Методические подходы к расчету годовой эффективной дозы облучения жителей населенных пунктов Белоруссии

Методические подходы к расчету годовой эффективной дозы облучения жителей населенных пунктов Белоруссии

Миненко В.Ф., Дроздович В.В., Третьякевич С.С.

НИИ радиационной медицины Министерства здравоохранения Белоруссии, Минск

Годовая эффективная доза облучения по законам Белоруссии является одним из основных показателей оправданности проведения мероприятий, направленных на защиту населения от дополнительного радиационного воздействия после чернобыльской аварии.

Для расчета годовой эффективной дозы в настоящей работе использован подход, при котором основными исходными параметрами служат средняя мощность экспозиционной дозы на территории населенного пункта и суточный рацион питания человека, эквивалентный поступлению радиоцезия с 0.9 л молока и 0.8 кг картофеля в день и 90вг с 0.85 л молока и 0.95 кг картофеля. Выбранный методический подход дал возможность получить оценку годовой эффективной дозы с достаточно малым значением фактора неопределенности [3-5].

Methodological approaches to calculation of annual effective dose for the population of Belorus

Minenko V.F., Drozdovich V.V., Tret’yakevich S.S.

Research Institute of Radiation Medicine of Health Care Ministry of Belorus, Minsk

By the Law of Belorus, the annual effective dose is one of the principal indicators used to justify measures on public protection from additional radiation exposure after the Chernobyl accident. To calculate the annual effective dose the approach is used under which the main starting parameters is average dose rate on the territory of a populated point and a daily diet, equivalent to intake of radiocesium with 0.9 l of milk and 0.8 kg of potato per day and intake of 90Sr with 0.85 l of milk and 0.95 kg of potatoes. The selected methodological approach has enabled estimation of the annual effective dose with a fairly small uncertainty factor (3-5).

Введение

Одним из основных показателей оправданности проведения мероприятий по защите населения от дополнительного облучения после аварии на Чернобыльской АЭС по законам Белоруссии является годовая доза облучения [1, 2]. Работа по оценке годовой эффективной дозы облучения жителей республики была начата в 1991 г. в рамках бывшего СССР. В соответствии с разработанной методикой [3] в течение 1991-1992 гг. были обследованы населенные пункты, расположенные на территориях с плотностью загрязнения почвы 137Сэ более 37 кБк/м2. Следующая, законодательно установленная, переоценка годовых доз облучения проводилась в летне-осенний период 1994 г. с учетом изменений радиационной обстановки и условий жизни населения. В данной работе рассматриваются методические подходы, положенные в основу оценки годовой эффективной дозы жителей населенных пунктов Белоруссии в 1994 году.

1. Выбор критической группы

В соответствии с рекомендациями международной комиссии по радиологической защите 1990 года [4] при оценке пользы и ущерба от вмеша-

тельства, направленного на уменьшение облучения населения, в первую очередь следует брать во внимание группу лиц с повышенным риском. При прочих равных условиях такой группой является наиболее облучаемая часть населения, то есть критическая группа населения. Следовательно, для целей планирования и проведения защитных мероприятий консервативным показателем годовой дозы облучения жителей конкретного населенного пункта может служить средняя доза облучения критической группы населения.

Выбор критической группы по внешнему облучению основывался на результатах индивидуального дозового мониторинга внешнего облучения и данных анкетного опроса о режиме жизнедеятельности разных профессиональных и возрастных групп населения, проведенного в 19931994 гг. Анализ этих данных, представленных в таблице 1, показывает, что по условиям жизни или профессиональной деятельности наиболее облучаемой по сравнению с остальными жителями населенного пункта являются лица, которые больше других находятся на открытом воздухе вне помещений и особенно вне населенного пункта.

Таблица 1

Среднее время пребывания вне помещения и среднесуточные дозы внешнего облучения различных групп жителей для периода времени май-сентябрь 1994 г.

Г руппа Время пребывания вне помещения, сут Отношение мощности дозы по данным ТЛД* к средней МЭД** в населенном пункте

Дети и подростки 7-17 лет 0.3 0.4

Служащие 0.2 0.4

Рабочие предприятий 0.2 0.4

Полеводы 0.4 0.5

Животноводы 0.3 0.5

Механизаторы 0.3 0.4

Работники леса 0.4 1.7

Пенсионеры 0.3 0.4

* - ТЛД - оценка индивидуальной поглощенной дозы внешнего облучения с помощью термолюминисцентного дозиметра;

** - МЭД - мощность экспозиционной дозы у-излучения радиоактивных выпадений на почву.

Прежде, чем обсуждать задачу выбора критической группы по внутреннему облучению, следует отметить, что в настоящее время более 98% дозы внутреннего облучения жителей Белоруссии от радионуклидов чернобыльского происхождения создается 137Сэ и 13 Сэ; около 2% приходится на 9°Бг и менее 0.01% - на трансурановые и осколочные радионуклиды. Поэтому, в первую очередь был проведен анализ среднесуточного поступления 13 Сэ по данным прямых измерений на счетчике излучений человека (СИЧ).

Результаты оценки значений среднесуточного поступления и годовой эффективной дозы внутреннего облучения на 37 кБк/м2 загрязнения почв 137Сэ для разных возрастных групп приведены в

таблице 2. Как показывают эти результаты, наиболее облучаемой группой населения при перораль-ном поступлении радиоцезия является взрослое мужское население.

Анализ поступления 90Бг с продуктами питания в организм жителей различных возрастных групп свидетельствует, что критическими группами облучения для этого радионуклида являются дети в возрасте до 2 лет и возрастная группа 15 лет. Но, принимая во внимание незначительность вклада 9 Бг в суммарную годовую эффективную дозу внутреннего облучения, в качестве критической группы по внутреннему облучению однозначно должно быть выбрано взрослое мужское население.

Таблица 2

Среднесуточное поступление 137Cs и годовая эффективная доза внутреннего облучения

на 37 кБк/м2 загрязнения почв 137Cs

Возрастная группа Среднесуточное поступление 137Св, Бк/сут Дозовый коэффициент для перорального поступления [3], мЗв/Бк Годовая доза облучения, мЗв/год

1 год 4.3 1.1х10-5 1.7х10-2

5 лет 4.4 9.0x1 О-6 1.4х10-2

10 лет 4.7 9.8x1 О-6 1.7х10-2

15 лет 6.2 1 .4x1 О-5 3.2х10-2

Взрослые женщины 5.6 1 .3x1 О-5 2.7х10-2

Взрослые мужчины 8.7 1 .3x1 О-5 4.1х10-2

2. Доза внешнего облучения

В отличие от предшествующей методики [3] в данном случае основой расчета годовой эффективной дозы внешнего облучения служит информация о мощности экспозиционной дозы на высоте 1 м над поверхностью земли в населенном

пункте. Не обсуждая все достаточно очевидные преимущества такого выбора, целесообразно все же показать основные побудительные причины.

В период 1993-1994 гг. сотрудниками НИИ радиационной медицины и санитарной службы Минздрава Белоруссии выполнялись массовые измерения МЭД в населенных пунктах с плотностью

загрязнения территории 137Сэ от 33 до 2000 кБк/м2. В это же время проводились исследования по оценке доз внешнего облучения населения методом дозиметрии с помощью системы индивидуального дозиметрического контроля (ИДК) Harshaw 8800 с детекторами ТЛД-100. Результаты измерений показали, что в обследованных населенных пунктах поле у-излучения становится более однородным, чем в предыдущий период. Так, в пределах населенного пункта отношение верхнего и нижнего квартилей распределения МЭД не превышали 3.0. Анализ отношения среднего значения ТЛД-дозы к средней МЭД в населенном пункте и среднего значения ТЛД-дозы к средней плотности загрязнения 137Сэ показал, что средняя МЭД статистически лучше связана со средней ТЛД-дозой, чем со средней плотностью загрязнения территории 137Сэ. Отношение средней ТЛД-дозы к средней МЭД в населенном пункте не зависит от плотности загрязнения территории 137Сэ и определяется в настоящее время в основном типом населенного пункта, профессиональной и возрастной структурой населения.

Исходя из этого, вся территория обитания жителей населенного пункта была подразделена на зоны, характеризуемые своими средними значениями МЭД, и одна из этих зон выбрана в качестве референтной. При таком подходе формула расчета годовой эффективной дозы Еех, внешнего облучения определенной группы жителей населенного пункта имеет простое выражение:

Ее>а = К • Крг •

где К - обобщенный коэффициент перехода от МЭД на высоте 1 м к годовой эффективной дозе внешнего облучения человека, (мЗв/год)/(мкР/ч);

Крг - обобщенный коэффициент защищенности, учитывающий отличительные особенности зон обитания человека и сезонные изменения МЭД;

Рг - среднегодовое значение МЭД в референтной зоне, мкР/ч;

Ро - среднее значение МЭД в этой же зоне до чернобыльской аварии, мкР/ч.

Были выбраны четыре зоны обитания человека, которые характеризовались разными средними МЭД:

1) дворы домов и улицы населенного пункта;

2) жилые, подсобные, производственные и служебные помещения;

3) открытые пространства вне населенного пункта (поле, луг);

4) лесопарковая зона и лес.

В качестве референтной была выбрана первая зона, поскольку она вносит основной вклад в формирование дозы внешнего облучения для боль-

шинства жителей населенного пункта. В среднем все группы населения Белоруссии от 65% до 98% времени суток проводят на территории населенного пункта. Уровню нижнего (65%) предела времени соответствуют режимы работы полеводов, механизаторов и работников леса, которые бывают 7-8 часов в сутки вне населенного пункта. Для остальных групп населения время пребывания вне населенного пункта не превышает в среднем 1-3 часа в сутки. Дополнительным доводом в пользу выбора этой зоны в качестве референтной служит то, что значения МЭД на территории населенного пункта в последние годы подвержены изменениям в меньшей степени, чем в других зонах.

По результатам измерений в 1993-1994 гг. было установлено, что распределение МЭД по территории любого населенного пункта, как правило, хорошо описывается нормальным или логнормальным законами с очень близкими среднеарифметическим и среднегеометрическим значениями. Поэтому для характеристики радиационного поля на территории населенного пункта достаточно взять среднеарифметическое значение МЭД в 30-60 точках в весенне-летний период. Учитывая незначительные изменения МЭД в течение года, обусловленные процессами физического распада и вертикальной миграции радионуклидов цезия, можно считать среднегодовую МЭД (по которой оценивается годовая эффективная доза по формуле (1)) приближенно равной средней МЭД, оцененной по данным измерений, выполненных в период с середины мая по конец сентября текущего года.

Следует отметить, что отношение коэффициента защищенности в одной зоне к его значению в другой имеет достаточно устойчивый характер. Так, для второй зоны по отношению к референтной это отношение для весенне-летнего периода лежит в интервале 0.3-0.4; для третьей зоны - 1.02.0; для четвертой - 1.5-2.5. Обобщенный коэффициент защищенности вычислялся как сумма произведений коэффициентов защищенности в отдельных зонах на долю времени пребывания в этих зонах.

Изменение коэффициентов защищенности, связанное с уменьшением МЭД в зимний период и перераспределением времени пребывания в названных зонах обитания, определялось эмпирически на основе сравнения результатов индивидуальной дозиметрии, проведенной в весеннелетний и зимний периоды, для сельских и городских жителей. В таблице 3 показаны значения коэффициентов защищенности для взрослых, полученные по результатам индивидуальной дозиметрии 1993-1994 гг. Можно отметить, что наиболее интенсивно снижается “зимняя” доза для сельских жителей, которые по сравнению с другими группа-

ми проводят больше времени вне населенного пункта, то есть там, где в большей степени сказывается влияние снежного покрова.

Далее для оценки обобщенного коэффициента защищенности было сделано предположение о том, что умеренный снежный покров или эквивалентный ему водяной покров сохраняется в Бело-

руссии на протяжении четырех месяцев. При таком предположении значение обобщенного коэффициента защищенности для осенне-зимнего периода оказалось равным 0.83 значения коэффициента защищенности для весенне-летнего периода. Это значение совпадает с оценками других исследователей [5].

Таблица 3

Коэффициенты защищенности взрослых городских и сельских жителей Белоруссии, полученные на загрязненных территориях по данным ИДК 1993-1994 гг.

Период времени Жители

Городские Сельские

Весенне-летний Осенне-зимний 0.48 0.51 0.41 0.32

В таблице 4 приведены обобщенные коэффициенты защищенности критической группы для трех типов населенных пунктов.

В соответствии с формулой (1) были рассчитаны годовые эффективные дозы внешнего облучения для 1443 населенных пунктов Белоруссии, расположенных на территориях с плотностью загрязнения почвы 137Сэ более 185 кБк/м2.

Значение обобщенного коэффициента перехода от МЭД на высоте 1 м к годовой эффективной дозе для представителя критической группы населения рассчитывалось исходя из того, что среднее значение для отношения мощности эффективной дозы и мощности поглощенной дозы в воздухе для мужчин и женщин равно 0.7 Зв/Гр, а отношение мощности поглощенной дозы в воздухе к МЭД равно 8.7x10"3 Г р/Р [6]. Было также сделано допущение о том, что поток у-излучения, воздействующего на человека в течение суток, является изотропным.

Для населенных пунктов с малой плотностью загрязнения почвы 137Сэ (менее 185 кБк/м2) оценка годовой эффективной дозы внешнего облучения выполнялась так же, как и в методике [3], исходя из соотношения МЭД и запаса 137Сэ в почве. Такой выбор был обусловлен тем, что трудно при измерениях выделить МЭД от “чернобыльских” выпадений из-за сравнительно высокой МЭД от естественных источников у-излучения. В таких случаях нами использовалось соотношение:

Крг • (Рг — Р0 ) = Кп • °137 >

где Кп - коэффициент перехода от плотности загрязнения почвы 137Сэ к МЭД, представленный в таблице 4, (мкР/ч)/(кБк/м2);

0137 - средняя плотность загрязнения территории населенного пункта 137Сэ, кБк/м2.

Таблица 4

Обобщенный коэффициент защищенности Крг и коэффициент перехода от плотности загрязнения почвы 137Cs к МЭД - Кп для различных типов населенных пунктов

Тип населенного пункта КРГ Кп,

Сельский 0.41 1.75

Поселок городского типа 0.30 1.28

Городской 0.24 1.02

3. Доза внутреннего облучения

В общем виде текущая годовая доза внутреннего облучения Біт, создаваемая за счет поступления радионуклидов в организм человека в текущем году, вычисляется по формуле:

Еы = 365 • • Д , мЗв,

где 365 - число дней в году;

йБ, - дозовый коэффициент на единицу поступления /-го радионуклида согласно [7], мЗв/Бк;

А, - среднесуточное поступление /-го радионуклида, Бк/сут.

При дальнейших оценках мы полагали, что основным путем поступления радиоцезия и 9°Бг в организм всех жителей является потребление продуктов питания местного производства. Общее суточное поступление радионуклидов с продукта-

ми питания можно условно представить поступлением с двумя основными компонентами эффективного рациона - ’’мясо-молочной” и "растительной”. При этом поступление радионуклидов с ”мя-со-молочной” компонентой характеризует поступление радиоактивности с продуктами питания животного происхождения и "даров леса", а с ”расти-тельной” - с продуктами питания растительного

происхождения. Важным вопросом при оценке дозы внутреннего облучения является правильный выбор значений величин компонент эффективного рациона. Среднесуточное потребление продуктов питания местного производства, характерное для взрослых жителей Белоруссии, приведено в таблице 5.

Таблица 5

Среднесуточное потребление продуктов питания взрослыми жителями Белоруссии

Продукт питания Среднесуточное потребление, г/сут

Мясо-молочная компонента:

молоко 540

молоко снятое 45

сметана, сливки 96

творог 15

масло сливочное 15

молочные консервы 4.6

сыр 2.6

мясо 174

Растительная компонента:

картофель 580

хлеб 442

капуста 78

огурцы, помидоры 86

корнеплоды 32

прочие овощи 40

грибы свежие 2.7

грибы сухие 0.14

Для оценки величины алиментарного суточного поступления радионуклидов использовались взвешивающие коэффициенты Я, составляющих рациона питания для 137Сэ и 90Бг (табл. 6), полученные на основе анализа результатов измерения содержания радионуклидов в различных продуктах питания и данных литературы [8].

Среднесуточное поступление А/ вычислялось следующим образом:

А = 0/т ‘ (Рт + ‘ Рт ) + 3

+0,р •

где От 0/р - удельная активность /-го радионуклида в молоке и картофеле соответственно, Бк/г;

Рт, РР - среднесуточное потребление молока и картофеля соответственно, г;

Р,т, Р,Р - среднесуточное потребление ,-го продукта, входящего в ”мясо-молочную” и ”рас-тительную” компоненты рациона соответственно, г;

Я, - взвешивающий коэффициент ,-го продукта питания в поступление /-го радионуклида с компонентой суточного рациона.

Как уже отмечалось выше, практически всю величину дозы внутреннего облучения от радионуклидов “чернобыльского” происхождения обуславливают 137Сэ, 134Сэ и 90Бг. Рассчитанное по (3), среднесуточное поступление в организм взрослого человека радионуклидов цезия с полным рационом эквивалентно потреблению 0.9 литра молока и 0.8 кг картофеля в день, а поступление 90Бг - 0.85 л молока и 0.95 кг картофеля.

Правильность модельных представлений о поступлении радиоцезия была верифицирована по результатам измерений на установках СИЧ содержания радиоцезия в организме взрослых жителей 227 населенных пунктов республики. Параметры распределения величины отношения среднесуточного поступления, рассчитанного по содержанию радиоцезия в молоке и картофеле, к среднесуточному поступлению, полученному по результатам прямых измерений на СИЧ, (медиана равна 1, стандартное геометрическое отклонение составляет 1.6) показывают, что полученные значения компонент эффективного суточного рациона позволяют достаточно точно описать поступление радиоцезия с продуктами питания в организм взрослого человека.

Для расчета годовой эффективной дозы внутреннего облучения в конкретном населенном пункте определялась средняя концентрация 137Сэ и 90Бг в молоке и картофеле. Среднесуточное по-

1 34уч

ступление Сэ определялось через поступление 137Сэ следующим образом:

Аз4 = 0.52 • Дз7 • е-0-31-',

где 0.52 - коэффициент, характеризующий соотношение 134Сэ и 137Сэ в выпадениях;

А137 - суточное поступление 137Сэ с продуктами питания, Бк/сут;

' - время, прошедшее после аварии, лет.

Таблица 6

Взвешивающие коэффициенты (Я,у) составляющих рациона в поступление радионуклидов с суточным рационом питания

у-ый продукт питания

137Сэ - Яу II сс й о о

молоко снятое 1.04 1.1

сметана, сливки 0.7 0.4

творог 1 1

масло сливочное 0.2 0.2

молочные консервы 2.7 2.7

сыр 0.6 6

мясо 0.7 1

грибы свежие 20 1.6

грибы сухие 186 15

хлеб 0.05 0.05

капуста 1.1 1.5

огурцы, помидоры 0.6 1.5

корнеплоды 0.9 1.5

прочие овощи 1 1.5

4. Оценка неопределенности расчета годовой эффективной дозы

Анализ неопределенности оценки годовой эффективной дозы облучения жителей населенных пунктов проводился для двух основных типов загрязненных территорий: белорусское Полесье и остальная часть территории республики. Данное разделение обусловлено аномально высокими

значениями коэффициента перехода в цепи “почва-молоко” на территории белорусского Полесья. Были выбраны типичные условия радиационной обстановки при плотности загрязнения территории населенного пункта 137Сэ, равной 185 кБк/м2. Зна-

137 ^ 90о

чения удельного содержания Сэ и Бг в продуктах питания, характерные для выбранных территорий, приведены в таблице 7.

Таблица 7

Значения удельного содержания 1370э и 90Эг в продуктах питания

Продукт питания Удельное содержание, Бк/кг

Полесье Остальная территория

Молоко Картофель 185.0 1.5 37.0 0.7 31.5 1.1 11.1 0.7

В настоящей работе использован статистический метод оценки неопределенности, основанный на использовании метода Монте-Карло [9]. Параметры модели оценки годовой эффективной дозы с указанием вида и характеристик распределения приведены в таблице 8.

Тестирование чувствительности модели оценки дозы внутреннего облучения по 10 параметрам, вносящих существенный вклад в неопределенность расчета годовой дозы жителей населенного пункта, показывает, что основной вклад в неопределенность результата расчета

дозы дают изменчивость удельного содержания радиоцезия в пробах молока и мощность экспозиционной дозы у-излучения на территории населенного пункта.

Фактор неопределенности результата расчета годовой эффективной дозы в терминах отношения значений верхней и нижней границы 95% доверительного интервала возможных значений доз об-

лучения составил 5 для населенных пунктов Полесья. Для населенных пунктов, расположенных на остальной территории республики, фактор неопределенности расчета дозы облучения не превысил 3. Данная неопределенность в соответствии с принятой классификацией [10] считается приемлемой.

Таблица 8

Параметры модели для оценки неопределенности дозы облучения жителей населенного пункта

годовой эффективной дозы

Параметр модели Вид распределения Среднее значение (ср. кв. откл.) Минимум Максимум

Дозовый коэффициент для годового перорального поступления радионуклидов в организм взрослого, мЗв/Бк

137Cs + 134Cs логнормальное 5.0х10-3 (1.3х10-3) 1.7х10-3 8.5х10-3

9 О r логнормальное 1.3х10-2 (1.5х10-2) 5.8х10-3 2.9х10-2

Компоненты эффективного рациона, г/сут

137Cs с молоком логнормальное 900 (1.3) 530 1510

137Cs с картофелем логнормальное 800 (1.4) 410 1570

90 Sr с молоком логнормальное 850 (1.4) 430 1670

90Sr с картофелем логнормальное 950 (1.3) 560 1610

Изменчивость в пределах населенного пункта

Содержание радионуклидов в пробах молока и картофеля логнормальное 1 (1.8) 0.21 3.24

МЭД нормальное 1 (0.2) 0.6 1.4

Приборная погрешность нормальное 1 (0.15) 0.7 1.3

Сезонный коэффициент однородное 0.83 0.79 0.87

Литература

1. Закон Республики Беларусь "О социальной защите граждан, пострадавших от катастрофы на Чернобыльской АЭС". - Минск, 1991.

2. Закон Республики Беларусь "О правовом режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС". - Минск,1991.

3. Определение годовых суммарных эффективных эквивалентных доз облучения населения для контролируемых районов РСФСР, УССР, БССР, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на Чернобыльской АЭС: Методические указания. - М., 1991.

4. ICRP 60 Publication. 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. Pergamon Press, 1991.

5. Индивидуальный дозиметрический контроль для поддержки расчетных методов оценки дозовых нагрузок на население от внешнего излучения: Методические рекомендации. - М.: ИБФ, 1991.

6. Ионизирующее излучение: источники и биологические эффекты: Доклад НКДАР. - Нью-Йорк, 1982. -Т. 1.

7. ICRP 56 Publication. Age-dependent Doses to Members of the Public from Intake of Radionuclides. Part 1. Pergamon Press, 1990.

8. Muller H. and Prohl G. ECOSYS-87: A Dynamic Model for Assessing Radiological Consequences of Nuclear Accidents//Health Physics. - 1993. - Vol. 64, No. 3. - P. 232-252.

9. Evaluating the Reliability of Predictions Made Using Environmental Transfer Models. Safety Series No 100. -Vienna: IAEA, 1989.

10. Risk Assessment Guidance Document for Superfund Sites. US Environmental Protection Agency, 1989.