Модификация действующих методик реконструкции доз внутреннего облучения щитовидной железы и всего тела жителей населенных пунктов Российской Федерации, подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на ЧАЭС в 1986 г. Часть 2. Оценки влияния основных факторов, определяющих динамику активностей 137Cs в молоке и организме жителей загрязненных территорий осенью-зимой 1986 г. после аварии на ЧАЭС

Модификация действующих методик реконструкции доз внутреннего облучения щитовидной железы и всего тела жителей населенных пунктов Российской Федерации, подвергшихся радиоактивному загрязнению вследствие аварии на ЧАЭС в 1986 г.

Часть 2. Оценки влияния основных факторов, определяющих динамику активностей 137Cs в молоке и организме жителей загрязненных территорий осенью-зимой 1986 г. после аварии на ЧАЭС

Власов О.К., Щукина Н.В.

Учреждение Российской академии медицинских наук Медицинский радиологический научный центр РАМН, Обнинск

Оценены основные факторы, определяющие динамику активностей 137Cs в молоке и организме жителей загрязненных территорий осенью-зимой 1986 г. Показано, что в течение первого года после аварии на ЧАЭС корневой путь поступления 137Cs в растительность и молоко практически незначим для доз внутреннего облучения всего тела населения. Установлено, что в течение 155 и 200 суток после аварии динамика активности 137Cs в теле жителей будет определяться только активностью 137Cs в молоке за счет поверхностного загрязнения травы пастбищ. При радиометрии жителей в более поздние сроки после начала стойлового сезона динамика активности 13 Cs в их теле будет определяться активностью 137Cs в молоке за счет загрязнения 137Cs сена первого укоса.

Ключевые слова: авария на ЧАЭС, загрязнение, молоко и пастбищная растительность, дозы, внутреннее облучение, население.

В работе [2] описаны радиоэкологические процессы переноса 137Cs по пищевым цепочкам после аварии на ЧАЭС. В частности, в ней отмечается, что на раннем этапе, в течение 2-4 месяцев после чернобыльской аварии, поверхностное радиоактивное загрязнение растительности 137Cs в средней полосе России определялось преимущественно плотностью загрязнения почвы этим нуклидом и метеоусловиями в период радиоактивных выпадений. С осени 1986 г. начинает преобладать переход радионуклидов в растения через корневую систему. Таким образом, в работе [2] предполагается, что в период июнь-сентябрь 1986 г. радиоактивное загрязнение растительной и животной продукции 137Cs определялось как «воздушным», так и «корневым» путями поступления 137Cs в растительность. С учетом этого, при измерениях содержания радионуклидов цезия в организме жителей населенных пунктов в период не позднее 200 суток после чернобыльской аварии (июнь-ноябрь 1986 г.), функция поступления в их организм задается как сумма поступления 137Cs с молоком в период «поверхностного» и «корневого» загрязнения растительности [2]. При этом индивидуальная динамика поступления 137Cs в организм измеренного человека реконструируется путем решения интегрального уравнения. Для этого необходимо

Власов О.К.* - зав. лаб., д.т.н.; Щукина Н.В. - научн. сотр. МРНЦ РАМН.

* Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королева, 4. Тел.: (495) 956-94-12, (48439) 9-32-45; e-mail: nrer@obninsk.com.

располагать данными о содержании 137Сэ в местных пищевых продуктах, данными о типах почв, доминирующих на территории населенных пунктов или хозяйства, на которых выпасают скот и выращивают сельскохозяйственные продукты, либо данными о распределении сельскохозяйственных угодий по типам почв.

Для оценок вклада корневого пути загрязнения 137Сэ пастбищной растительности в загрязнение молока использовали радиоэкологическую имитационную модель с многокамерной моделью метаболизма 137Сэ в органах молочной коровы [1].

Расчеты проводили в предположении однородного распределения активности продуктов аварии в облаке при прохождении его над административными районами:

137 131 3 3

• активности Сэ и I в облаке на время аварии равны 1 кБк/м и 10 кБк/м , соответственно,

• начало выпадений соответствует данным [2] и для юго-западных районов Брянской области равно 3 суткам,

• длительность выпадений равна 1 суткам,

• интенсивность осадков в период выпадений постоянна и равна 1 мм/сут,

• по оценкам агроклиматического блока используемой модели время начала пастбищного периода составило 3 и 8 суток после аварии, соответственно для частного и общественного скота.

Динамику удельных активностей молока рассчитывали с учетом ингаляции загрязненного воздуха, поверхностного и корневого путей поступления 137Сэ в корм. Суточное потребление зеленого корма общественными и частными коровами принимали равными 50 и 40 кг/сут при удоях 7 и 10 л/сут, соответственно. Коэффициенты перехода 137Сэ из почвы в растительность пастбищ и сенокосов для различных типов почв рассчитывали по коэффициентам перехода 137Сэ из почвы в молоко по следующему соотношению:

КПмолоко

КПтраеа =----------«»137----------------------------------------------,

137 м кРаЦион^молоко ' '

мрацион * к1з7

где КПМз7Локо - коэффициенты перехода 137Сэ из почвы в молоко, м2/кг; Мрацион - суточное

потребление корма коровой, равное 40 кг/сут для травы пастбищ в пастбищный сезон или

8 кг/сут сена в стойловый сезон; К{37цион^молоко - коэффициент перехода 137Сэ из рациона

коровы в 1 литр молока, 0,01 сут/кг.

В расчетах предполагали, что коэффициенты перехода 137Сэ из почвы в молоко увеличиваются со временем после аварии по линейному закону: от 0 на время аварии до их значений в таблице 3.2 [2] на 1 июля 1986 г. На большие времена динамику этих коэффициентов рассчитывали путем интерполирования данных таблиц 3.2, 3.2а и 3.2в [2].

Оценки загрязнения травы и молока за счет корневого пути поступления 137Сэ в растительность были сделаны в двух приближениях:

• в стационарном - в соответствии с принятой динамикой коэффициентов перехода 137Сэ из почвы в молоко,

• с использованием радиоэкологической модели транспорта 137Сэ по трофической цепочке - от выпадения на растительность до метаболизма в органах человека, использующей многокамерные модели молочной коровы и человека [1].

Предполагали также, что смена рациона молочного скота с летнего (зеленый корм) на зимний (сено) происходит постепенно: относительное потребление сена в течение 3-х недель,

начиная с 10 суток до окончания пастбищного сезона, увеличивается со временем по линейному закону от 0 до 1. Сено первого укоса расходуется на рацион коров за половину стойлового сезона (4 месяца). В оставшееся до начала пастбищного сезона 1987 г. время рацион коров состоит из сена второго укоса. После укосов на поле остается 25 % биомассы растительности сенокосов.

Для оценок влияния смены рационов на загрязнение молока в Брянской области был проведен сценарный расчет, в котором динамика загрязнения корма 137Сэ соответствовала динамике корневого загрязнения пастбищной растительности и сена в течение 300 суток после аварии. Оценки загрязнения травы пастбищ и молока при корневом пути поступления 137Сэ из почвы в растительность проводили для песчаной дерново-подзолистой почвы.

Результаты расчетов загрязнения травы пастбищ, сена, молока и мягких тканей молочной коровы за счет поверхностного и корневого путей загрязнения растительности приведены на рис. 1.

а)

Область = "Брянская"

Почва = 'Лерново-подзолистая, песчаная"

Удельные активности ,37Се в молоке и мягких тканях м2/кг

150 200

я после аварии, сутки

-------- бщественное молоко, поверхностное загрязнение зеленого корма

' '   Ч астное молоко, поверхностное загрязнение зеленого корма и сена • ♦ ♦ Молоко, корневое загрязнение корма, динамический режим ± -* *. Молоко, корневое загрязнение корма, статический режим 99^0 кончание пастбищного сезона ф ф ф Н ачало потребления сена второго укоса » Ф * Мягкие ткани

с)

Рис. 1. Динамика загрязнения травы пастбищ (а, с), молока и мягких тканей молочной коровы (б, д) за счет поверхностного и корневого путей загрязнения растительности пастбищ Брянской и Калужской областей.

Как видно из данных на рис. 1а и 1с, удельная активность сена второго укоса в 100 раз меньше активности сена первого укоса и в 5-6 раз меньше активности травы пастбищ на время второго укоса. Из этих же данных следует, что, как в Брянской, так и в Калужской области, в загрязнении зеленого корма корневой путь начинает преобладать только через 100 суток после аварии (в начале августа). Но и к окончанию пастбищного сезона удельная активность 137Сэ в молоке при корневом пути загрязнения корма в 10 раз меньше, чем при поверхностном загрязнении корма (рис. 1 б и 1 д).

Далее, из данных на рис. 1б и 1д видно, что через 90-100 суток после аварии динамика удельной активности молока начинает определяться не поступлением 137Сэ в организм коровы вместе с кормом, а его выведением из мягких тканей в кровь и далее в молоко. Это следует из параллельности зависимостей удельных активностей 137Сэ в мягких тканях коровы и в молоке от времени на время, большее 90-100 суток после аварии. Таким образом, выполненные расчеты показывают, что для активности 137Сэ в молоке в первый год после аварии корневой путь поступления 137Сэ в траву пастбищ и сенокосов практически незначим. Однако, и в стойловый период активность 137Сэ в молоке будет определяться, как это следует их данных на рис. 1б и 1 д, не корневым загрязнением корма, а только поверхностным загрязнением заготовленного сена первого укоса.

Расчеты динамики активностей 137Сэ в теле жителей юго-западных районов Брянской области проводили в предположении, что суточное потребление молока городскими и сельскими жителями соответствует данным на рис. 2а.

Результаты расчетов динамики активности 137Сэ в теле городского и сельского жителей в возрасте 1 год и 18 лет за счет потребления ими загрязненного молока приведены на рис. 2б.

Как видно из данных на рис. 2б, в соответствии с принятыми рационами максимум активности 137Сэ в теле детей 1 года больше у горожан, чем у сельских детей, а для взрослых этот максимум больше у селян, чем у горожан.

137

Активность Сэ в теле, кБк

Л*4

Ч,

N ії1--

100

200

300

Время после аварии, сутки

------ сельский хитель, 1 год

- - - - сельский хитель, 18 лет * городской хитель,1 год 1-і: й городской хитель,18 лет

б)

Рис. 2. Суточное потребление молока городскими и сельскими жителями (а) и динамика активности 137Сэ в их теле (б).

Исследовали также влияние различных путей загрязнения корма молочных коров на динамику активности 137Сэ в организме жителей загрязненных территорий РФ в год аварии. Оценки выполняли с использованием стандартной дозиметрической модели метаболизма 137Сэ в теле человека [3] и расчетных данных о динамике удельной активности 137Сэ в молоке для условий юго-западных районов Брянской области (рис. 1б). Расчеты проводили для возраста жителей 0, 1, 2, 5, 7, 10, 13, 15, 18 и 20 лет и двух вариантов загрязнения молока 137Сэ, соответствующих двум вариантам рационов молочных коров:

• пунктирные линии - только трава пастбищ,

• сплошные линии - в пастбищный сезон - трава пастбищ, далее за 10 суток до окончания пастбищного сезона постепенная замена в течение 3-х недель летнего рациона (зеленый корм) на зимний (сено первого укоса), далее в течение 4-х месяцев стойлового сезона -сено первого укоса и на большие времена - сено второго укоса.

Результаты выполненных оценок приведены на рис. 3. Нижние сплошные и пунктирные кривые на рис. 3а и 3б соответствуют ребенку в возрасте 1 год, верхние - взрослому человеку.

а)

Область = 'Брянская'

Тип_молока= "частное молоко"

Доза внутреннего облучения всего тела, мЗв

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Время после аварии, с^тки

возраст 1 год, трава пастбищ+сено — ♦ —, - возраст 18 лет, трава пастбищ+сено *—*—а возраст 1 год, трава пастбищ *—Ф—* возраст 18 лет. трава пастбищ *## начало стойлового сезона

с)

Область= "Брянская" Тип_молока= "общественное молоко" Активность 137Сз в теле. кБк

150 200 250

Время после аварии, сутки

- возраст 1 год. трава пастбищ+сено  возраст 18 лет. трава пастбищ+сено

------ возраст 1 год. трава пастбищ

4 -*- * возраст 18 лет. трава пастбищ

• Ф* начало стойлового сезона

ПДИ начало потребления КРС сена второго укоса

Рис. 3. Зависимости активности 137Сэ в теле (а, б) и доз внутреннего облучения (с, д) жителей Брянской области от времени после аварии и возраста жителей, как параметра.

Данные, приведенные на рис. 3а и 3б, показывают, что смена рационов коров в конце пастбищного сезона начинает оказывать заметное влияние на динамику активности 137Сэ в теле детей в возрасте 1 год только через 150 суток, а для взрослых жителей - только через 200 суток после аварии на ЧАЭС. Очевидно, что это обстоятельство необходимо учитывать при реконструкции индивидуальных доз внутреннего облучения жителей в год аварии, измерения активностей 137Сэ в теле которых производили позднее этих сроков. Однако, изменения рациона молочных коров, как это следует из данных на рис. 3с и 3д, практически не влияют на динамику накопления доз внутреннего облучения жителей. Это обусловлено тем, что к окончанию пастбищного сезона дозы у детей уже практически накоплены. У взрослых накопление дозы в это время еще продолжается, однако ее скорость определяется в основном скоростью выведения из их тела уже накопленной активности 137Сэ. Поэтому, в этот период времени накопление дозы у них слабо зависит от скорости поступления 137Сэ в их организм (рис. 3с и 3д).

Реконструкция индивидуальной динамики активности 137Сэ и доз внутреннего облучения в организме конкретного человека по результатам его радиометрии основано на нормировке расчетной активности на время измерения на измеренную активность и проводится по следующему соотношению:

о«)=оса,от •

иса1с

и _ и °теавЬ

итеавЬ = иоа,о ' ^ /* \

°оа,о

где Q(t) - фактическая динамика активности 137Сэ в теле человека, кБк; Q0a|0(t) - расчетная динамика активности 137Сэ в теле человека, безразм. вел. или кБк; Qmeash(tм) - измеренная активность 137Сэ в теле человека в момент измерения М, кБк; Q0a|0(tм) - расчетная активность 137Сэ в теле человека в момент измерения М безразм. вел. или кБк; итеазь и иоа1о - фактическая и расчетная дозы внутреннего облучения тела конкретного человека, мЗв.

Поэтому, расчетные дозы внутреннего облучения всего тела человека данного возраста практически не зависят от особенностей рациона питания коров в стойловый период. Однако, «измеренные» дозы начинают зависеть от этих особенностей при измерениях 137Сэ в теле человека, начиная со 150 и более суток после аварии. Как видно из данных на рис. 4, при реконструкции динамики фактической активности 137Сэ в теле индивидуума учет сена первого укоса в рационе коров в стойловый период приводит к их менее высоким значениям, чем при ее реконструкции без этого учета.

Таким образом, если при реконструкции индивидуальных доз внутреннего облучения 137Сэ жителей по измерениям активности 137Сэ в их теле после 170 суток после аварии не учитывать поступление 137Сэ в организм молочных коров в стойловый период вместе с сеном, то это приведет к завышению этих доз на 30 % для лиц возраста более 13 лет и в 5-9 раз для лиц возраста менее 3 лет (рис. 5).

Область = "Брянская" Тип_молока= "частное молоко" Активность 137Cs в теле. кБк

1 О 100 200 300 400

Время после аварии, сутки

А А к. возраст 1 год, трава пастбищ+сено А А А возраст 1 год, трава пастбищ    возраст 18 лет, трава пастбищ+сено    возраст 18 лет, трава пастбищ Ф#Ф измеренная активность

Рис. 4. Зависимости активностей 137Сэ в теле индивидуумов в возрасте 1 год и 18 лет от времени, нормированные на измеренную через 260 суток после аварии на ЧАЭС активность 10 кБк, оцененные с учетом и без учета сена первого укоса в рационе коров в стойловый период.

Рис. 5. Зависимости отношения «измеренных» доз внутреннего облучения всего тела 137Сэ, оцененные с учетом и без учета содержания сена в рационе коров в стойловый период их содержания, у жителей разного возраста от времени измерений активности 137Сэ в их теле.

Заключение

По результатам выполненной работы можно сделать выводы, имеющие значение для реконструкции индивидуальных доз внутреннего облучения жителей в год аварии на ЧАЭС по результатам радиометрии их тела:

• корневой путь поступления 137Сэ в растительность и молоко в течение первого года после аварии на ЧАЭС практически незначим,

• в течение 155 и 200 суток после аварии для жителей в возрасте 1-2 года и более 10 лет динамика активности 137Сэ в их теле будет определяться только активностью 137Сэ в молоке за счет поверхностного загрязнения травы пастбищ,

• при радиометрии жителей в более поздние сроки динамика активности 137Сэ в их теле будет определяться активностью 137Сэ в молоке за счет загрязнения 137Сэ сена первого укоса,

• молочная компонента доз внутреннего облучения жителей за первый год после аварии определяется только поверхностным загрязнением травы пастбищ в пастбищный сезон.

Литература

1. Иванов В.К., Цыб А.Ф., Максютов М.А. и др. Медицинские радиологические последствия Чернобыля для населения России: оценка радиационных рисков. М.: Медицина, 2002.

2. Оценка доз облучения населения Российской Федерации вследствие аварии на Чернобыльской АЭС: сборник методических документов /Под ред. академика РАМН Г.Г.Онищенко. Санкт-Петербург, 2006. 180 с.

3. ICRP Publication 56. Age Dependent Doses to Members of the Public from Intake of Radionyclides: Part 1 //Annals of the ICRP. 1989. V. 20, N 2. Oxford: Pergamon Press.

Updating of official technique of reconstruction of thyroid and all body internal irradiation doses of Russian Federation inhabitants, undergone to radioactive fallout owing to ChNPP accident in 1986 Part 2. Estimations of influence of the major factors determining dynamics activities 137Cs in milk and an organism of inhabitants of contaminated territories on autumn-winter 1986 after ChNPP accident

Vlasov O.K., Shchukina N.V.

Institution of the Russian Academy of Medical Sciences Medical Radiological Research Center of the Russian Academy of Medical Sciences, Obninsk

The major factors determining 137Cs dynamics activities in milk and an organism of inhabitants of the contaminated territories in the autumn-winter 1986 after ChNPP accident are estimated. It is shown, that within the first year after ChNPP accident a root way of 137Cs receipt in grass and milk practically unimportant for internal irradiation doses inhabitants. It is established, that within 155 and 200 days after accident for age 1-2 years and more than 10 years inhabitant’s dynamics of 137Cs activity in their body will be determined only by activity 137Cs activity in milk due to superficial pastures grass contamination. At radiometry inhabitants in later times after the stall season beginning a dynamics of in their body will be determined by 137Cs activity in milk due to 137Cs activity first hay crop.

Key words: ChNPP accident, contamination, milk and pasturable vegetation, doses, internal irradiation, inhabitants.

Vlasov O.K.* - Head of Laboratory, D.Sc., Tech.; Shchukina N.V. - Research Assistant. MRRC RAMS.

* Contacts: 4 Korolyov str., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249036. Tel.: (495) 956-94-12, (48439) 9-32-45; e-mail: nrer@obninsk.com.