Дозовые нагрузки на человека и компоненты биоты в наземных экосистемах

Актуальность темы

: Присутствие естественных радионуклидов (ЕР) в биосфере, загрязнение окружающей среды техногенными радиоактивными веществами и связанное с этим воздействие ионизирующих излучений на биоту и человека обуславливают постоянный интерес к поведению радионуклидов в экосистемах и формированию дозовых нагрузок.

Оценки интенсивности облучения населения Земли существенно варьируют и со временем уточняются. Так, ранее приводились следующие оценки. Было подсчитано, что средняя доза внешнего облучения человека от ЕР составляет от 34 до 181 мрад/год (примерно от 0,34 до 1,81 мЗв/год) (Алексахин, 1982). Причем полагали, что основной вклад в облучение вносят радионуклиды, находящиеся в окружающей среде. В частности, мощность дозы внешнего облучения от радионуклидов литогенного происхождения для населения в среднем составляла около 4,5 ц рад/час, а от космогенных радионуклидов -0,02 р. рад/час по данным НКДАР ООН 1977 года (ШБСЕАК, 1977). Позднее, в 1993 году приводились уже иные оценки. Так, было показано, что эффективная годовая доза (мЗв) формируется следующим образом: 0,39 — радионуклиды космического происхождения, 0,46 — радионуклиды литогенного происхождения, 1,3 — радон и продукты его распада (ИЫЭСЕАК, 1993).

Следует также отметить, что дополнительный интерес к ЕР возникает в связи с применением в сельском хозяйстве минеральных удобрений, в основном фосфорных, обогащенных данными радиоизотопами. Например, содержание радионуклидов уранового ряда в фосфорсодержащих удобрениях может достигать 2,4 кБк/кг (Рябцев, 1996). Ранее отмечалось, что при длительном применении этих удобрений происходит рост содержания ЕР в корнеобитае-мом слое почвы (Алексахин, 1982).

Существенную дозу облучения население нашей планеты получает от источников техногенного происхождения. Причем в настоящее время в список таких источников входят не только АЭС и предприятия ядерно-топливного цикла, но и тепловые электростанции, нефтяные скважины, угледобывающие предприятия. В данном случае интенсивность облучения сильно варьирует в зависимости от места проживания и профессиональной деятельности человека.

Таким образом, изучение формирования доз облучения от естественных радионуклидов литогенного происхождения и при различных сценариях техногенных радиоактивных выпадений, а также совершенствование методик их расчета представляет собой важную задачу современной радиоэкологии.

Цель работы: Изучение формирования и прогнозирование дозовых нагрузок на человека, и некоторые компоненты наземных экосистем.

Основные задачи: Разработка методики и исследование формирования доз от естественных и техногенных радионуклидов, присутствующих в наземных экосистемах, и экранирующей способности почвпостроение компьютерных моделей расчета доз для стационарных и движущихся объектов в некоторых унифицированных условиях наземных экосистем, с соответствующими полями ионизирующего излучения, и проведение с ними численных экспериментованализ и обобщение полученных данных.

Научная новизна работы: Получены дополнительные данные по содержанию естественных радионуклидов в почвах Египта и России. Уточнена способность дерново-подзолистых почв и песка экранировать у-излучение. Проведен сравнительный анализ формирования доз в различных экологических условиях и построен комплекс моделей, позволяющих прогнозировать дозовые нагрузки на человека и биоту.

Практическая значимость: Результаты исследований и модели могут быть использованы для минимизации последствий пребывания человека на территориях, загрязненных радиоактивными веществами. Имея достаточно полный банк моделей, карту пространственного размещения радиоактивных загрязнений и маршрут объекта, можно прогнозировать дозовую нагрузку на данный объект. При передвижении объекта, отслеживая с помощью GPS-навигатора его маршрут и время нахождения в дозных полях, можно получить динамику облучения объекта при его перемещении и оперативно оценить опасность получаемой дозы облучения. Разработанные алгоритмы полезны также для оценки доз от приповерхностных захоронений радиоактивных отходов или расчетов при проведении дезактивационных мероприятий загрязненных территорий посредством засыпки чистым грунтом.

Объекты исследований: Объектами экспериментальных исследований являются песчаные и глинистые почвы в регионах Египта Хиит и Иншасс, а также почвы РФ (учебно-опытный почвенно-экологический центр МГУ им. М. В. Ломоносова «Чашниково»). Объектами для моделирования дозовых нагрузок выбраны человек и некоторые компоненты биоты наземных экосистем различных типов.

Апробация работы: Основные положения диссертации были доложены:

На международной конференции «VIII Radiation Physics & Protection Conference», 13−15 November 2006, Beni Sueif-Fayoum, Egypt;

На электронных конференциях «Информационно-вычислительные технологии в решении фундаментальных научных проблем и прикладных задач химии, биологии, фармацевтики, медицины» в 2009 и 2010 гг., Россия;

На XVI и XVII международных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» в 2009 и 2010 гг., Москва, Россия.

Публикации: По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 2 статьи в журнале из списка ВАК.

1. Бадави В. М. Естественная радиоактивность глинистых и песчаных почв и дозы облучения населения в регионах хиит и иншасс (Египет). //Вестн. Моск. ун-та, Сер. почв., 2009, N 3, с. 9 — 11.

2. Бадави В. М., Мамихин C.B. К вопросу об изучении экранирования гамма-излучения дерново-среднеподзолистой почвой //Вестн. Моск. ун-та, Сер. почв., 2010, N3, с. 28−30.

3. Badawy W.M., Ali Е.М., El-Samman Н.М., Hussein A., Saleh Z.A. and Gomaa M.A. Gamma — Ray Measurements of Naturally Occurring Radioactive Samples from Heet and Inshas — Egypt //Arab Journal of Nuclear Sciences and Applications. Vol. 38, Apr. 2005, pp. 431 — 436.

4. Badawy W.M., Ali E.M., Hussein A. and Gomaa M.A. Radioactivity Measurements for Some Ophthalmic Glasses //Materials of VIII Radiation Physics & Protection Conference, 13−15 November 2006, Beni Sueif-Fayoum, Egypt, pp. 453 -457.

5. Мамихин C.B., Бадави В. М. Алгоритмы имитационных моделей расчета дозовых нагрузок в лесной экосистеме //Доклады электронной конференции «Информационно-вычислительные технологии в решении фундаментальных научных проблем и прикладных задач химии, биологии, фармацевтики, медицины», 2009, http://www.ivtn.ru/2009/pdf/t09 02.pdf.

A J л.

6. Бадави В. М. Содержание ^°Ra, ZJ/Th, и Kb глинистых и песчаных почвах и дозы облучения населения, обуславливаемые этими радионуклидами, в регионах Египта Хиит и Иншасс //Материалы докладов XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» /Отв. ред. И. А. Алешковский, П. Н. Костылев, А. И. Андреев. [Электр, ресурс] — М.: МАКС Пресс, 2009, — 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

7. Мамихин C.B., Бадави В. М. Алгоритмы имитационных моделей расчета дозовых нагрузок в лесной экосистеме //Сборник материалов конференции «Информационно-вычислительные технологии в решении фундаментальных и прикладных научных проблем», M., НВК «Вист», 2009, с. 10.

8. Мамихин C.B., Бадави В. М. Модель расчета дозовых нагрузок от источников облучения, находящихся в почве //Доклады электронной конференции «Информационно-вычислительные технологии в решении фундаментальных научных проблем и прикладных задач химии, биологии, фармацевтики, медицины», 2010, http ://www.ivtn.ru/2010/pdf/t 1001 .pdf.

9. Мамихин C. B, Бадави В. М., Сравнение расчетных методов радиологической оценки воздействия химических веществ, применяемых в хозяйственной деятельности //Проблемы радиоэкологии и пограничных дисциплин /Ред. Мигунов В. И., Трапезников A.B. Вып. 13. Екатеринбург, Изд-во Урал, ун-та, 2010, с. 18 — 32.

10. Бадави В. М. К вопросу об изучении экранирования гамма-излучения дерново-среднопозолистой почвой //Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2010» / Отв. ред. И. А. Алешковский, П. Н. Костылев, А. И. Андреев, A.B. Андриянов. [Электронный ресурс] — М.: МАКС Пресс, 2010. — 1 электрон, опт. диск (CD-ROM);

выводы.

1. В Египте на территории региона с почвами глинистого состава (Хиит) мощность поглощённой дозы для населения, обусловленная содержанием.

ЛЛ/ ЛЛЛ ДЛ.

Ra, Th, и К, равна 15,4 нГр/ч и существенно выше, чем на территории региона с песчаными почвами (Иншасс) — 8,7 нГр/ч. Средняя мощность доз облучения людей в Египте составляет 12 нГр/ч, что в 4,25 раза меньше международной предельно допустимой величины в 51 нГр/ч (НКДАР ООН, UNSCEAR, 2000).

2. На территории Московской области России с дерново-подзолистыми почвами средняя мощность поглощённой дозы, обусловленной содержанием EPH в исследованной почве, близка к предельно допустимой величине и составляет 48 нГр/ч. Средняя мощность поглощённой дозы, обусловленной содержанием Cs, составила 1,4 нГр/ч (2,8% от суммарной мощности дозы).

3. В условиях микрополевых и модельных опытов на дерново-подзолистых суглинистых почвах и песках установлено, что степень экранирования у-излучения от источников, размещенных в их толще, в наибольшей степени определяется мощностью слоя поглотителя. Средняя величина коэффициента экранирования у-излучения от источника.

22Na для минеральных горизонтов изученных почв составляет 0,4, а для песка — 0,48 см" 1.

4. Получены регрессионные зависимости интенсивности у-излучения от источников, размещенных в почве, от толщины слоя для дерново-подзолистых суглинистых почв (для почвы в целом и для отдельных горизонтов) и песка. Разработанная методика изучения экранирования у-излучения почвой с применением современной приборной базы может быть успешно применена для проведения масштабных исследований, как в полевых, так и в лабораторных условиях.

5. При радиологических оценках доз в наземных экосистемах использование аналитических методов их расчета неэффективно и приводит к значительному варьированию и завышению показателей дозовых нагрузок. Более точным методом при проведении радиологической экспертизы является имитационное моделирование, которое позволяет учесть условия поступления радиоактивных веществ, особенности поведения конкретного радионуклида в окружающей среде, неоднородность радиоактивного загрязнения, рельеф, экранирование различными объектами.

6. Разработаны и реализованы ввиде программных модулей алгоритмы численного моделирования формирования экспозиционной дозы от объектов основных геометрических форм, встречающихся в биогеоценозах. Созданный банк дозиметрических и вспомогательных модулей позволяет рассчитывать дозовые нагрузки на объекты в наземных экосистемах в различных радиационных ситуациях. Проведенный с моделью БоБеМос! численный эксперимент по реконструкции дозовых нагрузок показал ее надежность.