20 ноября 2009

Исследования водных ресурсов в Обнинске

В современном мире активная хозяйственная деятельность и большое количество радиационно-опасных объектов привели к возникновению ряда острых проблем для окружающей среды и здоровья человека. Методология оценки риска направлена на выявление техногенных факторов и служит главным механизмом разработки оптимальных управленческих решений для предотвращения их негативного воздействия.

В Обнинском регионе Калужской области особого внимания заслуживает проблема загрязнения окружающей среды тритием.

Радиационно-опасный элемент

Наиболее значимый способ поступления трития в организм человека – пероральный. Ингаляция всех форм трития составляет только около 1%, а адсорбция через кожу – примерно 0,4% от объема его поступления через желудочно-кишечный тракт.

Поведение трития, попавшего в организм человека, можно описать следующим образом. Основная масса поступившей тритиевой воды (92 %) выводится достаточно быстро (период полувыведения – примерно 10-12 дней). Оставшаяся доля (8 %) более длительно остается в организме. Причем тяжелый изотоп водорода, который изначально находится в воде, в конечном итоге переходит в более слабые позиции водородной связи, замещая водород в белках, углеводах и нуклеотидах, то есть накапливается в биомолекулах. Это обстоятельство, с учетом низкой энергии излучения (средняя Еβ = 5,71 кэВ), обусловливает радиационную опасность трития. Биологическое действие этого радионуклида усиливается тем, что при его распаде образуется инертный газ гелий, вследствие чего рвутся водородные связи в живых клетках. Это сказывается как на нарушении процесса синтеза органических структур при жизни человека, так и на наследственности, возможно отдаленной (Иваницкая М.В., Малафеева А.И., 2001).

Существуют еще два обстоятельства, повышающие радиотоксичность трития. Пробег его β-частиц не превышает 6 мкм, при этом вся энергия излучения поглощается непосредственно в месте его локализации, то есть там, где расположены биологически важные структуры организма. Второе обстоятельство относится к более высокой удельной плотности ионизации, создаваемой тритием по сравнению с высокоэнергетическим β-излучением других радионуклидов. Такое излучение приводит к более выраженным отрицательным эффектам облучения. В связи с этим оценка относительной биологической эффективности β-излучения трития – 2-4 (Окись трития, 1968), в то время как для всех высокоэнергетических излучателей этот показатель принимается равным единице. Однако в НРБ-99 тритий по этому параметру не выделяется из ряда других β-излучателей (Зайцев Ю.А., 2000).

Кроме того, полнота научно-методической базы данных в России по радиационному воздействию трития ниже, чем в США и странах Евросоюза, о чем свидетельствуют нормативы, установленные на его содержание. В России, согласно НРБ-99, уровни вмешательства для неорганических соединений трития составляют 7700 Бк/л, для органически связанного трития – 3300 Бк/л. Для сравнения: в Канаде допустимые нормы содержания трития составляют 7000 Бк/л, в США – 740 Бк/л, в странах Евросоюза – 100 Бк/л, рекомендованные Всемирной Организацией Здравоохранения – 1000 Бк/л, (Tritium, 2007; Safe Drinking Water Act, 2002; Gerasimo, Laroche, 2004). Однако дополнительное ужесточение нормативной базы требует специального обоснования.

Тритий в Обнинске

В 1995 году при обследовании подземных источников левого берега реки Протвы, где располагаются все обнинские предприятия, сотрудники НПО «Тайфун» Росгидромета выявили повышенное содержание трития во всех выходах грунтовых вод на территории санитарной зоны водозаборов. Максимальные концентрации этого элемента (до 46,9 кБк/л) зафиксированы в водах первой надпойменной террасы Протвы (см. рис.) вблизи хранилища радиоактивных отходов (РАО) ГНЦ РФ – ФЭИ (Радиационная обстановка на территории России и сопредельных государств в 1995 г., 1996).


Модельный ореол трития в окско-тарусском водоносном горизонте
(Зинин А.И., Зинина Г.А., 1997г)

Измерения концентрации трития в воде девяти родников и в водоисточниках Обнинска и его окрестностей, проводившиеся в марте 2005 года, показали, что максимальное значение удельной активности трития для грунтовых вод составило 37 000 Бк/л (родник у промплощадки ГНЦ РФ – ФЭИ), что примерно в пять раз выше уровня вмешательства. В других родниках активность трития составила 1-24 Бк/л, для водопроводной воды в среднем – 67 Бк/л (в 17 раз выше фона).

Анализ проб воды в технологических контурах ГНЦ РФ – ФЭИ и на территории санитарно-защитной зоны в воде контрольных скважин хранилищ РАО проводили с использованием радиометров РКБ-07 и РЖС-05 (Старков О.В., Вайзер В.И., 2003). Измерения содержания трития в грунтовых, водопроводной и поверхностных водах на территории Обнинского региона выполняли в Московском инженерно-физическом институте на прецезионном жидко-сцинтилляционном β-спектрометре «QUANTULUS‑1220» (Бушуев А.В., Алеева Т.Б., 2003), а также на Смоленской АЭС с помощью радиометра α-, β-излучения «Гардиан‑1414» (Крючкова Л. М., Дудинская В.А., 2005). Было установлено, что основным источником поступления трития в окружающую среду являются тритиевые мишени, использованные на ускорителях для получения пучков нейтронов, и затем помещенные в хранилище РАО (Старков О.В., Вайзер В.И., 2003).

Оценка дозы облучения

В 2007 году ученые ИАТЭ при финансовой поддержке Министерства образования, культуры и спорта Калужской области оценили риск воздействия трития, находящегося в питьевой воде, для населения города Обнинска.

Для оценки риска ограничили число выявленных источников воды с аномальным содержанием трития, так как население Обнинска не все их использует для питья, в то время как водопроводную воду централизованного водоснабжения употребляют практически все горожане.

В данном случае ученые имели дело с хроническим ежедневным поступлением радионуклида с водой, содержащей тритий. Учитывая, что этот радионуклид равномерно распределяется в организме человека, использовали однокамерную модель для определения поглощенной дозы β-излучения трития Dβ(t) (рад) как функцию времени. В этом случае доза облучения рассчитывается по формуле:

где:
Eβ– средняя энергия β-излучения на распад, МэВ (в данном случае – 5,71 кэВ);
t – время поступления, сутки (1 год);
Av – объемная активность трития в питьевой воде, Бк/л (67 Бк/л);
V – скорость поступления питьевой воды, л/день (2л/день);
f – коэффициент перехода в критический орган (для трития – 1);
Тэфф – эффективный период полувыведения, сутки, равный

физ – период полураспада, сутки (12,23 года), Тбиол – период полувыведения, сутки (10 суток), m – масса тела человека, г (70 кг).

На основе приведенной информации были рассчитаны годовые индивидуальные поглощенная и эффективная дозы облучения при употреблении тритиевой воды, которые составили 7,44×10-7 Гр и 1,48 мкЗв соответственно.

Согласно результатам исследований, индивидуальные эффективные дозы облучения, полученные в течение года при употреблении питьевой воды, содержащей тритий, составляют 0,15% от предельных для населения доз, установленных НРБ-99 (1 мЗв/год). Следовательно, вклад трития в общее внутреннее облучение человека незначительный.

Расчет риска опасных заболеваний

Был также рассчитан риск дополнительных случаев смерти от воздействия трития, находящегося в питьевой воде.
В соответствии с НРБ-99, индивидуальный риск для жителей Обнинска вычисляется так:

где r – индивидуальный пожизненный риск;
Е – индивидуальная эффективная доза, полученная i-ым индивидом за год при экспозиции тритием, Зв;
rE – коэффициент пожизненного риска сокращения длительности периода полноценной жизни в среднем на 15 лет на один стохастический эффект (от смертельного рака, серьезных наследственных эффектов и несмертельного рака, приравненного по вреду к последствиям от смертельного рака), в нашем случае это 7,3×10-2 1/чел.-Зв.

Проведенные расчеты показали, что индивидуальный пожизненный риск для жителей Обнинска составляет 1,08×10-7 1/чел, что в свою очередь ниже предела индивидуального пожизненного риска (5,0×10-5).

Кроме того, риск дополнительных смертельных случаев был рассчитан в соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) (Радиационная безопасность, 1994). Как и в первом случае, использовалась линейная беспороговая модель зависимости «доза-эффект», а для расчета применялись количественные значения коэффициентов риска для населения, учитывающие вероятность возникновения фатального и нефатального раков, а также тяжелых наследственных эффектов. Таким образом, результаты можно представить не только как вероятность проявления стохастических эффектов облучения, но и в виде спектра определенных видов изменений состояния здоровья человека и последующих поколений. В итоге получили, что индивидуальный риск возникновения смертельного рака составил 7,40×10-8, несмертельного  – 1,48×10-8, всех злокачественных опухолей – 8,88×10-8, наследуемых эффектов – 1,48×10-8.

Дополнительный фактор риска

Наглядным подтверждением того факта, что употребление тритиевой воды является дополнительным источником риска, является следующее. По данным отдела радиационной безопасности и охраны окружающей среды ГНЦ РФ – ФЭИ, годовая эффективная доза облучения населения, проживающего вблизи данного предприятия, за счет газоаэрозольных выбросов составляет около 1 мкЗв. По расчетам, эффективная доза, которые получает население за счет облучения тритием при употреблении питьевой воды, составляет 1,48 мкЗв. Значит, можно предположить, что в Обнинском регионе существует дополнительный фактор риска здоровью человека за счет техногенного трития.

Расчеты с использованием линейной беспороговой модели оценки риска показывают, что при безаварийной эксплуатации радиационно-опасных объектов годовой индивидуальный риск возникновения стохастических эффектов облучения составит 7,3×10-8. Данная величина значительно меньше, чем опубликованные данные по риску для населения, проживающего вблизи АЭС – 7×10-7 1/год (Алексахин Р.М., 2001).

Таким образом, тритий дает достаточно низкие дополнительные дозовые нагрузки на население Обнинска. Тем не менее, речь идет о малых дозах облучения, действие которых носит непредсказуемый характер.

Заключение о допустимости (приемлемости) оцененного уровня риска очень важно для принятия управленческих решений об уменьшении (или недопущении) загрязнения окружающей среды в конкретной ситуации. В связи с этим информация о риске должна обладать максимально возможной полнотой и достоверностью.