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 5. Оценки некоторых видов неопределённостей при реконструкции доз внутреннего облучения населения Текст научной статьи по специальности «Науки о здоровье»

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 5. Оценки некоторых видов неопределённостей при реконструкции доз внутреннего облучения населения

МРНЦ им. А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России, Обнинск

Выполнены оценки неопределённостей реконструкции доз внутреннего облучения населения, обусловленные вариабельностью рационов питания и использованием разных моделей. Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы: при отсутствии информации о структуре рациона индивидуума неопределённость в оценке индивидуальной дозы, нормированной на данные его радиометрии, может достигать 2-3 раз; неопределённости оценок средних по населенным пунктам доз внутреннего облучения населения, обусловленные вариабельностью структуры рационов его жителей, невелики и не превышают 25-35%.

Ключевые слова: транспорт радионуклида йода, транспорт радионуклида цезия, пищевые цепочки, радиационная авария, неопределённости, дозы внутреннего облучения, рационы питания, модели реконструкции.

При реконструкции доз внутреннего облучения населения после радиационных аварий обычно предполагается, что в состав его рациона входят местные продукты: зелень и молоко. Однако реальная картина сложнее. Часть населения может вообще не употреблять молоко или зелень или даже оба эти продукта. При радиометрии щитовидной железы (ЩЖ) и всего тела жителей Калужской области весной 1986 г. одновременно проводился их опрос об употреблении ими этих продуктов питания. Такой же опрос населения Орловской области проводился в 2001 г. при радиационно-эпидемиологическом исследовании заболеваемости раком ЩЖ среди детского и взрослого населения после аварии на Чернобыльской АЭС.

Сводные данные этих опросов приведены в работе [1]. Распределение числа всех опрошенных жителей по типам рационов приведено на рис. 1. Отметим, что по данным проведённых опросов это распределение от возраста опрошенных жителей практически не зависело.

Как следует из данных на рис. 1, употребляли и зелень, и молоко только 38% сельского и 33% городского населения, только молоко соответственно 28% и 31%, только зелень - 20% и 9% и не употребляли ни зелени, ни молока - 14% и 28%.

С учётом этого дозу внутреннего облучения человека со среднестатистическим рационом и её среднеквадратичное отклонение можно оценить по соотношениям:

Власов О.К.

Вариабельность рационов питания населения

D = D „ + D -8 + D 8

r inh gr gr m ^ m >

(1)

8D,

r

^(Dr - Dnh )2 +8gr (Dr - Dgr )2 +8m (Dr - Dm )2 + 8m gr (Dr - D)2

3Dr

Власов О.К. - зав. лаб., д.т.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России. Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королева, 4. Тел.: (484) 399-32-45; e-mail: nrer@obninsk.com.

где Dr и 5Dr - доза человека со среднестатистическим рационом и её среднеквадратичное относительное отклонение, зависящие от возраста человека; Dinh, Dgr и Dm - соответственно доза за счёт ингаляции, зелени и молока; Sm, Sgr и ôm,gr - соответственно доли населения, употреблявшего только молоко, только зелень и молоко и зелень.

°>4i-

о,з

о, г

0.1

а 20 да во ва

Доза из ЩЖ, мГр 4 04 сельские жители, только ингаляция А А А сельские жители, ингаляция*зелень ♦ ♦ ♦ сельские жители, ингаляция*молоко Ш В В сельские жители, все источники ООО городские жители, только ингаляция Д Л Л городские жители, ингэляция*зелень ООО городские жители, ингэляция^молоко □ □□ городские жители, все источники

Рис. 1. Распределение численности населения Калужской области сданными их радиометрии по типам рационов.

Расчётные зависимости доз на ЩЖ от возраста человека и типа его рациона (рис. 2) показывают, что по рангу величины дозы внутреннего облучения можно выделить всего 2 типа рационов:

• ингаляция и ингаляция+зелень;

• ингаляция+молоко, ингаляция+зелень+молоко и среднестатистический рацион.

Область = "Калужская" Rein . 1mm QÜ airl - 1й

kBq

городской житель

300

2Q0

3 TOD

\

» —S--C

0 5 10 15

Возраст, лет

ооо ингаляция

¿■£г Л ингаляция+однопвткяя зелень ООО ингапяция'-чаетноаммюю — • - все источники

□ □ □ с учетом типов рациона

20

Рис. 2. Зависимость доз облучения щитовидной железы групп населения Брянской и Калужской областей с разными рационами от возраста.

Rain - осадки за время радиоактивных выпадений, мм; Q0_airI - удельная объёмная активность 1311 в атмосфере, кБк/м3.

Причём доза человека со среднестатистическим рационом на 30-35% меньше дозы человека со стандартным рационом (рис. 3а,в, 4а,в).

Область * "Калужская"

Доза на- ЩХС

10

Возраст, лет

i сельский китель I городской житель

Л.

D.76

0.72

0 7

9.68

Область - "Калужская*

Доза на все тела

Г

10 15

Возраст, лет

сельскни житель городской житель

Рис. 3. Зависимость отношений доз на щитовидную железу (а) и на всё тело (в) индивидуума в Калужской области со среднестатистическим рационом к его дозам со стандартным рационом и их среднеквадратичных отклонений (б, г) от возраста индивидуума.

0 68

Область = "Брянская*

ДОЗв на ЩЖ

—V

\ ■-■—1

у г

г**

5 10

Возраст, лет

сельский житель городам житель

15

20

Л.

Область ■ "Брянская"

Доаа на все тело

5 10 15

Возраст, лет

сельский житель I городской житель

А.

Рис. 4. Зависимость отношений доз на щитовидную железу (а) и на всё тело (в) индивидуума в Брянской области со среднестатистическим рационом к его дозам со стандартным рационом и их среднеквадратичных отклонений (б, г) от возраста индивидуума.

Приведённые на рис. 3б,г и 4б,г данные показывают, что неопределённость оценок средних доз внутреннего облучения человека со среднестатистическим рационом, связанная с незнанием его структуры, невелика и не превышает 25-35%.

Индивидуальные дозы по данным радиометрии и методы реконструкции доз

При реконструкции индивидуальных доз внутреннего облучения человека по данным его радиометрии йинд используется соотношение:

Арад (^изм )

А И )

расч\ изм/

й Й= 'радХ'изм' . О (3)

инд я /4 \ расч ' V /

где Арад и Арасч - измеренная и расчётная активности, кБк; ^зм - время измерения, сутки после аварии; Орасч - расчётная доза, мГр;

Орсч — к'п'!'"' + кппага,

здесь , К'Це - дозовые коэффициенты для ингаляционного и пищевого пути поступления

радионуклидов в организм человека, мГр/кБк; !п, !1па - поступление радионуклидов в организм человека за счёт ингаляции и с пищей, кБк.

Из (3) следует, что отношение индивидуальных доз, оценённых по двум методикам (т1 и т2), равно:

П(т1) А(т2)и ) й (т1)

йинд _ расч V-изм / ^расч

о(т2) — А<т1)(* ) П (т2) . (4)

йинд Арасч (1изм) йрасч

Представляют интерес сопоставления индивидуальных доз, оценённых по двум моделям: по алгоритму разработанной радиоэкологической [2] (РЭМ) и по официальной модели [3] (МУ2000) для 1311 и по её модификации для 1370э [4] (МУ2000м).

Поскольку в [3, 4] динамика поступления радионуклидов в организм человека (¡мигоооО)) описывается аналитическими соотношениями в безразмерном виде, производилась нормировка её второго максимума временной зависимости на второй максимум по модели РЭМ (!кем(1)) для времени, большего начала потребления населением молока, загрязнённого по кормовому

пУти Отт :

/п 1*\ _ I 1*\ таХ(!РЕМ № > °тНк )) /с\

!Ми2000 (*) — !Ми2000 (*) '„_„#» ц (5)

тЯХ(!ми 2000 (Г > °тШ ))

Такой способ нормировки позволяет в чистом виде выявить влияние только формы динамики поступления радионуклидов в организм человека на величину его интеграла (рис. 5, 6).

Рис. 5. Динамика поступления 1311 и в организм 2-летнего ребёнка по данным моделей

1п1аке_С8У**, 1п1аке_С8с** го (с) жителей; !^аке_^**,

РЭМ, МУ2000 и МУ2000м.

- соответственно интегральное поступление 137Сб для сельского (V) и городско-!^аке_!с** - аналогично для 1311.

131 137

Рис. 6. Динамика поступления I и Cs в организм взрослого человека по данным моделей

РЭМ, МУ2000 и МУ2000м.

Входные данные этого сценария расчёта: средние удельные объёмные активности 137^

131 3

и I в атмосфере за период выпадений, приведённые к времени аварии, равны 1 и 10 кБк/м , осадки за период выпадений равны 1 мм, что по расчётам модели РЭМ соответствуют плотно-

137 2

сти выпадения Cs на местность 100 кБк/м (рис. 7).

1*10*

Ъ

LÜ

н

и U

5 мй3

IX

3

а

I f-

У □

I н о С

£ 10 -Э

i*ia o.Di oí i lo ido

Осадки ---i период еыпаденнй, мм

-Капужскэя обпэсть

- - • ■ Брям4каявпла«ь

• ** ОСЗДГИ 1 ММ

Рис. 7. Зависимость плотностей выпадения 13'Cs на почву, растительность и местность от осадков в период радиоактивных выпадений.

131 137

Поступление I и Cs в организм человека за счёт ингаляции, зависящее в МУ2000 и

137

МУ2000м только от плотности выпадения Cs, рассчитывалось для её величины, равной

2

100 кБк/м , такой же как в модели РЭМ при осадках за период выпадений 1 мм.

131 137

Отметим также, что для описания динамики поступления I и Cs в организм человека в [3, 4] используются однокамерные модели «йодной» и «цезиевой» молочной коровы, а в модели РЭМ - многокамерные модели с учётом ингаляционного пути, расчёты по которым приводят к более сложной динамике активностей 1311 и 137Cs в молоке [5]. Однако, несмотря на видимые различия в динамике поступления 1311 и 137Cs в организм человека (особенно существен-

137

ные для Cs), отношения интегральных поступлений, рассчитанных по этим двум моделям, после их нормировки по соотношению (5) невелики и изменяются в диапазоне от 0,4 до 1,1 (табл. 1).

Таблица 1

131 137

Отношения интегральных поступлении I и Cs в организм индивидуумов разного возраста для Брянской и Калужской областей, оценённых по моделям РЭМ и МУ2000

Калужская область

Брянская область

Возраст, лет Сельский житель, 1370б Городской житель, 1370б Сельский житель, 1311 Городской житель, 1311

2 10 18 2 10 18

0,6 0,6 0,7 0,4 0,5 0,5

0,7 0,6 0,7 0,6 0,6 0,6

0,9 0,8 0,8 0,9 0,8 0,9

1,1 0,8 0,9 1 0,8 0,9

137

Среднеарифметические значения и стандартные отклонения этих отношений для Об

131

равны 0,6 и 0,1, для I - 0,9 и 0,1 соответственно.

Полученные различия в динамике поступления радионуклидов в организм человека, рассчитанные по этим двум моделям, проявляются лишь незначительно и в динамике активностей

1311 в ЩЖ человека (рис. 8) и в гораздо большей для активности 137^ в его теле (рис. 9). Без-

137 131

размерные зависимости активностей Cs в теле и I в ЩЖ человека от времени для моделей МУ2000 и МУ2000м на этих рисунках нормировались на размерные зависимости модели РЭМ на время измерения, равное 30 суткам после аварии.

131

Рис. 8. Динамика нормированных активностей I в щитовидной железе 2-летнего городского и сельского ребёнка в Брянской и Калужской областях по моделям РЭМ и МУ2000.

DthRE_Kav, DthMU_Kav - дозы внутреннего облучения 1311 ЩЖ сельского ребёнка по моделям РЭМ и МУ2000; DthRE_Kaс, DthMU_Kaс - то же для городского ребёнка.

137

Рис. 9. Динамика нормированных активностей Cs в теле 2-летнего городского и сельского ребёнка в Брянской и Калужской областях по моделям РЭМ и МУ2000м.

ОЬс1РЕ_Кау, ОЬс1Ми_Кау - дозы внутреннего облучения 137Сб всего тела сельского жителя по моделям РЭМ и МУ2000м; DbdRE_Kaс, DbdhMU_Kaс - то же для городского жителя.

Первый пик активности 137^ в теле и 1311 в ЩЖ человека по модели РЭМ обусловлен тем, что ингаляция загрязнённого воздуха учитывается как при загрязнении молока, так и при поступлении радионуклидов в организм человека. В моделях МУ2000 и МУ2000м вклад ингаляцион-

137 131

ного пути поступления Cs и I в организм человека практически незначим, а ингаляционный путь загрязнения молока не учитывается вообще. Поэтому в этих моделях он проявляется лишь в незначительном искривлении расчётных зависимостей на начальном участке.

Статистические параметры отношений доз внутреннего облучения РЭМ/МУ2000 при нормировке доз по модели МУ2000 на активности по модели РЭМ в диапазоне времени нормировок (*■„) от 10 до 100 суток после аварии, вычисленные по формуле (6), приведены в табл. 2.

д

ми 2000

А л

КЕМ

ми200

/4 \ ^¡пСрог

^ • 11МПи гоо№

псСер0

д

НЕМ

^¡пбоог

\о

(6)

ЯЕМ

(т)сСт

Таблица 2

Статистические параметры отношений доз внутреннего облучения РЭМ/МУ2000 при нормировке доз по модели МУ2000 на активности по модели РЭМ (среднее значение/стандартное отклонение)

Брянская область Калужская область Все

Возраст Щитовидная железа Тело 2 года 18 лет 2 года 18 лет в среднем

1,34/0,24 1,02/0,21 1,18/0,11 0,94/0,17 1,47/0,43 0,98/0,34 1,40/0,36 0,90/0,29 1,35/0,31 0,96/0,26

С учётом данных табл. 2 можно получить следующие значения среднеарифметических значений и стандартных отклонений этих отношений для доз внутреннего облучения жителей загрязнённых областей России:

• на всё тело - 0,81 и 0,2;

• на ЩЖ - 0,86 и 0,16.

Таким образом, различия в индивидуальных дозах внутреннего облучения всего тела и ЩЖ населения после аварии на ЧАЭС, нормированных на данные его радиометрии с использованием моделей МУ2000 и РЭМ, будут практически незначимы.

По результатам выполненной работы можно сделать следующие выводы:

• При отсутствии информации о качественной структуре рациона индивидуумов неопределённость в оценках их индивидуальных доз, нормированных на данные радиометрии их ЩЖ и всего тела, может составлять 2-3 раза.

• Неопределённости оценок средних по населённым пунктам доз внутреннего облучения, обусловленные вариабельностью структуры рациона конкретных индивидуумов, невелики и не превышают 25-35%, не учёт этой вариабельности приведёт к завышению таких доз на 20-30%.

Литература

1. Власов О.К., Щукина Н.В., Чекин С.Ю., Годько А.М. Технология и результаты дозиметрического опроса населения Орловской области //Радиация и риск. 2003. Спецвыпуск. С. 96-101.

2. Власов О.К. Радиоэкологическая модель транспорта радионуклидов йода и цезия по пищевым цепочкам после радиационных аварий с их выбросом в атмосферу для исследований закономерностей формирования доз внутреннего облучения населения. Часть 4. Исследования закономерностей формирования доз внутреннего облучения населения после аварии на ЧАЭС //Радиация и риск. 2014. Т. 23, № 2. С. 7-27.

3. Оценка доз облучения населения Российской Федерации вследствие аварии на Чернобыльской АЭС: сборник методических документов /Под ред. академика РАМН Г.Г. Онищенко. Санкт-Петербург, 2006. 180 с.

4. Власов О.К., Щукина Н.В. Модификация действующих методик реконструкции доз внутреннего облучения щитовидной железы и всего тела жителей населённых пунктов Российской Федерации, подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на ЧАЭС в 1986 г. Часть 3 //Радиация и риск. 2010. Т. 19, № 2. С. 21-35.

5. 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 2. Описание, постановка и свойства блоков метаболизма радионуклидов 1311 и 137Cs в органах крупного рогатого скота //Радиация и риск. 2013. Т. 22, № 3. С. 21-39.

Radioecological model for transport of radioiodine and radiocesium in 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 5. Estimating some uncertainties in reconstructed internal radiation

doses to the population

Vlasov O.K.

A. Tsyb MRRC of A. Hertsen FMRC MH RF, Obninsk, Russia

Analysis of uncertainties in reconstructed internal radiation dose was done. Uncertainties may be due to variation in a food diet of a specific person and the use of different models for dose estimating. In the absence of information on a person's food ration uncertainty in individual radiation dose calculated with the use of radiometry data may be 200%-300%; at the same time, uncertainties in average radiation dose to residents of a specific settlement due to variation in a food diet of the population do not exceed 25-35%.

Key words: radionuclides transport of iodine, radionuclides transport of caesium, food chains, radiation accident, uncertainties, internal doses, food ration, model of reconstruction.

Vlasov O.K. - Head of Laboratory, D.Sc., Tech. MRRC.

Contacts: 4 Korolyov str., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249036. Tel.: (484) 399-32-45; e-mail: nrer@obninsk.com.

References

1. Vlasov O.K., Shchukina N.V., Chekin S.Yu., God'ko A.M. Tekhnologiia i rezul'taty dozimetricheskogo oprosa naseleniia Orlovskoi oblasti [Technology and results of dosimetric survey of the population of Orel region]. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2003, Special Issue, pp. 96-101.

2. Vlasov O.K. 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 4. Study of mechanism of formation doses from internal radiation exposure to population following the Chernobyl accident. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2014, vol. 23, no. 2, pp. 7-27. (In Russian).

3. Otsenka doz oblucheniya naseleniya Rossiyskoy Federatsii vsledstvie avarii na Chernobyl'skoy AES: sbornik metodicheskikh dokumentov [Estimating radiation dose to the population of the Russian Federation as the result of the accident at the Chermobyl NPP: Collection of guidelines]. Ed. G.G. Onishchenko. Sankt-Peterburg, 2006, 180 p.

4. Vlasov O.K. Radioecological model for transport of radioiodine and radiocesium in 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 3. Description, formulation and properties model components for metabolism of 131l and 137Cs in human organs. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2014, vol. 23, no. 1, pp. 32-50. (In Russian).

5. Vlasov O.K. 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 131l and 137Cs in organs of beef cattle. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2013, vol. 22, no. 3, pp. 21-39. (In Russian).