Сравнительная оценка радиационного воздействия на биоту и население в идентичных радиоэкологических условиях в зоне влияния хранилища радиоактивных отходов

В настоящее время, учитывая возможное неэквидозное облучение человека и биоты, требуется гармонизация подходов обеспечения радиационной безопасности окружающей среды [1]. При этом возникает необходимость гармонизации оценок воздействия радиационного фактора на человека и биоту. Однако до сих пор нет единых международных норм, критических дозовых нагрузок для биоты. Например, в рамках проекта ERICA рекомендован безопасный предел 10 мкГр/ч, который предназначен для всех групп организмов [2]. МКРЗ в Публикации 108 [3] дифференцирует представителей биоты и рекомендует следующие безопасные уровни воздействия ионизирующего излучения: для млекопитающих, позвоночных животных и сосны обыкновенной – 0,1-1,0 мГр/сут, а для растений и беспозвоночных животных – 10-100 мГр/сут. Дифференцированный подход также был предложен Министерством энергетики США [4]:

для водных животных и наземных растений дозовым пределом является 10 мГр/сут, а для наземных животных - 1 мГр/сут. Анализ рекомендуемых международными организациями безопасных пределов облучения биоты показывает, что минимальные уровни колеблются в пределах 4-40 мкГр/ч.

В связи с вышесказанным возникает ряд неопределённостей при оценке радиационного воздействия на человека и биоту в одинаковых радиоэкологических условиях, т.е. обитающих на одной территории.

Целью данной работы является проведение оценки радиационного воздействия на население и биоту идентичных радиоэкологических условий посредством индексов радиационного воздействия с учётом критических дозовых нагрузок на биоту, рекомендованных в рамках проекта ERICA и полученных в собственных натурных исследованиях при анализе изменения референтных показателей наземного моллюска улитка кустарниковая F.fruticum .

Оценку дозовых нагрузок проводили на население и биоту, находящихся в радиоэкологических условиях, сложившихся после разгерметизации ёмкости хранилища радиоактивных отходов (РАО) в 1998 г. на севере Калужской области [5]. На территории сформировался источник радиоактивного загрязнения и регистрируется поступление 90Sr и 137Cs в прилегающие экосистемы.

Материалы и методы

Оценку дозы облучения населения проводили на основании методологии, предложенной МАГАТЭ [6]. В соответствии с методологией оценки доз для населения от воздействия хранилища РАО использовали сценарий поступления радионуклидов в окружающую среду - «утечка жидкости» - утечка жидкости из хранилища траншейного типа. Сценарий учитывает поступление радиоактивных вод в окружающую среду от некондиционированных отходов в хранилище при штатном режиме работы. При утечке радиоактивных вод из хранилища дождевая вода ин -фильтруется через отходы, а затем попадает со сточными водами в дренажную систему. Из дренажной системы загрязнённый водный поток устремляется в локальный водный объект. Потоки загрязнённых вод могут попасть в окружающую среду и подвергнуть загрязнению близлежащие территории. С одной стороны, этот сценарий является наиболее вероятным для хранилищ радиоактивных отходов, которые были созданы в 50-60-е гг. прошлого столетия и не обладают совершенным проектным планом, безопасным местоположением для хранения РАО. С другой стороны, выбранный сценарий в наибольшей степени характеризует реальную картину поступления активности от исследуемого хранилища РАО в окружающую среду.

Дозовые нагрузки рассчитывались для населения, проживающего постоянно или ведущего сельскохозяйственную деятельность вблизи хранилища РАО. Дозы для персонала не рассматривались ввиду его крайней малочисленности. Для расчётов были использованы параметры, полученные при проведении мониторинговых работ изучаемой территории [7], и параметры, рекомендуемые методикой [6].

Расчёт суммарной дозы на население для данного сценария проводился по формуле:

Dose = Dose ng i + Dose inh.i + Dose ext i . (1)

где Doseingi - годовая доза внутреннего облучения населения от поступления радионуклида с пищевыми продуктами и водой (вклад /-го радионуклида, содержащегося в загрязнённой почве), Зв/год; Dose/nh,/ - годовая доза внутреннего облучения населения за счёт ингаляции от пы- ли (вклад i-го радионуклида, содержащегося в почве), Зв/год; Doseext,i – годовая доза внешнего облучения населения, включающая облучение от загрязнённой радионуклидом поверхности земли (вклад i-го радионуклида, содержащегося в почве), Зв/год.

Мощность поглощённой дозы облучения для наземного моллюска, обитающего на территории расположения хранилища радиоактивных отходов, определили посредством метода Монте-Карло [8]. Для расчёта с использованием пакета MCNP были разработаны материальная и геометрическая модели моллюска. Материальная модель учитывает состав раковины (CaCO 3 ) и её плотность. Состав мягкой ткани моллюска представлен 4-компонентной системой ICRU плотностью 1 г/см³ – модельной биологической тканью для дозиметрических работ. Геометрическая модель представлена подобранными параметрами: моллюск представлен геометрией шара, радиус шара 1 см; раковина моллюска имеет геометрию сферического слоя, толщина слоя 25 - 10 -4 см; масса моллюска (средняя масса моллюсков, обитающих на территории расположения хранилища РАО) – 7,2 г; масса раковины моллюска (средняя масса раковин моллюсков, обитающих на исследуемой территории) – 2,7 г. При расчёте мощности поглощённой дозы облучения учитывались все возможные сценарии облучения животного, а именно сценарий «самооблучение организма»; сценарий «обитание моллюска на поверхности почвы»; сценарий «облучение моллюска в состоянии анабиоза при зарывании моллюска в почву»; сценарий «облучение моллюска от крапивы при обитании на растительности в вегетационный период». Для расчёта мощности дозы облучения моллюска от излучения ⁹⁰Sr и его дочернего радионуклида ⁹⁰Y были решены задачи переноса излучений р - и у -источника.

Результаты и обсуждение

В настоящее время дискуссионным аспектом в радиобиологических исследованиях является экоцентрическая парадигма защиты окружающей среды, что требует оценки радиационного воздействия на биоту и человека, обитающих на одной территории, т.е. в идентичных радиоэкологических условиях. Для этих целей в ряде исследований [9-11] применяют индекс радиационного воздействия RIF h,b , который рассчитывали по формулам:

RIF h

D h CDV h

,

RIF b

D b

CDV_b ^,

где D h – доза облучения человека, Зв; D b – доза облучения биологического объекта, Гр; CDV h – критическая дозовая нагрузка для человека, Зв; CDV b – критическая дозовая нагрузка для биоты, Гр.

Если RIF h,b <1, то человека/биоту можно считать защищёнными от воздействия ионизирующих излучений, если RIF h,b >1 – не защищёнными. При сопоставлении индексов радиационного воздействия представляется возможным провести сравнительную оценку влияния аварийной ситуации «утечка жидкости» на хранилище РАО на биоту и человека. При этом, если RIF h > RIF b , то воздействие радиоэкологических условий на биоту меньше, чем на человека.

Таким образом, для проведения сравнительного анализа радиационного воздействия на население и биоту необходимо оценить соответствующие дозовые нагрузки и индексы радиационного воздействия. В рамках данной работы были рассчитаны дозы облучения населения при реализации сценария «утечка жидкости» на хранилище РАО.

Проведенные расчёты дозы облучения населения от множественных путей поступления радионуклидов в организм человека показали, что суммарная доза облучения составляет 4,0E-04 Зв/год (табл. 1). При этом основной вклад в дозу для населения вносит пероральный путь поступления 90Sr в организм с продуктами питания и водой [12].

Таблица 1 Доза облучения населения для сценария «утечка жидкости»

Радионуклид	Доза внутреннего облучения от продуктов питания, Зв/год	Доза внутреннего облучения от ингаляции, Зв/год	Доза внешнего облучения от поверхности почвы, Зв/год	Полная доза облучения населения, Зв/год
137 Cs	2,1E-07	2,6E-11	2,6E-07	4,7E-07
90 Sr	4,0E-04	1,2E-09	1,1E-06	4,0E-04

Для определения индекса радиационного воздействия для населения за критическую дозовую нагрузку ( CDV h ) принимался предел дозы для населения 1 мЗв/год, регламентируемый в [13], в качестве дозы облучения ( D h ) применялось рассчитанное значение дозы облучения населения – 4,0E-04 Зв/год. Индекс радиационного воздействия для населений RIF h составляет величину 0,4. На основании рассчитанного индекса радиационного воздействия можно заключить, что сценарий «утечка жидкости» создаёт радиоэкологическую обстановку на изучаемой территории, при которой человек является защищённым от радиационного воздействия, т.к. RIF h <1.

Расчёт индексов радиационного воздействия для наземного моллюска является более дискуссионным, чем для человека из-за отсутствия однозначных критериев защиты окружающей среды от радиационного фактора, а значит и отсутствия обоснованного и общепринятого значения критической дозовой нагрузки для биоты ( CDV b ). В связи с вышесказанным при проведении расчётов были использованы разные критические дозовые нагрузки (табл. 2).

В качестве CDV b использованы установленные в рамках многолетних натурных экспериментов критические нагрузки для наземного моллюска [14]. Критические нагрузки были определены при анализе зависимостей «доза-эффект», учитывая изменение высоты раковины моллюска и уровня белков металлотионеинов в зависимости от мощности поглощённой дозы облучения животного [14]. При изучении изменения высоты раковины установлена критическая дозовая нагрузка – 37 ± 6 мГр/год, при изучении уровня белков металлотионенинов – 42,3 ± 5,8 мГр/год. Также в качестве показателя CDV b принимался во внимание дозовый стандарт 10 мкГр/ч (87,6 мГр/год) [2], принятый в рамках проекта ERICA. В качестве дозы облучения биологического объекта D b принята максимальная мощность дозы облучения наземного моллюска, обитающего на изучаемой территории – 76 ± 9 мГр/год. Мощность поглощённой дозы облучения наземного моллюска была рассчитана посредством дозиметрической модели с использованием метода Монте-Карло [8].

На основании проведённых расчётов можно предположить, что наземный моллюск с учётом критических нагрузок, полученных при проведении натурных экспериментов, в сложившихся радиоэкологических условиях не является защищённым, т.к. индексы радиационного воздействия превышают 1 в среднем в 2 раза. Однако при учёте предела мощности дозы, предложенного проектом ERICA, изучаемый биологический объект является защищённым, т.к. RIF b <1.

Таблица 2

Индексы радиационного воздействия для наземного моллюска

Критическая дозовая нагрузка ( CDV b ), мГр/год	Индекс радиационного воздействия ( RIF b )
37±6	2,1
42,3±,8	1,8
87,6	0,9

Анализ воздействия радиоактивно загрязнённой территории в районе расположения хранилища РАО на человека и биоту осуществлялся посредством сравнения индексов радиационного воздействия RIF h и RIF b . На основании рассчитанных индексов наземный моллюск F.fruticum на изучаемой территории подвергается наибольшему радиационному воздействию, чем человек. При этом индекс RIF b > RIF h при учёте всех критических дозовых нагрузок как полученных нами в натурных экспериментах, так и рекомендуемых на международном уровне.

Следует отметить, что большее воздействие радиационного фактора на представителей биоты, чем на человека в идентичных радиоэкологических условиях, впервые было установлено на Южном Урале [1]. Аналогичный вывод был также отмечен и в регионе аварии на Чернобыльской АЭС, где превышение доз облучения представителей флоры и фауны превышало дозы облучения для человека в 30-120 раз [1].

Заключение

На основании проведённой сравнительной оценки радиационного воздействия на население и представителя биоты идентичных радиоэкологических условий, сложившихся при разгерметизации ёмкости хранилища РАО, можно сделать вывод о большем влиянии радиационного фактора на наземного моллюска, чем на человека.

Полученные оценки ставят под сомнение антропоцентрический принцип «если защищён человек, то защищена и биота», что в свою очередь обсуждается многими учёными и авторитетными международными организациями в области защиты окружающей среды от радиационного фактора. При этом необходимо расширять анализ ситуаций, когда потенциально нарушается антропоцентрический принцип в системе радиационной защиты и превалирует экоцентри-ческий подход, в том числе и с учётом представителей биоты, не включённых в список «условных (референтных) животных и растений» [3].