Оценка изменения доз облучения населения в различные периоды после аварии на Чернобыльской АЭС

При радиоактивном загрязнении окружающей среды происходит формирование как внешней, так и внутренней (связанной с потреблением содержащих радионуклиды продуктов питания) доз облучения населения. При этом во многих радиологических ситуациях вклад в суммарную дозу внутреннего облучения человека сравним или даже выше вклада внешнего облучения [1]. Корректная оценка соотношения доз внешнего и внутреннего облучения в суммарной дозовой нагрузке на население важна для принятия правильных управленческих решений при разработке системы защитных мероприятий по реабилитации радиоактивно загрязнённых территорий.

После аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) изучению вклада обоих путей облучения человека в суммарную дозу были посвящены многочисленные исследования. Так, в работе Ильина Л.А. и Павловского О.А. [2], вклад внутреннего облучения в суммарную дозу для первого года после аварии оценивался на уровне 45%, а для пожизненной дозы эта величина равнялась 40%.

Более существенно значение внутреннего облучения в регионах распространения малоплодородных почв (почв с низким содержанием питательных веществ, гумуса, кислым pH , лёгкого песчаного и супесчаного механического состава), а также почв торфяного ряда. В этих районах биологическая доступность радионуклидов, а как следствие и интенсивность их миграции в системе почва – растения, выше, чем на более плодородных и тяжёлых по механическому составу почвах (дерново-подзолистых глинистых, серых лесных, чернозёмах), что приводит к повышенному содержанию радионуклидов в сельскохозяйственной и природной пищевой продукции [3, 4]. В регионе распространения почв лёгкого механического состава вклад внутреннего облучения в суммарную дозовую нагрузку может быть значительно выше, чем внешнего об-

лучения (через 5-10 лет после аварии на ЧАЭС внутреннее облучение составляло до 70-90% от общей дозы). Наоборот, в районах распространения более тяжёлых почв с внешним облучением могло быть связано до 90% общей дозы [5].

Большое внимание в исследованиях уделялось вопросам корректной оценки дозы внутреннего облучения человека как на основе дозиметрического обследования населения с использованием СИЧ-измерений, так и с применением радиоэкологических моделей, а также сопоставлению результатов, полученных обоими методами [6]. В работе «Сравнение расчётных оценок индивидуальных доз внутреннего облучения всего тела с данными, полученными на основе СИЧ-измерений» [7] показано, что расчётные методы оценки доз внутреннего облучения человека так же точны, как и прямые измерения с помощью СИЧ.

Помимо почвенных характеристик важным фактором, влияющим на соотношение доз внешнего и внутреннего облучения населения, является проведение на радиоактивно загрязнённых территориях защитных и реабилитационных мероприятий. В работе, посвящённой анализу факторов, определяющих формирование доз внутреннего облучения сельского населения после аварии на Чернобыльской АЭС [8], на примере населённых пунктов юго-западных районов Брянской области для периода 1991-1995 гг. показано, что на фоне контрмер вклад дозы внутреннего облучения в суммарную дозу составлял 30-40%.

С течением времени после радиационной аварии радиоэкологическая ситуация меняется: происходит снижение поступления радионуклидов в продукты питания, что связано как с радиоактивным распадом, так и с естественными природными биогеохимическими процессами [1]. Таким образом, формирование доз облучения населения, длительное время проживающего на радиоактивно загрязнённой территории, зависит от нескольких факторов. Всё это приводит к необходимости изучения доз облучения населения в различные периоды после радиационной аварии в отличающихся природных условиях, а также оценки роли факторов, определяющих дозоформирование у человека.

Целью работы являлась оценка изменения дозовых нагрузок на жителей населённых пунктов, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на ЧАЭС, а также анализ вклада внешнего и внутреннего облучения в формирование дополнительных доз у населения.

Материалы и методы

Основным дозообразующим радионуклидом в зоне аварии на Чернобыльской АЭС является 137Cs. Вследствие этого оценка радиологических последствий аварийного выброса на ЧАЭС осуществляется на основе информации об уровнях содержания 137Cs в окружающей среде и тенденциях их изменения [4].

В течение всего периода ликвидации последствий аварии на ЧАЭС происходило развитие методологической базы оценок доз облучения населения, подвергшегося воздействию от аварии. В официальных Методических указаниях (МУ) по оценкам доз для различных периодов после аварии вносились как уточнения в методы их расчёта, так и модифицировались соответствующие дозовые коэффициенты. В табл. 1 представлен перечень таких МУ и, в качестве примера, изменения коэффициентов для расчёта доз облучения жителей сельских населённых пунктов, как наиболее облучаемой категории населения. Как видно из таблицы, принятые в 1993 г.

МУ 2.7.7.001-93 изменили действующий для 1991 г. коэффициент для оценки дозы внешнего облучения с 3,5 (МУ № 5792-91) до 2,4. Впоследствии также был снижен соответствующий коэффициент и для 1996 г. Для расчёта внутреннего облучения, помимо изменения дозового коэффициента для пищевого пути поступления 137Cs в организм человека, до МУ 2.6.1.547-96 не учитывался годовой объём потребления пищевой продукции населением, при этом в качестве продуктов питания рассматривались только молоко и картофель. Начиная с 1999 г., при оценках доз внутреннего облучения населения стал учитываться вклад природного компонента, в частности грибов. В МУ 2.6.1.2003-05 для оценок доз облучения были введены дополнительные коэффициенты для критических групп населения. Представленные данные показывают различие методологической базы и сложность корректного сравнительного анализа доз облучения населения, рассчитанных по различным методикам, на большом промежутке времени.

Таблица 1 Изменения дозовых коэффициентов для определения среднегодовой эффективной дозы облучения жителей сельских населённых пунктов

(население менее 10 тыс. чел.) по Методическим указаниям 1991-2013 гг.

Методические указания	Период действия, годы	Значение коэффициента k γ для оценки дозы внешнего облучения, мкЗв/(кБк/м2)	Дозовый коэффициент для пищевого пути поступления 137Cs в организм человека, мЗв/Бк	Эквивалент пищевых продуктов для расчёта дозы внутреннего облучения
МУ №5792-91	1991	1991 г. – 3,5	2·10-3 для молока* 3·10-3 для картофеля*	молоко и картофель
МУ 2.7.7.001-93	1991-1993	1991 г. – 2,4 1992 г. – 2,1 1993 г. – 1,9	5·10-3 для молока и картофеля*	молоко и картофель
МУ 2.6.1.018-94	1994-1996	1994 г. – 1,8 1995 г. – 1,7 1996 г. – 1,6	5·10-3 для молока и картофеля*	молоко и картофель
МУ 2.6.1.547-96	1996-1998	с 1996 г. – 1,4	1,4·10-5	молоко и картофель
МУ 2.6.1.784-99	1999-2008	с 1999 г. – 1,2	1,3·10-5	молоко, картофель и грибы
МУ 2.6.1.2003-05	2004-2013	с 2004 г. – 1,2	1,2·10-5	молоко и грибы
МУ 2.6.1.2154-13	2008-2020	с 2012 г. – 1,1	1,2·10-5	молоко, картофель и грибы

* - не учитывается годовой объём потребления пищевой продукции.

В настоящем исследовании объектом изучения были 58 сельских населённых пунктов Красногорского района в Брянской области и 107 Плавского района в Тульской области. Выбор данных районов для проведения исследования обусловлен двумя факторами. С одной стороны, они отличаются по уровням загрязнения 137Cs – территория Красногорского района в гораздо большей степени загрязнена этим радионуклидом по сравнению с Плавским. Так, например, в 1990 г. плотность загрязнения 137Cs территории населённых пунктов в Красногорском районе была в среднем 470 кБк/м2, а в Плавском районе этот показатель был на уровне 180 кБк/м2. С другой стороны, данные районы различны по почвенным характеристикам, влияющим на формирование доз внутреннего облучения населения. Почвы Красногорского района лёгкие дерново-подзолистые песчаные, супесчаные и легко-, среднесуглинистые, а для Плавского района характерны тяжёлые (глинистые) почвы, характеризующиеся низкими коэффициентами перехода (КП) 137Cs в сельскохозяйственные и природные пищевые продукты. В исследуемых населённых пунктах изучено изменение доз облучения населения для равных промежутков време- ни: 1990, 1995, 2000, 2005, 2010 гг. При оценках доз внутреннего облучения жителей населённых пунктов необходимо было учитывался тот факт, что в некоторых, особенно в Красногорском районе, после аварии на ЧАЭС активно применяли защитные и реабилитационные мероприятия [9]. Это привело к значительному снижению доз внутреннего облучения населения. С целью нивелирования влияния эффекта контрмер, дозу внутреннего облучения оценивали по данным о загрязнении пяти основных дозообразующих пищевых продуктов, восстановленным через КП 137Cs. Для оценок уровней загрязнения 137Cs пищевых продуктов в работах [10, 11] использовали данные о типовых КП, относящихся к группам почв, характерных для исследуемых населённых пунктов (табл. 2). Для сравнения в табл. 2 также приведены КП 137Cs, представленные в различных Методических указаниях. Видна общая тенденция к снижению КП данного радионуклида. В то же время, в Методических указаниях представлены КП 137Cs не для всех типов почв и продуктов питания, определяющих формирование дозы внутреннего облучения населения.

Таблица 2

Динамика коэффициентов перехода 137Cs из разных групп почв в сельскохозяйственные продукты и грибы, (Бк кг-1)/(кБк м-2)

Продукт	Группа почвы
	Песчаные, супесчаные	Суглинистые	Глинистые	Торфяные
1990 г.
Молоко	0,75 (3,5-7)*	0,35 (1,0-2,0)	0,15 (0,1-0,5)	4,0
Говядина	2,2	1,25	0,5	13,0
Свинина	1,0	0,5	0,15	2,4
Картофель	0,3 (0,1-0,2)	0,15 (0,04-0,05)	0,08 (0,02-0,03)	0,7
Грибы	32	10	2,5	50
1995 г.
Молоко	0,3 (0,1-0,2)	0,12 (0,04-0,05)	0,08 (0,01-0,03)	1,4
Говядина	0,85	0,4	0,25	4,5
Свинина	0,7	0,15	0,1	1,4
Картофель	0,15 (0,02-0,04)	0,07 (0,01)	0,04 (0,01-0,005)	0,35
Грибы	20	6	1,5	30
2000-2010 гг.
Молоко	0,2 (0,2)	0,07 (0,07)	0,03 (0,03)	0,6 (0,6)
Говядина	0,6	0,25	0,1	2
Свинина	0,3	0,1	0,05	1
Картофель	0,06 (0,02)	0,04 (0,01)	0,015 (0,005)	0,2 (0,06)
Грибы	13 (13)	4 (4)	1 (1)	20 (20)

* – в скобках приведены данные о наиболее близких по времени КП из соответствующих МУ: 1990 г. – по МУ 2.6.1.579-96 для 134,137Cs в 1987 г.; 1995 г. – по МУ 2.6.1.018-94; 2000-2010 гг. – по МУ 2.6.1.784-99.

Необходимо отметить, что если почвы в Плавском районе представлены только глинистыми почвами, то в Красногорском районе в ареале изучаемых населённых пунктов почвенный покров включает в среднем 34% песчаных и супесчаных почв, 63% суглинистых почв и около 3% торфяных почв. Таким образом, в Красногорском районе преобладают более лёгкие по механическому составу почвы. Учитывая плотности загрязнения 137Cs и почвенные характеристики каждого населённого пункта, удельную активность данного радионуклида в различных продуктах питания по каждому году исследования для них оценивали:

• -    в свинине и картофеле по плотности загрязнения ¹³⁷Cs территории населённого пункта [12];

• -    в молоке и говядине по плотности загрязнения ¹³⁷Cs участков лугопастбищных угодий в районе населённого пункта, где проводится выпас коров из личных подворий (по данным агрохимической службы Минсельхоза России [13-15]);

• -    в грибах по плотности загрязнения ¹³⁷Cs лесов в районе населённого пункта, где проводится их сбор населением (по данным Рослесхоза России [13]).

Данные, представленные в работе В.М. Шершакова с соавт. [12], позволяют оценить среднегодовую эффективную дозу внешнего облучения жителей населённых пунктов в каждый рассматриваемый год по плотности загрязнения 137Cs с учётом его распада.

Оценки доз облучения жителей исследуемых населённых пунктов проводились на основе трёх альтернативных подходов:

Вариант 1. Дозы облучения жителей исследуемых населённых пунктов для каждого рассматриваемого года рассчитывались по единой методике МУ 2.6.1.2003-05 с учётом загрязнения 137Cs всех пяти продуктов питания. При этом использование одинаковых дозовых коэффициентов для разных лет позволяет учесть изменение вклада внешнего и внутреннего облучения в суммарную дозу за счёт только распада 137Cs и снижения удельной активности данного радионуклида в продуктах питания.

Вариант 2. Дозы облучения жителей исследуемых населённых пунктов для каждого рассматриваемого года рассчитывали по методическим указаниям, действующим для выбранных лет: 1990 г. – по МУ 2.7.7.001-93, 1995 г. – по МУ 2.6.1.018-94, 2000 г. – по МУ 2.6.1.784-99, 2005 и 2010 г. – по МУ 2.6.1.2003-05. При этом использовались различные дозовые коэффициенты и данные о загрязнении 137Cs только тех продуктов питания, которые рекомендованы для расчётов в каждом из МУ.

Вариант 3. Проводился анализ доз внешнего, внутреннего и суммарного облучения населения из официальных каталогов доз, наиболее близких к рассматриваемым периодам времени по данным литературы [16-20].

Такой трёхсторонний анализ доз облучения населения позволяет сопоставить как различные аспекты оценок дозоформирования у населения, так и подходы к их расчётам.

При расчётах доз внутреннего облучения населения для разных лет по первому варианту и второму – с 2000 г., был использован один и тот же годовой рацион потребления пищевых продуктов во всех населённых пунктах: молоко – 200 л/чел., говядина – 8 кг/чел., свинина – 20 кг/чел., картофель – 190 кг/чел., грибы – 5 кг/чел. Такое допущение было принято для того, чтобы исключить из оценок региональные особенности питания, включающие также социальный фактор, – изменения пищевой корзины в зависимости от экономических условий.

Результаты и обсуждение

Анализ полученных данных по дозам облучения жителей населённых пунктов тестовых районов позволил определить закономерности изменения дозовых нагрузок у населения, проживающего на территориях, подвергшихся воздействию от аварии на ЧАЭС в отсутствии проведения в них защитных мероприятий. Так, оценка распределения населённых пунктов Красногорского и Плавского районов по среднегодовой эффективной дозе облучения населения показала, что в 1990 г. более чем в 45-65% (в зависимости от варианта оценок) населённых пунктов Красногорского района доза облучения жителей превышала 1 мЗв/год, а в Плавском районе такое превышение наблюдалось лишь в 10-23% населённых пунктов (табл. 3). Такие отличия по дозам облу- чения населения прослеживаются и до настоящего времени. На разницу в дозах облучения населения в этих районах влияли как уровни загрязнения 137Cs, так и почвенные характеристики. На лёгких по механическому составу почвах Красногорского района наблюдался повышенный переход 137Cs в продукты питания, что в значительной степени определяло формирование более высоких доз внутреннего облучения населения. Данные, приведенные в табл. 3, свидетельствуют о том, что в Плавском районе радиационная обстановка за первые десять лет после аварии значительно улучшилась: к 1995 г. лишь в 1-2 населённых пунктах наблюдалось превышение дозовых нормативов у населения, в то время как в Красногорском районе до настоящего времени в 14-18 населённых пунктах среднегодовые дозы облучения населения превышают установленный Законом «О радиационной безопасности населения» порог в 1 мЗв/год.

Таблица 3 Распределение населённых пунктов по среднегодовой эффективной дозе облучения населения в тестовых районах, подвергшихся воздействию от аварии на ЧАЭС в отсутствии защитных мероприятий

Среднегодовая эффективная доза, мЗв/год	1990 г.	1995 г.	2000 г.	2005 г.	2010 г.
Красногорский район
< 0,5	8/2/6*	16/21/19	28/37/5	31/31/19	34/34/26
0,5-1	20/17/26	23/22/19	14/10/18	12/12/20	10/10/14
> 1	30/39/26	19/15/20	16/11/35	15/15/19	14/14/18
Плавский район
< 0,5	62/55/46	73/77/93	81/105/80	85/85/90	92/92/94
0,5-1	29/27/30	32/29/13	25/2/17	22/22/7	15/15/3
> 1	16/25/8	2/1/0	1/0/0	0/0/0	0/0/0

* - результаты оценок по трём вариантам 1/2/3 (в Плавском р-не по каталогам доз меньше 107 населённых пунктов).

Анализ результатов расчёта доз облучения населения, оценённых по разным вариантам, показал их достаточно хорошую сходимость, особенно для вариантов 1 и 2, несмотря на использование отличающихся дозовых коэффициентов для первого периода после аварии и разных по объёму данных о загрязнении 137Cs пищевой продукции. В данных по оценкам доз облучения населения, представленных в каталогах, по всей видимости, менялась методическая база, поскольку в 2001 г. наблюдается резкое увеличение числа населённых пунктов Красногорского района с дозой облучения населения выше 1 мЗв/год с 20 в 1996 г. [17] до 35 [18].

Оценка изменения во времени средних по Красногорскому району доз облучения населения, рассчитанных по вариантам 1 и 2, показала, что суммарные дозы уменьшились за 20, рассматриваемых после аварии на ЧАЭС, лет примерно в 2,8 раза (рис. 1). Причём, максимальное снижение наблюдалось в период 1990-2000 гг. (в 2,3-3,2 раза). В дальнейшем (2000-2010 гг.) уменьшение дозовых нагрузок на население происходило более медленными темпами. По данным каталогов доз облучения населения снижение дозовых нагрузок на жителей Красногорского района за 20 лет составило в среднем 1,5 раза.

Из рис. 1 также видна разница в оценках суммарных доз облучения, рассчитанных по методикам, и данных из каталогов доз. Если в 1991 г. суммарные дозы облучения жителей Крас- ногорского района из каталога [16] были в среднем на уровне 1,5 мЗв/год, то в 2001 г. [18] они возросли и оценивались в среднем в 1,7 мЗв/год. Причиной таких отличий, возможно, является использование в расчётах доз каталога 1991 г. данных о прямых измерениях содержания 137Cs в пищевой продукции, когда в больших масштабах проводились защитные мероприятия (сельскохозяйственные и ограничительные), что привело к значительному снижению доз внутреннего облучения населения. В каталоге доз 2001 г. во «Введении» указано об использовании в расчётах коэффициентов запаса для целей зонирования населённых пунктов, при которых дозы облучения оцениваются в условиях «без активных мер радиационной защиты», что привело к завышению доз облучения населения в среднем в 1,5-2 раза.

Рис. 1. Динамика суммарных доз облучения населения, подвергшегося воздействию радиации от аварии на ЧАЭС, в Красногорском районе Брянской области по трём вариантам оценок (средние значения по всем населённым пунктам).

Анализ изменения доз облучения населения, проживающего в Плавском районе, позволяет заключить, что снижение дозовых нагрузок населения за рассматриваемый 20-летниий период в нём шло более медленными темпами, чем в Красногорском. Так, в период с 1990 по 2000 гг. это снижение составило 1,6-1,7 раза по вариантам оценок 1 и 3 (вариант 2 – 3 раза), а за 20 лет по всем трём вариантам оценок 2-2,4 раза (рис. 2). Необходимо отметить, что динамика снижения доз облучения населения в Плавском районе близка по характеристикам к скорости полураспада 137Cs, что может говорить о большом вкладе внешнего облучения в суммарную дозовую нагрузку жителей данного района.

Проведённый анализ данных позволяет заключить, что различная динамика снижения дозовых нагрузок на население зависит от вкладов внутреннего и внешнего облучения в суммарную дозу. При этом вклад обоих путей облучения может меняться во времени, что требует изучения динамики соотношения доз внутреннего и внешнего облучения населения для различных периодов после радиационной аварии.

Рис. 2. Динамика суммарных доз облучения населения, подвергшегося воздействию радиации от аварии на ЧАЭС, в Плавском районе Тульской области по трём вариантам оценок (средние значения по всем населённым пунктам).

Для оценки вклада внутреннего и внешнего облучения населения в суммарную дозу было найдено отношение обоих путей облучения к суммарной дозе для каждого населённого пункта тестовых районов и рассматриваемого года в долях от единицы. Полученные расчётные данные по вариантам оценки 1 и 2 показывают, что в рассматриваемый 20-летний период в обоих тестовых районах наблюдается тенденция к снижению вклада внутреннего облучения в суммарную дозу. Это связано с уменьшением перехода 137Cs в сельскохозяйственные и природные продукты питания, что определило снижение доз внутреннего облучения и, соответственно, его вклада в суммарную дозу облучения населения (рис. 3, 4).

Рис. 3. Изменение вклада внутреннего облучения в суммарную дозу облучения населения в Красногорском районе Брянской области (оценки по трём вариантам).

Год

Рис. 4. Изменение вклада внутреннего облучения в суммарную дозу облучения населения в Плавском районе Тульской области (оценки по трём вариантам).

Увеличение вклада внутреннего облучения населения в суммарную дозовую нагрузку населения в Красногорском районе в 2000 г. по варианту оценок 2 связано с включением в расчёты данных по загрязнению 137Cs грибов в соответствии с МУ 2.6.1.784-99. В целом же результаты, полученные по вариантам оценок 1 и 2, как в Красногорском, так и в Плавском районах, достаточно схожи. Отличия в результатах оценок вклада внутреннего облучения в суммарную дозу по данным каталогов доз (вариант 3) для периода 2000-2010 гг., по всей видимости, связано с использованием в данных расчётах дополнительных коэффициентов запаса, в том числе более высоких для внутреннего облучения.

Из рис. 3 также видно, что через четыре года после аварии на ЧАЭС, в Красногорском районе Брянской области внутреннее облучение являлось доминирующим путём в формировании дополнительных дозовых нагрузок у населения (его вклад в суммарную дозу достигал 55%). Однако в дальнейшем этот вклад начал снижаться. Ещё через пять лет вклад внутреннего облучения в суммарную дозу был уже на уровне 35-40%, а к 2000 г. сократился в среднем до 25%. Как видно из рис. 3, приблизительно с 2000 г. до настоящего времени вклад внутреннего облучения в суммарную дозу находится на одном уровне.

В Плавском районе соотношение доз внутреннего и внешнего облучения населения было совершенно другим. Так, в 1990 г. вклад внутреннего облучения в суммарную дозу находился на уровне 25-30%, т.е. внешнее облучение на тяжёлых суглинистых почвах изначально является доминирующим путём формирования дополнительных доз у человека (рис. 4). В дальнейшем вклад внутреннего облучения в суммарную дозу у жителей Плавского района снижался: к 1995 г. он был на уровне 20%, а к 2000 г. и до настоящего времени сократился до 5-7%.

Представленные результаты позволяют заключить, что внутреннее облучение населения является доминирующим путём формирования дополнительных дозовых нагрузок у человека лишь в первые годы после радиационной аварии только на лёгких по механическому составу почвах (песчаных, легко- и среднесуглинистых). На более тяжёлых глинистых почвах вклад внутреннего облучения населения в суммарную дозу достигнет 25% и меньше.

Полученные данные о вкладе внешнего и внутреннего облучения в суммарную дозовую нагрузку населения в различные периоды после радиационной аварии в отличающихся природных условиях достаточно хорошо согласуются с результатами других авторов [3].

Заключение

С течением времени после аварии на ЧАЭС происходит снижение дозовых нагрузок на население, связанное как с распадом 137Cs, так и с природными биогеохимическими процессами. За рассмотренный 20-летний период времени (1990-2010 гг.) на лёгких по механическому составу почвах такое снижение составило в среднем до 3-х раз, а на более тяжёлых (глинистых) – в 1,5 раза.

На лёгких среднесуглинистых и песчаных почвах в первые годы после аварии на ЧАЭС (1990 г.) вклад внутреннего облучения в суммарную дозу был доминирующим (около 55%). К настоящему времени этот вклад снизился до 25%. На тяжёлых (глинистых) почвах вклад внутреннего облучения в суммарную дозу в 1990 г. был на уровне 25-30%, а к 2000 г. сократился до 5-7%.

Такие отличия связаны с различными параметрами миграции радионуклидов из тяжёлых и лёгких по механическому составу почв в пищевые продукты, а также со снижением накопления радионуклидов в пищевых продуктах во времени.