Эффективная эквивалентная доза облучения персонала инкорпорированным плутонием

On the basis of own data on metabolism of industrial compounds of plutonium the effective dose equivalent (EDE) by inhalation of incorporated plutonium was calculated. Doses of irradiation of lungs and cells of bone surfaces contribute significantly (76-80%) to EDE. Estimating the value of permissible transfer from the conception about critical organ and risk based on consideration of EDE is discussed.

В связи с рекомендациями МКРЗ [3, 4, 9] при менять ЭЭД в качестве основного критерия при оценке риска облучения представляет интерес определение этого показателя для ин корпорированного плутония , поскольку внутреннее облучение , обусловленное этим радионуклидом , является одним из ведущих факторов профессио нальной вредности на предприятиях радиохимиче ской промышленности . Настоящая работа посвя щена оценке численного значения ЭЭД с учетом фактических данных о распределении радионук лида в организме человека , полученных при ана лизе секционного материала . Результаты исполь зованы для сравнительного анализа допустимых уровней поступления ( ПДП ) при разных подходах к нормированию .

Материалы и методы исследования

В статье использованы данные собственных исследований о распределении плутония в органах и тканях умерших работников радиохимических заводов . Методы посмертной радиометрии под робно изложены ранее [5]. В настоящей работе суммированы и обобщены данные предыдущей работы [8] и более поздних исследований , в ре зультате которых удалось дополнительно опреде лить коэффициенты отложения внелегочного плу тония для органов и тканей с низким уровнем де понирования . Анализ дополнительного материала подтвердил ранее установленный факт , что рас пределение плутония во внелегочной части ор ганизма не зависит от физико - химических форм ингалируемых промышленных соединений нуклида [8]. В связи с этим данные об относительных кон центрациях и коэффициентах отложения в органах и тканях были усреднены для персонала различ ных производств .

При расчете эффективных эквивалентных доз использованы значения взвешивающих факторов ( w _T ), приведенные в Публикации 30 МКРЗ . Кроме шести органов и тканей , для которых в Публикации рекомендованы численные значения этих показа телей , при вычислении ЭЭД был применен весо вой множитель w _T =0,06 для следующих тканей , обладающих наиболее высокой относительной концентрацией : печени , селезенки , надпочечников , почек и сердца ( табл . 1).

Эффективную эквивалентную дозу вычисляли по формуле :

HE = ∑ wTH50,T, T где Н50,Т - ожидаемая эквивалентная доза (Зв) в органе, формирующаяся за 50 лет после однократного поступления нуклида в органы дыхания.

В основу расчета Н Е и Н 50, Т положена дози метрическая модель легочного клиренса про мышленных соединений плутония [7], осо бенностью которой является отсутствие за висимости периода полувыведения нуклида из пульмонального отдела от формы химического соединения , в которое входит вещество , а также то , что уровень резорбции нуклида из верхних от делов дыхательного тракта пропорционален вели чине транспортабельности S , определяемой мето дом диализа . Расчеты выполнены для аэрозолей с АМАД =1 мкм , S 1 =3 % и S 2 =0,3 %. Эти значения транспортабельности отвечают соединениям , со ответственно относительно растворимым ( нитрат , хлорид ) и труднорастворимым ( оксиды ), что по классификации МКРЗ отвечает классам соответ ственно W и Y . При расчете Н 50, Т учитывали чис ленные значения коэффициентов отложения плу тония в экстрапульмональной области организма , приведенные в таблице 1.

Таблица 1

Орган , ткань	Количество исследованных органов	Относительная концентрация * x ± с	Коэффициенты отложения , %
Печень	502	9,7 ± 4,3	32,8
Кости	502	4,0 ± 2,3	57,2
Селезенка	492	1,2 ± 0,3	0,33
Гонады :
мужские	48	0,91 ± 0,49	0,046
женские	26	0,81 ± 0,34	0,013
Надпочечники	42	0,74 ± 0,34	0,015
Почки	498	0,60 ± 0,17	0,27
Щитовидная железа	73	0,52 ± 0,38	0,015
Красный костный мозг	9	0,35 ± 0,18	0,75
Сердце	498	0,34 ± 0,19	0,17
Желчный пузырь	29	0,32 ± 0,2	0,021
Поджелудочная железа	84	0,21 ± 0,14	0,030
Мышцы	500	0,20 ± 0,07	8,34
Молочные железы	7	0,03 ± 0,014	0,015

* За единицу принята средняя концентрация плутония , обнаруженного во внелегочной части организма .

Относительные концентрации и коэффициенты отложения внелегочного плутония в органах и тканях у персонала

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные оценки для двух классов соединений представлены в таблице 2. Эти данные показывают, что величина ЭЭД слабо зависит от транспортабельности промышленных аэрозолей плутония: для S1=3 % она составляет 111 мкЗв/Бк, для S2=0,3 % - 92 мкЗв/Бк. При этом для обоих типов соединений эквивалентная доза облучения легкого оказалась одинаковой, что является следствием модели легочного клиренса, согласно которой выведение нуклида не зависит от химической формы аэрозоля. Вследствие медленного выведения, предсказываемого моделью, легкое является органом, вносящим наибольший вклад в эффективную эквивалентную дозу. Так, при поступлении соединений класса W облучение легкого вносит в ЭЭД - 45,8 %, а при поступлении соединений класса Y - 55,7 %. Величина ЭЭД будет обусловлена в еще большей степени облучением легкого, если принять во внимание активность, накопленную в трахеобронхиальных лимфоузлах. В публикации 30 МКРЗ рекомендуется с целью учета облучения, создаваемого инкорпорированным нуклидом в легочных лимфоузлах, рассчитывать дозу для так называемого составного легкого, включающего трахеобронхиальный и альвеолярный отделы вме- сте с легочными лимфоузлами. Массу составного органа предлагается принимать равной 1000 г, а взвешивающий фактор WТ=0,12. Согласно этой рекомендации были вычислены значения ЭЭД для "составного легкого" (см. табл. 2). Из данных таблицы 2 видно, что ЭЭД при "составном легком" увеличивается на 7 % для S1=3 % и на 38 % для Sz=0,3 % и составляет 119 и 127 мкЗв/Бк. При этом вклад в ЭЭД за счет облучения, создаваемого плутонием в легочных лимфоузлах, увеличивается на 3,4 % (Si=3%) и на 12,3 % (S2=0,3 %).

Второй наиболее значимой по вкладу в ЭЭД величиной является доза облучения клеток кост ной поверхности . На ее долю приходится 30,2 % для транспортабельных и 24,5 % для низкотранс портабельных форм плутония . Обе ткани - легоч ная и костная поверхности - обусловливают 76-80 % эффективной эквивалентной дозы при поступ лении промышленных аэрозолей плутония в орга ны дыхания .

Данные таблицы 2 указывают на приблизитель но одинаковые вклады в ЭЭД доз облучения пече ни и красного костного мозга , составляющих 7,59,2 % ( печень ), 8,3-9,9 % ( красный костный мозг ).

Уровни облучения остальных органов и тканей обусловливают 4,04-4,88 % эффективной эквива лентной дозы .

Таблица 2

Орган , ткань	W т	S i =3 % ( класс W )			S 2 =0,3 % ( класс Y )
		Н 50, Т	W тХ Н 50, Т	вклад , %	Н 50, Т	W Т х Н .о, т	вклад , %
Легкое	0,12	4,25	0,510	45,8	4,25	0,510	55,7
" Составное легкое "	0,12	(4,88)	(0,586)	(49,2)	(7,18)	(0,862)	(68)
	0,12	(4,88)	(0,586)	(49,2)	(7,18)	(0,862)	(68)
Клетки костной поверхности	0,03	11,19	0,336	30,2	7,48	0,224	24,5
Красный костный мозг	0,12	0,907	0,110	9,9	0,624	0,076	8,3
Печень	0,06	1,706	0,102	9,2	1,143	0,069	7,5
Гонады	0,25	0,114	0,028	2,5	0,0776	0,019	2,1
Селезенка	0,06	0,1706	0,0102	0,92	0,1143	0,0069	0,75
Надпочечники	0,06	0,0997	0,0060	0,54	0,0667	0,0040	0,44
Почки	0,06	0,0810	0,0049	0,44	0,0543	0,0033	0,36
Сердце	0,06	0,0452	0,0027	0,24	0,0303	0,0018	0,20
Щитовидная железа	0,03	0,0698	0,0021	0,19	0,0467	0,0014	0,15
Молочные железы	0,15	0,0039	0,0006	0,05	0,0026	0,0004	0,04
Н е			1,1125			0,9158
Н Е ( при " составном легком ")			1,1885			1,268

Эффективная эквивалентная доза (10^-4 Зв ) и ее составляющие при ингаляционном поступлении 1 Бк / год промышленных соединений плутония

Результаты настоящего исследования , харак теризующие структуру ЭЭД у персонала , от личаются от данных , полученных ранее в статье [6], в которой вклад облучения легких и костей в эффективную эквивалентную дозу составляет ме нее 50 %, а облучение печени - около 30. Эти рас хождения объясняются тем , что в работе [6] не учтена динамика 50- летнего формирования дозо вой нагрузки на органы и ткани после однократного поступления и вместо эквивалентной дозы на клетки костной поверхности ( как это рекомендует ся в Публикации 30 МКРЗ ) рассчитана средняя эк вивалентная доза на всю костную ткань .

Полученные результаты использованы нами для расчета величины предельно допустимого годового поступления (ПДП) в органы дыхания при двух подходах к нормированию облучения персонала. Один из них базировался на непревышении предельно допустимой дозы на критический орган. Другой основывался на использовании двух критериев, рекомендованных Публикацией 26: непре- вышения значения эффективной эквивалентной дозы 0,05 Зв (для ограничения стохастических эффектов) и непревышения одного, одинакового для всех органов значения эквивалентной дозы 0,5 Зв (для предупреждения нестохастических эффектов).

Из данных , приведенных в таблице 3, следует , что значение ПДП , рассчитанное исходя из ПДД облучения критического органа на основании соб ственных данных о метобализме промышленных соединений для класса W , в 3,3 раза выше значе ния , рекомендуемого НРБ -76. Это связано с тем , что использованные нами значения доли нуклида , поступающей из крови в кость , равное 0,57x0,9=0,51, а также периода полувыведения из этой ткани - 53 года [7], ниже соответствующих значений 0,8 и 200 лет , принятых при расчетах в НРБ -76. По этой же причине полученный нами нор матив по нестохастическим эффектам для от носительно растворимых соединений оказался в 2,25 раза выше рекомендуемого МКРЗ .

Предельно допустимое годовое поступление ( Бк / год )

Таблица 3

Класс соединений	НРБ -76	По данным собственных исследований	МКРЗ -30	По данным собственных исследований
W Y	78 ( кость ) 1740 ( легкое )	260 ( кость ) 350 ( легкое )	200 ( костные поверхности 400*) 500 ( костные поверхности 600*)	450 ( костные поверхности 450*) 660 ( костные поверхности 540*)

* - Ограничение стохастических эффектов .

Таким образом , численное значение ПДП , рав ное 78 Бк / год , оказывается в несколько раз ниже значений , полученных при всех других подходах к нормированию . В связи с этим , казалось бы , что рекомендуемая НРБ -76 величина ДК А =0,033 Бк / м ³, полученная фактически с большим запасом , под лежит пересмотру . Однако данные эпидемиологи ческих исследований , свидетельствующие об уча щении рака легкого у человека при аккуму лированных дозах в органе , близких к допустимым уровням , указывают на необходимость проявить осторожность в этом вопросе [1, 7] и до более глу бокого изучения проблемы в целом изменение рекомендуемого НРБ -76 норматива ДК А в настоя щее время нецелесообразно .

Заключение

Величина эффективной эквивалентной дозы , рассчитанная на основании собственных данных по распределению промышленных соединений плутония в организме человека с использованием взвешивающих факторов , рекомендованных Пуб ликацией 30 МКРЗ для оценки риска стохастиче ских эффектов облучения , слабо зависит от фор мы химического соединения вдыхаемого аэрозоля . Приблизительно половина величины ЭЭД при ин галяции обусловлена дозой облучения легких . Вклад в ЭЭД дозы облучения клеток костных по верхностей при этом составляет 24-30 %.

Оценка величины предельно допустимого по ступления ( ПДП ) относительно растворимых сое динений плутония ( класс W ), произведенная исхо дя из дозового предела для ЭЭД , приводит к ме нее жесткому ограничению уровня поступления .