Радіобіологія фул вершин (передмовалесс, вступлесс етс. едишн)

290

радіонуклідів у воді, повітрі, ґрунті і на поверхні різних середовищ.

Одиниці питомої (1) та об'ємної (2) активності радіонуклідів: 1) Бк/кг

(Кі/кг); 2) Бк/л (Кі/л); Бк/м3 (Кі/м3); Бк/км3 (Кі/км3). Одиниці поверхневої активності радіонуклідів (щільності поверхневого радіонуклідного забруднення): Бк/м2 (Кі/м2); Бк/км2 (Кі/км2). У практичній радіоекології часто використовують перевідні коефіцієнти для перерахування поверхневої активності в об'ємну і навпаки. Для ґрунту прийнято розраховувати активність радіонуклідів у шарі 20 см завтовшки. Тоді за поверхневої активності 3,7 • 1010 Бк/км2 (1 Кі/км2) активність радіонуклідів в об'ємі ґрунту можна обчислити за формулою:

1 Бк/км2 = 5 . 10-9 Бк/кг / р (10.1.)

де р –щільність грунту.

Ці формулу використовують для переораного ґрунту і для ґрунту, не придатного для трав'яної і лучної рослинності. Якщо ж практично весь основний коренезаселений шар трав становить 5 см завтовшки, для визначення об'ємної активності ґрунту потрібно інше співвідношення:

1 Бк/км2 = 2 . 10-8 Бк/кг / р (10.2.)

Ще складніше робити перерахування у разі випадання радіонуклідів на дзеркало водоймищ через розподіл радіонуклідів за глибиною і концентрування в донних відкладеннях. Для оцінки активності донних відкладень часто також використовують такі одиниці, як Бк/м2 (Кі/км2).

Поняття критичної групи населення.

У випадках опромінення великих популяцій людей, особливо при аваріях, доцільно виділяти критичні групи населення. Критична група — це сукупність осіб серед певного контингенту людей, які за умовами проживання, віком або станом здоров'я зазнають найбільшого ризику опромінення. Це насамперед група дітей у віці до року. Іншою критичною групою може бути частина населення чи персоналу, що дістала найзначнішого опромінення в ранній період аварії. Якщо основний вплив йонізуючого випромінювання на населення полягає у дії радіонуклідів йоду, то критичною можна вважати групу дітей і дорослих, яким йодну профілактику не проводили.

10.3. Моделі оцінки поглинених доз опромінення від різних джерел.

291

У дозиметрії розроблено й отримано формули для розрахунку поглинених доз від точкових, плоских і об'ємних джерел випромінюваня різного розміру. Способи і формули розрахунку доз докладно описано в довідковій літературі. Нижче розглянуто найпростіші способи розрахунку поглинених доз випромінювання для людей, які проживають на забруднених радіонуклідами територіях, тобто в умовах радіоекологічної аномалії.

для конкретної людини і певної популяції в цілому.

Найбільш простим і точним способом є оцінка поглиненої дози випромінювання за показами особистого дозиметра, який носять постійно (конденсаторного, плівкового чи ТЛД*-типу). Інший, складніший спосіб — це оцінка поглиненої дози, отриманої внаслідок зовнішнього опромінення за даними зовнішньої дозиметрії фону гамма- і бета-випромінювашія на території пересування, роботи

і відпочинку людей. Тут ураховують дозу від хмари, поверхні землі на початку аварії й у процесі ліквідації її наслідків тощо. Простий спосіб розрахунку поглинених доз при зовнішньому опроміненні передбачає оцінку середніх значень потужності поглиненої дози гаммавипромінювання на території перебування людей і часу проживання. Для цього використовують формулу для оцінки дози зовнішнього

Таблиця 10.2. Коефіцієнти екранування іонізуючого випромінювання від різних джерел будинками (приміщеннями)

292

де Р — потужність поглиненої дози випромінювання, Гр/год; Т — час, год. У випадках аварійних ситуацій (Чорнобильська аварія) джерелами зовнішнього випромінювання є хмара радіоактивних аерозолів і частинок, будинки, споруди і ґрунт після осадження на них радіонуклідів. Будинки і споруди на території перебування людей можуть частково екранувати і знижувати поглинену дозу при зовнішньому випромінюванні. За таких умов прийнято використовувати коефіцієнт екранування будинками (приміщеннями) — Ке (табл. 10.2.), що є співвідношенням потужності поглинених доз випромінювання всередині приміщенняі поза ним. У розрахунках середніх показників рекомендується використовувати значення Ке = 0,4. Коефіцієнт екранування дає змогу враховувати при оцінці поглиненої дози випромінювання час перебування людей у приміщеннях і на відкритому повітрі. У точніших розрахунках цієї дози для кожної з типових груп людей (маленькі діти, підлітки, дорослі, що працюють, і пенсіонери) визначають приблизний час перебування в приміщеннях і на вулиці. Знаючи потужність поглиненої дози від хмари і ґрунту на різних ділянках території, час перебування на вулиці та у приміщеннях і коефіцієнти екранування, можна в разі зовнішнього опромінення оцінити поглинену дозу випромінювання для кожної з груп людей, а також для різних зон їх проживання і перебування.

Розрахунок і оцінка еквівалентної дози випромінювання внаслідок потрапляння радіонуклідів в організм. Для цього використовують прийняті Міжнародною комісією радіаційного захисту (МКРЗ) таблиці дозових цін різних радіонуклідів — поглинених доз унаслідок потрапляння певного радіонукліда активністю 1 Бк в організм людини при диханні чи проковтуванні. Ці таблиці розроблено за даними аварій, вибухів

293

Таблиця 10.3. Дозові ціни різних радіонуклідів залежно від шляхів потрапляння їх в організм (за 60-тою публікацією МКРЗ)

і результатами спостережень за рентгенологами і радіотерапевтами; вони постійно уточнюються і доповнюються, останній варіант цих дозових цін наведено у табл. 7. Із таблиці випливає, що для більшості радіонуклідів дозова ціна в разі вдихання більша, ніж при проковтуванні. Особливо велика різниця (у 100 разів) для трансуранових елементів (ТУЕ), що для інгаляційної еквівалентної

випромінювання потребують знання чи оцінки активності (вмісту) радіонуклідів у вдихуваному повітрі за будь-який певний період життя на забрудненій території чи роботи в умовах забруднення. Якщо це аварія, то важливо оцінювати активність радіонуклідів у повітрі, приміщеннях і на вулиці для різних її етапів. Потрібно також знати об'єм споживаного людиною (дитиною і дорослим) повітря в різних ситуаціях: на роботі, під час відпочинку тощо (табл. 1.4).Знаючи активність певного радіонукліда у вдихуваному повітрі протягом року, його річне надходження інгаляційним шляхом (Dінг) в організм дорослих і дітей можна обчислити за формулою:

Dінг = ДЦi . РНi (10.4)

де ДЦi —дозова ціна певного (i-го) радіонукліда; PHi — його річне надходження в організм людини з урахуванням аварійної і післяаварійної динаміки викиду і надходження в органи дихання. Такий розрахунок дає змогу визначити річну інгаляційну

294

еквівалентну дозу випромінювання для дорослих і дітей, що проживають па певній території. Активність радіонуклідів у вдихуваному повітрі можна оцінити шляхом прямого вимірювання або розрахувати за активністю радіонуклідів у ґрунті і на поверхні доріг, у будинках та в інших об'єктах, використовуючи відповідні коефіцієнти вітрового підіймання.

Розрахунок і оцінку еквівалентної дози випромінювання внаслідок уживання води та їжі, забруднених радіонуклідами, можна проводити кількома шляхами. Дози для конкретних осіб можуть бути розраховані за активністю 137Cs, що надходить в організм із продуктами харчування: ЇЇ визначають за показаннями ЛВЛ (лічильник випромінювань людини). Слід зазначити, що ЛВЛ не дає відомостей про активність в організмі людини інших радіонуклідів (90Sr, 239Pu тощо), а активність 137Cs може істотно змінюватись навіть протягом доби. Інший шлях розрахунку еквівалентної дози грунтується на середніх оцінках активності радіонуклідів у продуктах харчування людини й у воді, за якими з огляду на раціон оцінюють річне надходження радіонуклідів в організм.

Таблиця 10.4. Середня добова кількість повітря, вдихуваногодорослими і дітьми за різних умов

295

де, Dxi — індивідуальна харчова доза від певного i-го радіонукліда; ДЦi - дозова ціна певного (i-го) радіонукліда в разі проковтування; РНi— сумарне річне надходження радіонукліда в організм людини з продуктами харчування. Як і в разі оцінки інгаляційної еквівалентної дози, підсумовують еквівалентні дози від усіх радіонуклідів, що виявляються у повітрі і/чи в продуктах харчування. Після Чорнобильської аварії (на 7 —8-й рік) спостерігалась наявність у повітрі 137Cs, 90Sr, 144Ce, 106Ru, 239Pu; у харчових продуктах - 137Cs, 90Cs, 144Ce, 106Ru. На 15-16-й рік після аварії і надалі залишаються в повітрі практично 137Cs, 90Sr і ТУЕ (транс уранових елементів).

Третій шлях розрахунку використовують, якщо немає регулярних даних про активність радіонуклідів у продуктах харчування і воді. У цьому випадку за допомогою камерних моделей (стаціонарних і динамічних) розраховують активність радіонуклідів у продуктах харчування, виходячи із активності радіонуклідів у забруднених сільськогосподарських угіддях, а за цими показниками — у забруднених м'ясі і молоці. Далі використовують ту саму формулу (2.5) для розрахунку річної піввікової еквівалентної дози від уживання місцевих продуктів харчування. (Доза назівается піввіковою, до значеннях ДЦ - дозових цін ураховано піввіковий термін дії радіонуклідів на людини, до їх виведення з організму).Цей метод малопридатний у випадку оцінки доз для конкретних людей, але цілком виправданий, коли потрібно оцінити середні індивідуальні та колективні еквівалентні дози випромінювання для популяції населення, що проживає на певній території. Як приклад наводимо приблизний розрахунок доз для населення м.Києва. У середньому збільшення природного фону випромінювання внаслідок Чорнобильської аварії у місті становить 0,05-0,1 мкГр/год (5 —10 мкрад/год). Виходячи з цього, річну еквівалентну дозу при зовнішньому опроміненні для жителя Києва можна обчислити простим перемножуванням:

D з.о = 0,1 мкГр/год . 24. 12 = 0.001 Зв/рік

Для розрахунку інгаляційної еквівалентної дози випромінювання звернімося до табл. 1.3. Із даних таблиці видно, що основними дозоутворювальними радіонуклідами для цієї дози є ТУЕ — 239Pu та iн. Внесок інших радіонуклідів в інгаляційну еквівалентну дозу настільки малий, що ним можна нехтувати. У середньому по місту рівень ТУЕ на поверхні ґрунту становить 7,4 • 108 Бк/км2 (0,02 Кі/км2), чи 740 Бк/м2 (2 • 10-8 Кі/м2). Коефіцієнт вторинного вітрового підіймання радіонуклідів у місті через 7 — 8 років після

296

аварії можна оцінити в 10-7 м-1. Тоді середній вміст ТУЕ в повітрі міста (Сп) можна обчислити за формулою:

Сп = 740 Бк/м2 . 10-7 м-1 = 7,4 10-5 Бк/м3 .

Річне споживання повітря дорослими людьми становить біля 9200 м3

. Тоді річне надходження радіонукліда до організму з повітрям становить:

РНп = 7,4 10-5 Бк/м3 . 9200 м3 = 0,7 Бк/рік Середня інгаляційна складова еквівалентної дози випромінювання для жителів м.Києва при цьому становить:

Dінг = ДЦ . РНп = 0,7 Бк/рік . 2,5 10-4 Зв/Бк ≈ 0,2 . 10-3 Зв/рік Дещо складніше підрахувати еквівалентні дози від уживання їжі, оскільки, як правило, активність радіонуклідів у продуктах реального раціону невідома. Для оцінки рекомендується використовувати тимчасово допустимі рівні активності радіонуклідів у продуктах харчування (ДР = 2006), що діють на території України. Середній раціон харчування жителя Києва можна визначити за офіційними даними статистики, що можуть, не відповідати реальним умовам харчування. Проте для орієнтовних розрахунків ці дані можна використовувати. Результати розрахунку річного надходження радіонуклідів із продуктами харчування за їхньою активністю наведено в табл. 1.5. За даними табл. 1.5 можна легко визначити річне надходження I37Cs і 90Sr із продуктами харчування за їхньою активністю, а на підставі цих показників — річні дозові навантаження:

D х (137Cs) = 67540 Бк/рік . 2 10-8 Зв/Бк ≈ 0,0014 Зв/рік; Dх (90Sr) =

15590 Бк/рік. 4 10-9 Зв/Бк ≈ 0,00006 Зв/рік. Разом ця доза складає біля -0, 0015 Зв/рік.

Таким чином, сумарна еквівалентна доза випромінювання від двох основних дозоутворюючих радіонуклідів становить близько 0, 0015 Зв/рік (0,15 бер/рік). Унаслідок використання для оцінок раціону харчування, що не відповідає теперішній ситуації (не містить 400 л молока і/чи 70 кг м'яса,

Таблиця 10.5. Річна питома (об'ємна) активність радіонуклідів, зумовлена їх надходженням в організм із продуктами харчування і водою для жителів України

характеризується переважанням борошняних продуктів), реальні дози звичайно в 3 —5 разів менші.

Підсумовуючи всі три шляхи формування еквівалентної дози випромінювання, можна приблизно обчислити середню індивідуальну еквівалентну дозу випромінювання для жителя Києва, яка становить:

D (загальна ) = 0,001 + 0,0002 + 0, 0015 = 0,0027 Зв/рік (або 0,27

бер/рік).

Розрахована доза є невеликою, проте існує ймовірність завищення її в 2 —3 рази. В той же час припустимою річною дозою додаткового опромінення населення на цей період після аварії, не повинен перевищувати 0,001 Зв/рік ( 1 мЗв/рік). Цей приклад наведено для ілюстрації методу наближеного розрахунку дози випромінювання. Часто постає питання, якою може бути еквівалентна доза випромінювання внаслідок уживання особливо забруднених продуктів, наприклад грибів, у великій кількості. Припустімо, що людина вживає багато (200 кг) грибів, зібраних на Поліссі України, з питомою активністю 137Cs близько 3,7 • 103 Бк/кг (10-7 Кі/кг). За наведеними вище формулами, річна піввікова еквівалентна доза для такої людини становить близько 0,01 Зв (1 бер). Багато це чи мало? Відомо, що будь-яких відхилень стану здоров'я щодо таких доз для людини ніколи не спостерігалось. Підстав для побоювань така доза не дає і помітно не підвищує ризик захворювання порівняно з відомим спонтанним рівнем. Конкретний аналіз співвідношення користь — шкода дає змогу зробити висновок, що вживання таких грибів цілком припустиме.

Проблема оцінки індивідуальної річної очікуваної еквівалентної дози випромінювання для людини, що проживає на забрудненій радіонуклідами території, зводиться практично до розрахунку й оцінки всіх трьох складових дози.

299

3) відсутності даних про стан здоров'я великих груп населення (дорослих і дітей) у динаміці і неможливості визначити для кожної з них наслідки тих чи інших доз випромінювання.

Останню ситуацію слід розглянути докладніше. З радіобіологічних досліджень відомо, що особи популяції одного виду можуть істотно відрізнятися за радіочутливістю. В основі цих відмінностей можуть лежати генетичні, фізіологічні, вікові та інші чинники. Виявляються ці відмінності в експериментах із гострим опроміненням, але, ймовірно, вони мають місце і в разі хронічного опромінювання і внаслідок впливу радіонуклідів. Якщо популяція людей, що проживає на певній

території, може дістати за оцінками середню еквівалентну дозу випромінювання в 0,1 Зв (10 бер) на рік, то в цій реальній популяції можуть бути групи людей, що дістали лише дозу в 0,01 Зв (1 бер), а для іншої

частини населення отримана доза може становити 1 Зв (100 бер). Така доза може спричинити розвиток хронічної променевої хвороби і потребує вжиття певних заходів.

10.6. Колективна еквівалентна доза йонізуючого випромінювання.

Для оцінки загальної небезпеки радіоекологічної ситуації для великих популяцій населення введене поняття про колективну еквівалентну дозу випромінювання. Формальне визначення колективної дози дуже просте. Усю популяцію населення N, що проживає на забрудненій радіонуклідами території, можна поділити на кілька (і) груп із чисельністю населення в групі Ni ;, кожна з яких характеризується середньою еквівалентною дозою випромінювання Di),. Колективна еквівалентна доза випромінювання для популяції в цілому становить суму добутків Ni . Di. Тоді формула оцінки колективної дози така (10.6):

N

Dкол Ni Di (люд.-Зв, або люд.-бер) (10.6)

i 1

Мабуть, недоцільно оцінювати колективну еквівалентну дозу для малих популяцій. Так, доза 10 люд.-Зв (1000 люд.-бер) для 10 чи навіть 100 чоловік не має сенсу — вона занадто велика. Тут все вирішується за оцінками індивідуальних доз опромінення. Більш прийнятним поняття «колективна доза» є для популяції в 1000 чи 10 000 чоловік. Разом з тим рівень колективної еквівалентної дози