), дать оценки годовых и накопленных доз облучения населения , что имеет большую социальную значимость.

Для расчетов доз были использованы (с учетом местных условий) разработанные ранее методы реконструкции доз облучения населения после аварии наЧАЭС [8,11, 16-19, 24, 25, 44, 46, 48].

Цель диссертационной работы

Оценить годовые и накопленные эффективные дозы облучения всего тела населения Республики Дагестан на основе данных измерений радиоактивного загрязнения почвы, мощности дозы в воздухе и информации о типах почв и рационах питания в различных регионах Республики.

Задачи работы

1. Рассчитать годовые и накопленные эффективные дозы внутреннего и внешнего облучения населения в различных географических зонах с учетом местных рационов питания и типов почв по результатам зональных ежегодных инструментальных измерений после аварии на

137

ЧАЭС мощности дозы в воздухе и плотности загрязнения почвы Cs в Республике Дагестан.

2. Провести инструментальную верификацию расчетных методов оценки доз внешнего облучения всего всего тела с применением данных физических методов ретроспективной дозиметрии (люминесцентная дозиметрия по кварцевым включениям в объекты окружающей среды и ЭПР дозиметрия по эмали зубов) и доз внутреннего облучения с применением данных прямых измерений активности 137Cs во всем теле. .

Научная новизна работы

1. Впервые для населения различных географических зон Республики Дагестан даны оценки эффективных годовых и накопленных доз внешнего и внутреннего облучения с указанием соответствующих погрешностей. Максимальная эффективная доза внутреннего и внешнего облучения всего тела, накопленная за период от 1986 г. до 1993 г., не превышает 3 мЗв. Динамика накопления дозы к 1993 г. существенно замедляется.

2. Впервые установлено, что дозы облучения населения предгорья и гор Республики Дагестан превышают дозы облучения равнин, что связано, с одной стороны, различиями в уровнях радиоактивного загрязнения этих зон (обусловленных, по-видимому, разнообразием условий атмосферного переноса радиоактивных веществ), а с другой стороны - разными типами почв, определяющих величины коэффициентов перехода радиоактивных веществ из почвы в продукты питания.

3. Новыми являются данные инструментальной верификации расчетных методов оценки доз облучения всего тела; для этого применены физические методы ретроспективной дозиметрии (люминесцентная дозиметрия по кварцевым включениям в объекты окружающей среды и ЭПР дозиметрия по

I о *7 эмали зубов, измиерения активности Cs во всем теле).

Практическая значимость работы

1. Полученные данные по различиям доз облучения населения в разных географических зонах (равнина, предгорье, горы) могут быть использованы для построения моделей радиационных сценариев в случаях потенциально возможных аварий на радиационно опасных объектах, расположенных в различающихся по географическим условиям регионах России.

2. Расчеты доз облучения населения, основанные на результатах прямых измерений плотности загрязнения почвы Cs и мощности дозы в воздухе, позволили определить реальную радиологическую ситуацию в регионе, что имеет большую социальную значимость.

Основные положения, выносимые на защиту

1. В результате проведенных оценок эффективных годовых и накопленных доз внешнего и внутреннего облучения населения различных географических зон Республики Дагестан установлено, что максимальная эффективная доза внутреннего и внешнего облучения всего тела, накопленная за период от 1986 г. до 1993г., не превышает 3 мЗв. Динамика накопления дозы к 1993г. существенно замедляется.

2. Установлено, что дозы облучения населения предгорья и гор Республики Дагестан превышают дозы облучения равнин, что связано, с одной стороны различиями в уровнях радиоактивного загрязнения этих зон (обусловленных, по-видимому, разными условиями атмосферного переноса радиоактивных веществ), а с другой стороны - разнообразием типов почв, определяющих величины коэффициентов перехода радиоактивных веществ из почвы в продукты питания.

3. Верификация расчетного метода ретроспективной оценки доз облучения населения успешно осуществлена путем сравнения расчетных данных с результатами ретроспективной оценки доз методом люминесцентной ретроспективной дозиметрии, данными ЭПР-дозиметрии по эмали зубов и

1 о 7 результатами измерений активности Cs во всем теле.

Связь с научно-исследовательской работой МРНЦ РАМН

Работа выполнялась в рамках тематики НИР МРНЦ РАМН: "Обоснование и разработка метода реконструкции суммарных накопленных доз облучения всего тела жителей регионов РФ, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС" (1995 - 1998 гг., N государственной регистрации 01.9.60 00674) и НИР РАМН "Разработка комплекса новых высокотехнологичных методов физической дозиметрии для задач обеспечения радиационной безопасности пациентов, медицинского персонала и населения" (2008 - 2011 гг., N государственной регистрации 0120.0 804972).

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на IV Международной конференции "Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов" 23-26 сентября 2001 г, - Владикавказ, 2001., на международной конференции "Научное обеспечение программы совместной деятельности по преодолению последствий Чернобыльской катастрофы в рамках Союзного государства на 2002-2205 годы", Минск, 2004г., на региональной конференции "Наследие Чернобыля. 20 лет спустя", Калуга, 2006г., а также на международных научных конференциях в Нагасаки (Университет Нагасаки, 2008 г.) и Хиросиме (Хиросимский Университет, 2008 г.), Япония.

Апробация диссертации состоялась 30 ноября 2009 г. (протокол № 250) на научной конференции радиологического экспериментального сектора Учреждения Российской академии медицинских наук Медицинский радиологический научный центр.

Реализация результатов работы

Результаты проведенных исследований внедрены в практику МРНЦ РАМН - в виде базы данных, содержащей информацию об уровнях плотности загрязнения почвы Республики Дагестан, мощности дозы в воздухе и величин доз облучения населения Республики в результате аварии на ЧАЭС. Результаты работы опубликованы в семи научных работах, в том числе одна статья опубликована в журнале, включенном в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов ВАК МО и Н РФ.

Заключение диссертации по теме «Радиобиология», Кадиев, Алипхан Юсупович

Выводы

1. Даны оценки эффективных годовых и накопленных доз внешнего и внутреннего облучения всего тела для населения разных географических зон Республики Дагестан, в зависимости от различных источников продуктов питания. Максимальная эффективная доза внутреннего и внешнего облучения всего тела населения Республики, накопленная за период от 1986 г. до 1993 года, не превышает 3 мЗв. Динамика накопления дозы к 1993 году существенно замедляется.

2.Дозы облучения населения гор превышают дозы облучения равнин, что связано, с одной стороны различиями в уровнях радиоактивного загрязнения этих зон (обусловленных, по-видимому, различиями в условиях атмосферного переноса радиоактивных веществ), а с другой стороны - разными типами почв, определяющих величины коэффициентов перехода радиоактивных веществ из почвы в продукты питания.

3 .Инструментальная верификация расчетных методов оценки доз облучения всего тела с использованием данных физических методов ретроспективной дозиметрии (люминесцентная дозиметрия по кварцевым включениям в объекты окружающей среды и ЭПР дозиметрия по эмали зубов) показала применимость расчетной модели оценки доз облучения всего тела населения для условий радиоактивного загрязнения вследствие аварии на ЧАЭС.

Заключение

Последствием аварии на Чернобыльской АЭС стало широкомасштабное загрязнение территорий РФ, Украины, Белоруссии и ряда других стран. Пятна наибольшего радиоактивного загрязнения образовались на территориях Брянской, Тульской, Орловской и Калужской областей. Различной степени интенсивности радиоактивные выпадения имели место и в других российских регионах, включая Республику Дагестан. Уровни радиоактивного загрязнения Республики Дагестан значительно меньше, чем в наиболее загрязненных регионах России.

Республика Дагестан характеризуется чрезвычайным разнообразием географических условий, которые могут влиять на условия осаждения радиоактивных веществ из атмосферы - равнинные территории соседствуют с предгорными и горными зонами. Наряду с этим имеется большое разнообразие типов почв, влияющих на уровни перехода радиоактивных веществ в пищевые цепочки человека.

Уточнение, детализация и анализ реальной картины радиоактивных выпадений в Республике Дагестан с использованием результатов зональных ежегодных инструментальных измерений после аварии на ЧАЭС и основанные на этом оценки доз облучения населения весьма актуальны по следующим основаниям:

1. Сравнительный анализ условий дозообразования для различных зон (равнина, предгорье, горы) может дать ценный материал для понимания особенностей дозообразования в случаях потенциальных радиационных аварий на радиационно-опасных объектах, расположенных в различных географических регионах России.

2. Результаты измерений плотности радиоактивного загрязнения почвы, мощности дозы в воздухе, и рассчитанные на этой основе годовые и накопленные эффективные дозы облучения всего тела населения обеспечивают базис для оценки реальной радиологической ситуации в регионе, что имеет большую социальную значимость.

В цели и задачи настоящего исследования входил расчет годовых и накопленных доз внешнего и внутреннего облучения всего тела населения Республики на основе данных радиоактивного загрязнения почвы, данных измерений мощности дозы в воздухе и информации о типах почв в различных регионах Республики, верификация применямых расчетных методов оценки доз. Для достижения сформулированных целей и решения поставленных задач было выполнено следующее.

Для верификации модели, применяемой при расчетах доз, был использован метод люминесцентной ретроспективной дозиметрии по кварцевым включениям в кирпичи строений, находящихся на загрязненных территориях. Учитывая, что чувствительность инструментальных методов ограничена пределом 20 мГр по величине накопленной дозы, то верификация модели проводилась на загрязненных территориях Брянской области. Для этих же территорий была проведена расчетная оценка накопленных индивидуальных доз внешнего облучения. Было обследовано 42 взрослых жителей д. Заборье, (Красногорский район) проживавших в этом населенном пункте с 26 апреля 1986г. Дополнительно были использованы данные, полученные методом электронно-парамагнитной резонансной (ЭПР) индивидуальной ретроспективной дозиметрии по эмали зубов человека.

Было проведено индивидуальное дозиметрическое расследование с целью сравнения результатов ретроспективных расчетов индивидуальных доз с данными инструментальной ретроспективной дозиметрии (люминесцентная дозиметрия по кварцевым включением в кирпичи строений и ЭПР дозиметрия по эмали зубов). Полученная методом ЛРД оценка средней накопленной поглощенной во всем теле взрослых жителей деревни Заборье равна 120 мЗв с погрешностью 20 мЗв (стандартное среднеарифметическое отклонение).

По полученным данным на основе индивидуальных опросников расчетная оценка накопленной средней дозы внешнего облучения для выборки из 42 обследованных жителей с учетом реальной информации об их миграции и передвижениях составляет 112 мЗв (минимальная накопленная доза внешнего облучения равна 30 мЗв, а максимальная - 156 мЗв). Несколько меньшее значение расчетной дозы (112 мЗв) по сравнению с оценкой дозы, основанной на ЛРД измерениях (120 мЗв), можно объяснить более детальным учетом индивидуальных частоты и длительности отъездов обследованных жителей из загрязненной территории, что было осуществлено с помощью индивидуальных опросников.

Установлено, что полученная расчетным путем минимальная индивидуальная накопленная поглощенная доза внутреннего облучения равна 6 мЗв, а максимальная 361 мЗв. Средняя накопленная доза внутреннего облучения 42 обследованных лиц, полученная расчетным путем, составляет 97 мЗв.

Установлено, что суммарная индивидуальная накопленная доза (сумма доз внешнего и внутреннего облучения всего тела) находятся в пределах 50 -490 мЗв. Средняя суммарная накопленная доза внутреннего облучения 42 обследованных лиц составляет 200 мЗв.

Погрешности оценок индивидуальных накопленных доз (геометрические стандартные отклонения) оценивали методом Монте-Карло путем варьирования исходных параметров расчетной модели. Использовали эмпирические характеристики вариабельности этих параметров. Для каждой индивидуальной дозы было проведено 1000 расчетов со случайно распределенными исходными параметрами. Интервал значений GSD для всех обследованных составляет 1,4 — 1,8.

Установлено хорошее согласовании расчетных величин индивидуальных доз с индивидуальными дозами, определенными методом ЭПР дозиметрии: дозы, оцененные с помощью ЭПР метода, в пределах среднеквадратичной погрешности, равной 35 мГр, согласуются с расчетными индивидуализированными дозами.

Таким образом, получены результаты, подтверждающие надежность применяемой методологии реконструкции накопленной дозы внешнего и внутреннего облучения расчетным методом для населения территорий, загрязненных радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС.

Создана база данных, включающая в себя радиоэкологическую информацию по данным ежегодных инструментальных измерений после загрязнения почвы I37Cs Республики Дагестан, данные измерений мощности дозы в воздухе и информацию о рационах питания населения и типах почв.

Расчеты эффективных доз внешнего облучения всего тела населения Республики Дагестан проводились с учетом данных о динамике изменения мощности дозы со временем после аварии. Оценены величины годовых и накопленных эффективных доз внешнего и внутреннего облучения всего тела населения Республики Дагестан в зависимости от времени, прошедшего после аварии на ЧАЭС, географических зон и источников потребляемых продуктов питания.

Максимальная средняя эффективная доза внутреннего и внешнего облучения всего тела, накопленная за период до 1993 года, не превышает 3 мЗв (горы, продукты питания частного производства). Динамика накопления дозы к 1993 году существенно замедляется. Дозы облучения населения предгорья и гор превышают дозы облучения равнин, что связано, с одной стороны различиями в уровнях радиоактивного загрязнения этих зон (обусловленных, по-видимому, различиями в условиях атмосферного переноса радиоактивных веществ), а с другой стороны — различиями в типах почв, определяющих величины коэффициентов перехода радиоактивных веществ из почвы в продукты питания.

Таким образом, верифицированная модель расчета эффективной дозы позволила выявить различия в дозообразовании для различных зон (равнина, предгорье, горы) и получить объективные данные по оценкам доз облучения населения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Кадиев, Алипхан Юсупович, 2010 год

1. Данные по радиоактивному загрязнению населенных пунктов РСФСР ,37Cs и (на март 1990 г.). - Обнинск: Госкомгидромет СССР, 1990. - 230 с.

2. Иванов В.К., Цыб А.Ф. Медицинские радиологические последствия Чернобыля для населения России: оценка радиационных рисков. — М.: Медицина, 2002. 392 с.

3. Израэль Ю.А. Чернобыль: радиоактивное загрязнение природных сред. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 296 с.

4. Лушников Е.Ф., Цыб А.Ф., Ямасита С. Рак щитовидной железы в России после Чернобыля. М.: Медицина, 2006. - 127 с.

5. Медицинские аспекты аварии на Чернобыльской атомной электростанции. Киев: Здоров'я, 1988. - 376 с.

6. Медицинские последствия Чернобыльской аварии. Программа "АЙФЕКА": Доклад ВОЗ. / Под ред. Г.Н. Сушкевича, А.Ф. Цыба. -Женева: ВОЗ, 1996.-559 с.

7. Голиков В.Ю., Шутов В.Н., Савкин М.Н., Питкевич В.А., Степаненко В.Ф., Вакуловский С.М., Перминова Г.С. М.: МЗ РФ, 1996.

8. Орлов М.Ю., Степаненко В.Ф., Хоши М., Такада Дж. Оценка дозы естественного излучения при ретроспективной люминесцентной дозиметрии // Атомная Энергия. 2003. - Т. 94, № 5. - С. 413-415.

9. Орлов М.Ю., Степаненко В.Ф. Расчет характеристик внешнего1 "XIоблучения человека при загрязнении почвы Cs // Атомная Энергия. 2007. - Т. 104, №. 2. - С. 111-115.

10. Паршков Е.М. Патогенез рациационно-индуцированного рака щитовидной железы у детей, пострадавших вследствие аварии на Чернобыльской АЭС // Международный журнал радиационной медицины. 1999. - № 3/4. - С. 67-75.

11. Румшиский JI. 3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971. 191 с.

12. Справочник по радиационной обстановке и дозам облучения в 1991 населения районов Российской Федерации, подвергшихся радиоактивному загрязнению от аварии на Чернобыльской АЭС / Под ред. М.И. Балонова. СПб.: «Ариадна» - «Аркадия», 1993. -147 с.

13. Степаненко В.Ф. Ретроспективная дозиметрия. Индивидуальное дозиметрическое расследование в задачах ретроспективной оценки индивидуальных доз // Радиация и патология: учебное издание / Под ред. А.Ф. Цыба. М.: Высшая школа, 2005. - С. 106-125.

14. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides / ICRP Publication 56. Oxford: Pergamon Press., 1990. -Pt 1.

15. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides: inhalation dose coefficients / ICRP Publication 71. -Oxford: Pergamon Press., 1995. Pt 4.

16. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides / ICRP Publication 72 // Annals of ICRP. 1996. - Vol. 26. -Issue 1. - Pt. 5.

17. Akselrod M.S., Kortov V.S., Kravetsky D.J., Gotlib V.I. Highly sensitive thermoluminescent anion defect а-А120з: single crystal detector // Radiation Protection Dosimetry. 1990. - Vol. 32. - P. 15-20.

18. Bailiff I.K., Stepanenko V.F. Retrospective dosimetry and dose reconstruction. International scientific collaboration on the consequences of the Chernobyl accident (1991-1995). ECP10. Brussels ; Luxembourg: European Community, 1996. - 115 p.

19. Bailiff I.K., Stepanenko V. F., Goeksu H.Y., et al. Comparison of retrospective luminescence dosimetry with computational modeling in two highly contaminated settlements downwind of the Chernobyl NPP // Health Physics. 2004. - Vol. 86, № 1. - P. 25-41.

20. Bailiff I.K., Stepanenko V. F., Goksu H.Y., et al. Retrospective luminescence dosimetry: development of approaches to application inpopulated areas downwind of the Chernobyl NPP // Health Physics . -2005. Vol. 89, № 3. - P. 233-246.

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

22. Cristy M., Eckerman F. Description of the mathematical phantom // Specific absorbedfraction of energy at various ages from internal photon sources. Oak Ridge, 1997. - Appendix A.

23. Crystal Ball 2000. Decisioneering, Inc. USA CO, Denver 80202.

24. Dose reconstruction / Project Protocol IPHECA. Geneva: WHO, 1996.-34 p.

25. Goeksu H.Y., Degteva M.O., Bougrov N.G. et al. First international intercomparison of luminescence techniques using samples from the Techa river vallery // Health Physics. 2002. - Vol.82, №1. - P. 94-101.

26. International Basic Safety Standards for protection against ionizing radiation and for the safety of radiation sources / Safety Series № 115. — Vienna: IAEA, 1996. 156 p.

27. Ivanov V., Gorski A., Maksyutov M. et al. Thyroid cancer incidence among adolescents and adults in Bryansk region of Russia following Chernobyl accident // Health Physics. 2003. - Vol. 84, № 1. - p. 46-60.

28. Izrael Yu. A. . The Atlas of Caesium-137 contamination of Europe after the Chernobyl accident. In : "The radiological consequences of the

29. Chernobyl accident". Eds: A. Karaoglou, G. Desmet, G.N. Kelly, H.G. Menzel. EUR 16544 EN, ECSC-EC-EAEC, Brussels-Luxemburg., 1996, p. 1-10)

30. Loevinger R., Berman M. A schema for absorbed-dose calculations for biologically -distributed radionuclides // J. Of Nuclear Medicine. 1968. -Vol. l.-P. 7-14.

31. Mckeever S.W.S. Thermoluminescence of solids. Cambridge: Cambridge University Press, 1985. - 376 p.

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

33. Proceedings of the International Conference on biodosimetry and 5 International Symposium on ESR dosimetry and applications / Eds. M. F. Desrosiers, D.F. Regulla, A.F. Skinner, V. Skvortsov, U.A. Fill, V. Stepanenko New York: Pergamon, 2000, 373 p.

34. Proceedings of the 10th International Congress of The International Radiation Protection Association Electronic resource. Hiroshima: IRPA, 2000 -CD-ROM.

35. Radiation dose reconstruction for epidemiological uses // Library of Congress Cataloging-in-Publication Data. Washington: National Academy of Sciences, 1995. - 138 p.

36. Report of the task group on reference man / ICRP Publication 23. -Oxford: Pergamon Press., 1975. 98 p.

37. Retrospective assessment of exposures to ionizing radiation / ICRU Report 68 // Journal of the ICRU. 2002. - Vol. 2, № 2.-100 p.

38. Sources and effects of ionizing radiation / UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly. Annex J. Exposures and effects of the Chernobyl accident. New York: United Nations, 2000. - 109 p.

39. The Chernobyl papers / Eds. S.E. Mervin, M.I. Balonov. Richland, WA, USA: Research Enterprises. Publishing Segment, 1993. - 439 p.

40. The ICRP Database of Dose Coefficients: Workers and Members of the Public Electronic resource. Oxford: Elsevier, 1999. - CD-ROM.