Описание, источники, механизмы
Помимо перевозки радиоактивных материалов, существуют три ситуации, в которых могут произойти радиационные аварии:
- использование ядерных реакций для производства энергии или оружия или в исследовательских целях
- промышленные применения радиации (гамма-радиография, облучение)
- исследования и ядерная медицина (диагностика или терапия).
Радиационные аварии можно разделить на две группы в зависимости от того, имеет ли место выброс в окружающую среду или рассеяние радионуклидов; каждый из этих типов несчастных случаев влияет на разные группы населения.
Величина и продолжительность риска облучения населения в целом зависят от количества и характеристик (периода полураспада, физических и химических свойств) радионуклидов, выбрасываемых в окружающую среду (таблица 1). Этот тип загрязнения возникает при нарушении барьеров защитной оболочки на атомных электростанциях, промышленных или медицинских объектах, отделяющих радиоактивные материалы от окружающей среды. При отсутствии выбросов в окружающую среду облучению подвергаются только работники, находящиеся на площадке или работающие с радиоактивным оборудованием или материалами.
Таблица 1. Типичные радионуклиды с их периодами радиоактивного полураспада
|
радионуклид |
Символ |
Испускаемое излучение |
Физический период полураспада* |
Биологический период полураспада |
|
Барий-133 |
В-133 |
γ |
10.7 у |
65 г |
|
Церий-144 |
Ce 144 |
β,γ |
284 г |
263 г |
|
Цезий-137 |
CS-137 |
β,γ |
30 у |
109 г |
|
Кобальт-60 |
Со-60 |
β,γ |
5.3 у |
1.6 у |
|
Йод-131 |
I-131 |
β,γ |
8 г |
7.5 г |
|
Плутоний-239 |
Пу-239 |
а, у |
24,065 у |
50 у |
|
Полоний-210 |
По-210 |
α |
138 г |
27 г |
|
Стронций-90 |
Sr-90 |
β |
29.1 у |
18 у |
|
тритий |
H-3 |
β |
12.3 г |
10 г |
* у = годы; д = дни.
Воздействие ионизирующего излучения может происходить тремя путями, независимо от того, состоит ли целевая группа населения из рабочих или населения в целом: внешнее облучение, внутреннее облучение и загрязнение кожи и ран.
Внешнее облучение возникает, когда люди подвергаются воздействию экстракорпорального источника излучения, либо точечного (лучевая терапия, облучатели), либо рассеянного (радиоактивные облака и радиоактивные осадки при авариях, рис. 1). Облучение может быть локальным, затрагивающим только часть тела или все тело.
Рис. 1. Пути воздействия ионизирующего излучения после аварийного выброса радиоактивности в окружающую среду
Внутреннее облучение возникает после попадания радиоактивных веществ в организм (рис. 1) либо в результате вдыхания переносимых по воздуху радиоактивных частиц (например, цезия-137 и йода-131, присутствующих в чернобыльском облаке), либо при попадании радиоактивных материалов в пищевую цепь (например, , йод-131 в молоке). Внутреннее облучение может поражать все тело или только отдельные органы в зависимости от характеристик радионуклидов: цезий-137 равномерно распределяется по всему телу, а йод-131 и стронций-90 концентрируются соответственно в щитовидной железе и костях.
Наконец, облучение может происходить и при прямом контакте радиоактивных материалов с кожей и ранами.
Аварии на атомных электростанциях
Объекты, включенные в эту категорию, включают электростанции, экспериментальные реакторы, объекты по производству и переработке или переработке ядерного топлива и исследовательские лаборатории. Военные объекты включают реакторы-размножители плутония и реакторы, расположенные на борту кораблей и подводных лодок.
Атомные электростанции
Улавливание тепловой энергии, выделяемой при делении атомов, является основой для производства электроэнергии из ядерной энергии. Схематично атомные электростанции можно представить как включающие: (1) активную зону, содержащую делящийся материал (для реакторов с водой под давлением от 80 до 120 тонн оксида урана); (2) теплообменное оборудование, включающее теплоносители; (3) оборудование, способное преобразовывать тепловую энергию в электричество, аналогичное тому, что имеется на неатомных электростанциях.
Сильные внезапные скачки напряжения, способные вызвать расплавление активной зоны с выбросом радиоактивных продуктов, являются основной опасностью на этих установках. Произошли три аварии с расплавлением активной зоны реактора: на Три-Майл-Айленде (1979 г., Пенсильвания, США), Чернобыле (1986 г., Украина) и Фукусиме (2011 г., Япония) [Edited, 2011].
Чернобыльская авария была известна как авария с возникновением критичности— то есть внезапное (в течение нескольких секунд) усиление деления, приводящее к потере контроля над процессом. При этом была полностью разрушена активная зона реактора и выброшено огромное количество радиоактивных материалов (таблица 2). Выбросы достигали высоты 2 км, что способствовало их рассеиванию на большие расстояния (по сути, все северное полушарие). Поведение радиоактивного облака оказалось трудным для анализа из-за метеорологических изменений в период выброса (рис. 2) (IAEA 1991).
Таблица 2. Сравнение различных ядерных аварий
|
Авария |
Тип объекта |
Авария |
Всего выпущено |
Длительность |
Основной излучаемый |
собирательный |
|
Хыштым 1957 г. |
Хранение высоко- |
Химический взрыв |
740x106 |
Почти |
Стронций-90 |
2,500 |
|
Виндскейл 1957 |
Плутоний- |
Для пожарных |
7.4x106 |
Приблизительно |
Йод-131, полоний-210, |
2,000 |
|
Три-Майл Айленд |
PWR промышленный |
Отказ охлаждающей жидкости |
555 |
? |
Йод-131 |
16-50 |
|
Чернобыль 1986 |
РБМК промышленный |
критически |
3,700x106 |
Более 10 дней |
йод-131, йод-132, |
600,000 |
|
Фукусима 2011
|
Окончательный отчет Целевой группы по оценке Фукусимы будет представлен в 2013 году. |
|
|
|
|
|
Источник: НКДАР ООН, 1993 г.
Рисунок 2. Траектория выбросов от Чернобыльской аварии, 26 апреля – 6 мая 1986 г.
Карты загрязнения были составлены на основе измерений в окружающей среде цезия-137, одного из основных продуктов радиоактивного выброса (таблица 1 и таблица 2). Территории Украины, Белоруссии (Белоруссии) и России были сильно загрязнены, тогда как в остальной Европе выпадение осадков было менее значительным (рис. 3 и рис. 4 (НКДАР ООН, 1988 г.). В табл. 3 представлены данные о площади загрязненных зон, характеристиках подвергающееся воздействию население и пути воздействия.
Рис. 3. Осаждение цезия-137 в Белоруссии, России и Украине после аварии на Чернобыльской АЭС.
Рисунок 4. Выпадение цезия-137 (кБк/км2) в Европе после аварии на Чернобыльской АЭС
Таблица 3. Площадь загрязненных зон, виды облученного населения и режимы облучения в Украине, Белоруссии и России после аварии на Чернобыльской АЭС
|
Тип населения |
Площадь поверхности (км2 ) |
Численность населения (тыс.) |
Основные режимы воздействия |
|
Население, подвергающееся профессиональному облучению: |
|||
|
Сотрудники на месте в |
≈0.44 |
Внешнее облучение, |
|
|
Широкая публика: |
|||
|
Эвакуирован из г. |
|
115 |
Внешнее облучение |
* Лица, участвующие в ликвидации в пределах 30 км от площадки. К ним относятся пожарные, военнослужащие, техники и инженеры, которые вмешались в течение первых недель, а также врачи и исследователи, работавшие позднее.
** Загрязнение цезием-137.
Источник: НКДАР ООН, 1988 г.; МАГАТЭ 1991.
Авария на Три-Майл-Айленде классифицируется как тепловая авария без разгона реактора и произошла в результате отказа теплоносителя активной зоны реактора, продолжавшегося несколько часов. Защитная оболочка обеспечивала выброс в окружающую среду лишь ограниченного количества радиоактивного материала, несмотря на частичное разрушение активной зоны реактора (таблица 2). Хотя приказ об эвакуации отдан не был, 200,000 XNUMX жителей добровольно покинули этот район.
Наконец, в 1957 году на западном побережье Англии произошла авария с реактором по производству плутония (Виндскейл, таблица 2). Эта авария была вызвана пожаром в активной зоне реактора и привела к выбросам в окружающую среду из дымовой трубы высотой 120 метров.
Объекты подготовки топлива
Предприятия по производству топлива расположены «вверх по течению» от ядерных реакторов и являются местом добычи руды и физического и химического преобразования урана в делящийся материал, пригодный для использования в реакторах (рис. 5). Основные опасности аварий, присутствующие на этих объектах, носят химический характер и связаны с присутствием гексафторида урана (UF6), газообразное соединение урана, которое может разлагаться при контакте с воздухом с образованием плавиковой кислоты (HF), очень агрессивного газа.
Рисунок 5. Цикл переработки ядерного топлива.
Объекты «даунстрим» включают в себя склады топлива и заводы по переработке. Четыре аварии с возникновением критичности произошли во время химической переработки обогащенного урана или плутония (Rodrigues 1987). В отличие от аварий, происходящих на атомных электростанциях, в этих авариях участвовали небольшие количества радиоактивных материалов — не более десятков килограммов — и приводили к незначительным механическим воздействиям и отсутствию выброса радиоактивности в окружающую среду. Облучение ограничивалось очень высокими дозами, очень кратковременным (порядка минут) внешним гамма-излучением и нейтронным облучением рабочих.
В 1957 году на первом в России заводе по производству плутония военного назначения, расположенном в Хиштыме, на Южном Урале, взорвался резервуар с высокорадиоактивными отходами. Более 16,000 XNUMX км2 были загрязнены, и в атмосферу было выброшено 740 ПБк (20 МКи) (таблица 2 и таблица 4).
Таблица 4. Площадь загрязненных зон и численность населения, подвергшегося облучению после Хиштымской аварии (Урал, 1957 г.), загрязнением стронцием-90
|
Загрязнение (кБк/м2 ) |
( Ки/км2 ) |
Площадь (км2 ) |
Население |
|
≥ 37,000 |
≥ 1,000 |
20 |
1,240 |
|
≥ 3,700 |
≥100 |
120 |
1,500 |
|
≥ 74 |
≥ 2 |
1,000 |
10,000 |
|
≥ 3.7 |
≥ 0.1 |
15,000 |
270,000 |
Исследовательские реакторы
Опасности на этих объектах аналогичны опасностям на атомных электростанциях, но менее серьезны, учитывая более низкую выработку электроэнергии. Произошло несколько аварий с возникновением критичности, сопровождавшихся значительным облучением персонала (Rodrigues 1987).
Аварии, связанные с использованием радиоактивных источников в промышленности и медицине (за исключением атомных станций) (Зербиб, 1993 г.)
Наиболее частой аварией этого типа является гибель радиоактивных источников от промышленной гамма-радиографии, используемой, например, для радиографического контроля стыков и сварных швов. Однако радиоактивные источники также могут быть утеряны из медицинских источников (таблица 5). В любом случае возможны два сценария: человек может подобрать источник и держать его несколько часов (например, в кармане), затем сообщить и восстановить, либо он может быть собран и унесен домой. В то время как первый сценарий вызывает локальные ожоги, второй может привести к длительному облучению нескольких лиц из населения.
Таблица 5. Аварии, связанные с потерей радиоактивных источников и приведшие к облучению населения
|
Страна (год) |
Количество |
Количество |
Количество смертей** |
Вовлеченный радиоактивный материал |
|
Мексика (1962) |
? |
5 |
4 |
Кобальт-60 |
|
Китай (1963) |
? |
6 |
2 |
Кобальт 60 |
|
Алжир (1978) |
22 |
5 |
1 |
Иридиум-192 |
|
Марокко (1984) |
? |
11 |
8 |
Иридиум-192 |
|
Мексика |
≈4,000 |
5 |
0 |
Кобальт-60 |
|
Бразилия |
249 |
50 |
4 |
Цезий-137 |
|
Китай |
≈90 |
12 |
3 |
Кобальт-60 |
|
США |
≈90 |
1 |
1 |
Иридиум-192 |
* Лица, подвергшиеся воздействию доз, способных вызвать острые или долгосрочные последствия или смерть.
** Среди лиц, получающих высокие дозы.
Источник: Нено, 1993 г.
Извлечение радиоактивных источников из радиотерапевтического оборудования привело к нескольким авариям, связанным с облучением рабочих, занятых металлоломом. В двух случаях — авариях в Хуаресе и Гоянии — облучению подверглась и широкая общественность (см. таблицу 5 и вставку ниже).
Авария в Гойнии, 1987 г.
В период с 21 по 28 сентября 1987 года несколько человек, страдавших от рвоты, диареи, головокружения и поражений кожи на различных частях тела, были госпитализированы в больницу, специализирующуюся на тропических болезнях, в Гоянии, городе с миллионным населением в бразильском штате Гояс. . Эти проблемы были связаны с паразитарным заболеванием, распространенным в Бразилии. 28 сентября врач, ответственный за санитарный надзор в городе, увидел женщину, которая подарила ему пакет с осколками устройства, собранного в заброшенной клинике, и порошок, который, по словам женщины, излучал «голубой свет». Подумав, что это, вероятно, рентгеновское оборудование, врач связался со своими коллегами в больнице тропических болезней. Департамент окружающей среды Гояса был уведомлен, и на следующий день физик провел измерения во дворе отдела гигиены, где мешок хранился всю ночь. Обнаружен очень высокий уровень радиоактивности. В ходе последующих исследований источник радиоактивности был идентифицирован как источник цезия-137 (общая активность: приблизительно 50 ТБк (1,375 Ки)), который содержался в оборудовании для лучевой терапии, использовавшемся в заброшенной с 1985 года клинике. разобран 10 сентября 1987 г. двумя работниками свалки, и источник цезия в виде порошка удален. И цезий, и осколки зараженного жилья постепенно рассеялись по городу. Несколько человек, которые перевозили или обращались с материалом или просто пришли посмотреть на него (включая родителей, друзей и соседей), были заражены. Всего было обследовано более 100,000 129 человек, из них 50 человек очень сильно заражены; 14 госпитализированы (4 по поводу костно-мозговой недостаточности), 6, в том числе 1-летняя девочка, умерли. Авария имела драматические экономические и социальные последствия для всего города Гояния и штата Гояс: 1000/XNUMX площади города была загрязнена, а цены на сельскохозяйственную продукцию, арендную плату, недвижимость и землю упали. Настоящей дискриминации подвергались жители всего штата.
Источник: МАГАТЭ, 1989а.
Авария в Хуаресе была обнаружена по счастливой случайности (IAEA 1989b). 16 января 1984 года грузовик, въехавший в научную лабораторию Лос-Аламоса (Нью-Мексико, США), загруженный стальными прутьями, сработал детектор радиации. Расследование выявило присутствие кобальта-60 в слитках и проследило происхождение кобальта-60 до мексиканского литейного завода. 21 января сильно загрязненная свалка в Хуаресе была идентифицирована как источник радиоактивного материала. Систематический мониторинг дорог и автомагистралей с помощью детекторов привел к выявлению сильно загрязненного грузовика. Окончательным источником излучения был определен радиотерапевтический прибор, хранившийся в медицинском центре до декабря 1983 года, когда он был разобран и вывезен на свалку. На свалке защитный кожух, окружавший кобальт-60, был сломан, высвобождая гранулы кобальта. Часть окатышей попала в грузовик, использовавшийся для перевозки лома, а часть была рассеяна по всей свалке во время последующих операций, смешиваясь с другим ломом.
Имели место несчастные случаи, связанные с попаданием рабочих в действующие промышленные облучатели (например, те, которые используются для консервирования пищевых продуктов, стерилизации медицинских изделий или полимеризации химикатов). Во всех случаях это произошло из-за несоблюдения правил техники безопасности или из-за отключенных или неисправных систем безопасности и сигнализации. Уровни доз внешнего облучения, которым подверглись рабочие при этих авариях, были достаточно высокими, чтобы вызвать смерть. Дозы получали в течение нескольких секунд или минут (таблица 6).
Таблица 6. Основные аварии с участием промышленных облучателей
|
Сайт, дата |
Оборудование* |
Количество |
Уровень воздействия |
Пораженные органы |
Полученная доза (Гр), |
Медицинские эффекты |
|
Форбах, август 1991 г. |
EA |
2 |
несколько дециГрей/ |
Руки, голова, туловище |
40, кожа |
Ожоги, поражающие 25–60% |
|
Мэриленд, декабрь 1991 г. |
EA |
1 |
? |
Руки |
55, руки |
Двусторонняя ампутация пальцев |
|
Вьетнам, ноябрь 1992 г. |
EA |
1 |
1,000 Гр/мин |
Руки |
1.5, все тело |
Ампутация правой руки и пальца левой руки |
|
Италия, май 1975 г. |
CI |
1 |
Несколько минут |
Голова, все тело |
8, костный мозг |
Смерть |
|
Сан-Сальвадор, февраль 1989 г. |
CI |
3 |
? |
Все тело, ноги, |
3–8, все тело |
2 ампутации ног, 1 смерть |
|
Израиль, июнь 1990 г. |
CI |
1 |
1 минут |
Голова, все тело |
10-20 |
Смерть |
|
Беларусь, октябрь 1991 г. |
CI |
1 |
Несколько минут |
Все тело |
10 |
Смерть |
* EA: ускоритель электронов CI: облучатель кобальт-60.
Источник: Зербиб, 1993 г.; Нено 1993.
Наконец, медицинский и научный персонал, занимающийся подготовкой радиоактивных источников или работающий с ними, может подвергнуться облучению в результате загрязнения кожи и ран, а также вдыхания или проглатывания радиоактивных материалов. Следует отметить, что этот тип аварии возможен и на атомных электростанциях.
Здравоохранительные аспекты проблемы
Временные паттерны
Реестр радиационных аварий США (Оук-Ридж, США) — это всемирный реестр радиационных аварий с участием людей с 1944 года. Для включения в реестр авария должна быть предметом опубликованного отчета и привести к поражению всего тела. облучение, превышающее 0.25 Зиверт (Зв), или облучение кожи, превышающее 6 Зв, или облучение других тканей и органов, превышающее 0.75 Зв (см.Тематическое исследование: что означает доза?» для определения дозы). Таким образом, исключаются несчастные случаи, представляющие интерес с точки зрения общественного здравоохранения, но приведшие к более низким уровням облучения (см. ниже обсуждение последствий облучения).
Анализ регистрационных данных с 1944 по 1988 г. показывает явное увеличение как частоты радиационных аварий, так и числа облученных лиц, начиная с 1980 г. (табл. 7). Увеличение числа облученных лиц, вероятно, связано с чернобыльской аварией, в частности, приблизительно 135,000 30 человек первоначально проживали в запретной зоне в пределах 5 км от места аварии. Аварии в Гоянии (Бразилия) и Хуаресе (Мексика) также произошли в этот период и привели к значительному облучению многих людей (таблица XNUMX).
Таблица 7. Радиационные аварии, занесенные в реестр аварий Ок-Ридж (США) (по всему миру, 1944-88 гг.)
|
1944-79 |
1980-88 |
1944-88 |
|
|
Общее количество аварий |
98 |
198 |
296 |
|
Количество вовлеченных лиц |
562 |
136,053 |
136,615 |
|
Количество лиц, получивших дозы, превышающие |
306 |
24,547 |
24,853 |
|
Количество смертей (острые последствия) |
16 |
53 |
69 |
* 0.25 Зв при облучении всего тела, 6 Зв при облучении кожи, 0.75 Зв при облучении других тканей и органов.
Потенциально подвергающееся воздействию население
С точки зрения воздействия ионизирующего излучения интерес представляют две группы населения: население, подвергающееся профессиональному облучению, и население в целом. По оценкам Научного комитета ООН по действию атомной радиации (UNSCEAR 1993), 4 миллиона рабочих во всем мире подверглись профессиональному облучению ионизирующим излучением в период 1985-1989 гг.; из них около 20% были заняты в производстве, использовании и переработке ядерного топлива (таблица 8). По оценкам, в 760 году страны-члены МАГАТЭ располагали 1992 облучателями, из которых 600 были электронными ускорителями и 160 гамма-облучателями.
Таблица 8. Временная картина профессионального воздействия ионизирующего излучения в мире (в тысячах)
|
Активность |
1975-79 |
1980-84 |
1985-89 |
|
Переработка ядерного топлива* |
560 |
800 |
880 |
|
Военные приложения** |
310 |
350 |
380 |
|
Промышленные применения |
530 |
690 |
560 |
|
Медицинские приложения |
1,280 |
1,890 |
2,220 |
|
Всего |
2,680 |
3,730 |
4,040 |
* Производство и переработка топлива: 40,000 430,000; работа реактора: XNUMX XNUMX.
** в том числе 190,000 XNUMX корабельного персонала.
Источник: НКДАР ООН, 1993 г.
Количество ядерных площадок в стране является хорошим индикатором потенциального облучения населения (рис. 6).
Рис. 6. Распределение энергетических реакторов и заводов по переработке топлива в мире, 1989-90 гг.
Влияние на здоровье
Прямое воздействие ионизирующего излучения на здоровье
В целом воздействие ионизирующего излучения на здоровье хорошо известно и зависит от уровня полученной дозы и мощности дозы (полученная доза в единицу времени (см. «Пример из практики: что означает доза?»).
Детерминированные эффекты
Это происходит, когда доза превышает заданный порог и мощность дозы высока. Тяжесть эффектов пропорциональна дозе, хотя порог дозы зависит от органа (таблица 9).
Таблица 9. Детерминированные эффекты: пороги для выбранных органов
|
Ткань или эффект |
Эквивалентная разовая доза |
|
Яички: |
|
|
Временное бесплодие |
0.15 |
|
Постоянная стерильность |
3.5-6.0 |
|
Яичники: |
|
|
стерильность |
2.5-6.0 |
|
Хрусталик: |
|
|
Обнаруживаемые непрозрачности |
0.5-2.0 |
|
Нарушение зрения (катаракта) |
5.0 |
|
Костный мозг: |
|
|
Угнетение кроветворения |
0.5 |
Источник: МКРЗ, 1991 г.
В авариях, подобных тем, которые обсуждались выше, детерминированные эффекты могут быть вызваны локальным интенсивным облучением, таким как внешнее облучение, непосредственный контакт с источником (например, неуместный источник, поднятый и спрятанный в кармане) или загрязнением кожи. Все это приводит к радиологическим ожогам. Если местная доза составляет порядка 20–25 Гр (таблица 6, «Пример из практики: что означает доза?») может развиться некроз тканей. Синдром, известный как синдром острой иррадиации, характеризующаяся расстройствами пищеварения (тошнота, рвота, диарея) и аплазией костного мозга различной степени тяжести, может быть вызвана при средней дозе облучения всего тела более 0.5 Гр. Следует помнить, что возможно одновременное облучение всего тела и местное облучение.
Девять из 60 рабочих, подвергшихся облучению во время аварий с возникновением критичности на заводах по переработке ядерного топлива или исследовательских реакторах, погибли (Rodrigues 1987). Умершие получали от 3 до 45 Гр, а выжившие получали от 0.1 до 7 Гр. У выживших наблюдались следующие эффекты: острый иррадиационный синдром (желудочно-кишечные и гематологические эффекты), двусторонние катаракты и некроз конечностей, требующие ампутации.
В Чернобыле персонал электростанции, а также аварийно-спасательный персонал, не использующий специальные средства защиты, подвергся высокому уровню бета- и гамма-излучения в первые часы или дни после аварии. Пятьсот человек нуждались в госпитализации; У 237 человек, подвергшихся общему облучению, развился синдром острого облучения, а 28 человек умерли, несмотря на лечение (таблица 10) (НКДАР ООН, 1988). Другие получили локальное облучение конечностей, в некоторых случаях поразив более 50% поверхности тела, и спустя много лет продолжают страдать множественными кожными заболеваниями (Петер, Браун-Фалько и Бирюков, 1994).
Таблица 10. Распределение больных с синдромом острого облучения (ОИС) после аварии на Чернобыльской АЭС по степени тяжести состояния
|
Тяжесть АИС |
Эквивалентная доза |
Количество |
Количество |
Средняя выживаемость |
|
I |
1-2 |
140 |
– |
– |
|
II |
2-4 |
55 |
1 (1.8) |
96 |
|
III |
4-6 |
21 |
7 (33.3) |
29.7 |
|
IV |
>6 |
21 |
20 (95.2) |
26.6 |
Источник: НКДАР ООН, 1988 г.
Стохастические эффекты
Они носят вероятностный характер (т. е. их частота увеличивается с полученной дозой), но их тяжесть не зависит от дозы. Основные стохастические эффекты:
- Мутация. Это наблюдалось в экспериментах на животных, но было трудно задокументировать у людей.
- Рак. Влияние облучения на риск развития рака изучалось у пациентов, получавших лучевую терапию, и у выживших после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. НКДАР ООН (1988, 1994) регулярно обобщает результаты этих эпидемиологических исследований. Продолжительность латентного периода обычно составляет от 5 до 15 лет с момента воздействия в зависимости от органа и ткани. В таблице 11 перечислены виды рака, для которых установлена связь с ионизирующим излучением. У выживших после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки при облучении выше 0.2 Зв были продемонстрированы значительные излишки рака.
- Выделенные доброкачественные опухоли. Доброкачественные аденомы щитовидной железы.
Таблица 11. Результаты эпидемиологических исследований влияния высокой мощности дозы внешнего облучения на онкологические заболевания
|
Место рака |
Хиросима/Нагасаки |
Другие исследования |
|
|
Смертность |
падение |
||
|
Кроветворная система |
|||
|
Лейкемия |
+* |
+* |
6/11 |
|
Лимфома (не уточнено) |
+ |
0/3 |
|
|
Неходжкинская лимфома |
+* |
1/1 |
|
|
миелома |
+ |
+ |
1/4 |
|
Ротовая полость |
+ |
+ |
0/1 |
|
Слюнные железы |
+* |
1/3 |
|
|
Пищеварительная система |
|||
|
пищевод |
+* |
+ |
2/3 |
|
Живот |
+* |
+* |
2/4 |
|
Тонкая кишка |
1/2 |
||
|
Двоеточие |
+* |
+* |
0/4 |
|
прямая кишка |
+ |
+ |
3/4 |
|
Печень |
+* |
+* |
0/3 |
|
Желчный пузырь |
0/2 |
||
|
Поджелудочная железа |
3/4 |
||
|
Дыхательная система |
|||
|
гортань |
0/1 |
||
|
Трахея, бронхи, легкие |
+* |
+* |
1/3 |
|
Кожа |
|||
|
Не указан |
1/3 |
||
|
меланома |
0/1 |
||
|
Другие виды рака |
+* |
0/1 |
|
|
Грудь (женщины) |
+* |
+* |
9/14 |
|
Репродуктивная система |
|||
|
Матка (неспецифическая) |
+ |
+ |
2/3 |
|
Тело матки |
1/1 |
||
|
Яичники |
+* |
+* |
2/3 |
|
Другое (женщины) |
2/3 |
||
|
Простата |
+ |
+ |
2/2 |
|
Мочеиспускательная система |
|||
|
мочевой пузырь |
+* |
+* |
3/4 |
|
почки |
0/3 |
||
|
Другие контрактные услуги |
0/1 |
||
|
Центральная нервная система |
+ |
+ |
2/4 |
|
Щитовидная железа |
+* |
4/7 |
|
|
Bone |
2/6 |
||
|
Соединительная ткань |
0/4 |
||
|
Все виды рака, кроме лейкемии |
1/2 |
||
+ Опухоли, изученные у выживших в Хиросиме и Нагасаки.
* Положительная ассоциация с ионизирующим излучением.
1 Когортные (заболеваемость или смертность) или исследования случай-контроль.
Источник: НКДАР ООН, 1994 г.
Два важных момента, касающиеся воздействия ионизирующего излучения, остаются спорными.
Во-первых, каковы последствия облучения в малых дозах (ниже 0.2 Зв) и малых мощностей доз? В большинстве эпидемиологических исследований изучались лица, пережившие бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, или пациенты, получавшие лучевую терапию, т. е. группы населения, подвергшиеся воздействию относительно высоких доз в течение очень коротких периодов, и оценки риска развития рака в результате воздействия низких доз и мощности дозы существенно зависят на экстраполяциях этих популяций. В нескольких исследованиях работников атомных электростанций, подвергавшихся воздействию низких доз в течение нескольких лет, сообщалось о рисках рака для лейкемии и других видов рака, которые совместимы с экстраполяцией для групп с высоким уровнем облучения, но эти результаты остаются неподтвержденными (UNSCEAR 1994; Cardis, Gilbert and Carpenter). 1995).
Во-вторых, существует ли пороговая доза (т. е. доза, ниже которой эффект отсутствует)? В настоящее время это неизвестно. Экспериментальные исследования показали, что повреждения генетического материала (ДНК), вызванные спонтанными ошибками или факторами окружающей среды, постоянно восстанавливаются. Однако такая репарация не всегда эффективна и может привести к злокачественной трансформации клеток (UNSCEAR 1994).
Другие эффекты
Наконец, следует отметить возможность тератогенного действия вследствие облучения во время беременности. Микроцефалия и умственная отсталость наблюдались у детей, рожденных женщинами, пережившими бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, получившими дозу облучения не менее 0.1 Гр в течение первого триместра (Otake, Schull and Yoshimura, 1989; Otake and Schull, 1992). Неизвестно, являются ли эти эффекты детерминированными или стохастическими, хотя данные предполагают существование порога.
Эффекты, наблюдаемые после аварии на Чернобыльской АЭС
Чернобыльская авария — самая серьезная ядерная авария, которая произошла на сегодняшний день. Однако даже сейчас, спустя десять лет, не все последствия для здоровья наиболее подверженных воздействию групп населения точно оценены. На это есть несколько причин:
- Некоторые эффекты проявляются только через много лет после даты воздействия: например, рак солидных тканей обычно проявляется через 10–15 лет.
- Поскольку между аварией и началом эпидемиологических исследований прошло некоторое время, некоторые последствия, имевшие место в начальный период после аварии, могли быть не обнаружены.
- Полезные данные для количественной оценки риска рака не всегда собирались своевременно. Это особенно верно для данных, необходимых для оценки воздействия на щитовидную железу радиоактивных йодидов, выброшенных во время аварии (теллур-132, йод-133) (Williams et al. 1993).
- Наконец, многие лица, первоначально подвергшиеся воздействию, впоследствии покинули зараженные зоны и, вероятно, были потеряны для дальнейшего наблюдения.
Рабочие. В настоящее время отсутствует исчерпывающая информация обо всех работниках, получивших сильное облучение в первые дни после аварии. Продолжаются исследования риска развития лейкемии и рака твердых тканей для ликвидаторов и спасателей (см. таблицу 3). Эти исследования сталкиваются со многими препятствиями. Регулярное наблюдение за состоянием здоровья ликвидаторов сильно затруднено тем, что многие из них приехали из разных уголков бывшего СССР и были перекомандированы после работы на Чернобыльской АЭС. Далее полученную дозу необходимо оценивать ретроспективно, так как достоверных данных за этот период нет.
Основное население. Единственным эффектом, вероятно связанным с ионизирующим излучением в этой популяции на сегодняшний день, является увеличение, начиная с 1989 г., заболеваемости раком щитовидной железы у детей младше 15 лет. Это было обнаружено в Белоруссии (Беларусь) в 1989 году, всего через три года после инцидента, и было подтверждено несколькими экспертными группами (Williams et al. 1993). Рост особенно заметен в наиболее сильно загрязненных районах Беларуси, особенно в Гомельской области. В то время как рак щитовидной железы обычно редко встречался у детей младше 15 лет (ежегодная заболеваемость от 1 до 3 на миллион), его заболеваемость увеличилась в десять раз по стране и в двадцать раз в Гомельской области (таблица 12, рисунок 7) (Стсяжко и др.). др. 1995). Впоследствии было зафиксировано десятикратное увеличение заболеваемости раком щитовидной железы в пяти наиболее загрязненных районах Украины, а также увеличение заболеваемости раком щитовидной железы в Брянской (Россия) области (таблица 12). Подозревается увеличение среди взрослых, но это не подтверждено. Систематические программы скрининга, проведенные в загрязненных районах, позволили выявить латентные раковые заболевания, имевшиеся до аварии; особенно полезными в этом отношении были ультразвуковые программы, способные обнаруживать рак щитовидной железы размером всего в несколько миллиметров. Масштабы роста заболеваемости у детей вместе с агрессивностью опухолей и их быстрым развитием позволяют предположить, что наблюдаемый рост заболеваемости раком щитовидной железы частично связан с несчастным случаем.
Таблица 12. Временная динамика заболеваемости и общего числа случаев рака щитовидной железы у детей в Беларуси, Украине и России, 1981-94 гг.
|
Заболеваемость* (/100,000 XNUMX) |
Количество дел |
|||
|
1981-85 |
1991-94 |
1981-85 |
1991-94 |
|
|
Беларусь |
||||
|
Вся страна |
0.3 |
3.06 |
3 |
333 |
|
Гомельская область |
0.5 |
9.64 |
1 |
164 |
|
Украина |
||||
|
Вся страна |
0.05 |
0.34 |
25 |
209 |
|
Пять наиболее сильно |
0.01 |
1.15 |
1 |
118 |
|
Россия |
||||
|
Вся страна |
? |
? |
? |
? |
|
Брянск и |
0 |
1.00 |
0 |
20 |
* Заболеваемость: отношение числа новых случаев заболевания в течение определенного периода к численности населения, изучаемого в тот же период.
Источник: Стяжко и др. 1995.
Рисунок 7. Заболеваемость раком щитовидной железы у детей до 15 лет в Беларуси
В наиболее сильно загрязненных зонах (например, в Гомельской области) дозы облучения щитовидной железы были высокими, особенно среди детей (Williams et al. 1993). Это согласуется со значительными выбросами йода, связанными с аварией, и тем фактом, что радиоактивный йод при отсутствии профилактических мер будет преимущественно концентрироваться в щитовидной железе.
Воздействие радиации является хорошо документированным фактором риска развития рака щитовидной железы. Отчетливое увеличение заболеваемости раком щитовидной железы наблюдалось в дюжине исследований детей, получавших лучевую терапию головы и шеи. В большинстве случаев увеличение было очевидным через 15–131 лет после воздействия, но в некоторых случаях его можно было обнаружить в течение 1992–XNUMX лет. С другой стороны, последствия внутреннего облучения детей йодом-XNUMX и изотопами йода с коротким периодом полураспада точно не установлены (Shore XNUMX).
Следует изучить точную величину и характер увеличения в ближайшие годы заболеваемости раком щитовидной железы среди наиболее подверженных воздействию групп населения. Эпидемиологические исследования, проводимые в настоящее время, должны помочь количественно оценить связь между дозой, полученной щитовидной железой, и риском развития рака щитовидной железы, а также определить роль других генетических и экологических факторов риска. Следует отметить, что дефицит йода широко распространен в пострадавших регионах.
Следует ожидать роста заболеваемости лейкемией, особенно ювенильной лейкемией (поскольку дети более чувствительны к действию ионизирующего излучения), среди наиболее облучённых лиц в течение XNUMX-XNUMX лет после аварии. Хотя такого увеличения еще не наблюдалось, методологические недостатки проведенных на сегодняшний день исследований не позволяют сделать какие-либо окончательные выводы.
Психосоциальные эффекты
Возникновение более или менее серьезных хронических психологических проблем после психологической травмы хорошо известно и изучалось в первую очередь у населения, столкнувшегося с экологическими бедствиями, такими как наводнения, извержения вулканов и землетрясения. Посттравматический стресс является тяжелым, длительным и инвалидизирующим состоянием (АПА, 1994).
Большая часть наших знаний о влиянии радиационных аварий на психологические проблемы и стресс получена из исследований, проведенных после аварии на Три-Майл-Айленде. В течение года после аварии у подвергшегося облучению населения наблюдались немедленные психологические эффекты, и, в частности, матери маленьких детей проявляли повышенную чувствительность, тревогу и депрессию (Bromet et al., 1982). Кроме того, у рабочих электростанции наблюдалось увеличение количества проблем, связанных с депрессией и тревогой, по сравнению с рабочими другой электростанции (Bromet et al., 1982). В последующие годы (т.е. после открытия электростанции) примерно у четверти опрошенного населения были обнаружены относительно серьезные психологические проблемы. Не было никакой разницы в частоте психологических проблем у остальных опрошенных по сравнению с контрольной группой (Dew and Bromet, 1993). Психологические проблемы чаще встречались у людей, живущих рядом с электростанцией, не имевших сети социальной поддержки, имевших в анамнезе психические проблемы или эвакуировавшихся из дома во время аварии (Baum, Cohen and Hall, 1993).
Также проводятся исследования среди населения, подвергшегося воздействию во время чернобыльской аварии и для которого стресс является важной проблемой общественного здравоохранения (например, ликвидаторы и спасатели, а также лица, проживающие в загрязненной зоне). Однако на данный момент нет надежных данных о характере, серьезности, частоте и распределении психологических проблем в целевых группах населения. К факторам, которые необходимо учитывать при оценке психологических и социальных последствий аварии для жителей загрязненных зон, относятся тяжелое социально-экономическое положение, разнообразие доступных систем компенсации, последствия эвакуации и переселения (примерно 100,000 XNUMX дополнительных человек были переселены в годы после аварии), а также последствия ограничений образа жизни (например, изменение питания).
Принципы профилактики и рекомендации
Принципы и рекомендации по безопасности
Промышленное и медицинское использование радиоактивных источников
Хотя действительно все зарегистрированные крупные радиационные аварии произошли на атомных электростанциях, использование радиоактивных источников в других условиях, тем не менее, привело к авариям с серьезными последствиями для работников или населения. Предотвращение несчастных случаев, подобных этим, имеет важное значение, особенно в свете неутешительного прогноза в случае облучения в высоких дозах. Профилактика зависит от надлежащей подготовки рабочих и ведения всеобъемлющего реестра радиоактивных источников за весь их жизненный цикл, который включает информацию как о характере источников, так и о их местонахождении. МАГАТЭ разработало ряд руководств и рекомендаций по безопасности для использования радиоактивных источников в промышленности, медицине и исследованиях (Серия изданий по безопасности, № 102). Рассматриваемые принципы аналогичны принципам, представленным ниже для атомных электростанций.
Безопасность на атомных электростанциях (Серия изданий МАГАТЭ по безопасности № 75, INSAG-3)
Целью здесь является защита людей и окружающей среды от выброса радиоактивных материалов при любых обстоятельствах. Для этого необходимо применять различные меры на всех этапах проектирования, строительства, эксплуатации и вывода из эксплуатации атомных электростанций.
Безопасность АЭС принципиально зависит от принципа «глубокоэшелонированной защиты», т. е. резервирования систем и устройств, предназначенных для компенсации технических или человеческих ошибок и недостатков. Конкретно, радиоактивные материалы отделены от окружающей среды серией последовательных барьеров. В ядерных энергетических реакторах последним из этих барьеров является защитная конструкция (отсутствует на территории Чернобыля, но присутствует на Три-Майл-Айленде). Чтобы избежать разрушения этих барьеров и ограничить последствия аварий, в течение всего срока эксплуатации электростанции следует применять следующие три меры безопасности: контроль ядерной реакции, охлаждение топлива и локализация радиоактивного материала.
Еще одним важным принципом безопасности является «анализ опыта эксплуатации», то есть использование информации, полученной из событий, даже незначительных, происходящих на других объектах, для повышения безопасности существующего объекта. Таким образом, анализ аварий на Три-Майл-Айленде и в Чернобыле привел к внесению изменений, направленных на то, чтобы подобные аварии не происходили где-либо еще.
Наконец, следует отметить, что были предприняты значительные усилия для развития культуры безопасности, то есть культуры, которая постоянно реагирует на проблемы безопасности, связанные с организацией, деятельностью и практикой станции, а также с индивидуальным поведением. Для повышения наглядности инцидентов и аварий на атомных электростанциях была разработана международная шкала ядерных событий (ИНЕС), в принципе идентичная шкалам, используемым для измерения серьезности природных явлений, таких как землетрясения и ветер (таблица 12). Однако эта шкала не подходит для оценки безопасности объекта или проведения международных сравнений.
Таблица 13. Международный масштаб ядерных инцидентов
|
уровень |
внеплощадочный |
Местный |
Защитная структура |
|
7—Крупная авария |
Основная эмиссия, |
||
|
6—Серьезная авария |
Значительная эмиссия, |
||
|
5—Авария |
Ограниченная эмиссия, |
Серьезный ущерб |
|
|
4—Авария |
Низкий уровень выбросов, общественный |
Повреждение реакторов |
|
|
3 — Серьезный инцидент |
Очень низкий уровень выбросов, |
Серьезный |
Едва удалось избежать аварии |
|
2—Инцидент |
Серьезное загрязнение |
Серьезные нарушения мер безопасности |
|
|
1 — Аномалия |
Аномалия за пределами |
||
|
0 — несоответствие |
Нет значения от |
Принципы защиты населения от радиационного облучения
В случаях потенциального облучения населения может потребоваться применение защитных мер, направленных на предотвращение или ограничение воздействия ионизирующего излучения; это особенно важно, если нужно избежать детерминированных эффектов. Первыми мерами, которые следует применять в случае чрезвычайной ситуации, являются эвакуация, укрытие и введение стабильного йода. Стабильный йод следует распространять среди населения, подвергшегося воздействию, поскольку это насытит щитовидную железу и замедлит поглощение ею радиоактивного йода. Однако, чтобы быть эффективным, насыщение щитовидной железы должно происходить до или вскоре после начала воздействия. Наконец, в конечном итоге может потребоваться временное или постоянное переселение, обеззараживание и контроль за сельским хозяйством и продовольствием.
Каждая из этих контрмер имеет свой «уровень действия» (таблица 14), который не следует путать с пределами доз МКРЗ для работников и населения, разработанными для обеспечения адекватной защиты в случаях неслучайного облучения (ICRP 1991).
Таблица 14. Примеры общих уровней вмешательства для защитных мер для населения в целом
|
Защитная мера |
Уровень вмешательства (предотвращенная доза) |
|
Чрезвычайная ситуация |
|
|
Политика сдерживания |
10 мЗв |
|
опорожнение |
50 мЗв |
|
Распределение стабильного йода |
100 мГр |
|
Задерживается |
|
|
Временное переселение |
30 мЗв за 30 дней; 10 мЗв в течение следующих 30 дней |
|
Постоянное переселение |
1 Зв за всю жизнь |
Источник: МАГАТЭ, 1994 г.
Потребности в исследованиях и будущие тенденции
Текущие исследования в области безопасности сосредоточены на совершенствовании конструкции ядерных энергетических реакторов, в частности, на снижении риска и последствий расплавления активной зоны.
Опыт, полученный при предыдущих авариях, должен привести к улучшению терапевтического лечения серьезно облученных лиц. В настоящее время исследуется использование факторов роста клеток костного мозга (гематопоэтических факторов роста) при лечении радиационно-индуцированной медуллярной аплазии (отставание в развитии) (Thierry et al., 1995).
Эффекты малых доз и мощностей доз ионизирующего излучения остаются неясными и нуждаются в уточнении как с чисто научной точки зрения, так и в целях установления предельных доз для населения и работников. Биологические исследования необходимы для выяснения задействованных канцерогенных механизмов. Результаты широкомасштабных эпидемиологических исследований, особенно проводимых в настоящее время на рабочих атомных электростанций, должны оказаться полезными для повышения точности оценок риска рака для населения, подвергшегося воздействию низких доз или мощностей доз. Исследования групп населения, подвергшихся или подвергшихся воздействию ионизирующего излучения в результате аварий, должны помочь нам лучше понять последствия более высоких доз, часто доставляемых при низких мощностях дозы.
Инфраструктура (организация, оборудование и инструменты), необходимая для своевременного сбора данных, необходимых для оценки последствий радиационных аварий для здоровья, должна быть создана задолго до аварии.
Наконец, необходимы обширные исследования для выяснения психологических и социальных последствий радиационных аварий (например, характера, частоты и факторов риска патологических и непатологических посттравматических психологических реакций). Это исследование имеет важное значение, если необходимо улучшить управление населением, подвергающимся профессиональному и непрофессиональному облучению.