СОДЕРЖАНИЕ ПЛУТОНИЯ В ОРГАНИЗМЕ ЖИТЕЛЕЙ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ
Современное состояние радиоэкологической обстановки на Южном Урале свидетельствует, что внутреннее облучение за счет долгоживуших радионуклидов является ведущим фактором в общем воздействии радиоактивных выбросов ПО «Маяк» на население Челябинской области. Присутствие в окружающей среде долгоживущих радионуклидов— 90 Sr и в меньшей степени 137 Cs и 239 Pu приводит к долговременному радиационному воздействию остаточного загрязнения на население, не имеющее профессионального контакта с радионуклидами.
В настоящее время прирост накопленной дозы за счет 90 Sr — основного в прошлом источника внутреннего облучения жителей Челябинского региона составляет 2—3% [1]. В то же время радиационный мониторинг внутреннего облучения населения Озерска (Челябинска-65), близко расположенного к источнику выбросов, указывает на возрастающее во времени влияние накопления плутония в организме человека, не работающего с радионуклидами. Собственными многолетними исследованиями установлено, что содержание плутония в организме находится в прямой зависимости от длительности проживания человека в городе. В результате в настоящее время накопление плутония населением Озерска в десятки раз превышает фоновый показатель для радионуклида глобального происхождения [2].
Государственной программой по радиационной реабилитации загрязненных территорий Челябинского региона, осуществляемой с 1992 г. [3], была поставлена задача исследовать границы распространения выбросов плутония, обусловленных деятельностью ПО «Маяк», и составить карту его содержания в организме взрослых жителей Челябинской области, профессионально не связанных с радиоактивностью (категория Б). В настоящей статье представлены результаты исследований.
Материал и методы исследования. Содержание плутония в организме жителей Челябинской области определяли на основании результатов посмертной радиометрии органов и тканей взрослых людей, скончавшихся в 1975—1993 гг. Исследовано около 7000 образцов легких, печени и скелета, взятых при вскрытии 650 трупов 103 населенных пунктов, удаленных на разнос расстояние от ПО «Маяк». Масса образцов органов колебалась от 250—350 г. (кости) до 500—1000 г (легкие и печень).
Методика радиохимического анализа включала стадии влажного (легкие, печень) и сухого (кости) озоления, растворения минерального остатка в 8М HN0 3 и сорбции плутония на анионите. Плутоний элюировали со смолы слабой соляной кислотой в присутствии солянокислого гидроксиламина [4].
Препараты плутония измеряли двумя методами:
" радиометрическим на малофоновом альфа-радиометре после соосаждения радионуклида с ВiРО 4 и введения осадка в слой твердого сцинтиллятора ZnS (нижний предел обнаружения плутония в пробе 3 мБк с погрешностью не более 45% при р = 0,95);
" ?-спектрометрическим выборочно для определения изотопного состава с помощью импульсной ионизационной камеры. Препараты готовили электроссаждением плутония с меткой 242Рu на стальные полированные мишени диаметром 35 мм, площадь катода 15,2 см2, сила тока 6 А, эффективность регистрации детектора в рабочей области спектра для изотопов плутония составляла 42%. Нижний предел измерения 238 Pu и 239 Pu в пробе составлял 1,5 мБк при р = 0,95.
Содержание плутония в организме рассчитывали его суммированием в органах. Массу органов принимали равной массе органов условного человека [5]. Для повышения надежности оценок содержание плутония в скелете рассчитывали по концентрации, отнесенной к массе золы.
Результаты исследований и их обсуждение. Результаты многолетних исследований динамики накопления плутония в организме населения зоны наблюдения свидетельствуют, что для жителей Озерска, расположенного на расстоянии 8 км от ПО «Маяк», плутоний в перспективе является наиболее значимым среди долгоживущих радионуклидов, присутствующих в выбросах предприятия. Важным фактором, определяющим динамику его накопления в организме населения, является срок проживания в зоне наблюдения [2]. По данным посмертных исследований содержание плутония у взрослых людей, проживших разные сроки в городе, возрастало с начала 50-х годов линейно со средней скоростью прироста накопления в организме около 0,11 Бк/год и на начало 90-х годов составило 4,62 Бк.
Самый высокий уровень накопления радионуклида во все годы наблюдений обнаружен у жителей пос. № 2, близко расположенного к предприятию (0,8 км), за 40 лет проживания содержанием организме составило к началу 90-х годов около 7 Бк, или 2,5 Бк в скелете ( Прим. ред . Согласно НРП-76/87 допустимое содержание 239 Pu в скелете — органе основного депонирования радионуклида у лиц категории Б» (ограниченная часть населения) составляет ДКБ=0,1, ДКА =0,002 мкКи или 74 Бк, чему соответствует годовая эквивалентная доза облучения костной ткани 3 бэр ).
У жителей пос. Новогорный, расположенного на таком же расстоянии, как и Озерск, но в противоположном направлении от ПО «Маяк» (8 км к югу), содержание плутония в организме за 40 лет составило 1,4 Бк, что примерно в 3 раза ниже по сравнению с содержанием у населения Озерска.
С увеличением расстояния от источника выброса содержание плутония в организме медленно снижается, корреляция с направлением прослеживается на значительном расстоянии от предприятия. Наглядное представление о зоне влияния выбросов предприятия на накопление плутония населением Челябинской области даст карта-схема, на которой показано изменение с расстоянием содержания радионуклида в организме жителей населенных пунктов, расположенных в разных направлениях от источника выбросов. При составлении карты использовали результаты, полученные для 103 населенных пунктов. Выявление динамики и тенденции накопления плутония в организме жителей большинства населенных пунктов в настоящее время затруднительно вследствие малого числа исследованных случаев. Поэтому при оценке текущего накопления радионуклида жителями исследованных населенных пунктов Челябинской области учитывали обнаруженные тенденции накопления в организме населения Озерска, для которого наиболее детально изучена динамика процесса в зависимости от сроков проживания. При этом в обнаруженное посмертно индивидуальное содержание вводили поправки, учитывающие рост накопления плутония в организме со временем, начиная с 1949 г. (года начала работы предприятия).
Карта-схема уровней накопления плутония жителями Челябинской области: 3,7 (---), 0,74 (-- • --), 0,37 Бк (- - -) (начало координат — метеостанция Озерска)
На карте видно, что проявляется тенденция к убыванию содержания плутония в организме человека с увеличением расстояния населенного пункта от источника выброса. Число анализированных случаев в обследованных населенных пунктах было недостаточным для описания закономерностей изменения накопления в организме в зависимости от значимости одновременно двух факторов — направления и расстояния. В связи с этим на данном этапе исследований для простоты расчетов и предварительной оценки влияния выброса была построена сглаживающая функция, описывающая зависимость содержания в организме только от расстояния, которая имела вид:
Q j = a j R j -bj , (1)
где: Q j — содержание плутония у взрослых жителей j-го населенного пункта, накопленное за 40 лет (1950—1990 гг.) проживания в зоне наблюдения; R j — расстояние j-го населенного пункта от предприятия; a j , b j — эмпирически оцененные показатели.
При составлении карты исследованные населенные пункты были распределены с учетом расстояния по восьми угловым секторам, расположенным в основных направлениях от источника выбросов: С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, 3, СЗ. Решая уравнение (1), для каждого сектора подбирали такие значения параметров а j и b j которые обеспечивали в среднем наилучшее соответствие расчетных и фактических данных. Поиск неизвестных параметров проводили на ЭВМ методом наименьших квадратов из условия минимума суммы квадратов отклонений фактического содержания в j-м населенном пункте от расчетного. Полученные численные значения параметров а j и b j позволили оценить содержание плутония в организме жителей населенных пунктов, расположенных на разном расстоянии от предприятия, и определить границы распространения плутония из выброса в окружающей среде региона.
Для каждого сектора по уравнению (1) были определены координаты точек (направление и расстояние от ПО «Маяк»), для которых расчетные оценки содержания в организме отвечали выбранным граничным — 3,7, 0,74 и 0,37 Бк, достоверно превышающим фоновый уровень плутония глобального происхождения в организме человека. Точки были соединены изолиниями, проведенными с помощью метода плоскостной интерполяции по способу Грина. На карте показаны контуры территории Челябинской области, в пределах которых содержание радионуклида в организме местного населения больше выбранного граничного 3,7, 0,74 и 0,37 Бк.
Критерием оценки влияния деятельности ПО «Маяк» на содержание плутония в организме жителей зоны наблюдения является содержание радионуклида глобального происхождения. Оценок современного фонового содержания плутония в организме человека в доступной литературе нет. Этот показатель, полученный нами для жителей контрольного района (г. Уфы) в 1981 г., составлял 0,12±0,08 Бк, что совпадало с данными о содержании плутония глобального происхождения у населения стран Западной Европы в начале 80-х годов, изменявшемся по оценкам разных авторов от 0,07 до 0,12 Бк [6, 7]. Эти значения были приняты в качестве консервативной оценки фонового содержания плутония глобального происхождения в организме человека.
На рисунке видно, что изолинии немного вытянуты в северо-восточном направлении от Озерска. Изолиния, которая соответствует содержанию 3,7 Бк, в десятки раз превышающему фоновое содержание плутония глобального происхождения, охватывает территорию площадью примерно 100 км2, протяженностью от 5 км на север и запад до 10 км на юго-восток, считая от метеостанции в Озерске. Изолиния 0,74 Бк ограничивает территорию протяженностью 15 км на запад и 30 км на север, восток и юго-восток. Влияние выброса предприятия, ограниченное изолинией 0,37 Бк плутония в организме человека, прослеживается на расстоянии примерно до 80 км в направлении С, СВ, В, ЮВ. Учитывая выявленную высокую вариабельность индивидуальных показателей жителей одного населенного пункта (стандартное геометрическое отклонение а — 1,5), можно cчитать, что содержание 0,37 Бк в организме жителей Челябинской области достоверно отличается от фонового показателя.
В секторе С-СВ-В-ЮВ содержание плутония в организме жителей населенных пунктов, ограниченных изолинией 0,37 Бк, на расстоянии до 80 км от ПО «Маяк» в 3—5 раз превышает фоновое. В западном и южном направлениях от ПО «Маяк» отмечена тенденция к уменьшению расстояния до 35 км и соответственно до 60 км, где обнаруживается указанное превышение содержания плутония над глобальным уровнем. В населенных пунктах, которые расположены на территории, находящейся за пределами изолинии 0,37 Бк, исследовано малое число случаев (за исключением Челябинска обл.). Это не позволяет с достаточным основанием судить о влиянии выброса на содержание плутония в организме человека. Учитывая его присутствие в составе остаточного радиоактивного загрязнения после трех известных радиационных инцидентов 1949—1952 гг., 1957 г. и 1967 г., в результате которых пострадали районы на северо-востоке области и вдоль р. Течи [1, 2], следует ожидать при сложившихся метеорологических условиях в регионе более неблагоприятных условий проживания людей в населенных пунктах, расположенных с подветренной стороны от ПО «Маяк». По многолетним наблюдениям за режимом ветра в регионе, осуществляемым лабораторией охраны окружающей среды предприятия, в области преобладают северо- и юго-западный ветры. Поэтому в населенных пунктах, которые расположены в секторе СВ-В-ЮВ, противоположном доминирующим метеорологическим направлениям, отмечается наибольшая частота ветров со стороны объекта.
Известно, что плутоний обладает малой подвижностью в почве и его миграция в окружающей среде ограничена [8]. Однако под влиянием ветрового переноса миграционная способность со временем растет, о чем свидетельствует карта, на которой видно, что у жителей населенных пунктов, расположенных на большом расстоянии с подветренной стороны от ПО «Маяк», обнаруживаются уровни накопления достоверно превышающие фоновые показатели. На дальнейшем этапе исследований возможно уточнение Оценок влияния дальности распространения выброса на содержание плутония в организме жителей Челябинской области с учетом данных о ветре и частоте повторяемости ветров в регионе.
Предварительные данные об изотопном составе плутония у населения Челябинской области получены для 50 образцов легких, печени и костей, взятых при вскрытии трупов из разных населенных пунктов. Отношение 238 Pu / 239,240 Pu в органах варьировало от 0,011 до 0,2. Среднее содержание 238 Pu в легких составляло 4±2%, печени 5±3%, скелете 6±4% активности 239,240 Pu.
Известно, что изотопное отношение 238 Pu / 239,240 Pu в организме человека может свидетельствовать об источнике поступления радионуклида в окружающую среду: глобальные выпадения или выбросы радиохимического предприятия. В последнем случае в зависимости от типа реактора и времени выдержки топлива отношение активности 238 Pu / 239,240 Pu колеблется в широких пределах: от 0,01 до 4 [9, 10]. Собственные данные об изотопном составе плутония у жителей Гомельской обл. в 1991 г. показали, что на пятый год после аварии на Чернобыльской АЭС на долю 238 Pu в печени приходилось от 5 до 26% суммарной активности 238 Pu + 239,240 Pu в органе, среднее значение отношения 238 Pu / 239,240 Pu составляло 14±5% [2].
У людей (ограниченная часть населения), проживающих вблизи радиохимического завода в Селлафильде (Великобритания), отношение 238 Pu / 239,240 Pu в легких и печени колебалось от З до 8%. У работников этого предприятия содержание плутония в органах характеризовалось более низким изотопным отношением — от 0,3 до 2% [10]. Этот же факт отмечен для отношения медианной концентрации 238 Pu / 239,240 Pu в органах основного депонирования у населения, не контактирующего с радиоактивностью, и персонала радиохимического предприятия в Ханфорде (США) [11]. Фоновые значения указанного отношения для плутония глобального происхождения в органах человека колеблются в узких пределах, примерно от 3 до 6% [6, 9].
Высокое содержание плутония в организме, в десятки раз превышающее фоновые показатели, а также предварительные данные об изотопном составе в органах, характеризующемся значительной вариабельностью по сравнению с плутонием глобального выпадения, указывают на его региональное происхождение в организме жителей Челябинской области, не имеющих профессионального контакта с радионуклидами — выбросы ПО «Маяк».
Заключение. Анализ, выполненный на основании обобщения результатов многолетних исследований динамики накопления в организме жителей Озерска, не работающих с радионуклидами, свидетельствует, что в реабилитации населения Челябинской области плутоний в долговременной перспективе будет наиболее опасным дозообразующим фактором техногенного облучения. Карта уровней накопления в организме населения Челябинской области, составленная по материалам посмертных исследований, показывает, что его содержание в организме людей, проживающих на близком расстоянии (менее 10 км) от ПО «Маяк», в настоящее время в несколько десятков раз превышает содержание плутония глобального происхождения и составляет более 3,7 Бк. Влияние выбросов ПО «Маяк» распространяется на расстоянии до 80 км в северном и восточном направлениях, где его содержание в организме местных жителей достоверно в 3—5 раз выше по сравнению с фоновым показателем.
С учетом возможности возрастания со временем миграционной способности плутония в результате длительного пребывания во внешней среде следует предполагать, что в итоге увеличивается вероятность его дальнейшего накопления в организме. В этой связи накопление плутония в организме людей, не имеющих профессионального контакта с радиоактивностью, требует дальнейшего изучения для прогностической оценки дозовых нагрузок на фоне общей неблагоприятной радиационной ситуации в Уральском регионе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аклеев А.В., Голощапов П.В., Дегтева М.О. и др. Радиоактивное загрязнение окружающей среды в регионе Южного Урала и его влияние на здоровье населения: Препринт ЦНИИатоминформа МЗ-1-91, 1991. 64с.
2. Хохряков В.Ф., Суслова К.Г., Скрябин A.M. Сравнительный анализ уровней накопления плутония в организме человека. Научный информ.-методич. бюл. Ядерное общество, 1992, № 4, с. 13—14.
3. Чуканов В.Н., Волобуев П.В., Дрожко Е.Г. и др. Генезис и концепция Государственной программы Российской Федерации по радиационной реабилитации Уральского региона. Екатеринбург, 1993. 66 с.
4. Госстандарт РФ. Плутоний. Методика анионообменного определения низких уровней альфа-активности в образцах секционного материала. Утвержден НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева». Филиал № 1 ИБФ МЗ РФ. Челябинск-65. 1993. 16 с.
5. Человек. Медико-биологические данные. Публикация № 23 МКРЗ. М., 1977. 496 с.
6. Bunzl К , Henrichs К ., Kracke W. Distribution of fallout 241Pu, 239,240 Pu and 238 Pu in persons of different age from the Federal Republic of Germany. — In: Assessment of Radioactive Contamination in Man. Vienna: IAEA. 1985. p. 541—553.
7. Popplewell D., Ham G., Yohnson T. Plutonium Body Burdens of the Public Different Regions of the United Kingdom. Res. and Dev. Rept. 1979—1981. Nat. Radiol. Prot Board. Didcol, 1982, p. 198—199.
8. Bennett B. Transuranic element pathways to man. — In: Transuranium Nuclides in the Environment. Vienna: IAEA, 1976, p. 367—382.
9. Bunzl K., Kracke W. Fallout 239,240 Pu and 238 Pu in I luman Tissues from the Federal Republic of Germany. — Health Phys., 1983, v. 44, № 1, p. 441—449.
10. Popplewell D., Ham G., McCarthy W. c.a. Isolopic composition of plutonium in human tissue samples determined by mass spectrometry. — Rad. Prot. Dosim., 1989, N° 1/4, p. 313—316.
11. Nelson L., Thomas V., Kathren R. Plutonium in south-central Washington state autopsy tissue sample 1970— 1975. — Health Phys., 1993, v. 65, № 4, p. 422—428.
Суслова К.Г., Хохряков В.Ф., Романов С.Л. (Филиал N° 1 Института биофизики Минздрава РФ)
"АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ", т. 77, вып. 6, декабрь 1994 г., с. 441-445
