Радиационное воздействие на население: оценка радиационных рисков и потенциального ущерба здоровью (На материалах Свердловской области) Жуковский Михаил Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

1. Принципы решения проблемы радиационных наузок и радиационных рисков для населення 18

1.1. Общий подход к проблеме риска 18

1.2. Методы расчета радиационных рисков и ожидаемого сокращения продолжительности жизни 22

1.3. Корректность использования эффективной дозы как меры радиационного ущерба здоровью 40

1.3.1. Неопределенности перехода от экспозиции по ДПР радона к эффективной дозе 42

1.3.2. Возможный подход к модификации формулы для вычисления эффективной дозы как меры радиационного ущерба здоровью 58

1.4. Проблема выбора между линейной беспороговой концепцией адиационного риска и концепцией практического порога 65

2. Оценка радиационного воздействия на население свердловской области от природных источни

2.1. Облучение населения за счет космического облучения и воздействия природных радионуклидов 79

2.2. Радоноопасность территории Свердловской области 81

2.3. Общие принципы подхода к оценке облучения населения изотопами радона и его дочерними продуктами распада 85

2.4. Организация исследований и методы проведения измерений 88

2.5. Оценка численного значения коэффициента равновесия 93

2.6. Оценка сезонных вариаций объемной активности радона в помещениях 99

2.6.1. Описание сезонных вариаций в рамках однокамерной модели здания 100

2.6.2. Описание сезонных вариаций в рамках двухкамерной модели здания 108

2.6.3. Экспериментальное определение параметров сезонных вариаций объемной активности радона 115

2.7. Основные закономерности облучения населения Свердловской области ДПР радона 119

2.7.1. Основные факторы, определяющие накопление радона в зданиях 121

2.7.2. Факторы, определяющие накопление радона в городских зданиях 124

2.7.3. Факторы, определяющие накопление радона в сельских домах 132

2.7.4. Обобщение результатов анализа факторов, определяющих накопление радона в жилищах136

2.8. Оценка вероятности превышения нормативов по ЭРОА радона строящемся здании137

2.9. Основные закономерности облучения населения Свердловской бласти ДПР торона142

2.9.1. Факторы, определяющие накопление торона в городских зданиях 145

2.9.2. Факторы, определяющие накопление торона в сельских зданиях 151

2.9.3. Обобщение результатов анализа факторов, определяющих накопление торона в жилищах152

2.10. Оценка облучения населения Свердловской области за счет очерних продуктов распада радона 153

3. Оценка облучения населения свердловской об асти в результате последствий радиационных Аварий и инцидентов 160

• Методы расчета радиационных рисков и ожидаемого сокращения продолжительности жизни
• Проблема выбора между линейной беспороговой концепцией адиационного риска и концепцией практического порога
• Радоноопасность территории Свердловской области
• Оценка численного значения коэффициента равновесия

Введение к работе

Создание ядерной энергетики, равно как и ядерного оружейного комплекса породило не только разработку уникальных технологий и развитие новых отраслей промышленности. Это привело к возникновению целого ряда технических, экологических, медицинских, социальных и экономических проблем, обусловленных радиационным воздействием данных предприятий на окружающую среду и население регионов. Зачастую работа предприятий ядерной индустрии, особенно в первые годы их становления, сопровождалась значительными как штатными, более или менее контролируемыми, так и аварийными выбросами радиоактивных веществ в атмосферу и их сбросами в открытую гидрологическую сеть.

Недостаточное понимание всех потенциальных последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды, незнание закономерностей миграции и накопления радионуклидов в биосфере, несовершенство методик измерений и, что немаловажно, жесткий режим секретности привели к тому, что сейчас зачастую уже невозможно получить полную объективную информацию по исходным уровням радиационного воздействия как на природные биологические объекты, так и на население. Это обусловлено как изначальным отсутствием необходимой системы радиационного мониторинга, так и утратой ряда первичных материалов, касающихся радиационной обстановки вокруг ядерных объектов.

С другой стороны, далеко не во всех регионах имеются достаточно подготовленные научные кадры, способные целенаправленно и полно проанализировать весь комплекс возникающих проблем в их взаимосвязи не только с первичным техногенным источником облучения, но и со всеми факторами радиационной и нерадиационной природы, требующиХ учета. Последствиями недостаточно квалифицированного подхода к решению проблем радиационного воздействия на население могут быть неправильные административные и экономические решения, нагнетание в регионе радиофобии и антиядерных настроений, игнорирование роли основных источников как радиационного, так и нерадиационного риска, а также многое другое.

В последнее время в осознании необходимости комплексного подхода к анализу экологических рисков (и, в том числе, радиационного) произошли существенные позитивные изменения. Перечень научных дисциплин, занимающихся радиационной проблематикой, достаточно обширен. Однако одним из основных лимитирующих факторов, связанным с их эффективным применением, является то, что многие специалисты - профессионалы высокого класса в своей области, имеют достаточно слабое представление о смежных дисциплинах. Так, например, радиоэкологи не всегда могут найти общий язык со специалистами по радиационным технологиям, медйкк/с дозиметристами, радиохимйкйМю специалистами в области радиационной защиты. Слабое взаимодействие между собой профессионалов в области радиационных проблем и, как следствие, слабое развитие системного подхода к обеспечению радиационной (и не только радиационной) безопасности населения породило комплекс проблем, с которым приходится сталкиваться специалистам и административным органам на Урале, в Сибири, зонах, попавших под воздействие аварии на Чернобыльской АЭС или испытаний ядерного оружия и т.д.

Свое отрицательное влияние оказал и тот факт, что в последнее время практически прекратился перевод на русский язык столь авторитетных и профессиональных изданий как Публикации Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ). Одной из последних Публикаций МКРЗ, в плановом порядке выпущенной в нашей стране на русском языке была знаменитая Публикация 60 МКРЗ [62,63], заложившая новые концептуальные основы обеспечения радиационной защиты человека. Выходившие после этого переводы Публикаций МКРЗ 65 и 75 [25,50], сделанные автором данной работы, издавались в инициативном порядке, посвящены достаточно специализированным вопросам и не позволяют всесторонне оценить все аспекты проблем радиационного воздействия на человека. Кроме того, при переводе Публикации 60 МКРЗ наиболее часто использующийся термин "radiological protection" - "радиологическая защита" был заменен более привычным в отечественной практике понятием "радиационная безопасность". По нашему убеждению это является не только недостаточно корректной заменой технического термина, но и по своей сути отражает смешение этих двух понятий в принятом в нашей стране подходе к оценке деятельности радиационно-опасных предприятий и объектов.

Согласно принятой МКРЗ систематизации [50,62,63] облучение населения и персонала при проведении практической деятельности, связанной с источниками ионизирующего излучения может быть разделено на две категории: нормальное (или рутинное) облучение и потенциальное облучение. Первое - это то, возникновение которого можно было разумно ожидать. Оно включает в себя облучение от проводимых операций, как запланированных, так и тех, что возникают вследствие незапланированных событий с незначительными последствиями, т.е. мелких неполадок. Потенциальное облучение определяется как непреднамеренное облучение, для которого имеется вероятность, но нет уверенности в его возникновении. Оно может быть предусмотрено заранее, и вероятность его возникновения рассчитана, однако оно не может быть предсказано в деталях. Такая дисциплина, как "радиологическая защита" (radiological protection) в основном имеет дело с ограничением доз облучения при нормальном, ожидаемом облучении от источников излучения, в то время как "радиационная безопасность" (radiation safety) в основном имеет дело с уменьшением потенциального облучения при авариях, т.е. с уменьшением как вероятности возникновения аварийной ситуации, так и возможных последствий в случае ее возникновения.. В широком понимании радиологическая защита также занимается проблемами воздействия естественных источников излучения, радиационного воздействия от последствий прошлой практической деятельности (загрязнение территорий в результате аварий, прекращенной технологической деятельности предприятий и т.д.). Необходимость комплексного подхода к защите населения от комбинированного радиационного воздействия, обусловленного природными источниками излучения и последствиями техногенного радиоактивного загрязнения территорий, особо подчеркивается в Публикации МКРЗ 82 [123].

Дополнительную проблему при оценке последствий радиационного воздействия на население представляет облучение значительных контин-гентов людей малыми дозами облучения. Использование в данном случае линейной беспороговой концепции, официально признанной МКРЗ [62,63], приводит к значительным, явно завышенным, ожидаемым уровням попу-ляционного риска и ущерба, несмотря на то, что полученные дополнительные дозы облучения сопоставимы с дозами, обусловленными природным радиационным фоном. С другой стороны, эпидемиологические исследования, используемые в пороговых моделях для обоснования численного значения порога возникновения радиационно-индуцированных онкологических заболеваний, далеко не всегда имеют необходимую статистическую точность. Отдельную задачу представляет задача оценки радиационных рисков при облучении населения дочерними продуктами распада радона в жилищах. В этом случае необходимо учитывать, что некоторый уровень такого радиационного воздействия неизбежно присутствует в любом месте и практически невозможно ни найти при эпидемиологических исследованиях контрольную группу населения с нулевыми уровнями воздействия от радона, ни снизить до нулевого уровня воздействие от радона в результате изменения конструкции здания.

Данная работа посвящена попытке продемонстрировать комплексный подход к оценке проблемы радиологической защиты населения на примере Свердловской области. Разработанные подходы могут быть использованы как для других территорий Уральского региона (Челябинская и Курганская области), так и для территорий, подвергшихся радиоактив ному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС или иных радиационных инцидентов.

Для Свердловской области, как и для всего Уральского региона в целом, оценка радиационной обстановки и влияния этой обстановки на здоровье населения является особенно актуальной. Причин этому несколько.

Во-первых, Свердловская область насыщена предприятиями атомной промышленности и энергетики: Белоярская АЭС, Уральский электрохимический комбинат (г. Новоуральск), комбинат "Электрохимприбор" (г. Лесной), на территории Свердловской находится пункт захоронения радиоактивных отходов (ПЗРО «Радон»), а также пункт временного хранения монацитового сырья (предприятие "Уралмонацит"). Анализ деятельности данных предприятий показал, что в штатном режиме своей деятельности они оказывают пренебрежимо малое радиационное воздействие на окружающую среду и проживающее поблизости население [17,18,20,21,40]. В связи с этим, при дальнейшем анализе в данной работе радиационных воздействий на население Свердловской области и связанных с ними радиационных рисков, штатная деятельность данных предприятий была исключена из рассмотрения. Проблемы обеспечения безаварийной работы данных предприятий и радиационной защиты их персонала выходят за рамки настоящей работы.

Во-вторых, территория Свердловской области неоднократно подвергалась радиоактивному загрязнению в результате как штатной деятельности ПО "Маяк" (газо-аэрозольные выбросы предприятия), так и возникавших на предприятии аварийных ситуаций (взрыв емкости с радиоактивными отходами в 1957 г. и ветровой разнос радиоактивных отложений с берегов озера Карачай в 1967 г.) [2-4, 90]. Менее масштабное, но достаточно серьезное с точки зрения радиационного воздействия на население радиоактивное загрязнение имело место в пос. Озерный и Костоусово, где жилые здания и территория населенных пунктов были загрязнены в результа те несанкционированного использования торийсодержащих отходов обогащения монацитового песка [24,84,140].

В-третьих, вся территория Уральского региона относится к зонам повышенной потенциальной опасности от воздействия природных радионуклидов и, в первую очередь, радона [42,51,52,59].

В-четвертых, население Свердловской области, как и население региона в целом, подвергается дополнительному постоянному облучению за счет проведения медицинских рентгенодиагностических процедур [45]. Из литературы известно, что среднегодовые эффективные дозы медицинского диагностического облучения составляют для развитых стран величину порядка 1 мЗв [28,45,132,133]. При анализе последствий медицинского облучения необходимо учитывать, что к облучению от медицинских процедур необходим иной подход, чем к другим видам техногенного облучения. Польза для пациента от проведения рентгенорадиологических обследований существенно превышает потенциальный риск от радиационного воздействия. Это относится как к диагностическим, так и профилактическим (флюорография, маммография) обследованиям. Поэтому при проведении медицинских рентгенорадиологических процедур основным требованием является не ограничение доз облучения пациента, а их оптимизация, т.е. достижение наилучшего баланса между дозами облучения и количеством и качеством медицинской информации. Тем не менее, учитывая то, что медицинское облучение, хотя и в относительно небольших дозах, является практически пожизненным, мы считаем, что оно должно рассматриваться при оценке радиационных рисков для населения наряду с остальными источниками.

Актуальность работы обусловлена комплексным характером радиационного воздействия на население, включающим в себя как постоянно действующие источники природного и медицинского облучения, так и последствия радиационных аварий и инцидентов, приведших к радиоактивному загрязнению территории. Такой сложный характер структуры облу чения населения требует разработки единого системного подхода к проблемам оценки и управления радиационными рисками, позволяющего учесть как региональную специфику, так и имеющего возможность применения в других ситуациях. Диссертационная работа выполнена в рамках Государственной программы Российской Федерации по радиационной реабилитации Уральского региона, Федеральной целевой программы "Ядерная и радиационная безопасность России" и областной программы "Радон" Свердловской области.

Основной целью работы является сравнительная комплексная оценка радиационных рисков и последствий воздействия природных и техногенных радиационных факторов на примере Свердловской области.

Задачи исследования.

1. Обоснование критериев, позволяющих производить комплексное сравнение радиационных рисков и обусловленного ими ущерба здоровью населения для различных источников радиационного воздействия, сценариев облучения и возможных зависимостей доза-эффект.

2. Изучение закономерностей формирования радиационной нагрузки на население от ингаляционного поступления дочерних продуктов распада (ДПР) радона и торона.

3. Оценка эквивалентных, эффективных и коллективных доз облучения населения от ингаляционного поступления ДПР радона и торона, рентгеновского облучения при медицинской диагностике и последствий техногенного радиоактивного загрязнения на примере Свердловской области.

4. Анализ индивидуальных и популяционных радиационных рисков, а также радиационного ущерба здоровью, обусловленных основными источниками радиационного воздействия. Оценка роли радиационного фактора в общей структуре рисков.

Проблема, решенная в диссертационной работе. Комплексная оценка на региональном уровне совокупности парциальных рисков от основных источников радиационного воздействия на население.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Экспериментальные результаты измерений объемной активности изотопов радона и их ДПР в помещениях различного типа и модели, описывающие процессы поступления и накопления радона в здания.

2. Оценка диапазона значений коэффициента дозового перехода от экспозиции по эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) радона к эффективной дозе.

3. Пороговый подход к оценке радиационного риска, при котором значение порога определяется пожизненной дозой облучения органа или ткани от природных источников и коэффициентом, зависящим от возраста на момент облучения, а радиационные риски и обусловленный ими ущерб считаются пренебрежимо малыми, если эквивалентная доза не превышает значения порога. Подход к оценке радиационного риска при облучении ДПР радона с использованием порогового значения ЭРОА радона 30 Бк/м .

4. Расчет и сопоставление эквивалентных, эффективных и коллективных доз облучения населения от ингаляционного поступления ДПР радона и торона, рентгеновского облучения при медицинской диагностике и последствий техногенного радиоактивного загрязнения территории.

5. Оценка на примере Свердловской области индивидуального и популя-ционного радиационного риска и ущерба для населения от основных источников радиационного воздействия (облучение ДПР радона и торона, медицинское облучение, облучение в зоне ВУРСа и зоне влияния газоаэрозольных выбросов ПО "Маяк", облучение в жилищах, загрязненных торийсодержащими радиоактивными отходами).

6. Подходы и требования к комплексной оценке радиационного риска для населения, подвергшегося воздействию радиоактивного техногенного загрязнения территорий.

Научная новизна диссертационной работы.

1. Получены экспериментальные данные по закономерностям накопления радона в помещениях в зависимости от типа и конструкции здания, а также рейтинга радоноопасности территории региона.

2. Для населения региона впервые получена комплексная оценка индивидуального и популяционного риска и ущерба, обусловленного основными радиационными факторами воздействия.

3. Впервые оценены неопределенности коэффициентов дозового перехода от экспозиции по ЭРОА радона к эффективной дозе и рассчитаны зависимости индивидуального радиационного риска и ОСПЖ от возраста на момент обучения.

4. Разработаны модели поступления радона в здания различной конструкции, позволяющей обосновать сезонные вариации объемной активности радона в зависимости от соотношения между диффузионным и конвективным механизмом массопереноса. Предложенные модели апробированы при анализе результатов массовых исследований уровней ЭРОА радона и торона в помещениях для различных районов и типов зданий в Свердловской области.

Практическая значимость диссертационной работы.

1. Измерения ОА радона интегрирующими трековыми детекторами и ЭРОА торона в жилых помещениях были выполнены впервые для Свердловской области. Результаты исследований использованы Областным Центром Госсанэпиднадзора для составления радиационно-гигиенического паспорта Свердловской области.

2. Результаты исследования уровней ЭРОА торона, единственные по Российской Федерации, вошли в Доклад НКДАР ООН 2000 года как имеющие достаточный уровень представительности.

3. Оценка уровней облучения населения от природных (радон и торон) и техногенных (ВУРС, газоаэрозольные выбросы) источников радиационного воздействия, вклада радиационного фактора в общую онкологическую заболеваемость населения, ожидаемую динамику радиационно-индуцированной онкологической заболеваемости и популяционный ущерб здоровью населения области переданы (в рамках выполнения Государственной программы Российской Федерации по радиационной реабилитации Уральского региона) для практического использования Дирекции ВУРСа и органам здравоохранения Свердловской области.

4. Материалы, полученные в процессе выполнения диссертационной работы, были использованы для составления Государственных докладов о состоянии окружающей среды и влиянии факторов среды обитания на здоровье населения Свердловской области за 1996-2000 года.

5. Результаты работы были использованы в учебном процессе при создании курсов лекций «Биологические основы радиационной безопасности» и «Радиационная безопасность» для подготовки студентов по специальности 330.300 "Радиационная безопасность человека и окружающей среды".

6. Предложенные значения коэффициентов дозового перехода от экспозиции по ЭРОА радона к эффективной дозе и возрастные весовые множители для органов и тканей wAT(te), а также пороговые подходы к оценкам радиационного риска могут быть использованы при разработке методических и нормативных документов в области радиологической защиты человека.

7. Данные, полученные в ходе диссертационной работы, были использованы для составления отчетов по выполнению Госпрограммы по реабилитации Уральского региона, Областной программа "Радон", ФЦП "Ядерная и радиационная безопасность России", договоров с МЧС и др.

8. Разработанные в диссертационной работе методологические подходы к проведению радоновых исследований и оценке радиационного риска реализованы при организации и проведении совместных международных исследований в Иссык-Кульской области Республики Киргизстан.

Личный вклад автора работы заключается в постановке задачи, методическом и метрологическом обосновании проведения полевых измерений, анализе, интерпретации и обобщении полученных результатов. Дис сертант проводил расчеты параметров, характеризующих воздействие ДПР радона на население, эквивалентных и эффективных доз облучения, индивидуальных и популяционных значений радиационного риска. Основные результаты исследований, представленные в диссертации, опубликованы автором в соответствующих разделах монографий [2,3,19,22], написанных лично автором. Под руководством автора была подготовлена и защищена кандидатская диссертационная работа Ярмошенко И.В. Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и симпозиумах: Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция "Конверсия ВУЗов - защите окружающей среды (Екатеринбург, 1994), II, III, IV Международных симпозиум "Урал атомный: наука, промышленность, жизнь", (Пермь-Москва, 1994; Заречный, 1995, 1996), International Symposium on Radiation Safety (Москва, 1994), International Symposium on Environmental Impact of Radioactive Releases (Vienna, 1995), Tenth Internayional Congress of Radiation research (Вюрцбург, Германия 1995), Научно-практический семинар Проблемы экологии и охраны окружающей среды (Екатеринбург 1996), European Conference Protection Against Radon at Home and at Work (Прага, 1997), IRPA regional Symposium on Radiation Protection in Neighbouring countries of Central Europe (Прага, 1997), Конференция Ядерного общества (Екатеринбург, 1997), Научно-практический семинар Экологические проблемы промышленных регионов "Урал-экология-98" (Екатеринбург, 1998), IRPA Regional Congress on Radiation Protection in Central Europe. (Будапешт, 1999), VIII Международный экологический симпозиум "Урал атомный, Урал промышленный - 2000" (Пермь-Москва. 2000), Научно-практическая конференция "Актуальные проблемы ограничения облучения населения от природных источников ионизирующего из-лучения "Радон - 2000" (г. Пущино, Московской обл., 2000), 5 International Conference on High Levels of Natural Radiation and Radon Areas: Radiation Dose and Health Effects (Мюнхен, 2000), 3rd Eurosymposium on Protec tion Against Radon (Льеж, 2001), 3rd International Conference Health Effects of the Chernobyl Accident: Results of 15-Year Follow-up Studies (Киев, 2001), VII International Symposium Natural Radiation Environment (Родос, Греция, 2002), IV Съезд по радиационным исследованиям (Москва, 2001), X Международный экологический симпозиум "Урал атомный, Урал промышленный - 2002" (Сунгуль, 2002),

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 58 научных работ, в том числе 4 монографии, 21 статья и 33 тезиса докладов и публикаций в материалах российских и международных конференций. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения и списка использованных источников, изложена на 326 страницах машинописного текста, содержит 69 рисунков, 71 таблицу и список цитированной литературы из 148 источников, из них 87 на русском и 61 на английском языках.

Методы расчета радиационных рисков и ожидаемого сокращения продолжительности жизни

При оценке радиационных рисков мы ограничимся стохастическими эффектами и, в первую очередь, процессами возникновения радиационно-индуцированных онкологических заболеваний. Облучение населения в дозах, соответствующих возникновению детерминированных эффектов — события не столь распространенные, как облучение в малых дозах. Защита населения от облучения в больших дозах является экстренным и не терпящим отлагательства мероприятием. В этих ситуациях приходится рассматривать вероятности получения на органы и ткани поглощенной дозы, превышающей порог возникновения детерминированных эффектов, и вероятность возникновения и тяжесть радиационного поражения.

Методы оценки радиационных рисков как при общем облучении человека, так и при облучении дочерними продуктами распада радона достаточно подробно описаны в публикациях МКРЗ [25,62,65] и докладах Комиссии по биологическим эффектам ионизирующей радиации Национальной Академии наук США [99,100]. Вкратце рассмотрим основные модели расчета рисков, использованные в данной работе.

Пусть X0(t) - спонтанная онкологическая заболеваемость какой-либо определенной локализации в возрасте t, в конкретной необлученной популяции (базовая частота). Тогда общая заболеваемость с учетом облучения будет выражаться следующим образом: где A,r(t,te,H) - избыточная заболеваемость в определенном возрасте t, связанная с облучением данного органа эквивалентной дозой Н в возрасте t,.. Существуют две основные модели экстраполяции риска [63]: 1) модель абсолютного риска (аддитивная); 2) модель относительного риска (мультипликативная). Согласно первой модели дополнительная частота возникновения ра-диационно-индуцированного рака не зависит от базовой (спонтанной) частоты заболевания. В соответствии со второй моделью облучение вызывает увеличение вероятности заболевания, пропорциональное базовой частоте. Следует учитывать, что риск онкологической заболеваемости проявляется после некоторого латентного периода т, равного 2 годам для лейкемии, 5 годам для рака щитовидной железы и 10 годам для остальных онкологических заболеваний.

Для модели абсолютного риска ожидаемая частота возникновения радиационно-индуцированных онкологических заболеваний может быть представлена в виде де f(H) - линейная или линейно-квадратичная функция от эквивалентной дозы Н в органе; gm,fOe5t) - функция, зависящая от возраста на момент облучения te, возраста t на момент оценки риска и пола человека (т - мужчины, f - женщины).

Для модели относительного риска частота возникновения радиационно-индуцированных онкологических заболеваний имеет вид де X0(t) - спонтанная онкологическая заболеваемость (базовая частота) кой-либо определенной локализации в возрасте t. В принципе, функция f(H) зависит как от дозы, так и от мощности дозы, при которой происходило облучение. ункция gm,f(te,t) для любой из моделей экстраполяции риска, как правило, существенно зависит от возраста на момент облучения - более молодой организм имеет большую радиационную чувствительность. В зависимости от вида органа или ткани, подвергшейся облучению, эта функ ция может иметь постоянное значение для t te+T (модели постоянного абсолютного или относительного риска) или изменяться (в основном уменьшаться) по мере увеличения времени, прошедшего с момента облучения.

Практически для всех органов и тканей принято оценивать радиационные риски с использованием мультипликативных моделей [25,63,65,95,97,99,100]. Считается, что они более адекватно отражают как пожизненную вероятность возникновения радиационно-индуцированного рака, так и распределение этой вероятности по времени после облучения. Аддитивные модели, как правило, применяются наряду с мультипликативными моделями только для красного костного мозга (лейкемия) [63], щитовидной железы [95,97] и костной ткани [63,95,97]. В ряде случаев для оценки радиационных рисков используют т.н. модель Национального института здоровья США (модель НИЗ) [124]. Данная модель, является в некотором роде гибридом аддитивной и мультипликативной модели. В ней определяется коэффициент абсолютного риска по данным наблюдений за японской когортой в течение прошедшего периода наблюдений. Переход к другой популяции, для которой производится оценка риска, происходит с использованием абсолютных коэффициентов риска, а затем для нее производится экстраполяция риска по мультипликативной модели. При использовании модели НИЗ дополнительный радиационный риск варьируется с возрастом так же, как спонтанная онкологическая заболеваемость в интересующей популяции, но слабо отражает зависимость от различия базовых частот для исследуемой популяции и японской когорты.

В настоящей работе для расчетов частоты возникновения солидных опухолей после радиационного воздействия были использованы все три модели (аддитивная, мультипликативная и НИЗ). Повозрастная вероятность возникновения радиационно-индуцированных опухолей рассчитывалась по мультипликативной модели. Расчет заболеваемости лейкемией производился по аддитивным моделям экстраполяции риска. При расчетах радиационных рисков (за исключением радиационных рисков от радона) ыли использованы коэффициенты риска, рассчитанные для японской когорты и приведенные в работах [122,135]. Для использования данных этих работ в ситуациях пролонгированного облучения был использован коэффициент, учитывающий эффективность дозы и мощности дозы DDREF=2 [62,63]. В ряде случаев, особенно при использовании модели НИЗ, при расчетах был использован специализированный программный пакет SURVRAD, любезно предоставленный для тестирования фирмой Viking Corporation.

Значения спонтанной частоты возникновения злокачественных заболеваний различной локализации, характерные для России в целом и для Свердловской области в частности были взяты из публикации [11].

Расчет риска возникновения рака легких, обусловленного ингаляцией короткоживущих дочерних продуктов распада радона, имеет ряд своих специфических особенностей. Основные из них: использование исключительно мультипликативных моделей экстраполяции риска; пролонгированный характер радиационного воздействия; изменение значений коэффициентов относительного риска со временем, прошедшим с момента радиационного воздействия. Первичной информацией, необходимой для оценки радиационных рисков, является определение среднегодовой экспозиции по дочерним продуктам распада радона, которой подвергаются население или персонал того или иного предприятия. Под экспозицией Р за период времени воздействия Т мы будем понимать следующее выражение

Проблема выбора между линейной беспороговой концепцией адиационного риска и концепцией практического порога

При анализе последствий для населения таких радиационных воздействий, как природные источники излучения, медицинское диагностическое излучение и последствия радиоактивного загрязнения территории всегда возникает вопрос о выборе исходной концепции для оценки радиационного риска. В первую очередь это связано с тем, что в большинстве случаев уровни радиационного воздействия на население лежат в области, для которой отсутствуют прямые эпидемиологические данные по зависимости доза-эффект. На настоящий момент при оценке радиологических последствий для населения исходят из двух основных концепций: линейной беспороговой концепции и концепции практического порога. Согласно ервой предполагается линейная зависимость радиационно-индуцированных эффектов от дозы облучения вплоть до нулевых значений дозы. При этом зависимость доза-эффект при малых дозах оценивается путем экстраполяции экспериментальных или эпидемиологических данных, полученных при больших дозах. В соответствии со второй концепцией для органов и тканей существует порог индукции стохастических эффектов и, при облучении дозами ниже пороговых, радиационно-индуцированные эффекты не возникают. Линейная беспороговая концепция является на настоящий момент официальной точкой зрения МКРЗ [25,62,63,123] и используется при нормировании пределов доз облучения населения и персонала.

В пользу как той, так и другой концепции имеется достаточно большое количество веских доводов. Теоретическое обоснование отсутствия порога при радиационном канцерогенезе приведено в работе [75]. Основные положения, на основании которых был сделан такой вывод, являются общими как для радиационного, так и для химического канцерогенеза Моноклоновость злокачественных новообразований: диагностированная опухоль это клон, развившийся из единственной неопластически измененной клетки. =» Вероятность развития клона в опухоль не зависит от наличия в организме-хозяине других измененных клеток и их клонов. Все этапы развития клона до фазы опухоли могут реализоваться при нормальном, не выходящем за пределы физиологической нормы, иммунологическом и гормональном статусе организма-хозяина. В докладе НКДАР ООН 2000 года [133] было показано, что двойные разрывы ДНК, способные инициировать злокачественное перерождение клетки, могут иметь место при одиночном попадании редкоионизирующей частицы в чувствительный объем клетки, т.е. при минимальных дозах. В обзорных работах [98,112], посвященных анализу последних эпидемиологических данных, было показано, что для когорты Хиросимы и Нагасаки наблюдалась статистически значимая повышенная смертность от солидных опухолей при дозах менее 50 мЗв [118]. Кроме того, отмечалось, что статистически значимое увеличение заболеваемости лейкемией отмечалось и в диапазоне доз 0-100 мЗв. В работе [117] на основании анализа последних данных по когорте Хиросимы и Нагасаки сделан вывод, что возможной верхней границей порога возникновения стохастических эффектов является значение 60 мЗв. Для данной когорты более высокие значения возможного порога не соответствуют имеющимся эпидемиологическим данным. Характерной особенностью исследований японской когорты является то, что для лейкемии прослеживается четко выраженная линейно-квадратичная зависимость доза-эффект и для перехода от оценок радиационных рисков, сделанных при больших ( 1 Зв) дозах к области малых доз и малых мощностей доз рекомендовано использовать понижающий коэффициент 2 [133]. Для солидных опухолей зависимость доза эффект линейна, но, тем не менее, для пролонгированного или фракционированного облучения рекомендован такой же понижающий коэффициент [133].

Вместе с тем, в значительном количестве работ приводятся доста точно веские доводы в пользу существования практического дозового по рога [27,30-32,67,83], особенно при пролонгированном облучении. Так, на пример, в работах [30,32] на основании анализа ряда эпидемиологических данных предлагается принять порог возникновения лейкозов и раков щи- } товидной железы в 0,3 Зв, а остальных опухолей - в 1 Зв. В целом, по-видимому, необходимо признать, что проблема наличия или отсутствия порога возникновения стохастических эффектов, в особенности при воздействии редкоионизирующего излучения, вряд ли найдет свое однозначное разрешение в ближайшее время. Основная причина этого - недостаточная статистическая значимость эпидемиологических данных, полученных в области малых доз. В связи с этим представляется целесообразным проведение оценок радиационных рисков и радиационного ущерба с использованием как беспороговой модели, так и пороговых моделей. Расчет по беспороговой модели даст прогнозную оценку максимально і возможного ущерба, включая диапазон доз для которого отсутствует пря- мое эпидемиологическое подтверждение возникновения стохастических эффектов. Расчет риска и ущерба с использованием концепции практиче ского порога даст величины, ожидаемые исходя из имеющихся эпидемио логических данных. По сути, при установлении порога на уровне, под твержденном прямыми эпидемиологическими исследованиями, мы полу чим оценку минимально возможного ущерба. Основными проблемами при использовании этих двух подходов являются: Завышение ожидаемого риска и, в особенности, ущерба при использовании линейной беспороговой модели за счет включения в рассмотрение больших контингентов населения, получивших малые дозы облучения (сопоставимые с дозами, обусловленными природным радиационным фоном);

Занижение риска и ущерба при использовании пороговых моделей за счет завышенных значений порога возникновения стохастических эффектов, обусловленных недостаточной статистической значимостью прямых эпидемиологических данных в области пороговой дозы

Радоноопасность территории Свердловской области

В настоящее время дискуссия между сторонниками т.н. "геологического" подхода и сторонниками радиационно-гигиенического подхода к проведению радоновых исследований носит весьма острый характер. Сторонники первого подхода утверждают, что основной информацией, необходимой для определения радоноопасности того или иного района, является информация об объемной активности почвенного радона, удельной активности радионуклидов уранового и ториевого рядов в почве, наличии радоновых подпочвенных вод, проницаемости почвы и т.д. При этом исследования, направленные на определение конкретных дозовых нагрузок на население часто отходят на второй план.

Для радиационно-гигиенического подхода наиболее характерна ориентация на проведение массовых измерений объемной активности радона и его ДПР в воздухе жилых и общественных зданий. Информация о геоло гических особенностях того или иного района является в этом случае дополнительной, позволяющей с определенной вероятностью ожидать повышенные уровни облучения радоном в некоторых населенных пунктах.

Данные по геофизическим особенностям региона в целом и Свердловской области в частности накапливались, начиная с 50 годов. В целом содержание данного раздела изложено на основании данных ГГП "Зелено-горскгеология" [26,42,51] и работы [59].

Исходными данными для проведения сделанного в указанных работах анализа являлась обширная геолого-геофизическая информация, накопленная за многие годы при проведении специализированных геологопоисковых работ, а также при попутных (массовых) поисках урана, выполненных другими геологическими организациями. Наряду с общей информацией о геологическом строении территории, сюда входят данные о наземных радиометрических работах, материалы аэрогаммасъемок.

Геологический облик рассматриваемой территории обусловлен ее положением в пределах "открытого Урала", где в меридиональном направлении прослеживаются основные структуры Уральского складчатого пояса: Центрально-Уральское, Восточно-Уральское и Зауральское поднятия и расчленяющие их прогибы - Тагильско-Магнитогорский и Восточно-Уральский. В пределах указанных выше складчатых структур выделен ряд субмеридиональных эколого-радиогеохимических зон (рис.2.1) [42], характеризующихся повышенным уровнем естественной радиоактивности верхней части литосферы, наличием радиоактивных подземных вод, широким развитием локальных скоплений радиоактивной минерализации и радиометрических аномалий. Приведенная схема (рис.2.1) в настоящее время значительно уточнена в работе [51], однако ввиду обширности картографического материала в настоящей работе он не приводится, хотя при анализе были использованы именно уточненные схемы.

На основе геологических критериев данные эколого-радиогеохимические зоны были разделены на несколько типов по относительному рейтингу радонового потенциала (запасов радона).

Максимально высоким радоновым потенциалом характеризуются три крупные зоны: Мурзинско-Камышевская (IV), и Сысертско-Ильменогорская (VIII). Они выделены в пределах Восточно-Уральского поднятия, где широко развиты позднепалеозойские интрузии Главного Уральского гранитного пояса.

Нескольно меньшим радоновым потенциалом характеризуются Тагильская (II) эколого-радиогеохимическая зона, приуроченная к Тагило-Магнитогорскому прогибу. Повышенные содержания радионуклидов связаны здесь с гранитами, щелочными сиенитами, кислыми эффузивами. Этот же рейтинг имеет Верх-Исетско-Шарташская зона (III), объединяющая Верх-Исетский и Шарташский гранитные массивы и зоны их экзокон-тактов.

В областях, где в гетерогенных по литолого-петрографическому составу толщах известны породные комплексы с высоким кларком радиоактивных элементов, выделен ряд эколого-радиогеохимических зон со средним радоновым потенциалом. К ним относится Висимско-Бардымская (I), Восточно-Уральская (V) и Западно-Уральская (VII) зоны.

Для того чтобы приступить к решению проблемы снижения воздействия радона, необходимо выявить основные характеристики облучения населения в регионе или отдельном населенном пункте. Обычно эти задачи решаются путем выборочного обследования [38]. При проведении исследований в рамках радоновой программы ставятся следующие задачи: оценка степени актуальности проблемы радона; получение несмещенной оценки среднего уровня облучения населения; определение характера и параметров распределения ОА радона в помещениях; выявление максимальных уровней облучения; оценка доли жилищ, в которых накопление радона превышает нормируемый уровень; выявление основных признаков радоноопасности зданий и сооружений; установление зон с высоким радоновым риском. На основании результатов первичного выборочного обследования может быть получена информация по средним и максимальным уровням облучения населения ДПР радона, а также сформирована группа помещений, где с высокой степенью вероятности можно ожидать, что уровни облучения радоном превысят нормируемые значения. Для этих помещений на втором этапе радоновой программы должно быть проведено, по возможности, 100% обследование и в помещениях с уровнями радона, превышающими нормируемые значения, приняты противорадоновые меры.

Качество получаемых при радоновом обследовании оценок практически целиком зависит от правильно сформированной представительной выборки объектов обследования и корректности приведения результатов измерения к единому виду. В идеальном случае несмещенные оценки тигаются, если выборка формируется случайным образом из всего жилищного фонда территории. Другие способы выбора точек обследования, такие как использование добровольцев или местных государственных служащих, не рекомендуются, т.к. могут привести к созданию смещенной выборки [111]. Поскольку содержание радона в воздухе помещений зависит как от геолого-геофизических характеристик мест застройки, так и от строительных и конструктивных характеристик зданий, представительность выборки может быть оценена именно по этим параметрам. [38].

При проведении радоновых обследований необходимо учитывать, что объемная активность изотопов радона и их ДПР может существенно изменяться как в течение суток, так и в течение года (суточные и сезонные вариации). Причиной таких вариаций может являться как изменения в режиме содержания здания, так и изменения разности температур между атмосферой в помещении и наружным воздухом. Во избежание влияния кратковременных вариаций на результаты оценки объемной активности радона измерения должны проводиться при помощи интегрирующих детекторов. Исключение составляют измерения ЭРОА торона. Как было показано в работе [22], значение коэффициента равновесия между О А и ЭРОА торона имеет слишком большую неопределенность. Поэтому интегрирующие детекторы газообразного торона непригодны для корректной оценки его ЭРОА. В этом случае для оценок приходится использовать результаты инспекционных измерений ЭРОА торона.

При использовании интегрирующих детекторов радона измеряется его объемная активность, в то время как для оценки облучения необходимо оперировать ЭРОА радона. В связи с этим необходима оценка численного значения коэффициента равновесия F, связывающего эти две величины. При этом желательно использовать не среднемировое значение коэффициента равновесия F=0,4, рекомендованного МКРЗ [25], а значения, характерные для данного региона и типа обследуемых зданий.

В силу ряда технических и организационных причин не всегда имеется возможность производить измерения в одном и том же помещении в течение как теплого, так и холодного сезонов. В связи с этим необходима разработка модели, описывающей сезонные вариации объемной активности радона в помещениях, а также определение численных значений параметров данных моделей.

Таким образом, при определении радиационной нагрузки на население Свердловской обрасти от радона, торона и их дочерних продуктов распада было необходимо решить следующие задачи:

Оценка численного значения коэффициента равновесия

В Публикации 65 МКРЗ [25] рекомендовано использовать значение коэффициента равновесия F=0,4. В отечественной практике для перехода от объемной активности радона к ЭРОА используется значение F=0,5. В принципе для отдельных групп помещений, географических регионов и определенного времени года средние значения коэффициента равновесия могут отличаться от указанных величин. Однако корректное их определение сталкивается с определенными техническими сложностями. Во-первых, для классического измерения коэффициента равновесия необходимо одновременно измерять как объемную активность, так и ЭРОА радона, что, как правило, приводит к использованию двух приборов. Во-вторых, для определения с приемлемой точностью величины F неисклю-ченная систематическая погрешность средств измерения не должна превышать 10-15%. Этим требованиям соответствуют только образцовые средства измерения. Использование для оценки значения величины F ас-пирационных методов позволяет избежать влияния ряда систематических погрешностей (скорость прокачки воздуха, эффективность регистрации детектора, эффективность фильтра и т.д.), так как они воздействуют одинаковым образом на все производимые замеры. Поскольку для расчета коэффициента равновесия F используется отношение двух замеров, то влияние этих систематических погрешностей устраняется.

Рассмотрим подробнее теоретические основы предлагаемого метода [22,143]. В качестве основного метода для определения коэффициента равновесия F был выбран метод Маркова-Терентьева [73]. Для наиболее ти в жилых помещениях диапазона значений кратности воздухообмена Л,и=0-ь2 и константы присоединения свободных атомов с аэрозолями А,х=0-г100 ч"1 были рассчитаны ожидаемые значения сдвига равновесия ме-жду отдельными ДПР радона и газообразным Rn. Было получено, что средний сдвиг равновесия между RaA и радоном составляет 0,842. При изменении параметров Xv и Хх в пределах заданного диапазона отклонение сдвига равновесия Cj/Co (RaA/Rn) от среднего значения не превышает 10%. Это дает возможность оценивать величину коэффициента равновесия

F по отношению Сэкв/С! с учетом соответствующей поправки. Дополнительную систематическую погрешность в определение коэффициента равновесия вносит наличие в атмосфере дочерних продуктов распада торона. Учет их влияния был сделан путем подбора поправочной функции, зависящей от соотношения между C Jjj и С - В результате было получено следующее выражение для коэффициента равновесия де величины Сі, С в и С "в (Бк/м3) рассчитываются по методу, рассмотренному в предыдущем разделе.

Появление в знаменателе уравнения (2.7) коэффициента 1,09 объясняется тем, что для рассматриваемого диапазона изменения Хи и Хх значение объемной активности RaA, рассчитанного по классической системе уравнений Маркова - Терентьева, получается несколько заниженным. Для другого диапазона изменения параметров А,0 и Хх (например для шахт) значение этого поправочного коэффициента может измениться.

Основным источником систематической погрешности в предлагаемом методе определения коэффициента равновесия F является неизвестное соотношение между величинами X» и Хх. Зависимость систематической по грешности определения коэффициента равновесия для различных соотношений Сэ"в/С в зависимости от Л,и и Х% представлена на рис.2.4 - 2.6. идно, что для выбранного диапазона изменения Xv и Х она, как правило, не превышает 10%. сего было проанализировано 885 таких результатов или 74% от общего количества. Среднее арифметическое значение коэффициента равновесия F по всей рассмотренной выборке равно 0,48. Распределение значений коэффициента равновесия в выборке описывается логнормальным распределением (рис. 2.7) со следующими параметрами: среднее геометрическое - 0,41, стандартное отклонение GLN=0,60. Рассмотрена зависимость коэффициента равновесия от типа здания и сезона, в который проводилось измерение. Средние значения F в группах и параметры логнормального распределения (среднее геометрическое и стандартное отклонение логарифма коэффициента равновесия, CFLN) представлены в табл. 2.2. На основе анализа полученных данных можно утверждать, что величина коэффициента равновесия радона в жилищах для условий Уральского региона варьируется в пределах от 0,44 до 0,53 и имеет среднее значение равное 0,5. Использование рекомендованной Публикацией 65 МКРЗ величины F=0,4 может привести к заниженной оценке ЭРОА радона. оэффициента равновесия от ЭРОА радона

Дополнительно была исследована зависимость коэффициента равновесия от величины ЭРОА радона. Для этого весь массив данных отсортирован по значениям ЭРОА и разбит на 10 равных по объему групп. В каждой руппе рассчитаны средние значения коэффициента равновесия и стандартные отклонения. Полученные результаты представлены на рис. 2.8. Планки погрешностей отражают величину стандартного отклонения коэффициента равновесия в группе. Стандартное отклонение по всем группам лежит вблизи значения 0,25. Полученная зависимость моделируется возрастающей логарифмической функцией = 0,07-1п(С в ) + 0,3. (2.8)

Наблюдаемая корреляционная зависимость между ЭРОА радона и коэффициентом равновесия объясняется тем, что обе величины возрастают при уменьшении кратности вентиляции в помещении. Поэтому в помещениях с повышенными значениями ЭРОА радона с большей вероятностью наблюдается увеличение значения F. Однако наблюдаемые различия в значениях коэффициента равновесия, хотя и проявляют зависимость, объяснимую с физической точки зрения, но не являются статистически значимыми. В связи с этим функциональная зависимость коэффициента равновесия F от ЭРОА радона (2.8) в дальнейшем при работе не использовалась.