Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблемы, связанные с ликвидацией и смягчением последствий аварии на Чернобыльской атомной электростанции (принятие решений, адекватные меры профилактического и медицинского характера, радиационно-эпидемиологические оценки), как с момента начала работ в рамках настоящего исследования в ранние сроки после аварии (май 1986 года) [Цыб А.Ф. с соавт., 1988], так и в последующие годы [Лушников Е.Ф. с соавт,, 1997; 2006; Паршков Е.М.,1999; Лушников Е.Ф., 2001; Иванов В.К., Цыб А.Ф., 2002; Паршков Е.М. с соавт., 2004; Cardis, 2007; Howe., 2007; Ron, 2007] требовали и требуют соответствующего дозиметрического обеспечения.
Предмет исследований и научно-практических разработок данной работы с
самого начала был нацелен на индивидуальный подход к оценкам доз облучения
населения России, оказавшегося на территориях с радиоактивным загрязнением
в результате аварии на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС).
Именно такой подход, реализуемый в этом исследовании в рамках развития
расчетных и инструментальных физических методов ретроспективной
дозиметрии, позволяет обеспечивать дозиметрическую поддержку
эпидемиологических исследований по технологии "случай- контроль" и выявлять группы лиц с различными индивидуальными дозами облучения для оказания адресных профилактических и медицинских мероприятий.
В данном исследовании рассматриваются только физические методы ретроспективной дозиметрии - инструментальные и расчетные. Наряду с физическими методами интенсивно развиваются и биологические методы ретроспективной дозиметрии, имеющие как свои преимущества, так и ограничения ([Севанькаев А.В., Насонов А.П., 1978; Севанькаев А.В., 1987; Саенко А.С., Замулаева И.А., 2003; Lloyd D.C., Sevan'kaev A.V., 1996]).
Опыт, приобретенный в ходе работ в рамках данного исследования по оценке последствий аварии на ЧАЭС, и разработка высокочувствительных инструментальных технологий, ретроспективной дозиметрии, открыли возможности их применения при решении актуальных задач по уточнению доз облучения населения территорий вокруг Семипалатинского ядерного полигона. Как отмечено в материалах международных совещаний в Японии (Hiroshima), Финляндии (Helsinki) и США (Bethesda) [Hoshi М. et al., 1996,2005; Lindholm С. et al., 2002; Simon S. et al., 2007] имевшиеся оценки доз облучения населения в ареале Семипалатинского полигона были весьма противоречивыми, что не позволяло сделать уверенные заключения о реальных последствиях испытаний. Соответственно сфера применимости разработанных в исследовании методов ретроспективной дозиметрии расширилась до отличных от Чернобыля крупномасштабных радиационных воздействий на население, а именно - для ситуаций с иными условиями дозоформирования (энергии и состав излучений, динамика накопления дозы, давность прошедших событий - около 50 лет после начала испытаний на Семипалатинском полигоне).
Применение методов ретроспективной дозиметрии актуально не только в
связи с необходимостью оценки последствий крупномасштабных радиационных
аварий. Имеются потенциальные сферы применения и в других областях. Эти
методы позволяют: верифицировать величины предписанных пациентам доз
облучения при проведении лучевой терапии; верифицировать реальные уровни
защиты медицинского персонала и пациентов при диагностическом,
терапевтическом применении ионизирующего излучения и радионуклидов, а
также в ходе соответствующих исследовательских работ и испытаний;
обеспечить заинтересованных лиц информацией об индивидуальных дозах
облучения для принятия решений об уровнях и виде соответствующих
компенсаций; обеспечить готовность к оценкам доз облучения вследствие
возможных будущих радиационных аварий [см., например, IRCRU Report 68,
2002]. '
Поэтому и спустя 23 года после аварии в Чернобыле сохраняется та же степень актуальности данной работы, что и в начале исследования в мае 1986 года. Показателем этого является возрастающий интерес на международном уровне к данной проблематике [IRCRU Report 68, 2002]: ядерные технологии продолжают развиваться и расширяться,, а к технологическим рискам радиационных аварий, добавляются риски, связанные с потенциальной возможностью ядерного терроризма. Цель исследования.
Дать научное обоснование, разработать и применить комплекс расчетных и инструментальных методов индивидуальной ретроспективной дозиметрии в задачах оценки последствий крупномасштабных радиационных воздействий на население - для дозиметрического обеспечения радиационно-эпидемиологи-ческих исследований по технологии "случай-контроль" на территориях, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС, а также для уточнения и верификации доз облучения населения вследствие ядерных испытаний на Семипалатинском испытательном полигоне (на примере первого ядерного испытания СССР). Задачи исследования:
1. Разработать комплекс расчетных методов ретроспективной дозиметрии
для оценки индивидуальных накопленных доз облучения всего тела, красного
костного мозга, щитовидной железы и молочной железы, а также их
погрешностей, применимый для оценки последствий крупномасштабных
радиационных воздействий на население (Брянская и Калужская области России
и территории вблизи Семипалатинского полигона - на примере первого
ядерного испытания 29.08.1949).
2. Разработать высокочувствительные инструментальные методы
люминесцентной ретроспективной дозиметрии (оптико-стимулированной и
термостимулированной) с чувствительностью не хуже 20 мГр по величине
накопленной дозы, применимые для условий дозоформирования на территориях,
загрязненных радионуклидами после аварии на ЧАЭС и на территориях, подвергшихся радиационному воздействию в результате ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне; провести международное интерсличение разработанных инструментальных методов люминесцентной ретроспективной дозиметрии (ЛРД).
3. Провести в ранние сроки после аварии на ЧАЭС массовый мониторинг
активности 13|1 в щитовидной железе и, в последующие годы, - активности 137Cs
и 134Cs во всем теле в группах населения территорий, загрязненных
радионуклидами после аварии на ЧАЭС, с целью получения исходных данных
для верификации расчетных моделей доз облучения населения.
4. Дать обоснование разработанных расчетных методов ретроспективной
индивидуальной дозиметрии путем сравнения расчетных доз с данными прямых
измерений, полученными в ходе полевых миссий, а также с результатами
ретроспективной оценки доз инструментальными методами ЛРД и методом ЭПР
дозиметрии по эмали зубов человека.
-
Применить на загрязненных территориях Брянской области разработанный комплекс расчетных методов индивидуальной ретроспективной дозиметрии для оценки доз внутреннего и внешнего облучения всего тела, красного костного мозга, щитовидной и молочной желез для дозиметрической поддержки радиационно-эпидемиологических исследований по технологии "случай-контроль".
-
Оценить результаты, полученные на загрязненных территориях Брянской области при дозиметрической поддержке радиационно-эпидемиологических исследований, в рамках радиационно-эпидемиологических исследований по технологии "случай-контроль" заболеваний раком щитовидной железы и лейкозами.
-
Применить в экспедиционных условиях разработанные инструментальные высокочувствительные методы люминесцентной ретроспективной дозиметрии для уточнения накопленных доз внешнего облучения населения, проживающего вблизи Семипалатинского испытательного полигона (на примере первого ядерного испытания СССР 29 августа 1949 года).
Научная новизна:
1. Новым является разработанный комплекс расчетных методов ретроспективной дозиметрии для определения индивидуальных накопленных доз облучения всего тела, красного костного мозга, щитовидной и молочной желез, а также их погрешностей, применимый, в сочетании с разработанной методологией индивидуального дозиметрического расследования, для оценки последствий крупномасштабных радиационных воздействий на население (Брянская и Калужская области России и территории вблизи Семипалатинского полигона - на примере первого ядерного испытания 29.08.1949).
2. Оригинальными являются разработка и применение нового высокочувствительного метода инструментальной ретроспективной дозиметрии
(люминесцентная ретроспективная дозиметрия по кварцевым включениям в кирпичи) в условиях дозоформирования (энергии излучения, величина фоновой дозы) как на территориях загрязненных после аварии в Чернобыле, так и на территориях вокруг Семипалатинского полигона. Достигнута чувствительность метода в 20 мГр по величине накопленной дозы при времени накопления дозы до 50 лет. Впервые проведена верификация этого метода путем международного интерсличения данных, полученных при измерении образцов, отобранных как на территориях, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС, так и на территориях вокруг Семипалатинского полигона.
3. По данным массового дозиметрического мониторинга (1986 год) и по результатам ретроспективной оценки индивидуальных доз впервые было установлено, что статистические распределения индивидуальных доз облучения населения радиоактивно загрязненных территорий Брянской и Калужской областей (облучение всего тела, красного костного мозга, щитовидной железы, молочной железы) имеют несимметричный (логнормальный) вид, характеризующийся наличием индивидуальных доз, которые по своей величине многократно превышают средние и медианные значения. При этом минимальные и максимальные значения индивидуальных доз у жителей одних и тех же населенных пунктов различаются в десятки раз.
Это свидетельствует о том, что использование только оценок средних или же медианных доз в условиях крупномасштабной радиационной аварии, скрывает группы лиц с повышенными дозами облучения, на которые в первую очередь и должны быть направлены адресные защитные и профилактические мероприятия
-
Впервые разработанные методы ЛРД были использованы для обоснования применимости комплекса расчетных методов ретроспективной индивидуальной дозиметрии на территориях, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС, а также в ареале проживания населения вокруг Семипалатинского испытательного полигона,
-
В результате реализации разработанного комплекса расчетных методов индивидуальной ретроспективной дозиметрии для дозиметрической поддержки радиационно-эпидемиологических исследований на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области по технологии "случай-контроль" на индивидуальном уровне были получены новые факты:
достоверно установлена дозовая зависимость риска заболеваемости раком щитовидной железы у детей и подростков, находившихся в этом возрасте на загрязненных территориях Брянской области;
отсутствие достоверной зависимости по заболеваемости лейкозами у детей в возрасте до пяти лет на момент аварии.
6. Применение разработанных инструментальных методов ЛРД для условий
дозоформирования на территориях вокруг Семипалатинского ядерного
полигона позволило впервые:
- уточнить оценку доз облучения населения, подвергшегося радиационному воздействию в результате ядерных испытаний -инструментально оцененные накопленные дозы внешнего облучения в воздухе для населенных пунктов вблизи оси следа первого в СССР ядерного испытания 29.08.1949 года (Долонь, Канонерка, Лесхоз Тополинский) равны 475±110 мГр, 225±60 мГр -250±60 мГр и 230±60 мГр, соответственно. Ранее опубликованные величины расчетных доз в воздухе для этих же населенных пунктов в 2-5 раз выше инструментально измеренных доз, что говорит о консервативности использованных в опубликованных работах расчетных подходов;
установить отсутствие значимых уровней облучения (в пределах погрешности около 25 мГр) для населенных пунктов, удаленных от оси этого следа и от места проведения испытания.
7. Впервые, на примере территорий вблизи Семипалатинского полигона показана возможность ретроспективной оценки индивидуальных доз для ситуации крупномасштабного радиационного воздействия более 50 лет тому назад. Достигнуто хорошее соответствие расчетных и экспериментально установленных величин индивидуальных доз, что свидетельствует об успешном применении разработанной методологии ретроспективной оценки индивидуальных доз для событий радиационных воздействий, имевших место в 1949 году. Практическая значимость.
Результаты исследования ориентированы на удовлетворение медико-социальных потребностей населения загрязненных радионуклидами территорий в части улучшения гарантий радиационной безопасности в случаях неконтролируемых радиационных воздействий вследствие имевших место и потенциально возможных радиационных аварий и инцидентов.
Социальная и медицинская значимость состоит в том, что проведенные в ходе исследования разработки ориентированы на создание высокочувствительных и оперативных методик дозиметрического контроля и ретроспективной оценки индивидуальных доз. В ходе исследования проведен индивидуальный дозиметрический мониторинг и оценены индивидуальные дозы облучения всего тела, щитовидной железы, красного костного мозга, молочной железы у приблизительно 130 000 жителей территорий, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС. Эти данные были представлены органам здравоохранения для принятия решений по проведению защитных, профилактических и лечебных мероприятий, а также были использованы для дозиметрической поддержки радиационно-эпидемиологических исследований.
Разработанная технология физической ретроспективной дозиметрии востребована не только в связи с необходимостью оценки последствий крупномасштабных радиационных аварий, например, для дозиметрической поддержки радиационно-эпидемиологических исследований и принятию решений по выявлению групп населения с высокими дозами облучения при
планировании адресных медицинских и профилактических мероприятий. Эта технология позволяет также верифицировать величины предписанных пациентам доз облучения при проведении лучевой терапии; верифицировать реальные уровни защиты персонала и пациентов при диагностическом, терапевтическом применении ионизирующего излучения и радионуклидов, а также в ходе соответствующих исследовательских работ.
В результате исследования созданы базы индивидуальных дозиметрических данных (накопленные поглощенные дозы в щитовидной железе, всем теле, красном костном мозге, молочной железе) для лиц, включенных в соответствующие радиационно-эпидемиологические исследования в Брянской области. Полученные результаты внедрены в виде баз данных и соответствующих справок для использования в МРНЦ РАМН, Брянском клинико-диагностическом центре, Гематологическом научном центре РАМН и применяются при проведении адресных лечебно-профилактических мероприятий среди обследованных лиц. Технология индивидуальной ретроспективной дозиметрии реализована на отечественном и международном уровнях.
С использованием результатов исследования опубликованы в соавторстве 2 монографии - одна отечественная (1993 г.) и одна за рубежом (2006 г.), учебник для ВУЗов (2005 г.), изданы две инструкции МЗ СССР (1986 г.), Методические Указания МЗ СССР (1987 г.), четыре Методических Указания МЗ РФ (1996, 1996, 2000 и 2006 гг.), два руководства МАГАТЭ (1996, 1999 гг.), два Технических Документа МАГАТЭ (1997, 2002 гг.), один Технический Документ ВОЗ (1994 г.), даны экспертные рекомендации в рамках участия в международных учениях ВОЗ по преодолению последствий крупномасштабных радиационных аварий (учения РЕМПАН, "CONVEX" 2, 2006 г. и "CONVEX" 3, 2008 г.).
Более детальная информация о научных публикациях представлена ниже. Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработанный и примененный на практике комплекс расчетных методов
ретроспективной дозиметрии обеспечивает оценки величин индивидуальных
накопленных доз внутреннего и внешнего облучения щитовидной железы,
красного костного мозга, молочной железы и всего тела, а также их
погрешностей при крупномасштабных радиационных воздействиях на
население (территории России, загрязненные радионуклидами в результате
аварии на ЧАЭС, и территории в ареале Семипалатинского полигона).
2. Разработанные методы инструментальной люминесцентной
ретроспективной дозиметрии (оптико-стимулированные, т.е. ОСЛ, и
термостимулированные - ТЛ) по кварцевым включениям в кирпичи строений
обеспечивают чувствительность 20 мГр по величине накопленной дозы
внешнего облучения. Успешно проведено международное интерсличение
методов люминесцентной ретроспективной дозиметрии (ЛРД). Эти методы
применимы для различных условий дозообразования (энергия излучения, величины фоновых доз, давность радиационного воздействия- до 50 лет) на территориях Брянской области РФ, загрязненных после аварии на ЧАЭС, и территориях Алтайского края РФ, Семипалатинской области Республики Казахстан, находящихся вблизи Семипалатинского ядерного полигона.
3. По данным массового дозиметрического мониторинга впервые (1986 год) и по результатам последующей ретроспективной оценки индивидуальных доз установлено, что статистические распределения индивидуальных доз облучения населения радиоактивно загрязненных территорий Брянской и Калужской областей (облучение всего тела, красного костного мозга, щитовидной железы, молочной железы) имеют несимметричный (логнормальный) вид, характеризующийся наличием индивидуальных доз, которые по своей величине многократно превышают средние и медианные значения. При этом минимальные и максимальные значения индивидуальных доз у жителей одних и тех же населенных пунктов различаются в десятки раз. Следовательно, что использование только оценок средних или медианных доз в условиях крупномасштабной радиационной аварии скрывает группы лиц с повышенными дозами облучения, на которые в первую очередь и должны быть направлены адресные защитные и профилактические мероприятия.
4. В результате реализации разработанного комплекса расчетных методов индивидуальной ретроспективной дозиметрии для дозиметрической поддержки радиационно-эпидемиологических исследований на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области по технологии "случай-контроль" на индивидуальном уровне установлено:
наличие дозовой зависимости частоты заболеваемости раком щитовидной железы у детей и подростков, находившихся в этом возрасте на загрязненных территориях Брянской области;
отсутствие дозовой зависимости частоты заболеваемости лейкозами у детей в возрасте до пяти лет на момент аварии.
5. В результате применения разработанного инструментального метода ЛРД для условий дозоформирования на территориях вокруг Семипалатинского ядерного полигона установлено:
- инструментально оцененные накопленные дозы внешнего облучения в воздухе для населенных пунктов вблизи оси следа первого в СССР ядерного испытания 29 августа 1949 года (Долонь, Канонерка, Лесхоз Тополинский) равны 475±110 мГр, 225±60 мГр -250±60 мГр и 230±60 мГр, соответственно, что в 2-5 раз менее ранее опубликованных величин расчетных доз в воздухе для этих же населенных пунктов. Это показывает существенную консервативность ранее применяемых расчетных подходов к оценке доз;
- отсутствуют значимые уровни облучения (в пределах погрешности накопленной дозы около 25 мГр) для населенных пунктов, удаленных на 10 км и более от оси этого следа и от места проведения испытания.
6. Достигнуто хорошее соответствие расчетных и экспериментально установленных величин индивидуальных доз населения территорий вблизи Семипалатинского полигона (свидетелей ядерного испытания 29 августа 1949 года), что показывает применимость разработанной методологии ретроспективной оценки индивидуальных доз для ситуаций радиационных воздействий, имевших место до 50 лет тому назад.
Апробация работы. Апробация диссертации состоялась 22 июня 2009 г. на научной конференции экспериментального радиологического сектора МРНЦ РАМН, протокол No 237. Основные положения диссертационной работы доложены и опубликованы в материалах 34 отечественных всероссийских и международных конференций, в том числе - на девяти конференциях в России и на 25 конференциях за рубежом.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 107 научных работ. Из этого количества опубликовано две монографии (одна отечественная, одна - за рубежом), один учебник для ВУЗов, два сборника работ, 19 статей в отечественных рецензируемых журналах и 21 статья в зарубежных рецензируемых журналах (из них - 22 статьи из списка ВАК по специальности), 16 статей в российских и зарубежных научных сборниках, одни Методические Указания МЗ СССР и две инструкции МЗ СССР, четыре Методических Указания МЗ РФ, два руководства МАГАТЭ, два Технических Документа МАГАТЭ, один Технический Документ ВОЗ, два сборника научных работ за рубежом и 34 работы в материалах отечественных и международных конференций.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований
внедрены в практику клинического сектора МРНЦ РАМН, Брянского клинико-диагностического центра и Гематологического научного центра РАМН в виде баз данных и справок, содержащих величины индивидуальных доз облучения жителей загрязненных радионуклидами Брянской области с установленными диагнозами "рак щитовидной железы", "лейкоз", "рак молочной железы".
Полученные в ходе исследований материалы использованы для
дозиметрического обеспечения медицинских и профилактических
мероприятий, диспансеризации населения загрязненных территорий и оценки радиационных рисков онкологических заболеваний (рак щитовидной железы, лейкозы) в Брянской области.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 371 странице компьютерного текста, содержит 55 таблиц и 68 рисунков. Она состоит из введения, обзора литературы, результатов собственных исследований, заключения, выводов. Список цитированной литературы содержит 126 источников, в том числе 44 ссылки на работы отечественных авторов.
