Основные результаты радиоэкологических исследований и дозиметрического обеспечения НРЭР

При проведении радиационно-эпидемиологических исследований специалистами федерального уровня НРЭР используется следующая дозиметрическая информация:

для ликвидаторов последствий аварии на ЧАЭС:

• -    дозы внешнего облучения, накопленные за период нахождения в зоне аварии;

для жителей загрязнённых радионуклидами территорий России:

• -    дозы внутреннего облучения щитовидной железы (ЩЖ);

• -    годовая динамика средних в населённых пунктах (НП) эффективных доз, доз внешнего и внутреннего облучения;

• -    динамика накопления доз за произвольные интервалы времени с учётом миграции населения, - средние дозы облучения жителей с учётом их возраста и истории перемен мест жительства. За последние 15 лет сотрудниками лаборатории радиационно-экологической информатики НРЭР были разработаны методы реконструкции индивидуальных и средних в НП доз облучения населения 4-х наиболее загрязнённых областей, основанные на единой базе данных НРЭР (МРНЦ им. А.Ф. Цыба и НИИРГ им. П.В. Рамзаева) радиометрии населения Брянской и Калужской областей, и на модификации разработанных в НИИРГ им. П.В. Рамзаева методик, официа-

• Власов О.К.* – зав. лаб., д.т.н.; Щукина Н.В. – ст. науч. сотр.; Туманов К.А. – зав. лаб., к.б.н.; Чекин С.Ю. – зав. лаб. МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.

льно утверждённых Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзором) [1]. Основные результаты исследований приведены в серии статей [2-5].

Для обеспечения радиационно-эпидемиологических исследований качественной (имеющей минимальную неопределённость) дозиметрической информацией в НРЭР разработан программно-технический комплекс, позволяющий проводить: реконструкцию динамики годовых и накопленных средних по НП эффективных доз облучения и доз облучения ЩЖ для населения Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей; реконструкцию индивидуальных доз внутреннего облучения всего тела и ЩЖ для жителей по результатам их радиометрии и СИЧ-изме-рений; исследования динамики транспорта радионуклидов йода и цезия в окружающей среде после радиационных аварий с выбором продуктов в атмосферу.

В настоящее время в НРЭР для улучшения точности оценок доз облучения в радиационноэпидемиологических исследованиях начаты исследования имитационной радиоэкологической модели по технологии, разработанной сотрудниками лаборатории радиационно-экологической информатики НРЭР, в проекте МАГАТЭ EMRAS [6], результаты опубликованы в серии работ [7-12].

Дозы облучения ликвидаторов

В настоящее время в Единой федеральной базе данных (ЕФБД) НРЭР зарегистрировано 200 707 ликвидаторов последствий аварии на ЧАЭС, из них 142 885 человек (71,2%) имеют документальные дозы внешнего облучения и даты въезда-выезда в зоне ликвидации последствий аварии. Для сравнения в японском регистре выживших после атомной бомбардировки городов Хиросима и Нагасаки из 120,3 тыс. зарегистрированных данные о реконструированных индивидуальных дозах имеют 86,6 тыс. лиц (72,0%).

На рис. 1 представлены информация о распределении числа ликвидаторов по дозе внешнего облучения, полученной ликвидаторами 1986, 1987 и 1988-1990 гг. участия в ликвидации последствий аварии на ЧАЭС.

35%

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%

и о Q.

О I-Ф

S и

СК с; о

Рис. 1. Распределение числа ликвидаторов 1986, 1987 и 1988-1990 гг. участия в ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, зарегистрированных в НРЭР, по дозам внешнего облучения.

Максимальные дозы облучения получили ликвидаторы 1986 г. участия (62 737 чел.), средняя доза внешнего облучения ликвидаторов 1986 г. участия составила 150,3 мГр, средняя доза внешнего облучения ликвидаторов 1987 г. участия (51 962 чел.) – 89,8 мГр, средняя доза внешнего облучения ликвидаторов 1988-1990 гг. (27 932 чел.) – 36,7 мГр. 95,5% ликвидаторов 1986 г. получили дозы облучения до 250 мГр, 75,9% ликвидаторов 1987 г. участия имеют дозы до 100 мГр.

Анализ качества дозиметрических данных ликвидаторов, внесённых в НРЭР, показывает, что явных противоречий между параметрами радиационной обстановки в зонах радиоактивного загрязнения, характером работ, проведённых ликвидаторами, и занесёнными в регистр дозами, не обнаружено [13]. Кроме того, статистический анализ дозиметрических данных ликвидаторов, зарегистрированных в НРЭР, показал: 1) качественное соответствие доз, внесённых в регистр, радиационной обстановке в зонах проведения работ; 2) отсутствие значительной по численности доли ликвидаторов, дозы которых, не обладают приемлемой степенью достоверности [13].

В целом по НРЭР для ликвидаторов 1986 г. участия распределение доли ликвидаторов по величине дозы внешнего облучения имеет максимумы при дозах 10, 50, 100 и 250 мГр. Для ликвидаторов 1987 г. участия – максимумы в области доз внешнего облучения 10, 50 и 100 мГр. В последующие годы распределение доз смещается в область меньших значений с максимумами в области доз 10 и 50 мГр. В подавляющем большинстве субъектов России распределение доз внешнего облучения соответствует распределению в целом по НРЭР.

Дозы облучения населения

На данный момент общая численность зарегистрированных в ЕФБД НРЭР лиц, проживающих на наиболее загрязнённых территориях Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей, относящихся к зоне отселения и зоне с правом на отселение, составляет 382 845 человек. Подавляющее большинство таких лиц зарегистрировано в Брянской области (85%), в Тульской, Орловской и Калужской областях зарегистрировано 8%, 5% и 2% от общего числа лиц данной категории соответственно.

В работе [14] представлен обзор методов реконструкции динамики доз облучения населения после аварии на ЧАЭС, используемых в НРЭР, для обеспечения радиационно-эпидемиологических исследований на основе официальных методик и их модификации.

По методике, разработанной в НРЭР, проведена реконструкция динамики накопления средних в НП эффективных доз облучения с 1986 по 2025 гг. и её составляющих: доз внешнего облучения, доз внутреннего облучения в год аварии за счёт поверхностного загрязнения радионуклидами 134+137Cs кормовой и продовольственной сельскохозяйственной продукции и в последующие годы за счёт корневого пути её загрязнения радионуклидами 134+137Cs.

С использованием полученной базы данных о динамике годовых и накопленных доз внешнего, внутреннего и эффективных доз облучения населения во всех НП 4-х загрязнённых после аварии на ЧАЭС областей России рассчитывались дозы облучения населения, зарегистрированного в НРЭР, накопленные с момента аварии по 31.12.2025 г., с учётом возраста, определяющего начало и продолжительность облучения. Методы реконструкции динамики доз внутреннего облучения верифицированы на базе данных радиометрии 131I в ЩЖ и 137Cs в теле для жителей Брянской и Калужской областей в год аварии, на данных СИЧ-измерений активности 137Cs в теле для жителей Брянской области в 1994 г. и данных каталогов годовых за 2011 и 2014 гг. эффективных доз и её составляющих доз внешнего и внутреннего облучения населения в областях, загрязнённых после аварии на ЧАЭС. Хорошее согласие доз населения, рассчитанных по методикам НРЭР, с данными каталогов Роспотребнадзора для критических групп населения, пересчитанных к средним дозам в НП, даёт основание для использования расчётных доз в радиационно-эпидемиологических исследованиях [14].

В табл. 1 представлены основные дозовые характеристики когорты зарегистрированных в НРЭР лиц, проживающих на загрязнённых территориях с плотностью загрязнения по 137Cs свыше 185 кБк/м2. Как видно из таблицы, среднее значение накопленных к концу 2025 г. эффективных доз у зарегистрированных в НРЭР лиц, проживающих на наиболее загрязнённых территориях Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей c плотностью загрязнения по 137Cs свыше 185 кБк/м2 и рождённых до аварии, составляет 36 мЗв, т.е. превышение над дозами населения, накопленными за счёт естественного радиационного фона, составило около 25%, а для рождённых после аварии – 15,2 мЗв (более чем в 2 раза меньше).

Таблица 1

Основные дозовые характеристики когорты зарегистрированных в НРЭР лиц, проживающих на загрязнённых территориях с плотностью загрязнения по 137Cs свыше 185 кБк/м2

Категория наблюдения	Число зарегистрированных лиц	Средняя индивидуальная доза внешнего облучения, накопленная по 2025 г., мЗв	Средняя индивидуальная доза внутреннего облучения, накопленная по 2025 г., мЗв	Средняя индивидуальная эффективная доза, накопленная по 2025 г., мЗв
Все проживающие на загрязнённых территориях	382 845	18,8	7,5	27,3
Родившиеся до аварии	222 463	24,1	10,6	36,0
Родившиеся после аварии	160 382	11,5	3,2	15,2

Гистограммы областных распределений числа лиц 4-х наиболее загрязнённых областей (Брянской, Калужской, Орловской и Тульской), зарегистрированных в НРЭР, родившихся до и после аварии, по дозам их внешнего, внутреннего облучения и эффективным дозам, накопленным с момента аварии по 31.12.2025 г., представлены на рис. 2.

Как видно из табл. 1 и рис. 2, для населения наиболее загрязнённых радионуклидами территорий Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областей, рождённого до аварии на ЧАЭС, среднее значение накопленных за период с 1986 по 2025 гг. доз внешнего облучения составило 24,1 мЗв, доз внутреннего облучения – 10,6 мЗв.

Для населения дозы внутреннего облучения за период достижения ими возраста 18 лет рассчитывались с учётом возрастных зависимостей дозовых коэффициентов и изменений рационов питания. К текущему году уже около 50% лиц, проживающих в наиболее загрязнённых радионуклидами территорий и состоящих в настоящее время на учёте (без выбывших и умерших) в НРЭР, родились после аварии.

Обращает на себя внимание, что диапазоны доз облучения лиц, родившихся после аварии, на порядок больше диапазонов доз облучения лиц, родившихся до аварии. При этом максимальные и средние дозы лиц, родившихся после аварии, меньше всего в 3-5 раз. Очевидно, что это обстоятельство должно быть учтено при проведении радиационно-эпидемиологических исследований, т.к. оно может существенно повлиять на оценки радиационных рисков.

Полученные данные об эффективных накопленных c момента аварии по 31.12.2025 г. дозах внешнего, внутреннего облучения и суммарные дозы облучения населения, проживающего в Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областях, по НП приведены на рис. 3-5.

Облпсть = '*4 области1'

Код доли “ "Эффективная доза по 2025 год"

ОМ г = 0.58          6N2r = 0.42

Dlr = 36mSv о li - 1.5 D2r - 15.2 mSv o2i - 1.9

n родившиеся после аварии

* родившиеся до аварии

Рис. 2. Гистограммы распределений числа лиц, зарегистрированных в НРЭР, родившихся до и после аварии, по дозам их внешнего, внутреннего и эффективным дозам облучения, накопленным с момента аварии по 31.12.2025 г.

В НРЭР был разработан модифицированный метод расчёта стандартных доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела для жителей НП загрязнённых областей России по результатам их радиометрии в 1986 г. Рассчитаны модифицированные стандартные дозы для всех жителей, зарегистрированных в НРЭР, по данным радиометрии населения. Степенные регрессии средних по НП модифицированных стандартных доз облучения от плотностей выпадения 137Cs практически не зависят ни от области, ни от типа НП. Стандартная среднегеометрическая ошибка расчёта стандартных доз по регрессионной зависимости равна 1,6-1,7. Стандартная среднегеометрическая ошибка оценки средней по НП доз внутреннего облучения ЩЖ или всего тела для жителей данного возраста равна 2,0-2,3. На основе информации о возрасте и месте жительства в 1986 г. для населения загрязнённых территорий, зарегистрированного в НРЭР, были получены индивидуализированные оценки доз облучения ЩЖ от инкорпорированных радионуклидов йода [1].

Известно, что доза облучения ЩЖ в группе детей и подростков до 18 лет снижается с увеличением возраста на момент облучения. В то же время доза облучения ЩЖ для взрослых старше 18 лет не зависит от возраста при облучении. Средняя доза облучения ЩЖ для детей и подростков 4-х наиболее загрязнённых областей составляет 174 мГр и 35 мГр – для взрослых.

Рис. 3. Эффективные накопленные по 31.12.2025 г. дозы внешнего облучения населения, проживающего в Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областях.

Рис. 4. Эффективные накопленные по 31.12.2025 г. дозы внутреннего облучения населения, проживающего в Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областях.

Рис. 5. Эффективные накопленные по 31.12.2025 г. дозы облучения населения, проживающего в Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областях.

зержински

Мосальский арятински ещовский

Ленинс бенски

Кировски озельски

23.0

Белевски

15.1

Дубровск

64.1

Клетнянский

Хотыне

Суражский рловски

21.5

39.0

37.6

а егощенск

Унечский

52.1

39.9

бковски

47.0

44.5

78.6

30.6

оловски 33.0

ародубс омосковский 28.9

Почепский 23.8

Одоевски 17.6

вастовичский 24.0

рсеньевски

Рогнединский

18.0

Брянский фремовский

Мценский 35.7

Чернский 29.1

19.2 Людиновс

17.2 Куйбышевск

32.5 Суземск

Ульяновский

37.4

Ливенский

30.7

олпнян ки 31.0

Краснозоренский ховский

43.1    39.4

Дозы, мГр

<10.0

10.0...20.0

20.0...30.0

30.0...40.0

40.0...50.0

>50.0

Рис. 6. Карта среднерайонных доз облучения щитовидной железы для детей и подростков (0-17 лет) на момент аварии, проживающих в Брянской, Орловской, Тульской и Калужской областях.

Рис. 7. Карта среднерайонных доз облучения щитовидной железы взрослого на момент аварии населения, проживающего в Брянской, Орловской, Тульской и Калужской областях.

На рис. 6 приведена карта среднерайонных доз облучения ЩЖ детей и подростков 4-х наиболее загрязнённых областей, на рис. 7 представлена карта среднерайонных доз облучения ЩЖ взрослого населения 4-х областей. Как видно на рис. 6, наибольшему облучению подверглись дети и подростки юго-западных районов Брянской области.

Радиоэкологические исследования динамики транспорта продуктов аварии на ЧАЭС по тропической цепочке

В настоящее время в НРЭР продолжаются исследования динамики транспорта радиоактивных продуктов аварии на ЧАЭС по тропической цепочке: атмосфера – почва – растительность – организм сельскохозяйственных животных – молоко – человек на основе дифференциальной агро-радиоэкологической модели [2-5] с целью более точной оценки доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела для жителей загрязнённых областей России после аварии на ЧАЭС.

Математическая постановка модели представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений с нелинейными, зависящими от времени параметрами, описывающих следующие процессы:

• •    выпадение радионуклидов из атмосферы на местность;

• •    загрязнение растительности культурных и естественных пастбищ, однолетней и многолетней зелени;

• •    транспорт радионуклидов по внутренним органам молочного скота, загрязнение частного и коммерческого молока;

• •    транспорт радионуклидов по внутренним органам человека;

• •    формирование доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела человека за счёт ингаляции и употребления в пищу загрязнённого молока и зелени.

На начальном этапе были выполнены работы по созданию и верификации взаимосогласованной базы входной информации имитационной модели транспорта радионуклидов 137Cs и 131I по пищевой цепочке по технологии, разработанной сотрудниками в проекте МАГАТЭ EMRAS на инструментальных данных европейских сценариев проекта EMRAS («Варшавского» и «Пражского») [7, 8]:

• •    годовой ход среднесуточных температур в приземном слое воздуха на метеостанциях,

• •    величина и продолжительность осадков на метеостанциях в период апрель-июль 1986 г.,

• •    удельные объёмные активности ¹³⁷Cs, ¹³¹I и формы его нахождения в атмосфере за период с 3 по 16 сут после аварии;

• •    плотность выпадения ¹³⁷Cs на местность.

Как правило, измерения этих параметров проводились в разных местах: метеоданные – на метеостанциях, параметры радиоактивности атмосферы – в лабораториях научных институтов, радиоэкологические измерения плотностей выпадения радионуклидов, места отбора проб почв растительности и молока с их последующей радиометрией и спектрометрией – на загрязнённой территории. Поэтому для проведения радиоэкологических исследований с использованием имитационной модели сначала были выполнены работы по созданию баз полного комплекта взаимно согласованных входных данных: динамики удельных объёмных активностей и форм существования радионуклидов 137Cs и 131I в атмосфере, осадков в период выпадений и плотностей выпадения 137Cs в НП.

Для согласования входных данных используются две модели над территориями: однородного облака – неоднородных осадков и неоднородного облака – однородных осадков.

В модели однородного облака – неоднородных осадков вся исследуемая территория разбивается на отдельные кластеры, в каждом из которых проводились измерения параметров загрязнения атмосферы. Кластеры выбираются таким образом, чтобы при наличии в них измерений активностей радионуклидов в атмосфере в разных местах их интерполяционные временные зависимости были бы представительны для всего кластера. Для выбранных кластеров предполагается пространственная однородность динамики параметров загрязнения атмосферы, а пространственная неоднородность плотностей выпадения радионуклидов по территории кластера обусловлена неоднородностью осадков за период радиоактивных выпадений. С учётом турбулентных процессов в атмосфере и разворота ветра по её высоте размеры кластера, как правило, не должны превышать 0,1 расстояния между кластером и местом аварии. Дополнительным условием преимущественной применимости модели однородного облака является наличие в кластере существенного, не менее чем на порядок, размаха в плотностях выпадения 137Cs.

В модели неоднородного облака – однородных осадков вся исследуемая территория так же разбивается на отдельные кластеры, в каждом из которых находится одна метеостанция или метеопост с данными об осадках за период выпадений. Учитывая, что пространственная неоднородность осадков на местности при их не обложном характере, как правило, имеет порядок одного-нескольких километров, размер таких кластеров вокруг метеостанции должен быть такого же порядка. Предполагается, что во всех местах кластера осадки за период выпадений были такими же, как на метеостанции в её расположении. Реконструкция средней за период выпадений удельной объёмной активности 137Cs в атмосфере для данного места производится по данным о плотностях выпадений 137Cs в нём и осадках за период выпадений по метеоданным. Если в каком-то месте в кластере проводились измерения динамики удельной объёмной активности 137Cs в атмосфере, то она используется для реконструкции в нём осадков за период выпадений по модели однородного облака.

В целом для большинства НП прямые расчёты плотностей выпадения 137Cs по согласованным инструментальным данным (активности 137Cs в атмосфере-метеоданные об осадках) дают существенное отличие от их инструментальных величин. Причём тем больше, чем больше плотность выпадения 137Cs.

На следующем этапе работ [9-11] проводились исследования динамики активности 131I в травяной растительности. Результаты сопоставления расчётных реконструированных и инструментальных данных (рис. 8) показывают их вполне удовлетворительное согласие за весь период основных выпадений для 2-х регионов по сценариям проекта EMRAS.

Рис. 8. Динамика удельной активности ¹³¹I в свежей траве и осадков в 2-х регионах по сценариям проекта EMRAS.

В работе [11] описан метод корректировки динамики транспорта радионуклидов по элементам пищевой цепочке: трава пастбищ, зелень – молоко – организм человека путём последовательной нормировки расчётных данных в каждом последующем элементе на среднее значение отношения инструментальных к расчётных данным в предыдущем элементе.

Предложенные методы предназначены для создания базы взаимно согласованных расчётных и реконструированных инструментальных данных: активность 137Cs и 131I в атмосфере – осадки – плотность выпадения 137Cs на местность – удельная активность 131I в растительности.

На заключительном этапе работ проводилась реконструкция, верификация и оценка достоверности реконструкции динамики активности 131I в молоке [12] на многокамерных моделях «йодной» и «цезиевой» молочной коровы [3].

По всем вариантам входных данных об осадках и активностям 137Cs и 131I в атмосфере последовательно проводились следующие расчёты:

• •    прямой расчёт без учёта поправок;

• •    с учётом невязок расчётных и реконструированной «инструментальной» активности ¹³¹I в зелёном корме, равных 0,96-0,98;

• •    с учётом долей чистого зелёного корма в рационе крупного рогатого скота (КРС) в молочных округах (расчёт с учётом поправок на загрязнение и относительных долей ферм (%) в молочных округах, не имеющих запасов чистых кормов), с размахом, равным 0,17-0,96;

• •    с учётом всех поправок.

Реконструкция ингаляционной составляющей поступления 131I в молоко, выполненная на примере инструментальных данных для фермы, в рацион КРС которой входил только чистый корм урожая прошлого кода, показывает, что результаты расчётов по модели однородного облака удовлетворительно согласуются с инструментальными данными (рис. 9).

Рис. 9. Удельная активность ¹³¹I в молоке на ферме и удельной активности ¹³¹I в атмосфере.

В качестве примера результаты расчётов и инструментальные данные удельных активностей 131I в молоке представлены без учёта поправок и с учётом поправок на загрязнение и долю загрязнённого корма в рационе КРС (рис. 10).

Как видно на рис. 10, получены перспективные результаты верификации модели на инструментальных данных динамики удельных активностей ¹³¹I и ¹³⁷Cs во всех элементах пищевой цепочки – основных дозообразующих источников их поступления в организм человека: ингаляция, потребление зелени и молока. Полученные результаты исследования показывают, что результаты расчётов по модели однородного облака удовлетворительно согласуются с инструментальными данными. Архивные данные измерений активностей ¹³¹I и ¹³⁷Cs в молоке и плотностей их выпадений на местность в Калужской области, имеющиеся в распоряжении НРЭР (отчёт «Результаты дозиметрического и медицинского обследования населения ряда районов Калужской области, оказавшихся в зоне выпадения радиоактивных осадков вследствие аварии на Чернобыльской АЭС», 1987 г.) в совокупности с технологией проекта EMRAS может быть использована для исследований динамики удельных активностей ¹³¹I и ¹³⁷Cs во всех элементах пищевой цепочки поступления радионуклидов в организм человека на загрязнённых территориях России.

a

б

Рис. 10. Удельная активность ¹³¹I в молоке без учёта поправок (а) и с учётом поправок на загрязнение и долю загрязнённого корма в рационе КРС (б).

Заключение

За годы, прошедшие с момента создания государственной информационной системы НРЭР, на его федеральном уровне выполнен большой объём работ по дозиметрическому обеспечению радиационно-эпидемиологических исследований, проводимых по ликвидаторам последствий аварии на ЧАЭС и жителям загрязнённых радионуклидами территорий России.

Созданные в предыдущие годы базы и банки радиометрических, радиоэкологических и дозиметрических данных, а также программно-технический комплекс реконструкции динамики годовых и накопленных средних по НП эффективных доз облучения и доз облучения ЩЖ, продолжают развиваться и совершенствоваться.

По результатам выполненных исследований динамики транспорта продуктов аварии ЧАЭС по тропической цепочке можно полагать, что разработанная имитационная радиоэкологическая модель и созданный на её основе программный комплекс обладают всеми необходимыми возможностями при исследованиях динамики транспорта продуктов радиационных аварий с их выбросом в атмосферу.

Получены перспективные результаты верификации модели на инструментальных данных динамики удельных активностей 131I и 137Cs во всех элементах пищевой цепочки поступления основных дозообразующих источников в организм человека: ингаляция, потребление зелени и молока. Это в свою очередь позволит уменьшить неопределённости расчётов доз внутреннего облучения ЩЖ и всего тела для населения загрязнённых территорий.

Средние значения отношений активностей 131I/137Cs и относительных форм существования 131I в атмосфере по данным проекта EMRAS c учётом их относительно слабой изменчивости могут быть использованы в качестве первых приближений для загрязнённых областей России.

Накопленный опыт работ в проекте EMRAS в дальнейшем будет использован для выполнения аналогичных исследований динамики удельных активностей 131I и 137Cs во всех элементах пищевой цепочки поступления основных дозообразующих источников в организм человека на загрязнённых территориях России.