Файл: Быховский, А. В. Горячие аэрозольные частицы при техническом использовании атомной энергии.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.10.2024
Просмотров: 96
Скачиваний: 0
высоким уровнем безопасности». Однако, |
по мнению |
А. Лонга, в свете данных, накопленных за |
последние |
10 лет, остается неясным, действительно ли этот риск оправдан пользой, которую приносит производство и применение плутония, и имеются основания для беспо койства относительно установленных допустимых уров ней концентрации плутония в воздухе.
Рассматривая три модели легких, предложенные в
1959 г. [202], 1966 |
г. [41] и 1970 г. |
[203], автор |
отмечает: |
а) увеличение |
рекомендуемой |
величины |
биологиче |
ского периода полувыведения двуокиси плутония из ды хательной области легких (соответственно 305, 500 и 1000 дней);
б) увеличение доли вдыхаемого плутония, остающе гося в дыхательной части легких с достаточно продол жительным периодом полувыведения (согласно первой модели 12,5%; согласно второй модели 5,4% для частиц размером 10 мкм, 13,2% для частиц 1,0 мкм, 30% для частиц 0,1 мкм; согласно третьей модели 30% для ча стиц 3 мкм) ;
в) увеличение рекомендуемого значения доли плуто ния, поступившего в лимфатическую систему и задер жанного в ней (согласно второй модели 13,5%), согласно третьей модели 40%)-
Отмечая локальный характер радиационных повреж дений ткани вблизи частиц плутония, автор приводит ве личину локальной дозы облучения ткани в области ши риной 45 мкм вокруг частиц; даже для мельчайших частиц (0,1 мкм) мощность дозы составляет 14,4 бэр/не деля, увеличиваясь для частиц 1,0 мкм до 1,41-ІО4 и для частиц 10 мкм до 1,05-ІО7 бэр/неделя. Согласно наблю дениям Бэйра и др. [203—206], рак легких у собак яв ляется следствием попадания в легкие 0,05 мккюри плу тония, т. е. количества, лишь в три раза превышающего
рекомендованное МКРЗ в |
1959 г. |
Но, как |
указывает |
Лонг, это значение — лишь |
верхняя |
оценка |
количеств |
плутония в легких, приводящих к смертельному исходу. Эксперименты по нижней оценке активности, которая оказывает отдаленные последствия, только начинаются.
Интересны приведенные на рис. 1.16 данные о зави симости продолжительности жизни собак от количества плутония в легких к моменту гибели животных [204, 207]. Экстраполяция наклонной прямой на этом рисунке ко времени выживания 50 лет показывает, по мнению Лон
53
га, что активность плутония в легких при этом должна составить всего 0,0006 мккюри.
Высокая биологическая эффективность плутония увя зывается автором с особо высоким уровнем облучения лимфатической ткани (в 100 раз выше, чем легких), хотя МКРЗ продолжает в 1969 г. отстаивать мнение, что это не должно учитываться при обосновании ПДУ.
Рис. 1.16. Зависимость продолжи тельности жизни собак от количества плутония в легких к моменту гибели животных (.4 — средняя продолжи тельность жизни собак).
Вцелом концепция А. Лонга представляет интерес как свидетельство необходимости более глубоких иссле дований по оценке зависимости биологического эффекта радиоактивных аэрозолей от их удельной активности.
Работы советских исследователей свидетельствуют о необходимости снижения нормативов по 2S9Pu, предло женных ранее МКРЗ [208].
Всвязи с разработкой проблемы горячих частиц воз никает необходимость вероятностной оценки лучевой на
грузки органов дыхания при задержке в них малого ко личества радиоактивных частиц. В упоминавшейся выше модели легочной динамики проблемной группы МКРЗ не учитывается статистическая природа попадания в легкие единичных аэрозольных частиц и их дальнейшего поведения в органах дыхания. Поэтому потребовалась разработка специальной математической модели расчета облучения органов дыхания единичными радиоактивны ми частицами [209]. Согласно этой модели вычисляют вероятность задержки радиоактивных частиц в легких.
Например, при СДК плутония в воздухе |
рабочих поме |
|
щений 1,7-ІО”15 кюри/л |
(если в воздухе |
имеются толь |
ко частицы размером |
1,3 мкм и активностью 1,бХ |
|
ХІ0~10 кюри) при длительности работы в течение одного квартала вероятность отсутствия таких частиц в легоч
ном отделе составляет 6,7%, |
присутствия |
одной ча |
|||
стицы— 3,4%, |
двух |
частиц — 8,4%, |
трех |
частиц — |
|
14,0%, четырех |
частиц— 17,5%, |
пяти |
частиц— 17,5%, |
||
шести частиц— 14,6%, |
семи частиц— 10,4%, |
восьми ча |
|||
стиц— 6,5%, девяти частиц — 3,6 %• Исходя |
из получен |
||||
ных данных, вычисляют вероятность превышения задан ного уровня облучения легочной ткани. Как показали расчеты, эта вероятность зависит как от значения дозы, так и от размера частиц. Максимальное значение веро ятности превышения заданной дозы для суточной ПДД наблюдается в диапазоне размеров частиц 0,3—2,0 мкм,
для недельной |
ПДД — 0,6—2,0 |
мкм, |
для |
квартальной |
П Д Д — 1,3—2,0 |
мкм. В работе |
[209], |
где |
вычисления |
выполнены с учетом значения СДК для плутония и по отношению к легким в целом, значения вероятности пре вышения ПДД невелики— 10_1 — ІО'6. Однако в случае установления допустимых уровней локального облуче ния возрастает вероятность их превышения в связи с за держкой единичных радиоактивных частиц, и описанная в этой работе математическая модель приобретает прак тическое значение.
В работе [209] помещена последняя, более дифферен цированная схема задержки и выведения активности, поступившей в органы дыхания с аэрозольными части цами (рис. 1.17). Целесообразно последующие расчеты в этой области вести с учетом данной схемы.
Выявление возможного влияния горячих частиц на заболеваемость работающих и населения сопряжено с весьма серьезными трудностями, определяемыми особен
ностью эпидемиологии злокачественных новообразова ний. Латентный период развития опухолей легких у че ловека, даже при массивном воздействии ионизирующей радиации, составляет в среднем более 10 (до 30) лет.
Рис. 1.17. Уточненная схема задержки и выведения радиоактив ного материала, поступившего в органы дыхания с аэрозоль ными частицами.
Относительно низкая концентрация горячих частиц в ат мосферном воздухе и весьма ограниченный контингент лиц, подвергавшихся влиянию таких аэрозолей в произ водственных условиях, — обстоятельства, объективно ограничивающие проявление канцерогенного действия
56
радиации. Еще до появления горячих частиц во всех странах отмечался рост заболеваемости раком легких в связи с воздействием ряда канцерогенных факторов. Если бы экспериментальные данные подтвердили воз можность канцерогенного влияния горячих частиц в тех концентрациях, в которых они встречались в атмосфере и могут присутствовать в воздухе производственных по мещений, даже в этом случае выявление фактического их влияния на уровень заболеваемости будет резко ос ложнено '.
По имеющимся в настоящее время данным можно лишь в самой предположительной форме обосновать по вышенную настороженность по отношению к тем аэро золям, которые состоят из отдельных респирабельных частиц с высокой удельной и абсолютной активностью. Даже если средняя концентрация таких аэрозолей не превышает установленных значений предельно допусти мой (среднегодовой) концентрации, наличие в составе аэрозоля нерастворимых частиц активностью ІО-10 — ІО'9 кюри может с учетом недостаточности современных знаний рассматриваться как обстоятельство, обосно вывающее применение усиленных защитных мероприя тий, в том числе индивидуальных средств защиты.
Но с полной определенностью уже в настоящее время может быть сделан вывод о необходимости научного изучения и учета наличия горячих частиц в воздухе, ко торый поступает в органы дыхания работающих и насе ления. Без такого учета будут невозможны клинико- и морфолого-гигиенические параллели в будущих исследо ваниях. Кроме того, уже в настоящее время учет абсо лютной и удельной активности аэрозольных частиц спо собен углубить исследования, посвященные как биологи ческому действию аэрозолей, так и профилактике аэро зольной опасности на производстве.1
1 При этом необходимо дополнительно иметь в виду возмож ность комбинированного действия в реальных условиях ионизирую щей радиации и химических канцерогенных агентов [166, 167].
ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ Г Л А В А 2 ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЯЧИХ
АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ
Радиоактивные аэрозоли при техническом использо вании атомной энергии могут возникать теми же двумя основными способами, как и неактивные, т. е. путем дис пергирования твердых или жидких радиоактивных ве ществ либо путем конденсации радиоактивных паров. Во втором способе следует различать конденсацию на молекулах или на молекулярных агрегатах самого ра диоактивного пара при очень высоком пересыщении (спонтанная конденсация) и конденсацию радиоактив ного пара на неактивных пылинках или на атмосферных ядрах конденсации.
Однако существуют и специфические источники обра зования радиоактивных аэрозолей: возникновение радио активного аэрозоля в результате активации первона чально неактивных частиц в мощных потоках нейтронов, а также образование весьма тонкодисперсного аэрозоля при вылете ядерных частиц с поверхности радиоактив ного препарата в результате обратной отдачи радиоак тивных атомов или агрегатов, содержащих вместе с не активными атомами несколько радиоактивных [210] ’. С точки зрения образования высокоактивных частиц по следний механизм представляет скорее чисто теоретиче ский интерес, и то лишь для таких высокорадиоактивных изотопов, как полоний и плутоний, и поэтому в дальней шем не обсуждается.
Образование горячих аэрозольных частиц сопровож дает работу разных установок и различные операции с радиоактивными веществами в атомной промышленно-1
1 Наиболее, пожалуй, специфичным механизмом образования ра диоактивных частиц является сложная комбинация конденсационно коагуляционных процессов, происходящих при ядерном взрыве. Под робно об этом говорится в гл. 4.
сти и технике [211]. Особенно большое разнообразие операций, могущих привести к образованию радиоактив ных частиц, присуще технологическим процессам обра ботки ядерного горючего [212]. В общем случае с точки зрения аэрозольного загрязнения наиболее опасны опе рации, связанные с диспергированием радиоактивных веществ, а также высокотемпературные процессы, со провождаемые конденсированием радиоактивного пара, однако некоторый (хотя и очень малый) вклад в аэро зольную активность может дать и нейтронная активация.
2.1. ДИСПЕРГИРОВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
СВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТЬЮ
Впроцессах диспергирования часть радиоактивного материала переходит в аэрозольное состояние под влия нием как внешних, так и внутренних воздействий, напри мер коррозии. Если удельная активность диспергируе мого материала высока (более 0,01 кюри/г), то радио активность возникших при диспергировании частиц достаточна для их дискретного обнаружения. Так, актив ность частицы размером 5 мкм из материала с удельной активностью 0,01 кюри/г составит 5• 10—12 кюри при плотности, равной 8 г/см3.
Процессы диспергирования чрезвычайно разнообраз ны и сложны, и в настоящее время нет теории, которая описывала бы их исчерпывающим образом.
Единственным распределением размеров частиц, ко торое может быть получено теоретически для систем, образующихся при длительном диспергировании, яв
ляется логарифмически нормальное распределение, уста новленное академиком А. Н. Колмогоровым в 1940 г. [213]. Предпочтение, отдаваемое многими исследователя ми логарифмически нормальному распределению разме ров частиц, объясняется не только соображениями удобств решения практических задач, но и тем обстоя тельством, что оно связано с физической сущностью об разования аэрозольных систем в результате различных процессов диспергирования.
Аэрозольные частицы, образовавшиеся в результате диспергирования различных материалов при разных ус ловиях, могут резко различаться по своим свойствам и структуре. При обычных температурах агломерация образовавшихся частиц играет, как правило, второсте
59