Сахаров Введение в теорию переноса и физику засчиты от 2013

9.Назовите основные этапы ядерного топливного цикла.

10.На каком этапе ЯТЦ происходит наибольшее накопление радиоактивности?

11.На каком этапе ЯТЦ возникает наибольшая радиационная нагрузка на население?

12.Какова среднегодовая индивидуальная эффективная доза радиационного фона для населения мира и России?

§ 6.3. Принципы нормирования дозовых пределов

Обнаруженные практически с момента открытия радиоактивности негативные биологические последствия ее воздействия на биологические структуры и, в конечном итоге, на организм человека, привели к необходимости развития и совершенствования систем радиационной безопасности. Первые нормы радиационной безопасности были приняты в 20-х годах XX века и касались ограниченного круга лиц, профессионально связанных с радиацией (в основном научных работников и рентгенологов). Развитие атомной промышленности существенно увеличило контингент работников, связанных с источниками ионизирующих излучений, и тем не менее рекомендации по радиационной безопасности в основном касались лишь профессионалов и людей, проживающих в непосредственной близости к источникам радиации. С 50-60-х годов — периода ядерных испытаний в атмосфере и связанного с этим глобального радиоактивного загрязнения окружающей среды — проблемы радиационной безопасности коснулись всего населения мира.

В современный период быстрого и широкого использования ионизирующих излучений в хозяйственной деятельности, знаменуемый ростом атомной энергетики, использованием ионизирующей радиации в медицине, значительно расширилось дополнительное воздействие радиации в глобальном масштабе. Аварии на радиационно опасных объектах привлекли к вопросам радиационной безопасности внимание широкого круга общественности. В этих условиях должны разрабатываться новые концепции радиационногигиенического нормирования, учитывающие все население земного шара.

Кроме того, глобальное рассеяние радионуклидов приводит к облучению всей биоты в биосфере Земли, что выдвигает задачи

241

экологического нормирования радиационного воздействия на биогеоценозы. В связи с отсутствием однозначных подходов к нормированию воздействия ионизирующих излучений на живую природу на практике в качестве экологических норм вполне успешно используются санитарно-гигиенические нормы радиационной безопасности.

В основу действующих концепций нормирования радиационного фактора МКРЗ положен антропоцентрический принцип ограничения дозы:

«Нормы контроля окружающей среды, необходимые для защиты человека в той мере, которая в данное время признается желательной, обеспечат безопасность и других биологических видов, хотя случайно их отдельным особям может быть причинен вред, но не до такой степени, которая представляла бы опасность для всего вида или нарушала бы баланс между видами».

Есть и соответствующие оправдания этому: человек как вид Homo sapiens является, во-первых, наиболее радиочувствительным объектом в биосфере, как следует из § 6.1, во-вторых, это, с его эгоистических позиций, самый ценный объект на Земле, охрана его здоровья — задача первостепенной важности.

Однако охрана здоровья человека — это не только его прямая защита от облучения, но и обеспечение радиационной безопасности среды его обитания. С этой точки зрения экологические ограничения в ряде случаев могут оказаться более жесткими, чем гигиенические, так как дозы облучения человека и биологических объектов в одном и том же месте воздействия могут существенно различаться (как правило, доза в растениях и животных в результате аварийных радиоактивных выбросов выше, чем у человека). Человек обладает большим арсеналом активных методов защиты от радиации — эвакуация, отказ от пищи и воды, полученных на загрязненных территориях и т. д., что в большинстве случаев недоступно другим живым организмам.

Таким образом, принимая принципы радиационногигиенического нормирования, следует признать целесообразность дополнить их экологическими критериями, чтобы гарантировать охрану природной среды от радиационных воздействий при использовании ионизирующих излучений.

Следует отметить, что дозы, при которых наблюдаются заметные радиационные повреждения природных экосистем настолько

242

велики (см. § 6.1), что реально они могут быть достигнуты, либо превышены только в ограниченных зонах сильного радиоактивного загрязнения при крупных радиационных авариях. По этой причине разработка специальных нормативов предельно допустимого радиационного воздействия на природные экосистемы, возможно, и не имеет смысла.

Тем не менее на рубеже XX и XXI веков отмечаются явно выраженные попытки перейти от антропоцентрической концепции к биоцентрическим и экоцентрическим принципам обеспечения безопасности. При биоцентрическом подходе радиационная безопасность распространяется на отдельные особи других видов (кроме человека), а при экоцентрическом — на все в окружающей среде: и на биотическую (человек и другие живые организмы), и на абиотическую компоненты экосистем.

Учитывая неразработанность биоцентрических и экоцентрических принципов обеспечения радиационной безопасности, рассмотрим подходы к нормированию в области радиоактивных излучений с точки зрения обеспечения безопасных условий для человека.

В90-е годы прошлого века произошло существенное изменение

вподходах к санитарному и экологическому нормированию радиационного фактора, а также изменились и сами нормативы. Можно выделить два аспекта задачи нормирования радиационного фактора воздействия: первый — это исследование механизма воздействия радиации на биологические структуры разного уровня организации, начиная с клеточного и кончая сообществом; второй — разработка методологии нормирования и выработка нормативных актов, соблюдение которых позволит обеспечить нормальное функционирование живых организмов в рамках экологических систем. Первый из аспектов подробно рассмотрен в § 6.1. Здесь остановимся на втором.

6.3.1. Основные принципы нормирования радиационного фактора воздействия

В основу отечественных норм радиационной безопасности НРБ99/2009 положены рекомендации МКРЗ:

243

1)непревышение допустимых пределов индивидуальных доз

облучения людей от всех источников излучения (принцип норми-

рования);

2)запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, при которых полученная для человека и об-

щества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным облучением (принцип обоснованности);

3)поддержание на возможно низком и реально достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивиду-

альных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника излучения (принцип оптимизации).

При очевидности двух первых пунктов рекомендаций наибольшее внимание привлекает третий пункт, так как он относится ко всему населению. Этот принцип в английской транскрипции полу-

чил название «принцип ALARA» (As Low As Reasonable and

Achievable — настолько низко, насколько это практически достижимо). Один из наиболее приоритетных и эффективных инструментов реализации этого принципа нормирования в области охраны здоровья человека и окружающей среды — применение методологии оценки риска. Ключевым в этой методологии является положение, что вредные воздействия факторов окружающей среды на конкретную популяцию вызывают неблагоприятные последствия, частоту и проявление которых можно характеризовать риском. В работах, посвященных исследованиям риска, он определяется как мера количественного измерения опасности, включающая количественные показатели ущерба от воздействия того или иного опасного фактора и вероятности (частоты) возникновения рассматриваемого опасного фактора. К таким факторам можно отнести и радиацию, а к популяциям — население; так появляется риск неблагоприятных радиационных последствий для здоровья человека. Его количественная оценка базируется на знаниях о биологическом действии радиации на отдельного человека и население Земли в целом, на зависимости неблагоприятных последствий воздействия радиации от дозы излучения. Аналогично можно ввести понятие экологического радиационного риска, как вероятности развития у растений и/или животных неблагоприятных эффектов, обусловленных воздействием радиации.

244

6.3.2. Концепция приемлемого риска

Рассматривая радиацию как фактор воздействия, и опираясь на знания о биологических эффектах, связанных с ее воздействием, можно ввести следующие подходы к нормированию радиационного фактора:

1)концепция нулевого риска;

2)беспороговая концепция;

3)концепция приемлемого риска.

Суть концепции нулевого риска в отношении радиации состоит в предположении, что ее воздействие на организм человека носит пороговый характер, т. е. проявление воздействия радиации наблюдается только при дозах, превышающих некоторое предельно допустимое значение (кривая 1 на рис.6.7 демонстрирует принимаемую в этом случае зависимость доза — неблагоприятный биологический эффект).

Рис.6.7. Зависимость риска R от эффективной дозы Е при разных подходах к нормированию

Как отмечалось выше, детерминированные соматические поражения имеют пороговый характер в зависимости от дозы облучения, поэтому установление в нормах радиационной безопасности предельно допустимой дозы облучения для персонала, работающего с источниками ионизирующего излучения, ниже этой пороговой величины полностью исключает возможность детерминированных соматических поражений при работе в полях излучений, удовлетворяющих требованиям НРБ. Согласно концепции нулевого риска устанавливается предельно допустимая доза (ПДД) — это максимальная индивидуальная эффективная годовая доза хронического облучения организма, воздействие которой в течение 50 лет не вы-

245

зывает в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Следовательно, условия функционирования ядерных объектов, гарантирующие непревышение ПДД, обеспечивают нулевой риск неблагоприятных последствий для персонала.

Беспороговая концепция основывается на следующих положениях: существует не равная нулю вероятность стохастических соматических и генетических эффектов облучения при сколь угодно малой дозе облучения; вероятность неблагоприятного эффекта облучения линейно зависит от дозы:

где R – риск неблагоприятных последствий, S – коллективная эффективная доза, kR – линейный коэффициент риска (кривая 2 на рис.6.7.). В §6.1 приводились обоснования этого положения. Оно представляется спорным при уровнях доз, близких к естественному фоновому облучению. Если из общебиологических и экологических представлений рассматривать естественную радиацию как неотъемлемый фактор окружающей среды, обеспечивающий гомеостазис в любой экосистеме, в том числе и в биосфере, то вряд ли можно принять, что естественный фон приводит к неблагоприятным последствиям для любых объектов биосферы. И не очень благоприятное впечатление оставляет принцип этой концепции, что облучение в любых дозах является вредным. Существует мнение, что облучение в дозах примерно до 10 естественных фоновых значений оказывает стимулирующий, а не угнетающий эффект.

Концепция приемлемого риска базируется на компромисе беспороговой концепции, предполагающей, что воздействие излучения в любой дозе является вредным для здоровья организма и невозможно тем самым достичь абсолютного благополучия и нулевого риска, и концепции неприемлемости переоблучения, когда приносимый ущерб превышает некоторые заданные границы.

В основе концепции приемлемого риска лежит представление о том, что общество ради удовлетворения своих потребностей готово пойти на определенный риск неблагоприятных последствий от воздействия опасных техногенных факторов, в частности радиации, компенсируемый получаемыми социальными, экономическими и

246

экологическими выгодами. Такой риск и называют приемлемым риском.

Важным в концепции приемлемого риска является количественная оценка риска различного рода воздействий в окружающей среде и на основе этой шкалы риска определение пределов пренебрежимого, приемлемого и чрезмерного рисков.

Приемлемый риск принимается в промежутке между пренебрежимым и чрезмерным, при этом под пренебрежимым понимается риск неблагоприятных последствий, ниже которого не требуется принимать каких-либо мер по его снижению, чрезмерный – недопустимый по всем возможным критериям.

Рис.6.7 качественно показывает границы приемлемого риска. Необходимо четко установить и параметры, по которым следует

определять величину риска. Часто в качестве такого параметра для человека берется заболевание, приводящее к смертельному исходу. В общем случае риск можно представить в виде произведения вероятности неблагоприятного события и причиненного этим событием ущерба, что и можно выразить единым коэффициентом риска.

На этапах оценки риска для здоровья используются накопленные данные токсикологических исследований и статистического анализа, позволяющие прогнозировать степень риска для здоровья населения от уровня загрязнения различных компонентов окружающей среды, что делает возможным установить вклад каждого фактора воздействия в уровень смертности и заболеваемости. При анализе риска учитываются различные социально-экономические, демографические, этнические и другие характеристики рассматриваемых групп населения. В табл.6.14 приведена классификация источников риска и оценки рисков неблагоприятных последствий в среде обитания человека, полученные на основе статистической информации по пяти странам мира: США, Великобритания, Швеция, Чехословакия, Франция. За показатель неблагоприятных последствий был принят смертельный исход, обусловленный тем или иным фактором воздействия в течение года.

Из приведенных данных следует, что уровень риска в повседневной жизни изменяется в довольно широких пределах: от 10-5 для стихийных бедствий в естественной среде обитания, до 10-2 для внутренней среды обитания или отраслей производства с повышенным уровнем риска.

247

*от болезней среди мужчин **от транспорта для мужчин

***от загрязнения среды в США при производстве энергии сжиганием органического топлива

****от курения среди мужчин в США

*****безопасные производства

*****для американцев во время войны во Вьетнаме

К настоящему времени разработаны методики расчета риска, связанного с загрязнением окружающей среды, подготовлены базы данных по рискам, реализованные в виде компьютерных программ.

Воснову их положены результаты статистической обработки данных по нежелательным событиям в прошлом и экстраполяции результатов в будущее, экспертной оценки, моделирования процессов или явлений. Одним из практических примеров реализации вышеперечисленных математических моделей риска может служить программный комплекс RISK ASSISTANT.

Этот пакет программ основан на нормативных документах Агенства по охране окружающей среды США и разработан в Хемпширском исследовательском институте (США).

Вразвитых странах Запада приемлемый уровень риска за жизнь,

связанного с воздействием загрязненной окружающей среды на здоровье человека, изменяется в пределах от 10–6 до 10–4. В США и

248

Нидерландах установлены следующие значения индивидуального риска: более 10–6 в год — область чрезмерного риска; менее 10–8 в год — область пренебрежимого риска; диапазон от 10–8 до 10–6 в год — область приемлемого риска.

Уровень приемлемых рисков для населения России, которые необходимо регулировать экономическими методами, находится в пределах от 10–7 в год до 10–5 в год для отдельных загрязняющих веществ или факторов риска и от 10–6 до 10–4 в год для их совместного воздействия.

Не вдаваясь в подробности общей методологии концепции приемлемого риска, рассмотрим радиационные риски для населения.

В табл. 6.15 приведены значения риска и ущерба для здоровья при хронической годовой эффективной дозе на все тело 1 мЗв за все время жизни для населения всех возрастов по данным МКРЗ.

Таблица 6.15 Риск неблагоприятных последствий хронического облучения населения

на протяжении жизни эффективной дозой 1 мЗв/год и воздействия однократной дозой в 70 мЗв на новорожденного

Представленные цифры означают, что при хроническом облучении контингента населения численностью 1 млн. человек ежегодной эффективной дозой 1 мЗв, например, смертность от облучения оценивается в 4000 человек за всю жизнь или 57 человек в течение года (для сравнения: риск смерти в течение года от различного ро-

249

да заболеваний составляет 10–2, что почти в 200 раз превышает смертность от облучения дозой 1 мЗв/год).

Эти значения приняты МКРЗ в качестве приемлемых значений риска для населения при нормальной работе любых ядернотехнических установок или источников излучения. Считается, что данный уровень облучения не вызывает серьезных отклонений в состоянии здоровья и индуцируемый им годовой риск может быть принят в качестве базового стандарта приемлемого риска. Приведенные данные МКРЗ усреднены по пяти наиболее различающимся популяциям (Япония, США, Пуэрто-Рико, Великобритания, Китай).

При расчетах риска следует учитывать реальные демографические характеристики изучаемого региона, использование для этих целей некоторых усредненных среднемировых показателей может привести к неправильным результатам. В табл. 6.15 в подтверждение этого факта приведены результаты расчетов Ковалева Е. Е. и др. значений риска, соответствующих демографическим условиям России 1990 года. Значения соответствующих показателей риска для населения России получились примерно на 25 % больше, чем рекомендуемые МКРЗ величины коэффициентов риска для усредненной популяции.

В случае однократного облучения ребенка после его рождения дозой 70 мЗв риск смертельного исхода возрастает по сравнению с хроническим облучением (70 лет по 1 мЗв/год) примерно в 2,5 раза.

6.3.3. Экономические подходы к нормированию

Оптимизация затрат на достижение радиационной безопасности и ущерба, наносимого дополнитеьным облучением, заложенная в принципе ALARA, требует рассмотрения экономического обоснования деятельности с использованием радиационных технологий. Условие экономической оптимизации можно представить следующим образом:

При этом для радиационных технологий затраты будут складываться из двух дополнительных компонентов, зависящих от коллективной эффективной дозы: стоимость достижения заданного

250