Оптимизация радиационной защиты персонала с учетом ограничений обобщенного риска потенциального облучения

В новых Нормах радиационной безопасности (НРБ-99/2009) [3] введены возрастные ограничения для персонала, привлекаемого к работам в условиях планируемого повышенного облучения: «… планируемое повышенное облучение допускается для мужчин, как правило, старше 30 лет при их добровольном письменном согласии, после информирования о возможных дозах облучения и риска для здоровья». В новых НРБ-99/2009 также впервые введены граничные значения обобщенного риска потенциального облучения (для персонала – 2⋅10-4 год-1).

Эти требования приводят к необходимости решения задачи оптимизации радиационной защиты персонала с использованием текущих отчетов НКДАР ООН, рекомендаций МКРЗ и стандартов МАГАТЭ [4-9].

Важной практической задачей Госкорпорации «Росатом» является переработка и хранение ОЯТ и РАО. Эти проблемы накопились еще с советских времен и требуют зачастую нестандартных подходов их решения (например, решение оперативных вопросов по утилизации АПЛ).

В настоящее время в Госкорпорации «Росатом» завершается внедрение системы АРМИР, обеспечивающей оценку индивидуальных рисков существующего облучения персона-

Иванов В . К . – Председатель РНКРЗ , зам . директора по научной работе ФГБУ МРНЦ Минздравсоцразвития России ; Евстратов Е . В . – зам . Генерального директора Госкорпорации « Росатом »; Чекин С . Ю .* – ст . научн . сотр . ФГБУ МРНЦ Минздравсоцразвития России ; Казаков С . В . – директор ФГУП « Федеральный центр ядерной и радиационной безопасности »; Меняйло А . Н . – аспирант , ФГБУ МРНЦ Минздравсоцразвития России .

ла [2]. Вместе с тем, необходимость выполнения плановых мероприятий, связанных с ОЯТ и РАО, требует создания технологий радиационной защиты, ориентированных на рисковые критерии потенциального облучения.

В представленной работе впервые системно рассматриваются три основных вопроса оптимизации радиационной защиты потенциального облучения:

• -    формирование математических моделей оценки индивидуальных радиационных рисков при профессиональном хроническом облучении;

• -    создание интерактивной компьютерной системы для численного моделирования;

• -    рассмотрение базовых сценариев облучаемости персонала с учетом ограничений обобщенного риска потенциального облучения.

Методы расчёта

Модели радиационных рисков смертности человека, как правило, построены на сравнении погодовых показателей смертности от злокачественных новообразований в облучённой популяции с теми же показателями в той же популяции, но в отсутствии облучения. Под показателем смертности формально понимается отношение вероятности возникновения нового случая смерти в популяции или группе лиц за короткий период времени (например, за год – для злокачественных новообразований) к длительности этого периода, при условии, что на начало периода все рассматриваемые индивидуумы живы.

Разница между смертностью λ в облучённой популяции и фоновой (в отсутствии облучения) смертностью λ 0 в этой же популяции называется избыточным абсолютным риском (excess absolute risk, EAR), а отношение EAR / λ ₀ – избыточным относительным риском (excess relative risk, ERR). Соответственно, смертность в облучённой популяции принято выражать либо аддитивной моделью избыточного абсолютного риска, λ = λ ₀ + EAR , либо мультипликативной моделью относительного риска (relative risk, RR), λ = λ ₀ ⋅ RR = λ ₀ ⋅ ( 1 + ERR) . Величины EAR и ERR зависят от дозы облучения, и эта зависимость может модифицироваться такими факторами, как пол облучаемых лиц, их возраст при облучении, достигнутый возраст, время после облучения и др.

Научным комитетом по действию атомной радиации при ООН (НКДАР ООН, или UNSCEAR) в докладе 2000 г. [9] приведены модели радиационных рисков онкосмертности, построенные на основе исследования японской когорты лиц, переживших атомные бомбардировки (Life span study, LSS), за период наблюдения 1958-1987 гг.

Основная модель НКДАР 2000 г. для радиационного риска смертности от солидных раков выражается моделью относительного риска, в которой модификаторами избыточного относительного риска (ERR) являются пол и возраст при облучении ([9]: стр. 356, пар. 321):

ERRSOL(s,g,D) =β(s)⋅D⋅eα⋅(g-30) ,                               (1)

где s – категориальная переменная пола (мужской m или женский f); D – эквивалентная доза в Зв; g – возраст при облучении в годах; β(s) – удельный (на 1 Зв) избыточный относительный риск от облучения в возрасте 30 лет: в(т)=0,38/Зв для мужчин и P(f)=0,79/Зв для женщин; а=-0,04/год.

Избыточный абсолютный риск EAR в достигнутом возрасте а для заданного пола s получается домножением ERR на фоновый половозрастной показатель заболеваемости солидными раками для рассматриваемой популяции, Л о (s,a) :

EAR sol (s,a,g, D) = Ло (s,a) - P(s) - D- ea - (g- 30) , если a>(g + LTsol),   (2)

EARSOL ≡ 0 , если a<(g + LTsol), где LTsol=10 лет - так называемый латентный период: дополнительные радиационно-индуцированные случаи злокачественных новообразований обнаруживаются по прошествии некоторого латентного периода времени LT после облучения; в данном случае для совокупности всех локализаций солидных раков в целом латентный период LT принимается равным 10-ти годам.

Модель радиационного риска по лейкозам не изменилась по сравнению с моделью НКДАР ООН 1994 г. ([8]: стр. 48, ф-ла 14) и представляется в аддитивной форме, с линейноквадратичной зависимостью EAR от дозы:

EARLQ(s,t,g,D)=β(s,g)⋅D(1+0,79⋅D)⋅exp(α(s,g)⋅(t-25)), если t>LTLq, (3)

EARLQ = 0, если t

Таблица 1

Значения параметров избыточного абсолютного риска EAR заболеваемости лейкозами ([8]: стр. 48, ф-ла 14)

В модели (3) избыточный абсолютный риск (EAR) лейкозов имеет размерность 1/100 тыс.чел.-лет. Модификаторами EAR_Lq являются пол, возраст на момент облучения g и время t, прошедшее после облучения. Радиационный риск лейкозов после облучения со временем уменьшается. Латентный период для радиационно-индуцированных лейкозов принят равным двум годам, и наибольший радиационный риск от однократного облучения прогнозируется сразу по истечении этого латентного периода.

В дальнейшем предполагается, что избыточные абсолютные риски аддитивны, как по различным локализациям злокачественных новообразований, так и по времени. Аддитивность рисков означает независимость соответствующих вероятностей возникновения заболеваний. Это предположение широко используется при математическом моделировании радиационных рисков, в частности, в докладах НКДАР ООН и Рекомендациях Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ, или ICRP).

Избыточный абсолютный риск злокачественных новообразований в целом практически полностью определяется суммой двух рисков:

EAR = EAR sol + EARlq .                                        (4)

Кроме того, следует заметить, что, если облучение группы лиц произошло в возрасте g, то в дальнейшем, в достигнутом возрасте a, число новых случаев заболеваний следует рассчитывать только из той доли лиц от исходной численности группы в возрасте g, которая дожила до возраста a, оставаясь здоровой, т.е. используя вероятность здорового дожития от g до a. Для вычислений удобно использовать вероятность здорового дожития на интервале [0, a), или функцию здорового дожития, S(s, a), где s – категориальная переменная пола, a – достигнутый возраст в годах. При этом в возрасте облучения, естественно, здоровое дожитие по определению принимается равным единице: перенормировка этого дожития к единице в каждом возрасте облучения g даётся тривиальным выражением S(s,a|g)=S(s,a)/S(s,g). Функцию S(s,a|g) в дальнейшем будем называть функцией здорового дожития от возраста g (для пола s). Скорректированный с учётом функции S(s,a|g) избыточный абсолютный риск будем обозначать EAR*: EAR(s,a lg,D) = S(s’a) ■ EAR(s,a l g,D) = S(s,a lg)■ EAR(s,a lg,D), a > g ,

S( s,g)

Если EAR* вычисляется, например, по заболеваемости злокачественными новообразованиями, то при вычислении функции здорового дожития S(s,a) должны учитываться показатели смертности от всех причин плюс показатели заболеваемости злокачественными новообразованиями, за вычетом смертности от злокачественных новообразований (случаи смерти учитываются в заболеваемости). В этом случае приближённо S(s,a) можно определить следующим образом:

i=a -1

S(s, a) = exp( £ ln( 1 - (p0 (s, i) - p1 (s, i) + p2 (s, i))),                   (6)

i=0

где s – категориальная переменная пола; i – возраст в целых годах; a – достигнутый возраст в целых годах, a>1; p0 (s,i) - вероятность смерти от всех причин в течение года в интервале возрастов [i, i+1); p 1 (s,i) - вероятность смерти по причине злокачественных новообразований в течение года в интервале возрастов [i, i+1); p2(s,i) - вероятность заболевания злокачественным новообразованием в течение года в интервале возрастов [i, i+1).

Большинство научных комитетов, в частности, МКРЗ при обосновании пределов и ограничений в системе радиологической защиты [7], использует приближённую функцию S(s,a), а именно – функцию здорового дожития для необлучённой (равновесной) популяции. Функции здорового дожития от возрастов g, равных 18, 35 и 55 лет, S(s,a|g)=S(s,a)/S(s,g), рассчитанные по формуле (6) для необлучённой российской популяции по данным смертности и заболеваемости злокачественными новообразованиями в России за 2005 г. [1], приведены на рис. 1. Эти функции использовались в дальнейшем при вычислениях скорректированного избыточного абсолютного риска EAR^*.

Рис. 1. Функции здорового дожития для необлучённой российской популяции по данным смертности и заболеваемости в России за 2005 г. [1], для мужчин и женщин, от возраста 18 лет: S(m,a|18) – мужчины и S(f,a|18) – женщины; от возраста 35 лет: S(m,a|35) – мужчины и S(f,a|35) – женщины; и от возраста 55 лет: S(m,a|55) – мужчины и S(f,a|55) – женщины.

Для ситуаций хронического облучения, а так же для произвольных временных сценариев облучения, когда облучение дозами Di происходит в возрастах gi, где индекс i пробегает множество возрастов при облучении G, скорректированный избыточный абсолютный риск EAR^*в достигнутом возрасте a даётся следующим выражением: