Научно-методические основы оценки индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе у населения после крупной радиационной аварии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Шинкарев Сергей Михайлович

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ПОГЛОЩЕННЫХ ДОЗ В ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЕ У НАСЕЛЕНИЯ ПОСЛЕ КРУПНОЙ РАДИАЦИОННОЙ АВАРИИ

05.26.02 - Безопасность в чрезвычайных ситуациях

(Ядерный топливно-энергетический комплекс)

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва, 2009 г.

Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении «Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» Федерального медико-биологического агентства.

Научный консультант:

Доктор технических наук, профессор В.А. Логачев

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук, профессор Крамер-Агеев Евгений Александрович

Доктор технических наук, профессор Матущенко Анатолий Михайлович

Доктор технических наук, доцент Горбунов Сергей Валентинович

Ведущая организация:

Федеральное государственное учреждение науки «Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт радиационной гигиены им. профессора П.В. Рамзаева»

Защита диссертации состоится 17 февраля 2010г. в 11⁰⁰ на заседании диссертационного совета ДМ 462.001.02 при Федеральном государственном учреждении «Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» Федерального медико-биологического агентства по адресу: 123182, Москва, ул. Живописная, д.46

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России по адресу: 123182, Москва, ул. Живописная, д. 46

Автореферат диссертации разослан ____________20 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Галушкин Б.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

радиометрический изотоп йод щитовидный

В конце 50-х годов прошлого века были начаты интенсивные научные исследования характера и последствий воздействия радиоактивных изотопов йода на человека. Важность проблем, связанных с обеспечением радиационной безопасности населения (прежде всего, детей) от воздействия радиоактивного йода, была подтверждена в результате тщательного изучения характера и последствий воздействия на население радиоактивных выпадений, обусловленных: (1) испытаниями ядерного оружия на военных полигонах (Семипалатинский, Невадский и др.); (2) переработкой облученного ядерного топлива на радиохимических производствах в США и СССР в конце 1940-х - начале 1950-х годов; (3) аварийными выбросами ядерных реакторов. Однако, несмотря на то, что опасность возникновения неблагоприятных последствий облучения инкорпорированными радиоизотопами йода щитовидной железы у детей была установлена сравнительно давно, в научном мире отсутствовали достоверные количественные данные о радиационном риске индукции рака щитовидной железы при таком облучении. Имевшиеся оценки риска рака щитовидной железы у детей при воздействии инкорпорированного радиоактивного йода были основаны на переносе данных, полученных при облучении: (1) животных, (2) взрослых людей, принимавших радиоактивный йод по медицинским показаниям, (3) детей при внешнем рентгеновском и гамма излучении в медицинских целях. Неопределенность оценок радиационного риска была высокой, их диапазон превышал порядок величины.

В результате происшедшей 26 апреля 1986 года аварии на ЧАЭС облучение щитовидной железы радиоактивными изотопами йода (в основном ¹³¹) явилось основным источником радиационной опасности для населения, прежде всего детей, в первые несколько недель. При этом наиболее высокие уровни облучения щитовидной железы были зарегистрированы среди населения Белоруссии, Украины и России.

На территории ряда регионов, где произошли радиоактивные выпадения, были созданы мобильные группы для оперативной оценки уровня облучения щитовидной железы у населения. При этом для определения содержания основного дозообразующего радионуклида ¹³¹ в щитовидной железе у жителей Белоруссии использовались приборы ДП-5, СРП-68-01 и ДРГ3-02, имевшиеся в распоряжении служб гражданской обороны и санэпидемстанций и не предназначенные для этой цели. Эти приборы применялись для измерения мощности экспозиционной дозы (ДП-5, ДРГ3-02) и плотности потока фотонов (СРП-68-01) при помещении датчика прибора вплотную к шее в области расположения щитовидной железы. Из-за экстремальности создавшейся ситуации состав мобильных групп был частично укомплектован персоналом без необходимой предварительной подготовки. Во время измерений не проводился опрос обследуемых лиц о длительности проживания на загрязненной территории, режиме потребления молока и т.д., что необходимо для определения кинетики поступления радионуклидов в организм при переходе от содержания ¹³¹ в щитовидной железе к дозе облучения.

Последующий анализ результатов более 250 тысяч измерений показал, что процедура радиометрического обследования щитовидной железы и регистрации результатов измерений не были стандартизованы. Регистрируемая приборами мощность экспозиционной дозы включала в себя как гамма-излучение радиоактивного йода, сконцентрированного в щитовидной железе, так и гамма-излучение от других источников (радиационный фон в месте измерения, излучение радионуклидов, находившихся на поверхности тела и одежды обследуемого, излучение инкорпорированных в теле человека радионуклидов). Кроме того, были выявлены допущенные при измерениях систематические ошибки.

С одной стороны, беспрецедентная авария на ЧАЭС привела к облучению радиоактивными изотопами йода больших контингентов населения, в том числе детей, что предоставило уникальную возможность в ходе проведения эпидемиологических исследований получить отсутствующую научную информацию о радиационном риске последствий облучения щитовидной железы у детей. С другой стороны, сотни тысяч радиометрических обследований щитовидной железы, выполненных в ранние сроки после аварии, которые потенциально могли бы предоставить ценную информацию для оценки индивидуальных доз, нельзя использовать без предварительного тщательного анализа и верификации. Для оценки индивидуальных доз по исходному массиву данных радиометрических обследований щитовидной железы у населения необходимо было разработать новую методологию, учитывающую специфику условий измерений, влияние всех факторов на результат измерения, а также разработать методы верификации полученных оценок доз.

Таким образом, изложенное выше определяет актуальность решения крупной научной и практической проблемы, заключающейся в теоретическом обосновании научно-методических основ определения содержания ¹³¹ в щитовидной железе и оценки индивидуальных доз облучения щитовидной железы в условиях реализации большого числа систематических и случайных ошибок при оперативном радиометрическом обследовании населения после широкомасштабной радиационной аварии.

Обобщение результатов исследований, проводимых нами в период 1987-2009гг. по разработке методологии оценки индивидуальных поглощенных доз излучения радиоактивных изотопов йода в щитовидной железе на примере данных радиометрического обследования населения Белоруссии, а также по оценке реальной картины облучения щитовидной железы у населения после аварии на ЧАЭС, представлено в данной диссертации.

Целью диссертационной работы являлась:

Разработка научно-методических основ оценки индивидуальных поглощенных доз излучения радиоактивных изотопов йода в щитовидной железе по результатам оперативного радиометрического обследования населения при крупной радиационной аварии на примере жителей Белоруссии после аварии на ЧАЭС.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

Обоснование научно-методических подходов к определению содержания ¹³¹ в щитовидной железе по результатам оперативного радиометрического обследования населения с использованием неспециализированных приборов.

Обоснование и разработка метода определения основного пути поступления радиоактивного йода жителям населенного пункта по результатам их радиометрического обследования.

Разработка методов оценки индивидуальной поглощенной дозы в щитовидной железе от суммы радиоактивных изотопов йода по результатам оперативного радиометрического обследования населения Белоруссии с учетом выявленных путей поступления радиоактивного йода жителям.

Обоснование и разработка методов верификации оценок индивидуальных доз облучения щитовидной железы.

Разработка метода верификации оценок средних доз облучения щитовидной железы у жителей сельских населенных пунктов Белоруссии.

Разработка научно-обоснованных рекомендаций по организации и проведению радиометрического обследования щитовидной железы у населения на ранней фазе аварийного реагирования в случае крупной радиационной аварии с выбросом радиоактивного йода.

Объект исследования: результаты радиометрического обследования щитовидной железы и дозы облучения населения Белоруссии после аварии на ЧАЭС.

Предмет исследования: закономерности формирования индивидуальных поглощенных доз излучения радиоактивных изотопов йода в щитовидной железе.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней решена крупная научная и практическая проблема, заключающаяся в теоретическом обосновании научно-методических основ определения содержания радиоактивного йода в щитовидной железе и оценки индивидуальных доз облучения щитовидной железы в условиях реализации большого числа систематических и случайных ошибок при оперативном радиометрическом обследовании населения после широкомасштабной радиационной аварии, в том числе:

- впервые разработан физически обоснованный метод определения основного пути поступления радиоактивного йода жителям населенного пункта по результатам их радиометрического обследования, основанный на анализе динамики отношения содержания ¹³¹ в щитовидной железе у взрослых и у детей, с учетом того фактора, что динамика демонстрирует существенные различия для ингаляционного и перорального путей поступления радиоактивного йода;

- впервые предложен метод верификации группы больших значений индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе, основанный на сопоставлении числа таких доз, имеющихся в базе данных, с соответствующим числом доз, которое ожидается на основании статистического анализа распределения индивидуальных доз всех жителей в рассматриваемом регионе;

- впервые предложен метод верификации оценок средних поглощенных доз в щитовидной железе у жителей населенного пункта, рассчитанных по данным радиометрического обследования людей, основанный на их сопоставлении с соответствующими оценками, рассчитанными по результатам определения содержания ¹³¹ в молоке;

- получены новые данные о поглощенных дозах в щитовидной железе для отдельных жителей и для групп населения в обследованных регионах, которые используются как для практических нужд органов здравоохранения, так и для получения отсутствующей научной информации о радиационном риске последствий облучения щитовидной железы радиоактивным йодом.

Практическая значимость работы:

- установлена объективная картина реальных уровней облучения щитовидной железы у населения Белоруссии после Чернобыльской аварии. Создан и верифицирован банк данных с оценками индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе на 130 тысяч жителей Белоруссии. Информация, содержащаяся в этом банке данных, использована для: (1) доказательства радиационной обусловленности роста заболеваемости детей Белоруссии раком щитовидной железы после аварии на ЧАЭС; (2) оценок радиационного риска индукции рака щитовидной железы у детей при облучении инкорпорированным ¹³¹; (3) выявления закономерностей формирования доз у жителей территорий, где не проводилось радиометрическое обследование щитовидной железы; (4) проведения паспортизации более 800 населенных пунктов Белоруссии по уровням облучения щитовидной железы их жителей; (5) оценки коллективной дозы облучения щитовидной железы ¹³¹ всего населения Белоруссии;

- информация о дозах облучения щитовидной железы из созданного банка данных используется органами Министерства Здравоохранения Белоруссии при принятии решений медицинского и социального характера;

- разработаны и утверждены в системе ФМБА методические указания МУ 2.6.1.27-06 «Проведение выборочного радиометрического обследования щитовидной железы у населения на ранней фазе аварийного реагирования», которые являются важным звеном в системе подготовки специальных аварийных формирований на случай возможных радиационных аварий.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования доложены и обсуждены на международных, всесоюзных и российских научных и научно-практических конференциях, симпозиумах и семинарах, в том числе: Всесоюзном совещании “Актуальные вопросы дозиметрии внутреннего облучения” (Гомель, 1989); “Symposum on the effects on the thyrod of exposed populatons followng the Chernobyl accdent” (ВОЗ, Чернигов, 1990); 2-й и 3-й республиканских конференциях “Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на ЧАЭС” (Минск 1991, Гомель 1992); 4-й международной конференции “Ядерная энергетика и безопасность человека” (Нижний Новгород, 1993); Workshops “Dose reconstructon” (Бад Хоннеф, Германия, 1995 и 1996); “Frst nternatonal conference of the European Commsson, Belarus, Russan Federaton and Ukrane on the radologcal consequences of the Chernobyl accdent” (Минск, 1996); nternatonal conference “One decade after Chernobyl. Summng up the consequences of the accdent” (Вена, Австрия, 1996); nternatonal semnar “Radaton and thyrod cancer” (Кембридж, Англия, 1998); 10^th nternatonal Congress RPA “Harmonzaton of Radaton, Human Lfe and the Ecosystem” (Хиросима, Япония, 2000); Workshops on the project “Thyrod exposures of Belarusan and Ukranan chldren after the Chernobyl accdent and resultng thyrod rsk” (Мюнхен, Германия, 2000-2004); международной конференции “Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях” (Москва, 2000, 2005); Sxth Chernobyl Sasakawa Medcal Cooperaton Symposum “Chernobyl: Message for the 21^st century” (Москва, 2001); международной конференции “Экологическая и информационная безопасность” (Москва, 2003); международной конференции “Чернобыль 20 лет спустя. Стратегия восстановления и устойчивого развития пострадавших регионов” (Минск-Гомель, 2006); 12^th nternatonal Congress RPA “Strengthenng Radaton Protecton Worldwde” (Буэнос-Айрес, Аргентина, 2008); Hroshma nternatonal annual symposums (Хиросима, Япония, 1996, 1997, 2003, 2005, 2006, 2008, 2009); заседаниях Ученого Совета Института биофизики (1991, 2006); совещаниях с участием российских, белорусских, украинских и американских специалистов (Минск, Москва, Киев, Вашингтон, Ок-Ридж, Ливермор, 1992-2009).

Личный вклад автора заключается в формулировании проблемы и задач исследования, в разработке методических принципов анализа результатов массового оперативного радиометрического обследования населения, в обобщении и анализе полученных массивов данных, в формулировании выводов работы. Автор разработал физически обоснованный метод определения основного пути поступления радиоактивного йода жителям населенного пункта по результатам их радиометрического обследования; методы верификации группы больших значений индивидуальных доз облучения щитовидной железы и средних доз облучения щитовидной железы у жителей населенного пункта, рассчитанных по данным радиометрического обследования людей. Совместно с Ю.И. Гаврилиным автор обеспечивал методическое руководство сбором, анализом, первичной верификацией разнородных массивов исходных данных радиометрического обследования щитовидной железы населения Белоруссии, формированием базы данных с оценками доз облучения щитовидной железы на ~130 тысяч жителей, а также организацией и проведением опроса около 150 тысяч жителей Гомельской и Могилевской областей для установления фактического режима проживания и питания в первые недели после аварии.

Публикации. Основные материалы диссертационной работы содержатся в 62 опубликованных работах: 8 статьях в отечественных журналах списка ВАКа, 11 статьях в рецензируемых иностранных журналах, включенных в систему цитирования Web of Scence: Scence Ctaton ndex Expanded, 27 работах в книгах и сборниках трудов отечественных и иностранных изданий, 2 методических указаниях, в материалах 14 конференций и симпозиумов.

На защиту выносятся:

- научно-методические основы определения содержания ¹³¹ в щитовидной железе и оценки поглощенной дозы по результатам оперативного радиометрического обследования населения с помощью неспециализированных приборов в условиях реализации большого числа систематических и случайных ошибок;

- метод определения основного пути поступления радиоактивного йода жителям населенного пункта по результатам их радиометрического обследования, основанный на анализе динамики отношения содержания ¹³¹ в щитовидной железе у взрослых и у детей, с учетом того фактора, что динамика демонстрирует существенные различия для ингаляционного и перорального путей поступления радиоактивного йода;

- метод верификации группы больших значений индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе, основанный на сопоставлении числа таких доз, имеющихся в базе данных, с соответствующим числом доз, которое ожидается на основании статистического анализа распределения индивидуальных доз всех жителей в рассматриваемом регионе;

- метод верификации оценок средних доз облучения щитовидной железы у жителей населенного пункта, рассчитанных по данным радиометрического обследования людей, основанный на их сопоставлении с соответствующими оценками, рассчитанными по результатам определения содержания ¹³¹ в молоке;

- рекомендации по организации и проведению на ранней стадии развития крупной радиационной аварии с выбросом радиоактивного йода выборочного радиометрического обследования щитовидной железы у населения;

- результаты оценок индивидуальных и средних поглощенных доз в щитовидной железе у населения после аварии на ЧАЭС.

Достоверность результатов работы подтверждается всесторонним статистическим анализом полученных результатов, сопоставлением оценок доз облучения щитовидной железы, рассчитанных по результатам радиометрического обследования, с аналогичными оценками, полученными путем применения известных методов с использованием иных наборов исходных данных. Кроме того, признание полученных результатов подтверждается широким цитированием и использованием материалов диссертационного исследования в докладах научного комитета по действию атомной радиации при ООН (НКДАР ООН) 2000г и 2008г в Приложениях, посвященных изучению последствий аварии на ЧАЭС, а также, интенсивным использованием созданного банка данных с оценками индивидуальных поглощенных доз в щитовидной железе в исследованиях, проводимых специалистами из Белоруссии, России, США, Германии, Франции, Японии и других стран по изучению радиационной зависимости заболеваемости щитовидной железы у детей и оценке риска радиационно-индуцированного рака щитовидной железы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, Приложения и списка использованной литературы. Диссертация изложена на 268 страницах машинописного текста и содержит 37 таблиц и 32 рисунка. Список литературы включает 239 библиографических ссылок, в том числе 101 - в отечественных изданиях и 138 - в зарубежных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе систематизированы материалы по уровням поступления радиоактивных изотопов йода во внешнюю среду, загрязнения объектов окружающей среды и пищевых продуктов, оценкам поглощенных доз в щитовидной железе (ЩЖ) человека в результате: (1) аварий на ядерных реакторах, (2) деятельности предприятий по переработке отработавшего ядерного топлива, (3) проведения ядерных взрывов на полигонах. Выделены общие закономерности формирования поглощенных доз в ЩЖ у лиц из населения, проживающего на территории, загрязненной радиоактивным йодом. Отмечены особенности аварии на ЧАЭС (по сравнению с другими ситуациями: Уиндскейл, Три Майл Айленд, Хэнфорд, Маршаловы острова, ПО «Маяк», Семипалатинский и Невадский полигоны и др.), приведшей к выбросу во внешнюю среду около 1760 ПБк ¹³¹ (НКДАР ООН, 2000), загрязнению значительных территорий стран Европы, формированию высоких уровней облучения ЩЖ у части жителей Белоруссии, России и Украины.

До аварии на ЧАЭС в научной литературе отсутствовала достоверная информация о последствиях радиационного воздействия инкорпорированного ¹³¹ на ЩЖ детей, которые являются критической группой населения при возможных радиационных авариях с выбросом радиоактивного йода в окружающую среду. На основании данных, полученных в экспериментах с животными, а также результатов эпидемиологических исследований последствий воздействия в медицинских целях внешнего рентгеновского и гамма-излучения на ЩЖ детей были сделаны предварительные оценки радиационного риска индукции рака ЩЖ у детей при ее облучении инкорпорированным ¹³¹. Они привязаны к оценкам риска рака ЩЖ у детей при внешнем облучении. Согласно оценкам исследователей отношение риска радиационно-индуцированного рака ЩЖ при внешнем облучении к риску при внутреннем облучении ¹³¹ может варьировать в широком диапазоне (1-15) [Василенко И.Я. и др. 1970; Москалев Ю.И. 1989; НКРЗ США Публ.96, 1992; НКДАР ООН, 1988]. Но все эти оценки основывались на косвенных данных, поскольку прямые данные отсутствовали.

Накопленный опыт явился основой для количественного прогноза о значимом росте заболеваемости раком ЩЖ у детей после аварии на ЧАЭС, впервые данном в работах российских ученых (Ильин Л.А. и др., 1989]. Следует отметить, что по результатам тщательной оценки уровней радиационного воздействия на население и всестороннего изучения последствий этого воздействия международное научное сообщество на сессиях НКДАР ООН [НКДАР ООН, 2000, 2008] и на Чернобыльском Форуме [МАГАТЭ, 2006] сделало вывод, что наблюдаемый после аварии рост раков ЩЖ у населения, подвергшегося радиационному облучению в детском возрасте, является единственным достоверно доказанным отдаленным медицинским последствием аварии на ЧАЭС.

Беспрецедентная авария на ЧАЭС привела к облучению радиоактивным йодом больших контингентов населения, в том числе детей, что предоставило уникальную возможность в ходе проведения эпидемиологических исследований получить отсутствующую научную информацию о радиационном риске последствий облучения ЩЖ детей инкорпорированным ¹³¹. Для проведения таких исследований необходимы были оценки индивидуальных поглощенных доз в ЩЖ.

Можно выделить два основных подхода к оценке индивидуальной дозы в ЩЖ человека. В первом случае исходными данными являются результаты радиометрического обследования ЩЖ, на основании которых определяется содержание ¹³¹ в ЩЖ на момент обследования. Во втором случае в качестве исходных данных используются параметры, характеризующие радиационную обстановку в местах проживания населения, чаще всего это оценка интегральных выпадений ¹³¹ на местности, или содержание ¹³¹ в пищевых продуктах, прежде всего в коровьем молоке. Для каждого из двух подходов рассмотрены диапазоны неопределенности оценки индивидуальной дозы, рассчитываемой по соответствующим формулам. Показано, что расчет индивидуальной поглощенной дозы в ЩЖ по результатам радиометрического обследования сопровождается значительно меньшей (в десятки и более раз) неопределенностью, чем по иным исходным данным. В связи с этим расчет поглощенных доз в ЩЖ по результатам радиометрических обследований и создание на этой основе банка данных с индивидуальными дозами для обследованных лиц является приоритетной задачей при дозиметрическом обеспечении любых эпидемиологических исследований, направленных на оценку радиационного риска рака ЩЖ.

В результате интенсивного мониторинга содержания радиоактивного йода в ЩЖ у жителей Белоруссии, начатого с 30 апреля 1986г., как в местах проживания, так и на относительно «чистых» территориях, куда эвакуировалось или отселялось население, было выполнено более 250 тысяч радиометрических обследований ЩЖ в первые недели после аварии. Уже на раннем этапе развития аварии для проведения обследований ЩЖ было организовано большое число групп, главным образом из персонала республиканского Минздрава. Состав этих групп был частично укомплектован сотрудниками без необходимой предварительной подготовки. Для проведения измерений использовались приборы ДП-5, СРП-68-01 и ДРГ3-02, имевшиеся в распоряжении служб гражданской обороны и санэпидемстанций и не предназначенные для этой цели. Свинцовые коллиматоры для снижения влияния фонового излучения на детекторы не применялись.

Анализ результатов измерений и опрос лиц, проводивших измерения, показали, что процедура радиометрического обследования ЩЖ и регистрации результатов измерений не были стандартизованы. Регистрируемая приборами мощность экспозиционной дозы (МЭД) включала в себя как гамма-излучение радиоактивного йода, сконцентрированного в ЩЖ, так и гамма-излучение от других источников (радиационный фон в месте измерения, излучение радионуклидов, находившихся на поверхности тела и одежды обследуемого, излучение инкорпорированных в теле человека радионуклидов). Были выявлены допущенные при измерениях систематические ошибки.

Перечисленные трудности требовали тщательного анализа степени влияния на результаты обследования ЩЖ многих иных факторов, чем ¹³¹, сконцентрированный в ЩЖ, выявления и количественной оценки всех значимых источников ошибок, разработки методов учета влияния этих факторов, оценки кинетики поступления радиоактивного йода в ЩЖ, разработки методов верификации результатов расчета как содержания ¹³¹ в ЩЖ, так и доз облучения ЩЖ, оценки диапазона неопределенности их расчета.

Фактически, необходимо было разработать новую методологию оценки индивидуальных доз по исходному массиву данных радиометрических обследований ЩЖ у населения Белоруссии, учитывающую специфику условий измерений, влияние всех факторов на результаты измерений, а также разработать методы верификации полученных оценок доз. Поскольку оценки индивидуальных поглощенных доз в ЩЖ у населения, прежде всего детей, были крайне необходимы для (1) установления объективной картины реальных уровней облучения ЩЖ у населения Белоруссии после Чернобыльской аварии и (2) получения новой научной информации по оценкам риска радиационно-индуцированного рака ЩЖ у детей.

Кроме того, с учетом полученного опыта по анализу результатов массовых обследований ЩЖ у населения после аварии на ЧАЭС представлялось важным разработать научно-обоснованные рекомендации по организации и проведению радиометрического обследования ЩЖ у населения на ранней фазе аварийного реагирования в случае крупной радиационной аварии с выбросом радиойода.

На основании проведенного обзора и анализа результатов массового радиометрического обследования ЩЖ у населения Белоруссии после аварии на ЧАЭС были сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе дано обоснование научно-методических подходов к определению содержания ¹³¹ в ЩЖ по результатам оперативного радиометрического обследования больших контингентов населения, получены эмпирические формулы оценки содержания ¹³¹ в ЩЖ при различных условиях обследования.

При обследовании ЩЖ с помощью дозиметрических и радиометрических приборов (к которым относятся ДП-5, ДРГ3-02 и СРП-68-01) содержание ¹³¹ в ЩЖ человека G(t_m) (Бк) на момент измерения t_m может быть определено по соотношению:

G(t_m) = k_g [P_th(t_m)- P_bkg,m(t_m)] = k_g P(t_m) (1)

где k_g - коэффициент перехода от показаний прибора к содержанию ¹³¹ в ЩЖ, Бк мР^-1 ч; P_th(t_m) - показания прибора при помещении датчика вплотную к основанию шеи в области расположения ЩЖ, мР ч^-1; P(t_m) - вклад в показания прибора излучения содержащегося в ЩЖ ¹³¹, мР ч^-1; P_bkg,m(t_m) - вклад в показания прибора излучения иных источников, чем локализованный в ЩЖ ¹³¹, (так называемый «фон метода»), мР ч^-1.

В формуле (1) измеряемый параметр только один - P_th(t_m), значения остальных двух параметров - k_g и P_bkg,m(t_m) оцениваются.

Значения параметра k_g зависят от типа прибора, реализованной геометрии измерения P_th, а также от размеров ЩЖ и от толщины тканевого слоя между ЩЖ и поверхностью шеи, в свою очередь зависящих от возраста обследуемого. «Фон метода» P_bkg,m включает в себя три составляющих: (1) радиационный гамма-фон в месте измерения, P_room, (2) гамма-излучение, обусловленное внутренним радиоактивным загрязнением тела (помимо ¹³¹ в ЩЖ), P_nt и (3) гамма-излучение, обусловленное внешним радиоактивным загрязнением тела и одежды обследуемого, P_ext. Соотношения между тремя составляющими могут варьировать в широких пределах и зависят от места и даты проведения измерений, продуктов питания, соблюдения личной санитарной гигиены (измерения до или после санобработки и снятия загрязненной одежды) и т.д.

В Белоруссии для оценки «фона метода» P_bkg,m иногда проводили измерения при размещении датчика вплотную к телу человека в области печени, P_lver. Важно подчеркнуть, что адекватность оценки значений P_bkg,m по измеренным значениям P_lver во многом определяется конкретными условиями, в которых проводились измерения P_th и P_lver.

Анализ условий проведения измерений показал, что для многих массивов исходных данных характерно отсутствие части информации, важной для последующих расчетов G(t_m) по формуле (1). Так, например, не заносились записи о геометрии проведения измерений, часто отсутствовали записи показаний приборов в пункте измерения при отсутствии человека (измерения радиационного фона). Редко указывался тип используемого прибора. Большое число результатов измерений, полученных, например, с помощью прибора ДП-5, выражалось не в единицах показаний данного прибора (мР ч^-1), а в единицах измерения, характерных для прибора СРП-68-01 (мкР ч^-1), без внесения соответствующих пометок. Не отмечалось, проходили ли обследуемые предварительную санитарную обработку и снималась ли загрязненная одежда. Указанные особенности проведения измерений потребовали специальных исследований и разработки методов и подходов к анализу и верификации собранных результатов радиометрического обследования ЩЖ.

В результате анализа собранных нами с помощью сотрудников Минздрава Белоруссии результатов измерения значений P_th, а также проведения и обобщения результатов опроса лиц, выполнявших эти измерения в 1986г., более 250 тысяч первичных измерений распределены нами по 4-м группам достоверности в зависимости от условий их получения (табл.1). Наиболее качественными признаны данные (26 тыс.), полученные с помощью приборов СРП-68-01 и ДРГ3-02 в больницах и поликлиниках г.Минска и в областной больнице г.Гомеля, отнесенные к первой и второй группам достоверности. Наименее качественными признаны данные (180 тыс.), выполненные приборами ДП-5 в местах постоянного проживания жителей, отнесенные к четвертой группе достоверности.

Приведены собственные результаты экспериментальных оценок значений и диапазона неопределенности коэффициента перехода k_g от показаний приборов ДП-5, ДРГ3-02 и СРП-68-01 к содержанию ¹³¹ в ЩЖ для стандартных и ряда нестандартных (ДП-5) геометрий измерения [Шинкарев С.М., 1998]. Результаты экспериментальных оценок базируются на данных радиометрического обследования ЩЖ в 6-ой московской клинике у более 100 взрослых лиц, принимавших по предписанию врачей ¹³¹ для диагностики функционального состояния и сканирования ЩЖ. Зависимость параметра k_g от возраста учтена введением дополнительного безразмерного сомножителя, значения которого лежат в диапазоне от 0,60 - для новорожденного до 0,89 - для 15-ти летнего подростка (Степаненко В.Ф., 1989), полученных расчетным путем с использованием математического фантома ЩЖ и моделирования детектора прибора.

При решении общей задачи по определению содержания ¹³¹ в ЩЖ по результатам радиометрического обследования с использованием формулы (1) наибольшую трудность вызвала проблема адекватной оценки вклада в показания прибора P гамма-излучения ¹³¹, сконцентрированного в ЩЖ. Ранее отмечалось, что решение этой проблемы фактически сводится к решению задачи оценки “фона метода” P_bkg,m, включающего в себя три составляющие: (1) радиационный гамма-фон в месте измерения, P_room, (2) внутреннее радиоактивное загрязнение тела (помимо ¹³¹ в ЩЖ), P_nt и (3) внешнее радиоактивное загрязнение тела и одежды обследуемого, P_ext. Неопределенности этих трех составляющих являются основными источниками ошибок при расчете значений P. С учетом вышеизложенного для оценки значений параметров P и P_bkg,m можно записать следующие выражения:

P(t_m) = P_th(t_m) - P_bkg,m(t_m) (2)

P_bkg,m(t_m) = k_roomP_room(t_m) + P_nt(t_m) + P_ext(t_m) (3)

где P_room(t_m) - радиационный гамма-фон в месте измерения, мР ч^-1; k_room - безразмерный коэффициент, учитывающий эффект экранирования детектора телом человека от радиационного фона в месте измерения, находится в диапазоне (0,9-1,0) в зависимости от возраста, отн.ед; P_nt(t_m) - вклад в измеряемое значение мощности дозы гамма-излучения радионуклидов, содержащихся в теле человека (помимо ¹³¹ в ЩЖ), мР ч^-1; P_ext(t_m) - вклад в измеряемое значение мощности дозы гамма-излучения радионуклидов, находящихся на теле и одежде обследуемого лица, мР ч^-1.

Таблица 1

Характеристика результатов измерения значений P_th, распределенных по четырем группам достоверности в зависимости от условий их получения.

Предложен метод оценки радиационного фона в месте измерения на основе анализа имеющихся результатов обследования ЩЖ для тех случаев, когда в первичных тетрадях отсутствуют записи об уровне фона.

Выведены теоретические зависимости для оценки вклада инкорпорированных изотопов цезия в измеряемое значение МЭД над ЩЖ для жителей, проживавших в регионах с различными условиями формирования выпадений, и для разных путей поступления радиоцезия в организм: (а) ингаляционного и (б) перорального с молоком. Согласно полученным данным этот вклад нелинейно растет по мере увеличения времени, прошедшего после аварии. При этом наименьший вклад инкорпорированного цезия отмечается для жителей южных районах Гомельской области и наибольший - для жителей Могилевской области. Поскольку наиболее интенсивный период проведения измерений в южных районах Гомельской области приходится на вторую половину мая, а в Могилевской области - на конец мая, искомый вклад составит (0,02-0,15) в первом случае и (0,2-0,4) во втором случае. Следовательно, для массовых измерений в южных районах Гомельской области учет вклада инкорпорированных изотопов цезия в измеряемое значение МЭД над ЩЖ относительно незначим, а для Могилевской области - он существенен. Для июньских измерений учет вклада инкорпорированных изотопов цезия актуален для жителей на всей территории Белоруссии.

Анализ данных радиометрического обследования ЩЖ у жителей трех южных районов (Брагинского, Хойникского и Наровлянского) Гомельской области после централизованной санобработки показал, что на протяжении мая месяца вклад в МЭД над ЩЖ остаточного внешнего загрязнения снижается, а инкорпорированного цезия растет, при этом их суммарный вклад остается примерно постоянным до 31 мая и составляет, в среднем, около 15% от показаний прибора. Для отдельных индивидов этот вклад может варьировать в 2 и более раз. С начала июня суммарный вклад превышает 15% и увеличивается за счет роста вклада от инкорпорированного радиоцезия. Выявленная тенденция логично объясняется процессами накопления инкорпорированного радиоцезия в теле человека со временем и снижения остаточного внешнего загрязнения в результате многократных санитарных обработок.

Анализ данных радиометрического обследования ЩЖ у жителей в больницах Белоруссии и 7-ой московской городской клинической больнице до и после централизованной санобработки, свидетельствует об отсутствии корреляции между внешним радиоактивным загрязнением области ЩЖ и области печени. Следовательно, результат измерения МЭД над печенью у лиц с наличием внешнего загрязнения нельзя использовать для оценки «фона метода».

Не установлено достоверной зависимости вклада внешнего загрязнения в МЭД над ЩЖ от региона проживания обследованного жителя и от уровня МЭД над ЩЖ до санобработки. В то же время, выявлены две тенденции. Во-первых, для детей младшей возрастной группы (0-6) лет наблюдается более высокий вклад внешнего загрязнения в МЭД над ЩЖ до санобработки, чем для лиц из других возрастных групп. Во-вторых, с увеличением времени, прошедшего до даты первого обследования, вклад внешнего загрязнения в МЭД над ЩЖ снижается. Если для детей (0-6) лет на даты обследований до 8 мая вклад внешнего загрязнения в МЭД над ЩЖ оценивается примерно 50%, то для взрослых, обследованных после 15 мая, этот вклад составляет около (20-30)%.

Описаны основные методы выявления и количественной оценки возможных систематических ошибок, обусловленных, главным образом, двумя причинами: (1) нестандартной геометрией измерения МЭД над ЩЖ и (2) записью результата измерения без умножения на постоянный коэффициент, соответствующий данному диапазону измерений. Первая причина, прежде всего, связана с измерениями P_th с помощью прибора ДП-5, а вторая причина относится ко всем приборам.

Выбор метода расчета содержания ¹³¹ в ЩЖ у обследованных лиц зависит от группы достоверности (см. таблицу 1), к которой отнесено данное обследование, и имеющегося набора исходных данных. Ниже приведены формулы расчета содержания ¹³¹ в ЩЖ G(t_m) для различных условий проведения измерений и исходных данных.

· Группа достоверности 1. Измерения проводились в больницах г.Минска и в областной больнице г.Гомеля с помощью приборов СРП-68-01 и ДРГ3-02 после централизованной санитарной обработки и устранения загрязненной одежды при низком радиационном фоне. Как правило, для каждого пациента имеется несколько результатов обследования, выполненных в разные дни.

Вариант 1. Имеются результаты обследований над ЩЖ (P_th) и печенью (P_lver):

G(t_m) = k_g [P_th(t_m) - P_lver(t_m)] (4)

Вариант 2. Имеется только результат обследования над ЩЖ (P_th):

G(t_m) = k_clean k_g [P_th(t_m) - k_roomP_room] (5)

где k_clean - эмпирический коэффициент, учитывающий вклад остаточного внешнего загрязнения и инкорпорированных радионуклидов цезия в МЭД над ЩЖ. Зависит от даты обследования и региона проживания после аварии, отн.ед.

· Группа достоверности 2. Однократные измерения проводились в поликлиниках №28 и №5 г.Минска при низком радиационном фоне и практическом отсутствии внешнего загрязнения с помощью приборов СРП-68-01 у жителей г.Минска, которые не покидали город после аварии.

Содержание ¹³¹ в ЩЖ рассчитывается по формулам (4) или (5) в зависимости от наличия результата измерения над печенью.

· Группа достоверности 3. Выделяются три подгруппы:

Первая подгруппа включает лиц, направленных на госпитализацию в больницы г.Минска и областную больницу г.Гомеля, у которых первое обследование ЩЖ в больницах проведено с помощью приборов СРП-68-01 и ДРГ3-02 без предварительной централизованной санобработки и снятия загрязненной одежды. Для этих лиц возможно наличие внешнего загрязнения. Результат обследования над печенью в расчетах не используется:

G(t_m) = [1 + p_drty(k_drty - 1)] k_clean k_g [P_th(t_m) - k_roomP_room(t_m)] (6)

где k_drty - эмпирический коэффициент, учитывающий вклад внешнего загрязнения тела и одежды, которое устраняется в результате помывки. Зависит от даты обследования после аварии, отн.ед.; p_drty - вероятность того, что человек, пришедший на радиометрическое обследование ЩЖ, не прошел самостоятельно санитарную обработку и не устранил загрязненную одежду, отн.ед.

Вторая подгруппа включает лиц, прибывших в г.Минск из загрязненных регионов и обследованных в поликлиниках №28 и №5 с помощью приборов СРП-68-01. Для этих лиц также возможно наличие внешнего загрязнения на дату проведения измерений.

Содержание ¹³¹ в ЩЖ рассчитывается по формуле (6).

Третья подгруппа включает лиц, обследованных с помощью приборов ДП-5, СРП-68-01 и ДРГ3-02 на территориях с низким уровнем фона (пионерские лагеря, санатории, дома отдыха, больницы г.Могилева и г.Гомеля, центральные районные больницы и т.д.). Как правило, в этих измерительных пунктах проводилась централизованная санитарная обработка и удаление загрязненной одежды до измерений. Основная доля обследований выполнена с помощью приборов ДП-5, которые могли применяться в нестандартной геометрии измерений, что вносило систематическую ошибку.

Вариант 1. Имеются результаты обследований над ЩЖ и печенью:

G(t_m) = м_bas k_g [P_th(t_m) - P_lver(t_m)] (7)

где м_bas - корректирующий коэффициент, учитывающий наличие систематической ошибки в результатах обследования ЩЖ, отн.ед.

Вариант 2. Имеется только результат обследования над ЩЖ:

G(t_m) = м_bas k_clean k_g [P_th(t_m) - k_roomP_room(t_m)] (8)

· Группа достоверности 4. Измерения проводились с помощью приборов ДП-5 и СРП-68-01 на территориях с высоким уровнем фона непосредственно в местах постоянного проживания жителей. Для этих лиц возможно наличие внешнего загрязнения на дату обследования. Измерения с помощью прибора ДП-5 могли проводиться при нестандартной геометрии измерений.

G(t_m) = м_bas[1 + p_drty(k_drty - 1)]k_cleank_g[P_th(t_m) - k_roomP_room(t_m)] (9)

Метод оценки диапазона неопределенности содержания ¹³¹ в ЩЖ основывается на расчете по методу Монте-Карло, применяя формулы (4)-(9). Каждому параметру, используемому в приведенных выше формулах, приписывается вероятностная функция распределения значений (Таблица 2).

В качестве иллюстрации приводятся типовые примеры расчета содержания ¹³¹ в ЩЖ и оценки ее неопределенности для четырех человек (по одному представителю из каждой группы достоверности). Исходные данные, имеющиеся по каждому жителю, приведены в Таблице 3. Расчет содержания ¹³¹ в ЩЖ, G(t_m), проведен по 5000 розыгрышей различных комбинаций значений параметров, входящих в расчетные формулы. Характеристики распределения рассчитанных значений G(t_m) для каждого из четырех рассмотренных примеров, а также оценки вклада трех наиболее значимых параметров в диапазон неопределенности G(t_m) представлены в Таблице 4.

Следует отметить, что полученные распределения удовлетворительно описываются логарифмически нормальной функцией (Таблица 4). Из анализа чувствительности влияния неопределенностей параметров, входящих в расчетные формулы, на итоговую неопределенность оценки G(t_m) для рассмотренных примеров, следует, что для обследований, отнесенных к первым двум группам достоверности, основной вклад в итоговую неопределенность вносит коэффициент перехода от показаний прибора к содержанию ¹³¹ в ЩЖ, k_g, а для обследований, отнесенных к третьей и четвертой группам достоверности - корректирующий коэффициент, учитывающий наличие систематической ошибки в результатах обследования ЩЖ, м_bas.

Использование разработанных подходов позволило корректно интерпретировать более 250 тысяч результатов радиометрического обследования ЩЖ у жителей Белоруссии.

В третьей главе разработан физически обоснованный метод определения основного пути поступления ¹³¹ жителям населенного пункта (НП) по результатам их радиометрического обследования. Для расчета индивидуальной дозы кроме оценки содержания ¹³¹ в ЩЖ требовалось определить кинетику поступления радиоактивного йода в организм. В свою очередь, кинетика определялась либо на основании данных персонального опроса о местах проживания и продуктах питания, либо (при отсутствии таких данных) принимались типовые для жителей рассматриваемого НП режимы проживания и питания. Однако при любом исходном варианте одним из критических моментов для корректного описания функции поступления является оценка соотношения активности ¹³¹, поступившего в организм с загрязненным воздухом и с загрязненными продуктами питания, прежде всего, с молоком. В отсутствии прямых измерений этого соотношения использовались оценки, полученные по моделям, значения параметров которых имеют большую степень неопределенности.

Согласно расчетным оценкам для сельского населения, постоянно проживавшего на загрязненной территории и потреблявшего молоко местного производства, усредненное значение поступления ¹³¹ с молоком более, чем на порядок превосходило соответствующее ингаляционное поступление. Соотношение между пероральным и ингаляционным поступлением ¹³¹ в организм жителям крупных городов зависело от степени загрязнения молока, поступавшего в городскую торговую сеть из разных регионов с существенно различающимися уровнями выпадений ¹³¹. Это соотношение могло быть как в пользу пероральной составляющей (если молоко доставлялось из районов, загрязнение которых было сопоставимым или большим, чем загрязнение города), так и в пользу ингаляционной составляющей (если молоко доставлялось из районов, загрязнение которых было значительно меньшим, чем загрязнение города). Выбор неверной кинетики поступления ¹³¹ в организм может привести к систематической ошибке в расчете индивидуальной дозы до 4-5 раз.

В то же время, требовалось подтвердить не модельными расчетами, а убедительными физическими доказательствами широко распространенное мнение, что для жителя, постоянно проживающего в загрязненной сельской местности и употребляющего в пищу молоко местного производства, поступление ¹³¹ в организм с молоком является доминирующим путем поступления, а ингаляционный путь играет существенно меньшую роль. Следовательно, объективное определение основного пути поступления ¹³¹ в организм жителей по данным радиометрического обследования ЩЖ является актуальной задачей в проблеме оценки поглощенных доз в ЩЖ.

На основании данных, полученных в 1988г. при интервьюировании жителей загрязненных территорий Гомельской и Могилевской областей Белоруссии, был сделан вывод о малой значимости поступления радиоактивного йода в организм с листовой зеленью по сравнению со свежим молоком и загрязненным воздухом, которые могли быть ведущими путями поступления радиоактивного йода в организм.

Таблица 2

Типы распределений значений параметров в формулах (2.24)-(2.29) и их числовые характеристики.

^# - ГСО - геометрическое стандартное отклонение;

^& - КВ - коэффициент вариации (отношение стандартного отклонения к среднему значению в процентах).

Таблица 3

Набор имеющихся исходных данных по жителям, рассмотренным в качестве примера, из четырех групп достоверности.