Реконструкция поглощенных доз внешнего гамма-облучения после аварии на ЧАЭС с применением методов люминесцентной дозиметрии и стохастического моделирования
Успешное международное интерсличение разработанного метода ЛРД с использованием кварцсодержащих образцов, отобранных на загрязненных территориях Брянской области и верификация расчетных доз внешнего облучения жителей загрязненных территорий с использованием данных метода ЛРД и конверсионных коэффициентов, рассчитанных с помощью метода стохастического моделирования, а также проведенное сравнение… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
- Значимость проблемы ретроспективной оценки доз облучения населения с использованием метода люминесцентной дозиметрии
- ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
- ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Результаты получения первичных данных для инструментальной верификации расчетной модели реконструкции доз внешнего облучения населения на радиоактивно загрязненных территориях Брянской области вследствие аварии на ЧАЭС: разработка методологии ЛРД и ее применение
3.2 Назначение и область применения разработанной методики ЛРД.
3.3 Погрешности измерений.
3.4 Результаты разработки способов пробоотбора, вспомогательных устройств, материалов, методологии измерений.
3.5 Измерения оптико-стимулированной люминесценции (ОСЛ).
3.6 Измерения термостимулированной люминесценции (ТЛ).
3.7 Процедура калибровки встроенного в ридер источника.
3.8 Разработка методики и оценка величины фоновой дозы от природного излучения: полученные результаты.
3.9 Результаты разработки процедуры пересчета от накопленной дозы в кирпиче к величине накопленной дозы в референтной точке в воздухе в месте пробоотбора и к величине эффективной накопленной дозы в теле человека
3.10 Результаты применения метода ЛРД на территориях, Брянской области, загрязненных радионуклидами вследствие аварии на ЧАЭС.
3.11 Международное интерсличение данных ЛРД с использованием образцов, отобранных на территории, загрязненной радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС.
3.12 Результаты построения эмпирической зависимости для оценки накопленной дозы внешнего облучения на основе первичных радиоэкологических данных.
3.13 Результаты верификации модели для расчетов средних доз внешнего облучения с использованием данных ЛРД и эмпирической зависимости на основе первичных радиоэкологических данных.
3.14 Результаты оценки доз облучения всего тела и молочной железы у лиц, включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование в
Брянской области.
ВЫВОДЫ.
Реконструкция поглощенных доз внешнего гамма-облучения после аварии на ЧАЭС с применением методов люминесцентной дозиметрии и стохастического моделирования (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Актуальность исследования.
Разработка и применение инструментальных методов ретроспективного определения накопленных поглощенных доз облучения всего тела и отдельных органов жителей территорий, загрязненных после аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС), являются актуальной научно-практической задачей в связи с тем, что существующие оценки накопленных доз являются, в основном, результатами весьма консервативных расчетов по математическим моделям и, соответственно, требуют инструментальной верификации.
Корректные оценки доз облучения населения необходимы для дозиметрической поддержки радиационно-эпидемиологических исследований, а также для обеспечения дозиметрической информацией при принятии решений медицинского и социально-экономического характера в рамках задач по социально-экономической и медицинской реабилитации населения, проживающего на загрязненных территориях.
В настоящее время все более широкое применение получают физические (ТЛ/ОСЛ) и биологические (ЭПР) инструментальные методы ретроспективной дозиметрии, применяемые для восстановления накопленных доз внешнего облучения в результате неконтролируемых радиационных воздействий на человека.
В данной работе в качестве таких методов разработаны и применены методы люминесцентной ретроспективной дозиметрии (ЛРД) термолюминесцентной (ТЛ) и оптико-стимулированной (ОСЛ) дозиметрии по кварцсодержащим объектам окружающей человека среды. Для этого использованы кварцевые включения в кирпичи строений, находящихся на загрязненных радионуклидами территориях. Фактически, кварцевые включения в кирпичах служат естественными накапливающими дозиметрами.
Полученные методами ТЛУОСЛ дозиметрии результаты измерений величин накопленных поглощенных доз внешнего облучения в кварцевых включениях использованы для верификации поглощенных доз, оцененных с помощью математических моделей. Далее, после проведенной верификации, результаты работы были использованы для расчетов индивидуальных доз облучения лиц, с установленными диагнозами «рак молочной железы», включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование по технологии «случай-контроль», проводимого на загрязненных территориях Брянской области.
Пересчет результатов дозиметрических измерений кварцевых включений в кирпичах к дозам облучения людей осуществлен с помощью соответствующих конверсионных коэффициентов, которые вычислены для реальных ситуаций, характеризующих основные факторы дозообразования при внешнем облучении человека, находящегося на радиоактивно загрязненной территории. Расчет этих конверсионных коэффициентов проведен с помощью метода стохастического моделирования (метод Монте-Карло) процессов прохождения ионизирующего излучения через вещество с учетом реальной геометрии облучения.
После проведения инструментальной верификации расчетной модели индивидуализация поглощенных доз внешнего облучения лиц, обследованных в рамках пилотного радиационно-эпидемиологического исследования, осуществлена с помощью индивидуальных дозиметрических опросников, а оценка неопределенностей индивидуальных доз проведена методом стохастического варьирования значений входящих в расчетную модель параметров в соответствии с эмпирически установленными статистическими распределениями величин этих параметров.
Цель исследования.
Разработать и применить на территориях Брянской области, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС, высокочувствительные инструментальные методы реконструкции поглощенных доз внешнего гамма-облучения с использованием методик люминесцентной дозиметрии и стохастического моделирования с целью использования этих методов для верификации расчетных моделей оценки доз, а также для последующего применения результатов инструментальной верификации при расчетах индивидуальных доз, облучения лиц, с диагнозами «рак молочной железы», включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование по технологии «случай-контроль», проводимого на загрязненных территориях Брянской области.
Задачи исследования:
1. В экспедиционных условиях отработать методологию пробоотбора и собрать кварцсодержащие образцы кирпичей из стен зданий для последующего анализапровести необходимое документирование мест отбора образцов и самих образцовизмерить мощности доз гамма-излучения в воздухе, собрать образцы почвы для последующих гамма-спектрометрических измерений. Провести сбор кварцсодержащих образцов из хорошо экранированных частей зданий для последующей оценки фоновых доз;
2. Разработать и реализовать технологию выделения и обработки кварцевых фрагментов в кирпичах зданий и соответствующих TJI/OCJI дозиметрических измерений естественных кварцевых включений с целью достижения чувствительности метода не ниже 20 мГр по величине накопленной дозы;
3. Разработать и реализовать методику оценки доз фонового излучения в кварцевых включениях за счет естественных радионуклидов и космического излучения;
4. Провести международное интерсличение разработанного метода ЛРД с использованием кварцсодержащих образцов, отобранных на загрязненных территориях Брянской области.
5. Провести верификацию расчетных доз внешнего облучения людей с использованием, данных метода ЛРД и величин конверсионных коэффициентов для перехода от поглощенных доз в кварцевых включениях к дозам облучения людей, рассчитанных с помощью метода стохастического моделирования.
6. По результатам инструментальной верификации методом ЛРД расчетных методов ретроспективной дозиметрии и с использованием данных индивидуальных дозиметрических опросников провести расчеты индивидуальных доз, облучения лиц, с диагнозами «рак молочной железы», включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование по технологии «случай-контроль», проводимого на загрязненных территориях Брянской области.
Научная новизна:
1. Впервые разработан комплекс методик ЛРД:
— разработана и реализована в полевых условиях на радиоактивно загрязненных территориях Брянской области методика пробоотбора кварцсодержащих образцов;
— разработана методика подготовки и измерений отобранных образцов методами ЛРД (ТЛ/ОСЛ) для определения накопленных поглощенных доз (с разделением на фоновую дозу и дозу, обусловленную аварийным облучением на территории Брянской области) в кварцевых включениях с чувствительностью по величине накопленной поглощенной дозы внешнего гамма-излучения не ниже 20 мГр.
2. Впервые проведено успешное международное интерсличение разработанного метода ЛРД с использованием кварцсодержащих образцов, отобранных на загрязненных территориях Брянской области.
3. Впервые проведена верификация расчетных доз внешнего облучения людей с использованием, данных метода ЛРД и величин конверсионных коэффициентов для перехода от поглощенных доз в кварцевых включениях к дозам облучения людей, рассчитанных с помощью метода стохастического моделирования.
Практическая значимость:
1. По результатам инструментальной верификации методом ЛРД расчетных методов ретроспективной дозиметрии и с использованием данных индивидуальных дозиметрических опросников выполнены расчеты индивидуальных доз облучения лиц, с диагнозами «рак молочной железы», включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование по технологии «случай-контроль», проводимого на загрязненных территориях Брянской области.
2. Разработанный комплекс методик ЛРД может быть использован при оценке последствий облучения людей в случае экстремальных обстоятельств, вызванных потенциально возможными крупномасштабными радиационными авариями.
Основные положения, выносимые на защиту:
— Разработанная методика отбора кварцсодержащих образцов, подготовки и последующих измерений собранных образцов с применением ТЛ/ОСЛ стимуляции люминесцентного излучения для определения накопленных поглощенных доз внешнего облучения (с разделением на фоновую дозу и дозу, обусловленную аварийным облучением) обеспечивает возможность оценки накопленных доз с чувствительностью по величине накопленной поглощенной дозы внешнего гамма-излучения не ниже 20 мГр даже через 20 лет после аварии на ЧАЭС. Это позволяет применять данную методику и в иных потенциально возможных радиационных инцидентах.
— Успешное международное интерсличение разработанного метода ЛРД с использованием кварцсодержащих образцов, отобранных на загрязненных территориях Брянской области и верификация расчетных доз внешнего облучения жителей загрязненных территорий с использованием данных метода ЛРД и конверсионных коэффициентов, рассчитанных с помощью метода стохастического моделирования, а также проведенное сравнение данных ретроспективной дозиметрии с использованием метода ЛРД и расчетных методов, показало валидность метода ЛРД для его применения для целей ретроспективной дозиметрии.
Связь с основными научными направлениями работы ГУ-МРНЦ РАМН.
Диссертационная работа выполнялась в рамках следующей тематики НИР ГУ-МРНЦ РАМН: «Обоснование и разработка инструментальных методов реконструкции накопленных доз облучения организма жителей РФ, подвергшихся радиационному воздействию» (№ государственной регистрации: 01.9.90 2 855, 1999;2003 г.), а также в рамках государственного контракта ГУ-МРНЦ РАМН «Обоснование, разработка и апробация методов реконструкции индивидуальных накопленных доз облучения молочной железы для случаев рака молочной железы на территориях Брянской области, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС» (№ гос. регистрации 0120.0 407 145, 2007 г.).
Тема диссертации утверждена Ученым Советом ГУ-МРНТТ РАМН 18 августа 2001 г., протокол № 12.
Апробация работы.
Апробация диссертации состоялась 3 сентября 2008 г. (протокол № 228) на научной конференции экспериментального радиологического сектора ГУ — Медицинский Радиологический Научный Центр РАМН.
Публикации результатов исследования.
Материалы диссертационной работы отражены в десяти опубликованных работах, в том числе в семи журналах, рецензируемых ВАК МОиН РФ.
ВЫВОДЫ.
1. Полученные в ходе работы результаты, с учетом успешно проведенного международного интерсличения, позволяют заключить, что разработанная и примененная методика ЛРД с использованием природных кварцевых включений в кирпичи строений, позволяет оценить накопленные дозы внешнего облучения даже через 15−20 лет после радиационного воздействия при чувствительности метода не ниже 20 мГр по величине накопленной дозы. Этот факт является обнадеживающим для применения данного метода в иных потенциально возможных радиационных авариях.
2. Использование инструментального метода ЛРД для верификации расчетных доз внешнего облучения жителей территории, загрязненной в результате аварии на ЧАЭС, показало валидность применяемой расчетной методики.
3. После успешного проведения международного интерсличения метода ЛРД и верификации расчетных доз были проведены расчетные оценки индивидуальных накопленных поглощенных доз и их погрешностей для 39 лиц с диагнозами «рак молочной железы», включенных в пилотное радиационно-эпидемиологическое исследование и проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области.
4. Анализ полученных данных показал, что величины индивидуальных суммарных накопленных доз облучения всего тела и молочной железы распределены крайне неравномерно между обследованными пациентами: минимальная доза облучения всего тела составляет 0,5 мЗв, максимальная — 230 мЗв, а минимальные и максимальные дозы облучения доза молочной железы составляют 0,55 мГр и 250 мГр, соответственно. Важным обстоятельством является то, что, судя по оценкам неопределенностей индивидуальных доз, эти различия достоверны. При этом средняя доза и медианная доза для всего тела равны 33 мЗв и 8,7 мЗв, соответственно, а средняя и медианная дозы для молочной железы равны 35 мГр и 9,6 мГр, соответственно. Большое различие между величинами средних и медианных доз указывает на то, что статистическое распределение индивидуальных доз имеет длинный «хвост» в области больших величин, которые многократно (в 5−10 раз) превышают средние и медианные значения, что указывает на наличие групп населения с повышенным радиационным воздействием при достаточно малых величинах средних и медианных доз.
Список литературы
- International Commission on Radiation Units and Measurements. Retrospective assessment of exposures to ionizing radiation. ICRU Report 68. International Commission on Radiation Units and Measurements, Bethesda, USA, 2002.
- McKeever S.W.S.Cambridge. Thermoluminescence of solids. Cambridge University Press, 1985.
- I.K.Bailiff. Retrospective dosimetry with ceramics, 1997.
- L. Boetter-Jensen. Luminescence techniques: instrumentation and methods, 1997.
- I.K. Bailiff, V.F. Stepanenko. Retrospective dosimetry and dose reconstruction. International scientific collaboration on the consequences of the Chernobyl accident (1991−1995). EUR 16 540 en, ECSC-EC-EAEC, Brussels-Luxembourg, 1996. P. 115.
- Higashimura Т., Ichikawa Y., Sidei T. Dosimetry of atomic bomb radiation in Hiroshima by thermoluminescenece of roof tiles. Science. 1963. — N. 139. — P. 1284−1285.
- Haskell E.H. Radiation Effects Research Foundation, 1983. P. 32−44.
- Akselrod M.S., Kortov V.S., Kravetsky D.J., Gotlib V.I. Highly sensitive thermoluminescent anion defect a-A1203: single crystal detector // Radiat. Prot. Dosim, 1990. N 32, — P. 15−20.
- Итоговый отчет по Государственному контракту (договору) № 6/6.2.2.СБР от 19 апреля 2004 г. Номер работы в ЕТП НИОКР МЧС России -6.2.2., г. Обнинск. ГУ-МРНЦ РАМН, 2005.
- Данные по радиоактивному загрязнению населенных пунктов РСФСР цезием-137 и стронцием-90 (на март 1990 г.). Обнинск, Госкомгидромет СССР, 1990.
- Briemeister, J.F., 1997. MCNP-a general Monte-Carlo n-particle transport code. Version 4B, la-12 625-m, Los Alamos.
- Cristy, M., Eckerman, F., 1997. Specific absorbedfraction of energy at various ages from internal photon sources // Appendix A. Description of the mathematical phantom. ORNL/TM-8381/VI, Oak Ridge.13. htpp://www.flymicro/com/records/recordcalc2.cfm.
- Aitken M.J. An introduction to optical dating. Oxford University Press, Oxford, 1998.
- Boetter-Jensen L., Solongo S., Murray A.S. et al. Using the OSL single-aliquot regenerative-dose protocol with quartz extracted from building materials in retrospective dosimetry. Radiation Measurements, 2000. N. 32. — P. 841−845.
- Израэль Ю.А. (ред.) Чернобыль: радиоактивное загрязнение природных сред. Ленинград. Гидрометеоиздат, 1990. С. 296.
- Медицинские последствия Чернобыльской аварии. Программа «АЙФЕКА». Доклад ВОЗ (под ред. Г. Н. Сушкевича, А.Ф. Цыба). Раздел «Дозиметрия» (В.Ф. Степаненко в коллективе авторов). ВОЗ. Женева, 1996, — С. 559.
- Radition dose reconstruction for epidemiological uses. Library of Congress Cataloging-in-Publication Data. National Academy of Sciences. USA, 1995. P.138.
- Nations- United Nations sales publication E. OO:IX.3 and E.00.IX.4. United Nations, 2000.
- Voilleque P.G., Gessell T.F. Evaluation of environmental radiation exposure from nuclear testing in Nevada: A symposium // Health Physics, V. 59.
- D. B. Shipler, B. A. Napier, W. T. Farris, and M. D. Freshley. Hanford Environmental dose reconstruction project an overview // Health Physics, 1996. -V. 71, N4. P. 532−544.
- Moysich K.B., Menezes R.J., Michalek A.M. Chernobyl related ionizing radiation exposure and cancer risk: an epidemiological review // Lancet Ocol., 2002. -N.3.-P. 269−279.
- Prisyazhniuk A., Pjatak O.A., Buzanov V.A., Reeves G.K., Beral V. Cancer in the Ukraine, post-Chernobyl II Lancet, 1991. -N. 338. P. 1334−1335.
- Степаненко В.Ф., Деденков A.H., Яськова E.K. Автоматизированная система дозиметрического сопровождения в ядерной медицине // В кн. «Применение математических методов и ЭВМ в медико-биологических исследованиях М., 1985. С. 308−310.
- Колобашкин В.М., Рубцов П. М., Ружанский П. А., Сидоренко В. Д. Справочник. Радиационные характеристики облученного ядерного топлива. М., Энергоатомиздат, 1983. С. 265.
- Loevinger R., Berman М. A Schema for Absorbed-Dose Calculations for Biologically -Distributed Radionuclides // MIRD Pamphlet № 1, J. Of Nuclear Medicine, 1968. Suppl.№ 1. P. 7−14.
- ICRP. Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides.//ICRP Publication № 56, Part 1, Oxford, Pergamon Press, 1990.
- Румшиский J1.3. Математическая обработка результатов эксперимента //Наука, М., 1971.-С. 191.
- Stepanenko V.F. with coauthors. Assessment of doses to the public from injected radionuclides. IAEA Safety Series No 14 IAEA. Vienna, 1999. C. 87.
- Цыб А.Ф., Деденков А. Н., Иванов В .К., Степаненко В. Ф. и др. Разработка всесоюзного регистра лиц, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС // Медицинская радиология, 1989. -N. 11. С. 3−8.
- Степаненко В.Ф. Текущие и потенциальные медицинские и радиоэкологические последствия Чернобыльской аварии. Справка для экспертов миссии ООН. Нью-Йорк: ООН, 2002. С. 68.
- Direct methods for measuring radionuclides in the human body. Safety Series No 114 (Stepanenko V. et al.). IAEA, Vienna, 1996. P. 110.
- Assessment of doses to the public from ingested radionuclides. Safety Reports Series No 14 (Stepanenko V.F. et al.). IAEA, Vienna. P.87.
- Степаненко В.Ф. в коллективе соавторов. «Радиация и патология». Учебное издание (под общей редакцией А.Ф. Цыба). Москва, Высшая школа, 2005.-С. 341.
- Итоговый отчет по Государственному контракту (договору) N 6/6.2.2 СБР от 19 апреля 2004 г. Номер работы в ЕТП НИОКР МЧС России-- 6.2.2., г. Обнинск. ГУ МРНЦРАМН, 2005 г., С. 128
- Израеэль Ю.А., Стукин Е. Д. Гамма-излучение радиоактивных выпадений. Атомиздат. Москва, 1967. С. 224.
- Layton, D. К. Metabolically consistent breathing rates for use in dose assessments // Health Physics, 1993. V. 64, N 1. — P. 23−36.