Ретроспективна оцінка доз зовнішнього гамма-опромінення як радіаційно-гігієнічного фактора у гострий період великої комунальної аварії (на прикладі аварії на чорнобильській АЕС)

Таким чином, комбіноване застосування ЕПР-дозиметрії (референтний метод, джерело високоякісних дозових оцінок), розрахункового-аналітичного методу (універсальне відновлення доз для всіх суб`єктів) та верифікованих офіційних дозових записів (дозиметричне забезпечення когортних епідеміологічних досліджень) дозволяє успішно розв`язати проблему дозиметричного супроводу різноманітних пост-чорнобильських досліджень медичних наслідків впливу іонізуючого випромінювання.

Іншою критичною групою при комунальній радіаційній аварії є населення прилеглих до місця викиду районів. У випадку Чорнобильської аварії населення ближньої зони ЧАЕС є другою за рівнями доз (після учасників ЛНА) групою, яка зазнала впливу радіаційних чинників у гострий період чорнобильської аварії. В умовах радіаційної аварії велика просторова неоднорідність радіаційного забруднення та варіації режиму поведінки окремих суб`єктів вимагають оцінки саме індивідуальних доз опромінення евакуйованого населення, яку можна здійснити за допомогою відповідних дозиметричних моделей. Тому вагомим є прикладне значення розробки методів ретроспективної оцінки індивідуальних доз опромінення населення ближньої зони об`єкта.

Недоліками попередніх розрахунків (В.В.Чумак, 1992) є брак оцінки невизначеності індивідуальних доз, а також застосування неспецифічних та консервативних значень таких параметрів моделі, як конверсійний коефіцієнт переходу до ефективної дози та коефіцієнт екранування житлових будинків. Крім того, раніше не оцінювались дози, які населення 30-км зони отримало на маршрутах пересування під час евакуації. Через це постала проблема ревізії отриманих раніше оцінок індивідуальних доз евакуйованого населення разом з об`єктивною оцінкою їх невизначеності.

Очевидно, що варіабельність та невизначеність основних дозоформуючих чинників впливають на кінцеву невизначеність дозових оцінок. Адекватним способом оцінки невизначеності результатів розрахунків є імітаційно-стохастичний підхід, у якому доза представляється як сукупність (розподіл) стохастичних значень, отриманих для випадкових реалізацій окремих параметрів моделі, аналізуючи яку можна дістати інформацію як про величину дози, так і про похибку її визначення. Цей підхід було реалізовано у вигляді модульних стохастичних моделей окремо для міського (жителі Прип`яті) та сільського населення 30-км зони.

Стохастичну модель розрахунку доз населення, що було евакуйоване з Прип`яті, представлено наступним співвідношенням.

, (1)

де С - конверсійний коефіцієнт переходу від поглиненої дози у повітрі D до ефективної дози Е, Зв Гр-1;

- референтна потужність поглиненої дози у повітрі (у відкритому повітрі на висоті 1 м над поверхнею грунту), середнє значення для інтервалу часу [h, h+1] та сектора s, Гр год-1;

s(h) - номер сектора (одного з восьми) у Прип`яті, у якому особа перебувала протягом години h;

tout(h) - час на відкритому повітрі протягом години h, відносна величина;

Lin(h) - фактор місця житлового будинку протягом години h (відповідає перебуванню у приміщеннях), безрозмірний параметр;

Lout(h) - фактор місця на відкритому повітрі протягом години h (відповідає перебуванню на вулиці), безрозмірний параметр;

G(h,s) - параметр, який відображає варіації (просторові та часові) референтної потужності дози у секторі s та протягом години h, які пов`язані із переміщеннями особи у межах сектора;

K(h,s) - параметр, який відображає варіації (просторові та часові) референтної потужності дози у секторі s та протягом години h, які пов`язані із розташуванням будинку у межах сектора.

Підсумовування проводиться по кожній годині від початку аварії до моменту евакуації - години hevac, всі параметри у виразі (1) являють собою розподіли невизначеності.

Вихідними даними для ретроспективної оцінки доз були результати прямих вимірів потужності дози за розгалуженою мережею в основних поселеннях 30-км зони (31 точка у Прип`яті та 91 - в інших населених пунктах 30-км зони), дані широкомасштабного опитування значної частини евакуйованого населення (всього 35798 осіб), яке було проведене невдовзі після аварії (1988-1989 рр.), а також відомості про характеристики житлових будинків, у яких мешкали евакуанти. Об`єктом застосування описаних вище моделей були такі евакуйовані мешканці Прип`яті та інших поселень 30-км зони, які за час до евакуації не відвідували зон найбільшого радіаційного забруднення (проммайданчик ЧАЕС, "Рудий ліс" тощо).

Сутність модульної структури моделі полягає в тому, що розподіли невизначеності окремих не пов`язаних (слабо корельованих) один з одним параметрів (груп параметрів), розглядаються незалежно в окремих субмоделях, а оцінка загальної невизначеності здійснюється згодом у ядрі моделі. У загальному випадку ця модель складається з наступних модулів: персональної субмоделі, метою якої є визначення параметрів, які характеризують певну особу, субмоделі потужності дози, яка визначає значення та невизначеність цього параметра, субмоделі екрануючих властивостей житлових будників, завданням якої є визначення розподілів "факторів місця" та ядра моделі, у якому, власне, здійснюється розрахунок дозового розподілу індивідуально для кожного з суб`єктів. Взаємодія міх субмоделями та блок-схема імітаційно-стохастичної моделі представлені. Результати окремих субмоделей у вигляді попередньо розрахованих розподілів зберігаються в файлах даних. Використання модульного підходу дозволяє уникнути багаторазових розрахунків одних і тих самих розподілів, а також відкриває можливість для перегляду або поліпшення деяких аспектів моделі, при якому решта субмоделей та їх продукти залишаються незмінними.

Програмне забезпечення для розрахунку індивідуальних дозових розподілів реалізовано у вигляді відповідних підпрограм Монте-Карло пакету PRISM, реалізованого мовою програмування ФОРТРАН. Генерація розподілів вхідних параметрів здійснювалась за допомогою методу Латинського Гіперкубу, а кореляції між окремими параметрами моделювалися з використанням алгоритмів рангової кореляції. Для кожного випадку моделювалось щонайменше 500 випадкових значень (історій), а з аналізу отриманих таким чином розподілів обчислювались такі параметри, як математичне сподівання (середнє арифметичне), середнє геометричне, стандартне та геометричне стандартне відхилення, коефіцієнт варіації, медіана, а також 75% та 95% квантілі розподілів. В цілому цих параметрів цілком достатньо для вичерпної характеристики невизначеності дозових оцінок для кожного з суб`єктів. З метою контролю результатів розрахунків, а також для дослідження зв`язку між продуктами детерміністичної та стохастичної моделей було також здійснено детерміністичний розрахунок для тих самих суб`єктів.

При розрахунку були використані залежні від віку конверсійні коефіцієнти переходу до ефективної дози та специфічні для українських умов фактори місця, які є мірою екрануючих властивостей будинків.

Очевидно, що вибір середніх значень окремих параметрів та відповідних розподілів невизначеності є нетривіальною задачею. Тому питанням оцінки розподілів потужності дози (субмодель потужності дози) та визначенню адекватних факторів місця присвячено окремі розділи дисертації.

Оскільки умови опромінення та оточення точок, де провадились вимірювання потужності дози, значно відрізнялись, виникає потреба у зведенні результатів вимірів до референтної величини - потужності дози над лужком нескінчених розмірів, яка власне використовується у моделі. Таке перетворення враховує оточення точки проведення вимірів, а також енергетичний спектр та конфігурацію джерела випромінювання. Заради визначення конкретних умов вимірювання та подальшої корекції результатів вимірів, під час експедиції до Прип`яті було реконструйовано оточення всіх точок вимірювання та здійснено перехід до референтних значень потужності дози у цих точках.

Той факт, що виміри проводились лише в окремих точках, розташованих за нерегулярною сіткою, та у певні моменти часу, обумовлює потребу у інтерполяції результатів вимірів у просторі та часі. Найбільш адекватними виявились геостатистичні методи інтерполяції, які враховують стохастичну природу формування потужності дози та дозволяють досить точно оцінити похибку інтерполяції. Через здійснення кількох послідовних кроків із застосування кригінгу (просторова інтерполяція) та умовного моделювання (інтерполяція у часі) було оцінено значення референтної потужності дози у регулярні проміжки часу та для кожного з секторів (у Прип`яті) і окремих населених пунктів 30-км зони. Крім того, засобами імітаційно-стохастичного моделювання було оцінено невизначеність, пов`язану з варіаціями потужності дози в межах сектора (або населеного пункту) - параметри G(h,s) та К(h,s) у моделі (1), а також з похибкою референтних значень у точках вимірів та інтерполяції у просторі і часі. Отримані таким чином розподіли референтної потужності дози служать вхідними даними для імітаційно-стохастичної моделі оцінки доз евакуйованого населення.

Окремо було розглянуто проблему впливу можливих похибок, що можуть бути пов`язані із заповненням формалізованої анкети та недостатньою точністю реконструкції режиму поведінки. Було встановлено, що похибки такого типу справляють невеликий вплив на загальну невизначеність дозових оцінок.

"Фактор місця" служить мірою екрануючих властивостей будинків та визначається як:

Li=Ki/Kref (2)

де Ki та Kref - керма, що створюється у точці i та в референтній позиції, відповідно, джерелом (в тому числі - комбінованим) за певних, однакових для обох локалізації, умов забруднення.

Слід підкреслити, що існують певні концептуальні відмінності фактора місця від коефіцієнта екранування (або кратності послаблення), котрий традиційно використовується для оцінювання екрануючих властивостей тих чи інших структур. Вони полягають в тому, що порівнюються не потужність керми попереду та позаду екрануючої структури при проходженні пучка випромінювання через неї, а керма в даній точці простору (не має значення - всередині чи зовні приміщення) та керма на референтній позиції за однакових умов випадіння або геометрії хмари. Перевага вживання фактора місця полягає в його універсальності, оскільки заздалегідь розраховані фактори місця можна використовувати для джерел складного нуклідного складу, а також таких, що заходяться в різних місцях (випадіння на різні поверхні, хмари різної конфігурації).

Огляд літературних джерел показав, що наведені в літературі значення факторів місця є неадекватними для реконструкції доз евакуйованого населення, у першу чергу через те, що будинки у Прип`яті та селах 30-км зони мають певні конструктивні особливості, не притаманні для європейських будинків, для яких, власне, розраховувались наведені в літературі значення факторів місця. Крім того, в літературі відсутні відомості про просторові варіації фактора місця всередині будинку, особливо - в межах одного поверху. Між тим, ця інформація є суттєвою для оцінки невизначеності фактора місця як параметра імітаційно-стохастичних моделей. І, нарешті, ніколи раніше не розглядався випадок джерела у вигляді хмари кінцевих розмірів, тобто високоактивного струменя, який сформований радіоактивним викидом і на певній (невеликій) відстані від джерела викиду ще має визначену форму. Між тим, існують вказівки на те, що у випадку опромінення мешканців Прип`яті, розташованої досить близько до джерела викиду, значний вклад у потужність дози на території міста давало саме опромінення від такого незвичайного джерела.

Таким чином, виникла потреба у проведенні власних розрахунків факторів місця для досить специфічних умов опромінення населення селищ ближньої зони під час початкової фази аварії. Представлені у даному розділі розрахунки було здійснено методом Монте-Карло з використанням потужного комп`ютера Центру довкілля та здоров`я ГСФ в м.Нойхерберг, Німеччина.

Слід відзначити, що через те, що у формуванні дозового поля беруть участь джерела складної геометрії та складного нуклідного (а відповідно - і енергетичного) складу, задача оцінки екрануючих властивостей будинків стає нетривіальною. Розв`язання цієї проблеми було запропоновано у вигляді окремого моделювання факторів місця окремо для часткових джерел випромінювання (радіоактивність, розпорошена у повітрі у вигляді однорідної нескінченної хмари та струменя кінцевих розмірів, а також різноманітні забруднені поверхні - лужки, дороги, стіни та дахи будинків, дерева та кущі тощо). Потім, використовуючи значення часткових факторів місця та на основі припущень щодо конфігурації та енергетичного складу джерела випромінювання, можна визначити інтегральний фактор місця для заданих умов (конкретного сценарію) опромінення. Такий сценарій опромінення включає опис енергетичного спектра випромінювання, а також перелік та відносну потужність окремих часткових джерел. Для оцінки інтегрального фактора місця за умов опромінення джерелом складної конфігурації та енергетичного складу було розроблено відповідний математичний апарат.

Для моделювання переносу випромінювання методом Монте-Карло було застосовано комп`ютерний код SAM-CE, який засобами комбінаторної геометрії дозволяє моделювати системи високого ступеня складності, зокрема джерела із довільними просторово-енергетичними характеристиками. У бібліотеці констант використовуються класичні дані Сторма та Ізраеля. При моделюванні задачі розігрувалось, в залежності від енергії джерела, від 3 до 15 мільйонів історій, при цьому точність визначення керми навіть в найбільш екранованих локалізаціях була не меншою за 5%; в середньому відносна похибка складала близько 1%. Час розрахунку складав від годин до десятків годин комп`ютерного часу суперкомп`ютера CONVEX C3840 на одну комбінацію джерела (енергія + геометрія) та екрануючих структур. Результатом розрахунку є керма в розрахунку на одиничну питому потужність джерела, яка має розмірність Гр / фотон м-2 та Гр / фотон м-3 для опромінення від випадінь та радіоактивної хмари, відповідно. До часткових джерел відносились стіни та підлоги приміщень, поверхня даху, стін, вікон та балконів самого будинку, дерева та кущі зовні будинку, трав`яні газони та асфальтовані поверхні вулиць та проїздів, стіни сусідніх будинків, забруднене повітря та об`єми, що моделюють радіоактивні хмари кінцевих розмірів. Таким чином, визначення фактора місця лише для однієї енергії джерела вимагало послідовного проведення 20-30 розрахунків для окремих часткових джерел. Для дослідження енергетичної залежності факторів місця та одержання достатньої інформації, потрібної для розрахунку інтегрального фактора місця за умов опромінення сумішшю радіонуклідів, моделювання здійснювалось для кількох енергетичних ліній (80, 140, 364, 662 кеВ та 1.6 МеВ).

При розрахунку часткових факторів місця ретельно (із відтворенням досить дрібних деталей) моделювались окремі типи українських житлових будинків (п`ятиповерховий залізобетонний будинок серії 111-60 - найбільш типовий для самих забруднених районів Прип`яті, одноповерхові цегляний та саманний сільські будинки). При цьому із метою спостереження просторових варіацій фактору місця всередині будинків було розміщено велику кількість (до 200) детекторів. Для оцінки впливу урбаністичного оточення на величину фактора місця моделювався не лише окремий будинок, але й прилеглі до нього будинки, вулиці та зелені насадження, причому взаємне розташування цих елементів міського середовища відтворювало реальні кластери будинків у Прип`яті.

Проміжним результатом оцінки факторів місця стали зведені значення, розраховані для найбільш типових конфігурацій джерела, які можуть мати місце при великій комунальній аварії - радіоактивних хмар та випадку "сухих" випадінь радіонуклідів в урбаністичному середовищі. Енергетична залежність цих зведених факторів місця наведена. Як видно з рисунку, фактори місця досить сильно залежать від поверху будинку, але поверхові залежності для напівнескінченної хмари та випадінь мають протилежний знак, тобто за умов дії комбінованого джерела (хмара+випадіння) ця поверхова залежність дещо компенсується. Іншим практично важливим результатом стала оцінка варіації факторів місця в межах одного поверху. Було показано, що конфігурація джерела має найбільший вплив на просторову неоднорідність екранування та просторові варіації "факторів місця" всередині будівель. Виявилось, що найбільша варіація притаманна випадку опромінення хмарою кінцевих розмірів. Іншими чинниками, які впливають на невизначеність "факторів місця" є енергія випромінювання (при зменшенні енергії варіація суттєво зростає) і висота (поверх). Водночас, для інтегрального фактора місця, який було визначено із урахуванням усіх складових "чорнобильського" сценарію опромінення варіація факторів місця є дещо меншою й геометричне стандартне відхилення розподілу факторів місця для будь-якої локалізації не перевищує 2.5.

Таблиця 1 Значення факторів місця для сільських будинків 30-км зони

В цілому ж розраховані для типових українських міських та сільських (Табл.1) будинків величини "факторів місця" мають універсальне значення, оскільки вони створюють фактологічну основу для оцінювання дозиметричних аспектів великої комунальної радіаційної аварії на зразок тієї, що трапилась у Чорнобилі. За допомогою таблиць часткових та зведених факторів місця можна оцінити ефективні фактори місця для будь-якої гіпотетичної радіаційної аварії. Водночас, для більш точної оцінки ефективних факторів місця, у подальшому, при організації радіаційного моніторингу під час радіаційних аварій слід приділяти особливу увагу визначенню радіонуклідного складу джерела, та оцінці внеску в дозу окремих компонентів, пов`язаних з випромінюванням від випадінь та радіоактивної хмари, зокрема, визначеної методом in situ гамма-спектрометрії.

Реконструкцію доз евакуйованого населення було незалежно здійснено за допомогою імітаційно-стохастичних та детерміністичних моделей. Завдяки використанню перших було оцінено дози (та похибки їх визначення) для 12 632 осіб, що були евакуйовані з Прип'яті (міське населення) та 14084 жителів поселень 30-км зони (сільське населення). З порівняння результатів двох типів моделей було встановлено, що детерміністичний розрахунок, результати якого найкраще співпадають з медіанами індивідуальних дозових розподілів, найбільш придатний для визначення рівня опромінення евакуантів, а результати імітаційно-стохастичного розрахунку дають оцінку невизначеності індивідуальних доз.

Оскільки група, що була включена до опитування (близько чверті населення Прип'яті), є представницькою для ординарного населення з точки зору вікової структури, професійної належності та статі, можна одержати уявлення про середні індивідуальні та колективні дози, отримані населенням найближчого до місця катастрофи міста в період до евакуації. Так, середня доза цього контингенту склала 10 мЗв, хоча індивідуальні значення дози могли сягнути 75 мЗв. Розподіл індивідуальних доз має форму близьку до логнормальної з геометричним стандартним відхиленням 3.1; 95% квантіль розподілу індивідуальних доз сягав 24 мЗв. Оцінка колективної дози (медіанне значення) дає близько 500 чол.-Зв і з ймовірністю 95% не перевищує величину 840 чол.-Зв.

Визначення індивідуальних похибок результатів відновлення доз показало, що коефіцієнт варіації дозових розподілів (відносна похибка) складає, в середньому, 37%, змінюючись в межах від 25 до 80 відсотків. Таким чином, можна зробити висновок, що розрахункове відновлення доз евакуйованого населення цілком виправдовує себе, забезпечуючи достатньо високу точність результатів.

За характеристиками режиму поведінки та рівнями отриманих доз населення 30-км зони можна розділити на три групи - дошкільники, населення з "міським" типом поведінки (вчителі, школярі, лікарі, адміністративні працівники тощо) та жителі із "сільським" типом поведінки (працівники сільського господарства, пенсіонери, робітники). Частка часу на відкритому повітрі для цих трьох груп становить 0.26, 0.35-0.40 та 0.43-0.55, відповідно. Виявилось, що середня доза сільського населення 30-км зони склала близько 16 мЗв, хоча індивідуальні значення дози могли перевищувати 100 мЗв. Розподіл індивідуальних доз має полімодальну форму, що свідчить про неоднакові умови опромінення у різних населених пунктах, 95% квантіль розподілу індивідуальних доз сягав 68 мЗв, 120 осіб з числа опитаних отримали дози вищі за 100 мЗв. Оцінка колективної доза (медіанне значення) дає близько 640 чол.-Зв і з ймовірністю 95% не перевищує величину 920 чол.-Зв. В середньому найвищі дози отримали мешканці селищ Усів (154 мЗв), Машево (79 мЗв) та Чистогалівка (70 мЗв).

В результаті аналізу даних про індивідуальні історії евакуації мешканців Прип'яті вдалося виявити чотири основних маршрути евакуації - до Поліського, Києва, Чернігова, а також у білоруському напрямку.

Розрахунок доз, отриманих на кожному з маршрутів евакуації, показав, що найбільш безпечним з точки зору доз опромінення був маршрут у білоруському напрямку, яким скористалася лише незначна частина (4%) мешканців міста, які евакуювались самотужки. Дози, отримані на основному маршруті евакуації (в напрямку Поліського), були значно більшими переважно через перетинання зон сильного радіаційного забруднення в районі шляхопроводу над залізницею, біля станції Янів та Новошепелицького лісництва.

Більш того, дози, отримані під час евакуації, в ряді випадків порівняні, або навіть перевищують дози, накопичені за термін перебування у Прип'яті. Урахування цієї компоненти дози значно впливає на загальну картину опроміненості евакуйованого населення. Виявилось, що дози, отримані на трьох основних маршрутах (на Поліське, на Київ та на Чернігів), були приблизно однаковими, що, з урахуванням великої похибки визначення дози дозволяє, у першому наближенні, не диференціювати їх між цими трьома маршрутами. Таким чином, з аналізу досвіду евакуації населення Прип`яті випливає, що зменшення рівнів опромінення населення, якому воно піддається під час евакуації, є дуже ефективним контрзаходом, який вимагає лише врахування даних радіаційної розвідки при виборі конкретного маршруту евакуації.

Висновки

Визначено, що жоден з методів ретроспективної дозиметрії не може бути універсально застосований для оцінки індивідуальних доз ліквідаторів через суттєві обмеження, обумовлені однією або кількома з наступних причин: недостатньою точністю, низькою чутливістю, малою доступністю матеріалів для аналізу, високою вартістю або складністю аналізу.

Розроблена методика ЕПР-дозиметрії по емалі зубів є найбільш точним і об`єктивним методом ретроспективної дозиметрії. Іншими адекватними методами є розрахунково-аналітична реконструкція доз та верифікація існуючих офіційних дозових записів.

Основна область застосування ЕПР-дозиметрії - постачання високоякісних (референтних) дозових оцінок для перевірки та верифікації інших методів дозиметрії, а також, в окремих випадках - високоточна реконструкція індивідуальних доз.

На основі опитування близько 4600 ліквідаторів, занесених у Державний реєстр України, показано, що більшість осіб, які мають записи про дозу у ДРУ, є військовими ліквідаторами МО України, а основними методами дозиметрії - груповий (35%) та розрахунково-груповий (45%). Результати опитування доповнили інформацію ДРУ в частині відомчої належності ліквідаторів, методів, за допомогою яких визначалась доза, місць роботи та завдань ліквідаторів під час ЛНА.

Навмисна фальсифікація дозових записів військових ліквідаторів була на низькому рівні (менше 10%), а незвичайна форма розподілу індивідуальних доз цієї когорти була обумовлена унікальною практикою управління професійним опроміненням.

Підхід до ретроспективної оцінки невизначеності (похибки) офіційних дозових записів полягає у стратифікації когорти ліквідаторів відповідно до методів дозиметричного контролю під час ЛНА та в оцінюванні систематичної та випадкової складових похибки окремих методів через застосування ЕПР-дозиметрії як джерела референтних доз.

Найбільш універсальним методом дозиметрії ліквідаторів є аналітична дозова реконструкція (АДР), яка базується на опитуванні ліквідатора або його замісників та експертній обробці даних інтерв`ю. Суттєвий перегляд основних положень цієї методики дозволив розширити область її застосування та підвисити адекватність дозових оцінок.

Комплексний підхід до дозиметричного забезпечення когорти ліквідаторів передбачає застосування окремих методів дозиметрії або їх комбінації в залежності від конкретних потреб. При поглибленому клініко-епідеміологічному дослідженні відносно поширених патологій пропонується добирати рандомізовану групу з числа ліквідаторів із високоякісними дозовими оцінками, або з числа донорів зубів, для яких можна здійснити точну ЕПР-дозиметрію. При епідеміологічному дослідженні рідких захворювань за методом "випадок-контроль" слід користуватись розрахунково-аналітичними методами з вибірковим контролем якості через застосування ЕПР-дозиметрії. У випадку епідеміологічного дослідження за когортним методом слід спиратися на верифіковані та валідизовані офіційні дозові записи.

Значне розмаїття умов опромінення населення 30-км зони ЧАЕС та велика невизначеність дозоутворюючих чинників вимагають реконструкції індивідуальних доз евакуантів засобами імітаційно-стохастичного моделювання. Відносна незалежність параметрів дозволяє впровадити модульну структуру моделей, перевагою якої є одноразовий розрахунок розподілів стохастичних параметрів.

За допомогою математичного моделювання методом Монте-Карло було визначено "фактори місця" (міру екрануючих властивостей) типових українських міських та сільських житлових будинків. Показано, що варіація "факторів місця" всередині будинку залежить від типу джерела, енергії випромінювання та поверху будинку. Розподіли "факторів місця" служать вхідним параметром для стохастичної дозиметричної моделі.

Із застосуванням імітаційно-стохастичних моделей було визначено індивідуальні дози та оцінено їх невизначеність для близько 27 тисяч евакуантів, які складають представницьку групу населення ближньої зони Чорнобильської АЕС. Встановлено, що невизначеність (відносна похибка) результатів розрахунку лежить на рівні 40-50%, що є цілком адекватним для визначення індивідуальних доз населення.

Дози на трьох основних маршрутах евакуації в середньому наближались до доз, отриманих за період до евакуації, а найбільш безпечним виявився не передбачений аварійними планами маршрут в білоруському напрямку, яким скористалось лише близько 4% мешканців міста, що евакуювались самотужки.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Чумак В.В., Шолом С.В. Облучение ликвидаторов // Медицинские последствия аварии на Чернобыльской атомной станции / Под редакцией В.А.Бузунова, И.А.Лихтарева. - Киев: "МЕДЭКОЛ" МНИЦ БИО-ЭКОС, 1999.- Книга 1.- С.41-48 (узагальнення матеріалів, підготовка рукопису).

Репин В.С., Чумак В.В. Ретроспективная оценка доз внешнего и внутреннего облучения жителей эвакуированных из 30-км зоны // Медицинские последствия аварии на Чернобыльской атомной станции / Под редакцией В.А.Бузунова, И.А.Лихтарева. - Киев: "МЕДЭКОЛ" МНИЦ БИО-ЭКОС,1999. - Книга 1. - С.49-55 (участь в узагальненні матеріалів та підготоці рукопису).

Чумак В.В., Ліхтарьов І.А., Репін В.С. Дози опромінення учасників ліквідації аварії // Чорнобильська катастрофа. - Київ: Наукова думка, 1996. - Розд. 1.2. - 416-420 с. (узагальнення матеріалів, підготовка рукопису).

Чумак В.В., Ліхтарьов І.А., Репін В.С. Дози опромінення евакуйованого населення // Чорнобильська катастрофа. - Київ: Наукова думка, 1996. - Розд. 1.3. - 420-421 с. (узагальнення матеріалів, підготовка рукопису).

Likhtarev I., Chumak V., Repin V. Retrospective Reconstruction of Individual and Collective External Gamma Doses of Population, Evacuated After the Chernobyl Accident // Health Phys. - 1994. - Vol. 66. - P.643-652 (планування та проведення дослідження, підготовка рукопису).

Likhtarev I.; Chumak V.; Repin V. Analysis of the Effectiveness of Emergency Countermeasures in the 30-km Zone During the Early Phase of the Chernobyl Accident // Health Phys. - 1994. - Vol.67. - P.541-544 (планування та проведення дослідження, підготовка рукопису).

Worgul B.V., Likhtarev I., Kundiev Y., Medvedovsky C., Sergienko N., Parkhomenko G., Chumak V., Ruban A., Vitte P., Wu B., Wegener. A Cataractogenesis in the Chernobyl Liquidators: the effect of dose and age // Invest.Ophthal. & Vis.Sci. - 1995. - Vol.36, N4. - P.3876 (надання матеріалів для включення в рукопис).

Chumak V., Pavlenko Ju., Sholom S. An approach to the assessment of overall uncertainty of determination of dose using ESR technique // Appl.Radiat. Isot. - 1996. - Vol.47, №11/12. - P.1287-1291 (наукове керівництво дослідженням, підготовка рукопису).

Goulko G.M., Chumak V.V., Chepurny N.I., Henrichs K., Jacob P., Kairo I.A., Likhtarev I.A., Repin V.S., Sobolev B.G., Voigt G. Estimation of 131I thyroid doses for the evacuees from Pripjat // Radiat. Environ. Biophys. - 1996. Vol.35. - P. 81-87 (надання матеріалів для включення в рукопис).

Chumak V., Bailiff I., Baran N., Bugai A., Dubovsky S., Fedosov I., Finin V., Haskell E., Hayes R., Ivannikov A., Kenner G., Kirillov V., Khamidova L., Kolesnik S., Liidja G., Likhtarev I., Lippmaa E., Maksimenko V., Meijer A., Minenko V., Pasalskaya L., Past J., Puskar J., Radchuk V., Sholom S., Skvortzov V., Stepanenko V., Vaher U., Wieser A.The first international intercomparison of ESR-dosimetry with teeth:first results // Appl.Radiat. Isot. - 1996. - Vol.47, № 11/12. - P.1281-1286 (керівництво дослідженням, підготовка рукопису).

Чумак В.В., Ліхтарьов І.А. Ретроспективна оцінка індивідуальних та колективних доз зовнішнього опромінення населення, евакуйованого після Чорнобильської аварії // УРЖ. - 1996.-№4.-С.34-39 (планування та проведення дослідження, підготовка рукопису).

Haskell E., Kenner G., Hayes R., Sholom S., Chumak V. An EPR intercomparison using teeth irradiated prior to crushing // Radiat. Meas. - 1997. - Vol.27. - P. 419-424 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Straume T., Anspaugh L.R., Haskell E.H., Lucas J.N., Marchetti A.A., Likhtarev I.A., Chumak V.V., Romanyukha A.A., Khrouch V.T., Gavrilin Yu.I., Minenko V.F. Emerging Technological Bases for Retrospective Dosimetry // Stem Cells. - 1997. - Vol.15 (suppl 2). - P. 183-193 (надання матеріалів для включення в рукопис).

Haskell E.H., Hayes R.B., Kenner G.H., Sholom S.V., Chumak V.V. Electron paramagnetic resonance technique and space biodosimetry // Radiation Res. - 1997. - V.148. - P.51-59 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Sholom S.V., Haskell E.H., Hayers R.B., Chumak V.V., Kenner G.H. Properties of light induced EPR signals in enamel and their possible interference with gamma-induced signals // Radiation Measurements. - 1998. - Vol.29, №1. - P.113-118 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Sholom S.V., Haskell E.H., Hayers R.B., Chumak V.V., Kenner G.H. Influence of crushing and additive irradiation procedures on EPR dosimetry of tooth enamel // Radiation Measurements. - 1998. - Vol. 29, № 1. - P.105-111 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Чумак В.В. Реконструкція індивідуальних доз евакуйованого населення м.Прип`яті на основі імітаційно-стохастичної моделі // УРЖ. - 1998. - №6.- С.458-460 (планування та проведення дослідження, підготовка рукопису).

Chumak V., Likhtarev I., Sholom S., Meckbach R., Krjuchkov V. Chernobyl Experience in Field of Retrospective Dosimetry: Reconstruction of Doses to the Population and Liquidators Involved into the Accident // Radiation Protection Dosimetry. - 1998. - Vol.77, Nos.1 -2. -P.91-97 (узагальнення матеріалів, підготовка рукопису)

Chumak V., Sholom S., Pasalskaya L. Application of high precision EPR dosimetry with teeth for reconst-ruction of doses to Chernobyl populations // Radiation Protection Dosimetry. - 1999. - Vol.84, Nos.1-4. -P.515-520 (наукове керівництво дослідженням, підготовка рукопису).

Chumak V.V., Likhtarev I.A., Pavlenko J.V. Monitoring of individual doses of populatios residing in the territories contaminated after the chernobyl accident // Radiation Protection Dosimetry. - 1999. - Vol.85, Nos.1 -4. - P.137-139 (планування та проведення дослідження, підготовка рукопису).

Чумак В.В. Количественная оценка экранирующих свойств зданий в задаче реконструкции доз эвакуированного населения // Доп.НАН України. - 1999. - №2. - С.209-213 (планування та проведення дослідження, підготовка рукопису).

Wieser A., Onori S., Aragno D., Fattibene P., Romanyukha A., Ignatiev E., Koshta A., Skvortzov V., Ivannikov A., Stepanenko V., Chumak V., Sholom S., Haskell E., Hayes R., Kenner G. R. Comparison of sample preparation and signal evaluation methods for EPR analysis of tooth enamel // Appl. Radiat. Isot. - 2000. - Vol. 52. - P.1059-1064 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Sholom S. V., Chumak V. V., Pasalskaja L.F. Some aspects of EPR dosimetry of liquidators // Appl. Radiat. Isot. - 2000. - Vol. 52. - P.1283-1286 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Чумак В.В., Баханова Е.В., Мусияченко Н.В., Шолом С.В., Пасальская Л.Ф. Дозиметрия ликвидаторов через 14 лет после Чернобыльской аварии: проблемы и достижения // Межд. Журн. Радиац. Медицины. - 2000. - №1 (5). - С. 26-45 (наукове керівництво дослідженням, підготовка рукопису).

Sholom S.V., Haskell E.H., Hayes R.B., Chumak V.V., Kenner G.H. EPR -dosimetry with carious teeth // Radiat.Measurements. -2000. - Vol. 32. - P.799-803 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Wieser A., Mehta K., Amira S., Aragno D., Bercea S., Brik A., Bugai A., Callens F., Chumak V., Ciesielski B., Debuyst R., Dubovsky S., Duliu O.G., Fattibene P., Haskell E.H., Hayes R.B., Ignatiev E.A., Ivannikov A., Kirillov V., Kleschenko E., Nakamura N., Nather M., Nowak J., Onori S., Pass B., Pivovarov S., Romanyukha A., Scherbina 0., Shames A.I., Sholom S., Skvortsov V., Stepanenko V., Tikounov D.D., Toyoda S. The second international intercomparison on EPR tooth dosimetry // Radiation Measurements. - 2000. - Vol.32. - P.459-557 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Репин В.С.,Берковский В.Б.,Чумак В.В. Сравнительный анализ вариантов реконструкции индивидуальных доз облучения эвакуированного населения // Проблемы радиационной медицины: Республиканский межведомственный сборник. - Киев: “Здоровья”, 1989. - Вып.2.- С.39-48 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Чумак В.В., Коробейников В.Л. Пространственно-временная картина дозовых полей и формирование доз внешнего облучения у эвакуированного населения // Проблемы радиационной медицины: Республиканский межведомственный сборник. - Киев: “Здоровья”, 1991. - Вып.3.- С.120-125 (планування та проведення дослідження, підготовка рукопису).

Репин В.С., Чумак В.В. Об эффективности мер по аварийной радиационной защите населения ближней зоны Чернобыльской АЭС // Проблемы радиационной медицины: Республиканский межведомственный сборник. - Киев: “Здоровья”, 1992. - Вып.4.- С.88-94 (участь у дослідженні та підготовці рукопису).

Чумак В.В. Индивидуальные и коллективные дозы внешнего гамма-облучения населения 30-км зоны // Проблемы радиационной медицины Республиканский межведомственный сборник. - Киев: “Здоровья”, 1993. - Вып.5.- С.199-200 (планування та проведення дослідження, підготовка рукопису).

Чумак В.В., Репин.В.С., Лихтарев И.А.Ретроспективная дозиметрия эвакуированного населения: результаты и перспективы //Труды научн.конф. “Актуальные вопросы ретроспективной, текущей и прогнозной дозиметрии в результате Чернобыльской аварии”.-К.-1993.-С.149-153.

Chumak V., Sholom S., Pasalskaya L.,Pavlenko Yu.Intercalibration with whole teeth irradiated under the laboratory conditions //Final report of Experimental collaboration project “Retrospective dosimetry and dose reconstruction “.-Luxembourg:EC, 1996.-N10.-P.72-76.

Sholom S., Chumak V.,Pavlenko Yu. The doses from diagnostic X-ray procedures in the EPR-spectroscopy technique with tooth enamel //Proc. of IRPA Regional symposium on Radiation Protection in neighbouring countries of central Europe.-Prague.-1997.-P.571-574.

Chumak V., Bondarenko A. Analysis of dosimetric data of The National liquidator registry of Ukraine //Proc. of IRPA Regional symposium on Radiation Protection in neighbouring countries of central Europe.-Prague (Czech Republic).-1997.-P.394-397.

Chumak V.V. Methodologies - Strength and Weaknesses: A View on Dosimetric Support for the Chernobyl Liquidator Eye Cataract Study// Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Ocular Radiation Risk Assessment in Population Exposed to Environmental Radiation Contamination, Kiev, 29 July- 1 August 1997. - Dodrecht (Netherlands): Kluwer Academic Publishers.-1999. - P.121-129.

ChumakV.V., Krjuchkov V.P.Problem of Verification of Chernobyl Dosimetric Registries //Proc. of the 1998 ANS Radiation Protection and Shielding Division Topical Conference `Technologies for the New century “.-Vol.1.-Sheraton Music City, Nashville, Tennessee (USA).-1998.-P. 545-552.

Chumak V.V., Meckbach R. Building-Specific Location Factors for Chernobyl Evacuee Dose Reconstruction //Proc. of the 1998 ANS Radiation Protection and Shielding Division Topical Conference `Technologies for the New century “.-Vol.1.-Sheraton Music City, Nashville, Tennessee (USA).-1998.-P. 553-561.

Meckbach R., Chumak V.V.Reconstruction of the external dose of evacuees from the contaminated areas based on simulation modeling // Proceedings of the first international conference “ The radiological consequences of the Chernobyl accident”.-Minsk ( Belarus).- 1996.-P.975-985.

Анотація

Чумак В.В. Ретроспективна оцінка доз зовнішнього гамма-опромінення як радіаційно-гігієнічного фактора у гострий період великої комунальної аварії (на прикладі аварії на Чорнобильській АЕС). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 14.02.01 - гігієна. - Інститут медицини праці АМН України, Київ, 2001.

В дисертації розроблені методи та підходи до оцінки індивідуальних доз основних критичних контингентів при комунальній радіаційній аварії - учасників ліквідації наслідків аварії та населення прилеглих до місця викиду територій.

Запропоновано комплексний підхід до дозиметричного супроводу когорти учасників ЛНА, який передбачає використання комбінації інструментальних (ЕПР-дозиметрія), розрахунково-аналітичних методів дозиметрії поруч із валідизацією існуючих дозових записів.

Розроблено імітаційно-стохастичні дозиметричні моделі, які було застосовано для реконструкції близько 27 тис. індивідуальних доз евакуантів. Методом Монте-Карло розраховано фактори місця для типових українських домів та розроблено математичний апарат для оцінки інтегральних факторів місця при довільному сценарії опромінення. Оцінено дози, які жителі отримали під час евакуації.

Ключові слова: доза, іонізуюче випромінювання, ретроспективна дозиметрія, ЕПР-дозиметрія, імітаційно-стохастичні моделі, екранування випромінювання, радіаційна аварія.

Аннотация

Чумак В.В. Ретроспективная оценка доз внешнего гамма-облучения как радационно-гигиенического фактора в острый период большой коммунальной аварии (на примере аварии на Чернобыльской АЭС). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 14.02.01 - гигиена. - Институт медицины труда АМН Украины, Киев, 2001.

В диссертации разработаны методы и подходы к оценке индивидуальных доз основных критических контингентов при коммунальной радиационной аварии - участников ликвидации последствий аварии и населения прилегающих к месту выброса территорий.

Разработана и доведена до уровня рутинного применения инструментальная методика ЭПР-дозиметрии по эмали зубов. Изучено влияние мешаюших факторов (рентгеновского и ультрафиолетового облучения зубов) на результаты ЭПР-дозиметрии и предложены подходы к его учету и смягчению. Предложено использование ЭПР-дозиметрии в качестве источника высокоточных референтных доз для валидации других методов дозиметрии и оценки качества имеющихся дозовых записей. Другой областью применения ЭПР-дозиметрии является высокоточная реконструкция доз для отдельных субъектов. В масштабах Украины созданы сеть сбора зубов участников ЛПА и центральный банк биопроб дозиметрического назначения, обеспечивающие поступление необходимых для проведения ЭПР-дозиметрии образцов.

Исследованы вопросы полноты и достоверности имеющихся официальных дозовых записей (ОДЗ). Путем проведения почтового опроса 4600 ликвидаторов, включенных в Государственный регистр Украины (ГРУ), были восполнены пробелы в информации о ведомственной принадлежности и методах дозиметрического контроля во время ЛПА. Установлено, что большинство лиц, имеющих ОДЗ в ГРУ, являются военными ликвидаторами, а основными методами дозиметрии - групповой (35%) и расчетно-групповой (45%). Методами статистического анализа установлено, что в когорте военных ликвидаторов вклад фальсифицированных значений дозы не превышает 10%, а необычная форма распределений индивидуальных доз обусловлена уникальной практикой управления профессиональным облучением, при которой работа прекращалась после достижения предельно допустимой дозы. Предложен подход к ретроспективной оценке погрешности ОДЗ путем сопоставления с данными ЭПР-дозиметрии.

Показана применимость расчетно-аналитической реконструкции доз в качестве наиболее универсального метода ретроспективной дозиметрии. Предложенный комплексный подход к дозиметрическому обеспечению когорты ликвидаторов предусматривает дифференцированное решение проблемы. При углубленном клинико-эпидемиологическом исследовании относительно распространенных патологий рекомендуется подбирать рандомизированную группу из числа ликвидаторов с высококачественными дозовыми оценками (результаты дозиметрического контроля или ЭПР-дозиметрии). При эпидемиологическом исследовании редких заболеваний методом "случай-контроль" необходимо пользоваться универсальным расчетно-аналитическим методом при выборочном контроле средствами ЭПР-дозиметрии. В когортных эпидемиологических исследованиях следует использовать верифицированные официальные записи.

Разработаны и применены на практике имитационно-стохастические модели для оценки индивидуальных доз эвакуированного населения. Определены индивидуальные дозы около 27 тыс. эвакуантов, являющихся представительной группой населения ближней зоны Чернобыльской АЭС. По уточненным данным средняя доза внешнего гамма-облучения эвакуированных жителей Припяти составляет 10 мЗв, 95% квантиль распределения индивидуальных доз - 24 мЗв. Средняя доза сельского населения 30-км зоны - 16 мЗв, 95% квантиль распределения - 68 мЗв, дозы 120 лиц из числа опрошенных превысили 100 мЗв. Коллективные дозы этих контингентов с вероятностью 95% не превышают 840 чел-Зв и 920 чел-Зв для городского и сельского населения, соответственно. Установлено, что неопределенность результатов расчета составляет 40-50% и является адекватной для оценки индивидуальных доз населения.

Методом Монте-Карло были рассчитаны значения факторов места (меры экранирующих свойств) типичных городских и сельских жилых домов. Предложен математический аппарат для определения интегральных факторов места при произвольном сценарии облучения (радионуклидном составе и конфигурации источника излучения). Изучены зависимости значения и степени вариации факторов места внутри здания от типа источника, энергии излучения и этажа.

В результате индивидуализированной оценки доз, полученных эвакуированным населением в процессе эвакуации, оказалось, что, в среднем, последние сопоставимы с уровнями доз, полученных за период до эвакуации, причем наиболее безопасным был не предусмотренный аварийными планами маршрут эвакуации, по которому самостоятельно эвакуировалось 4% жителей Припяти.

Ключевые слова: доза, ионизирующее излучение, ретроспективная дозиметрия, ЭПР-дозиметрия, имитационно-стохастические модели, экранирование излучения, радиационная авария.

Summary

Chumak V.V. Retrospective assessment of external gamma exposure doses as an influence factor in acute phase of a large communal accident (with example of Chernobyl accident).

Dissertation for the scientific degree of the Doctor of Biological Sciences on specialty 14.02.01 - hygiene. - Institute of Occupational Health, Academy of Medical Sciences of Ukraine, Kyiv, 2001.

Methods and approaches to assessment of individual doses of the main critical groups of communal radiation accident (clean-up workers and population of near zone) are developed.

Comprehensive approach to dosimetric support of the cohort of liquidators was proposed comprising combined application of instrumental (EPR-dosimetry) and analytical methods of retrospective dosimetry as well as validation of existing dose records.

Stochastic dosimetric models were designed and applied to reconstruction of ca.27,000 individual doses of evacuants. Monte Carlo method was applied for calculation of location factors for typical Ukrainian urban and rural houses; methodology was developed for assessment of integral location factors for various scenarios of irradiation. Doses received in course of evacuation were assessed.

Key words: dose, ionizing radiation, retrospective dosimetry, EPR-dosimetry, stochastic models, shielding, radiation accident.

Размещено на Allbest.ru