Ограничение профессионального облучения при ингаляционном поступлении плутония

В действующих Нормах радиационной безопасности (НРБ-99/2009) допустимые дозовые пределы установлены исходя из принятой на настоящее время величины социально приемлемого пожизненного избыточного риска, которая для персонала при облучении в течение года составляет 1x10 -3 [1], при этом его предельная величина за время профессиональной деятельности (50 лет) не должна превышать 5x10 -2 . Это означает, что все установленные НРБ-99/2009 допустимые дозовые пределы, в том числе и пределы годового поступления радионуклидов (ПГП перс ), являются производными от принятого значения допустимого годового избыточного риска.

В работе [2] показано, что при хроническом ингаляционном поступлении низкотранспортабельных соединений ²³⁹Pu на уровне ПГП перс требования НРБ-99/2009 в части непревышения величины годового избыточного риска 1x10 —3 не выполняются, то есть не обеспечивается требуемый уровень радиационной защиты персонала.

Проанализируем причины этого. При внешнем облучении, а также внутреннем облучении радионуклидами, при поступлении которых вся доза реализуется в течение одного года, радиационное воздействие характеризуется величиной эффективной дозы, которая формирует пропорциональный ей годовой избыточный риск (ELR год ).

В связи с особенностями метаболизма плутония, имеющего длительный период полувыведения из организма, облучение даже при однократном его поступлении продолжается в течение всей последующей жизни человека. Радиационное воздействие характеризуется ожидаемой за

Василенко Е.К.* – нач. отдела; Сокольников М.Э. – зав. лаб., д.м.н.; Востротин В.В. – зав. лаб., к.б.н.; Ефимов А.В. – и.о. зав. лаб.;

50 лет эффективной дозой, а суммарная доза за 50 лет, так же как и формируемый этой дозой радиационный риск, приписывается одному году – году поступления плутония в организм.

Распределение плутония в организме и дозы внутреннего облучения человека зависят от путей поступления и класса растворимости поступивших соединений, при этом наибольшему облучению подвергаются органы основного депонирования плутония.

В нормах радиационной безопасности НРБ-99/2009 «для наиболее полной оценки вреда, который может быть нанесён здоровью в результате облучения в малых дозах, определяется ущерб, количественно учитывающий как эффекты облучения отдельных органов и тканей тела, так и всего организма в целом», т.е. учитываются все локализации солидного рака. Величина годового избыточного риска (ELR год ) пропорциональна дозе излучения и связана с дозой через коэффициент радиационного риска, равный 5x10 -2 Зв^-1. Этот коэффициент применяется для расчёта дозовых пределов независимо от типа облучения и действующих на организм радионуклидов. Такой подход справедлив при равномерном облучении человека. При поступлении плутония облучению подвергаются прежде всего органы депонирования этого радионуклида, поэтому радиационный риск следует оценивать только для этих органов. Найденный на основе линейной беспороговой концепции предел дозы для значения принятого годового избыточного риска будет соответствовать пределу дозы для органов и тканей, подвергшихся облучению, а суммарный пожизненный избыточный риск будет складываться из рисковых оценок локализаций рака органов основного депонирования плутония.

Материалы и методы

Рассмотрим примеры формирования ожидаемых эффективных доз, доз облучения органов депонирования 239Pu, а также рисков, сформированных этими дозами для 2-х сценариев ингаляционного поступления.

Сценарий 1. Хроническое поступление 1 Бк/сут (365 Бк/год) оксидов ²³⁹Pu (тип растворимости «М» [1]) с АМАД=5 мкм в течение 50-ти лет, начиная с 20-летнего возраста (АМАД – активный медианный аэродинамический диаметр).

Сценарий 2. Хроническое поступление 1 Бк/сут (365 Бк/год) нитратов ²³⁹Pu (тип растворимости «П» [1]) с АМАД=5 мкм в течение 50-ти лет, начиная с 20-летнего возраста.

Расчёт доз на критические органы проводился по биокинетической модели «Дозы-2008» с параметрами, описанными в [3]. Величина ожидаемой эффективной дозы в соответствии с НРБ-99/2009 для рассматриваемых сценариев поступления определялась как:

£а = П х г возд год П x с перс , где П - величина годового поступления, Бк/год; сПОрд - дозовый коэффициент, Зв/Бк.

Для того чтобы оценить вклад в пожизненный риск радиогенного рака каждого из органов основного депонирования плутония, необходимо провести анализ смертности от рака лёгкого, печени и скелета в зависимости от дозы радиационного воздействия на эти органы и получить модель избыточного риска для каждого органа. В настоящее время разработана модель смертности от рака лёгкого для когорты персонала ПО «Маяк», описанная в [3]. Эта модель определяет смертность от рака лёгкого в зависимости от дозы радиационного воздействия, возраста, пола и курения. С использованием данной модели были получены показатели пожизненного избыточного риска при различных сценариях ингаляционного поступления соединений 239Pu [2].

В настоящее время в ЮУрИБФ проводятся работы по оценке показателей избыточного риска при облучении печени и костных тканей (скелета). Однако, ввиду того, что данные модели ещё не доработаны, далее будут рассмотрены толь к о вопросы ограничения доз при м онофак-торном облучении лёгких. При этом предлагаемые подходы будут справедливы и при облучении других органов и тканей человека.

Годовые эквивалентные дозы альфа-излучения в органах основного депонирования плутония (лёгкие, печень и клетки костной поверхности (ККП)) для данных сценариев облучения за 50 лет после начала поступления представлены на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Годовые эквивалентные дозы альфа-излучения в лёгких, п е чени и ККП при хроническом ингаляционном поступлении оксида плутония по сценарию 1.

Рис. 2. Годовые эквивалентные дозы альфа - излучения в лёгких, печени и ККП при хроническом ингаляционном поступлении нитрата плутония по с ценарию 2.

При поступлении соединений плутония класса «М» (оксиды), наиб о льшему облучению подвергаются лёгкие и клетки костной поверхности. Г о довые эквивалентные дозы на эти органы составляют на 50-й год после начала поступления: H ₅ ^л ₀ ^егк =84 мЗв/год, H ₅ ^к ₀ ^кп =102 м З в/год, а накопленные за 50 лет: ∑ H ₁ ^л _- ^е ₅ ^г ₀ ^к =2,4 Зв, ∑ H ₁ ^к _- ^к ₅ ^п ₀ =0, 7 Зв.

При поступлении соединений плутония класса «П» (нитраты), наибольшему облучению подвергаются ККП и печень. Максимальные годовые эквивалентные дозы составляют: H 50^Ч =80 мЗв/год, H К О п =310 мЗв/год, а суммарные за 50 лет: S Н е О =2,2 Зв, S H 1-50 =8,3 Зв.

При данном уровне поступления ( П =365 Бк/год) ожидаемая эффективная доза будет постоянна на протяжении всех 50-ти лет и составит:

для оксидов Е год =5,5 мЗв/год;

для нитратов Е год =17,0 мЗв/год.

Из рис. 1 и 2 следует, что лёгкие являются критическим органом при ингаляционном поступлении плутония в виде оксидов, поэтому далее будут рассмотрены вопросы ограничения доз при облучении персонала только по сценарию 1.

В статье [2] показано, что за 50 лет поступления оксида плутония на уровне ПГП перс =1300 Бк/год эквивалентная доза на лёгкие составит X Н л ^50 =7,1 Зв. При этом величина пожизненного избыточного риска за 50 лет будет равна ELR 1-50 =8,4x10 -2 , что в 1,7 раза выше её предельного значения 5x10 -2 .

Величина поступления оксида плутония, создающая избыточный риск за 50 лет, равный 5x10-2, составит 770 Бк/год, а годовые эквивалентные дозы на лёгкие будут соответствовать представленным на рис. 3.

Возраст, лет

Рис. 3. Динамика эквивалентных доз облучения лёгких при хроническом поступлении оксида ²³⁹Pu на уровне 770 Бк/год.

При таком ритме поступления суммарная за 50 лет эквивалентная доза на лёгкие составит X Н Л ^ 5 0=5,0 Зв, а максимальная годовая доза будет реализована на 50-й год хронического поступления и составит Н лд^гк =175 мЗв.

На рис. 4 показаны значения годового избыточного риска в зависимости от годовых доз облучения лёгких и возраста, в котором эти дозы были реализованы. Суммарный избыточный пожизненный риск при этом составит X ELR _1-50 =5x10^-2.

Максимальный годовой избыточный риск при такой динамике облучения лёгких будет сформирован через 43 года после начала хронического поступления и составит ELR ₄₃ =2,6x10^-3. Величина ELR_rod =1x10^-3 будет достигнута через 29 лет после начала поступления. При этом годовая доза облучения лёгких составит Н ле^гк =116 мЗв.

Возраст, лет

Рис. 4. Годовые эквивалентные дозы облучения лёгких и формируемый при этом годовой избыточный риск для случая хронического ингаляционного поступления оксида ²³⁹Pu на уровне 770 Бк/год.

В отличие от реальных условий облучения, при таком ритме поступления величина ожидаемой эффективной дозы, так же как и годовой избыточный риск, будут величинами постоянными в течение всех 50 лет и составят:

Е год =12 мЗв/год;

ELR rog =0,6x10^-3rog^-1.

Результаты и обсуждение

Анализ полученных данных показывает, что несмотря на то, что в рассмотренном случае ожидаемая эффективная доза и сформированные ею риски не превышают установленных в НРБ-99/2009 пределов, реальное распределение доз облучения лёгких формирует годовой избыточный риск, величина которого через 29 лет после начала поступления превысит принятую в НРБ величину социально приемлемого риска.

Величина ингаляционного поступления оксида ²³⁹Pu, при котором ЕLR год не превысит значения 1x10^-3, составит П=290 Бк/год.

На рис. 5 представлены годовые эквивалентные дозы облучения лёгких и формируемый при этом годовой избыточный риск для случая хронического поступления 290 Бк/год оксида 239Pu в течение 50 лет, начиная с 20-летнего возраста работника.

Максимальный годовой избыточный риск ELR_rog=1x10^-3 будет сформирован на 42-й год после начала поступления, максимальная годовая эквивалентная доза на лёгкие составит Н л 0 гк =67 мЗв/год, а суммарная доза на лёгкие X Н ^л ® г^к ₀ =1,9 Зв.

Годовой избыточный риск зависит от возраста, при котором начался контакт работника с плутонием. На рис. 6 представлена зависимость годового избыточного риска от возраста при хроническом ингаляционном поступлении 290 Бк/год оксида 239Pu с началом поступления в возрасте 20, 30, 40 и 50 лет.

№3в

Возраст, лет

Рис. 5. Годовые эквивалентные дозы облучения лёгких и формируемый при этом годовой избыточный риск для случая хронического ингаляционного поступления оксида ²³⁹Pu на уровне 290 Бк/год.

ELR год

ELR год

■ ELRroft. поступление с 20 лет

—•- ELRroft. поступление с 30 лет

—* ELRrofl, поступление с 40 лет

* ELRroft, поступление с 50 лет Limit ERI-год

Рис. 6. Годовой пожизненный избыточный риск при хроническом ингаляционном поступлении оксида ²³⁹Pu на уровне 290 Бк/год, начиная с 20-, 30-, 40- и 50-летнего возраста.

Если при начале контакта работника с плутонием в 20 лет максимальный ELRгoд=1x10-3, то при начале контакта в 50 лет он в 5 раз меньше и составляет ELRгoд=2x10-4. Возраст, при котором достигается максимальная величина годового пожизненного риска, увеличивается с 62 до 70 лет.

Меняя возраст, в котором начинается контакт работника с плутонием, можно в пределах допустимой величины годового избыточного риска варьировать ингаляционное поступление плутония, то есть имеется возможность управления рисками.

Расчёт годового избыточного риска по принятой в НРБ-99/2009 в качестве нормируемого показателя ожидаемой за 50 лет эффективной дозе приводит к неверным результатам и не отражает влияния на величину риска уровней внутреннего облучения персонала, возраста и других показателей.

Только величина годового избыточного риска, оцененная для реальных условий облучения, может служить основой для нормирования при ингаляционном поступлении плутония. При этом не величина ожидаемой эффективной дозы, а годовые дозы органов основного депонирования (поглощённая, эквивалентная) характеризуют реальные условия облучения.

Найденные по предложенной методике годовые дозы облучения лёгких могут быть использованы для нормирования поступления плутония в организм работников.

После того, как будут получены зависимости пожизненного избыточного риска от дозы облучения для печени и клеток костной поверхности, появится возможность рассчитать параметры облучения не только лёгких, но и других органов депонирования плутония для условия, чтобы суммарный годовой избыточный риск при облучении всех критических органов не превышал величины ELRгод=1x10-3.

Дозы облучения органов основного депонирования плутония напрямую связаны с содержанием нуклида в этих органах и организме в целом. Величина содержания может быть определена по активности плутония в суточной порции мочи при её естественной экскреции и использована в качестве контролируемого показателя поступления плутония, что значительно упрощает радиационный контроль внутреннего облучения этим радионуклидом.

Заключение

Принятое в Нормах радиационной безопасности допустимое значение ПГП перс для низкотранспортабельных соединений ²³⁹Pu при хроническом поступлении этого радионуклида не обеспечивает необходимый уровень радиационной защиты персонала, так как приводит к превышению величины социально приемлемого годового избыточного риска, равного 1x10 -3 , который принят в НРБ-99/2009 для нормирования доз облучения персонала.

Предел ожидаемой за 50 лет эффективной дозы, принятый НРБ-99/2009 в качестве нормируемого показателя, из-за особенностей метаболизма плутония не отражает реальных уровней внутреннего облучения и не может служить основой для расчёта величины годового избыточного риска.

Только дозы облучения органов основного депонирования плутония (эквивалентная, поглощённая) и их распределение в течение профессиональной деятельности работника могут являться основой для оценки годового избыточного риска и ограничения облучения персонала.