Наукове обґрунтування шляхів оптимізації радіаційного моніторингу в Україні

Размещено на http://www.allbest.ru/

АКАДЕМІЯ МЕДИЧНИХ НАУК УКРАЇНИ

ДУ „ІНСТИТУТ ГІГІЄНИ ТА МЕДИЧНОЇ ЕКОЛОГІЇ ІМ.О.М.МАРЗЄЄВА АМН УКРАЇНИ”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

14. 02. 01 - Гігієна та професійна патологія

Наукове обґрунтування шляхів оптимізації радіаційного моніторингу в Україні

Бузинний Михайло Георгійович

Київ 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі радіаційної гігієни ДУ „Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзєєва АМН України”

Науковий консультант: доктор біологічних наук, професор Лось Іван Павлович, ДУ „Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзєєва АМН України”, м. Київ, зав. відділу радіаційної гігієни

Офіційні опоненти: доктор медичних наук, професор Акіменко Володимир Якович, Державна установа „Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзєєва АМН України”, завідувач лабораторії шуму та житлових і громадських споруд; доктор біологічних наук, професор, академік Української академії аграрних наук Прістер Борис Самуілович, Інститут проблем безпеки АЕС НАНУ, головний науковий співробітник відділу безпеки і реабілітації навколишнього середовища; доктор біологічних наук Кашпаров Валерій Олександрович, Український науково-дослідний інститут сільськогосподарської радіології НУБіП України, директор

Захист дисертації відбудеться “ 4 ” червня 2010 р. о 10:00 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.604.01 при ДУ „Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзєєва АМН України” за адресою: 02660, м. Київ-94, вул. Попудренка, 50, факс (+38044) 513-15-28.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці ДУ „Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзєєва АМН України” за адресою: 02660, м. Київ-94, вул. Попудренка, 50.

Автореферат розісланий “ 30 ” квітня 2010 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор медичних наук О.М.Литвиченко

1. Загальна характеристика роботи

радіаційний моніторинг сцинтиляційний радон

Актуальність теми. Радіаційний моніторинг є невід'ємним елементом функціонування системи радіаційної безпеки, що гарантується низкою нормативно-правових актів України (Норми радіаційної безпеки України (НРБУ-97): Державні гігієнічні нормативи ДГН 6.6.1.-6.5.001.-98; Закон України “Про забезпечення санітарного та епідемічного благополуччя населення” від 16.10.94 р. №4004-ХІІ; Закон України “Про захист людини від впливу іонізуючого випромінювання” від 14.01.97 р. №15/98-ВР; Закон України “Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку” від 08.02.95 р. №39/95-ВР тощо). У рамках ведення радіаційного моніторингу (РМ) проводиться вимірювання іонізуючого випромінювання або активності радіонуклідів з метою оцінки, контролю та обмеження опромінення населення. Програма РМ включає: вид та частоту вимірювань, методи вимірювання, методи відбору зразків та подальший лабораторний аналіз, методи статистичної обробки, методи отримання, інтерпретації та реєстрації отриманих даних. Отже, існує ціла низка факторів, які забезпечують якість РМ. Територія України не однорідна за впливом радіаційних факторів (природних, аварійних, техногенних). Звідси логічно випливає доцільність конкретизації критеріїв та принципів, що визначають основні вимоги до оптимізації РМ.

Дослідження, виконані за кордоном (F.Schцnhofer, 1989; J.Noaks, 2000; M.Neary, 2001; S.Chalupnik, 1995; L.Kaihola, 1996; S.Chalupnik, 2005; F.Schцnhofer, 2008), сприяють розвитку техніки рідинно-сцинтиляційного лічення, широкому залученню її до рутинних методів радіаційного дослідження, свідчать про зростання напрямків застосування. Світові лідери - лабораторії з досліджень навколишнього середовища EML, PNL (США) - приділяють багато уваги методичним розробкам, так найбільш відомий чинний методичний збірник лабораторії EML - (HASL-300, 1998) має 28 редакцію. Однак обмеження приладового забезпечення та коштів на витратні матеріали обмежують можливості широкого прямого використання існуючих методів, що вимагає їх переосмислення та доопрацювання, розробки інших методик.

Вивченню проблем оптимізації відбору проб в рамках радіаційного пост чорнобильського моніторингу присвячені дослідження (Лось І.П. та Шепелевич К.І., 1996), цю оптимізацію розвивали (Хомутінін Ю.В., Кашпаров В.О., Жебровська О.І., 2001) та деталізували (Хомутінін Ю.В., 2008). Відповідні методичні аспекти вимірювань у рамках радіаційного моніторингу охоплені певною мірою у збірнику методик під ред. Войцеховича О.В та Канівця В.В., 2001. Всі ці розробки не стосувались проблем природної радіоактивності, які практично не охоплені в Україні при існуючій потребі проводити масові вимірювання та за умов фактичного обмеження приладово-методичного забезпечення.

З огляду на вищевикладене, основоположними повинні бути наступні напрямки: пріоритет радіаційно-гігієнічної значимості моніторингу; врахування екологічних особливостей та закономірностей довкілля різних регіонів України (радіоекологічний принцип); реалізація методичної та економічної ефективності моніторингу. Саме комплексному вирішенню цих проблем присвячена дана дисертаційна робота. Практичним втіленням науково-теоретичних розробок є гігієнічні нормативні та методичні документи в галузі протирадіаційного захисту, які конкретизують головні питання ведення РМ, сприяють підвищенню якості РМ і уніфікації методичних підходів. Тому особлива роль відводиться забезпеченню гарантії якості вимірювань.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалась в ДУ „ІГМЕ ім. О.М. Марзєєва АМНУ” в рамках НДР: „Наукове обґрунтування процедур оптимізації радіаційного моніторингу в системі державного санепіднагляду України”; шифр теми: 03.03, № держреєстрації 0103U003392, термін виконання 2003-2005; „Наукове обґрунтування шляхів підвищення надійності результатів радіаційно-гігієнічного моніторингу на території України”, шифр теми: 07.01, № держреєстрації 0107U003040, термін виконання 2007-2009. Підґрунтя дослідження склали численні роботи, виконувані підрозділом, у якому працює автор, на умовах господарських договорів за замовленням МНС, Запорізької АЕС тощо. В основу роботи також покладено результати багатьох ініціативних розробок автора.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є науковий аналіз елементів радіаційного моніторингу та обґрунтування напрямів їх оптимізації.

Для досягнення мети в роботі були поставлені та розв'язані такі основні завдання:

1. Провести аналіз світового та вітчизняного досвіду організації системи радіаційного моніторингу. Дослідити стратегію, методи ведення, гарантії якості.

2. Обґрунтувати принципи організації радіаційного моніторингу та критерії його ведення.

3. Проаналізувати підходи до оптимізації радіаційного моніторингу, побудови програми, оцінки об'єму і вартості моніторингу, достатність результатів моніторингу для прийняття управлінських рішень.

4. Обґрунтувати шляхи оптимізації радіаційних вимірювань, адекватні прилади і методи вимірювань, вибір головних радіонуклідів для різних завдань радіаційного моніторингу.

5. Проаналізувати практику ведення, одержані результати і шляхи оптимізації радіаційного моніторингу на прикладі дослідження тритію в опадах і воді, викидів радіовуглецю об'єктів енергетики (АЕС та заводу з переробки відпрацьованого ядерного палива), природної радіоактивності води.

6. Розробити методи вимірювань радону, торону та їх дочірні продукти розпаду (ДПР) на основі рідинно-сцинтиляційного лічення.

7. Проаналізувати обмеження застосування бета-спектрометричного методу визначення стронцію-90.

8. Розробити і впровадити елементи системи гарантії якості радіаційного моніторингу: калібрування, міжлабораторні порівняльні вимірювальні тести, зовнішнє порівняння, як чинники поліпшення роботи вимірювальних лабораторій.

Об'єктом даного дослідження виступає система радіаційного моніторингу в Україні.

Предмет дослідження - види радіаційного моніторингу, їх організація, розробка та модифікація методів радіаційного моніторингу та методів вимірювань радіоактивності, шляхи їх оптимізації.

Робота має методологічний характер і ґрунтується на комплексному використанні різноманітних методів моніторингу щодо розв'язання різних завдань радіаційного моніторингу.

Методи дослідження: системний підхід, бібліографічний аналіз, гамма-спектрометричні, - та -радіометричні, - та -спектрометричні, рідинно-сцинтиляційного лічення (РСЛ), метод черенковського лічення, вимірювання потужності експозиційної дози, методи математичної обробки тощо.

Наукова новизна отриманих результатів. У роботі проведено критичний аналіз існуючої системи і принципів радіаційного моніторингу в Україні, обґрунтовано критерії ведення радіаційного-гігієнічного моніторингу, обґрунтовано критерії оптимізації радіаційного моніторингу.

Розроблено підхід оптимізації радіаційного моніторингу на основі мережі з 3-5 міжгалузевих регіональних вимірювальних центрів, орієнтованих на роз-в'язання сучасних завдань РМ, що сприятиме узгодженню дій зацікавлених сторін, виключенню повторів та дублювання робіт. При цьому оптимізацію приладово-методичної бази радіаційного моніторингу необхідно вести на основі сучасних методів вимірювань на основі універсальних приладів, що дає можливість проведення масових відносно недорогих вимірювань. Показано, що обмеження територіальних рамок дії радіаційних нормативів, наприклад, ГН 6.6.1.1-130-2006, може дати економію коштів, які можна використати для розв'язання проблем РМ, пов'язаних з природною радіоактивністю.

Вперше розроблено алгоритми оптимізації вимірювання радіоактивності на основі аналізу комплексу відповідних елементів: адекватність методу і обладнання; енергетична роздільна здатність, ефективність реєстрації, фонові показники, узагальнений показник якості вимірювальної системи. Проведено аналіз методів і обладнання для проведення вимірювань у різних ситуаціях опромінення, обґрунтовано вибір пріоритетних радіонуклідів.

Вперше виконано розробки комплексу методів для вимірювань радону, торону та їх ДПР у різних середовищах на основі рідинно-сцинтиляційного лічення. Виконано розробки і модифікацію методів вимірювань природних радіонуклідів у воді на основі рідинно-сцинтиляційного лічення.

Вперше розроблені спрощені методи вимірювань (експрес-методи), які, зокрема, застосовують розкладання спектрів випромінювань проби на компоненти та/або повторювані вимірювання однієї проби для визначення компонент суміші радіонуклідів. Проаналізовано проблеми, які виникають на межі застосування бета-спектрометричних методів визначення стронцію-90.

Вперше проведено масштабний моніторинг тритію, радіовуглецю, природної радіоактивності води, проаналізовано результати, побудовано блок-схеми оптимізації відповідних напрямків загальнодержавного РМ.

Вперше в країні детально проаналізовано результати порівняльних тестів з вимірювання радіоактивності, показана їх роль у впровадженні системи гарантії та контролю якості РМ. Проведено порівняльні тести для вітчизняних лабораторій, що сприяє підвищенню надійності радіаційного моніторингу природної радіоактивності води.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено нові та удосконалено існуючі нормативно-методичні документи в галузі захисту населення від впливу іонізуючого випромінювання. Розроблено нові і модифіковано існуючі методи визначення вмісту радіонуклідів у об'єктах навколишнього середовища.

Розроблено регіональний міжвідомчий підхід до розвитку радіаційного моніторингу в Україні. Впроваджено нові вимірювальні методи (рідинно-сцинтиляційного лічення і спектрометрії) і технології (відбір проб, підготовка проб, обладнання, посуд) в практику вимірювальних лабораторій та у систему контролю радіаційної якості об'єктів довкілля.

Розроблено підходи до приладового оснащення вимірювальних лабораторій на основі універсального обладнання, зокрема на основі рідинно-сцинтиляційного лічення. Розроблено аспекти оптимізації різних видів радіаційного моніторингу, розроблено і впроваджено елементи системи гарантії якості радіаційних вимірювань.

Результати дослідження впроваджено в практику робіт з радіаційного моніторингу, які виконуються для різних суб'єктів РМ в Україні: МОЗ, МНС, МінВодГосп тощо у вигляді наступних нормативно-методичних документів.

1. Норми радіаційної безпеки України (НРБУ-97) : Державні гігієнічні нормати-и. ДГН 6.6.1.-6.5.001-98.- К., 2003. - 127 с. Автори: І.А.Ліхтарьов, І.П.Лось, В.Б.Берковський, Л.В.Близнюкова, О.О.Бобильова, Л.С.Богдан, О.О.Бондаренко, М.Г.Бузинний, Г.Ф.Бурлак, В.Ю.Вольшев, І.П.Дрозд, П.В.Замостьян, Л.З.Калмиков, І.І.Карачев, Л.М.Ковган, В.Н.Корзун, Ю.І.Кундієв, А.П.Лазарь, Д.М.Мечов, О.І.Насвіт, Т.О.Павленко, М.І.Пилипенко, Б.С.Прістер, В.С.Репін, А.Ю.Романенко, І.І.Сегеда, А.М.Сердюк, В.О.Сітак, Ю.П.Спіженко, А.К.Сухоручкін, Л.Я.Табачний, Н.В.Ткаченко, Г.В.Федосенко, Л.І.Францевич, О.І.Шевченко, К.І.Шепелевич

2. Бузинний М.Г. Визначення концентрації тритію методами рідинно-сцинтиляційної лічби / Бузинний М.Г. // Методичні рекомендації для ведення спостережень за радіоактивними забрудненням навколишнього середовища / [Під ред. О.В.Войцеховича та В.В. Канівця]. - К.: УкрНДГМІ, 2001. - С. 172 - 181.

3. Контроль радіаційної обстановки на залізорудних шахтах України / О.Беднарик, М.Бузинний, В.Вищипан, П.Гагауз, В.Гладир, М.Карнаух, Л.Кривошей, В.Куроченко, І.Лось, О.Молчанов, Т.Павленко, М.Сорока, Ю.Сорока, М.Швидкий. - Настанова міністерства промислової політики України. СОУ-Н МПП 17.240-046:2005. Мінпромполітики України. 2005. Видання офіційне. 14 с.

4. Методичні вказівки щодо радіаційно-гігієнічного регламентування проведення робіт на об'єктах колишнього Придніпровського хімічного заводу (ПХЗ) / А.М.Сердюк, І.П.Лось, М.В.Аксенов, М.Г.Бузинний, М.Д.Маленко, О.І.Молчанов, Л.І.Наговіцина, Т.О.Павленко, О.А.Подрезов, Н.Д.Семенюк, Ю.М.Сорока, М.М.Сорока, М.А.Фризюк, О.М.Цимбалюк, Н.Д.Шабуніна // МВ 6.6.1.2.6.-136-2007. Видання офіційне. К. - 2007. - 31 с.

Про впровадження системи гарантії якості результатів вимірювань радіоактивності, про надійність результатів вимірювань, які проводяться в лабораторії радіаційного моніторингу ДУ “Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзєєва АМН України” свідчать результати порівняльних тестів, зокрема:

Особистий внесок здобувача полягає у визначенні актуальності проблеми дослідження, виконанні завдання з аналітичного огляду інформації у розвитку радіаційного моніторингу у світі, оптимізації сучасних методів радіаційного моніторингу і вимірювань. Автор самостійно визначив мету і розробив програму дослідження, обґрунтував методологічні принципи та методичні прийоми до вирішення поставлених завдань, поставив методики вимірювань, розробив алгоритми обробки спектрів та обчислення результатів вимірювань, провів аналіз спектрів, розрахунки активності проб, інтерпретацію результатів, підготовив висновки, проаналізував проблеми застосування методу бета-спектрометричних досліджень вмісту стронцію-90 в пробах навколишнього середовища.

Матеріали рукопису підготовлені особисто дисертантом шляхом авторського осмислення і узагальнення існуючих опублікованих матеріалів, аналізу результатів виконання різних завдань радіаційного моніторингу (проведених автором), що стосувались: тритію, радіовуглецю, ПРН у воді під кутом зору їх оптимізації, аналізу матеріалів власних розробок. Частина досліджень, виконана за участю фахівців лабораторії радіаційного моніторингу (Л.Л.Михайлової, М.О.Романченко, В.І.Сахно) ДУ „Інститут гігієни та медичної екології АМН України”, не перевищує 15% від загального обсягу роботи.

Апробація роботи. Основні матеріали дисертації були представлені, доповідались та обговорювались на наступних форумах, науково-практичних конференціях, наукових нарадах: 1) міжнародна нарада „Радонова політика” Брюссель, Бельгія, 1995; 2) 16-та Міжнародна наукова радіовуглецева конференція (Гронінген, Голландія, 1997); 3) науково-практичні конференції "Наука. Чорнобиль", (Київ, 1996, 1997, 1998); 4) науково-практична конференція «Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України на рубежі століть», (Київ, 2000); 5) IX міжнародна науково-технічна конференція "Екологія і здоров'я людини. Охорона водного і повітряного басейнів. Утилізація відходів" (Щелкіно, Крим, 2001, Алушта, Крим, 2002); 6) науково-практична конференція ІГМЕ АМН України (24-25 квітня 2003 р., Київ).- (Київ, 2003): 7) XIV з'їзді гігієністів України. 19-21 травня 2004 року. (Дніпропетровськ, 2004); 8) семінар МАГАТЕ “Сучасні тенденції розвитку радіаційного моніторингу навколишнього природного середовища” (Київ, 2005); 9) Міжнародна конференція "Екологічна безпека: Проблеми і шляхи вирішення." 12-16 вересня 2005 р. (Алушта, Крим, 2005); 10) „International Conference Biennial European Winter Conference of Plasma Spectrochemistry” (Будапешт, Угорщина, 2005); 11) V і VI Міжнародні конференції. Метрологія та вимірювальна техніка (МЕТРОЛОГІЯ-2006 та 2008) (Харків, 2006, 2008); 12) Міжнародний семінар „Двадцять років Чорнобилю. Що далі?”, (Чіба, Японія, 2007); 13) International Conference: „5th International Symposium on Naturally Occurring Radioactive Material (NORM V)” 19-22 March 2007, (Seville, Spain, 2007); 14) 9-а міжнародна наукова конференція „Методи абсолютної хронології”, (Глівіце, Польща, 2007); 15) міжнародна наукова конференція „Radon at home and at Work”, (Прага, Чеська Республіка, 2007); 16) International Conferences „Advances in Liquid scintillation spectroscopy.: LSC-2001, (Карлсруе, Німеччина, 2001, LSC-2005, Katowice, Poland, 2005, LSC-2008, (Давос, Швейцарія, 2008); 17) IV Міжнародна конференція “Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення”. (Алушта, 2008); 18) International Topical Conference on Po and Radioactive Pb isotopes. Sevilla, Spain, 2009, 19) International Conference "Radon In Environment 2009", Zakopane, Poland, та ін.

Публікації: Основні результати роботи опубліковані у 62 наукових працях, а саме 1 монографії, 16 наукових статях у наукових вітчизняних виданнях затверджених ВАК України як фахові, 6 статей у провідних фахових зарубіжних періодичних виданнях, 5 статей у інших вітчизняних періодичних виданнях, 24 статті-матеріали наукових конференцій і з'їздів, 11 тез доповідей, зроблених на міжнародних та вітчизняних конференціях та з'їздах.

Структура і обсяг роботи. Дисертація викладена на 297 сторінках, складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку літератури, що містить 326 посилань, із них англійською мовою 170. Робота містить 62 таблиці та 55 рисунків.

2. Основний зміст роботи

Кількісні показники результатів проведених автором аналітичних вимірювань, проаналізованих у дисертації, приведено в табл. 1. Структура дослідження представлена.

Таблиця 1 Узагальнені дані про зміст та обсяги досліджень

Огляд методів ведення радіаційного моніторингу. Розглядається поняття радіаційного моніторингу (РМ), викладається сучасна стратегія моніторингу навколишнього середовища та джерела з метою захисту населення за умов практичної діяльності, в ситуації втручання, аварійного та пролонгованого (хронічного) опромінення, див. табл. 2.

У практиці радіаційного захисту масштаб та об'єми моніторингу мають бути співрозмірними з характеристиками джерела: рівнями викидів, складом радіонуклідної суміші, узгодженими за важливістю окремих шляхів опромінення та максимумами очікуваних та потенційних доз на індивідуумів.

Планування радіаційного моніторингу розглядається у вигляді програми радіаційного моніторингу. Об'єктна спрямованість програми РМ, її масштабність і тривалість визначають як види вимірювань, так і перелік суб'єктів, яким доручається виконання окремих задач. Радіаційний моніторинг є динамічним процесом, який функціонує на основі підходів оптимізації. Оптимізація радіаційного моніторингу охоплює: аналіз і уточнення мети і задач моніторингу, пунктів спостережень, вимірюваних параметрів і їх кількісних характери-тик, методів моніторингу, методів вимірювань і обладнання: розробка, модифікація, адаптація, тощо, аналіз баз даних, огляд сфери впровадження і інформаційного поширення результатів моніторингу.

Вимоги якості ведення радіаційного моніторингу розглядаються у вигляді системи гарантії якості, яка пронизує всю програму РМ від постановки мети і завдань моніторингу до представлення і поширення результатів моніторингу. Світова практика розбудови системи гарантії якості включає цілий ряд елементів (табл. 3). В роботі проаналізовано досвід провідних світових лабораторій щодо застосування систем гарантії якості радіаційного моніторингу. Для різних ситуацій опромінення розглянуто вибір пріоритетних радіонуклідів і відповідних методів вимірювань. Приведено загальні положення щодо вимірювань радіоактивності, зокрема, вимірювання -, - та - випромінювачів: радіометрія і спектрометрія, вибір обладнання, калібрування обладнання, підготовка проб, процес вимірювання, підготовка результатів, оцінка невизначеності, елементи системи гарантії якості радіаційних вимірювань.

В залежності від виду та потужності джерел, масштабів поширення радіоактивних речовин і характеру зумовленого ними забруднення навколишнього середовища, міняються і підходи до організації радіаційного моніторингу. Однак у всіх випадках кінцевою метою моніторингу є попередження негативного впливу даного фактора на здоров'я населення, яке досягається за рахунок:

а) контролю за процесами та відходами підприємств, що добувають, виготовляють або використовують радіоактивні матеріали, за надходженням відходів у навколишнє середовище в місцях зберігання та під час транспортування,

б) контролю за вмістом радіоактивних речовин в об'єктах навколишнього середовища (атмосферне повітря, ґрунт, вода, продукти харчування тощо), виявлення основних шляхів їх надходження до організму людини;

в) контролю за надходженням радіонуклідів в організм людини відповідними шляхами (пероральний, інгаляційний), а також за рівнями доз зовнішнього і внутрішнього опромінення.

Таблиця 2 Типи моніторингу для різних джерел та умов (МАГАТЕ)

Гігієнічні регламенти, зокрема, НРБУ-97, передбачають нормативи на велику кількість (близько сотні) радіонуклідів для різних ситуацій опромінення. Зокрема, тільки за цезієм наведено нормативи на 15 його ізотопів. На деякі радіонукліди, наприклад, на тритій, наведено кілька нормативів залежно від їх хімічних сполук або стану (газоподібного, рідкого).

Задачі радіаційного контролю зрозумілі при розгляді схеми радіаційного контролю,. Враховуючи те, що мірою можливого впливу на здоров'я людини є доза опромінення, незалежно від джерела - природного або штучного, при розгляді внутрішнього або зовнішнього опромінення, першочерговою задачею радіаційної гігієни є зменшення реально існуючих доз опромінення людини.

В рамках радіаційного моніторингу переважна увага приділяється тим радіонуклідам і методам визначення радіонуклідів, які або формують найбільші дози опромінення, або є кращими індикаторами процесів та радіаційно-ядерних технологій. Такими радіонуклідами є: тритій, радіовуглець, 137Cs, 90Sr, 60Co, 89Sr, 106Ru та 103Ru, 131I, 140Ba, 210Po, 210Pb, 226Ra та 228Ra, ізотопи урану, 239Pu, ізотопи радону (222Rn та 220Rn) та їх дочірні продукти розпаду. Основні радіонукліди визначають відповідні задачі вимірювань. Кожна конкретна ситуація визначає, внесок якого є переважним.

За даними літератури, найбільші дози опромінення населення України одержує від техногенно-підсилених джерел природного походження. Серед них найбільший внесок у дозу дають ізотопи радону та їх дочірні продукти (>70% сумарної дози), радіоактивність будівельної, мінеральної сировини та матеріалів (в термінах популяційної дози більше ніж 4 %), природні радіонукліди в питній воді із свердловин (близько 3 %).

Принципи та критерії радіаційного моніторингу. Обґрунтовуються принципи організації радіаційного моніторингу: пріоритет здоров'я людини, затребуваність результатів, гарантії якості і єдності методичних підходів, достатність об'ємів та оптимальність моніторингу, доступність даних моніторингу; обґрунтовуються критерії ведення радіаційного моніторингу та його оптимізації.

Принципи радіаційно-гігієнічного моніторингу: безумовність пріоритету здоров'я людини в діяльності всіх елементів системи РМ як найважливішої умови його здійснення на території країни; необхідність та затребуваність результатів; забезпечення гарантованої якості результатів та єдності методичних підходів щодо отримання та інтерпретації результатів вимірювань; достатність об'ємів РМ як за кількістю, так і за якістю результатів; оптимальність що означає отримання надійних та точних результатів ціною найменших затрат; доступність даних РМ для спеціалістів різних галузей народного господарства і населення; відкритість для суспільства даних щодо якості роботи радіаційно- небезпечних об'єктів по відношенню до діючих норм радіаційної безпеки.

Критерії ведення моніторингу. Використання різноманітних критеріїв при виконанні досліджень необхідне, щоб можна було не тільки якісно, але й по можливості й кількісно оцінити ступінь вирішення поставлених задач. Критерії можуть бути: економічними (прибуток, собівартість, витрати на експерименттальні дослідження); техніко-економічними (продуктивність, стабільність, надійність, довговічність); статистичними (точність оцінок, достовірність результатів, об'єм досліджень); медичними (захворюваність, смертність в людській популяції); психосоціальними.

Критерії оптимізації моніторингу можуть бути: типу „вартість-ефективність”, які ґрунтуються на порівнянні вартісної оцінки витрат з результатами того чи іншого варіанту дій і які містять не тільки вимірювання техніко-економічних показників, але і оцінку соціальних, економічних наслідків тієї чи іншої альтернативи; „елімінуючі”, які дозволяють встановити діапазон бажаних значень найважливіших характеристик систем і відкинути ті варіанти, де хоча б одна характеристика не потрапляє в діапазон, який розглядається; „зважуючі”, в яких штучно створюються „коефіцієнти відносної важливості”, які присвоюються експертами різним найважливішим характеристикам і дозволяють розрахувати „індекси” порівняної значимості альтернативних варіантів вирішення.

Оптимізація радіаційного моніторингу. Обґрунтовано напрямки і приведено необхідні кроки для виконання оптимізації радіаційного моніторингу: формування програми моніторингу, її аналіз, розгляд співвідношення обсягу та вартості елементів моніторингу, обґрунтування достатності кількісних показників, необхідних для прийняття рішень; проводиться аналіз залежності похибок оцінки доз опромінення від похибки визначення питомої активності, аналіз вартості досягнення заданого рівня точності (Чорнобильська ситуація). З огляду на різні фази моніторингу увага акцентується на розвитку методів вимірювань, запропоновані відповідні напрямки оптимізації радіаційного моніторингу.

Беручи до уваги адміністративну структуру України (26 обласних і два великих міста); контрастну радіологічну ситуацію і відповідні задачі радіаційних вимірювань, відсутність сучасного обладнання і методів; потребу в кваліфікованому персоналі, запропоновано наступні кроки для покращення якості роботи існуючої мережі радіаційного моніторингу: оцінка наявності обладнання, оцінка можливостей лабораторій та кваліфікації персоналу; модернізація приладової бази 3-5 регіональних лабораторій; доповнення приладової бази; навчання персоналу, затвердження нових методів вимірювань, метрологічне забезпечення обладнання, виготовлення та поширення калібрувальних джерел, впровадження практики гарантії якості та контролю якості, проведення порівняльних тестів.

Викладено авторське бачення підходів до модифікації загальнодержавної системи радіаційного моніторингу, яке розглянуто з урахуванням особливостей існуючої системи радіаційного моніторингу, нагальних проблем і використання регіонального підходу до їх вирішення.

Оптимізація видів вимірювань. Тут приведено загальні підходи до оптимізації видів вимірювань, як елементу оптимізації моніторингу: адекватний метод та сучасне обладнання - фонові характеристики, ефективність реєстрації, чутливість приладу, межа детектування, узагальнений показник якості вимірювань.

Незалежна зміна кількох параметрів вимірювальної системи ускладнює можливість оцінити і порівняти характеристики кількох вимірювальних систем, робити оптимізацію вимірювань. Для оцінки показників якості приладу та/або для кількісного порівняння якості двох різних приладів, призначених для вирішення однієї і тієї ж вимірювальної задачі, рекомендується застосовувати узагальнений коефіцієнт якості радіометричних вимірювань. Приклад застосування узагальненого показника якості вимірювань наведено в табл. 4. Два визначення, кожне з яких можна переписати для вимірювань проб різного об'єму, коли виникає потреба провести оптимізацію вимірювань на одному і тому самому приладі, застосувавши іншу конфігурацію, або коли використовується різний об'єм проби, або вимірювального посуду:

, ,

Для розрахунку величини FOM і FM використовують значення ефективності, виражені у відсотках (%), а фону - в імпульсах за хвилину (CPM).

Такий підхід застосовують у багатьох сучасних радіометричних приладах для оптимізації умов вимірювань, зокрема, вибору ділянки спектра для розрахунків питомої активності. Розглянуті загальні кроки оптимізації для основних завдань вимірювань: поглинутої експозиційної дози (ПЕД), радону у повітрі, радіоактивності будівельних матеріалів, 137Cs і 90Sr в продуктах харчування і пробах навколишнього середовища, природних радіонуклідів у воді, розглянуті деякі особливі завдання моніторингу. Проведено аналіз особливостей методичного забезпечення служб радіаційного контролю для їх реагування на аварійну ситуацію. Розглянуто побудову загальної схеми процедури оптимізації радіаційного моніторингу.

Таблиця 4 Узагальнений показник якості вимірювань - FOM(V) для гамма-спектрометричних вимірювань 137Cs (проби різного об'єму та в різних умовах вимірювань) та природної радіоактивності води (методи РСЛ)

Оптимізація видів радіаційного моніторингу. Проведено аналіз результатів досліджень автора з 1988 р. за кількома напрямками радіаційного моніторингу в контексті оптимізації відповідних елементів РМ. Вони стосуються: моніторингу тритію, радіовуглецевих досліджень, досліджень природної радіоактивності питної води, застосування - спектрометричних методів досліджень.

Дослідження тритію проводились в Україні з 1988 до 2000 р., а за деяким напрямками до 2008 р. Деякі результати моніторингу тритію приведено. Динаміка рівня тритію в опадах показує зміну в глобальному масштабі, сезонні коливання тритію добре видно у динаміці зміни величини для більшості місць відбору проб, а також для середньої величини по вибірці. Дослідження локального розподілу тритію в околицях АЕС характеризує систему водообміну АЕС або характеризує ефективність технологічних процесів, наприклад, заміни води в ставу-охолоджувачі. Крім того, аналіз результатів дослідження показує розподіл величини скидів тритію між поверхневими організованими та господарсько-каналізаційними скидами, надходженням у підземні водні горизонти (Бузинний М.Г., 1994; Григор'єва Л.І. та Томілин Ю.А., 1999).

З проведеного аналізу моніторингу тритію видно, що об'єктами моніторингу є вода, опади, околиці АЕС, а аспекти оптимізації масштабного моніторингу тритію наступні: використання сучасних РС спектрометра та рідких сцинтиляторів, використання особливих конфігурацій РС спектрометра, дистиляція проб (бідистиляція, при необхідності), використання пластикових одноразових пляшечок, інтегральні методи відбору проб, застосування методів очистки проб води (смоли, сублімація, бензол), проведення вимірювання проб у формі бензолу (при потребі), розширення видів проб для дослідження: повітря, ґрунт, трава, деревина, тощо, локалізація джерел(а) викиду.

Дослідження радіовуглецю.

Існування природної і техногенної компонент радіовуглецю, участь радіовуглецю в біологічних ланцюгах привели до формування особливої ролі радіовуглецевих досліджень - дослідження викидів радіовуглецю об'єктів паливно-енергетичного комплексу та випробуваннями ядерної зброї. Дослідження радіовуглецю стосувались величини штатних та аварійних газових викидів 14CO2 АЕС та заводу з переробки відпрацьованого палива та аварійних викидів графіту на ЧАЕС.

Вперше на пострадянському просторі розглянуто комплекс екологічних проблем радіовуглецю (>1000 проб): штатні і аварійні викиди АЕС, викиди графітового пилу. Встановлено, що газові (CO2) штатні викиди радіовуглецю складали до 3,0 ТБк за рік для Запорізької АЕС (ВВЕР-1000) та 2,0 ТБк за рік (Чорнобильська АЕС, РБМК-1000) в той же час для Томського заводу з переробки відпрацьованого ядерного палива 450-620 за 40 років, або до 30-45 ТБк за рік, що значно перевищує викиди на заводі Селафілд (Великобританія) - 244 ТБк. При цьому аварійні викиди на ЧАЕС сягнули 50 ТБк.

Картина просторового розподілу радіовуглецю газових аварійних викидів ЧАЕС узгоджена з картиною просторового розподілу і хронологією викидів інших радіоактивних газів.

Ретроспективні дослідження просторового розподілу радіоактивного графітового пилу підтвердили результативність таких досліджень на значних відстанях - понад 15 км від ЧАЕС навіть через певний час, понад 10 років з моменту викиду. Ретроспективні дослідження графітового пилу депонованого в лісовій підстилці мають високу інформативність, показуючи прийнятну величину дисперсії для застосовуваних методів дослідження, що свідчить про загальну добру оцінку запропонованого комплексного підходу (табл. 5), і широкий динамічний діапазон вимірюваної величини - густини випадінь графіту (табл. 6).

Таблиця 5 Усереднений відносний вміст 14С (pMC) для проб лісової підстилки найбільш контрастних пунктів спостережень

З аналізу результатів досліджень радіовуглецю розроблено схему оптимізації радіовуглецевих досліджень.

Таблиця 6 Просторовий розподіл 14С і графіту в лісовій підстилці

Дослідження природної радіоактивності води.

Вимоги до радіаційної якості води формувались тривалий час в міру накопичення інформації про величину шкоди здоров'ю від вживання радіоактивності з водою та з огляду на можливості контролю та управління нею. Наведено хронологію запровадження нормативів на вміст урану у питній воді за 50 років. Як видно, за цей час норматив став більш жорстким на 4-5 порядків. Вітчизняний норматив (СРСР (1976-1988) та Україна (1997)) змінився у 40 разів. Тенденція зміни нормативів, характерна для всіх названих радіонуклідів, диктує вимоги до обладнання і методів контролю.

Природна радіоактивність води формує суттєву компоненту опромінення населення. В деяких населених пунктах опромінення за рахунок води займає перше місце, оскільки доступне тільки одне джерело з високим вмістом радіо-нуклідів, яке замінити складно або неможливо. НРБУ-97 регламентують вимоги до радіаційної якості питної води артезіанських свердловин: уран (сумарна ак-тивність) - 1 Бк·л-1, 226Ra - 1 Бк·л-1, 228Ra - 1 Бк·л-1, 222Rn - 100 Бк·л-1. Проте в Україні існують джерела води, в яких високу активність мають і 210Pb та 210Po.

Методи дослідження природних радіонуклідів у воді будують на вимірюванні альфа та бета-випромінювачів. Про це свідчить порівняння узагальненого коефіцієнту якості вимірювальної системи, табл. 4. Застосування гамма-спектрометрів є прийнятним тільки для прямого визначення радону з об'єму 1 л. Як показує досвід, найбільш доцільно застосовувати сучасні високочутливі методи на основі радіохімічної підготовки проб об'ємом 1-2 л та реєстрації - та - випромінювання за допомогою РСЛ або напівпровідникової -спектрометрії.

Дослідження 1988-1992 показали, що контраст вмісту природних радіонуклідів у воді артезіанських свердловин (табл. 7) зумовлено впливом Українського кристалічного щита (Житомирська, Вінницька, Черкаська, Кіровоградська, Дніпропетровська та Запорізька області) та використанням води глибоких свердловин, понад 100 м.

Таблиця 7 Максимальні рівні виявлених природних радіонуклідів (Бк·л-1) у воді свердловин (A.V. Zelensky, I.P. Los', M.G. Buzinny, 1993)

Вибіркові дослідження співвідношення ізотопів урану 234U/238U у пробах води (НРБУ-97 декларують типове співвідношення ізотопів урану 234U/238U= 2,0), проведені протягом 1992-1993 рр. за допомогою методу індуктивної накопичувальної плазмової мас-спектрометрії (ICP-MS) (Shiraishi, 1995), показали значення, які перевищують 5,0, а в окремих пробах 30,0 і навіть 43,0. Це свідчить, що визначення тільки 238U (калориметричні або люмінесцентні методи) при дослідженнях природної радіоактивності води є недостатнім, а недооцінка питомої активності суми ізотопів урану може досягти від 2 до 15 разів.

Світове споживання фасованої води суттєво зросло, зокрема за 1990-і роки, в Німеччині збільшилося на 50%, а в США на 130%. При цьому фасована вода стає важливим елементом дієти. В Італії споживання фасованої води становить 160 літрів на рік на людину і досягає 190 літрів в Ломбардії (R. Rusconi et al., 2004). Це свідчить про те, що якість води, за яку людина додатково сплачує кошти, повинна бути вищою.

Серед виявлених причини перевищення нормативів з однієї сторони, незалежні від людини причини (висока кількість радіонуклідів у геологічних породах, вимивання водою тощо), з другої, антропогенні причини (порушення умов експлуатації свердловин, неправильний відбір проб).

Наявність системи підготовки води, наприклад, очистки від заліза, може зменшити вміст радіонуклідів (урану) до трьох разів. Кращим методом зниження вмісту радону в воді є метод аерації - насичення повітрям. Залізо і уран у воді в цьому випадку теж будуть значно швидше осаджуватись внаслідок окислення і зміни їх валентності, що сприятиме підвищенню ефективності систем очистки води. Забезпечення радіаційної якості питної води може здійснюватись шляхом застосування систем підготовки та очистки води, комбінування води різних джерел.

Заслуговує уваги досвід вирішення проблеми радіаційної якості питної води у Миронівському районі Київської області. Інформація про перевищення нормативів набула поширення після проведених досліджень 1988-1989 рр., що сприяло випробуванню різних систем очистки води. За сприяння СЕС одразу відмовились від глибоководних джерел на користь поверхневого - води р. Рось у комунальному водопроводі м. Миронівка. Більшість підприємств району за цей час перейшли на використання води свердловин глибиною 20-50 м, в яких радіаційні показники залишаються в межах нормативів.

Враховуючи те, що дослідження природної радіоактивності води складні, вимірювані величини відносно невисокі, а також те, що необхідно проводити вимірювання у воді значної кількості свердловин, кроки до оптимізації досліджень запроваджені вже на момент запровадження нормативів НРБУ-97, п.8.6.4 - вимоги досліджень розповсюджуються на джерело, яким є - свердловина або група свердловин, які експлуатуються разом. Останнім часом рекомендовано виконувати дослідження води підземних та поверхневих джерел за різними сценаріями - для поверхневих джерел проводити дослідження сумарної - та сумарної -активності. Зауважимо, що приладове оснащення доречно будувати на основі сучасних універсальних приладів, зокрема РСЛ.

Оптимізація вимірювань Rn-222, Rn-220 та їх ДПР у повітрі.

Радон, торон та їх ДПР зумовлюють найбільшу компоненту опромінення населення. З ними пов'язане велике число задач вимірювань - визначення однієї або декількох характеристик, таких як: об'ємна активність радону і торону, ефективна рівноважна об'ємна активність радону і торону, активність ДПР радону і торону, коефіцієнт рівноваги, коефіцієнт обміну повітря. Нами розроблено високочутливі та високоточні методи вимірювань радону, торону і їх ДПР на основі РСЛ, запропоновано використання деяких методів для калібрування робочих приладів.

Інтегральні методи визначення радону на основі активованого вугілля є економічними та високочутливими, що відкриває перспективу недорогих вимірювань у широкому діапазоні активності радону. Використання комбінованого методу запобігає впливу погодних умов на характеристики методу.

Методи вимірювань ДПР радону і торону на основі РСЛ мають надзвичайно високу чутливість, що відкриває можливості їх використання навіть за умов відкритого повітря. Проведене порівняння методів вимірювань ДПР радону (Томаса та Маркова) при використанні технології вимірювань РСЛ дало можливість розробити модифікований метод Маркова, який уникає неточності визначення 218Po (RaA). Запропонований метод визначення ДПР торону на основі РСЛ дає можливість вимірювати проби через 5-40 годин з моменту відбору, за рахунок чого охоплює дослідженнями широку територію - всю територію країни у розрахунку на використання сучасного стаціонарного обладнання.

В напрямку профілактики високого вмісту радону в житлових приміщеннях працюють у всьому світі. Для оцінки радононебезпеки місць забудови проводять визначення вмісту радону в повітрі ґрунту. Запропоновані автором методи вимірювання радону в повітрі ґрунту використовують сучасну технологію відбору проб повітря (чеський метод), а проведення вимірювань на основі РСЛ (стаціонарних та мобільних) приладів дає надзвичайно високу чутливість і відтворюваність результатів, продуктивність методу.

Обмеження застосування бета-спектрометричного методу.

Межі застосування бета-спектрометричного методу визначення 90Sr визначають радіонукліди природного походження, які мають жорстке бета-випромінювання і які можуть входити до складу досліджуваних проб. У загальному випадку проби класифікують: у яких можна визначати 90Sr, проби, в яких - можна проводити певні граничні оцінки та такі проби, в яких застосування бета-спектрометричного методу виявляє аномальний вклад у спектри жорстких -випромінювачів.

За межі застосування бета-спектрометричного методу проби можуть виходити через: особливості метаболізму певних видів рослин (тютюну, чаю), регіональні аномалії вмісту природних радіонуклідів, наявність у продуктах домішок штучного (зокрема привнесеного) мінерального походження: біологічні добавки до раціону людини, суміші (премікси), які використовуються для відгодівлі тварин.

Застосування традиційних методів визначення 90Sr на основі радіохімічних методів підготовки проб у практиці роботи лабораторій проведене, принаймні для вибіркового тестування проб різних класів, звузить коло можливих промахів при застосуванні бета-спектрометричних методів і дасть змогу виявити класи проб, до яких слід застосовувати виключно традиційні методи визначення 90Sr на основі послідовного радіохімічного виділення 90Sr та 90Y.

Аналіз результатів порівняльних тестів. “Для кожної лабораторії є прийнятною практика участі у міжлабораторних порівняннях результатів вимірювань і аналітичних методів стільки разів, скільки це практично можливо.” - основний нормативний документ, лабораторія вимірювань навколишнього середовища, США (EML).

Таблиця 8 Очікувані результати порівняльних тестів (ПТ)

Проведено аналіз результатів порівняльних тестів з вимірювань радіоактивності - одного з найбільш важливих елементів оптимізації радіаційного моніторингу. Це тести, які організовували інші установи, зокрема МАГАТЕ, і тести, які організовувались силами лабораторії радіаційного моніторингу ДУ “ІГМЕ ім. О.М.Марзєєва АМНУ”. Проведено аналіз досвіду, здобутого в міжнародних порівняльних тестах. Підкреслена особлива роль національних вимірювальних тестів для забезпечення якості радіаційного моніторингу і радіаційних вимірювань.

Проведено аналіз результатів участі лабораторії радіаційного моніторингу в порівняльних тестах (ПТ), а саме: ПТ у рамках Міжнародного Чорнобильського проекту (1990); Food-EURO PROFICIENCY TESTING - 1994 р.; Серія тестів МАГАТЕ: (IAEA-312, IAEA-313, IAEA-314, IAEA-315, IAEA-367, IAEA-326/327); Вимірювання радіовуглецю: МАГАТЕ-1996, FIRI(2000), VIRI(2005); Вимірювання тритію: МАГАТЕ (1994, 2000); Щорічні контрольні вимірювання протягом 1992-2006 по програмі забезпечення якості вимірювань 137Cs та 90Sr в пробах молока і картоплі учасниками програми радіаційного моніторингу; Міжлабораторні співставлення з вимірювань 137Cs та 90Sr, за участю 46 лабораторій (1999); IAEA Lab Proficiency tests: 2006, (2007- тільки українські лабораторії); IAEA 2007 - порівняння з вимірювань 210Po в пробах води; 2007 (ШАРЗ - Швеція) - природна радіоактивність в пробах води; ПТ для вітчизняних лабораторій (“Вода-2008”) - природна радіоактивність.

Для ілюстрації наводимо найбі...