Научная статья на тему 'О НОРМИРОВАНИИ ПОСТУПЛЕНИЯ 14С С ВЫБРОСАМИ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА'

О НОРМИРОВАНИИ ПОСТУПЛЕНИЯ 14С С ВЫБРОСАМИ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
16
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Гигиена и санитария
Scopus
ВАК
CAS
RSCI
PubMed
Область наук
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The effect of 14C released into atmosphere in the form of CO and C02 by an atomic power plant is similar to that of naturally occurring 14C. Thus it is demonstrated that the most vulnerable to this nuclide body organ is red bone marrow. The levels of annual release and permissible concentration calculated for these conditions constitute 4.8·10⁶ Bq per year (130 Ci a year) and 3.7-10ˉ³­­­ Bq/l (1.0·10ˉ¹³­­­ Ci/l), respectively. Provided that the radiation dosage for red bone marrow equaled the dosage level for gasoaerosol release of atomic power plants (20 mrem per year) the obtained values should be decreased by 25 times. In terms of red bone marrow radiation conditions the level of maximum allowable release constitutes 5,4·10¹² or 2.2 · 10¹¹ Bq per day (150 or 6 Ci per dap) for the dosage limit of 500 or 20 mrem per year, respectively.

Текст научной работы на тему «О НОРМИРОВАНИИ ПОСТУПЛЕНИЯ 14С С ВЫБРОСАМИ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА»

УДК 614.73:[621.31 А.25:621.039]-07:616-008.922.6.02.14-07

В. П. Рублевский

О НОРМИРОВАНИИ ПОСТУПЛЕНИЯ 14С С ВЫБРОСАМИ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

И В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Институт биофизики Минздрава СССР, Москва

Защита здоровья людей и охрана окружающей среды являются в настоящее время важнейшими государственными задачами. В связи с интенсивным развитием ядерной энергетики создаются условия глобального повышения содержания 14С в окружающей среде, что не может не повлиять на общую радиационную обстановку. Поэтому является актуальным вопрос о величине допустимого выброса 14С в окружающую среду и предела годового поступления (ПГП) этого нуклида в организм людей, проживающих в районе размещения атомных электростанций (АЭС).

В организм людей, отнесенных к ограниченной части населения (категория Б), 14С поступает главным образом с пищевыми продуктами. При хроническом поступлении 14С накопление его в органах и тканях организма определяется содержанием в них стабильного углерода. Скорость накопления 14С зависит от скорости углеродного обмена в этих органах.

С пищевыми продуктами человек получает около 300 г углерода в сутки [3]. Концентрация естественного 14С составляет 144=1 расп/мин на 1 г углерода, т. е. около 0,23 Бк/г. Поступление естественного 14С в организм условного человека составляет, таким образом, 70+5 Бк/сут (0,68 мкКи/год). Органы и ткаии содержат различное количество стабильного углерода и, следовательно, накапливают различное количество естественного 14С при равной массовой концентрации (0,23 Бк на 1 г углерода). Зная содержание естественного 14С в органах и тканях организма, можно подсчитать величину создаваемой им поглощенной дозы по формуле: £> = 51,2£РСТ, которая в системе единиц СИ будет иметь вид:

£>= 1,38- Ю-5 £рСт, (1)

где В — мощность поглощенной дозы, Гр/сут; Ёр — средняя энергия (3-излучения, МэВ; Ст — массовая концентрация нуклида в рассматриваемом органе или ткани, Бк/г.

Величины поглощенных доз, создаваемых естественным 14С, малы, поэтому удобнее выражать их в микрогреях в год. Подставляя в формулу (1) значение для 14С и приводя соответствующие размерности, получим выражение для вычисления поглощенной дозы за счет этого нуклида:

О — 260- Ст, (2)

где В — поглощенная доза, мкГр/год; Ст — массовая концентрация 14С в органе или ткани, Бк/г.

В табл. 1 приведены данные о содержании углерода в некоторых наиболее важных для норми-

рования органах и тканях, концентрации в них естественного 14С и создаваемой им поглощенной дозе. Эквивалентная доза, создаваемая 14С, равна поглощенной, так как коэффициент качества для его р-излучения (0) равен 1.

Естественный 14С создает наибольшую поглощенную дозу в жировой ткани — 40 мкГр/год, которая в настоящее время принята в качестве критической ткани для 14С [1]. Такая же доза создается в желтом костном мозге. Поглощенная доза в красном костном мозге составляет 26 мкГр/год, что в 1,5 раза меньше, чем в жировой ткани. Но красный костный мозг по радиочувствительности относится к первой группе критических органов, тогда как жировая ткань — ко второй и, следовательно, ее радиочувствительность в 3 раза меньше. Дозовая нагрузка на все тело и остальные рассмотренные органы меньше еще в 2— 5 раз. Отношение величины предела дозы (ПД) к величине поглощенной дозы, создаваемой в жировой ткани и красном костном мозге, равно соответственно 375 и 192, т. е. коэффициент запаса при облучении красного костного мозга почти в 2 раза меньше, чем в случае жировой ткани (табл. 2). Таким образом, критическим органом для естественного 14С (и искусственного, поступающего в организм человека с пищевыми продуктами) следует считать красный костный мозг. При этом должна быть пересмотрена и величина предела годового поступления (ПГП) этого нуклида. Расчет величины ПГП 14С для населения,

Таблица 1

Содержание углерода, концентрация естественного 14С в некоторых органах и тканях условного человека и создаваемая в них поглощенная доза

Орган, ткань Содержание углерода, % Концентрация 10"2 Бк/г Поглощен мкГр/год наи доза мрад/год

Жировая ткань 64 14,9 40 4

Мышечная » 10,7 2,5 7 0,7

Костная » 14,8 3,5 9,4 0,9

Головной мозг 12,1 2,8 8 0,8

Красный костный мозг 41,3 9,6 26 2,6

Желтый » » 63,3 14,8 40 4,0

Селезенка 11,1 2,6 7 0,7

Печень 14,4 3,4 9 0,9

Гонады 8,8 2,1 6 0,6

Все тело 22,9 5,4 14 1,4

Таблица 2

Величины ПГП 14С, рассчитанные исходя из доз облучения различных органов и тканей организма людей, относящихся к категории Б

Поступле- ПГП

Ш Г ние в

Облученный орган, R О организм

ткань U естествен- МБк/год

. П. ного мкКн/год

"С,

С S мбэр/год

Жировая ткань 1500 4,0 260 9,6

Мышечная » 1500 0,7 1500 55,5

Костная » 3000 0,9 2900 81,5

Головной мозг 1500 0,8 1300 48,1

Красный костный мозг 500 2,6 130 4,8

Желтый » » 1500 4,0 260 9,6

Селезенка 1500 0,7 1500 55,5

Печень 1500 0,9 1100 40,7

Гонады 500 0,6 580 21,5

Все тело 500 1,4 250 9,2

относящегося к категории Б, проведен из условия, что ИС поступает в организм человека с пищевыми продуктами; в районе размещения локального источника существует равновесие по концентрации 14С в углероде, содержащемся в воздухе, пищевых продуктах и организме человека.

При этом величину ПГП можно выразить следующим соотношением:

ПГП = ПестПД/Дест,

(3)

где ПГП — предел годового поступления 14С в организм человека, рассчитанный по дозе на какой-либо орган, Бк/год (мкКи/год); ПССт — поступление в организм естественного 14С, Бк/год (мкКи/ год); ПД — предел дозы на тот же орган, мкГ-р/год (мрад/год); Дест — доза, создаваемая естественным 14С, на этот же орган, мкГр/год (мрад/год).

Поступление естественного 14С в организм людей составляет: 2,5-104 Бк/год (0,68 мкКи/год). Величина ПД на какой-либо орган регламентируется нормами радиационной безопасности [1]. Подставляя эти значения в выражение (3), получим величины ПГП 14С, исходя из доз облучения различных органов и тканей организма человека.

Из табл. 2 видно, что минимальная величина ПГП 14С определяется облучением красного костного мозга и составляет 130 мкКи/год (4,8-106 Бк/год). Остальные величины ПГП выше в 2—10 раз. В НРБ — 76 приведена величина ПГП, равная 660 мкКи/год, которая в 5 раз выше [1]. Однако эта величина была рассчитана из условия облучения жировой ткани как критического органа и поступления 14С не с пищевыми продуктами, а с водой. Углерод присутствует в воде в основном в виде карбонатов, метаболизм которых в организме человека существенно отличается от метаболизма сложных химических соединений углерода пищевых продуктов.

Облучение ограниченной части населения (категория Б) за счет газоаэрозольных выбросов АЭС ограничено квотой, составляющей 20 мбэр/год на критические органы первой группы [2]. С учетом этой величины ПД на красный костный мозг, ПГП 14С составит 5,2 мкКи/год (1,9-105 Бк/год), что меньше нормативной величины примерно в 125 раз. Определив критический орган и величину ПГП 14С для лиц категории Б можно определить допустимую концентрацию (ДКб ) этого нуклида в воздухе с учетом поступления его с пищевыми продуктами в районе размещения локального источника и предельно допустимый выброс (ПДВ) этого источника в атмосферу в виде углекислого газа (а также окиси углерода, которая в атмосфере довольно быстро окисляется до СО2).

Величина поступления 14С будет определяться

его концентрацией в пищевых продуктах и долей пищевых продуктов местного производства (выращиваемых на территории, подверженной влиянию выбросов АЭС) в рационе жителей рассматриваемого района. Будем считать что: 1. Сельские жители, проживающие в районе, подверженном влиянию выбросов АЭС, используют для питания преимущественно продукты местного производства, за исключением хлеба, так как население Советского Союза пользуется в основном хлебом, выпекаемым централизованно. По данным ЦСУ, сельское население потребляет около 470 г хлеба в сутки, с которым в организм человека поступает примерно 150 г углерода — 50% суточного потребления. Следовательно, местное население получает только около 150 г углерода, в котором может содержаться 14С, поступающий в окружающую среду с выбросами АЭС. 2. Существует равновесие по массовой активности 14С (по содержанию 14С на 1 г стабильного углерода) в системе воздух — пищевые продукты — человек.

При этих условиях величину ДКб можно выразить соотношением:

ДК

К ест' ПДк.м /2Д„ • М»

(4)

ат-

пре-

где Кест — концентрация естественного 14С в мосферном воздухе, Бк/л (Ки/л); ПДК.М — дел дозы облучения красного костного мозга, мбэр/год; Дк.м — доза на красный костный мозг от естественного 14С, мрад/год; 2 — коэффициент, учитывающий поступление только 50% углерода, содержащего 14С локального источника (150 г/сут).

Подставляя в выражение (4) значения входящих величин: Кест = 3,7-Ю~5 Бк/л (1,0-1 (И* Ки/л), ПДк.м = 500 мбэр/год, Дк.м=2,6 мрад/год, получим величину допустимой концентрации:

ДК

3,7- Ю-3 Бк/л (1,0- 10~13Ки/л),

которая на 3 порядка ниже величины ДКб, полученной из условия поступления 14С с вдыхаемым воздухом и приведенной в НРБ—76 (1,2-

• Ю-10 Ки/л) [1].

Среднегодовой коэффициент разбавления (Р) па границе санитарно-защитпой зоны (3 км от источника выбросов) для трубы высотой 120 м и средних метеорологических условий равен 1,7-

• 107 м3/с. При условии, что на границе санитарно-защитной зоны концентрация 14С в воздухе не должна превышать ДКб , ПДВ этого нуклида для непрерывно действующего источника не должен превышать величины:

ПДВ = ДКБ-Р. (5)

При полученных значениях ДКб иРПДВ = = 6,3• 107 Бк/с (1,7-Ю-3 Ки/с) или 5,4-1012 Бк/сут (150 Ки/сут).

Если учесть рекомендации [2] о величине квоты дозовой нагрузки (для населения категории Б), создаваемой газоаэрозольными выбросами АЭС, равной 20 мбэр/год, то полученные значения ДКб и ПДВ следует уменьшить в 25 раз. Так, при ПД = 500 мбэр/год значения Г1ГП, ДКб и ПДВ составляют соответственно 4,8-106 Бк/год (130 мкКи/год), 3,7-10-? Б к/л (1 • 1СИ3 Ки/л), 6,3-107 Бк/с (1,7-Ю-3 Ки/с или 150 Ки/сут). При ПД=20 мбэр/год эти значения соответственно равны 1,9-105 Бк/год (5,2 мкКи/год), 1,5-

• 10~4 Бк/л (4- 10~15 Ки/л), 2,5-106 Бк/с (6,8-

• Ю-5 Ки/с или 6 Ки/сут).

Величины Г1ГП (130 мкКи/год) и ДКб (1-•Ю-13 Ки/л), рассчитанные из условия облучения красного . костного мозга дозой, равной ПД (500 мбэр/год), примерно в 5 и 1000 раз меньше величин, регламентированных НРБ—76: ПГП = 660 мкКи/год, ДКб = 1,2-10"10 Ки/л. Величины, рассчитанные при условии облучения этого органа дозой, равной квоте (20 мбэр/год), составляют соответственно 5,2 мкКи/год и 4-

• 1015 Ки/л.

Все эти величины получены из условия ,чисто радиационного воздействия 14С, включенного в структуры органов и тканей организма условного человека. Однако углерод, являясь структурной основой живых организмов, вместе с 14С в процессе обмена включается в молекулы генетически значимых структур (РНК, ДНК). Распад 14С в этих структурах (превращение атома углерода в атом азота) оказывает дополнительное повреждающее действие, называемое эффектом трансмутации. Величина этого эффекта определяется величиной относительной генетической эффективности (ОГЭ). М. И. Шальиов и А. В. Савич [4] счи-

тают, что значительная часть трансмутационных повреждений ДНК приводит к мутациям второго и третьего порядка, связанным с изменением химической природы кодонов. Подобные повреждения плохо восстанавливаются системой темповой репарации и являются, таким образом, необратимыми. Повышение концентрации 14С в природных средах может привести к накоплению в живых организмах генетических нарушений, передающихся по наследству. Экспериментальные исследования величины ОГЭ дают разноречивые результаты. По-видимому, это связано наряду с трудностями определения величины ОГЭ с некоторой путаницей понятий, когда величина ОГЭ рассматривается не в связи с трансмутационным действием 14С в молекулах ДНК, а лишь с генетическими эффектами, возникающими за счет радиационного действия 14С, включающегося в клеточные структуры, но не обязательно в ДНК. И хотя в настоящее время рекомендуется принимать величину ОГЭ для 14С равную 1, по нашему мнению, эта проблема еще требует своего решения, от которого в значительной мере может зависеть оценка радиационной обстановки в связи с постоянным повышением концентрации 14С в окружающей среде.

Литература

1. Нормы радиационной безопасности: .НРБ—76. — М., 1978.

2. Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных электростанций СП АЭС—79. — М., 1981.— С. 6.

3. Человек. Медико-биологические данные: Пер. с англ. — М., 1977. —С. 322—323.

4. Шальное М. И., Савич Л. В. // Радиобиология. — 1967.—Т. 5, № 7. — С. 698—714.

Поступила 28.07.86

S u m ш а г у. The effect of 14С released into atmosphere in the form of CO and C02 by an atomic power plant is similar to that of naturally occurring 14C. Thus it is demonstrated that the most vulnerable to this nuclide body organ is red bone marrow. The levels of annual release and permissible concentration calculated for these conditions constitute 4.8-106 Bq per year (130 Ci a year) and 3.7-10"3 Bq/1 (1.0-10-13 Ci/1), respectively. Provided that the radiation dosage for red bone marrow equaled the dosage level for gasoaerosol release of atomic power plants (20 mrem per year) the obtained values should be decreased by 25 times. In terms of red bone marrow radiation conditions the level of maximum allowable release constitutes 5,4-1012 or 2.2-10" Bq per day (150 or 6 Ci per dap) for the dosage limit of 500 or 20 mrem per year, respectively.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.