Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Радиоэкологические исследования уровней облучения жителей Уральского региона методом ЭПР дозиметрии

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Радиоэкологические исследования уровней облучения жителей Уральского региона методом ЭПР дозиметрии"

На правах рукописи

ИВАНОВ ДЕНИС ВЛАДИМИРОВИЧ

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УРОВНЕЙ ОБЛУЧЕНИЯ ЖИТЕЛЕЙ УРАЛЬСКОГО РЕГИОНА МЕТОДОМ ЭПР ДОЗИМЕТРИИ.

Специальность 03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

Екатеринбург 2005

Диссертация выполнена в лаборатории электрических явлений Института физики металлов УрО РАН, г.Екатеринбург.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Устинов Владимир Васильевич кандидат биологических наук Шишкина Елена Анатольевна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Жуковский Михаил Владимирович доктор физико-математических наук Кружалов Александр Васильевич

Ведущая организация:

Медицинский радиологический научный центр РАМН, г.Обнинск.

Защита диссертации состоится «25» мая 2005 г. в 14 ч 00 мин на заседании Диссертационного совета К 004.014.01 при Институте промышленной экологии УрО РАН. по адресу: 620219, г. Екатеринбург, ГСП-594, ул. Софьи Ковалевской, 20а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института промышленной экологии УрО РАН.

Автореферат разослан апреля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Медведев А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Расширение области применения радиоактивных материалов во многих сферах деятельности человека (промышленной, научной, военной) включает в себя потенциальный риск возникновения ситуаций, при которых возможны случаи радиационных поражений биоты и облучения человека. Поэтому исследования последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды является одной из наиболее актуальных проблем современной экологии.

Исследования влияния техногенных загрязнений, в том числе радиационных, на организм животных и человека составляют научную основу современного подхода как к проблемам определения последствий антропогенного воздействия на окружающую среду, так и к проблемам ее охраны. Среди наиболее актуальных экологических проблем при изучении последствий радиационных аварий особо выделяют анализ отдаленных экологических последствий загрязнения экосистем радионуклидами и хронического воздействия малых доз.

Стремительное развитие дозиметрии методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) за последние 20 лет позволило использовать ЭПР спектрометрию не только в качестве метода индивидуальной оценки доз, но и дало в руки исследователей инструмент для популяционных ретроспективных исследований. Метод основан на измерении концентрации стабильных свободных радикалов, образующихся под воздействием ионизирующего излучения, в зубных тканях. ЭПР дозиметрия является одним из немногих методов, позволяющих оценить поглощенную человеком дозу радиации, накопленную за время жизни донора до момента экстракции зуба.

Доза, накапливаемая в эмали зубов, помимо возможного вклада облучения вследствие радиационных инцидентов, обязательно содержит так называемую фоновую компоненту. Радиационный фон варьирует в зависимости от географического положения исследуемой популяции. Кроме того, в фоновую компоненту дозы, помимо естественного облучения входит и влияние глобальных выпадений, которые так же распределены географически с некоторой долей неравномерности. Таким образом, оценка антропогенного фактора формирования

дозы не возможна без популяционных исследований радиационного фона.

На Урале произошло три крупных радиационных аварии, связанных с производственной деятельностью ПО "Маяк". В результате радиационно загрязнены пойма реки Теча и обширные территории Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей. Состояние окружающей среды в этих районах изучалось на протяжении 40 лет.

Дозовая нагрузка на организм определяется прежде всего характером загрязнения окружающей среды. Для Уральского региона характерен комбинированный характер облучения: внешнее - когда источник находится вне организма (гамма- и рентгеновское воздействие), и внутреннее - от инкорпорированных в тканях организмов радионуклидов. Среди прочих радионуклидов особую опасность представляет долгоживущий бета-излучатель Он является метаболическим аналогом кальция и встраивается в костные структуры. Предварительные ЭПР исследования для этих групп населений показали перспективность применения ЭПР дозиметрии в Уральском регионе и возможность получения уникальной информации о распределении внешних дозовых нагрузок в исследуемой популяции.

Иная ситуация сложилась в Тоцком регионе, где в результате испытания ядерного оружия так же произошло загрязнение окружающей среды и облучение населения. Исследования окружающей среды и человека в Тоцком регионе долгое время практически не проводились. Однако, последние исследования показали, что в Тоцком (как и в Уральском) регионе, и у млекопитающих, и у человека обнаруживаются разнообразные радиобиологические эффекты.

Радионуклидный состав выпадений в результате испытания атомного оружия на Тоцком полигоне не известен, а, следовательно, не ясно, имело ли место хроническое комбинированное или однократное внешнее облучение жителей региона. Таким образом, изучение радиоэкологической ситуации вокруг Тоцкого ядерного полигона требует предварительного исследования применимости метода ЭПР в данной радиационной ситуации.

Актуальность ЭПР дозиметрических исследований обусловлена необходимостью получения достоверных дозиметрических оценок, необходимых для анализа эффектов, индуцированных радиацией.

Целью данной работы было популяционное исследование распределения радиационных доз для различных групп населения Уральского региона и проверка возможности проведения аналогичного исследования в Тоцком регионе.

Задачи исследования:

1. Оценка возможностей метода ЭПР дозиметрии с использованием конкретной экспериментальной базы: определение систематического сдвига, оценка ошибки метода, определение главных причин возникновения неопределенности и принятие мер для ее уменьшения.

2. Оценка фоновых доз для сельского населения и населения различных городов Уральского региона;

3. Оценка техногенных доз жителей прибрежных территорий р. Теча

4. Предварительное исследование доз облучения жителей Тоцкого

региона.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Существующая на сегодняшний день методика ЭПР дозиметрии имеет предел индивидуализации оценки доз, равный 400мГр; дополнительным лимитирующим фактором для населения Уральского региона является наличие примесей в зубной эмали, искажающих форму ЭПР спектра; для когорты населения прибрежной территории р.Теча лимитирующим фактором также является совпадение времени поступления радиоактивных изотопов стронция в организм с периодом формирования зубных тканей;

2. Характер распределений фоновых доз городского населения и сельского населения различен; ширина распределения фоновых доз и процент высоких доз для городского населения больше, чем для доз сельского населения;

3. Существует тенденция уменьшения доз облучения жителей прибрежной территории р. Теча с расстоянием от источника сбросов; для верхнего течения средняя доза составляет в среднем 550 мГр, для нижнего - 200 мГр.

4. Метод ЭПР дозиметрии применим для проведения радиоэкологических исследований в районе Тоцкого полигона.

Научная новизна.

1. Впервые определены условия, ограничивающие применимость метода

ЭПР;

2. Впервые была описана индивидуальная вариация чувствительности к облучению эмали жителей Уральского региона;

3. Впервые методом ЭПР были экспериментально оценены уровни фоновых доз для городского и сельского населения Уральского региона;

4. Впервые была выделена возрастная группа лиц, проживающих в районе р.Теча, для которых внутренняя компонента дозы за счет инкорпорированного в эмали изотопа стронция много выше внешней компоненты дозы;

5. Впервые были оценены среднегрупповые дозы внешнего облучения жителей р.Теча, проживающих на различном удалении от источника сбросов;

6. Впервые были оценены дозы внешнего облучения для жителей Тоцкого региона.

Практическое значение работы.

Результаты реконструкции индивидуальных доз облучения для населения прибрежных территорий р.Теча будут использованы для уточнения коэффициентов риска отдаленных медицинских последствий в условиях хронического радиационного воздействия и принятия решений о мерах социальной и медицинской защиты людей, облучившихся в результате деятельности ПО "Маяк".

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались на межрегиональной конференции «Проблемы отдаленных эколого-генетических последствий радиационных инцидентов: Тоцкий ядерный взрыв» (Екатеринбург, 2000), I региональной конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2001), IX Международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 2001) и XI Международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 2005).

Публикации.

По теме диссертационной работы имеется 20 публикаций в отечественных и международных научных изданиях.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованной литературы, изложенных на 144 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 13 таблиц, список цитированной литературы содержит 107 источников, из них 24 на русском и 83 на английском языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ЭПР дозиметрия в исследованияхразличныхрадиационных ситуаций (аналитический обзор литературы)

В первой главе представлен краткий обзор литературы, в котором приведены описания радиационных ситуаций в исследуемых регионах. Приведена история развития метода ЭПР дозиметрии, описания и характеристики объектов исследования - зубных тканей. Описаны современные методики, используемые в ЭПР дозиметрии, в частности - методики записи спектров, выделения радиационно-индуцированного сигнала, калибровки. Приведен обзор проведенных ранее дозиметрических ЭПР исследований. Приведено описание особенностей ЭПР сигнала низкого (фонового) уровня и актуальные проблемы современной ЭПР дозиметрии.

Глава 2. Материалы и методы

Исследования проводились на базе двух лабораторий - Института физики металлов УрО РАН, г.Екатеринбург (далее ИФМ) и Института радиационной защиты Центра охраны окружающей среды и здоровья GSF, Германия (далее GSF). В ИФМ для ЭПР измерений использовался стандартный гомодинный спектрометр электронного парамагнитного резонанса ERS-231 (производства ГДР) Х-диапазона с цилиндрическим резонатором ZSX-18. В GSF использовался стандартный спектрометр Х-диапазона Bruker ECS 106.

Приготовление образцов проводилось при помощи химической методики, согласно которой механически отделенная от дентина зубная эмаль обрабатывалась раствором щелочи в ультразвуковой ванне.

Амплитуда ЭПР сигнала оценивалась методом компьютерной

деконволюции Поглощенная доза определялась при помощи метода универсальной калибровочной кривой

В работе исследовались зубные ткани следующих групп населения Уральского региона

• жители прибрежных территорий р. Теча, включая верхнее, среднее и нижнее течение,

• жители радиационно незагрязненных деревень Челябинской области,

• жители г Озерск, не имевшие контакта с радиоактивными материалами,

• жители радиационно незагрязненных городов Свердловской области,

• население деревень Тоцкого региона

Следует подчеркнуть, что все зубы удалялись в стоматологических клиниках по медицинским показаниям

Глава 3. Оценка возможностей и ограничений метода ЭПР дозиметрии для целей радиоэкологического исследования

В третьей главе приводятся оценки систематического сдвига, ограничивающих факторов и неопределенности использованной методики ЭПР дозиметрии

Оценка систематического сдвига ЭПР измерений (или так называемого собственного сигнала) проводилась с использованием 12 молочных зубов с близкими к нулю поглощенными дозами Методом дополнительного облучения были построены линейные дозовые зависимости амплитуд радиационных сигналов Начальная доза на образцах (включающая систематический сдвиг) была получена в точке пересечения линии регрессии с осью доз Значение систематического сдвига в этом эксперименте может быть оценено вычитанием из поглощенной дозы фоновой компоненты Полученное значение равно (60±19) мГр

Для обоснования совместного анализа данных двух лабораторий было проведено сопоставления результатов дозиметрии в ИФМ и GSF Для этого в каждой лаборатории были измерены 49 образцов зубной эмали подвергшихся облучению жителей бассейна р Теча и необлученных жителей Уральского региона (фоновые дозы) Было показано, что во всем диапазоне измеренных доз (0-5 Гр) (верхняя часть на рис 1) наблюдается хорошая корреляция результатов (г=0,99) и

отсутствует систематический сдвиг, что является обоснованием совместного анализа данных. Однако в диапазоне низких доз (<400 мГр) (нижняя часть на рис. 1) корреляция слабая, что указывает на ограничения метода. Было показано, что это вызвано высокой неопределенностью измерений в области низких доз. Неопределенность измерения складывается из неопределенности калибровки дозы

Рис. 1. Сравнение результатов восстановления доз в GSF и ИФМ.

Неопределенность калибровки вызвана разбросом чувствительности зубной эмали к облучению. Этот разброс был оценен с использованием спектров 38 образцов эмали жителей Уральского региона из базы данных ИФМ. Образцы были измерены с использованием метода дополнительного облучения. Распределение величин индивидуальной чувствительности эмали (относительно среднего значения) является нормальным с шириной около 8%.

Неопределенность воспроизводимости связана с аппаратурной погрешностью измерений и погрешностью обработки спектров. Воспроизводимость результатов ЭПР измерений тестировалась при помощи однородной смеси эмали 55 коренных зубов (2-х премоляров). Анализ измерений основывался на предположении, что на всех образцах смеси в каждой группе должна наблюдаться одна и та же доза. При этом предположении, разброс измеренных доз в каждой группе смеси должен отражать воспроизводимость экспериментальной оценки уровня фоновых доз. Было показано, что неопределенность воспроизводимости низких доз составляет 43%. Столь высокое значение обусловлено двумя факторами. Во первых, в спектрах зубной эмали часто наблюдались дополнительные ЭПР сигналы, накладывающиеся на

и воспроизводимости измерений.

01№-ОЛОЦЮД1ВЖ1-Я9|*О.Р1 ГОда • Г-0.99 1 . . У

п-Я Г/Н

о

О 2 4 в

Результат ввР, Гр

Результат вЭТ, игр

дозиметрический сигнал. Эти сигналы вероятнее всего вызваны примесями. В первую очередь это могут быть металлы. Ионы металлов проникают в эмаль посредством обмена со слюной, куда они могут попадать из некачественных металлических коронок и пломб. Такие металлы, как медь, железо и др. широко использовались в практике зубного протезирования. Во вторых, неопределенность вызвана погрешностью, вносящейся при обработке спектров. При определении амплитуды ЭПР сигнала очень важным фактором является погрешность определения g-фактора линии экспериментального спектра, или, другими словами, смещение линии радиационно-индуцированного сигнала относительно ее положения на эталонном спектре (далее СЛРС). В рутинной процедуре обработки спектров величина СЛРС является единственным параметром, зависящим от выбора оператора.

Был предложен метод, позволяющий оценить неопределенность измерения для конкретного спектра. Метод основан на том факте, что для конкретной экспериментальной методики диапазон возможных значений величин СЛРС является ограниченным, кроме того, следует ожидать, что существует наиболее вероятное значение СЛРС. Показано, что распределение этих величин является нормальным. Каждому возможному значению СЛРС соответствует определенное значение амплитуды радиационно-индуцированного сигнала, определяющееся свойствами конкретного ЭПР спектра. Учитывая вероятность СЛРС (исходя из полученного нормального закона распределения), можно оценить вероятностное распределение амплитуд радиационно-индуцированного сигнала. Для этого был использован метод Монте-Карло. Вид и параметры такого распределения зависят от детектируемого исходного спектра. Максимум соответствует амплитуде радиационно-индуцированного сигнала, а ширина распределения характеризует максимальную ошибку, вызванную погрешностью определения g-фактора. Неопределенность оценки дозы может быть получена на основе параметров распределения амплитуд.

Было протестировано пятьсот шесть спектров образцов зубов облученных и не облученных доноров с дозами в диапазоне от 25мГр до ЗОГр. Обнаружено, что в зависимости от поглощенной дозы, распределение амплитуд радиационно-индуцированного сигнала по форме разбивается на три группы.

Первые две группы характерны для образцов с высокими дозами с четко видимым радиационным пиком. Погрешность для таких спектров минимальна. Третья группа характерна для доз ниже 400мГр. Для спектров с такими дозами неопределенность меняется весьма значительно и зависит от отношения величины радиационной компоненты сигнала к величине шума, а также от присутствия паразитных сигналов. Таким образом, можно сделать вывод, что индивидуальные оценки доз возможны только выше 400 мГр; для доз же ниже этого значения возможны лишь статистические оценки. Можно говорить о дозе 400 мГр как о «пределе индивидуализации», и все дальнейшие исследования должны планироваться с учетом этого факта.

Глава 4. Оценка фонового сигнала для населения Уральского региона

Тот факт, что фоновые дозы для большинства доноров находятся ниже предела индивидуализации (процент доз, лежащих выше 400 мГр не превышает 7% для городского населения и 1% для сельского), вынуждает использовать для их оценки статистические методы. Распределение индивидуальных значений ЭПР измерений не является нормальным. Скорее оно ближе к логнормальному. Таким образом, среднее арифметическое значение фоновой дозы не является характеристикой наиболее вероятной фоновой дозы. Поэтому необходимо было выбрать наиболее адекватную модель усреднения полученных результатов. В качестве характеристики фоновой дозы рассматривалось ее математическое ожидание. Оно рассчитывалось из предположения, что измерения фоновой дозы представляют собой набор экспериментальных данных Л) о некоторой величине А, полученных в разных условиях в соответствие с моделью повторных измерений. Каждому измерению фоновой дозы приписывается вес учитывающий

сравнительную ценность этого измерения относительно прочих и аккумулирующий имеющуюся экспериментальную информацию о точности измерения. Точность измерения (дисперсия принималась равной стандартному отклонению для трех повторных измерений каждого образца. Иными словами, в качестве характеристики дисперсии принималось значение воспроизводимости результата измеренийу-го образца. Числа IV, рассчитывались в соответствии с (1):

Постоянная пропорциональности к находится из условия нормировки для ^ (2):

Расчет математического ожидания проводился по формуле (3):

Применимость модели повторных измерений верифицировалась с помощью метода физического усреднения. В данном методе измерения производятся на однородной смеси эмали зубов нескольких доноров, разделенной на порции. Очевидно, что в данном методе модель повторных измерений применима, поскольку все порции имеют одинаковую дозу. Было показано, что средняя оценка фоновой дозы в модели физического усреднения равна (67±28) мГр. Данное значение хорошо согласуется с математическим ожиданием дозы в случае индивидуальных измерений, оцененным как мГр. Среднее же

значение результатов индивидуальных измерений (125 мГр) несколько выше. Кроме того, среднее значение для индивидуальных измерений с увеличением статистики изменяется гораздо сильнее, чем математическое ожидание. Таким образом, математическое ожидание является стабильной и несмещенной характеристикой выборки. Вышеперечисленные факты дают обоснование применимости модели повторных измерений.

Результаты индивидуальных измерений фоновых доз не демонстрируют четко выраженной возрастной зависимости. Это связано с большим разбросом данных, которые отражают как высокую индивидуальную вариабельность, в принципе присущую биологическим объектам, так и высокую неопределенностью самого метода. Также следует учесть, что около 80 % всех измеренных зубов имели возраст, лежащий в узком диапазоне (20 лет), что затрудняет получение четкой возрастной зависимости. Тем не менее, метод физического усреднения, проведенный для пяти возрастных групп зубов одинаковых позиций (вторые премоляры), позволил обнаружить тенденцию роста фоновой дозы с возрастом (рис.2).

Основные параметры распределений фоновых доз трех групп городского населения и сельских жителей Уральского региона приведены в табл. 1. Для

исследований доз городского населения были использованы зубы различных позиций. В исследованиях индивидуальных доз сельского населения использовались только первые нижние моляры. На рис. 3 приведено сравнение полученных диапазонов фоновых доз. Данные для г.Краснотуринск не включались в общий анализ по причине малого количества измеренных образцов. Из таблицы и рисунка видно, что нижние границы дозовых диапазонов и математические ожидания доз для всех трех групп приблизительно одинаковы, тогда как верхние границы фоновых доз для населения городов Нижний Тагил и Озерск выше, чем для сельского населения. Причинами подобного расхождения в оценках фона может быть то, что для изучения фоновых доз жителей Нижнего Тагила использованы зубы без учета их позиции либо принадлежности к той или иной функциональной группе. Средние значения накопленных фоновых доз за одинаковый период времени для различных номеров зубов могут отличаться. Кроме того, жители сельской местности гораздо реже подвергаются рентгеновскому облучению, применяемому в стоматологической практике, а так же при черепно-мозговых травмах. О наличии медицинского облучения также может свидетельствовать высокая верхняя граница доз для населения г.Озерск, где медицинские обследования проводятся более часто, чем в других городах.

Из-за отсутствия четкой возрастной зависимости в дальнейших

исследованиях можно использовать среднее значение доз первых моляров и

вторых премоляров сельского населения как номинальный уровень фоновой дозы

для задних зубов. Эта величина равна в среднем (63±33) мГр.

Рис. 2. Возрастная зависимость фоновых доз на вторых премолярах. Измерения проводились на смесях эмали нескольких зубов.

Горизонтальной чертой показано стандартное отклонение среднего возраста в группе. Вертикальной чертой показано стандартное отклонение средней дозы в каждой группе. Регрессия показана в виде сплошной линии, 95% доверительный интервал указан пунктиром. N -количество зубов в смеси.

Статистические параметры распределения фоновой дозы для населения Уральского региона

Параметр г.Красно-туринск г.Нижний Тагил г.Озерск села Челябинской области

Количество образцов 14 45 64 88

Минимум, мГр 50 0 0 0

Максимум, мГр 270 568 694 415

Взвешенное среднее (математическое ожидание) для возраста 65 лет, мГр 110 78 67 51

Среднеквадратическое отклонение от мат.ожидания, мГр 8 54 68 46

Рис. 3. Сравнение диапазонов фоновых доз для трех территорий Уральского региона. Диапазон возрастов доноров 16-80 лет. Верхние и нижние границы столбцов соответствуют 75-ой и 25-ой процентилям, вертикальные линии - 10-ой и 90-ой процентилям. Сплошные горизонтальные линии внутри столбца соответствуют медианам, пунктирные -значению математического ожидания фоновой дозы для возраста 65 лет. N -число измерений.

Глава 5. Реконструкция доз внешнего облучения для жителей прибрежных регионов р. Теча

Исследованная группа жителей прибрежных территорий реки Теча облучалась неравномерно, и доза их внешнего облучения зависела, прежде всего,

от места их проживания. В данном исследовании проводились измерения зубов доноров, проживавших в различных селах практически вдоль всего течения реки. Все результаты, полученные в данном исследовании, приведены с вычетом фоновой дозы, измеренной для сельского населения Челябинской области, а также собственного ЭПР сигнала зубной эмали.

Интересная особенность обнаруживается при анализе зависимости поглощенной дозы для жителей прибрежных регионов р.Теча от возраста донора. Зависимость имеет явно выраженный пик для возрастной когорты 1945-1950 годов рождения (рис. 4а). Анализ величин поглощенных доз для р.Теча дает верхнюю границу дозы внешнего облучения не более 1 Гр. Чрезвычайно большие ЭПР сигналы (соответствующие десяткам Грей в единицах поглощенной дозы на эмали), измеренные для людей 1947-1949 годов рождения, могут быть вызваны только бета-частицами, испускаемыми инкорпорированными в зубных тканях и Исследования показали, что значительная инкорпорация изотопов стронция в кости и зубы человека происходит в период кальцификации этих тканей. Таким образом, наблюдаемый на рис. 4а пик объясняется совпадением периодов кальцификации эмали зубов и поступления в организм. При более детальном анализе пик, наблюдаемый для всех ЭПР результатов, оказывается состоящим из двух близких пиков (рис. 4б), характерных для двух групп образцов. Для первой группы зубов максимальный пик характерен для когорты родившихся в 1949 году, а для второй группы зубов пик наблюдается для лиц, родившихся в 1946-1947 годах. Первая группа образцов включала зубы, кальцификация эмали которых начиналась в первый год жизни, и формирование коронки завершалось к 6-7 годам (позиция 1, 2, 3, 6). Вторая группа включала образцы зубов, кальцификация эмали которых начиналась в 2—5 лет. и формирование коронки завершалось к 6—10 годам (позиции 4, 5 и 7).

Очевидно, что образцы зубных тканей с высоким содержанием в эмали не пригодны для измерения дозы внешнего облучения. Зубы, период формирования эмали которых частично совпал с периодом поступления в организм, должны быть исключены из анализа при оценке доз внешнего облучения. Следует отметить, что такие высокие дозы (десятки Гр) накапливаются только в зубных тканях и не коррелируют с дозами, накопленными в других

органах и тканях (поскольку скорости формирования и обменных процессов в зубных тканях принципиально иные, чем у прочих кальцифицированных тканей организма).

Рис. 4. Возрастная зависимость восстановленных доз для жителей прибрежных территорий р.Теча: а) весь диапазон возрастов; б) диапазон максимальных доз. Для каждой точки указана стандартная ошибка, а также количество измерений для каждой возрастной когорты. Заштрихованная область соответствует периоду максимальных сбросов в реку.

Для оценки доз внешнего облучения были отобраны зубы постоянных жителей населенных пунктов вдоль реки Теча, коронка которых была полностью сформирована к 1950 г. Принимая во внимание, что даже полностью сформированные к моменту сбросов зубы, тем не менее, могут с некоторой вероятностью содержать изотопы в тканях,

полученные ЭПР дозы рассматривались как верхние границы доз внешнего облучения.

Вдоль течения реки были выделены 6 участков в зависимости от расстояния от места сбросов. В соответствие с этим разбиением были сформированы 6 групп доноров в зависимости от мест проживания. В табл. 2 представлены результаты оценки зависимости средних ЭПР доз (за вычетом фоновой компоненты) от расстояния от места сброса.

Год рождения

Год рождения

Оценки зависимости ЭПР доз эмали постоянных жителей от расстояния с места

сбросов.

Кластер/ Населенный пункт Расстояние, км Количество доноров Средняя ЭПР л доза±5. мГр Медиана ЭПР доза, мГр Максимальная ЭПР доза, мГр

Метлино 7 13 550±170 440 2327

Асаново, М.Таскино, Герасимовка 30-43 19 310±90 202 1233

ГРП, Надыров Мост, Надырово6 45-50® 11® 9 1030±540® 330±100 395® 159 6094® 830

Ибрагимово, Исаево, Подсобное хозяйство 54-65 25 250±70 128 1272

Муслюмово, Курманово 78-88 46 250±60 156 2550

Нижнее течение 96-237 30 200±30 158 720

4 8 - стандартная ошибка среднего.

6 В этом кластере есть два человека (проживавших в одном доме) с очень высокими уровнями ЭПР дозы на эмали (6,1 и 2,4 Гр). Оценки даны для всех доноров кластера (N=11) и для выборки без этих лиц (N=9).

Как видно из таблицы, некоторое уменьшение в средней ЭПР дозе наблюдается для верхнего течения реки Теча (<60 от места сбросов). Это уменьшение не монотонное, так как в третьем кластере (45—50 км) медиана такая же, как и в первом (7 км), а среднее значение в два раза выше. Этот относительно маленький кластер включает двух человек с очень высокой дозой на эмали (6,1 и 2,4 Гр). Было установлено, что эти доноры были сестрами и проживали в одном доме, расположенном прямо на берегу залива, в селе Надырово. Залив представляет собой слепой рукав Течи со стоячей водой. Отсутствие течения

могло стать причиной высоких доз из-за минимального вымывания привнесенных в залив радионуклидов ЭПР дозы остальных жителей этой группы значительно ниже

Глава 6. Реконструкция доз внешнего облучения для жителей Тоцкого региона

ЭПР реконструированные дозы на зубной эмали лежат в интервале доз 7 сГр - 3,1 Гр (табл. 3). Внутренняя компонента дозы рассчитывалась на основе известной концентрации в дентине корня большинства из исследованных зубов1. Для трех образцов (5, 6, 7) радиометрия не была проведена. Из табл. 3 видно, что для образцов с надежно детектируемыми дозами (выше 0,4 Гр) вклад в суммарную дозу составил от 3 до 9%. В области низких доз собственная ошибка ЭПР-детектирования превышала расчетное значение внутренней дозы. Таким образом, обнаруженное присутствие радионуклидов в зубах жителей, облученных в Тоцком регионе не играет фатальной роли и может быть учтено при расчете доз внешнего облучения.

Выполненные исследования по использованию метода ЭПР реконструкции доз облучения на зубной эмали у очевидцев испытаний ядерного оружия на Тоцком полигоне в 1954 г показали неожиданно высокие дозы, до 3 Гр. Полученные нами значения доз облучения для двух доноров, находившихся в момент взрыва в радиусе 14 км от эпицентра, находятся в серьезном противоречии с принятыми в настоящее время оценками доз для населения, проживающего в зоне Тоцкого ядерного взрыва - 0,08-0,7 Зв2. Таким образом, наши исследования продемонстрировали потенциальную способность ретроспективной ЭПР-дозиметрии предоставления дополнительных независимых оценок доз для населения импактных районов.

'Эколого-генетический анализ отдаленных последствий Тоцкого ядерного взрыва в Оренбургской области в 1954 году (факты, модели, гипотезы) Екатеринбург, 1997г., стр 123

2Катков А Е , Трифонов В А , Русанов А М . Боев В М , Тюрин Е Н , Корнеев А Г Оценка доз облучения населения, проживающего в зоне Тоцкого ядерного взрыва // Медико-экологические аспекты последствий Тоцкого ядерного взрыва Тез докл 1-ой научно-практической конференции Оренбург Изд Центр ОГАУ, 1996, с 82-85

Результаты реконструкции доз у очевидцев испытания на Тоцком полигоне.

Номер образца Тип зуба Год рождения (возраст пациента) Расстояние до эпицентра взрыва, км Реконструирован-ная доза, Гр Концентрация "'Бг в дентине корня, Бк/г Доза от инкорпорированного в дентине "'Бг, Гр Фоновая компонента дозы, Гр Доза внешнего облучения, поглощенная вовремя испытаний, Гр

1 21 1934(63) 14 3,04 ±0,30 1,52±0,15 0,22±0,02 0,25±0,19 2,57±0,36

2 С 1934 (63) 14 2,84 ± 0,30 1,67±0,17 0,25±0,03 0,34±0,20 2,25±0,36

3 1М 1946(51) 20 0,86 ±0,15 0,28±0,03 0,027±0,003 0,06±0,05 0,77±0,16

4 1 М 1913 (84) 26 0,49 ±0,10 0,19±0,02 0,018±0,002 0,06±0,05 0,41±0,11

5 21 1941 (56) 26 0,44 ±0,10 0,25±0,19 0,19±0,21б

6 2 М 1934(63) 30 0,18 ± 0,08 0,06±0,05 0,12±0,09"

7 2 М 1934(63) 49 0,34 ±0,10 0,06±0,05 0,28±0,11 6

8 1 М 1938 (59) 70 0,06 ±0,10 0,08±0,01 0,008±0,001 0,06±0,05 <0.1

9 ЗМ* 1930(67) 26 0,13 ±0,10 0* 0 0,06±0,05 0,07±0,11

10 ЗМ* 1939 (58) 30 0,01 ±0,10 0,17±0,02 0,020±0,003 0,06±0,05 <0.04

Примечание: / - резец, С - клык, М - коренной зуб, ЗМ* - зуб мудрости. * значение ниже предела детектирования

6 внутренняя доза неизвестна и полученный результат может рассматриваться ках максимально возможная доза внешнего облучения.

ВЫВОДЫ

1. В настоящей работе были оценены возможности и ограничения метода ЭПР дозиметрии по реконструкции доз. Было установлено, что индивидуальные измерения возможны только для доз выше 400мГр, а дозы ниже этого значения возможно оценивать только статистически. Данный факт должен быть учтен при дальнейших исследованиях.

2. Исследования позволили оценить методом ЭПР среднюю фоновую дозу для населения Уральского региона, которая составила (71±34) мГр. Ограничения метода, накладываемые на результаты измерений, не позволили выявить четкой возрастной зависимости фоновых доз, однако метод физического усреднения, проведенного для различных возрастных групп, позволил выявить

тенденцию накопления дозы с возрастом.

3. Было проведено восстановление доз для когорты населения прибрежной территории р.Теча. Измеренные дозы демонстрируют явно выраженную возрастную зависимость, имеющую пик для возрастов 1945-1950 годов рождения, объясняющийся совпадением периодов калыдификации зубной эмали и поступления радиоактивных изотопов в организм.

4. Были оценены средние надфоновые дозы для населенных пунктов, расположенных по р.Теча на различном расстоянии от источника сбросов. Была обнаружена тенденция уменьшения этих доз с увеличением расстояния от места сбросов, дозы изменяются от 550мГр для верхнего течения до 200мГр для нижнего течения.

5. Исследования продемонстрировали возможность применения метода ЭПР дозиметрии для восстановления доз облучения жителей Тоцкого региона. В сочетании с другими методами ЭПР способен дать более надежную дозиметрическую информацию, чем имеющаяся в настоящее время.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Romanyukha A.A., Ignatiev E.A., Ivanov D.V., Vasil'ev A.G. The distance effect on the individual exposures evaluated from the soviet nuclear bomb test at Totskoye test site in 1954. Radiat. Protect. Dosim., 1999, Vol.86, No. 1, pp.53-59.

2. Иванов Д.В., Шишкина Е.А., Визер А. Исследование фонового ЭПР сигнала зубной эмали населения уральского региона. // Проблемы отдаленных эколого-генетических последствий радиационных инцидентов: Тоцкий ядерный взрыв. Материалы межрегиональной научной конференции (30 октября - 2 ноября 2000г.), Екатеринбург, 2000, с. 117-127.

3. Отдаленные эколого-генетические последствия радиационных инцидентов: Тоцкий ядерный взрыв (оренбургская область, 1954 г.) / Васильев А.Г., Боев В.М., Гилева Э.А.и др. - 2 изд., дополнен. Екатеринбург, 2000, 288 с.

4. Романюха А.А., Иванов Д.В., Васильев А.Г. Опыт ЭПР-реконструкции индивидуальных доз, поглощенных населением в зоне влияния Тоцкого ядерного взрыва. // Проблемы отдаленных эколого-генетических последствий

радиационных инцидентов Тоцкий ядерный взрыв Материалы межрегиональной научной конференции (30 октября-2 ноября 2000 г), Екатеринбург 2000, с 100-106

5 Romanyukha A A , Setzer S М , Desrosiers М , Ignatiev Е А , Ivanov D V , Bayankin S , Degteva M О, Eichmiller F С , Wieser A, Jacob P Correction factors in the EPR dose reconstruction for residents of the middle and lower Techa riverside Health Phys , 2001, Vol 81(5), pp 554-566

6 Иванов Д В , Баянкин С Н, Дегтева М О, Шишкина Е А, Визер А Оценка неопределенности метода ЭПР-дозиметрии зубной эмали IX Международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный», Тезисы докладов, Екатеринбург, 2001, с 48-50

7 Шишкина Е А, Швед В А, Дегтева М О , Толстых Е И, Иванов Д В , Баянкин С Н, Анспо Л Р, Визер А, Якоб П Описание компьютерной базы данных «Зубы» и обсуждение необходимости проведения ЭПР измерений для целей верификации доз внешнего облучения, рассчитанных по дозиметрической системе реки Теча-2000 Этапный отчет 2 Уральский научно-практический центр радиационной медицины и Университет штата Юта Челябинск и Солт-Лэйк Сити, апрель, 2001

8 Шишкина Е А, Швед В А, Иванов Д В , Баянкин С Н Использование ЭПР-спектрометрии для реконструкции индивидуальных доз внешнего облучения Материалы I региональной конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (12—14 марта 2001 г), Челябинск, 2001

9 Vorobiova, M I, Shishkma, Е А , Degteva, М О, Shved, V А, Tolstykh, E I, Anspaugh, L R Napier, В А , Ivanov, D I, Bayankin, S В , Wieser, A , Jacob, Р, Nagy, V, Desrosiers, M Estimates and validation of external doses for individual members of the Extended Techa River Cohort and the Techa River Offspring Cohort In Book of Abstracts, Workshop on Radiation Risk Research in Southern Urals Neuherberg GSF-National Research Center for Environment and Health, 2002

10 Иванов Д.В., Баянкин С.Н., Дегтева М.О., Шишкина Е.А. Использование зубов жителей Уральского региона в ретроспективной ЭПР дозиметрии X

Международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный». Тезисы докладов, о.Сунгуль, 2002, с.68-70.

11. Шишкина ЕА., Дегтева М.О., Иванов Д.В., Баянкин С.Н., Швед В.А Проверка надежности зубной эмали как персонального дозиметра в ретроспективных ЭПР дозиметрических исследованиях. X Международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный», Тезисы докладов, о.Сунгуль, 2002, с.215-216.

12. Shishkina E.A., Shved V.A., Degteva M.O., Tolstykh E.I., Ivanov D.V., Bayankin S.N., Wieser A., Goksu H.Y., El-Faramawy N.A., Semiochkina N., Jacob P., Anspaugh L.R., Napier B.A. Issues in the validation of external dose: background and internal dose components of cumulative dose estimated using the EPR method. Chelyabinsk and Salt Lake City: Urals Research Center for Radiation Medicine and University of Utah; Final report for Milestone 7; Part 1, September 2003 (in Russian and English).

13. Tolstykh E.I., Shishkina E.A., Degteva M.O., Ivanov D.V., Shved V.A., Bayankin S.N., Anspaugh L.R., Napier B.A., Wieser A., Jacob P. Age-dependencies of ASr incorporation in dental tissues: Comparative analysis and interpretation of different kinds of measurements obtained for residents on the Techa River. Health Phys., 2003, Vol.85, pp.409-419.

14. Шишкина Е.А., Дегтева М.О., Швед В.А., Иванов Д.В., Баянкин С.Н., Князев В.А., Василенко Е.К., Сметанин М.Ю., Горелов М.В.. Проблемы и перспектива ЭПР исследований на Южном Урале. Вопросы радиационной безопасности, 2003, №2, с.59-70

15. Degteva M.O., Vorobiova МЛ., Shved V.A., Shishkina E.A., Ivanov D.V., Bayankin S.N., Tolstykh ЕЛ., Wieser A., Jacob P., Anspaugh L.R., Napier BA. Validation of external dose based on EPR-measurements supplemented by data of 90Sr concentration and modeling of electron transport in the tooth tissues. Chelyabinsk and Salt Lake City: Urals Research Center for Radiation Medicine and University of Utah; Final report for Milestone 7; Part 2. October 2004 (in Russian and English).

16. Ivanov, D.V.; Shishkina, E.A.; Bayankin, S.N.; Wieser, A. EPR-measurements of the background doses for the Urals population. In: Widening the Radiation

Protection World, Proceedings of 11th International Congress of the International Radiation Protection Association Madrid International Radiation Protection Association, CD-ROM, ISBN 84-87078-05-2, Abstract No 3f9, 2004

17 Швед В А, Шишкина Е A, Иванов Д В , Баянкин С Н, Веронезе И Исследование поглощенной дозы в зубной эмали, сформированной за счет естественного радиационного фона Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды Материалы Всероссийской научной конференции 11-15 октября 2004г Челябинск Изд-во ЧГПУ, 2004, с 263-268

18 Degteva М О, Anspaugh L R, Akleyev A V , Jacob P , Ivanov D V , Wieser A, Vorobiova MI, Shishkina E A, Shved V A, Vozilova A, Bayankin S N, Napier В A EPR- and FISH-based investigations of individual doses for persons living at Metlino m the upper reaches ofthe Techa River Health Physics, 2005, 88, pp 139153

19 Баянкин С.Н., Шишкина Е.А., Иванов Д.В. Оценка возможности использования эмали резцов для ретроспективной дозиметрии методом Электронного Парамагнитного Резонанса XI международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный», Екатеринбург, 2005, с 810

20 Иванов Д В, Шишкина Е А, Баянкин С Н Оценка неопределенности и пределов детектирования метода ЭПР дозиметрии зубной эмали в Институте Физики Металлов XI международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный», Екатеринбург, 2005, с 47-50

Отпечатано на ризографе ИФМ УрО РАН тир 100

объем 1 печ л формат 60x84 1/16 620041 г Екатеринбург ГСП-170 ул С Ковалевской,

зак. 42

ëf.oo

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Иванов, Денис Владимирович

Введение

1. ЭПР дозиметрия в исследованиях различных радиационных ситуаций

1.1. Описание исследуемых радиационных ситуаций.

1.1.1. Описание радиационного инцидента на р.Теча.

1.1.2. Радиационная ситуация в Тоцком регионе.

1.2. История развития ЭПР дозиметрии.

1.3. Зуб как ЭПР-дозиметрическая система.

1.3.1. Эмаль

1.3.2. Дентин

1.3.3. Цемент

1.3.4. Пульпа

1.3.5. Характеристика зубных тканей как объектов ЭПР дозиметрии

1.4. Методики ЭПР дозиметрии зубных тканей.

1.4.1. Методики, используемые в ЭПР дозиметрии для приготовления образцов кальцинированных тканей.

1.4.2. Методики ЭПР измерений.

1.4.3. Методики, используемые в ЭПР дозиметрии при оценке интенсивности радиационно-индуцированного сигнала.

1.4.4. Методики, используемые в ЭПР дозиметрии для калибровки дозы.

1.5. ЭПР дозиметрические исследования Уральского региона

1.6. Структура фонового сигнала

1.6.1. Составляющие сигнала

1.6.2. Популяционные различия чувствительности эмали к радиационному воздействию

1.6.3. Влияние качества зубной эмали на спектр ЭПР

1.7. Актуальные проблемы ЭПР дозиметрии зубных тканей.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Радиоэкологические исследования уровней облучения жителей Уральского региона методом ЭПР дозиметрии"

Расширение области применения радиоактивных материалов во многих сферах деятельности человека (промышленной, научной, военной) включает в себя потенциальный риск возникновения ситуаций, при которых возможны случаи радиационных поражений биоты и облучения человека. Поэтому исследования последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды является одной из наиболее актуальных проблем современной экологии.

Исследования влияния техногенных загрязнений, в том числе радиационных, на организм животных и человека составляют научную основу современного подхода как к проблемам определения последствий антропогенного воздействия на окружающую среду, так и к проблемам ее охраны. Среди наиболее актуальных экологических проблем при изучении последствий радиационных аварий особо выделяют анализ отдаленных экологических последствий загрязнения экосистем радионуклидами и хронического воздействия малых доз.

Стремительное развитие дозиметрии методом Электронного Парамагнитного Резонанса (ЭПР) за последние 20 лет позволило использовать ЭПР спектрометрию не только в качестве метода индивидуальной оценки доз, но и дало в руки исследователей инструмент для популяционных ретроспективных исследований. Метод основан на измерении концентрации стабильных свободных радикалов, образующихся под воздействием ионизирующего излучения, в зубных тканях. Метод ЭПР является одним из немногих методов, позволяющих оценить поглощенную человеком дозу радиации, накопленную за время жизни донора до момента экстракции зуба.

Доза, накапливаемая в эмали зубов, помимо возможного вклада облучения вследствие радиационных инцидентов, обязательно содержит так называемую фоновую компоненту. Радиационный фон варьирует в зависимости от географического положения исследуемой популяции. Кроме того, в фоновую компоненту дозы, помимо естественного облучения входит и влияние глобальных выпадений, которые так же распределены географически с некоторой долей неравномерности. Таким образом, оценка антропогенного фактора формирования дозы не возможна без популяционных исследований радиационного фона.

На Урале произошло три крупных радиационных аварии, связанных с производственной деятельностью ПО "Маяк". В результате радиационно загрязнены пойма реки Те-ча и обширные территории Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей. Состояние окружающей среды в этих районах изучалось на протяжении 40 лет.

Дозовая нагрузка на организм определяется прежде всего характером загрязнения окружающей среды. Для Уральского региона характерен комбинированный характер облучения: внешнее - когда источник находится вне организма (гамма- и рентгеновское воздействие), и внутреннее - от инкорпорированных в тканях организмов радионуклидов. Среди прочих радионуклидов особую опасность представляет долгоживущий бета-излучатель 90Sr. Он является метаболическим аналогом кальция и встраивается в костные структуры. Предварительные ЭПР исследования для этих групп населений показали перспективность применения ЭПР дозиметрии в Уральском регионе и возможность получения уникальной информации о распределении внешних дозовых нагрузок в исследуемой популяции.

Иная ситуация сложилась в Тоцком регионе, где в результате испытания ядерного оружия так же произошло загрязнение окружающей среды и облучение населения. Исследования окружающей среды и человека в Тоцком регионе долгое время практически не проводились. Однако, последние исследования показали, что в Тоцком (как и в Уральском) регионе, и у млекопитающих, и у человека обнаруживаются разнообразные радиобиологические эффекты.

Радионуклидный состав выпадений в результате испытания атомного оружия на Тоцком полигоне не известен, а, следовательно, не ясно, имело ли место хроническое комбинированное или однократное внешнее облучение жителей региона. Таким образом, изучение радиоэкологической ситуации вокруг Тоцкого ядерного полигона требует предварительного исследования применимости метода ЭПР в данной радиационной ситуации.

Актуальность ЭПР дозиметрических исследований обусловлена необходимостью получения достоверных дозиметрических оценок, необходимых для анализа эффектов, индуцированных радиацией.

Целью данной работы было популяционное исследование распределения радиационных доз для различных групп населения Уральского региона и проверка возможности проведения аналогичного исследования в Тоцком регионе.

Задачи исследования: 1. Оценка возможностей метода ЭПР дозиметрии с использованием конкретной экспериментальной базы: определение систематического сдвига, оценка ошибки метода, определение главных причин возникновения неопределенности и принятие мер для ее уменьшения.

2. Оценка фоновых доз для сельского населения и населения различных городов Уральского региона;

3. Оценка техногенных доз жителей прибрежных территорий р. Теча

4. Предварительное исследование доз облучения жителей Тоцкого региона.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Существующая на сегодняшний день методика ЭПР дозиметрии имеет предел индивидуализации оценки доз, равный 400мГр; дополнительным лимитирующим фактором для населения Уральского региона является наличие примесей в зубной эмали, искажающих форму ЭПР спектра; для когорты населения прибрежной территории р.Теча лимитирующим фактором также является совпадение времени поступления радиоактивных изотопов стронция в организм с периодом формирования зубных тканей;

2. Характер распределений фоновых доз городского населения и сельского населения различен; ширина распределения фоновых доз и процент высоких доз для городского населения больше, чем для доз сельского населения;

3. Существует тенденция уменьшения доз облучения жителей прибрежной территории р. Теча с расстоянием от источника сбросов; для верхнего течения средняя доза составляет в среднем 550 мГр, для нижнего - 200 мГр.

4. Метод ЭПР дозиметрии применим для проведения радиоэкологических исследований в районе Тоцкого полигона.

Научная новизна.

1. Впервые определены условия, ограничивающие применимость метода ЭПР;

2. Впервые была описана индивидуальная вариация чувствительности к облучению эмали жителей Уральского региона;

3. Впервые методом ЭПР были экспериментально оценены уровни фоновых доз для городского и сельского населения Уральского региона;

4. Впервые была выделена возрастная группа лиц, проживающих в районе р.Теча, для которых внутренняя компонента дозы за счет инкорпорированного в эмали изотопа стронция много выше внешней компоненты дозы;

5. Впервые были оценены среднегрупповые дозы внешнего облучения жителей р.Теча, проживающих на различном удалении от источника сбросов;

6. Впервые были оценены дозы внешнего облучения для жителей Тоцкого региона.

Практическое значение работы.

Результаты реконструкции индивидуальных доз облучения для населения прибрежных территорий р.Теча будут использованы для уточнения коэффициентов риска отдаленных медицинских последствий в условиях хронического радиационного воздействия и принятия решений о мерах социальной и медицинской защиты людей, облучившихся в результате деятельности ПО "Маяк".

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались на межрегиональной конференции «Проблемы отдаленных эколого-генетических последствий радиационных инцидентов: Тоцкий ядерный взрыв» (Екатеринбург, 2000), I региональной конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2001), и IX Международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 2001), XI Международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 2005).

Публикации.

По теме диссертационной работы имеется 20 публикаций в отечественных и международных научных изданиях.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка использованной литературы, изложенных на 144 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 13 таблиц, список цитированной литературы содержит 107 источников, из них 24 на русском и 83 на английском языках.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Иванов, Денис Владимирович

1. в настоящей работе были оценены возможности и ограничения метода ЭПР дозиметрии по реконструкции доз. Было установлено, что индивидуальные измерения возможны только для доз выше 400мГр, а дозы ниже этого значения возможно оценивать только статистически. Данный факт должен быть учтен при дальнейших исследованиях.2. Исследования позволили оценить методом ЭПР среднюю фоновую дозу для населения Уральского региона, которая составила в среднем (71 ±34) мГр. Офаничения метода, накладываемые на результаты измерений, не позволили выявить четкой возрас тной зависимости фоновых доз, однако метод физического усреднения, проведенного для различньгх возрастных фупп, позволил выявить тенденцию накопления дозы с возрастом.3. Было проведено восстановление доз для когорты населения прибрежной территории р.Теча. Измеренные дозы демонстрируют явно выраженную возрастную за висимость, имеющую пик для возрастов 1945-1950 годов рождения, объясняющийся совпадением периодов кальцификации зубной эмали и поступления радиоактивных изо топов в организм.4. Были оценены средние надфоновые дозы для населенных пунктов, располо женных по р.Теча на различном расстоянии от источника сбросов. Была обнаружена тен денция уменьшения этих доз с увеличением расстояния от места сбросов, дозы изменя ются от 550мГр для верхнего течения до 200мГр для нижнего течения.5. Исследования продемонстрировали возможность применения метода ЭПР дозиметрии для восстановления доз облучения жителей Тоцкого региона. В сочетании с другими методами ЭПР способен дать более надежную дозиметрическую информацию, чем имеющаяся в настоящее время.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Иванов, Денис Владимирович, Екатеринбург

1. Бажанов Н.Н. Стоматология. М., 1984, 663с.

2. Бочвар И.А., Клешенко Е.Д., Кушнерева К.К. и Левочкин Ф.К. Чувствительность зубной эмали человека к а-облучению и нейтронам. Ат. Энерг., 1997, 83, с.380-383.

3. Иванов Д.В., Баянкин Н., Дегтева М.О., Шишкина Е.А., Визер А. Оценка неопределенности метода ЭПР-дозиметрии зубной эмали. IX Международный экологический симпозиум «Урал атомный, Урал промышленный». Тезисы докладов, Екатеринбург, 2001, с.48-50.

4. Копейкин В.Н., Кнубовец Я.С., Курляндский В.Ю., Оксман И.М. Зубопротезная техника. М., Медицина, 1978.

5. Медико-биологические и экологические последствия радиоактивного загрязнения реки Теча / Под ред. Аклеева Ф.В., Кисилева М.Ф. М., 2000.

6. Никипелов Б.В., Дрожко Е.Г. Взрыв на Южном Урале. Природа, 1990. №5, с.48-49.

7. Отдаленные эколого-генетические последствия радиационных инцидентов: Тонкий ядерный взрыв (оренбургская область, 1954 г.) / Васильев А.Г., Боев В.М., Гилева Э.А.и др. - 2 изд., дополнен. Екатеринбург, 2000, 288 с.

8. Публикация МКРЗ № 60, М., Энергоатомиздат, 1994

9. Пул Ч.. Техника ЭПР-спектроскопии. М.:"Мир", 1970, 557с.

10. Шишкина Е.А., Дегтева М.О., Швед В.А., Иванов Д.В., Баянкин Н., Князев В.А., Василенко Е.К., Сметании М.Ю., Горелов М.В.. Проблемы и перспектива ЭПР исследований на Южном Урале. Вопросы радиационной безопасности, 2003, №2, с.59-70

11. Эколого-генетический анализ отдаленных последствий Тонкого ядерного взрыва в Оренбургской области в 1954 году (факты, модели, гипотезы), Екатеринбург, 1997, 123с.

12. Aldrich J.E., Pass В. Dental enamel as in vivo radiation dosimeter: Separation of the diagnostic x-ray dose from dose due to natural sources. Radiat. Prot. Dosim., 1986, Vol.17, pp. 175-178.

13. Aragno D., Fattbene P., Onori S. Mechanically induced EPR signals in tooth enamel. Appl. Radiat. Isot., 2001, Vol.55, pp.375-382.

14. Biominerals. Editors: Driessens F.C.M., Veibeck R.M.H. CRC press, Inc, 1990.

15. Bougrov N.G., Goksu H.Y., Haskell E., Degteva M.O., Meckbach R., Jacob P. Issues in the reconstruction of environmental doses on the basis of thermoluminescence measurements in the Techa riverside. Health Phys., 1998, Vol.75, pp.574-583.

16. Brady J.M., Aarestad N.O., Swartz H.M., In vivo dosimetry by electron spin resonance spectroscopy. - Health physics, 1968, Vol. 15, pp.43-45.

17. Calens F.J., Verbeeck R.M.H., Naessens D.E., Matthys P.F.A., Boesman E.R. Effect of carbonate content on the ESR spectrum near g=2 of carbonated calciumapatites synthesed from aqueous media. - Calcif Tissue Int., 1989, Vol.44, pp.114-124.

18. Callens F, Vanhaelewyn G, Matthys P, Boesman E. EPR of carbonate derived radicals: Applications in dosimetry, dating and detection of irradiated food. Appl. Magn. Reson. 1998, Vol.14, pp.235-254.

19. Callens F.J., Verbeeck R.M.H., Matthys P.F.A., Martens L.C., Boesman E.R. The contribution of СОз '^ and CO2' to the ESR spectrum near g=2 of powdered human tooth enamel. - Calcif Tissue Int., 1987, Vol.41, pp.124-129.

20. Daculsi G. and Kerebel B. High-resolution electron microscope study of human enamel crystallites: size, shape and growth. J. Ultrastruct. Res., 1978, Vol.65, p. 163.

21. Degteva M.O., Kozheurov V.P., Burmistrov D.S., Vorobiova M.I., Valchuk V.V., Bougrov N.G., Shishkina E.A.. An approach to dose reconstruction for the Urals population. Health Phys., 1996, Vol.71, pp.71-76.

22. Degteva M.O., Vorobiova M.I., kozheurov V.P., Tolstykh E.I., Anspaugh L.R., Napier, B.A. Dose reconstruction system for the exposed population living along the Techa river. Health Phys., 2000, Vol.78, No. 5, pp.542-554.

23. Desrosiers M.F., Simic M.G., Eichmiller F.C., Johnston A.D., Bowen R.L. Mechanically induced generation of radicals in tooth enamel. Int. J. Rad. Appl. lustrum., 1989, Vol.4, pp.1195-1199.

24. Drissens F.C.M., Verbeck R.M.H. In: Biominerals. CRC Press, Boca Raton, Aim Arbor, Boston, 1990, 428pp.

25. Dubovsky S., Kirillov V. Reconstruction of individual absorbed doses by tooth enamel on the base of non-linear simulation of their EPR-spectra. Appl. Radiat. Isot., 2001, Vol.54, pp.833-837.

26. Egersdorfer S., Wieser A. and Miiller A. Tooth enamel as a detector material for retro spective EPR dosimetry. Appl. Radiat. Isot, 1996, Vol.47, pp.1299-1303.

27. Fattibene P., Aragno D., Onori S. Effectiveness of chemical etching for background elec tron paramagnetic resonance signal reduction in tooth enamel. Heath Phys., 1998, Vol.75(5), pp.500-505.

28. Gordy W., Ard W.B., Shields H., Microwave spectroscopy of biological substances. Paramagnetic resonance in X-irradiated amino acids and proteins. Proc. Nat. Acad. Sci. US., 1955, Vol.41, pp.983-985.

29. Gran R., Schwarcz H., Some remarks on "ESR dating of bones". Ancient TL, 1987, Vol.5, pp. 156-159.

30. Griine, R. Method of dose determination using ESR spectra of tooth enamel. Radiation Measurements, 2000, Vol.32, pp.767-772.

31. Haskell E.H., Hayes R.B., Kenner G.H. Preparation-induced enors in EPR dosimetry of enamel: pre- and post-crushing sensitivity. Appl. Radiat. Isot., 1996, Vol.47, pp. 1305-1310.

32. Haskell E.H., Hayes R.B., Romanyukha A.A., Kenner G.H.. Preliminary report on the development of a virtually nondestructive additive dose teclmique for EPR dosimetiy. Appl. Radiat. Isot., 2000, Vol. 52, pp. 1065-1070.

33. Haskell E.H., Hayes R.B.and Kenner G.H.. Improved accuracy of EPR dosimetiy using a constant rotation goniometer. Radiation Measurements, 1997, Vol.27, No.2, pp.325-329.

34. Haskell E.H., Kenner G.H. and Hayes R.B. Electron paramagnetic resonance dosimetry of dentine following removal of organic material. Health Phys., 1995, Vol.68, No 4, pp.579-584.

35. Hoshi M., Sawada S., Ikeya M. and Miki T. ESR dosimetiy for A-bomb survivors. ESR Dating and Dosimetry, Tokyo, IONICS, 1985.

36. Ignatiev E.A., Romanyukha A.A.; Koshta A.A. and Wieser A. Selective Saturation Method for EPR Dosimetry with Tooth Enamel. Appl. Radiat. Isot., 1996, Vol.47(3): pp.333-337.

37. Ikeya M. New applications of Electron Spin Resonance: Dating, Dosimetiy and Microscopy. - World Scientific, Singapore, New Jersey, London, Hong kong, 1993.

38. Ikeya M., Miki T. ESR dating of animal and human bones. Science, 1980, Vol.207, pp.977-979.

39. Ikeya M., Miki Т., Kai., Hoshi H. ESR dosimetry of A-bomb radiation using tooth enamel and granite rocks. Radiat. Protect. Dos., 1987, Vol.17, pp.181-184.

40. Ikeya M., Miyajima J., Okajama S. ESR Dosimetry for Atomic Bomb Survivors Using Shell Buttons and Tooth Enamel. Jap. J. Appl. Phys., 1984, Vol.23, pp.L697-L699.

41. Ivannikov A.I., Skvortsov V.G., Stepanenko V.F., Tikunov D.D., Takada J and Hoshi M. EPR tooth enamel dosimetry: optimization of the automated spectra deconvolution routine. Health Physics, Aug. 2001, Vol.81, No 2, pp. 124-137.

42. Ivannikov A.I., Skvortzov V.G., Stepanenko V.F., Tikunov D.D., Fedosov I.M., Romanyukha A.A. and Wieser A. Wide-scale EPR retiospective dosimetiy: results and problems. Radiat. Prot. Dosim., 1997, Vol.71, pp. 175-180.

43. Ivannikov A.I., Skvortzov V.G., Stepanenko V.F., Tikunov D.D., Fedosov I.M., Romanyukha A.A., Wieser A. Wide Scale EPR Retrospective Dosimetiy. Results and Problems. Rad. Prot. Dosim , 1997, Vol.71, pp. 175-180.

44. Ivannikov A.I.,.Skvortsov V.G, Stepanenko V.F., Tsyb A.F., Khamidova L.G., Tikunov D.D.. Toth enamel EPR dosimetry: sources of error and their correction. Applied radiation and Isotopes, 2000, Vol.52, pp. 1291-1296.

45. Iwasaki M., Miyazawa C, Uesawa Т., Itoh I. And Niwa K. Differences in the radiation sensitivity of human tooth enamel in an individual and among the individuals in dental ESR dosimetry. Radiaisotopes, 1995, Vol.44, pp.785-788.

46. Kay M.I., Young R.A. and Posner A.S. Crystal structure of hydroxyapatite. Nature, 1964, Vol.204, pp. 1050-1052.

47. Kerebel В., Daculsi G. and Kerebel L.M. Ultrastructural studies of enamel crystallites. J. Dent. Res., 1979, Vol.58(Spec. issue B), p.844.

48. Koshta A.A., Wieser A., Ignatiev E.A., Bayankin S., Romanyukha A.A., Degteva M.O. New computer procedure for routine EPR-dosimetiy on tooth enamel. Description and verification. Appl. Radiat. Isot., 2000, Vol.52(5), pp.1287-1290.

49. LeGeros R.Z. Effect of carbonate on the lattice parameters of apatite. Nature, 1965, Vol.4982, pp.403-404.

50. Mascarenhas S., HaseGawa A., Takeshita K., ESR dosimetiy of bones from Hiroshima A-bomb site. Bull. Am. Phys. Soc, 1973, Vol.18, p.579.

51. Meckel A.H., Griebstein W.J., Neal R.J. Ultrastructure of fully calcified human dental enamel. In "Tooth enamel". - Ed. By M.V. Stack and R.W. Feanihead. Bristol, John Wright and Sons, Ltd., 1965, pp. 160-162.

52. Nakamura N., Katanic J.F., Miyazava С Contamination from possible solar light exposures in ESR dosimetry using human tooth enamel. J. Radiat. Res., 1998, Vol.39, pp. 185-191.

53. Napier B.A., Shagina N.B., Degteva M.O., Tolstykh E.I., Vorobiova M.I., Anspaugh 1..R. Preliminary uncertainty analysis for the doses estimated using the Techa River Dosimetry System-2000. Health Phys., 2001, Vol.81, pp.395-405.

54. Nilsson J., Lund E., Lund A. The effects of UV-irradiation on the ESR-dosimetiy of tooth enamel. Appl Radiat Isot., 2001, Vol.54, pp. 131-139.

55. Okladnikova N.D., Pestemikova V.S., Sumina M.V. and Doshchenko V.N. Occupational diseases from radiation exposure at the first nuclear plant in the USSR. Sci. Total Environ., 1994, Vol.142, pp.9-17.

56. Oliveira L.M., Rossi A.M, Lopes R.T. Gamma dose response of synthetic A-type carbonated apatite in comparison with the response of tooth enamel. Appl. Radiat. Isot., 2000, Vol.52, pp. 1093-1097.

57. Pass В., Aldrich J.E. and Scallion P.L. An analisis of paramagnetic centers in iixadiated dentin using electron spin resonance. Calcif Tissue In., 1990, Vol.46, pp. 166-168.

58. Pass В., Aldrich J.E. Dental enamel as an in vivo radiation dosimeter. - Med. Phys., 1991, Vol.12, pp.305-307.

59. Pass В., Baranov A.E., Kleschenko E.D., Aldrich J.E., Scallion P.L. and Gale R.P. Collective biodosimetry as a dosimetryc "Gold standard". A study of three radiation accidents. Health Physics, 1997, Vol.72, pp.390-396.

60. Posner A.S., Perloff A., and Diorio A.F. Refinement of the hydroxyapatite structure. Acta Cristallogr., 1958, Vol.11, pp.308.

62. Robinson D., Fuchs C , Deutsch P., Weatherell D. Four chemically distinct stages in developing enamel from bovine incisor teeth. Caries Res., 1981, Vol.12, pp. 1-11.

63. Romanyukha A.A., Degteva M.O., Kozheurov V.P., Wieser A., Ignatiev E.A., Voiobiova M.I., Jacob P. Pilot study of the population of the Ural region by EPR tooth dosimetiy. Radiat Environ. Biophys., 1996, Vol.35, pp.305-310.

64. Romanyukha A.A., Desrosiers M.F., ReguUa D.F. Current issues on EPR dose reconstruction in tooth enamel. Appl. Radiat. Isot., 2000, Vol.52, pp. 1265-1273.

65. Romanyukha A.A., Hayes R.B., Haskell E.H. and Kenner G.H. Geographic Variations in the EPR Spectrum of Tooth Enamel. Radiat. Protect. Dosim., 1999, Vol.84, pp.445-449.

66. Romanyukha A.A., Ignatiev E.A., Degteva M.O., Kozheurov V.P., Wieser A., Jacob P. Radiation doses from Ural region. - Nature, 1996, Vol.381, pp. 199-200.

67. Romanyukha A.A., Ignatiev E.A., Ivanov D.V., Vasil'ev A.G. The distance effect on the individual exposures evaluated from the soviet nuclear bomb test at Totskoye test site in 1954. Radiat. Protect. Dosim., 1999, Vol.86, No. 1, pp.53-59.

68. Romanyukha A.A., Ignatiev E.A., Vasilenko E.K., Drozliko E.G., Wieser A., Jacob P., Keriim-Markus 1.В., Kleschenko E. D., Nakamura N., Miyazawa C. EPR dose reconstruction for Russian nuclear workers. Health Phys., 2000, Vol.78, pp. 15-20.

69. Romanyukha A.A., Regulla D. Aspects of retrospective dosimetry. Appl. Radiat. Isot., 1996, Vol.47, pp. 1293-1297.

70. Romanyukha A.A., Regulla D., Vasilenko E., Wieser A. South Ural nuclear workers: Comparison of individual doses from retrospective EPR dosimetiy and operational personal monitoring. Appl. Radiat. Isot., 1994, Vol.45, pp.1195-1199.

71. Rossi A.M., Wafcheck C.C, de Jesus E.F., Pelegrini F.. Electron spin resonance dosimetry of teeth of Goiania radiation accident victims. Applied Radiation and Isotopes, 2000, Vol.52, pp.1297-1303.

72. Sholom S.V., Haskell E.H., Hayess R.B., Chumak V.V.and Keimer G.H.. Influence of crushing and additive irradiation procedures on epr dosimetiy of tooth enamel. Radiation measurements, 1997, Vol. 00, No. 0, pp. 1-7.

73. Skvortsov V.G., Ivaimikov A.I., Stepanenko V.F., Tsyb A.F., Kliamidova L.G., Kondrashov A.E., Tikunov D.D. Application of EPR retrospective dosimetry for large-scale accidental situation. Appl. Radiat. Isot., 2000, Vol.52, pp. 1275-1282.

74. Skvortzov V.G., Ivannokov A.I., Eichhoff Uwe. Assessment of Individual Accumulated Irradiation Doses using EPR Spectroscopy of Tooth Enamel. Journal of Molecular Struc ture, 1995, Vol.347, pp.321-330.

75. Sudarsanan K. and Young R.A. Significant precision in ciystal stmcture details: Holly springs hydroxyapatite. Acta Cristallogr., 1969, Vol.25B, p. 1534.

76. Swartz H.M. Long lived electron spin resonance in rats irradiated at room temperature. Radiat. Res., 1965, Vol.24, pp.579-583.

77. Tatsumi J.M., Okajima S. ESR dosimetry using human tooth enamel. ESR Dating and Dosimetry, Tokyo, IONICS, 1985.

78. Tolstykh E.I., Degteva M.O., Kozheurov V.P., Shishkina E.A., Romanyukha A.A., Wieser A. and Jacob P. Strontium metabolism in teeth and enamel dose assessment: analysis of the Techa river data. Radiat. Environ. Biophys., 2000, Vol.39, pp. 195-199.

79. Vugman N.V., Rossi A.M., Rigby S.E.J. EPR Dating СОг' Sites in Tooth Enamel Apatites by ENDOR and Triple Resonance. Appl. Radiat. Isot., 1995, Vol.46, pp.313-315.

80. Wieser A., Haskell E., Kenner A.D., Bruenge F. EPR dosimetiy of bone gains accuracy by isolation of calcified tissue. Appl. Radiat. Isot., 1994, Vol.45, pp.525-526.