Использование метода ЭПР-дозиметрии для оценки доз облучения жителей Степногорска (Республика Казахстан), проживающих вблизи ураноперерабатывающего завода: предварительные результаты

Ресурсы Республики Казахстан содержат около 19% разведанных запасов урана в мире, что составляет около 1,6 млн тонн. Десятки разведанных урановых месторождений отличаются с точки зрения практической ценности и сгруппированы в шесть урановых провинций. Город Степногорск является одним из них и находится в Акмолинской области. Он был основан в 1959 г., расположен в 180 км к северо-востоку от Астаны – столицы Казахстана. Первоначально Степногорск был обозначен как «закрытый город» с названиями Целиноград-25, Макинск-2. Основным направлением специализации города является обогащение урановой руды. В городе есть также и иные промышленные предприятия, такие как подшипниковый завод [1].

Жумадилов К.Ш. – зав. кафедрой, к.т.н., проф. ЕНУ им. Л.Н. Гумилева. Иванников А.И. – в.н.с., к.ф.-м.н.; Степаненко В.Ф. * – зав. лаб., д.б.н., проф.; Скворцов В.Г. – зав. лаб., к.б.н.; Иванов С.А. – зам. ген. директора, д.м.н.; Ахмедова У.A. – инж. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России. Тойода Ш. – проф. Университет науки Окаямы. Каприн А.Д. – ген. директор, акад. РАН, д.м.н., проф. ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России. Хоши М. – проф. Университет Хиросимы.

Ретроспективная дозиметрия с использованием явления электронно-парамагнитного резонанса (ЭПР) является одним из методов оценки доз облучения человека после неконтролируемых радиационных воздействий [2-7]. Этот метод позволяет оценить накопленные индивидуальные поглощённые дозы по образцам эмали зубов человека и через (как минимум) 50 лет после радиационного воздействия. Методом ЭПР-дозиметрии измеряется концентрация радиационно-индуцированных радикалов, образованных в зубной эмали после облучения ионизирующим излучением. Порог детектирования поглощённой дозы этим методом является относительно низким - около 20-30 мГр накопленной дозы облучения [8, 9]. Данное исследование является пилотным и будет продолжено по мере получения дополнительных образцов эмали зубов.

Материалы и методы

Отбор образцов осуществлялся специалистами Казахстана, Японии и России с целью определения индивидуальной поглощённой дозы населения Степногорска, включая работников Гидрометаллургического завода (ГМЗ), который занимается переработкой урана. Отобранные образцы были поделены на щёчные и языковые части. Щёчные части не были включены в процедуру оценки дозы, поскольку их положение в полости рта не исключает возможности воздействия солнечного света, который может повлиять на радиационно-индуцированный ЭПР-сигнал [2, 10]. Всего в анализ было включено 27 образцов зубов, которые были удалены у взрослых жителей Степногорска (включая работников ГМЗ) по медицинским показаниям. В качестве контроля были использованы образцы зубов, собранных по медицинским показаниям у жителей города Астаны, который не подвергался какому-либо радиоактивному воздействию - вследствие его удалённости от ГМЗ. Согласно информации, полученной с помощью документально оформленных опросов доноров, образцы зубов не были подвергнуты процедуре рентгеновского облучения в области челюсти.

Подготовка образцов к измерениям. Эмаль зубов была механически отделена от дентина с помощью бормашины. Дентин был удалён бором при низких оборотах вращения машины, с тем, чтобы предотвратить нагревание образца, что может вызвать появление механически индуцированного сигнала и существенно изменить форму радиационно-индуцированного сигнала [2, 11]. Далее зубная эмаль была раздроблена на частицы размером 0,5-1,5 мм.

Калибровочная процедура и анализ ЭПР-спектров. Образцы эмали для построения калибровочной зависимости готовили из моляров, собранных у населения села Кокпекты, которое находится на расстоянии 800 км на юго-восток от города Астаны и около 300 км от города Семипалатинска и не подвергалось техногенному радиационному воздействию. Гранулы зубной эмали, полученные из различных образцов зубов, смешивали и делили на аликвоты по 100 мг. Полученные восемь аликвот облучили дозами 0, 100, 200, 300, 500 и 1000 мГр соответственно источником ⁶⁰Со в Университете Хиросимы [12, 13]. Контроль дозы при облучении проводили с использованием тканеэквивалентного дозиметра. Точность измерения равна 3% (1 SD).

Все измерения проводили при комнатной температуре 21 °C с помощью ЭПР-спектрометра Х-диапазона JEOL JES-FA100, снабжённого цилиндрическим резонатором TE011 высокой добротности, модели ES-UCX2. При записи спектра использовали те же параметры, что и в работах, опубликованных ранее [14, 15].

Специально разработанная компьютерная программа [16] была использована для анализа радиационно-индуцированного сигнала (РИС) и определения его интенсивности. ЭПР-спектр облучённой эмали был разделён на РИС и фоновый сигнал (ФС), с применением нелинейной модели, описывающей РИС и ФС в аналитической форме. Использовали окно фитинга шириной 3,0 мТл, для всех спектров образцов эмали (левая граница окна фитинга была -1,0 мТл, а правая граница +2,0 мТл относительно максимума ФС) [15, 16].

Экспериментально определённая методом ЭПР доза включает в себя сумму дозы от естественного радиационного фона, накопленного в течение возраста формирования зубной эмали, и техногенной дозы. Возраст зубной эмали определяли путём вычитания среднего возраста формирования зубов (в зависимости от позиции зуба в челюсти человека) из возраста донора на момент отбора образца эмали [2, 3] - (см. табл. 1).

Техногенную дозу ( Д экс ) определяли путём вычитания вклада от естественного фонового излучения (см. соотношение 1):

Д экс = Д эм — TA X Д ф , (1)

где Д_эм - суммарная доза, определённая ЭПР-методом в зубной эмали, (мГр); TA - возраст зубной эмали (год); Д ф - средняя мощность дозы фонового облучения от внешнего естественного облучения (0,8 мГр/год [17]). Погрешности определения измеренных индивидуальных доз были оценены в соответствии с ранее опубликованной полуэмпирической формулой [15, 16, 18, 19].

Результаты и обсуждение

Оценённые методом ЭПР значения техногенных индивидуальных поглощённых доз в зубной эмали представлены на рис. 1. Характеристики собранных образцов зубной эмали для оценок индивидуальных накопленных поглощённых доз методом ЭПР-дозиметрии у обследованных жителей Степногорска, персонала ураноперерабатывающего завода и жителей Астаны приведены в табл. 1. Город Астана был выбран в качестве контрольной территории.

Рис. 1. Индивидуальные накопленные техногенные поглощённые дозы, измеренные методом ЭПР-дозиметрии в образцах эмали зубов, в обследованных группах населения Степногорска, отдельно работников ураноперерабатывающего завода и жителей Астаны. По оси ординат -поглощённые дозы, мГр; погрешности (1SD) определения индивидуальных доз оценены в соответствии с [15, 16, 18, 19]. По оси абсцисс - номера образцов эмали зубов в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

Характеристики собранных образцов зубной эмали для оценок индивидуальных накопленных поглощённых доз методом ЭПР-дозиметрии у обследованных жителей

Степногорска, персонала ураноперерабатывающего завода и жителей Астаны

№ п/п	Код образца	Год рождения донора зуба	Возраст формирования эмали	Позиция зуба в челюсти
Жители Степногорска, не работающие на ураноперерабатывающем заводе
1	4st	1961	12	8
2	5st	1987	12	8
3	6st	1947	3	6
4	7st	1977	5	4
5	8st	1972	3	6
6	9st	1955	3	6
7	11st	1964	7	7
8	12st	1976	12	8
9	13st	1959	3	6
10	14st	1946	3	6
11	19st	1976	12	8
12	21st	1955	3	6
13	22st	1955	7	7
14	23st	1955	3	6
15	24st	1950	3	6
16	26st	1953	7	7
17	27st	1966	12	8
18	28st	1941	5	4
19	31st	1931	4	2
20	32st	1959	6	5
21	33st	1959	4	2
Жители Степногорска –		работники ураноперерабатывающего завода
22	1st-1	1968	12	7
23	1st-2	1968	7	8
24	3st	1955	3	6
25	15st	1968	3	6
26	16st	1954	6	5
27	17st	1954	3	6
Жители Астаны
28	1As	1974	12	8
29	2As	1964	7	7
30	3As	1964	12	8
31	4As	1984	12	8
32	6As	1946	7	7

Следует отметить, что при расчёте величин накопленной фоновой дозы (см. соотношение 1 выше) использовали значение средней мощности дозы фонового облучения от внешнего естественного облучения (0,8 мГр/год [17]), а также значения среднего возраста формирования зубной эмали в зависимости от позиции зуба в челюсти человека [2, 3]. Очевидно, что конкретные значения мощности внешнего фонового излучения для конкретной местности, а также индивидуальный возраст зубной эмали могут отличаться от использованных при этом средних величин. В то же время измеренная величина суммарной дозы Дэм (соотношение 1), определённая методом ЭПР в зубной эмали, является индивидуальной. Поэтому некоторые из рассчитанных в соответствии с соотношением (1) величин индивидуальной техногенной дозы Дэкс могут иметь отрицательные значения – в тех случаях, когда результаты измерений были близки к порогу чувствительности метода ЭПР-дозиметрии (20-30 мГр). Несмотря на то, что отрица- тельные значения дозы не имеют физического смысла, они не были исключены из статистического анализа – для того, чтобы получить несмещённые оценки доз, усреднённых по рассматриваемым выборкам образцов.

Для выборки образцов, относящихся к контрольной территории (Астана), средняя техногенная доза, определённая методом ЭПР, равна 22,7 мГр (1 SD=31,7 мГр). Для жителей Степно-горска, не являющихся работниками ураноперерабатывающего завода, средняя техногенная доза, определённая методом ЭПР, равна 46,9 мГр (1SD=88,7 мГр). Для обследованной группы работников ураноперерабатывающего завода средняя техногенная доза, определённая методом ЭПР, равна 7,8 мГр (1SD=43 мГр). Достоверность разницы между дозами в контрольной группе (Астана) и дозами облучения выборки рабочих ураноперерабатывающего завода, а также дозами в группе обследованных жителей Степногорска (не являющихся работниками уранового предприятия), была протестирована с помощью t-критерия Стьюдента (t-тест). Для разности между величиной средней ЭПР-дозы в выборке работников предприятия и величиной средней дозы в контрольной группе значение Р равно 0,22, что показывает отсутствие статистически значимости в этом различии. Для разницы в средних дозах облучения группы обследованных жителей Степногорска и Астаны соответствующее значение P равно 0,56, что также указывает на отсутствие статистически значимого различия в дозах облучения указанных групп. Учитывая небольшое количество обследованных лиц в группе работников ураноперерабатывающего завода, полученные оценки доз для этой группы следует рассматривать как весьма предварительные и требующие дальнейших исследований после набора более многочисленной выборки (по медицинским показаниям). Как следует из рис. 1, у четырёх жителей Степногорска, не являющихся работниками предприятия, были установлены относительно высокие дозы (образцы 1, 2, 19, 20). Поскольку в результате индивидуальных опросов было выявлено, что эти лица не подвергались облучению с медицинскими целями, то возможным объяснением оценённых величин индивидуальных доз может быть миграция этих лиц из различных населённых пунктов Казахстана, расположенных в самой непосредственной близости от Семипалатинского ядерно-го полигона, где они могли подвергнуться дополнительному облучению.

Выводы

• 1.    Разница в средних дозах облучения группы обследованных жителей Степногорска (без включения группы работников ураноперерабатывающего завода) и Астаны (контроль) не является статистически значимой.

• 2.    Разница в средних дозах облучения группы обследованных жителей Степногорска (работники ураноперерабатывающего завода) и жителей Астаны (контроль) также не является статистически значимой.

• 3.    Учитывая небольшое количество обследованных лиц в группе работников ураноперерабатывающего завода, полученные оценки доз для этой группы следует рассматривать как весьма предварительные и требующие дальнейших исследований после набора более многочисленной выборки (по медицинским показаниям).

• 4.    У четырёх жителей Степногорска, не работников предприятия, были установлены относительно высокие дозы облучения. Поскольку в результате индивидуальных опросов было выявлено, что эти лица не подвергались облучению с медицинскими целями, то возможным объяснением оценённых величин индивидуальных доз может быть миграция этих лиц из различных населённых пунктов Казахстана, расположенных в самой непосредственной близости от Семипалатинского ядерного полигона, где они могли подвергнуться дополнительному облучению.

Исследования по данной работе были поддержаны грантом Министерства образования и науки Республики Казахстан (5284/GF4 соглашение № 47).

Исследования были поддержаны МРНЦ им. А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск, Россия, путём предоставления программных средств для обработки ЭПР-спектров и возможности применения соответствующих методик.