Изучение гамма-излучения радиоактивных веществ, находящихся в почве как материал для последующей оценки вероятности различных заболеваний в СССР, США и в Европе в 50-е гг. Хх века: исторический ракурс

другими симптомами поражения пирамидного пути.

Синдром «Увеличение СОЭ в цереброспинальной жидкости пациентов с воспалительными заболеваниями ЦНС» зарегистрирован как изобретение в 1986 году [7].

Установлен «синдром корреляции клинических вариантов вегета-тивной дистонии с поражением стволовых отделов головного мозга, при диссомничесеком варианте вегетативной дистонии выявлена преимущественная дефицитарность левого полушария головного мозга [12].

Синдром биохимических нарушений установлен при эпилепсии. Он заключается в повышении уровня глутамата в ликворе пациентов, снижение активности дофаминового и норадреналинового звеньев симпа-то-адреналовой системы. Данный синдром отражает важную роль глутаматергической эксайтотоксичности и недостаточность тормозных медиаторных систем головного мозга в патогенезе эпилепсии [9,10,11].

Особая форма психовегетативного синдрома отмечена у метеотропных пациентов с хроническими нарушениями мозгового кровообращения: она включает

стволовую дисфункцию, симпатикотонию, тревожнодепрессивное расстройство, низкий уровень самочувствия, активности и настроения. Данный синдром отражает преимущественную недостаточность крово-об-ращения в вертебро-базилярном бассейне [14].

«Синдромы адаптационных и дезадаптационных состояний личности» описаны при исследовании психофизиологического типа пациента [8]. Адаптационными состояниями являются демпфирование и акцентуация. К дезадаптационным состояниям относятся амальгамирование, выраженная акцентуация, химери-зация, деперсонализация и мозаичный тип личности. «Амальгамирование» и «химеризация» как синдромы личностных нарушений описаны впервые [8]. Они рассматриваются как различные варианты смешения психопатологических черт характера [4] и коррелируют с другими психосоматическими расстройствами.

Представленные симптомы отражают патогенетические механизмы заболеваний нервной системы и открывают возможность для разработки новых методов лечения неврологических пациентов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Быков Ю.Н., Васильев Ю.Н., Окладников В.И. Методика исследования неврологических больных* Учебное пособие. — Иркутск: ИГМУ, 2013. — 55 с.

2. Быков Ю.Н., Окладников В.И. Использование экзогенных стимулирующих факторов в реабилитации больных ишемическим инсультом // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. — 2002. — Т. 1. №6. — С. 119-122.

3. Васильев Ю.Н., Ламм И.В., Окладников В.И. Патологическая язычно-подбородочная синкинезия // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). — 2002. — Т. 31. №2. — С. 74.

4. Жмуров В.А. Психиатрия: Энциклопедия. — В 2-х т.: Т.

2. — Иркутск: Репроцентр А1, 2012. — С. 56.

5. Николайчук С.В., Быков Ю.Н. Реабилитация больных ишемическим инсультом // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). — 2004. — №2. — С. 99-104.

6. Окладников В.И., Васильев Ю.Н., Секунда Ю.И. Личностные особенности патогенеза панического расстройства // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). — 2007. — №4. — С. 24-27.

7. Окладников В.И., Осокин В.В. Способ диагностики заболеваний нервной системы // Авторское свидетельство на изобретение №1298666 от 22.11.1986.

8. Окладников В.И. Личность (типология, адаптация, коррекция). — Иркутск, 2010. — 216 с.

9. Окладников В.И. Система аммиак-глутаминовая кислота-глутамин в цереброспинальной жидкости и крови больных эпилепсией: Автореф. дисс. ... канд. мед. наук. — Иркутск, 1969. — 20 с.

10. Окладников В.И. Катехоламинергические механизмы эпилепсии // Советская медицина. — 1981. — №4. — С. 39-42.

11. Окладников В.И. Катехоламинергические механизмы патогенеза эпилепсии: Автореф. дисс. . д-ра мед. наук. — М., 1984. — 41 с.

12. Соловьева Е.С., Окладников В.И., Михалевич И.М. Клинико-эпидемиологическая характеристика синдрома вегетативной дистонии // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). — 1994. — №1,2. — С. 19-21.

13.Ходос Х.-Б.Г. Нервные болезни: Рук-во для врачей. — М.: МИА, 2013. — 615 с.

14. Шагдурова Э.А., Окладников В.И. Качество жизни у ме-теочувствительных пациентов с дисциркуляторной энцефалопатией // Психосоматические и соматоформные расстройства в клинической практике: материалы VI Байкальской межрегиональной конференции. — Иркутск, 2010. — С. 35-38.

Информация об авторах: Быков Юрий Николаевич — д.м.н., профессор, заведующий кафедрой, 664003, Иркутск, ул. Крассного Восстания, 1; Окладников Владислав Иванович — д.м.н., профессор;

Васильев Юрий Николаевич — к.м.н., доцент.

© ШЕВЧЕНКО Е.В., КОРЖУЕВ А.В. — 2013 УДК: 521.1+531+531.5

ИЗУЧЕНИЕ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ, НАХОДЯЩИХСЯ В ПОЧВЕ КАК МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ В СССР, США И В ЕВРОПЕ

В 50-Е ГГ. ХХ ВЕКА: ИСТОРИЧЕСКИЙ РАКУРС

Елена Викторовна Шевченко1, Андрей Вячеславович Коржуев2 (1Иркутский государственный медицинский университет, ректор — д.м.н., проф. И.В. Малов, кафедра медицинской и биологической физики, зав. — д.б.н., проф. Е.В. Шевченко;

2Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, ректор — д.м.н., проф. П.В. Глыбочко)

Резюме. Представлен исторический обзор работ советских, европейских и американских авторов, теоретически и экспериментально определявших мощности доз и степени ионизации, вызванной у-излучением радиоактивных изотопов, находящихся в почве — представлены и обсуждены результаты, полученные в различных регионах земного шара в 50-е гг. ХХ века.

Ключевые слова: гамма-излучение, радиоактивные изотопы, степень ионизации, мощность дозы радиоактивного излучения, источник внешнего облучения организма.

GAMMA-RADIOACTIVE ISOTOPES IN THE SAIL STUDYING AS A BASE FOR ESTIMATION PROBABILITY OF DISEASES: HISTORIC ASPECT FOCUSED ON USSR, USA AND EUROPEAN SCIENTIFIC ARTICLES PUBLISHED IN 50TH YEARS OF XXTH CENTURY

Elena V Shevchenko, Andrey V Korjuev

Summаry. Historical review of results obtained by soviet, European and American scientists calculating theoretically and experimentally detected dosage rate and ionization density produced by y-radiation in the soil is presented in the article. Discussion is focused of results defected in many regions of the Earth in 50th years of XXth century.

Key words: gamma-radiation, radioactive isotopes, ionization density, exposure dosage rate of a radioactive radiation, sources of external radiation, effect on human body.

Данные геологии и космогонии, полученные к обсуждаемому в статье периоду (50-е гг. ХХ столетия), позволяли с высокой вероятностью утверждать, что в эпоху антропогенеза ни интенсивность космических лучей, ни концентрация радиоактивных веществ в окружающей человека среде не претерпели существенных изменений. Это позволило заключить, что радиоактивное облучение, которому человечество подвергалось в течение десятков тысячелетий, является безопасным, так как человек к нему приспособился. Эта точка зрения получила экспериментальное подтверждение в работах А.А. Дробкова [3], L.T. Alexander [7], А.О. Войнар [1] и ряда других авторов — было доказано, что радиоактивное излучение даже необходимо для развития живых организмов. С другой стороны, каждое новое испытание образцов атомного и ядерного оружия значительно повышало концентрацию в биосфере Земли долгоживущих радиоактивных осколков деления Ce144, Pr144, Cs137, Sr90. В частности, концентрирование этих изотопов, особенно Sr90, обусловленное различными биологическими цепочками, и последующее попадание их в организм с пищей привело в эти годы к увеличению доз ежедневного радиоактивного облучения. По мнению медиков, возникавшая в связи с этим опасность была достаточно велика, и стало необходимым тщательное исследование уровня фонового облучения, существовавшего до начала широкого применения ядерной энергии, и его связи с состоянием здоровья населения [2,4].

К обсуждаемому периоду уже было установлено, что к источникам внешнего облучения человеческого организма относились: космические лучи, гамма-излучение радиоактивных веществ, содержавшихся в почве, в строительных материалах и в воздухе. Почвенный компонент будет подробно обсужден в данной статье.

К 50-м гг. ХХ столетия было установлено, что естественные радиоактивные вещества широко распространены в природе и, в частности, входят в состав земной коры. Большинство естественных радиоактивных элементов, открытых в предшествующее десятилетие, например, Rb87 , Sm147, Lu138 , Re187 и др., были мало распространены, имели слабую удельную активность и небольшую энергию излучения, поэтому почти не влияли на интенсивность ионизации. Основными у-излучающими элементами, создающими ионизацию над поверхностью земли, являлись уран, торий и дочерние продукты их распада (среди них особенно выделяется радий), а также естественный радиоактивный изотоп калия K40 .

Содержания радия, тория и калия в почве определялось типом слагающих ее пород и изменялось в зависимости от месторождения того или иного материала. В табл. 1 приведены данные авторов: Хултквиста,

Зиверта [14], Баранова, Вернадского, Виноградова и Щербакова [5,6] о содержании радия, тория и калия в различных минералах.

Как следует из табл. 1, вулканические породы, как правило, более активны, чем осадочные. По мнению Либби [14], для осадочных пород общее усредненное значение активности составляло примерно % величины, найденной для гранитов. Точно определить эту

долю было довольно трудно, так как содержание естественных радиоактивных веществ в минералах сильно флуктуировало.

Расчетные значения дозы у-облучения над минералами различных типов были получены Либби и Хул-тквистом. В расчетах, опубликованных в работе Либби, было использовано предположение, что энергия, поглощенная 1 г человеческого тела, находящимся на поверхности земли, эквивалентна той энергии, которая поглощается 1 г верхних слоев земли при прохождении через них у-излучения, эмитируемого породами. Коэффициент, равный двум, был введен для учета геометрии облучения.

Хултквист и Зиверт [14] определил зависимость первичной ионизации над поверхностью земли от содержания радиоактивных веществ в почве. Полученная им формула выгодно отличалась от опубликованных ранее расчетов [9] тем, что окончательное выражение содержало только один параметр, связанный с местными условиями, а также тем, что расчет опирался на экспериментально измеренные спектры у-излучения, а не на результирующие коэффициенты поглощения смешанного излучения, в действительности не являющиеся постоянными.

В приведенной автором формуле первичная ионизация над поверхностью земли, обусловленная содержанием 5 г радиоактивного вещества на 1 г почвы была выражена как функция единственного параметра 5 и не зависела от плотности земли, от ее состава и расстояния до излучающей поверхности (в пределах нескольких метров от уровня земли).

После подстановки численных величин и введения единственной значительной поправки на рассеянное излучение Хултквистом были получены следующие рабочие формулы, на основе которых рассчитаны величины ионизации.

1и = 0,44  106

I_ = 1,26  1012  5К

Ка ^ Ка 4 '

для ряда 1п

^ = 0,21  106

для К

1к = 91  5,

Таблица 1

Содержание радия, тория и калия в различных минералах

Минерал и морская вода Ra 226

Вулканические породы 1,3 12 2,6

Граниты: 3,1 320 3,4

Сев. Америка, Гренландия... 1,6-0,1 8,1-0,8 3,9

Финляндия 4,7-0,4 28-2,4 5,1

Альпы 4,4-0,7 33-5 2,5

Базальты: 1,4 6 1,3

Сев. Америка, Гренландия.. 0,96-0,06 9,8-0,8

Англия, Германия, Франция и Венгрия 1,3-0,1 8,8-1,0

Осадочные породы Глина 1,5 11 2-3

Песчаник 1,4 5 1

Известняк До 1,5 1 0,1-0,5

Квасцы (alum shale) из Швеции... До 120 0,6-2,0 3,5

Морская вода 0,08 • 10 -3 0,5 • 10 -3

При выводе выражения (4) было учтено содержание обычного калия (K39), а численный коэффициент получен для радиоактивного изотопа K40, содержащегося в количестве 0,0119% [9]. По оценке Хултквиста, наибольшая возможная ошибка для величин ионизации, приведенных в таблице 2, лежит между 25-30% для наименее активных веществ. В основном она обусловлена неопределенностью поправки на рассеянное излучение. При рассмотрении таблицы 2 обращает на себя внимание исключительно высокая мощность дозы у-облучения над квасцами (alum shale), определенная в Швеции. Однако следует иметь в виду, что в действительности такой «чистый» случай облучения никогда не имеет места; достаточно относительно тонкого слоя менее активных веществ (перегноя, дерна, снега), чтобы поглотить у-излучение полностью. Примером такого явления могло служить поглощение у-излучения подстилающих пород снеговым покровом

[14], препятствующее проведению аэрогамма-съемки местности в зимнее время. В данной статье были представлены результаты расчетов шведских исследователей Зиверта и Хултквиста по уменьшению интенсивности фонового у-излучения с увеличением толщины снежного покрова. Расчеты были выполнены для трех наиболее часто встречающихся плотностей снега (0,10;

0,25 и 0,40 г/см3). Теоретической основой для вычислений послужили указанные выше формулы (1-4), в которые были введены дополнительные члены для учета поглощения и рассеяния у-квантов слоями снега. Из приведенных данных следовало, что для уменьшения интенсивности фонового у- излучения вдвое достаточно 15 см слежавшегося снега (плотностью 0,40 г/ см3), 25 см снежного наста (0,25 г/см3) и 50 см свежевыпавшего снега. Очевидно, что эти величины являются небольшими даже для районов средних широт, и, следовательно, в зимние месяцы интенсивность фонового у — излучения должна существенно снижаться в районах с большим снежным покровом. Этот эффект был экспериментально изучен уже упоминавшимися шведскими физиками Зивертом и Хултквистом [14] для четырех областей своей страны. Полученные экспериментальные результаты в достаточной степени совпадали с расчетными величинами и свидетельствовали о сильном поглощении фонового у-излучения естественных радиоактивных элементов. Тем не менее, следовало учитывать, что в исключительных случаях мощность дозы над слоем квасцов вдвое превышала значение, приведенное в таблице 2.

Неоднократные измерения ионизации, обусловленной у-излучением земных пород различного типа, на открытом воздухе дали результаты, хорошо совпадающие с величинами, приведенными в таблице 2. В предшествующие годы при таких измерениях применялись сферические ионизационные камеры высокого давления, предложенные и разработанные Зивертом [13].

По измерениям Зиверта и Хултквиста, выполненным в 1952 г. в Швеции над различными типами подстилающей поверхности [14], интенсивность ионизации изменялась от 5,5 до 10,5 пар ионов/см3.сек, что соответствует дозе облучения от 1,54 до 2,97 мрад/неделя. По данным Бэрча и Спирса, опубликованным в 1954 г. [8], локальное у-излучение в Лидсе (Англия) создает в мягких тканях дозу в 1,12 мрад/ неделя. По измерениям Вейсса, выполнявшимся в течение года на территории Брукхейвенской национальной лаборатории (США) перед пуском реактора, интенсивность ионизирующих излучений, определенная при помощи ионизационной камеры из бакелита, составляла в среднем около 0,01 мрад/ч или 1,56мрад/ неделя [16].

В 1957 г. тщательную работу по измерениям мощностей дозы внешнего облучения от местных радиоактивных источников опубликовал американский физик Ниир [11]. Это исследование представляет особый интерес, поскольку автор сравнил результаты своих измерений с данными Милликена [10], полученными в 1928 г., задолго до начала широкого применения искусственных радиоактивных веществ, а также до испытаний образцов ядерного оружия. Чтобы устранить возможные различия, с конструктивными различиями измерительной аппаратуры, Ниир использовал ионизационную камеру, применявшуюся Милликеном при выполнении первоначального исследования. Повторная градуировка дала пересчетные коэффициенты, отличающиеся от данных Милликена у-фона применялись новые ионизационные камеры [10], которые во всех случаях дали показания, тождественные с полученными при помощи милликеновской камеры. Как одна, так и другая камера имели толщину стенки, достаточную для поглощения ^-частиц радиоактивных веществ естественного или искусственного происхождения. Из приведенных результатов следует, что, несмотря на обширный район исследований (от Гренландии до Перу), относительно высокий уровень мощности дозы у-излучения отмечен лишь в двух пунктах. Как в том, так и в другом случае это было обусловлено изверженными породами со значительным содержанием урана и тория и повышенной интенсивностью космического излучения на больших высотах. В среднем же уровень внешнего фонового облучения, по данным Ниира, был равен приблизительно 160 мрад/год [12], или 3,08 мрад/неделя. За вычетом эффекта космического излучения, соответствующего 0,53 мрад/неделя, получаем, что мощность дозы внешнего облучения, обусловленная у-квантами радиоактивных веществ, содержащихся в почве, составляет для западного полушария в среднем 2,55 мрад/год.

В 1958 г. были опубликованы результаты работ английских исследователей Виллея и Гоулда [15] по измерению уровня внешнего у-фона в ряде районов Англии. В середине 1958 г. группа сотрудников Лаборатории радиационной безопасности Комиссии по атомной энергии США под руководством Л. Солона опубликовала

[15] итоги тщательного обследования территории ряда районов США, проведенного с целью измерения уровня невозмущенного внешнего облучения (т.е. с исключением участков выхода гранитов, отдельных зданий из высокоактивных строительных материалов, местных радиоактивных выпадений и т.п.

Подводя итоги, можно утверждать, что в среднем ионизация, обусловленная у-излучением радиоактивных веществ, содержащихся в почве, составляет от 3,6 до 8,6

Расчетные величины мощности дозы у-облучения над различными минералами и над поверхностью моря

Таблица 2

Минерал и морская вода Ионизация (пар ионов /см3 /сек), обусловленная содержанием Доза у-облучения (включая космические лучи), мбэр/неделя

Ra Th K По расчету Хултквиста По расчету Либби

Вулканические породы 1,6 2,5 2,4 2,5 2,8

Граниты:

Сев. Америка, Гренландия... 2,0 1,7 2,6 -

Финляндия 5,9 5,9 4,9 -

Альпы 5,5 6,9 5,1 -

Базальты: 1,2

Сев. Америка, Гренландия, 1,2 2,1 1,9 -

Англия, Германия, Франция

и Венгрия 1,6 1,9 1,9 -

Осадочные породы

Песчаник 0,4 1,0 0,9 1,3 1,5

Известняк 1,3 0,2 0,3 1,1 -

Квасцы (alum shale) из Швеции. 75 0,3 3,2 23 -

Морская вода - 1,1

пар ионов/см3.сек (из величин ионизации на открытом воздухе вычтен эффект космического излучения, численно равный 1,9 пар ионов/см3.сек). Этой ионизации соответствует доза облучения 1,0-2,4 мрад/неделя.

Приведенные в статье результаты тщательных измерений доз радиоактивного у-излучения, которые обусловили возможность определить средние значе-

ния мощностей доз и представить коррелированный с различными факторами разброс значений, позволили в последующем выявить изменения этих величин, происходящие в результате атомных и ядерных испытаний, опосредовавших рост числа людей, у которых с различной степенью отсроченности были диагностированы соответствующие заболевания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Войнар А.О. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека. — М.: Советская наука, 1953.

2. Дробков А.А. Значение радиоактивных элементов в развитии клубеньковых бактерий и усвоении ими молекулярного азота воздуха. // Доклады АН СССР. — 1945. — Т. 49, №3.

3. Дробков А.А. Биологическая роль естественных радиоактивных элементов. // Усп. соврем. биол. — 1951. — №1.

4. Микроэлементы в жизни растений и животных. — М.: Изд-во АН СССР, 1952.

5. Тезисы докладов на Всесоюзном совещании по микроэлементам. — Рига, 1955.

6. Токарев А.Н., Щербаков А.В. Радиогидрогеология. — М.: Госгеолтехиздат, 1956.

7. Alexander L.T. Radioactive materials as plant stimulates. // Argon. J. — 1950. — Vol. 42. — P. 252-255.

8. Burch P.R.J., Spiers F W. Radioactivity of the human being. // Science. — 1954. — V. 120, № 3122. — P 719-720.

9. Cook J.C. An analysis of airborne surveying for surface radioactivity. // Geophysics. — 1952. — V. 17. — P. 687-706.

10. Millikan R.A. and Cameron G.H. A more accurate and more

extended cosmic ray ionization — depth curve and the present evidence for........

11. Neher H.V. Gamma-rays from local radioactive sources. // Science. — 1957. — V. 125. — P 1088-1089.

12. Nier A.O. A redetermination of the relative abundance of the isotopes of carbon, nitrogen, oxygen, argon and potassium. // Phys. Rev. — 1950. — V 77. — P. 789-793.

13. Sievert R.M. Measurement of gamma radiation from the human body. // Arkiv Fys. — 1951. — N 3. — P. 337-346.

14. Sievert R.M., Hultqvist B. Some Swedish isvestigation of the radioactivity of the human body. // Brit. J. Radiol. — 1957. — N7. Suppl. — P 1-12.

15. The measurement of body radioactivity. // Brit. J. Radiol. — 1957. — N7. Suppl. — P. 16-17.

16. Weiss M.M. Area survey manual. // Brookhaven Nat. Lab. Report, 167 (T-28), June 1952. Цит. по статье Cowan F.P Every day radiation. Phys. today, 5, 10-16 (Oct. 1952); BNL-1208, 1952.

Информация об авторах: Шевченко Елена Викторовна — заведующий кафедрой, профессор, д.б.н., 664003, Иркутск, ул. Красного Восстания, 1; Коржуев Андрей Вячеславович — профессор, д.п.н.