Оценка неопределённости доз облучения российских ликвидаторов с учётом их проживания на загрязнённых радионуклидами территориях РФ

В настоящее время радиационно-эпидемиологические исследования последствий облучения ликвидаторов для их здоровья проводятся с учётом пост-аварийных доз внешнего облучения, полученных ими при проведении работ по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Между тем, 5079 ликвидаторов постоянно проживают на территориях Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей, наиболее загрязнённых после аварии на ЧАЭС (всего – 639 населённых пунктов). Эти ликвидаторы до настоящего времени подвергаются хроническому внешнему и внутреннему облучению по месту их постоянного жительства.

В данном исследовании выполнены оценки средних в населённых пунктах эффективных доз облучения ликвидаторов по месту их постоянного проживания (за вычетом времени пребывания в зоне чернобыльской аварии). Гистограммы дозовых распределений для поставарийного и хронического облучений ликвидаторов, приведённые на рис. 1, показывают, что в среднем пост-аварийные дозы внешнего облучения ликвидаторов в 40 раз больше доз хронического облучения за счёт проживания на загрязнённых территориях.

Как видно из данных на рис. 1, распределения имеют приблизительно одинаковые значения стандартных среднегеометрических отклонений.

Для 120 из 5079 ликвидаторов хронические дозы (накопленные за счёт проживания в загрязнённых населённых пунктах) больше пост-аварийных, а для 190 ликвидаторов – превышают половину пост-аварийной дозы (рис. 2).

Власов О.К.* - зав. лаб., д.т.н.; Щукина Н.В. - ст. научн. сотр.; Чекин С.Ю. - зав. лаб.; Туманов К.А. - зав. лаб., к.б.н. МРНЦ им.

А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России.

Рис. 1. Гистограммы дозовых распределений для пост-аварийного и хронического (на 2015 г.) облучений ликвидаторов.

Рис. 2. Отношение хронических доз ликвидаторов, накопленных за счёт их проживания в загрязнённых населённых пунктах, к дозам пост-аврийного облучения ликвидаторов, в зависимости от плотности выпадения ¹³⁷ Cs в населённых пунктах.

Эти оценки сделаны по официальным методическим указаниям [1] и модификациям методик реконструкции доз внутреннего облучения всего тела и щитовидной железы (ЩЖ) жителей за первый год после аварии на ЧАЭС [2-4]. Использованные методики предназначены для расчётов только средних в населённых пунктах (НП) таких доз облучения.

Между тем, в [4] по результатам анализа индивидуальных доз внутреннего облучения всего тела и ЩЖ жителей в год аварии, реконструированных по данным их радиометрических измерений, была установлена их существенная вариабельность относительно доз средних по населённым пунктам. Причём эта вариабельность существенно больше неопределённостей индивидуальных пост-аварийных доз ликвидаторов.

Эффективные дозы облучения ликвидаторов, проживающих на загрязнённой территории, оцениваются, как для остального населения, и складываются из трёх компонентов: дозы внешнего облучения за весь период облучения; дозы внутреннего облучения всего тела и ЩЖ в год аварии (за счёт ингаляционного и пищевого путей поступления радионуклидов йода и цезия в их организм при поверхностном загрязнении сельскохозяйственной растительности) и дозы внутреннего облучения всего тела (за счёт пищевого пути поступления радионуклидов цезия в их организм при корневом пути загрязнения сельскохозяйственной растительности). Рассмотрим последовательно неопределённости всех этих трёх компонентов эффективных доз.

Оценка неопределённости доз внутреннего облучения жителей в год аварии за счёт поверхностного загрязнения сельскохозяйственной растительности

В [4] было показано, что общем виде соотношение для оценок неопределённостей доз внутреннего облучения жителей загрязнённых территорий за первый год после аварии на ЧАЭС может быть записано в следующем виде:

НП    σ аD = аDst .ad^ ,                                                     (1)

где aD - стандартное среднегеометрическое отклонение оценки стандартизованной дозы внутреннего облучения индивидуума; аНП - стандартное среднегеометрическое отклонение распределения отношения стандартизованных доз индивидуумов к их среднегеометрическим значениям в НП их проживания; стандартизованная доза [4] - это доза индивидуума, приведённая к стандартному возрасту (18 лет для доз облучения всего тела и 4 года для доз облучения ЩЖ) и к погодным условиям весны-лета 1986 г. в центральной части Брянской области без учёта контрмер; a aCs - стандартное среднегеометрическое отклонение отношения среднегеомет-D st рических значений стандартизованных доз в НП к их значениям, оценённым по регрессионным зависимостям.

По смыслу своего определения величина а НП является оценкой неопределённости индивидуальных доз при знании точного значения средней стандартной дозы в НП. Она включает в себя все неопределённости оценок индивидуальных доз, связанные с динамикой загрязнения продуктов питания, метаболизмом радионуклидов в организме индивидуумов и с неопределённостью их рационов.

Для расчётов величины аНП в [4] использовалась следующая процедура. Сначала для каждого НП с числом «измеренных» жителей более 10 производилась нормировка их стандартизованных доз на её среднегеометрическое значение в этом же НП. Распределения полученных таким способом нормированных стандартизованных доз по числу всех жителей, «измеренных» в Брянской и Калужской областях, приведены на рис. 3.

Код_дозы = 'ЩЖ'        Область = 'Калужская'

Число_измеренных_жителей = 28309

ср_геом = 1             станд_ср_геом_откл =2.1

Рис. 3. Распределения нормированных стандартизованных доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела «измеренных» жителей Калужской и Брянской областей в целом.

Из данных на рис. 3 видно, что стандартные среднегеометрические отклонения полученных распределений нормированных стандартизованных доз от типа дозы и области практически не зависят и могут быть оценены в величину 2,0-2,2 раза.

Далее, для каждого НП определялись среднегеометрические отклонения этих распределений. Затем строились распределения этих отклонений и оценивались их среднегеометрические отклонения по числу НП для Брянской и Калужской областей. Результаты таких расчётов приведены на рис. 4.

Можно отметить, что размах значений стандартных среднегеометрических отклонений в полученных распределениях составляет от 1,5 до 4,5 раз, при средних значениях 2,0-2,3 и стандартных среднегеометрических отклонениях, равных 0,3-0,4 для доз внутреннего облучения всего тела в обеих областях и доз на ЩЖ в Калужской области. Среднее значение этого распределения для доз на ЩЖ в Брянской области больше и равно 0,6. Возможно, это связано с неопределённостью учёта контрмер в юго-западных районах этой области.

Код_дозы = "Все тело" Область = "Брянская"

Число_НП = 91 срар = 2 стандарт_откл = 0.3 Распределение стандартных отклонений стандартных доз

Код_дозы = "ЩЖ"       Область = "Брянская"

Число_НП = 21 ср_ар = 2.3 стандарт_откл = 0.6

Распределение стандартных отклонений стандартных доз

Код_дозы = "Все тело" Область = "Калужская"

Число_НП = 160 ср_ар = 2.3 стандарт_откп=04

Распределение стандартных отклонений стандартных доз

Код_дозы = "ЩЖ"       Область = "Калужская"

Число_НП=160 ср_ар=2 стандарт_откл = 0.3

Распределение стандартных отклонений стандартных доз

Рис. 4. Распределения стандартных среднегеометрических отклонений стандартизованных доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела «измеренных» жителей Калужской и Брянской областей от их среднегеометрических значений в населённых пунктах по числу населённых пунктов.

Неопределённость оценок средних стандартных доз в НП ( DB^{r 0} ) оценивалась по дисперсиям распределений их отношения к стандартных дозам, рассчитанным по регрессионному соотношению [4]:

Br о               (    nucl

^D st ⁽ ° 137 ) = I Y 0

' ° 137

nucl k₀

где DB⁰ - стандартная доза облучения индивидуума стандартного возраста (18 лет для доз облучения всего тела и 4 года для доз облучения ЩЖ) при плотности выпадения ¹³⁷ Cs 1 кБк/м ² и климатических условий центральной части Брянской области; Y 0 и к ₀ - коэффициенты степенной регрессионной зависимости, приведены в табл. 1.

Результаты расчётов этих неопределённостей приведены на рис. 5.

Таблица 1

Параметры степенных регрессий модифицированных стандартных доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела за первый год после аварии на ЧАЭС

	Y 0	k 0
ЩЖ Всё тело	9,0 0,1	0,5 0,68

Рис. 5. Распределения отношения стандартных среднегеометрических отклонений средних по населённым пунктам стандартизованных доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела «измеренных» жителей Калужской и Брянской областей в целом к их регрессионным значениям по числу населённых пунктов.

Как видно из данных на рис. 5, стандартное среднегеометрическое отклонение оценок стандартизованных доз в НП не зависит от типа дозы и равно 1,7. В целом же стандартная среднегеометрическая ошибка оценок доз внутреннего населения по предлагаемой технологии равна 3,4-3,7.

Оценки неопределённостей доз внутреннего облучения всего населения, в том числе и ликвидаторов, проживающих на загрязнённой территории, характеризуются следующим образом:

• •    распределения индивидуальных стандартизованных доз внутреннего облучения всего тела в год аварии и ЩЖ ликвидаторов в НП подчиняются логарифмически нормальному закону со стандартным среднегеометрическим отклонением, равным 2,0–2,3; распределения средних в НП стандартизованных доз внутреннего облучения всего тела в год аварии и ЩЖ ликвидаторов относительно их регрессионных зависимостей от плотности выпадения ¹³⁷ Cs также подчиняются логарифмически нормальному закону со стандартным среднегеометрическим отклонением, равным 1,6–1,7;

• •    в целом стандартная среднегеометрическая ошибка оценок индивидуальных доз внутреннего облучения ЩЖ или всего тела ликвидаторов в год аварии составляет 3,4–3,7 раз.

Оценка неопределённости доз внутреннего облучения населения в последующие годы за счёт корневого загрязнения сельскохозяйственной растительности

Для оценок неопределённостей доз внутреннего облучения населения в последующие годы (корневое загрязнение сельскохозяйственной растительности) был выполнен анализ годовых доз внутреннего облучения населения Брянской области, оценённых по данным СИЧ-измерений (СИЧ-счётчик излучений человека). Распределение числа жителей по величинам этих доз, так же как и в первый год после аварии на ЧАЭС, имеет вид логарифмически нормального закона (рис. 6).

Параметр_Гистограммы = "Годовая доза"

Населенный_пункт = "Новозыбков" аде1 = 18 age2 = 90

Число_измеренных_жителей = 3615

А Гистограмма всего населения

•—■—* Логнормальное распределение

Параметр_Гистограммы = "Годовая доза"

Населенный_пункт = "Климово" аде1 = 18 age2 = 90

Параметр_Гистограммы = "Годовая доза"

Населенный_пункт = "Климово" аде! = 1 age2 = 18

Число_измеренных_жителей = 3169

а Гистограмма всего населения

•—■—• Логнормальное распределение

Число_измеренных_жителей= 1692

л Гистограмма всего населения

• • * Логнормальное распределение

Рис. 6. Распределение числа «СИЧ-измеренных» жителей районных центров Новозыбков и Климово по их годовым дозам внутреннего облучения в 1994 г.

Age1=1, age2=18 – дети+подростки; age1=18, age2=90 – взрослые; µG, σG – стандартные среднегеометрическое значение и отклонение логнормального распределения.

По результатам обработки имеющихся данных СИЧ-измерений установлено, что среднегеометрическое значение распределения стандартных среднегеометрических отклонений распределений годовых доз внутреннего облучения индивидуальных доз по числу жителей равно 2,2 с их размахом от 1,7 до 2,8.

Оценка неопределённости доз внешнего и внутреннего облучения населения по данным МУ 2.6.1.2003-05

Методические указания МУ 2.6.1.2003-05 [5] (далее - МУ05) предназначены для проведения расчётов текущих средних годовых эффективных доз (СГЭД) облучения критических (наиболее облучаемых) групп населения, проживающих в НП Российской Федерации, подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на Чернобыльской АЭС.

Базовой административной структурой для оценки дозы в МУ05 является отдельный НП со следующей градацией их типов:

• -    ТИП I (село или посёлок городского типа): НП с числом жителей не более 10 тыс. человек, в котором большинство домов одноэтажные с личными подсобными хозяйствами (ЛПХ);

• -    ТИП II (посёлок городского типа или город): НП с числом жителей не более 100 тыс. человек, в котором наряду с одноэтажными имеются многоэтажные дома без ЛПХ и значительная часть дозообразующих пищевых продуктов приобретается в торговой сети;

• -    ТИП III (город): НП, в котором большая часть жителей проживает в многоэтажных домах без ЛПХ, приобретает пищевые продукты в торговой сети и большая часть улиц и дорог имеет твердое покрытие.

Средняя годовая эффективная доза (СГЭД) внешнего облучения критической (по внешнему облучению) группы населения ( E ex_p ) для НП типа I определяют согласно выражению:

EКГр = 1,8 • ЕНП ,(3)

• а для НП типов II или III - согласно выражению:

Eг = 2,0 • ЕНП .(4)

СГЭД внутреннего облучения критической (по внутреннему облучению) группы населения ( E i3t_p ) определяют согласно следующим выражениям:

для НП типа I

E Кгр = 3 • ЕНП,(5)

и для НП типа II или III intint

EКГр = 4 • Е НП .

Используем соотношения (3-6) для оценок параметров неопределённостей индивидуальных доз внешнего и внутреннего облучения жителей НП. Выше было установлено, что распределения доз внутреннего облучения жителей НП как в первый год после аварии, так и в последующие годы имеют вид логарифмически нормального закона. Можно предположить, что этот закон применим и к дозам внешнего облучения. Тогда, с учётом логнормального вида распределения индивидуальных доз жителей в НП и того, что под критической группой жителей НП в МУ понимается 10% от их общей численности с наибольшими дозами, можно записать следующее выражение для средней дозы критической группы жителей:

дт ( х /Е нп ) ²

∞-

X                 2

(------) . е     2НП       - d()

ЕЕ

^D 0,9 ^(Е НП - ^О НП )       ^НПНП

• —     _ ______ ^Е НП ______________________________________________

Е КГр =                        «т ( х/Е „ )2                       ,(7)

7 е "   2 по нП 2   . d(^)

Е ^D 0-9 ^(Е НП ’ ^О НП ) ^                    ^НП

Е НП где D0,9(EНП -ОНП ) - нижняя граница доз критической группы населения; ЕНП и ОНП -среднегеометрические значение и стандартное отклонение распределения численности населения по дозам их облучения в населённом пункте.

Поскольку ЕНП и ЕКГр известны, соотношение (7) представляет собой нелинейное урав- нение относительно σ НП

.

Зависимости

^D0,9 ( ^Е НП - ^О НП )

Е НП

Е КГр и       от

Е НП

^σ НП , полученные путём решения уравнения

(7), приведены на рис. 7.

----средняя доза критической группы

ООО klEextl, k1Eext23, klEintl, k1Eint23 ------- нижняя граница доз критической группы дал k2Eext1, k2Eext23, k2Eint1, k2Eint23

Рис. 7. Зависимости отношений средней и минимальной дозы критической группы (КГр) к средней дозе по населённому пункту (НП) от стандартного среднегеометрического отклонения. k1Eext1, k1Eext23 и k1Eint1, k1Eint23 – соответственно, для средних доз внешнего облучения НП 1-го типа (k1Eext1), 2-го и 3-го типов (k1Eext23), для средних доз внутреннего облучения НП 1-го типа (k1Eint1), 2-го и 3-го типов (k1Eint23), K2Eext1, k2Eext23 и k2Eint1, k2Eint23 – аналогично для минимальных доз критической группы.

Сводные данные о среднегеометрических отклонениях распределений индивидуальных доз внешнего и внутреннего облучения жителей НП разных типов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Среднегеометрические отклонения распределений индивидуальных доз внешнего и внутреннего облучения жителей населённых пунктов разных типов

доза внешнего облучения, тип НП 1	1,44
доза внешнего облучения, тип НП 2, 3	1,5
доза внутреннего облучения, тип НП 1	1,92
доза внутреннего облучения, тип НП 2, 3	2,22

В качестве первого приближения для оценок распределений индивидуальных доз примем σ = 1 ,5 , σ = 1 ,9 , σ = 2 ,2 соответственно для внешнего облучения, для внутреннего облучения сельских и городских жителей с 1987 г.

Отметим, что оценка σ для городских сельских жителей по соотношению (7) совпадает с её оценкой по данным их СИЧ-измерений.

Оценки распределений индивидуальных эффективных доз облучения ликвидаторов за счёт проживания на загрязнённых территориях

Поскольку индивидуальные дозы внешнего и внутреннего облучения индивидуумов являются независимыми случайными величинами, распределение эффективных индивидуальных доз F ( D ) можно представить в виде свертки:

D eff

F(D eff ) =   ∫ F( µ ext , σ ext ,D) ⋅ F( µ int , σ int ,D eff - D)dD ,                    (8)

где F ( µ , σ , D ) – распределение доз внешнего облучения; F (µ ,σ ,D - D ) – рас- пределение доз внутреннего облучения.

Примеры таких сверток приведены на рис. 8.

Рис. 8. Распределения доз внешнего, внутреннего облучения и эффективных доз облучения.

Для всех ликвидаторов рассчитывались распределения эффективных доз облучения с учётом неопределённостей доз их внешнего и внутреннего облучения, полученных ими при проживании на загрязнённых территориях.

Средневзвешенные по числу ликвидаторов в населённых пунктах распределения индивидуальных эффективных доз их облучения в районах и областях рассчитывались по следующему соотношению обл , ра йон

(D) =

∑ F k^НП (D) ⋅ N_k ^pop k

_{∑ N k} pop k

где F НП ( D ) и N pop – распределение индивидуальных эффективных доз облучения ликвида- торов и их численность в k-ом НП. Суммирование производится по всем НП района или по всей области в целом.

Примеры расчёта распределений числа всех ликвидаторов и ликвидаторов Брянской области по эффективным дозам облучения, полученным ими при проживании на загрязнённых территориях вместе с распределением их по дозам внешнего облучения, полученным при работах по ликвидации аварии на ЧАЭС, приведены на рис. 9.

Рис. 9. Гистограммы распределений числа ликвидаторов по дозам облучения.

DetA, DeatG – соответственно для среднеарифметических и среднегеометрических значений, µ и σ – среднее значение и стандартное отклонение.

Область - "Брянская1

Числоликвидаторов - 769 Число_населенных_лунктов -101

pDetA-2 3mSv pDetG-4 5mSv crDetG - 2 3 pVnrA ■ 9.2 mSv pVnrG ■ 4 5 mSv oVarG ■ 2 8

эффективные дозы в населенных пунктах, вероятностный расчет ---- эффективные дозы, вероятностный расчет п средние эффективные дозы в населенных пунктах, я дозы ликвидаторов

Рис. 9 (окончание). Гистограммы распределений числа ликвидаторов по дозам облучения. DetA, DeatG – соответственно для среднеарифметических и среднегеометрических значений, µ и σ – среднее значение и стандартное отклонение.

Существенные различия в форме распределений и среднегеометрических значениях детерминированных и вероятностных величин, при равенстве их среднегеометрических значений означают, что средние оценки радиационных рисков, полученные с использованием вероятностных распределений доз облучения ликвидаторов, будут приблизительно такими же, как и в расчётах с использованием детерминированных доз, но доверительные границы оценок рисков могут быть значительно шире.

Заключение

Оценены следующие характеристики неопределённости доз облучения российских ликвидаторов с учётом их проживания на загрязнённых радионуклидами территориях РФ.

• •    В год аварии: распределения индивидуальных доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела подчиняются логарифмически нормальному закону со стандартным среднегеометрическим отклонением, равным 2,0–2,3; распределения средних в НП доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела относительно их регрессионных зависимостей от плотности выпадения ¹³⁷ Cs также подчиняются логарифмически нормальному закону со стандартным среднегеометрическим отклонением, равным 1,6–1,7; в целом стандартная среднегеометрическая ошибка оценок индивидуальных доз внутреннего облучения ЩЖ или всего тела составляет 3,4–3,7 раз.

• •    В последующие годы: распределения годовых индивидуальных доз внутреннего облучения ликвидаторов, проживающих в загрязнённых НП, подчиняются логарифмически нормальному закону со стандартным среднегеометрическим отклонением, равным 1,7–2,7.

• •    Распределения годовых индивидуальных доз внешнего облучения ликвидаторов, проживающих в загрязнённых НП, характеризуются стандартным среднегеометрическим отклонением, равным 1,5.

Расчёты распределений индивидуальных доз облучения ликвидаторов, накопленных к 2015 г. за счёт проживания в загрязнённых населённых пунктах (путём свёртки распределений накопленных внешних и эффективных внутренних доз), при равенстве среднегеометрических значений средним эффективным дозам по населённым пунктам, показали существенные отличия между математическими ожиданиями индивидуальных доз и средними эффективными дозами по населённым пунктам. Таким образом, при учёте неопределённости индивидуальных доз облучения для ликвидаторов, проживающих на загрязнённых территориях, оценки радиационных рисков могут быть существенно смещены относительно оценок по детерминированным дозам, без учёта неопределённостей доз.

Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда (проект №14-1500826).