CC BY
87
Радиоэкологическая модель транспорта радионуклидов йода и цезия по пищевым цепочкам после радиационных аварий с выбросом в атмосферу для исследований закономерностей формирования доз внутреннего облучения населения Часть 2. Описание, постановка и свойства блоков метаболизма радионуклидов 1311 и 1370в в органах крупного рогатого скота
Власов О.К.
ФГБУ МРНЦ Минздрава России, Обнинск
Приводится описание и математическая постановка блока метаболизма радионуклидов 131! и 13 Cs в органах крупного рогатого скота (КРС) радиоэкологической модели транспорта. По результатам многолетних экспериментальных исследований, выполненных во ВНИИСХРАЭ, установлены параметры многокамерных моделей «йодной» и «цезиевой» низкоудойных молочных российских коров. Выявлен ряд особенностей динамики загрязнения 131! и 137Cs органов и молока КРС от погодных условий, режимов содержания и кормления КРС после аварии на ЧАЭС. Установлено, что после аварии на ЧАЭС в случае перевода КРС на чистые корма не позднее 3-5 суток после начала потребления загрязнённой травы пастбищ было бы достигнуто эффективное снижение интеграла активности 131! в молоке в (30-10) раз. При переводе не позднее 5-10 суток было бы достигнуто снижение загрязнения молока и мяса КРС 137Cs в (300-200) раз. При более позднем переводе, спустя 10 и 20 суток, эффективность пе-
131 137 137
ревода по снижению активностей I и Cs в молоке и по активности Cs в мясе не превышали бы 2 раз. Установлено, что в первый год после аварии на ЧАЭС на всей загрязнённой территории России и Беларуси корневой путь поступления 137Cs в траву пастбищ и сенокосов был практически незначим.
Ключевые слова: модель транспорта радионуклидов йода и цезия, пищевые цепочки, радиационная авария, дозы внутреннего облучения.
А. Модель метаболизма радионуклидов 1311 и 1370э в органах КРС
Для описания метаболизма 131і и 137Св в органах коровы и динамики удельной активности молока используются схемы многокамерных моделей (рис. 1) [6], дополненные блоком «лёгкие» с ингаляционным путём поступления радионуклидов в её организм.
k724 7. Легкие
-Ингаляция-
Йодная модель молочной коровы
Власов О.К. - зав. лаб., д.т.н. ФГБУ МРНЦ Минздрава России.
Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королёва, 4. Тел.: (48439) 9-32-45; e-mail: [email protected].
3. Ткани 4. Ткани
•—Корм—► 1. Желудок медленного быстрого
обмена обмена
JL
X—Г
%
1----г
<v
-Г
б. Кишечник
-------Т-------
о
ю
\
10. Фекалии
-кб2-
2. Кровь
к72
11.Моча
S. Вымя
7. Легкие «—Ингаляция-
I
9. Молоко
Цезиевая модель молочной коровы
Рис. 1. Йодная и цезиевая модели молочной коровы.
Определяющая система обыкновенных линейных дифференциальных уравнений для этих моделей имеет следующий вид:
dQ
I ,Cs
dt
I ki, jQfs +
j=1...J, j * i
dqI ,Cs I ,Cs , dqps DI ,Cs
• RpsS Ai + Ca • Vow • k7,2^2,i,
dt
qL (t)=d
QLr (t)
(1)
(2)
milk
где Qljс - активность 1311 и 13/Св в органах коровы, кБк (/=1 - желудок, /=7 - лёгкие); kj,. -
. . .1 йя'Ё*
скорости перехода радионуклидов между камерами / и . сут ; —--------------скорость поступления
dt
активности 1311 и 137Св в желудок молочной коровы вместе с кормом пастбищ и заглатываемой
при выпасе почвой: ,/,Оэ
dqps = FV• apCs n(t-Bpast)+FS “"*
I ,Cs
dt
здесь n(t - вpast) =
t-То t-в
past
Pl • xl
, if epast < t <Т0
(3)
0 otherwise
т0 - продолжительность перехода от стойлового содержания рогатого скота к пастбищному, 10 сут; враві - начало потребления загрязнённого корма пастбищ, сут; ГУ, ГБ - суточное потребление пастбищного корма и заглатываемой при выпасе почвы, соответственно; принимается, что для коллективного скота величина РУ=50 кг/сут и РУ=40 кг/сут для частного скота, РБ=1 кг/сут; х1 - толщина верхнего загрязнённого слоя почвы, принимается равной 1 мм;
pi - плотность верхнего слоя почвы, 1 кг/м3; Са - удельная объёмная активность радионуклида в атмосфере, кБк/м3; Snm =1 при n=m и Snm =0 при n^m; V^W =120 м3/сут - суточный объём лёгочной вентиляции КРС; к7^ - коэффициент перехода радионуклида из лёгких в кровь, из-за отсутствия данных принимается таким же, как для взрослого человека возраста 18 лет:
rfunsH'biood = Selem ■ Kdinh,elem(18) + 8aer • Kdinhaer(18) + Sorg ■ Kdinh’org(18)
Kding (18) ’ ( )
где Selem , Saer, Sorg - соответственно, относительные доли элементарной, аэрозольной и органической форм существования йода в атмосфере, для 137Cs Saer =1; Kding - дозовые коэффициенты для пищевого пути, мГр/кБк [8]; Kdinh - дозовые коэффициенты для ингаляционного пути с такими же соответствующими индексами для форм существования радионуклида и типов растворимостей его аэрозольной формы, мГр/кБк [7] (для 131I и 137Cs коэффициенты перехода радионуклида из лёгких в кровь соответственно равны 0,7 и 0,33); QI,Cs - активность
udder
131I и 137Cs в вымени, кБк; Q1^ - удельная активность молока, кБк/л; Ymuk - молочная продуктивность коровы в 1986 г., л/сут, в России и Беларуси: для частного и общественного КРС, соответственно, 7 и 5 л/сут, в Польше и Чехии - 11 л/сут, в Западной Европе - 18 л/сут.
Прямое использование схем многокамерных йодной и цезиевой моделей коровы из работы [6] для описания динамики загрязнения молока затруднено, поскольку в ней нет данных о скоростях перехода йода и цезия между камерами моделей. В этой работе приведены только аналитические решения систем линейных дифференциальных уравнений:
= Iк Q■ (5)
dt j=1...J, j ф i
где Qi - активность радионуклида в i-ой камере; Kij - скорости междукамерного обмена для случая однократного поступления 131I и 137Cs в желудок коровы (рис. 1).
Решения таких систем имеют вид:
Q,^oko(t) = I akк)e-bk(kij)l, (6)
к=1...3
где ak(kij) и bk(kij) в [6] представлены в виде аналитических нелинейных функций от скоростей kij междукамерного обмена.
Численные значения коэффициентов ak и bk в соотношении (6) для активностей 131I и 137Cs в молоке после однократного введения их в желудок высокоудойных коров Западной Европы, полученные на основе экспериментальных исследований, приведены в работах [9, 10].
Результаты многолетних экспериментальных исследований динамики активностей 131I и 137Cs в органах, молоке и выделениях низкоудойных молочных коров российских пород после однократного и хронического введения этих радионуклидов в организмы животных вместе с кормом по данным исследователей ВНИИСХРАЭ приведены в работе [5].
Для определения численных значений скоростей перехода радионуклидов между камерами моделей [6] по результатам исследований поведения радионуклидов йода и цезия в организмах молочных коров нами в [4] была разработана следующая процедура.
Сначала по численным значениям коэффициентов ак и Ьк, приведённым в работах [9, 10], путём решения систем нелинейных алгебраических уравнений определялись коэффициенты к. междукамерного обмена многокамерной йодной модели высокоудойной английской коровы. Далее, эти коэффициенты использовались в качестве нулевого приближения при определении коэффициентов к. йодной и цезиевой моделей низкоудойной российской коровы. Поскольку система решаемых уравнений была переопределена, определение коэффициентов обмена к. производилось таким образом, чтобы из всего набора экспериментальных данных [5, 9, 10] наилучшее согласие между расчётными данными по моделям [6] и экспериментальными данными достигалось:
• для однократного поступления 1311 и 137Сз вместе с кормом - при описании форм временных зависимостей динамики активностей молока в органах молочных коров и молоке;
• для хронического поступления 1311 и 137Сз вместе с кормом - по условию минимизации невязки расчётных и экспериментальных коэффициентов перехода «рацион - молоко» и интегралов выведений радионуклидов из организма коровы с мочой, навозом и молоком.
Результаты настройки констант к. дифференциальной модели коровы на российские условия (модель REM.ru) вместе с полученными константами для английской коровы (модель REM.au) приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Параметры модели метаболизма 1311 в организме молочной коровы
Камеры Скорости обмена между камерами, сут-1
Параметры модели [6] по данным [10] REM.ru Параметры модели [6] по данным [5] REM.au
желудок - кровь, к12 3,186 2,3
желудок - ЖКТ, к15 3,744 3,744
кровь - ЩЖ, к23 0,269 0,269
ЩЖ - кровь, кэ2 0,046 0,06
кровь - почки, к2б 0,464 0,7
кровь - молоко, к24 0,193 0,24
Таблица 2
Параметры модели метаболизма 137Св в организме молочной коровы
Камеры Скорости обмена между камерами, сут-1
Параметры модели [6] по данным [9] REM.ru Параметры модели [6] по данным [5] REM.au
желудок - ЖКТ, к15 0,7 1
ЖКТ - кровь, к12 14,8 7
кровь - ткани медленного обмена, к23 0,04 0,1
кровь - ткани быстрого обмена, к24 0,11 0,25
ткани медленного обмена - кровь, кэ2 0,02 0,01
ткани быстрого обмена - кровь, к42 0,05 0,1
кровь - вымя, к28 0,58 0,12
вымя - молоко, к89 4 4
ЖКТ - навоз, к5,ю 5 8
кровь - моча, к2,11 0,7 0,7
Как видно из данных этих таблиц, наибольшее различие в скоростях перехода получено для звена «желудок - плазма». Меньшее поступление 1311 и 137Св из желудка в кровь российской коровы приводит, соответственно, к их большему поступлению в кишечный тракт и более быстрому выведению этих радионуклидов из её организма по этому каналу. Это напрямую связано с особенностями организма малоудойной российской коровы, удой которой при почти равном потреблении корма высокоудойной европейской коровы более чем в 3 раза меньше её удоя. Различие значений остальных скоростей перехода между органами российской и европейской молочных коров невелико.
С использованием полученных констант дифференциальных моделей REM.ru и REM.au рассчитывалась динамика метаболизма 1311 в организме российской и европейской молочных коров при различных режимах его поступления вместе с кормом.
Примеры расчётов динамики активности 1311 в органах молочной коровы и удельной активности 1311 в молоке после однократного, постоянного (независящего от времени) и хронического (зависящего от времени) введения 1 кБк 1311 с рационом, а также при употреблении загрязнённой травы пастбищ с начальным суточным поступлением 1311, равным 1 кБк/сут, приведены на рис. 2 и 3.
Рис. 2. Динамика активности 1311 в органах европейской (А) и российской (Б) молочных коров и удельной активности 1311 в молоке после однократного введения радионуклида с рационом.
А
Б
Г
В
Рис. 2 (продолжение). Динамика активности 1311 в органах европейской (А, В) и российской (Б, Г) молочных коров и удельной активности 1311 в молоке после постоянного (А, Б) и хронического введения (В, Г) 1311 в организм с рационом.
Время после однократного поступления с
кормом, сутки
----тізкоудойная корова, модель
----высокоудойная корова, модель
-♦высокоудойная корова, эксперимент —^-низкоудойная корова, эксперимент —^-однокамерная модель
Рис. 3. Динамика метаболизма 1311 в организме коровы после однократного введения
1 кБк с рационом.
Низкоудойная корова, модель - расчёт по модели REM.ru; высокоудойная корова, модель - расчёт по модели REM.eu [6]; низкоудойная корова, эксперимент - [5]; высокоудойная корова, эксперимент - [9, 10]; МУ2000 - расчёт по однокамерной модели МУ2000 [3].
Можно отметить, что после однократного поступления 1311 с кормом максимальная активность молока у российской коровы в 2,5 раза выше, чем у европейской, но со временем она убывает быстрее. Видно также, что существенное различие в динамике активностей 1311 в молоке для однокамерной и многокамерной модели KPC начинается через 4 суток после введения 1311 в организм KPC. К этому времени активность 1311 в молоке у KPC начинает определяться скоростью выведения радионуклида из ЩЖ, накопленного там ранее.
Результаты расчётов динамики активности 137Cs в мягких тканях KPC и скоростей его выведения из организма молочной коровы с мочой, навозом и молоком после однократного орального введения 1 кБк 137Cs в её организм приведены на рис. 4. На рис. 4А приведены данные о величинах эффективных периодов быстрого (Teff 1 Tis=5 day) и медленного (Teff2Tis=45 day) выведения активности 137Cs из мягких тканей, а также весовой сомножитель (А1=0,45) при аппроксимации расчётных данных двух экспоненциальных зависимостей вида:
_ °’693 .(t-to) - °’693 .(t-to)
Qfis(t) = >Vб TeffTis1 +(1-А^-е TeffTis2 (7)
Экспериментальные значения аналогичных величин, приведённые в [5, с. 67, табл. 2.28], имеют весьма близкие значения и соответственно равны 3, 46,2 и 0,45 суток.
На рис. 4Б для варианта однократного введения 137Cs в организм коровы приведены значения максимального значения коэффициента перехода радионуклида в молоко (max(Q_Milk9_1L)=0,0036 kBq/kg) и эффективного периода уменьшения активности 137Cs в молоке для времени измерения, меньше 9 суток (TeffMilk=1,2 day). Экспериментальные значения
аналогичных величин по данным [5, с. 123, табл. 3.10], соответственно, равны 0,002-0,04 (кБк/кг)/кБк и 1,7 суток.
Рис. 4. Динамика активности 137Cs в мягких тканях КРС (А) и скоростей его выведения (Б) из организма молочной коровы после однократного орального введения 1 кБк 137Cs в её организм. Кружками 1 и 2 на рисунках отмечены времена, принятые для определения длительности эффективного уменьшения активности 137Cs в молоке (Teff1Tis) и периода полу-выведения его из организма(TeffMilk), квадратами 3 и 4 - для определения (Teff2Tis).
Сопоставление расчётных и экспериментальных данных по интегральному выведению 1311 из организма коровы, о динамике содержания 1311 в органах коровы и молоке, а также о коэффициентах перехода «рацион-молоко» при однократном и хроническом поступлении 1311 вместе с кормом приведены в таблицах 4 и 5.
Таблица 4
Величины интегрального выведения 1311 и стабильного йода из организма молочной коровы при однократном поступлении с рационом
Органы Интегральное выведение 1311 Интегральное выведение стабильного йода
Корнеев Н.А. [5] REM.ru REM.au REM.ru REM.au
Моча 0,151 0,151 0,229 0,191 0,247
Навоз 0,774 0,735 0,534 0,742 0,668
Молоко 0,046 0,052 0,095 0,066 0,085
Всего 0,971 0,938 0,858 1,00 1,00
Таблица 5
131
Коэффициенты перехода I из рациона в молоко при однократном и хроническом поступлении 1 11 с рационом молочной коровы
Режим поступления Корнеев Н.А. [5] REM.ru REM.au
Однократное поступление 1311 - 1 кБк, 0,008-0,013 0,0082 0,0035
максимальное значение
Хроническое поступление 1311, 0,01 0,01 0,0053
равновесное значение
Загрязненная трава пастбищ, 0,0082 0,004
максимальное значение
Таким образом, совокупность приведённых данных свидетельствует о вполне удовлетворительном качестве результатов настройки многокамерной высокоудойной европейской молочной коровы на российские условия.
Б. Основные закономерности динамики метаболизма 1370э и 1311 в органах и молоке КРС после аварии на ЧАЭС
Исследования закономерностей динамики загрязнения 137Св и 1311 молока и органов молочных коров после аварии на ЧАЭС проводились для следующего сценария входных данных:
137 131 3
• удельные объёмные активности Се и I в облаке на время аварии равны 1 и 10 кБк/м ;
• время начала и окончания радиоактивных выпадений в районах загрязнённых областей взяты в соответствии с данными ([1], сборник МУ);
• 1311 в облаке существует в смеси аэрозольной, элементарной и органической формах, их доли принимались равными, соответственно, 0,7; 0,15 и 0,15;
• годовой ход среднесуточных температур в год аварии на ЧАЭС соответствует среднеобластным данным;
• осадки за период выпадений равны 1 мм.
На зависимостях рис. 5 первый пик активностей 137Св и 1311 в органах молочной коровы обусловлен ингаляцией, второй - потреблением загрязнённой травы пастбищ после начала их выпаса. Из полученных данных видно, что динамика активностей 1311 в молоке коров в Гомельской и Тульской областях различается как по форме, так и по максимальным значениям.
Область = "Гомельская" 9_dep0 = 2day 6_pastc=5day Q0_airCs_l = 1 Qair_l_Cs = 1 0 lntMilk_c = 3405 kBq
20 30 40
Время после аварии, сутки
зеленый корм.кБк е желудок, кБк у кровь, кБк ■ ■ ■ ЩЖ, кБк А А А молоко, кБк/кг • • • осадки
А
Область = ■Гомельская'
9_dep0 = 2 day 8_pastc = 5 day Nvar_reg = 0 kBq
Q0_airCs_1 = 1 -
lntMilkCs_c= 1774 kBq
Область = "Тульская*
LdepO = 3 day 9_pastc =14 day Nvar_reg - 0 , kBq
50 100 150
Время после аварии, сутки
50 100 150
Время после аварии, сутки
зеленый корм, кБк/кг с желудок, кБк
• * * кровь, кБк
■ ■ ■ мягкие ткани, кБк А А А молоко, кБк/кг
• • * осадки
В
зеленый корм, кБк/кг с желудок, кБк * * * кровь, кБк ■ ■ ■ мягкие ткани, кБк А А А молоко, кБк/кг О О О осадки
Г
Рис. 5. Зависимости активности 1311 (А, Б) и 137Cs (В, Г) в органах и молоке коров общественного сектора от времени после аварии.
Ыуаг_гед - номер температурного региона в области, соответствует области в целом; 0_с1ер0 - время начала радиоактивных выпадений, сутки после авар ии; 0_раэ1с - время начала выпаса общественного КРС; 00_акСэ_1 - удельная объёмная активность 13 Сэ в облаке на время аварии; Оак_1_Сэ - отношение
удельных объёмных активностей 1311/137Сэ в облаке на время аварии; IntMilk_c, Іг^^кСв^ активностей 1311 и 137Сэ в молоке общественного сектора.
интегралы
past _ end
IntMilk = Y ■ J qmilk (T)dT,
(8)
0depO
здесь У - суточный удой молока, кг/сут; дтцк - удельная активность молока, кБк/кг; ваер0 - время начала радиоактивных выпадений, сутки после аварии; врав_епс1 - время окончания пастбищного сезона, сутки после аварии.
Б
03282538
Так, максимальная активность 131I в молоке общественного сектора в Тульской области после начала выпаса в 3 раза меньше, чем в Гомельской области. Здесь проявился целый комплекс факторов, учтённых разработанной моделью. Во-первых, в Тульской области удельное загрязнение травы пастбищ на время окончания выпадений было меньше за счёт меньшей биомассы растительности. Во-вторых, выпас в этой области начался почти на 9 суток позднее, чем в более южной Гомельской области [2]. К этому времени активность 131I в траве общественных и естественных пастбищ Тульской области уменьшилась в 4 и 2,4 раза соответственно за счёт радиоактивного распада 131I, самоочищения растительности и прироста её чистой биомассы. Из других особенностей данных на рис. б отметим, что через 100 суток после аварии динамика активности 137Cs в молоке определяется только скоростью его выведения из мягких тканей коровы, а не его поступлением с кормом. В обеих областях максимальные активности 137Cs в молоке за счёт ингаляции на порядок меньше, чем их значения за счёт потребления загрязнённого корма. Максимальные активности 131I в молоке за счёт ингаляции и загрязнённой травы практически сопоставимы, и равны, соответственно, 13,6 кБк/кг и 17,7 кБк/кг.
Разработанная модель позволяет оценить эффективность перевода крупного рогатого скота на чистые корма. Так, на рис. 6 и 7 представлены результаты расчётов динамики активностей 131I и 137Cs в органах общественного (А, В) и частного (Б, Г) КРС Гомельской и Тульской областей при его переводе на чистый корм через 20 суток после аварии на ЧАЭС.
Из приведённых данных видно, что рост активности 131I в ЩЖ прекращается уже в течение суток после перевода коров на чистый корм. Далее, в течение 3-х суток происходит быстрое, почти на порядок, уменьшение активностей 131I в крови и молоке. На большие времена м.б.на более длительное время динамика их активностей определяется здесь только скоростью выведения 131I из щитовидной железы. Точно такие же особенности имеет и динамика активности 137Cs в органах молочной коровы и в молоке. Только здесь роль буфера накопления 137Cs в организме коровы играют её мягкие ткани. Однако динамика 137Cs в крови и молоке имеет более сложный характер, чем динамика 131I. Сначала в течение 50 суток после перевода коровы на чистый корм активность 137Cs в крови и молоке определяется в основном его выведением из короткопериодных, а через 100 суток и более - выведением из длиннопериодных мягких тканей.
Эффективность перевода КРС на чистый корм по критерию снижения активности 131I и 137Cs в молоке оценивалась как отношение интегралов их активностей за весь пастбищный период без перевода на чистый корм к аналогичным интегралам с таким переводом. Эффективность по критерию активности 137Csв мягких тканей (мяса) оценивались как отношение его активностей на время окончания пастбищного периода без перевода на чистый корм к аналогичным активностям с переводом на чистый корм.
0past _ end
J Qmiik (T)dT
c it \ — 0depo c lt » Qtiss(0past_end)
Emiik(ttr) — о > Emeat(ttr) — Л Q » , (9)
0pastr_end Qtiss(ttr ,0past_end)
J Qmiik (T,ttr )dT
0depO
где Emik(tr), Emeat(ttr) - эффективности перевода КРС на чистый корм по интегралу актив-
131 137 137
ности I и Cs в молоке и активности Cs в мягких тканях (мясе) на время окончания паст-
бищного периода; в^еро, - время начала радиоактивных выпадений и перевода КРС на
чистый корм, сутки после аварии; Отш, Оіг - удельные активности 1311 и 137Св и активность 137Сз в мягких тканях КРС.
А
Область = 'Гомельская' Q0_airCs_1 = 1
0_depO = 2 day 0_pastc = 5 day Qair_l_Cs =10
ClearFood = 'Yes' TcIearFoodc = 20 day IntMiIk_c = 2982 kBq
A
Время после аварии, сутки - зеленый корм,кБк с желудок, кБк * кровь, кБк ■ ■ ■ ЩЖ, кБк АДА молоко, кБк/кг ооо осадки
Б
Г
В
Рис. 6. Динамика активностей 1311 (А, Б) и 137Св (В, Г) в органах общественных (А, В) и частных (Б, Г) молочных коров и молоке в Гомельской области при их переводе на чистый
корм через 20 суток после аварии.
А
Область = "Тульская"
00_аігСв_1 = 1
кЕ^
0_с1ерО 3 сіау 0_раБІУ = 8.2сІау
СІеагРоойу = "Уеэ" ТсІеагРоосІУ = 20йау ІггїМіІкСв_у = 593кВц 1x1 О^і---^ 10
50 100
Время после аварии, сутки
зеленый корм, кБк/кг с желудок, кБк ' кровь, кБк ■ ■ ■ мягкие ткани, кБк АДА молоко, кБк/кг ооо осадки
Рис. 7. Динамика активностей 1311 (А, Б) и 137Св (В, Г) в органах молочных коров и молоке в Тульской области при их переводе на чистый корм через 20 суток после аварии.
Б
В
Г
Область = "Гомельская" кВЧ
00_аігС5_1 = 1
ОаігІС* = 10
Время перевода КРС на чистый корм, сутки
1 частный КРС - общественный КРС
А
Область = 'Гомельская'
О0_аігСБ_1 = 1
кЕ^
0_с1ерО - 2с1ау 9_раєК^ = 2 сіау 9_раєІс = Бгіау
Время перевода КРС на чистый корм, сутки
: молоко, частный КРС ■ молоко, общественный КРС
і-іг Д. мясо, частный КРС • • мясо, общественный КРС
00 аігОї 1 = 1
ОЬласть = 'Тульская" кВц
ОЬласть = 'Тульская"
00 зігСб 1=1
кВц
Оаіг І Се = 10
_(1ер0 = Зсіау е_равй/ = 8 (іау е_рав1с = 14гіау
(ІерО = 3 (Іау
& разіу =8.2 (іау е райс = 14 (Іау
Время перевода КРС на чистый корм, сутки
частный КРС общественный КРС
Время перевода КРС на чистый сорм, сутки
^ ^ 11 молоко, частный КРС *—*—* молоко, общественный КРС мясо, частный КРС О-О О мясо, общественный КРС
Б
Г
В
Рис. 8. Зависимости эффективности перевода КРС по 1311 (А, В) и 137Св (Б, Г) на чистый корм
от времени перевода.
Выполненные расчёты показали (рис. 8), что по 1311 наиболее эффективным являлся бы перевод КРС на чистый корм не позднее 3-5 суток после начала потребления загрязнённой травы пастбищ (30-10 раз). При переводе позднее 10 суток после начала пастбищного сезона эта эффективность не превышала бы 2-х раз.
Что же касается 137Св, то эффективности перевода КРС на чистый корм по показателям снижения активности 137Св в молоке и мясе для времени, больше чем 10 суток после аварии, практически совпадают. Наиболее эффективным был бы перевод не позднее 10 суток после начала выпаса на загрязнённых пастбищах. Причём эффективность для 137Св была бы существенно больше, чем для 1311 (200-300 раз). При переводе спустя 10 суток после начала потребления загрязнённой травы пастбищ эффективность по активности 137Св в молоке и мясе в обеих областях не превышала бы 2-х раз.
Для оценок вклада различных путей в загрязнение молока 137Св в Гомельской и Тульской областях по такой же схеме, как и в работе [3], были проведены расчёты динамики загрязнения молока с учётом ингаляции загрязнённого воздуха, поверхностного и корневого путей загрязнения 137Сз корма. Коэффициенты перехода 137Св из почвы в растительность пастбищ и сенокосов для различных типов почв рассчитывали по коэффициентам перехода 137Св из почвы в молоко, как в работе [3], по соотношению:
КПмолоко
КПпзраеа =----------КП137--------------, (10)
137 м К рацион ^молоко ' '
мрацион ' КІ37
где КПм°7Локо - коэффициенты перехода 137Св из почвы в молоко в 1987 г., 7-10-3 м2/кг (таблица 3.2 [1], м2/кг; Мрацион - суточное потребление корма коровой, равное 40 кг/сут для травы пастбищ в пастбищный сезон или 8 кг/сут сена в стойловый сезон; К1р!^7Цион^молоко - коэффициент
перехода 137Сз из рациона коровы в 1 литр молока, 0,01 сут/кг.
В расчётах предполагали, что коэффициент перехода 137Св из почвы в молоко увеличивается со временем после аварии по линейному закону: от 0 на время аварии до 7-10-3 м2/кг на 1 июля 1986 г. и более длительное время до окончания заготовок сена он был равен этому же значению. Предполагали также, что смена рациона рогатого скота с зелёного корма на сено происходит постепенно. В течение 3-х недель относительное потребление сена, начиная с 10 суток до окончания пастбищного сезона, увеличивается со временем по линейному закону от 0 до 1. Сено первого укоса расходуется на рацион коров за половину стойлового сезона (4 месяца). В оставшееся до начала пастбищного сезона 1987 г. время рацион коров состоит из сена второго укоса. После укосов на поле остается 25% биомассы растительности сенокосов.
Как видно из данных на рис. 9А и 9В, удельная активность сена второго укоса в 100 раз меньше активности сена первого укоса и в 5-6 раз меньше активности травы пастбищ на время второго укоса. Из этих же данных следует, что, как в Гомельской, так и в Тульской области корневой путь начинает преобладать в загрязнении зеленого корма только через 90-100 суток после аварии (в начале августа). Но и к окончанию пастбищного сезона удельная активность 137Св в молоке при корневом пути загрязнения корма в 5 раз меньше, чем при поверхностном загрязнении корма (рис. 9Б и 9Г). Далее, из данных на рис. 9Б и 9Г видно, что через 90-100 суток после аварии динамика удельной активности молока начинает определяться не поступлением 137Сз в организм коровы вместе с кормом, а его выведением из мягких тканей в кровь и далее в
молоко. Это следует из параллельности зависимостей удельных активностей 137Св в мягких тканях коровы и в молоке от времени на время, большее 90-100 суток после аварии. Выполненные расчеты показывают, что для активности 137Св в молоке в первый год после аварии корневой путь поступления 137Сз в траву пастбищ и сенокосов практически незначим. Однако и в стойловый период активность 137Св в молоке будет определяться, как это следует их данных на рис. 9Б и 9Г, не корневым загрязнением корма, а только поверхностным загрязнением заготовленного сена первого укоса.
А
Б
В
Г
Рис. 9. Динамика загрязнения 137Св травы пастбищ (А, В), молока и мягких тканей молочной коровы (Б, Г) за счёт поверхностного и корневого путей загрязнения растительности культурных пастбищ Тульской и Гомельской областей.
Таким образом, приведённые материалы свидетельствуют, что разработанная модель позволяет в режиме реального времени проводить исследования закономерностей основных процессов, определяющих метаболизм радионуклидов 1311 и 137Св в органах и молоке крупного рогатого скота на территории, загрязнённой после аварии на ЧАЭС, в режиме реального времени:
• по результатам многолетних экспериментальных исследований динамики активностей 1311 и 137Сз в организме коров российских пород, выполненных во ВНИИСХРАЭ, определены параметры многокамерных моделей «йодной» и «цезиевой» низкоудойных молочных российских коров;
• установлено, что после аварии на ЧАЭС при переводе КРС на чистые корма не позднее 3-5 суток после начала потребления загрязнённого корма пастбищ было бы достигнуто эффективное снижение интеграла активности 1311 в молоке в (30-10) раз;
• при переводе не позднее 5-10 суток после начала потребления загрязнённого корма пастбищ было бы достигнуто эффективное снижение активности 137Сз в молоке и мясе КРС в (300-200) раз;
• при переводе спустя 10 суток после начала потребления загрязнённого корма пастбищ
131 137 137
эффективности по активностям I и Се в молоке и по Се в мясе не превышала бы 2 раз;
• для активности 137Св в молоке в первый год после аварии корневой путь поступления 137Сз в траву пастбищ и сенокосов практически незначим.
Литература
1. Балонов М.И., Брук Г.Я., Голиков В.Ю., Шутов В.Н., Савкин М.Н., Питкевич В.А., Степаненко В.Ф., Вакуловский С.М. Оценка доз облучения населения Российской Федерации вследствие аварии на Чернобыльской АЭС: сборник методических документов /под ред. академика РАМН Г.Г.Онищенко. Санкт-Петербург, 2006. С. 8-55.
2. Власов О.К. Радиоэкологическая модель транспорта радионуклидов йода и цезия по пищевым цепочкам после радиационных аварий с выбросом в атмосферу для исследований закономерностей формирования доз внутреннего облучения населения. Часть 1. Описание, постановка и свойства агроклиматического блока модели //Радиация и риск. 2013. Т. 22, № 2. С. 16-34.
3. Власов О.К., Щукина Н.В. Модификация действующих методик реконструкции доз внутреннего облучения щитовидной железы и всего тела жителей населенных пунктов Российской Федерации, подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на ЧАЭС в 1986 г. Часть 2. Оценки влияния основных факторов, определяющих динамику активностей 137Cs в молоке и организме жителей загрязненных территорий осенью-зимой 1986 г. после аварии на ЧАЭС //Радиация и риск. 2010. Т. 19, № 1. С. 11-19.
4. Иванов В.К., Цыб А.Ф. Медицинские радиологические последствия Чернобыля для населения России: оценка радиационных рисков. М.: Медицина, 2002. 392 с.
5. Корнеев Н.А., Сироткин А. Н. Основы радиоэкологии сельскохозяйственных животных. М.: Энерго-атомиздат, 1987.
6. Garner R.J. A mathematical analysis of the transfer of fission products to the cows milk //Health Physics. 1967. V. 13. P. 205-212.
7. ICRP Publication 68. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides: Part 2.
Ingestion dose coefficients. Oxford: Pergamon Press, 1994. 166 p. (Публикация 68 МКРЗ, Возраст-
зависимые дозы лиц из населения от поступления радионуклидов. Часть 2. Дозовые коэффициенты при пероральном поступлении).
8. ICRP Publication 72. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides: Part 4.
Inhalation dose coefficients. Oxford: Pergamon Press, 1995. 405 p. (Публикация 72 МКРЗ, Возраст-
зависимые дозы лиц из населения от поступления радионуклидов. Часть 4. Дозовые коэффициенты при ингаляции).
9. The transfer of radionuclides in the terrestrial environment. Ris0-M-2934. Mette 0hlenschl®ger. Ris0 National Laboratory, Roskilde, Denmark, April 1991.
10. Till J.E., Meyer H.R. Radiological assessment: A textbook on environmental dose analysis. NUREG/CR-3332, ORNL-5968. Washington, DC: U.S. Nuclear Regulatory Commission, 1983.
Radioecological model for transport of radioiodine and radiocesium in the food chains after radiological accidents and discharge of radioactive substances to atmosphere for study of mechanism of formation of internal radiation doses to population Part 2. Description, formulation and metabolism of 131I and 137Cs in organs
of beef cattle
Vlasov O.K.
Medical Radiological Research Center of the Russian Ministry of Health, Obninsk
Mathematical statement of 131I and 137Cs metabolism components of the radioecological model is presented. As a result of long-term experimental studies parameters of multi-compartment models of radioiodine containing and radiocesium containing Russian low producing cows were developed.
There are some features of contaminating cow organs and milk depending on weather, feeding and housing after the Chernobyl accident. It was found that if cows began feed radionuclides-free forage no later than 3-5 days of feeding radionuclides-containing grass, integral activity of 131I in milk would effectively decline by 30-10 times. If cows began feed radionuclides-free forage no later than 5-10 days of feeding radionuclides-containing grass integral activity of 137Cs would effectively decline by 300-200 times. If cows begun feed radionuclides-free forage in 10-20 days efficiency of declining 131I and 137Cs in milk and 13 Cs in meat would be about twofold. In the first year after the accident in contaminated area of Russia and Belarus transport of 137Cs from underground to above ground part of grass was non-significant.
Key words: model of iodine and caesium radionuclides transport, food chains, radiation accident, internal doses.
Vlasov O.K. - Head of Laboratory, D.Sc., Tech. MRRC.
Contacts: 4 Korolyov str., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249036. Tel.: (48439) 9-32-45; e-mail: [email protected].
