Модификация действующих методик реконструкции доз внутреннего облучения щитовидной железы и всего тела жителей населенных пунктов Российской Федерации,подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на ЧАЭС в 1986г.Часть 2.Оценки влияния основных факторов,определяющих динамику активностей 137Cs в молоке и организме жителей загрязненных территорий осенью-зимой 1986г.после аварии на ЧАЭС

В работе [2] описаны радиоэкологические процессы переноса 137Cs по пищевым цепочкам после аварии на ЧАЭС. В частности, в ней отмечается, что на раннем этапе, в течение 2-4 месяцев после чернобыльской аварии, поверхностное радиоактивное загрязнение растительности 137Cs в средней полосе России определялось преимущественно плотностью загрязнения почвы этим нуклидом и метеоусловиями в период радиоактивных выпадений. С осени 1986 г. начинает преобладать переход радионуклидов в растения через корневую систему. Таким образом, в работе [2] предполагается, что в период июнь-сентябрь 1986 г. радиоактивное загрязнение растительной и животной продукции 137Cs определялось как «воздушным», так и «корневым» путями поступления 137Cs в растительность. С учетом этого, при измерениях содержания радионуклидов цезия в организме жителей населенных пунктов в период не позднее 200 суток после чернобыльской аварии (июнь-ноябрь 1986 г.), функция поступления в их организм задается как сумма поступления 137Cs с молоком в период «поверхностного» и «корневого» загрязнения растительности [2]. При этом индивидуальная динамика поступления 137Cs в организм измеренного человека реконструируется путем решения интегрального уравнения. Для этого необходимо

Власов О . К .* – зав. лаб., д.т.н.; Щукина Н . В . – научн. сотр. МРНЦ РАМН.

располагать данными о содержании 137Cs в местных пищевых продуктах, данными о типах почв, доминирующих на территории населенных пунктов или хозяйства, на которых выпасают скот и выращивают сельскохозяйственные продукты, либо данными о распределении сельскохозяйственных угодий по типам почв.

Для оценок вклада корневого пути загрязнения 137Cs пастбищной растительности в загрязнение молока использовали радиоэкологическую имитационную модель с многокамерной моделью метаболизма 137Cs в органах молочной коровы [1].

Расчеты проводили в предположении однородного распределения активности продуктов аварии в облаке при прохождении его над административными районами:

• •    активности ¹³⁷Cs и ¹³¹I в облаке на время аварии равны 1 кБк/м³ и 10 кБк/м³, соответственно,

• •    начало выпадений соответствует данным [2] и для юго-западных районов Брянской области равно 3 суткам,

• •    длительность выпадений равна 1 суткам,

• •    интенсивность осадков в период выпадений постоянна и равна 1 мм/сут,

• •    по оценкам агроклиматического блока используемой модели время начала пастбищного периода составило 3 и 8 суток после аварии, соответственно для частного и общественного скота.

Динамику удельных активностей молока рассчитывали с учетом ингаляции загрязненного воздуха, поверхностного и корневого путей поступления 137Cs в корм. Суточное потребление зеленого корма общественными и частными коровами принимали равными 50 и 40 кг/сут при удоях 7 и 10 л/сут, соответственно. Коэффициенты перехода 137Cs из почвы в растительность пастбищ и сенокосов для различных типов почв рассчитывали по коэффициентам перехода 137Cs из почвы в молоко по следующему соотношению:

молоко

_КП трава ₌        ^КП 137

137                   рацион → молоко ^,

^M рацион ^{⋅ K} 137

где КП ₁ ^м ₃ ^о ₇ ^локо – коэффициенты перехода ¹³⁷Cs из почвы в молоко, м²/кг; M _рацион – суточное потребление корма коровой, равное 40 кг/сут для травы пастбищ в пастбищный сезон или 8 кг/сут сена в стойловый сезон; K ₁ ^р ₃ ^а ₇ ^{цион → молоко} – коэффициент перехода ¹³⁷Cs из рациона коровы в 1 литр молока, 0,01 сут/кг.

В расчетах предполагали, что коэффициенты перехода 137Cs из почвы в молоко увеличиваются со временем после аварии по линейному закону: от 0 на время аварии до их значений в таблице 3.2 [2] на 1 июля 1986 г. На большие времена динамику этих коэффициентов рассчитывали путем интерполирования данных таблиц 3.2, 3.2а и 3.2в [2].

Оценки загрязнения травы и молока за счет корневого пути поступления 137Cs в растительность были сделаны в двух приближениях:

• •    в стационарном – в соответствии с принятой динамикой коэффициентов перехода ¹³⁷Cs из почвы в молоко,

• •    с использованием радиоэкологической модели транспорта ¹³⁷Cs по трофической цепочке – от выпадения на растительность до метаболизма в органах человека, использующей многокамерные модели молочной коровы и человека [1].

Предполагали также, что смена рациона молочного скота с летнего (зеленый корм) на зимний (сено) происходит постепенно: относительное потребление сена в течение 3-х недель, начиная с 10 суток до окончания пастбищного сезона, увеличивается со временем по линейному закону от 0 до 1. Сено первого укоса расходуется на рацион коров за половину стойлового сезона (4 месяца). В оставшееся до начала пастбищного сезона 1987 г. время рацион коров состоит из сена второго укоса. После укосов на поле остается 25 % биомассы растительности сенокосов.

Для оценок влияния смены рационов на загрязнение молока в Брянской области был проведен сценарный расчет, в котором динамика загрязнения корма 137Cs соответствовала динамике корневого загрязнения пастбищной растительности и сена в течение 300 суток после аварии. Оценки загрязнения травы пастбищ и молока при корневом пути поступления 137Cs из почвы в растительность проводили для песчаной дерново-подзолистой почвы.

Результаты расчетов загрязнения травы пастбищ, сена, молока и мягких тканей молочной коровы за счет поверхностного и корневого путей загрязнения растительности приведены на рис. 1.

б )

Рис . 1. Динамика загрязнения травы пастбищ (а, с), молока и мягких тканей молочной коровы (б, д) за счет поверхностного и корневого путей загрязнения растительности пастбищ Брянской и Калужской областей.

Как видно из данных на рис. 1а и 1с, удельная активность сена второго укоса в 100 раз меньше активности сена первого укоса и в 5-6 раз меньше активности травы пастбищ на время второго укоса. Из этих же данных следует, что, как в Брянской, так и в Калужской области, в загрязнении зеленого корма корневой путь начинает преобладать только через 100 суток после аварии (в начале августа). Но и к окончанию пастбищного сезона удельная активность 137Cs в молоке при корневом пути загрязнения корма в 10 раз меньше, чем при поверхностном загрязнении корма (рис. 1б и 1д).

Далее, из данных на рис. 1б и 1д видно, что через 90-100 суток после аварии динамика удельной активности молока начинает определяться не поступлением 137Cs в организм коровы вместе с кормом, а его выведением из мягких тканей в кровь и далее в молоко. Это следует из параллельности зависимостей удельных активностей 137Cs в мягких тканях коровы и в молоке от времени на время, большее 90-100 суток после аварии. Таким образом, выполненные расчеты показывают, что для активности 137Cs в молоке в первый год после аварии корневой путь поступления 137Cs в траву пастбищ и сенокосов практически незначим. Однако, и в стойловый период активность 137Cs в молоке будет определяться, как это следует их данных на рис. 1б и 1д, не корневым загрязнением корма, а только поверхностным загрязнением заготовленного сена первого укоса.

Расчеты динамики активностей 137Cs в теле жителей юго-западных районов Брянской области проводили в предположении, что суточное потребление молока городскими и сельскими жителями соответствует данным на рис. 2а.

Результаты расчетов динамики активности 137Cs в теле городского и сельского жителей в возрасте 1 год и 18 лет за счет потребления ими загрязненного молока приведены на рис. 2б.

Как видно из данных на рис. 2б, в соответствии с принятыми рационами максимум активности 137Cs в теле детей 1 года больше у горожан, чем у сельских детей, а для взрослых этот максимум больше у селян, чем у горожан.

Потребление молока, кг/сут

Возраст, лет сельские жители городские жители а)

б)

Рис . 2. Суточное потребление молока городскими и сельскими жителями (а) и динамика активности ¹³⁷Cs в их теле (б).

Исследовали также влияние различных путей загрязнения корма молочных коров на динамику активности 137Cs в организме жителей загрязненных территорий РФ в год аварии. Оценки выполняли с использованием стандартной дозиметрической модели метаболизма 137Cs в теле человека [3] и расчетных данных о динамике удельной активности 137Cs в молоке для условий юго-западных районов Брянской области (рис. 1б). Расчеты проводили для возраста жителей 0, 1, 2, 5, 7, 10, 13, 15, 18 и 20 лет и двух вариантов загрязнения молока 137Cs, соответствующих двум вариантам рационов молочных коров:

• •    пунктирные линии – только трава пастбищ,

• •    сплошные линии – в пастбищный сезон – трава пастбищ, далее за 10 суток до окончания пастбищного сезона постепенная замена в течение 3-х недель летнего рациона (зеленый корм) на зимний (сено первого укоса), далее в течение 4-х месяцев стойлового сезона – сено первого укоса и на большие времена – сено второго укоса.

Результаты выполненных оценок приведены на рис. 3. Нижние сплошные и пунктирные кривые на рис. 3а и 3б соответствуют ребенку в возрасте 1 год, верхние – взрослому человеку.

Область = "Брянская1

Тип_молока= "частное молоко"

------ возраст 1 год. трава пастбищ+сено

------- возраст 1 год. трава пастбищ

*••*■* возраст 18 лет, трава пастбищ

* Ф * начало стойлового сезона

■ ■ ■ начало потребления КРС сена второго укоса

а )

Область = "Брянская'

Тип_молока= "частное молоко'

Доза внутреннего облучения всего тела. мЗв

^^^^ возраст 1 год, трава пастбищ+сено

— •—•- возраст 18 лет, трава пастбищ+сено

*—*—* возраст 1 год, трава пастбищ

♦—*—* возраст 1 8 лет, трава пастбищ

Ф Ф Ф начало стойлового сезона

с )

Область = "Брянская"

Тип_молока= "общественное молоко"

------ возраст 1 год. трава пастбищ+сено

♦ ♦ ♦ возраст 18 лет. трава пастбищ+сено

------- возраст 1 год. трава пастбищ

*••*■* возраст 18 лет. трава пастбищ

Ф Ф Ф начало стойлового сезона

■ ■ ■ начало потребления КРС сена второго укоса

Область= "Брянская"

Время после аварии, сутки

^^^^— возраст 1 год, трава пастбищ+сено

-*—*- возраст 18 лет, трава пастбищ+сено

* * * возраст 1 год, трава пастбищ

♦—*—* возраст 1 8 лет. трава пастбищ

б )

)

Рис . 3. Зависимости активности ¹³⁷Cs в теле (а, б) и доз внутреннего облучения (с, д) жителей Брянской области от времени после аварии и возраста жителей, как параметра.

Данные, приведенные на рис. 3а и 3б, показывают, что смена рационов коров в конце пастбищного сезона начинает оказывать заметное влияние на динамику активности 137Cs в теле детей в возрасте 1 год только через 150 суток, а для взрослых жителей – только через 200 суток после аварии на ЧАЭС. Очевидно, что это обстоятельство необходимо учитывать при реконструкции индивидуальных доз внутреннего облучения жителей в год аварии, измерения активностей 137Cs в теле которых производили позднее этих сроков. Однако, изменения рациона молочных коров, как это следует из данных на рис. 3с и 3д, практически не влияют на динамику накопления доз внутреннего облучения жителей. Это обусловлено тем, что к окончанию пастбищного сезона дозы у детей уже практически накоплены. У взрослых накопление дозы в это время еще продолжается, однако ее скорость определяется в основном скоростью выведения из их тела уже накопленной активности 137Cs. Поэтому, в этот период времени накопление дозы у них слабо зависит от скорости поступления 137Cs в их организм (рис. 3с и 3д).

Реконструкция индивидуальной динамики активности 137Cs и доз внутреннего облучения в организме конкретного человека по результатам его радиометрии основано на нормировке расчетной активности на время измерения на измеренную активность и проводится по следующе- му соотношению:

Q(t) = Qcalc(t)'

^Q meash ^{( t} M ^{) Q}calc^(tM⁾

Dmeash

D calc "

^Q meash ( ^t M ) Q calc (t M )

где Q(t) – фактическая динамика активности ¹³⁷Cs в теле человека, кБк; Q_calc(t) – расчетная динамика активности ¹³⁷Cs в теле человека, безразм. вел. или кБк; Q_meash (t_M ) – измеренная активность ¹³⁷Cs в теле человека в момент измерения t M , кБк; Q_calc (t_M ) – расчетная активность ¹³⁷Cs в теле человека в момент измерения t M , безразм. вел. или кБк; D meash и D calc – фактическая и расчетная дозы внутреннего облучения тела конкретного человека, мЗв.

Поэтому, расчетные дозы внутреннего облучения всего тела человека данного возраста практически не зависят от особенностей рациона питания коров в стойловый период. Однако, «измеренные» дозы начинают зависеть от этих особенностей при измерениях 137Cs в теле человека, начиная со 150 и более суток после аварии. Как видно из данных на рис. 4, при реконструкции динамики фактической активности 137Cs в теле индивидуума учет сена первого укоса в рационе коров в стойловый период приводит к их менее высоким значениям, чем при ее реконструкции без этого учета.

Таким образом, если при реконструкции индивидуальных доз внутреннего облучения 137Cs жителей по измерениям активности 137Cs в их теле после 170 суток после аварии не учитывать поступление 137Cs в организм молочных коров в стойловый период вместе с сеном, то это приведет к завышению этих доз на 30 % для лиц возраста более 13 лет и в 5-9 раз для лиц возраста менее 3 лет (рис. 5).

Рис . 4. Зависимости активностей ¹³⁷Cs в теле индивидуумов в возрасте 1 год и 18 лет от времени, нормированные на измеренную через 260 суток после аварии на ЧАЭС активность 10 кБк, оцененные с учетом и без учета сена первого укоса в рационе коров в стойловый период.

Рис . 5. Зависимости отношения «измеренных» доз внутреннего облучения всего тела ¹³⁷Cs, оцененные с учетом и без учета содержания сена в рационе коров в стойловый период их содержания, у жителей разного возраста от времени измерений активности ¹³⁷Cs в их теле.

Заключение

По результатам выполненной работы можно сделать выводы, имеющие значение для реконструкции индивидуальных доз внутреннего облучения жителей в год аварии на ЧАЭС по результатам радиометрии их тела:

• •    корневой путь поступления ¹³⁷Cs в растительность и молоко в течение первого года после аварии на ЧАЭС практически незначим,

• •    в течение 155 и 200 суток после аварии для жителей в возрасте 1-2 года и более 10 лет динамика активности ¹³⁷Cs в их теле будет определяться только активностью ¹³⁷Cs в молоке за счет поверхностного загрязнения травы пастбищ,

• •    при радиометрии жителей в более поздние сроки динамика активности ¹³⁷Cs в их теле будет определяться активностью ¹³⁷Cs в молоке за счет загрязнения ¹³⁷Cs сена первого укоса,

• •    молочная компонента доз внутреннего облучения жителей за первый год после аварии определяется только поверхностным загрязнением травы пастбищ в пастбищный сезон.