книги из ГПНТБ / Марей, А. Н. Глобальные выпадения цезия-137 и человек

Г Л А В А 3

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ

ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ НАБЛЮДЕНИИ И ИССЛЕДОВАНИИ

Наблюдения в большинстве случаев проводились экспедици­ онным путем и включали в себя широкий круг вопросов. К ним относятся: выявление зон с повышенной миграцией Cs137 из поч­ вы в растения и организм человека; определение уровней содер­ жания этого изотопа в целинных и пахотных почвах, пастбищ­ ных травах, молоке, овощах и других пищевых продуктах мест­ ного производства; изучение структуры питания (т. е. ассорти­ мента .и количества потребляемых продуктов) сельского населе­ ния; определение содержания Cs137 в организме различных воз­ растных групп этого контингента и др.

Своеобразие проблемы миграции Cs137 и необходимость ее изучения на обширной территории потребовали разработки соот­ ветствующей системы наблюдений, так как существующие [128] приемы организации контроля за радиационной обстановкой, обусловленной глобальными выпадениями, не могли обеспечить получения необходимой научной информации. Разработанная си­ стема включала в себя приемы, позволяющие выполнить работу поэтапно, с минимальной затратой времени и сил и в то же время в конечном итоге получить необходимые научные данные.

Первым этапом работы был выбор районов обследования. Ориентиром здесь служило наличие соответствующих почв, что устанавливалось по почвенной карте. Основанием к использова­ нию такого ориентира явились собственные и литератур­ ные данные о миграции Cs137 из разных типов почв в пастбищ­ ные растения. При этом учитывались не только типы почв, «на­ личие болот, но и уровни содержания в них калия (источником информации служили соответствующие литературные мате­ риалы) .

Так как из числа пищевых продуктов местного производст­ ва доминирующую роль поставщика Cs137 в рацион сельского населения изучаемых районов чаще всего играло молоко, его использовали в качестве основного индикатора интенсивности миграции изотопа из почвы в рацион. Поэтому следующим эта­ пом работы было определение содержания Cs137 в молоке, взя­ том на колхозных и совхозных фермах, расположенных в пре­ делах обследуемого района. Определение производили в пунктах

40

сбора молока (на маслозаводах, молочных заводах, в сливных пунктах). Благодаря тому что молоко в эти пункты доставляют обычно в автоцистернах, отбираемые для измерения пробы до­ статочно хорошо усреднены, в силу чего результаты измерений характеризуют средние значения по каждой ферме. При ис­ пользовании экспрессного метода (см. с. 46) определения со­ держания Cs137 в молоке и после нанесения на карту района полученных результатов в течение 2—3 ч (время завоза молока) создавалась основа «молочно-цезиевой» карты данного района. Эту карту использовали для планирования дальнейших деталь­ ных исследований, проводимых в отдельных населенных пунк­

тах.

Программа исследований состояла из трех основных разде­

лов.

Первый раздел — санитарно-топографическое обследование местности с измерением у-фона и отбором соответствующих проб для химических, радиохимических и у-спектрометрических анализов, проводимых на базе стационарной лаборатории. При этом по возможности учитывались все факторы, способные влиять на миграцию Cs137 из почвы в растения, — особенности почв, глубина залегания грунтовых вод и др. Объектами обсле­ дования служили:

—функционирующие в данный момент пастбища, на которых отбирали пробы почвы и травы; .

—колхозные и совхозные молочные фермы, где вторично от­ бирали усредненные (от нескольких десятков коров) пробы мо­

лока;

— пахотные угодья, на которых отбирали пробы почвы и вы­ ращиваемых на них сельскохозяйственных культур (зерновых, овощей, корнеплодов и др.);

— в единичных случаях крупные озера, используемые для ры­ бохозяйственных целей, из которых проводили отбор проб воды и рыбы.

Второй раздел — ознакомление с санитарными условиями жизни населения, в частности со структурой питания и характе­ ром водоснабжения. Применявшийся с целью изучения структу­ ры питания при первом обследовании ряда районов УССР, БССР и центральной части РСФСР метод выборочного опроса (анкетирования) больших групп населения позволил собрать обширную информацию. При сопоставлении полученных резуль­ татов с официальными данными статистических органов установ­ лена их хорошая сходимость. Поэтому в дальнейшем для харак­ теристики структуры питания местного населения были исполь­ зованы официальные данные статистических органов. Метод опроса применяли лишь для получения дополнительной инфор­ мации (если в этом возникала необходимость). Характер мест­ ного водоснабжения изучали путем санитарного обследования,

41

дополняемого в отдельных случаях отбором и исследованием проб питьевой воды.

Третий раздел — определение содержания Cs137 в организме местных жителей различных возрастно-половых групп. Для это­ го применяли два приема исследования:

—непосредственное прижизненное измерение содержания Cs137 в организме человека с использованием экспрессного ме­ тода;

—отбор проб мочи у части обследуемых контингентов для

последующего определения содержания в ней Cs137 в условиях стационарной лаборатории.

Последний прием служил для выборочного контроля досто­ верности данных о содержании Cs137 в организме человека, по­ лученных путем непосредственного измерения. Он также позво­ лял получать необходимую информацию в тех случаях, когда содержание Cs137 в организме было ниже разрешающей способ­ ности прибора, т. е. непосредственно измерить его количество в организме не представлялось возможным.

На протяжении четырех лет (1967—1971 гг.) обследования по этой программе были проведены в 20 районах на территории 12 областей, входящих в состав трех республик (БССР, УССР и РСФСР). В Гомельской области совместно с радиологиче­ ской группой областной санитарно-эпидемиологической станции было проведено одномоментное сплошное исследование содер­ жания Cs137 и Sr90 в молоке, полученном от всех колхозных и совхозных ферм области.

Поскольку одна из основных задач проводившихся исследо­ ваний — выявление связи и установление зависимости между изучаемыми явлениями, существенное значение приобретало не только расположение станций отбора проб в том или другом населенном пункте, но и в ряде случаев методика их отбора. Например, для получения необходимой информации, характери­ зующей связь и зависимость между содержанием Cs137 в почве и растениях, в растениях и молоке коров в данном населенном пункте, пробы почвы и травы отбирали не в районе данного пункта, а исключительно на территории эксплуатируемого пастбища. Пробы молока брали только у коров данного стада. Такой же подход строго соблюдали и в других случаях

Методика отбора также предусматривала получение полно­ ценных представительных проб. В этой связи целесообразно осветить вопрос методики несколько детально.

Каждую пробу почвы на целинных участках (на пастбищах) отбирали в трех точках по углам равностороннего треугольника с длиной стороны 100 м на глубине 0—5 и 10—15 см. Образцы, отобранные с одной и той же глубины во всех трех точках, объединяли, и, таким образом, на исследование поступали два усредненных образца, каждый массой приблизительно 3 кг.

42

На пахотных участках пробы почвы отбирали на глубине пахот­

ного слоя.

При необходимости одновременно с отбором проб почвы в центре треугольника закладывали шурф на глубину 1—1,5 м для установления мощности почвенного покрова, определения харак­ тера подпочвенных грунтов и глубины залегания грунтовых вод.

На месте определяли pH каждого слоя почвы и массу каж­ дой пробы. Затем пробы, помещенные в полиэтиленовые мешки с прикрепленными к ним этикетками, направляли в лабора­

торию.

Пробы травы на пастбище отбирали в пределах треуголъ ника, ограниченного точками отбора проб почвы. Растения упаковывали в полиэтиленовый мешок и на месте взвешивали. Масса пробы составляла 1 —1,5 кг. При наличии на месте усло­ вий пробы высушивали под солнцем, вторично взвешивали и за­ тем отправляли в лабораторию.

Пробы овощей и корнеплодов отбирали непосредственно на месте их выращивания одновременно с отбором проб почвы на этом участке. Тут же после механической очистки от земли

совхозной ферме отбирали усредненные пробы молока (от не­ скольких десятков коров). В зависимости от установленной ранее (на маслозаводе) концентрации Cs137 в молоке, получен­ ном от данной фермы, производили повторное измерение Cs137 в пробе или (при концентрации ниже чувствительности прибора) пробу молока (массой 2 кг) консервировали формалином и на­ правляли в лабораторию.

Отбор проб мяса носил эпизодический характер, что обуслов­ лено отсутствием планового забоя скота на месте в летний период. Пробы мяса массой 1—2 кг упаковывали в полиэтиле­ новые мешки, консервировали формалином и направляли в лабораторию.

Аналогичной обработке подвергались пробы рыбы, взятые у места ее вылова. Одновременно из данного водоема отбирали пробы воды объемом 10 л для направления в лабораторию.

Пробы грибов, являющихся постоянным компонентом пище­ вого рациона населения некоторых лесных районов Полесья, отбирали непосредственно в лесу (что позволяло учитывать характер соответствующих почв); иногда для этой цели приобре­ тали грибы у местных жителей.

Подготовку проб к анализу, определение содержания в них Cs137 и Sr90 производили в условиях стационарной лаборатории. Исключение составляло экспрессное определение содержания Cs137 в молоке и организме людей, выполнявшееся на месте, на территории тех населенных пунктов, где концентрации изо­ топа в указанных объектах были достаточно велики.

43

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЦЕЗИЯ-137

ИСТРОНЦИЯ-90 В ОБЪЕКТАХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

ИВЫДЕЛЕНИЯХ

Подготовка проб к анализу

Предварительную подготовку проб и переведение их в рас­ твор производили по-разному в зависимости от характера ана­ лизируемого материала.

Пробы растений пищевых продуктов и молока озоляли при температуре 400—500° С. Пробы почвы освобождали от кореш­ ков, подсушивали, просеивали через сито с ячейками диамет­ ром 1 мм, а для определения содержания в них Sr90 прокали­ вали в муфельной печи при температуре 400—500° С.

Разложение проб мочи производили путем длительного кипя­ чения их в присутствии концентрированной азотной кислоты и перекиси водорода.

В золе растений, молока, пищевых продуктов и в почве со­ держание Cs137 определяли у-спектрометрическим методом, а со­ держание Sr90 — радиохимическим методом.

Гамма-спектрометрическое определение содержания цезия-137

Содержание Cs137 в различных пробах определяли на гамма-спектрометре по интенсивности пика полного поглощения Ва137т с энергией 0,662 Мэв. Для анализа проб использовали 100-канальный сцинтилляционный гамма-спектрометр с крис­ таллом Nal(Tl) размером d=h = 70 мм, фотоумножителем ФЭУ-52 и амплитудным анализатором АИ-100-1. Защитой дат­ чика от внешнего у-излучения служил свинцовый экран со стенками толщиной 7 см, со стороны счетчика облицованный дюралюминием толщиной 1 см.

В состав почвы, растений, пищевых продуктов и воды на­ ряду с осколочными продуктами входят радиоактивные изотопы рядов урана и тория, а также К40. Уровни активности, обуслов­ ленные естественными и искусственными радиоактивными изо­ топами, в верхнем слое почвы в период наблюдения сравнимы между собой [129]. Поэтому при измерении активности проб почвы учитывали вклад Ra226, Th232 и К40 -в энергетический интер­ вал фотопика Ba137m. При измерении активности проб растений, молока и пищевых продуктов учитывали лишь вклад К40; содер­ жание других осколочных изотопов — у-излучателей по сравне­ нию с Cs137 было значительно меньше, поэтому их вклад при обработке спектра не учитывали.

Погрешность определения содержания Cs137 в почвах со­

44

мерения активности проб растений, молока, пищевых продуктов и мочи — 3 -10—11 кюри/проба. Погрешность определения не пре­ вышала ±30%.

Радиохимическое определение содержания цезия-137

истронция-90

Втех случаях, когда активность проб нельзя было опре­ делить с помощью гамма-спектрометра, применяли радиохими­ ческий метод анализа как более чувствительный. При исследо­ вании проб молока и пищевых продуктов с низким содержанием Cs137 (менее 3-10-11 кюри/проба) использовали метод выделе­ ния его с носителем в виде гексахлортеллуритной соли с пред­

ОБТ-13. Фон установки 3—4 имп/мин. Наименьшее определяе­ мое значение активности составляло 5- ІО-12 кюри/проба.

В почвах определяли обменную и кислоторастворимую формы Cs137. Обменный Cs137 вытесняли из почвы 1 н. раство­ ром уксуснокислого аммония при соотношении фаз почва— раствор 1: 10. Пробу почвы встряхивали в течение 1 ч и остав­ ляли на ночь. Для более полного определения доли обменного Cs137 операцию вытеснения повторяли дважды. Кислотораство­ римый Cs137 экстрагировали из остатка почвы 3 н. раствором соляной кислоты по той же схеме. Cs137 в растворах определяли гексахлортеллуритным методом, как изложено выше. Погреш­ ность определения по этому методу составляла ±15%.

Sr90 в молоке и пищевых продуктах определяли методом экстракции дочернего Y90 из 0,3—0,4 н. азотнокислого раствора золы моноизооктиловым метилфосфонатом (МИОМФом). При определении содержания Sr90 в пробах растений и почвы в присутствии большого количества других радиоизотопов при­ меняли метод выделения Sr90 в виде оксалата, радиохимической очистки его от мешающих примесей и последующего накопле­ ния дочернего Y90. Для определения содержания Sr90 в почвах вводили дополнительную операцию очистки Sr90 от железа экстракцией последнего этиловым эфиром. Химический выход Sr90 определяли методом пламенной фотометрии [131]. Актив­ ность Sr90 определяли по активности Y90, который выделяли ме­ тодом экстракции МИОМФом [132, 133]. Активность выделен­ ного Y90 измеряли на малофоновой установке с цилиндрически­ ми счетчиками СТС-5. Фон установки 2—3 имп/мин, чувстви­

45

ния химического выхода 6Р; относительную погрешность кали­ бровочного коэффициента прибора бк, суммирующуюся из пас­ портной погрешности определения активности эталона и погреш­ ностей отбора аликвотной части раствора и измерения актив­ ности; и относительную среднеквадратическую статистическую погрешность измерения б.

Среднеквадратическая погрешность измерения корректирова­ лась временем измерения и не превышала 25%. Общая погреш­ ность составляла

ö0Gl„ = V 02р + д1 + 0* .

Нижний предел активности определяли по формуле:

гумуса. Содержание углерода определяли методом И. В. Тю­ рина [134]. Метод основан на учете расхода бихромата при окислении углерода перегноя почвы. При анализе торфяноболотных почв этот метод применяли в модификации С. Я. Печеневой [135]. Качественный состав почвенного гумуса определяли по методу И. В. Тюрина в модификации В. В. Пономаревой [136].

Экспрессный (полевой] метод определения содержания цезия-137 в молоке

Содержание Cs137 в молоке определяли посредством одно­ канального гамма-спектрометра типа «Север» (рис. 3.1). Де­ тектором являлся кристалл Nal(Tl) размером 70X70 мм с ФЭУ-56. При измерении детектор погружали в сосуд с молоком

2 раза. Кроме того, некоторое снижение фона обеспечивалось экранированием детектора самим молоком. Коэффициент экра­ нирования определяли измерением в адекватных условиях прак­ тически чистой воды. Значение его составляет 0,8. Расчет актив­ ности молока производили по формуле:

46

. Калибровку прибора (определение коэффициента пересчета) осуществляли путем измерения воды с известной активностью.

Точность каждого определения регламентировалась уровнем фона и временем измерения. При концентрации Cs137 в молоке

Рис. 3.1. Общий вид прибора для определения со­ держания Cs137 в молоке экспрессным методом.

выше 100 пкюри/л она была не ниже 30%. Для проверки на­ дежности работы прибора ряд параллельных проб измеряли

влабораторных условиях на 512:канальном анализаторе PL-4050

сдетектором Nal (ТІ) размером 70X70 мм и ФЭУ-52, окружен­

ными свинцовой защитой толщиной 7 см. Результаты, полу­ ченные на одноканалы-юм спектрометре в полевых условиях и на PL-4050 в лаборатории, приведены в табл. 3.1.

Показатели таблицы свидетельствуют о достаточно хорошем совпадении результатов; в основном концентрации различаются в пределах точности определений.

47

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЦЕЗИЯ-137 В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Одним из решающих моментов в оценке радиационной об­ становки, сложившейся под влиянием тех или иных причин, является определение содержания радиоизотопов в организме человека. В зависимости от условий проводимых работ и тре­ бований, предъявляемых к ним, используют различные методы определений, начиная от анализа патологоанатомического мате­ риала и кончая применением счетчиков всего тела человека. Анализ патологоанатомического материала, несмотря на оче­ видные преимущества, связанные с большой точностью резуль­ татов, имеет ограниченное применение (за исключением опреде­ ления содержания Sr90 в скелете человека по экстрагированным зубам [137, 138]). Что касается измерений содержания Cs137, который фиксируется в мягких тканях, то получение представи­ тельной выборки, обеспечивающей достоверность результатов для различных контингентов, практически очень сложно.

Широко используемые в настоящее время методы определе­ ния содержания радиоактивных изотопов, в частности Cs137, в организме человека можно подразделить на две группы: косвен­ ные и прямые методы. Косвенные методы радиометрии дают возможность рассчитать содержание изотопа в организме по его поступлению с рационом, выделению с мочой и экскрементами. Прямой метод — непосредственное измерение излучения тела специальными счетчиками и спектрометрами. Каждый из мето­

48

дов'обладает своими преимуществами и недостатками, и исполь­ зование того или иного диктуется задачами и возможностями

проводимых исследований.

Расчет содержания Cs137 в организме по поступлению или выделению изотопа основан на использовании математических моделей кинетики обмена изотопа в организме. Накопление Cs137 в организме человека в случае хронического поступления хорошо описывается экспоненциальной функцией [8, 29, 139]:

где Q — содержание Cs137 в организме; а — ежесуточное поступ­

Период эффективного полувыведения определяется в основ­ ном биологическим выведением изотопа из организма и меняется и зависимости от возраста и пола. Так, по данным ряда авторов, среднее значение Ті/2 для детей в возрасте 6—16 лет составляет 46—57 дней [140—142]. Заметно меньшее значение Т%/2 (20 дней) для возрастной группы 5—14 лет указывают другие авторы [143]. У взрослых людей значение 7Ѵ2 резко возрастает. Так, для стан­

половых различий. Однако многими исследователями показано, что выведение Cs137 из организма женщин происходит быстрее,

авторы приводят значения, соответственно равные 93 и 47 дням [143]. Более детальное изучение показало, что для мужчин 7Ѵ2 составляет в среднем 82—115 дней при вариации этого пара­ метра от 35 до 194 дней [144, 145]. В одном из обзорных докла­ дов НКДАР [139] сообщены данные различных авторов, приво­ дящих средние значения 7Т/2, равные 100—120 дням, и указы­ вающих на большой диапазон колебаний (59—160 дней). Эти же авторы сообщают, что процесс метаболизма более надежно описывается двухкомпонентной моделью, причем 10—15% изо­ топа выводятся с 7’і/2=1 —1,5 дня, а оставшаяся часть — более медленно: с 7Ѵ2=100 дней [146, 147]. Другие авторы показали, что процесс метаболизма Cs137 описывается несколькокомпонентной экспоненциальной моделью, однако для практических целей в условиях хронического поступления изотопа однокомпонентная модель является достаточно хорошим приближением и 7Ѵ2 составляет 105 дней для мужчин и 80 дней для жен­ щин [148].