Описание, источники, механизмы Кроме транспортировки радиоактивных материалов, имеется три типа условий, в которых могут произойти радиационные катастрофы:
· использование ядерных реакций для производства энергии, оружия или в научно-исследовательских целях · промышленное применение радиации (гамма-радиография, облучение) · научно-исследовательская и лучевая медицина (диагностика или терапия).
Радиационные катастрофы можно разделить на две группы на основе того, имеет или нет место эмиссия, или распространение радионуклидов в окружающей среде; каждый из этих типов воздействует на различные группы населения.
Величина и длительность риска для всех групп населения подвергнуться радиационному поражению зависит от количества и характеристик (период полураспада, физические и химические свойства) радионуклидов, выброшенных в окружающую среду (табл. 39.18). Этот тип заражения имеет место, когда происходит разрушение заградительных структур, которые отделяют радиоактивные материалы от окружающей среды, на атомных электростанциях, промышленных или медицинских точках. В отсутствие радиоактивных выбросов в окружающую среду, только персонал, находящийся внутри таких точек или обслуживающий радиоактивное оборудование или материалы, подвержен радиационному поражению.
Поражение ионизирующими излучениями может происходить тремя путями, независимо от состава пораженной популяции (персонал или население, не являющееся персоналом): наружное облучение, внутреннее облучение и поражение кожи, слизистых оболочек и раневых поверхностей.
Наружное облучение имеет место, когда люди подверглись воздействию источника радиации, находящегося снаружи тела: либо точечного (радиотерапия, излучатели), либо диффузного (радиоактивные облака и осадки радиоактивных частиц после радиационных катастроф, рис. 39.5). Облучение может быть локальным, когда была подвержена лишь часть тела, или полным, когда облучается все тело.
Внутреннее облучение происходит вследствие включения радиоактивных веществ внутрь организма (рис. 39.5) путем вдыхания радиоактивных частиц из воздуха (например, цезий-137 и йод-31, присутствовавшие в облаке Чернобыля) или поглощения радиоактивных материалов в пищевой цепи (например, йод-131 в молоке). Внутреннее облучение может воздействовать на весь организм или только на определенные органы, в зависимости от характеристик радионуклидов: цезий-137 гомогенно распределяется по организму, тогда как йод-131 и стронций-90 концентрируются, соответственно, в щитовидной железе и костях.
Наконец, поражение может также происходить путем прямого контакта радиоактивных материалов с кожей, слизистыми оболочками и раневыми поверхностями.
Катастрофы на предприятиях по производству и переработке атомной энергии Точки, включенные в эту категорию,—это атомные электростанции, экспериментальные реакторы, предприятия по производству и переработке ядерного топлива и научно-исследовательские лаборатории. Военные точки включают реакторы по производству плутония и реакторы, расположенные на борту военных кораблей и подводных лодок.
Атомные электростанции
Добыча тепловой энергии, высвобождающейся при расщеплении атомных ядер, является основой производства электричества из атомной энергии. Схематически можно представить следующий состав атомных электростанций: 1) активная зона ("ядро") реактора, содержащая материал для ядерных реакций (для реакторов на тяжелой воде, то 80 до 120 тонн оксида урана); 2) оборудование для осуществления теплопередачи, содержащее теплопередающие жидкости; 3) оборудование, дающее возможность трансформации тепловой энергии в электричество, аналогичное оборудованию электростанций, не являющихся атомными.
Сильные, внезапные волны подъема энергии в ходе ядерных реакций, которые могут привести к тому, что активная зона реактора может быть разрушена под действием высокой температуры, а радиоактивные продукты выброшены в окружающую среду, являются главной опасностью на таких сооружениях. Две катастрофы, в результате которых активная часть реактора была расплавлена, произошли на острове Три Майл Айланд (1979, Пенсильвания, США) и в Чернобыле (1986, Украина).
Чернобыльская катастрофа была отнесена к так называемым угрожающим катастрофам, что означает внезапное (происшедшее в течение нескольких секунд) усиление реакции ядерного расщепления, в результате которого процесс становится неуправляемым. В этом случае активная часть реактора была полностью разрушена, и огромные количества радиоактивных материалов были выброшены в окружающую среду (табл. 39.19). Высота выбросов достигла 2 км, что благоприятствовало их распространению на длинные расстояния (если рассматривать во всех отношениях, то по всему северному полушарию). Поведение радиоактивного облака оказалось трудно анализируемым из-за метеорологических изменений во время периода выбросов (рис. 39.6) (IAEA 1991).
Карты радиоактивного заражения были составлены на основе определения в окружающей среде количества цезия-137, одного из главных продуктов радиоактивных выбросов (табл. 39.18 и табл. 39.19). Территории Украины, Белоруссии (республики Беларусь) и России были сильно заражены, тогда как радиоактивные осадки в остальной части Европы были менее значительны (рис. 39.7 и рис. 39.8) (UNSCEAR 1988). В табл. 39.20 представлены данные по площади зон заражения, характеристики пораженного населения и пути поражения.
Катастрофа на острове Три Майл Айланд охарактеризована как термическая катастрофа без неуправляемой реакции и возникла в результате аварии охладительной системы активной зоны реактора, которая длилась несколько часов. Система заградительных структур обеспечила, что лишь ограниченное количество радиоактивного материала было выброшено в окружающую среду, несмотря на частичное разрушение активной зоны реактора (табл. 39.19). Несмотря на то, что не было выпущено никаких предписаний по эвакуации, 200000 проживающих в этой зоне эвакуировалось по собственному желанию.
Наконец, катастрофа с реактором по производству плутония, которая произошла на западном побережье Англии в 1957 г. (Уиндскэйл, табл. 39.19). Эта катастрофа была вызвана пожаром в активной зоне реактора и вызвала радиоактивные выбросы в окружающую среду из трубы высотой 120 м.
Таблица 39.20 Площадь зон радиоактивного заражения, группы населения, подвергшиеся заражению, и способы заражения на Украине, в Белоруссии и в России вследствие чернобыльской катастрофы
Группа населения Площадь зоны заражения Численность населения Основные способы заражения (тыс. чел.) Группы населения, подвергшиеся заражению в результате своей профессиональной деятельности: Служащие, находившиеся 0.44 Внешнее облучение, вдыхание на станции в момент радиоактивных веществ из катастрофы поврежденного реактора и Пожарные 0.12 проникновение их через кожу, (первая помощь) фрагменты реактора, рассеявшиеся по станции, радиоактивные испарения и радиоактивная пыль Лица, занятые на 600–800 Внешнее облучение, вдыхание расчистке и общественных радиоактивных веществ и попадание работах* их через кожу Население в целом: Лица, эвакуированные 115 Внешнее облучение от из запретной зоны в радиоактивного облака, вдыхание течение первых радиоактивных веществ, нескольких дней присутствующих в облаке Жители зараженных** Внешнее облучение от осадков, прием территорий зараженной пищи () - ( ) >1.5 (>40) 3,100 33 0.6–1.5 (15–40) 7,200 216 0.2–0.6 (5–15) 17,600 584 0.04–0.2 (1–5) 103,000 3, 100 Население других 280,000 Внешнее облучение от радиоактивных территорий <0.04 осадков, прием зараженной пищи
* Лица, участвовавшие в работах по расчистке в пределах 30-километровой зоны. В эту группу входят пожарные, военнослужащие, технический и инженерный персонал, участвовавший в работах в течение первых нескольких недель, а также врачи и ученые, работавшие на месте катастрофы позднее. ** Заражение цезием - 137.
Предприятия по производству и переработке ядерного топлива Предприятия по производству топлива занимают более раннее место в цикле добычи и переработки атомной энергии, чем атомные реакторы, и являются местом добычи руды и физических и химических превращений урана в удобный материал для реакции ядерного расщепления, используемый в реакторах (рис. 39.9). Главная опасность возникновения катастрофы на этих предприятиях является химической по природе и связана с присутствием гексафторида урана (), газообразного соединения урана, которое может разлагаться при контакте с воздухом, образуя плавиковую кислоту (HF), очень едкий газ.
Предприятия, располагающиеся далее в цикле добычи и переработки атомной энергии, включают заводы, где происходит хранение и переработка топлива. Четыре угрожающих катастрофы произошли во время химической переработки обогащенного урана или плутония (Rodrigues 1987). В отличие от катастроф на атомных электростанциях, в этих случаях были вовлечены малые количества радиоактивных материалов — максимум десятки килограммов — и в результате возникли нежелательные механические воздействия, но не было радиоактивных выбросов в окружающую среду. Поражение было сведено к очень высокой дозе наружного облучения персонала гамма-лучами и нейтронами в течение очень короткого периода (порядка минут).
В 1957 г. контейнер с высокорадиоактивными отходами взорвался на первом в России военном предприятии по производству плутония, расположенном в Кыштыме, на Южном Урале. Более 16000 подверглось радиоактивному заражению, и 740 PBq (20 MCi) радиоактивных веществ было выброшено в атмосферу (табл. 39.19 и табл. 39.21).
Таблица 39.21 Площадь зон радиоактивного заражения и численность населения, подвергшегося заражению стронцием-90 после катастрофы в Кыштыме (Урал, 1957)
Реакторы научно-исследовательского назначения Опасность на этих предприятиях сходна с таковой на атомных реакторах электростанций, но она не так серьезна ввиду меньшего объема генерируемой энергии. Произошло несколько угрожающих катастроф, вызвавших значительное облучение персонала (Rodrigues 1987).
Катастрофы, связанные с использованием источников радиоактивности в промышленности и медицине (исключая заводы по производству и переработке атомной энергии) (Zerbib 1993) Наиболее обычной катастрофой этого типа является утеря источников радиоактивности для промышленной гамма-радиографии, используемых, например, для радиографической инспекции сварных и других соединений. Однако источники радиоактивности могут быть утеряны и из мест их применения в медицине (табл. 39.22). В обоих случаях возможны два сценария: источник радиоактивности может быть вынесен человеком и храниться у него в течение нескольких часов (например, в кармане), затем он может быть возвращен и восстановлен на прежнем месте, а может быть сохранен и принесен домой. Если первый сценарий вызывает локальные лучевые ожоги, то второй может вызвать долговременное облучение нескольких членов общества.
Таблица 39.22 Несчастные случаи, связанные с утечкой радиоактивных веществ и приведшие к заражению населения
Страна (год)
Количество подвергшихся заражению
Количество подвергшихся заражению и получивших высокие дозы радиации*
Количество умерших**
Радиоактивное вещество,
Мексика (1962)
?
5
4
Кобальт-60
Китай (1963)
?
6
2
Кобальт 60
Алжир (1978)
22
5
1
Иридий-192
Марокко (1984)
?
11
8
Иридий-192
Мексика (Хуарес, 1984)
4,000
5
0
Кобальт-60
Бразилия (Гойаниа, 1987)
249
50
4
Цезий-137
Китай (Xinhou, 1992)
90
12
3
Кобальт-60
Соединенные Штаты Америки (Индиана, 1992)
90
1
1
Иридий-192
* Лица, подвергшиеся дозам, способным вызвать острые или хронические заболевания, а также смерть. ** Среди лиц, получивших высокие дозы. Источник: Нено (Nenot) 1993.
Попадание источников радиоактивности из оборудования для радиотерапии в места использования отходов имело результатом несколько несчастных случаев, вызвавших лучевое поражение рабочих свалок металлолома. В двух несчастных случаях—в Хуаресе и Гоянии — было поражено и население в целом (см. табл. 39.22 и вставку Авария в г. Гояния в 1987 году).
Несчастный случай в Хуаресе был обнаружен случайно (IAEA 1989b). 16 января 1984 г на территорию научно-исследовательской лаборатории в Лос-Аламосе (Нью-Мексико, США) въехал грузовик, нагруженный стальными полосами, на которые среагировал детектор излучения. Исследование показало наличие в этих полосах кобальта-60, и путь кобальта-60 был прослежен вплоть до литейного цеха в Мексике. 21 января источник радиоактивного материала был идентифицирован: им оказалась сильно загрязненная радиоактивным материалом свалка металлолома в Хуаресе. В результате систематического мониторинга дорог и шоссе с помощью детекторов был обнаружен сильно загрязненный грузовик. Как окончательный источник излучения была определена установка для радиотерапии, которая находилась в медицинском центре вплоть до декабря 1983 г., когда она была демонтирована и перевезена на свалку металлолома. На свалке защитное покрытие, окружающее кобальт-60, было повреждено, освобождая кобальтовые частицы. Некоторые из этих частиц попали в грузовик, который использовался для перевозки лома, другие были распределены по свалке во время последующих действий, смешиваясь с остальным ломом.
Имели место несчастные случаи, когда персонал попадал в поле действия активных промышленных излучателей (например, используемых для сохранения пищи, стерилизации медицинских продуктов или полимеризации химических веществ). Во всех случаях они происходили из-за несоблюдения техники безопасности или из-за отключенных или дефектных систем аварийной безопасности. Уровни доз наружного облучения, полученных персоналом, в таких несчастных случаях были достаточно высоки, чтобы вызвать смерть. Дозы были получены в течение нескольких секунд или минут (табл. 39.23).
Наконец, медицинский и научный персонал, участвующий в подготовке и обслуживании источников излучения, может быть подвержен облучению кожи, слизистых оболочек и раневых поверхностей и ингаляции или поглощению радиоактивных материалов. Следует заметить, что этот тип несчастных случаев также возможен и на атомных электростанциях.
Аспекты здравоохранения для этой проблемы
Распределение по времени Реестр радиационных аварий США (Оук-Ридж, США) — это мировой реестр радиационных аварий, в которых пострадали люди, с 1944 года по настоящее время. Чтобы случай вошел в реестр, о нем должен быть опубликован доклад, и в результате этого случая облучение всего организма, кожи и слизистых оболочек или других тканей и органов должно превышать, соответственно, 0,25 зивертов (Sv), 6 Sv или 0, 75 Sv (см. вставку Что означает термин “доза”? для определения дозы). Аварии, представляющие интерес с точки зрения общественного здравоохранения, но вызвавшие меньшее облучение, таким образом, не входят в этот реестр (см. ниже обсуждение последствий облучения).
Анализ данных реестра с 1944 по 1988 показал явное возрастание частоты радиационных аварий и числа пострадавших, начавшееся в 1980 (табл. 39.24). Увеличение числа пострадавших, возможно, произошло за счет чернобыльской катастрофы, в частности, туда вошло около 135000 человек, исходно проживающих в запрещенной 30-километровой зоне от места катастрофы. Несчастные случаи в Гоянии (Бразилия) и Хуаресе (Мексика) также произошли во время этого периода, и в них много людей подверглись облучению (табл. 39.22).
Таблица 39.24 Несчастные случаи, связанные с радиацией, отмеченные в регистре несчастных случаев Оук Ридж, США (во всем мире, 1944 -1988 гг.)
1944–79 1980–88 1944–88
Общее количество несчастных случаев 98 198 296 Количество пострадавших 562 136 053 136 615 Количество лиц, получивших дозы, превышающие допустимые нормы* 306 24 547 24 853 Количество жертв (острых последствий) 16 53 69
* 0.25 Зв для поражений всего тела, 6 Зв для поражений кожи, 0.75 Зв для других тканей и органов.
Население, потенциально подвергающееся риску облучения С точки зрения поражения ионизирующими излучениями, две группы населения представляют интерес: население, подвергшееся облучению по роду занятий и популяция в целом. По оценкам Научного комитета по изучению воздействий атомных излучений ООН (UNSCEAR 1993), 4 миллиона рабочих в мире подвергались воздействию ионизирующих излучений в период с 1985 по 1989 гг.; из них приблизительно 20% работали в области производства, использования и переработки ядерного топлива (табл. 39.25). По оценкам, страны–члены IAEA имели 760 излучателей в 1992, из них 600—ускорители электронов, а 160 — гамма-излучатели.
Таблица 39.25 Динамика количества случаев поражения ионизирующим радиоактивным излучением, связанных с профессиональной деятельностью, во всем мире (в тысячах)
Вид деятельности 1975–79 1980–84 1985–89 Переработка 560 800 800 ядерного топлива* Применение в военной 310 350 380 сфере** Применение в 530 690 560 промышленности Применение в 1 280 1 890 2 220 медицине Всего 2 680 3 730 4 040
* Производство и вторичная переработка топлива: 40 000; обслуживание реакторов: 430 000. ** включая 190 000 членов экипажей кораблей.
Прямое воздействие ионизирующих излучений на здоровье В целом, воздействия ионизирующих излучений на здоровье хорошо известны и зависят от уровня полученной дозы и ее мощности (полученная доза на единицу времени) (см. вставку Что означает термин “доза”?).
Детерминистические воздействия Они имеют место, когда доза превышает пороговую при высокой мощности дозы. Тяжесть этих эффектов пропорциональна дозе, хотя порог дозы органоспецифичен (табл. 39.26).
В таких катастрофах, как вышеописанные, детерминистические эффекты могут быть вызваны интенсивным локальным облучением (например, вызванным внешним излучением), прямым контактом с источником радиоактивного излучения (например, случайно взятым и помещенным в карман) или поражением кожи. Все они вызывают лучевые ожоги. Если доза локального облучения порядка 20–25 Gy (табл. 39.23, вставка Что означает термин “доза”?), может произойти некроз тканей. Синдром, известный как острая лучевая болезнь, характеризующийся пищевыми расстройствами (тошнота, рвота, диарея) и аплазией костного мозга разной степени тяжести, может возникнуть, когда средняя доза облучения всего организма превышает 0.5 Gy. Следует напомнить, что облучение всего организма может происходить одновременно с локальным облучением.
Девять из 60 сотрудников, облученных во время угрожающих катастроф на предприятиях по производству ядерного топлива, погибли (Rodrigues 1987). Погибшие получили от 3 до 45 Gy, тогда как выжившие—от 0,1 до 7 Gy. Наблюдали следующие последствия у выживших: острая лучевая болезнь (желудочно-кишечные и гематологические последствия), двусторонняя катаракта и некроз конечностей, требующий ампутации.
В Чернобыле персонал электростанции, так же, как аварийный персонал, не использовавший специальных средств защиты, пострадал от высоких доз бета- и гамма- излучения в первые часы или дни после катастрофы. Пятьсот людей нуждались в госпитализации, у 237 человек, которые подверглись тотальному облучению организма, проявилась острая лучевая болезнь, и 28 человек умерло, несмотря на проведенное лечение (табл. 39.27) (UNSCEAR 1988). Остальные подверглись локальному облучению конечностей, в некоторых случаях воздействовавшему на более чем 50% поверхности тела и в течение многих последующих лет продолжали страдать от множественных заболеваний кожи (Peter, Braun-Falco and Birioukov 1994).
Таблица 39.27 Распределение пациентов с острой лучевой болезнью, проявившейся после чернобыльской катастрофы, по степени тяжести лучевой болезни
Степень тяжести Эквивалент дозы Число Число смертельных Средний период лучевой болезни (Gy) пациентов исходов (%) выживаемости (дни) 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
Стохастические воздействия Эти воздействия являются вероятностными по природе (т.е., их частота увеличивается с увеличением дозы облучения). Основные стохастические эффекты:
· Мутационный процесс. Наблюдался в экспериментах на животных, но является трудно документируемым у людей. · Рак. Влияние облучения на риск развития рака изучалось у пациентов, подвергающихся лучевой терапии и у выживших после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. UNSCEAR (1988, 1994) регулярно обобщает результаты таких эпидемиологических исследований. Длительность латентного периода обычно составляет от 5 до 15 лет со времени облучения в зависимости от органа и ткани. В табл. 39.28 приведены злокачественные опухоли, в развитии которых установлена связь с ионизирующими излучениями. Значительное превышение количества злокачественных опухолей было продемонстрировано среди выживших после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, подвергшихся облучению свыше 0.2 Sv. · Определенные виды доброкачественные опухолей. Доброкачественные аденомы щитовидной железы.
Таблица 39.28 Результаты эпидемиологических исследований воздействия доз наружного облучения высокой мощности
Вид (локализация) злокачественной опухоли
Хиросима/Нагасаки
Другие исследования Число положительных по отношению к общему числу1
Смертность
Заболеваемость
Система гемопоэза
Лейкемия
+*
+*
6/11
Лимфома (независимо от типа)
+
0/3
Лимфома не типа Ходжкин
+*
1/1
Миелома
+
+
1/4
Ротовая полость
+
+
0/1
Слюнные железы
+*
1/3
Пищеварительная система
Пищевод
+*
+
2/3
Желудок
+*
+*
2/4
Тонкий кишечник
1/2
Ободочная кишка
+*
+*
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
Независимо от типа
1/3
Меланома
0/1
Другие типы опухолей
+*
0/1
Молочная железа (женщины)
+*
+*
9/14
Система органов размножения
Матка (неспецифические опухоли)
+
+
2/3
Тело матки
1/1
Яичники
+*
+*
2/3
Другое (женщины)
2/3
Предстательная железа
+
+
2/2
Мочевыделительная система
Мочевой пузырь
+*
+*
3/4
Почки
0/3
Другое
0/1
Центральная нервная система
+
+
2/4
Щитовидная железа
+*
4/7
Кости
2/6
Connective tissue
0/4
Все типы опухолей, исключая лейкемии
1/2
+ Локализация опухолей, изученная у выживших после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. * Положительная связь с ионизирующими излучениями. 1 Исследования по заболеваемости или летальности.
Два важных момента, относящихся к воздействиям ионизирующих излучений остаются дискуссионными.
Во-первых, каковы воздействия малых доз облучения (ниже 0.2 Sv) и малой мощности доз облучения? Большинство эпидемиологических исследований рассматривали выживших после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки или пациентов, подвергавшихся лучевой терапии — популяции, облучавшиеся в течение очень коротких периодов относительно высокими дозами, — и оценки риска развития рака в результате облучения малыми дозами с малой мощностью доз существенно зависят от экстраполяции результатов этих исследований. Несколько исследований, проведенных на персонале атомных электростанций, облучавшемся малыми дозами в течение нескольких лет, показали наличие риска заболевания раком (лейкемии и других злокачественных опухолей), который сравним с экстраполяцией результатов исследования групп, подвергшихся облучению высокими дозами, но эти результаты остаются неподтвержденными (UNSCEAR 1994; Cardis, Gilbert and Carpenter 1995).
Во-вторых, существует ли пороговая доза облучения (т.е. такая, ниже которой не наблюдается никаких воздействий)? Экспериментальные исследования продемонстрировали, что повреждения генетического материала (ДНК), вызванные спонтанными ошибками репликации или факторами окружающей среды, постоянно репарируются. Однако такая репарация не всегда эффективна и может иметь результатом злокачественное преобразование клеток (UNSCEAR 1994).
Другие воздействия Наконец, следует отметить возможность тератогенных воздействий из-за облучения во время беременности. Микроцефалия и задержка умственного развития наблюдалась у детей, рожденных женщинами, выжившими после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, получившими дозы облучения не менее 0,1 Gy во время первого триместра беременности (Otake, Schull and Yoshimura 1989; Otake and Schull 1992). Неизвестно, являются ли эти воздействия детерминистическими или стохастическими, хотя данные явно свидетельствуют о существовании порога.
Воздействия, наблюдавшиеся после чернобыльской катастрофы Чернобыльская катастрофа — наиболее серьезная ядерная катастрофа из тех, что произошли к настоящему времени. Однако, даже сейчас, через десять лет после нее, не все воздействия на здоровье точно оценены у большинства популяций, подвергшихся облучению. На это есть несколько причин:
· Некоторые воздействия проявляются лишь спустя много лет после даты облучения: например, злокачественные опухоли твердых тканей обычно проявляются через 10-15 лет. · Так как проходит некоторое время между катастрофой и началом эпидемиологических исследований, некоторые воздействия, происходящие в начальный период после катастрофы, могут быть не замечены. · Данные, нужные для количественной оценки риска злокачественных опухолей не всегда были собраны своевременно. Это особенно касается данных, необходимых для оценки облучения щитовидной железы радиоактивными йодидами, выброшенными в окружающую среду во время катастрофы (теллур-132, йод-133) (Williams et al. 1993). · Наконец, многие люди, подвергшиеся облучению в начальный период, затем покинули зоны заражения и, возможно, дальнейшая их судьба не была прослежена.
Персонал станции. До сих пор нет исчерпывающей информации по всем сотрудникам, которые были сильно облучены в течение первых нескольких дней после катастрофы. Растет объем исследований по риску развития лейкемии и злокачественных опухолей твердых тканей у работников специальных подразделений ликвидаторов, включая подразделения, вновь сформированные специально для этой цели (см. табл. 39.20). Эти исследования сталкиваются со многими затруднениями. Постоянному слежению за состоянием здоровья таких работников в значительной степени препятствовал тот факт, что многие из них приехали из различных частей бывшего СССР и уехали обратно после работы на месте чернобыльской катастрофы. В дальнейшем, полученная доза в таких случаях должна оцениваться ретроспективно, так как для этого периода нет данных, на которые можно было бы положиться.
Население в целом. К настоящему времени единственным воздействием, несомненно, связанным с ионизирующими излучениями в этой популяции, является начавшийся в 1989 г. рост заболеваемости раком щитовидной железы у детей младше 15 лет. Это было обнаружено в Белоруссии (республике Беларусь) в 1989 г. уже через три года после катастрофы, и подтвердилось несколькими экспертными группами (Williams et al. 1993). Рост заболеваемости был особенно заметен в сильно зараженных районах республики Беларусь, особенно в Гомельской области. Если обычно рак щитовидной железы редко встречается у детей младше 15 лет (средняя заболеваемость—от одного до трех человек на миллион), то после катастрофы данный показатель заболеваемости по республике увеличился в десять раз, а по Гомельской области — в двадцать раз (табл. 39.29 , рис. 39.11), (Stsjazhko et al. 1995). Впоследствии докладывалось о десятикратном росте заболеваемости раком щитовидной железы в пяти наиболее сильно зараженных зонах Украины, о росте заболеваемости раком щитовидной железы докладывалось в Брянской области (Россия) (табл. 39.29). Предположительно, имел место рост заболеваемости среди взрослого населения, но это не было подтверждено. Программы систематического скрининга, проводящиеся в районах заражения, позволили обнаружить латентные раковые заболевания, которые имелись в наличии до катастрофы, в этом отношении особенно помогли программы по УЗИ, с помощью которых можно обнаружить злокачественные опухоли щитовидной железы размером менее нескольких миллиметров. Размах роста заболеваемости у детей, тяжесть возникших опухолей и их быстрое развитие дают основание предположить, что наблюдаемый рост показателей заболеваемости раком щитовидной железы частично происходит из-за катастрофы.
Таблица 39.29 Картина заболеваемости во времени и общее число случаев заболевания раком щитовидной железы у детей в республике Беларусь, на Украине и в России, 1981-84
Заболеваемость* (/100000) Число случаев 1981–85 1991–94 1981–85 1991–94
Беларусь В целом 0.3 3.06 3 333 по республике Гомельская 0.5 9.64 1 164 область Украина В целом 0.5 0.34 25 209 по республике Пять наиболее 0.01 1.15 1 118 сильно зараженных областей Россия В целом ? ? ? ? по республике Брянская и Калужская области 0 1.00 0 20
* Заболеваемость: отношение числа новых случаев заболевания в течение данного периода к численности изучаемой популяции в этот период
В наиболее сильно зараженных зонах (например, в Гомельской области) дозы облучения щитовидной железы были высокими, особенно у детей (Williams et al. 1993). Это согласуется со значительными выбросами радиоактивного йода, связанными с катастрофой, и с тем, что радиоактивный йод концентрируется преимущественно в щитовидной железе в отсутствие превентивных мер.
Радиационное облучение — хорошо документированный фактор риска заболевания раком щитовидной железы. Явный рост заболеваемости раком щитовидной железы наблюдался в более чем десяти исследованиях детей, подвергавшихся лучевой терапии головы и шеи. В большинстве случаев, явный рост заболеваемости наблюдался через 10–15 лет после облучения, но в некоторых случаях он мог быть обнаружен в период от трех до семи лет. С другой стороны, воздействия внутреннего облучения детей йодом-131 и изотопами йода с коротким периодом полураспада не были достаточно хорошо установлены (Shore 1992).
Точный размах и картина роста заболеваемости раком щитовидной железы в предстоящие годы подлежит изучению. Ведущиеся в настоящее время эпидемиологические исследования должны помочь количественно оценить связь между дозой облучения щитовидной железы и риском развития рака щитовидной железы и определить роль других факторов риска, обусловленных генетическими причинами и окружающей средой. Следует отметить, что недостаток йода в природе широко распространен в районах, подвергнувшихся действию катастрофы.
Рост заболеваемости лейкемией, особенно в юном возрасте (так как дети более чувствительны к воздействиям ионизирующих излучений) должен ожидаться среди наиболее сильно облученного населения в период от пяти до десяти лет после катастрофы. Хотя пока нет данных о таком росте заболеваемости, методологические несовершенства исследований, проводимых к настоящему времени, не дают возможности сделать окончательные выводы на этот счет.
Психологические воздействия Возникновение более или менее серьезных хронических психологических проблем после психологической травмы хорошо установлено и было в первую очередь изучено в популяциях, встретившихся с такими природными катастрофами, как наводнения, извержения вулканов и землетрясения. В этих случаях наблюдался длительный, тяжелый посттравматический стресс, приводящий к утрате трудоспособности (APA 1994).
Большинство наших знаний о последствиях радиационных катастроф, связанных с психологическими проблемами и стрессом, сформировано исследованиями, проводимыми по воспоминаниям о катастрофе на острове Три Майл Айланд. В год, когда произошла катастрофа, у популяции, подвергшейся облучению, наблюдались немедленные психологические воздействия, и, в частности, у женщин, имеющих маленьких детей, увеличились показатели чувствительности, тревоги и депрессии (Bromet et al. 1982). В дальнейшем увеличение числа случаев депрессии и проблем, связанных с тревогой, наблюдался у работников этой электростанции по сравнению с работниками другой электростанции (Bromet et al. 1982). В последующие годы (т.е., после открытия электростанции вновь), приблизительно четверть рассматриваемой популяции испытывала довольно значительные психологические проблемы. Не было обнаружено различий по частоте людей, у которых возникли психологические проблемы, у остальной части рассматриваемой популяции, по сравнению с контрольными популяциями (Dew and Bromet 1993). Психологические проблемы возникали более часто у живущих близко к электростанции людей, не вовлеченных в систему социальной поддержки, либо имевших ранее психиатрические проблемы, либо эвакуировавшихся из своего дома во время катастрофы (Baum, Cohen and Hall 1993).
Проводятся также исследования среди популяций, подвергшихся облучению во время чернобыльской катастрофы, для которых стресс оказался важным аспектом общественного здоровья (например, у ликвидаторов и у людей, живущих в зоне заражения). К настоящему моменту, однако, нет надежных данных о природе, тяжести, частоте и распределению психологических проблем в пострадавших популяциях. К факторам, которые должны учитываться при оценке психологических и социальных последствий катастрофы для обитателей зон заражения, относятся неблагоприятная социально-экономическая ситуация, разнообразие имеющихся систем компенсации, воздействия эвакуации и переселения (приблизительно 100000 человек было дополнительно переселено за годы после катастрофы) и влияние жизненных ограничений (например, изменение характера питания).
Принципы профилактики радиационных катастроф и их применение
Принципы и основные направления укрепления безопасности
Использование источников радиоактивности в промышленности и медицине Хотя все крупные радиационные катастрофы, о которых было доложено, произошли на атомных электростанциях, использование источников радиоактивности в других местах все же иногда сопровождалось авариями с серьезными последствиями для персонала или для популяции в целом. Профилактика таких аварий является существенной, особенно в свете удручающего прогноза в случаях облучения высокими дозами. Профилактика зависит от надлежащего обучения персонала и от поддержания в порядке исчерпывающей инвентаризации источников радиоактивности в течение всего времени их существования, которая включает в себя информацию о природе этих источников и об их местонахождении. В IAEA были разработаны руководства по безопасности и рекомендации по использованию источников радиоактивности в промышленности и научных исследованиях (Safety Series No. 102). Эти принципы сходны с представленными ниже принципами для атомных электростанций.
Безопасность на атомных электростанциях (IAEA Safety Series No. 75, INSAG-3)
Цель—защита людей и окружающей среды от выбросов радиоактивных материалов при любых обстоятельствах. Для этого необходимо применять ряд мер по планированию, строительству, порядку работы и консервации атомных электростанций.
Безопасность атомных электростанций в основном зависит от принципа "глубокой защиты" — т.е., наличие сверх необходимого систем и устройств, предназначенных для компенсации ошибок и недостатков техники или персонала. Конкретно, радиоактивные материалы отделены от окружающей среды рядом последовательных заградительных структур. В реакторах по производству атомной энергии, последняя из этих структур — контэйнмент (отсутствовавшая в Чернобыле, но присутствовавшая на острове Три Майл Айланд). Для того чтобы избежать разрушения заградительных структур или ограничить последствия разрушений, нужно применять следующие три меры безопасности в течение рабочего цикла атомной электростанции: контроль над реакцией расщепления ядер, охлаждение топлива и отделение радиоактивного материала от окружающей среды с помощью контэйнмента.
Другой основной принцип безопасности—анализ существующего опыта эксплуатации, что означает использование для укрепления безопасности в данном месте информации по событиям, даже незначительным, происходящим в других местах. Так, анализ катастроф на острове Три Майл Айланд и в Чернобыле привел к переоборудованию атомных электростанций для гарантии, что аналогичные катастрофы не произойдут где-нибудь еще. Наконец, следует отметить, что значительные усилия были потрачены на формирование и развитие культуры охраны труда, т.е., среды, которая постоянно отвечает за аспекты охраны труда, связанные с организацией предприятия, его деятельностью и опытом, а также с поведением сотрудников на рабочем месте. Для улучшения визуальной оценки инцидентов и катастроф, происходящих на атомных электростанциях, была разработана международная шкала ядерных инцидентов (шкала INES), идентичная по принципу шкалам, используемым для измерения силы таких природных явлений, как землетрясения и ветер (табл. 39.30). Эта шкала, однако, неудобна для оценки безопасности в месте инцидента или для проведения международных сравнений.
Крупные радиоактивные выбросы, обширные воздействия на здоровье и окружающую среду
6-Серьезная катастрофа
Значительные радиоактивные выбросы, может оказаться необходимым применение всех мероприятий по измерению показателей радиоактивности с помощью счетчиков
5-Катастрофа
Ограниченные радиоактивные выбросы, может оказаться необходимым применение некоторых мероприятий по измерению показателей радиоактивности с помощью счетчиков
Серьезные повреждения реакторов и структур защиты
4-Авария
Небольшие радиоактивные выбросы, облучение населения дозами, приближающимися к предельно допустимым
Повреждения реакторов и структур защиты, фатальное облучение работников
3-Серьезное происшествие
Очень малые радиоактивные выбросы, облучение населения дозами ниже предельно допустимых
Серьезный уровень заражения, серьезные последствия для здоровья работников
Катастрофы едва удалось избежать
2-Инцидент
Серьезный уровень заражения, чрезмерное облучение работников
Серьезные случаи несоблюдения мер безопасности
1-Отклонение от нормы
Отклонение за пределы нормального функционирования
Принципы защиты населения от облучения радиацией В случаях потенциального облучения всего населения, может быть необходимым применение защитных мер по предотвращению или ограничению воздействия ионизирующих излучений. Это особенно важно, если нужно избежать детерминистических воздействий. Первоочередные аварийные меры — это эвакуация, пользование убежищами и распространение стабильного йода. Стабильный йод следует распространять в популяциях, подвергнувшихся облучению, так как он будет поглощаться щитовидной железой и уменьшать поглощение ею радиоактивного йода. Для эффективности, однако, насыщение щитовидной железы стабильным йодом должно происходить до начала облучения или сразу же после него. Наконец, в некоторых случаях может быть необходимо временное или окончательное переселение, обеззараживание местности и контроль сельскохозяйственных продуктов и пищи.
Каждая из этих мер имеет свой собственный уровень дозы, при которой должно начинаться применение данной меры (табл. 39.31); не путать с предельно допустимыми дозами для персонала соответствующих предприятий и для населения в целом (ICRP 1991), разработанными для обеспечения адекватной защиты в случаях облучения, не связанного с аварией.
Таблица 39.31 Примеры типовых уровней для принятия мер по защите всего населения
Защитные меры Уровень вмешательства (недопустимая доза) Первоочередные Введение ограничений въезда 10 mSv Эвакуация 50 mSv Распространение стабильного йода 100 mGy Применяющиеся через некоторое время Временное переселение 30 mSv в течение 30 дней; 10 mSv в течение следующих 30 дней Окончательное переселение 1 Sv на протяжении всей жизни
Научно-исследовательские нужды и направления будущих исследований Современные исследования по безопасности концентрируются на улучшении планирования при строительстве реакторов атомных электростанций и особенно на предотвращение риска разрушения активной зоны реактора под действием высокой температуры и последствий разрушения, если таковое все-таки может произойти.
Опыт предыдущих катастроф должен привести к улучшению терапевтического обслуживания людей, серьезно пострадавших от облучения. В настоящее время исследуется применение факторов роста клеток костного мозга (гемопоэтических факторов роста) в лечении индуцированной излучением аплазии костного мозга (аномалия развития) (Thierry et al. 1995).
Воздействия малых доз радиации и малой мощности доз ионизирующих излучений остаются невыясненными и нуждаются в уточнении, как с чисто научной точки зрения, так и для установления предельно допустимых доз для населения в целом и для персонала соответствующих предприятий. Необходимы биологические исследования с целью выяснения карциногенных механизмов. Результаты крупномасштабных эпидемиологических исследований, особенно ведущихся в настоящее время на материале персонала атомных электростанций, вероятно, окажутся полезными для более точной оценки риска раковых заболеваний в популяциях, подвергнувшихся облучению малыми дозами или при малой мощности доз ионизирующих излучений. Исследования на материале популяций, облученных при катастрофах, может помочь в дальнейшем изучении воздействий высоких доз облучения, часто проявляющихся при низкой мощности доз ионизирующих излучений.
Инфраструктура (организация, экипировка и оборудование), необходимая для своевременного сбора данных для оценки воздействий радиационных катастроф на здоровье, должна быть наготове на случай катастрофы.
Наконец, обширные исследования необходимы для уточнения психологических и социальных последствий радиационных катастроф (т.е., природа и частота возникновения таких последствий, факторы риска, патологические и непатологические посттравматические психологические реакции). Такие исследования необходимы, если нужно улучшить управление населением, подвергшимся облучению, как в связи с родом занятий, так и независимо от рода занятий.
В период между 21 сентября и 28 сентября 1987 года несколько человек, страдающих от рвоты, поноса, головокружения и повреждений кожи в различных частях тела, были госпитализированы в больницу, специализирующуюся на лечении тропических болезнях в Гоянии, городе с миллионным населением, расположенном в бразильском штате Гояс. Эти симптомы были приписаны типичной для Бразилии паразитарной болезни. 28 сентября врач, отвечающий за надзор за здоровьем горожан, получил от женщины мешок с отходами прибора, забранного из покинутой клиники, и порошок, который, по словам женщины, излучал “синий свет”. Полагая, что прибор, вероятно, является рентгеновским аппаратом, врач связался со своими коллегами из больницы для тропических заболеваний. О происшедшем был уведомлен Департамент окружающей среды штата Гояс, и на следующий день врач предпринял меры гигиены во дворе Департамента, где мешок хранился ночью. Там был обнаружен очень высокий уровень радиации. При дальнейших исследованиях источником радиоактивности был назван цезий -137 (общая активность изотопа: приблизительно 50 TБк (1,375 Ки)), который содержался внутри радиотерапевтического оборудования, используемого в клинике, покинутой с 1985 года. Защитный кожух, окружающий цезий, был снят 10 сентября 1987 двумя мусорщиками, а цезиевый источник в виде порошка был вынут. Как цезий, так и части загрязненного кожуха были постепенно рассеяны по городу. Несколько человек, которые транспортировали или касались этого материала, или те, кто просто прибыл посмотреть на него (включая родителей, друзей и соседей), были заражены. Всего было обследовано более 100 000 человек, из которых 129 человек были очень серьезно заражены; 50 человек были госпитализированы (14 человек из-за болезни мозга), и 4 человека, включая 6-летнюю девочку, умерли. Несчастный случай имел драматические экономические и социальные последствия для всего города Гояния и штата Гояс: 1/1000 площади поверхности города была заражена, и цена на сельскохозяйственные продукты, арендная плата, стоимость недвижимого имущества и земли - все упало. Пострадали жители всего штата.
Имеется несколько способов определения дозы ионизирующего излучения, каждый соответствует различной цели.
Поглощенная доза Поглощенная доза сильно напоминает фармакологическую дозу. В то время как фармакологическая доза - количество вещества, относящееся к предмету на единицу веса или поверхности, рентгеновская поглощенная доза - количество энергии, передаваемой ионизирующим излучением на единицу массы. Поглощенная доза измеряется в грэях (1 Гр = 1 джоуль / кг).
Когда индивидуумы подвергаются однородному облучению - например, внешнему облучению космическими и земными лучами или внутреннему облучению калием–40, имеющимся в теле — все органы и ткани получают одинаковую дозу. В этом случае можно говорить о дозе облучения всего тела. Однако это воздействие может быть неоднородным, когда некоторые органы и ткани получают значительно более высокие дозы, чем остальные. В этом случае, более уместно говорить о дозе органа. Например, вдыхание радоновых изотопов приводит к воздействию по существу только на легкие, а внедрение радиоактивного йода приводят к облучению щитовидной железы. В этих случаях, мы можем говорить о дозе легкого и о дозе щитовидной железы.
Однако также были разработаны другие единицы дозы, которые учитывают различия результатов различных типов излучения и различную чувствительность тканей и органов к излучению.
Эквивалентная доза Развитие биологических эффектов (например, подавление роста клетки, смерть клетки, азооспермия) зависит не только от поглощенной дозы, но также от типа излучения. Альфа-излучение имеет больший ионизирующий потенциал, чем бета-излучение или гамма-излучение. Эквивалентная доза принимает эту разницу во внимание путем использования весовых коэффициентов, связанных с излучением. Весовой коэффициент для гамма-излучения и бета-излучения (низкий ионизирующий потенциал) равен 1, в то время как это для альфа-частиц (высокий ионизирующий потенциал) он равен 20 (ICRP 60). Эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв).
Эффективная доза В случаях неоднородного облучения (например, облучения различных органов различными радионуклидами) может оказаться полезным вычислить глобальную дозу, которая объединяет дозы, полученные всеми органами и тканями. Это требует учитывать чувствительность к излучению каждой ткани и органа, вычисленной на основании результатов эпидемиологических исследований раковых заболеваний, вызванных облучением. Эффективная доза измеряется в зивертах (Зв (ICRP 1991). Эффективная доза была разработана с целью защиты от облучения (то есть, для управление риском) и, таким образом, не подходит для использования в эпидемиологических исследованиях результатов ионизирующего излучения.
Коллективная доза Коллективная доза показывает воздействие на группу людей или на население, а не на индивидуума, и полезна для оценки последствий воздействия ионизирующего излучения на уровне населения или группы людей. Она вычисляется путем суммирования доз, полученных индивидуумами, или путем умножения средней дозы, полученной индивидуумом, на число индивидуумов в группе или на количество рассматриваемого населения, подвергшихся воздействию излучения. Коллективная доза измеряется в человек-зивертах (человек-Зв).
,
,
,
,
,
Численность населения Основные способы заражения 
0.44 Внешнее облучение, вдыхание 
0.12 проникновение их через кожу,
) - ( 
)
осадков, прием зараженной пищи
), газообразного соединения урана, которое может разлагаться при контакте с воздухом, образуя плавиковую кислоту (HF), очень едкий газ.
подверглось радиоактивному заражению, и 740 PBq (20 MCi) радиоактивных веществ было выброшено в атмосферу (табл. 39.19 и табл. 39.21).
) ( 
) Площадь ( 
) 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 
4,000 
90 
90 
