железе.13.
1.3. Источники неопределенностей при оценке поглощенных доз в щитовидной железе.14.
1.4. Резюме.20.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.23.
2.1. Исходная база данных дозиметрического мониторинга щитовидной железы у населения Калужской области, проведенного в мае 1986 года.23.
2.2. Метод расчета активности радиоактивного йода в щитовидной железе по результатам прямых измерений, использованный при создании исходной базы данных. .27.
2.3. Метод расчета поглощенных доз в щитовидной железе по результатам прямых измерений, использованный при создании исходной базы данных.28.
2.4. Программное обеспечение расчетов в исходной базе.31.
2.5. Резюме.31.
З.ОЦЕНКА ПОГЛОЩЕННЫХ ДОЗ В ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЕ У ЖИТЕЛЕЙ.
КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ С УЧЕТОМ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ О.
ФАКТОРАХ ДОЗООБРАЗОВАНИЯ.33.
— 33.1. База исходных данных, логический контроль данныхпрограммное обеспечение.33.
3.2. Уточненный расчет активности йода -131 в щитовидной железе жителей Калужской области.35.
3.2.1.Основные факторы, влияющие на результаты измерений активности йода-131 в щитовидной железе жителей Калужской области .35.
3.2.2.Уточненный расчет активности йода-131 в щитовидной железе с использованием базы данных.37.
3.3. Базовая модель расчета поглощенных доз по результатам измерений активности в щитовидной железе.41.
3.4. Методические аспекты расчета дозы в щитовидной железе по базе данных.46.
3.5. Общие рекомендации по организации дозиметрического обследования населения.48.
3.6. Расчет поглощенных доз по модели с учетом дополнительных данных о динамике выпадений радиоактивных осадков и начале выпаса скота.50.
3.6.1.Дополнительная информация об основных дозообразующих факторах.52.
3.6.2. Алгоритм коррекции индивидуальных доз облучения ЩЖ в базе дозиметрических данных по Калужской области с учетом дополнительной информации.53.
3.6.3. Сравнительная оценка доз при различных значениях дозообразующих параметров.55.
3.6.4. База данных индивидуальных доз облучения ЩЖ у жителей.
Калужской области.57.
3.6.5. Характеристики статистических распределений индивидуальных доз в базе данныхоценки коллективных доз.59.
3.7. Резюме.66.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
69.
ВЫВОДЫ.74.
ЛИТЕРАТУРА
76.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Описание базы данных и программного обеспечения .95.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Таблицы для 115 населенных пунктов Калужской области, содержащие результаты статистической обработки распределений индивидуальных доз, рассчитанных для различных возрастных групп.108.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Тексты программ.133.
— 5″ ВВЕДЕНИЕ.
В результате аварии на ЧАЭС в апреле 1986 года значительные территории бывшего СССР оказались загрязненными различными радиоактивными продуктами, выброшенными из аварийного реактора. На территории России наиболее сильно пострадали Брянская, Тульская, Орловская и Калужская области [18]. Одним из основных факторов радиационного воздействия после Чернобыльской аварии является внутреннее облучение щитовидной железы (ЩЖ) радиоактивными изотопами йода.
В первые недели после аварии (в мае 1986 года) специалистами МРНЦ РАМН и Калужского облздравотдела были получены принципиальной важности данные радиометрии щитовидной железы у более чем 29 000 жителей семи загрязненных районов Калужской области. Полученные результаты легли в основу оперативной оценки поглощенных доз, проведенной в 1986 году [43]. Расчеты проводились по модели, изложенной в методике [38], и реализованной программным обеспечением [60, 61], разработанным в лаборатории МЭД и РБН НИИМР АМН. Из-за отсутствия в тот период необходимой информации об условиях дозообразования расчеты доз были проведены по консервативной методологии, исходящей из следующих предпосылок: одноразовое выпадение радиоактивности и поступление активности в организм людей вместе с молоком местных коров, начиная с 27 апреля 1986 годапрекращение потребление местного молока 10-го мая (согласно распоряжению местных властей) — при расчете содержания йода-131 в ЩЖ не учитывалась «подсветка» от радионуклидов цезия, распределенных в организме человека. В результате таких предпосылок были получены дозы облучения ЩЖ, рассчитанные по максимально возможной величине. Принятие других предположений о дозообразующей ситуации в условиях отсутствия более точной информации, могло бы привести к недооценке уровня облучения ЩЖ пострадавшего населения, что представлялось недопустимым. За последующие после аварии годы специалистами МРНЦ РАМН проводилась целенаправленная работа по уточнению важнейших радиоэкологических и радиобиологических факторов дозообразования с целью систематизации и верификации выполненных ранее оценок доз облучения щитовидной железы.
На основании имеющихся массивов архивных и опубликованных данных НПО «Тайфун» было установлено, что выпадения йода-131 в Калужской области имели сложный пролонгированный характер, а их начало пришлось на 28 апреля 1986 года (К.П.Махонько с соавторами, [28]). По данным Института СХР (Е.В. Спирин с соавторами, [49]) начало выпаса скота (и поступление йода-131 в ЩЖ по пищевой цепочке) датируется 4 мая 1986 г. Что касается защитных мероприятий (прекращение потребления молока), то они, как правило, игнорировались проживавшими в Калужской области (по данным опроса населения).
Была поставлена задача о необходимости переоценки доз в соответствии с новой информацией о параметрах дозообразования. Соответствующая работа была признана МЧС РФ весьма актуальной и запланирована в рамках соответствующего договора с МЧС РФ. Значительная часть данной работы была выполнена в период до 1996 года и доложена в соответствующем отчете МЧС РФ [49]. В последующие годы велась работа по формированию соответствующей базы данных, изучению характеристик дозовых распределений и публикациям результатов исследований.
Актуальность данной работы очевидна, ибо первоначальным звеном любых исследований зависимости «доза-эффект», является корректная оценка поглощенной дозы. В частности, чрезвычайно важным в настоящее время признано изучение зависимости частоты возникающего рака щитовидной железы от поглощенной дозы в этом органе у детей и подростков, проживавших на загрязненных после аварии территориях.
Такая работа является актуальной и потому, что данные Калужского массива индивидуальных доз (более 29 000 человек) являются важнейшим источником для разработки метода реконструкции доз облучения для тех случаев, когда прямые измерения отсутствовали (а это большинство населения загрязненных территорий России). Разработанные методы расчетов и программное обеспечение могут быть использованы при проведении дозиметрического обследования ЩЖ в случае экстремальных обстоятельств, вызванных иными возможными крупномасштабными радиационными авариями.
Цель данной работы — переоценка индивидуальных доз облучения ЩЖ населения обследованных районов Калужской области с учетом новых данных о факторах дозообразования путем решения следующих задач :
— всесторонний анализ исходной информации, содержащейся в базе данных, уточнение и внесение в нее дополнительных сведений из рабочих журналов, заполненных в 1986 году во время дозиметрического обследования, верификация записей с помощью программы логического контроля, отбраковывания первичных записей, содержащих неполную или недостоверную информацию;
— переоценка величин активностей 1−131 в ЩЖ с учетом введения дополнительных факторов («подсветка» от цезия -137);
— расчет индивидуальных доз излучения И 31 в ЩЖ по скорректированным результатам прямых измерений и с учетом новой информации о дозообразующих факторах окружающей среды в мае-июне 1986 года — динамике выпадения осадков и сроках начала выпаса скота по Калужской областиразработка соответствующего программного обеспечения;
— анализ полученных данных: оценка средних доз по различным возрастным группам для населенных пунктов и оценки статистических характеристик распределения индивидуальных дозоценка коллективных дозразработка соответствующего программного обеспечения.
Научная новизна работы:
— для банка данных, содержащего результаты радиометрии ЩЖ у 29 675 жителей Калужской области, были разработаны расчетные методы, алгоритмы и программное обеспечение и произведен перерасчет индивидуальных доз с учетом дополнительной информации о факторах дозообразования, что позволило скорректировать величины доз (первоначальные значения были снижены в среднем в 6 раз) — рассчитано несколько вариантов оценок доз, исходя из предположения различных дозообразующих ситуаций в окружающей средепоказана значительная вариация этих оценок, таким образом продемонстрировано значительное влияние радиоэкологических и радиобиологических дозообразующих факторов на величину оценки дозы;
— получена новая информация о дозах облучения ЩЖ как для отдельных лиц, так и для групп населения Калужской областиустановлено, что из семи обследованных районов наиболее высокие уровни облучения щитовидной железы сформированы у жителей Ульяновского, Жиздринского, Хвастовичского районов;
— для каждого обследованного населенного пункта семи районов Калужской области установлены величины средних арифметических и геометрических доз для различных возрастных групп и определены соответствующие статистические характеристики дозовых распределений;
— упоказано, что распределения индивидуальных доз близко к логнормальному типу с величинами стандартных геометрических отклонений, значения которых в зависимости от населенных пунктов и районов, лежат в пределах 1,4-г2,8.
Практическая значимость работы:
— создан банк данных лаборатории МЭД и РБН с индивидуальными дозами облучения щитовидной железы на 29 675 жителей Калужской области, разработано программное обеспечение для работы с данной базой, которое можно также использовать при работе и с другими базами данных, содержащими дозиметрическую информацию;
— рассчитаны таблицы для 115 населенных пунктов семи обследованных районов Калужской области, в которых приведены результаты статистической обработки распределений индивидуальных доз, рассчитанных по данным прямых измерений для различных возрастных групп и с учетом важнейших факторов дозообразованияэти таблицы можно использовать для реконструкции средних и индивидуальных доз облучения щитовидной железы для тех случаев, когда данные прямых измерений отсутствуют, что и было реализовано в соответствующих Методических Указаниях МЗ РФ, 2000 г. [44].
— сформулированы рекомендации по проведению массового дозиметрического обследования щитовидной железы у населения при крупной радиационной аварии;
— результаты работы представлены в отчете для МЧС РФ [49] и отражены в Докладе НКДАР ООН [113].
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 24 печатных работ, выполненных совместно с соавторами.
На защиту выносятся:
— методические принципы анализа результатов массовых дозиметрических обследований ЩЖ;
— результаты переоценки индивидуальных доз облучения ЩЖ от инкорпорированных радиоизотопов йода в базе данных по Калужской области с учетом дополнительной информации радиоэкологического характера;
— результаты расчета средних и коллективных доз облучения ЩЖ и параметров статистических распределений индивидуальных доз для всех обследованных населенных пунктов семи районов Калужской области;
— рекомендации по организации и проведению массового дозиметрического обследования ЩЖ в случае крупномасштабных аварий ядерных реакторов;
— методика расчетов и программное обеспечение .
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, приложений и списка использованной литературы. В первой главе представлен обзор и анализ научной литературы, непосредственно относящейся к теме диссертации. Вторая глава содержит описание исходной базы данных, полученных в результате радиометрического мониторинга, и изложение расчетных моделей, лежащих в основе дальнейших расчетов. В третьей главе поставлены и разрешены сформулированные выше задачи. В приложениях 1 и 3 приведено программное обеспечение базы данных и расчетных методов — описания, инструкции пользования, тексты программ. В приложении 2 помещены таблицы с результатами оценок средних (арифметических и геометрических) доз по населенным пунктам для различных возрастных групп с указанием рассчитанных статистических характеристик распределений индивидуальных доз.
выводы.
1. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для оценки индивидуальных доз облучения щитовидной железы по результатам дозиметрического обследования населения с помощью неспециализированного прибора СРП-68−1 с учетом дополнительных данных, характеризующих условия дозообразования в «йодный» период аварии (сведения о сроках и динамике выпадения радиоактивных осадков и начале пастбищного сезона).
2. Показано значительное влияние указанных дозообразующих факторов на величину оценки дозы, что свидельствует о важности информации радиоэкологического характера.
3. В банке данных на 29 675 жителей был произведен перерасчет индивидуальных доз по модели с уточненными параметрами и с учетом новой информации. В результате переоценки поглощенных доз их первоначальные значения были снижены в среднем в 6 раз.
4. Установлено, что наиболее высокие уровни облучения щитовидной железы сформированы у жителей трех районов Калужской области — Ульяновского, Жиздринского, Хвастовического. Максимальное значение индивидуальной дозы, 1 рассчитанное по результатам прямых измерений, равно 550мГр (Младенск, Жиздринский район, ребенок до года на момент аварии), а средние арифметические значения поглощенных доз составили: у детей до 1 года (вкл.) — 83 мГру взрослых — 19 мГр — в Ульяновском районеу детей до 1 года (вкл.) — 103 мГру взрослых-15 мГрв Жиздринском районеу детей до 1 года (вкл.) — 55 мГру взрослых-16 мГр-в Хвастовическом районе.
5. Показано, что распределение индивидуальных доз соответствует логнормальному типу со значениями стандартных геометрических отклонений, значения которых в зависимости от населенных пунктов и районов лежат в пределах 1,4^-2,8.
6. Рассчитаны таблицы для 115 населенных пунктов Калужской области, в которых приведены результаты статистической обработки распределений индивидуальных доз, рассчитанных по данным прямых измерений для различных возрастных групп. Эти таблицы могут быть использованы для реконструкции средних и индивидуальных доз облучения щитовидной железы в тех случаях, когда данные прямых измерений отсутствуют. 7.0ценены величины коллективных доз для различных возрастных групп в семи обследованных районах Калужской области: Думиническом, Жиздринском, Козельском, Куйбышевском, Людиновском, Ульяновском, Хвастовическом. Суммарная коллективная доза для этих районов составляет 1865 человеке-Гр в. Полученные данные направлены в виде отчета в МЗ РФ и МЧС РФ (1996г), обсуждены на международных конференциях в Москве и Японии, отражены в докладе НКДАР ООН (2000г.). Результаты работы вошли в Методические указания МЗ РФ. По материалам диссертации опубликовано 24 работы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Обзор данных литературы показывает, что хотя после Чернобыльской аварии прошло уже 15 лет, проблема адекватной оценки уровня облучения щитовидной железы радиоактивным йодом у населения, проживавшего на территориях бывшего СССР, до сих пор стоит весьма остро. Именно этим объясняется большой поток научных публикаций, докладов и дискуссий на эту тему в последние годы, т.к. корректная оценка дозисходный этап в решении многих медицинских, эпидемиологических, социальных и других задач. В Калужской области первоначальная оценка доз была произведена в 1986 году сразу после получения первичных данных прямых измерений, собранных в результате дозиметрического обследования населения в мае того же года. Ввиду отсутствия необходимой достоверной информации об экологических параметрах дозообразования, расчет доз был осуществлен по консервативной схеме, основанной на следующих предположениях: однократное выпадение радиоактивных осадков 27 -го апреля, ранние сроки начала выпаса скота (до 27 апреля), наличие контрмер с 10 мая. Также не учитывались из-за отсутствия данных о реальных отношениях активности 131 j к i37qs «подсветка» от цезия-137,134. Такой расчет дает максимально возможную величину оценки доз. Принятие других предположений могло бы привести к недооценке поглощенных доз, что представлялось недопустимым, учитывая интересы большого количества людей, вовлеченных в аварийную ситуацию. С появлением дополнительных данных об экологических дозообразующих факторах возникла задача переоценки доз облучения ЩЖ. Решение данной проблемы было признано МЧС РФ необходимым и соответствующая задача была запланирована в рамках договора с МЧС РФ.
Для достижения поставленной цели было необходимо прежде всего всесторонне проанализировать исходную информацию, полученную в результате дозиметрического мониторинга и занесенную в первичную базу данных. Для этого было разработано соответствующее программное обеспечение, реализующее автоматизированный логический контроль записей об обследованных. В результате проверки 29 675 записей были признаны непригодными для дальнейшей работы 2951 (~ 10%), так как содержали недостоверную или неполную информацию. У этих обследованных дозы не были оценены. Однако, работа с базой и рабочими журналами, содержащими первичную информацию, возможно позволит в дальнейшем уточнить или восстановить утерянные данные, а затем по разработанному алгоритму оценить поглощенные дозы.
Следующий этап работы — оценка содержания йода-131 в ЩЖ обследуемых по показаниям неспециализированного прибора СРП-68, с помощью которого производились дозиметрические измерения. Необходимо было решить вопросы, связанные с наличием «подсветки» от радиоактивного цезия и выбрать соответствующую модель расчета. Оценка вклада в показания приборов других радиоактивных изотопов (кроме йода), присутствующих в организме обследуемых, долгое время дискутировалось в научной литературе. В настоящее время установлено, что наибольшее влияние на величину оценки дозы оказывала «подсветка» от цезия-137 и цезия-134 в так называемый «цезиевый» период аварии. Для учета этого фактора нами была выбрана соответствующую модель расчета, включающая данные двух измерений — в области ЩЖ и в области бедра. Параметры модели были уточнены с помощью возрастозависимого фантома, сделанного из тканеэквивалентного пластика и заполненного «чернобыльской смесью» радионуклида цезия и со стандартным органом ЩЖ с источником йода-131. С этой же целью был использован также и математический фантом человека и метод суперпозиции дозовых функций точечных источников. Был предложен также метод расчета содержания активности и для тех обследуемых, у которых имелись данные только одного измерения — в области щитовидной железы.
Для расчета индивидуальных доз излучения йода-131 в ЩЖ была выбрана модель, которая ! включает в себя функции, описывающие изменение активности йода в окружающей среде, продуктах питания и организме человека после радиоактивного разового загрязнения местности. В качестве значений параметров функций были выбраны данные, представленные в литературе и соответствующие стандартному человеку различного возрастазначения параметров, связанных с рационом питания, были получены нами путем анализа данных опроса населения, проживающего в центральной части России (опрос производился сотрудниками лаборатории МЭД и РБН МРНЦ РАМН). Данная модель была использована и для расчетов в условиях пролонгированного выпадения радионуклидов. С этой целью был применен метод суперпозиции во времени. Было разработано соответствующее программное обеспечение, что позволило произвести расчеты поглощенных доз в щитовидной железе для любых характеристик выпадения активности. С использованием разработанных алгоритмов было рассчитано несколько вариантов оценок доз для каждого обследованного с учетом различных гипотетических ситуаций дозообразования (пролонгированность выпадений, даты выпаса скота), что позволило убедительно продемонстрировать: условия облучения — важный фактор дозообразования и, следовательно, величины дозы.
По скорректированным результатам прямых измерений и с учетом дополнительной информации, наиболее адекватно отражающей ситуацию облучения ЩЖ населения Калужской области, были переоценены величины доз в базе данных, что позволило снизить их первоначальные значения в среднем в 6 раз. Оценены величины коллективных доз для семи районов Калужской области.
Таким образом, получена новая информация о дозах облучения ЩЖ как для отдельных лиц, так и для групп населения Калужской областиподтверждено, что наиболее высокие уровни облучения щитовидной железы сформированы у жителей трех районов Калужской области — Ульяновского, Жиздринского, Хвастовического. Оценены величины коллективных доз для различных возрастных групп семи обследованных районов.
Проведенный нами анализ распределений индивидуальных доз для различных возрастных групп в различных населенных пунктах показал, что наиболее адекватно они описываются логнормальным законом распределения. Этот факт позволил провести статистический анализ выборок индивидуальных доз по 6 возрастным группам для 115 населенных пунктов Калужской области. Построены таблицы для этих населенных пунктов и различных возрастных групп, содержащие результаты статистической обработки число доз в группе, максимальная доза, значения средней арифметической и средней геометрической дозы (медианы), значения стандартных арифметических и геометрических отклонений. Эти таблицы могут использоваться при реконструкции средних и индивидуальных доз облучения щитовидной железы в тех случаях, когда данные прямых измерений отсутствуют. При этом интервал неопределенности реконструированной дозы определяется значением стандартного геометрического отклонения, рассчитанным для рассматриваемой возрастной группы в данном населенном пункте. Как показали расчеты, значения этого параметра для различных возрастных групп лежат в зависимости от населенных пунктов и районов в интервале 1,4−2,8.
В результате анализа содержащейся в базе дозиметрической информации, а также в результате работы по оценке дозовых нагрузок в ЩЖ, был сформулирован ряд рекомендаций по организации и проведению дозиметрического обследования.
— 73 населения в случае крупномасштабной аварии, сопоставимой с ЧА. Выполнение этих рекомендаций, на наш взгляд, может существенно уменьшить диапазон неопределенности оценки дозы на ЩЖ.
Каждый этап выполнения работы сопровождался разработкой соответствующего программного обеспечения, необходимого при работе с большими информационными массивами. Программы имеют подробное описание и инструкции для пользователей, и могут быть использованы при работе с другими базами данных, содержащими аналогичную информацию.