Глава 5

РЕТРОСПЕКТИВНАЯ ЭПР-ДОЗИМЕТРИЯ НА ЗУБНОЙ ЭМАЛИ: ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОЗОВЫХ НАГРУЗОК У ОЧЕВИДЦЕВ ИСПЫТАНИЙ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ НА ТОЦКОМ ПОЛИГОНЕ

Задача реконструкции доз, то есть их определения спустя длительное время (месяцы, годы и десятки лет) после облучения, имеет исключительно важное социальное значение для адресной реабилитации пострадавшего населения, кроме того она необходима для эпидемиологических исследований, когда изучается связь между уровнем заболеваемости и величиной полученной дозы. В последнем случае конечной целью является определение коэффициентов риска возникновения того или иного радиационно-индуцированного заболевания. Знание коэффициентов риска облучения необходимо для определения порога безопасности радиации и правильного проектирования и размещения защитных сооружений и устройств вблизи источников облучения. В настоящее время известно несколько методов реконструкции доз, среди них:

Метод ретроспективной дозиметрии на зубной эмали (наиболее минерализованной кальцифицированной ткани человеческого организма) в последние годы успешно применялся для реконструкции доз облучения жертв атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки и Чернобыльской аварии (Ikeya et al., 1984; Ishii, Ikeya, 1990), населения долины реки Теча, употреблявшего длительное время воду, содержавшую высокую концентрацию радиоактивных отходов (Romanyukha et al., 1996 a,b), рабочих первого советского комбината по производству оружейного плутония "Маяк" (Romanyukha et al., 1994, 1996 c) и в некоторых других случаях (Romanyukha, Regulla, 1996).

Цель настоящего раздела - дать описание физических основ и характеристик метода ретроспективной ЭПР дозиметрии с иллюстрацией возможностей этого метода для определения дозовых нагрузок у очевидцев испытаний ядерного оружия на Тоцком полигоне в 1954 г.

  1. Физические основы метода

Метод ретроспективной ЭПР дозиметрии основывается на измерении концентрации радиационно-индуцированных радикалов в гидроксиапатите Ca10(PO4)6(OH)2, который является основной минеральной составляющей зубов и костей большинства животных и человека (Ikeya et al., 1984; Ishii, Ikeya, 1990; Romanyukha et al.,1994; Romanyukha et al., 1996 а, в ; Callens et al., 1987; Wieser et al., 1996; Schwarcz, 1985; Romanyukha et al., 1996 г). Решетка гидроксиапатита имеет гексагональную структуру, пространственная группа P63/m, a=b=0,9432 нм и c=0,6881 нм. Гидроксильные группы расположены вдоль гексагональной оси с, тогда как фосфатные группы распределяются как равнобедренные треугольники вокруг гексагональной оси. Процесс минерализации биологических апатитов в значительной степени определяется присутствием и локализацией карбонатных ионов в кристаллической решетке. Карбонатные радикалы СО32- могут замещать как ОН- (А-узел) так и РО43- (В-узел) в решетке гидроксиапатита. Например, около 4% апатита человеческой зубной эмали составляют карбонатные группы, которые замещают как фосфатные, так и гидроксильные ионы в пропорции 9:1 соответственно. Подобная ситуация характерна и для других гидроксиапатитов естественного происхождения. Условно, химическая формула карбонированного гидроксиапатита может быть записана в виде Ca10[(PO4)6-x(CO3)x][(OH)2-2y(CO3)y], где х характеризует В замещение, а у - А замещение. Для гидроксиапатита зубной эмали x@ 0.039, y@ 0.001.

Гидроксиапатит составляет 95-97% зубной эмали, 70-75% дентина, и 60-70% костной ткани, поэтому зубная эмаль является наиболее подходящим материалом для целей ретроспективной дозиметрии. Человеческая зубная эмаль является кальцифицированной тканью, обладающей особыми свойствами. В отличие от других костных тканей, у взрослых людей она не обладает клеточной структурой, то есть фактически является минералом (единственным) в живом организме. Размер кристаллитов гидроксиапатита в зубной эмали составляет от десятков до сотен нанометров.

Достаточно давно известно (Ikeya et al., 1984; Ishii, Ikeya, 1990; Romanyukha et al.,1994; Romanyukha et al., 1996 a,c; Callens et al., 1987; Wieser et al., 1996; Schwarcz, 1985; Romanyukha et al., 1996 d), что облучение ионизирующим излучением карбонированных апатитов приводит к возникновению радиационно-индуцированных стабильных радикалов СО2-, СО3-. Измеренная высокая спиновая концентрация 1017 спин на грамм, предполагает, что эти радикалы происходят, в основном, из распада радикала СО32- после облучения. Одним из наиболее прецизионных методов измерения концентрации свободных радикалов является электронный парамагнитный резонанс. При этом важно отметить, что необлученный карбонированный гидроксиапатит имеет относительно широкий резонансный сигнал, практически не зависящий от облучения. Радиационно-индуцированные СО2- группы могут, в принципе, занимать позиции в как В- так и А-узлах решетки гидроксиапатита. Концентрация радиационно-индуцированных радикалов и отсюда интенсивность ЭПР сигнала увеличивается пропорционально поглощенной дозе от примерно 100 мГр до свыше 100 кГр, что является диапазоном важным для реконструкции аварийных доз облучения. Наиболее стабильный радиационный радикал в зубной эмали - CO2- (Callens et al., 1987). При 25° C его временная стабильность была оценена как 107 лет (Schwarcz, 1985). Это свойство карбонированного гидроксиапатита может быть использовано для дозиметрических и археологических (определение возраста) целей. Как дозиметр, зубная эмаль чувствительна к большинству типов облучения - ?, ?, +, Ачнтгеновскому, ультрафиолетовому и облучению тяжелыми ионами (Labarthe et al., 1973; Schwarcz, 1985; Grun, Katzenberger-Apel, 1994; Romanyukha et al.,1994; Romanyukha et al.,1996 а, в, г ; Romanyukha, Regulla, 1996; Stuglik, Sadlo, 1996; Wieser et al., 1996; Ivannikov et al., 1997). К сожалению, до сих пор нет публикаций, подтверждающих применимость зубной эмали для реконструкции доз нейтронного облучения. Результаты, полученные с помощью двойного электронно-ядерного резонанса (ДЭЯР),указывают, что СО2- группы, используемые для археологического датирования или дозиметрии, происходят из СО32-, занимающих узлы РО43- с более слабым смещением карбонатных групп по сравнению с фосфатными (Vugman et al., 1995). Такой вывод согласуется с гипотезой о зарядовой компенсации в карбонированных гидроксиапатитах : замещение РО43- ионом СО32- приводит к формированию кислородной вакансии и одновременной потере Са2+ и ОН- из соседних узлов (Labarthe et al., 1973). Такой зарядово-компенсационный процесс и дальнейшая радиационно-индуцированная трансформация карбонатных групп в СО2--радикалы стабилизирует конфигурацию гидроксильных групп вокруг парамагнитных центров.

  1. Описание процедуры реконструкции индивидуальных доз методом ЭПР

Процедура реконструкции доз методом ЭПР может быть условно разделена на несколько этапов:

Для каждого этапа этой процедуры существует ряд важных критических моментов, которые необходимо принимать во внимание при выполнении реконструкции доз облучения.

Сбор образцов. При организации сбора образцов в определенной местности, предположительно пострадавшей от радиационного воздействия, желательно иметь в выборке собранных зубов представительство всех возрастных категорий населения, поскольку люди разного возраста имеют различный метаболизм радионуклидов и разные модели поведения, что обусловливает различную дозовую нагрузку для них. Кроме того, выполнение реконструкции доз облучения для всех возрастных категорий позволяет построить (или восстановить) зависимость доза-возраст, из которой можно оценить среднегодовую мощность дозы в данной местности и среднюю аварийную дозу. Эти два параметра, как правило, могут быть также рассчитаны теоретически на основе какой-либо выбранной модели, то есть, другими словами, метод ЭПР дозиметрии может быть использован для верификации использованной модели. Здесь важно отметить, что не все собранные зубы пригодны в равной степени для целей ЭПР дозиметрии. Как правило, все они были удалены по медицинским показаниям, другими словами, это - больные зубы. При некоторых заболеваниях зубов как минеральный состав, так и концентрация карбонатных ионов могут значительно изменяться (Brik et al., 1996). Поэтому при подготовке образца для ЭПР измерений необходимо отбирать только здоровую зубную эмаль. Кроме того, как хорошо известно, зубы взрослого человека (всего 32) могут быть разделены на четыре группы: коренные (моляры), предкоренные (премоляры), клыки и резцы. Для коренных зубов существует также специальная подгруппа зубов мудрости. Все перечисленные выше типы зубов различаются формой, толщиной эмали, положением во рту, временем вырастания и, вследствие всего этого, геометрией и временем облучения. В случае внутреннего облучения существует также различие в метаболизме для различных типов зубов. Более того, как стало недавно известно (Ivannikov et al., 1997 in litt.), солнечный свет также может дать существенный вклад в дозу, поглощенную зубной эмалью передних зубов (до 200 мГр). В силу этого, значительно лучше для последующей реконструкции доз облучения отбирать коренные и премоляры или использовать внутреннюю (лингвальную), прилегающую к языку часть зубной эмали для клыков и резцов.

Подготовка образцов к ЭПР измерениям. Главная цель этого этапа - отделить друг от друга различные ткани зуба: эмаль, дентин и цемент, а затем удалить из них органическую компоненту. Это необходимо сделать, потому что дентин и цемент по сравнению с зубной эмалью имеют в своем составе более значительное количество органики (для сравнения соответственно 30% и 2%), которая обладает интенсивным широким сигналом ЭПР, маскирующим радиационный ЭПР отклик.

Различные исследователи используют различные методы подготовки образцов из зубов. На первом этапе обычно с помощью алмазного диска отделяют корень (нижняя часть зуба, покрытая цементом) от коронки (верхняя часть зуба, покрытая эмалью). Далее на коронке производят механическое отделение зубной эмали от дентина с помощью зубоврачебного бора и алмазного диска. Важный момент здесь - избежать перегрева образца, так как он может вызывать появление дополнительного сигнала ЭПР. Однако зубная эмаль представляет собой кристаллиты гидроксиапатита в форме стерженьков (@ 97%), прочно связанных органической матрицей (2-3%). Для того чтобы отделить эту органическую компоненту, применяется специальная долговременная ультразвуковая обработка в концентрированном растворе NaOH (Romanyukha, Regulla, 1996; Romanyukha et al., 1996 c). Химическое травление поверхностного слоя зубной эмали с помощью ультразвуковой обработки в уксусной кислоте позволяет удалить поверхностный слой, наиболее сильно подверженный различным внешним воздействиям, которые могут обусловить возникновение нежелательных сигналов ЭПР в спектре образца. Из-за ориентационной зависимости ЭПР спектра зубную эмаль необходимо размолоть в порошок с размером зерен 0,3-0,5 мм. Для измерений лучше выделять только один размер зерна с помощью сит, поскольку существует определенная зависимость радиационной чувствительности от размера зерна (Haskell et al., 1996). Кроме того, механическая деформация также может вызывать дополнительный сигнал ЭПР, усложняющий спектр (Desrosiers et al., 1989). В целом один из возможных вариантов приготовления образцов из зубных тканей приведен на рисунке 7 (Romanyukha, Regulla, 1996).

ЭПР измерения. ЭПР спектр записывается при комнатной температуре с помощью спектрометра, работающего, как правило, в Х диапазоне (9-10 ГГц). Для целей реконструкции доз облучения ЭПР спектр зубной эмали обычно интерпретируется в терминах двух главных компонент (рис. 8). Первая компонента - широкий фоновый (или так называемый нативный) сигнал с g-фактором вблизи 2,005. Этот сигнал также имеет собственную внутреннюю структуру и его происхождение в настоящее время не определено полностью, однако ясно, что его параметры не зависят существенно от облучения. Частично он связан с органической компонентой зубной эмали, поэтому его интенсивность может быть уменьшена на 40-50% с помощью химической обработки, как это было описано в предыдущем разделе. Вторая компонента спектра зубной эмали полностью связана с облучением (рис. 8). Она имеет анизотропную форму линии (g1=2,002, g2=1,997) с шириной линии 0,4 mT и определяется, в основном, CO2- радикалами (Callens et al., 1987). Этот последний сигнал и используется для ретроспективной ЭПР дозиметрии. К сожалению, даже в случае использования специальной химической обработки при дозах ниже 200 мГр широкий фоновый сигнал полностью закрывает радиационный, что приводит к необходимости вычитания этого фонового сигнала из спектра зубной эмали. В целом, два различных подхода применяются для решения этой проблемы: компьютерная симуляция фонового или радиационного сигналов (Ishii et al., 1990; Desrosiers, 1993; Egersdorfer et al., 1996; Oduwole et al., 1993), и использование фоновой ЭПР компоненты от специально приготовленного образца необлученной зубной эмали (Shimano et al., 1989). Недавно был предложен альтернативный подход селективного микроволнового насыщения фоновой компоненты спектра (Ignatiev et al., 1996). Он основан на различии вида зависимости от микроволновой мощности для определенных выше двух компонент спектра облученной зубной эмали. Этот метод заключается в вычитании ЭПР спектра зубной эмали, записанного при относительно низкой мощности (например, 2 мВт), из записанного при более высокой (12 мВт). Применение этого метода позволяет реконструировать дозы свыше 100 мГр.

Рис. 7. Спектр ЭПР облученной зубной эмали (образец ? 1). Стрелками указаны пики радиационной компоненты спектра. На спектре выделен пик радиационного сигнала, используемый для реконструкции дозы.

Дозиметрическая калибровка радиационного ЭПР отклика. Амплитуда или интегральная интенсивность сигнала вблизи g=2,0018 обычно используется в качестве радиационного отклика или меры концентрации радиационно-индуцированных радикалов в гидроксиапатите (рис. 8). Для того чтобы откалибровать ЭПР отклик в единицах радиационной дозы используются два метода: 1) дополнительное облучение образца известной дозой, обычно от источника 60Co с последующими ЭПР измерениями и определением исходной дозы с помощью обратной экстраполяции; 2) использование универсальной калибровочной линии (ЭПР отклик-доза), полученной с помощью описанной выше процедуры дополнительных облучений и ЭПР измерений на некотором специально приготовленном стандартном образце (Skvortzov et al., 1995). В первом методе для реконструкции дозы образец обычно 4-5 раз подвергают дополнительному облучению известной дозой 100-1000 мГр, для индивидуальной дозовой калибровки образца, поскольку радиационная чувствительность зубной эмали варьирует в пределах 10-15% для различных индивидуумов (Egersdorfer et al., 1996). Использование второго метода на основе универсальной калибровочной линии увеличивает погрешность реконструкции дозы на указанную выше величину индивидуальной вариабельности, однако этот метод требует значительно меньше времени для определения дозы и при этом, в отличие от первого метода, образец сохраняет первоначальную дозу облучения. Важно понимать, что использование источника 60Co для калибровочной процедуры автоматически предполагает, что доза, которая должна быть реконструирована, была также получена в результате облучения от источника со спектром, аналогичного калибровочному.

Рис. 8. Изменение спектра зубной эмали при облучении (образец ? 4, доза дооблучения 1,5 Гр). Стрелками указаны пики радиационного сигнала.

Интерпретация полученных результатов. Главная проблема интерпретации результатов ЭПР реконструкции - определить как полученная доза в зубной эмали соотносится с дозами, определенными на основе общепринятых методов или расчетов, сделанных в соответствии с рекомендациями Международного комитета по радиационным единицам (ICRU) и Международного комитета по радиационной защите (ICRP). Одновременно преимуществом и недостатком ЭПР дозиметрии на зубной эмали является то, что этот метод определяет полную прижизненную дозу, поглощенную в зубной эмали, включая не только дозу облучения, полученную из-за радиационной аварии или на специальном производстве, но и вклады от естественного радиоактивного фона, внутреннего облучения, обусловленного естественным содержанием радиоизотопов в человеческом теле, медицинских рентгеновских и радиоизотопных исследований, радона и т.п. (Vugman et al.,1995). Интерпретация результатов ЭПР реконструкции доз внутреннего облучения усложняется отсутствием необходимых моделей пересчета дозы, поглощенной зубной эмалью в дозу, поглощенную, например, скелетом или костным мозгом, как это принято в дозиметрии внутреннего облучения. В последнем случае сравнительное ЭПР исследование различных кальцифицированных тканей человека (и не только) может дать важную информацию о соотношении величин доз, поглощенных в зубной эмали, дентине и костях и концентрации накопленных радионуклидов. В целом подходы, используемые при интерпретации результатов ЭПР реконструкции доз облучения, существенно различаются для случаев внутреннего и внешнего облучений.

Реконструкция индивидуальных поглощенных доз у очевидцев испытания ядерного оружия на Тоцком полигоне методом ЭПР дозиметрии на зубной эмали

Для проведения ЭПР исследований было собрано 5 зубов четырех жителей Тоцкого и Красногвардейского районов Оренбургской области, находившихся на разном расстоянии от эпицентра ядерного взрыва в 1954 г. Все зубы были удалены согласно медицинским показаниям. В таблице 38 приведены возраст доноров зубов, тип зуба и расстояние от эпицентра, на котором находились доноры в момент взрыва.

Образцы зубной эмали для ЭПР измерений были приготовлены по методике, описанной в предыдущем разделе. К сожалению, из-за высокой поврежденности кариесом масса образцов зубной эмали была довольно низкой - 30-50 мг, что существенно понизило точность реконструкции дозы облучения. ЭПР спектры записывались при комнатной температуре на гомодинном спектрометре ERS-231 (изготовленном в бывшей ГДР) на частоте 9,7 Ггц. Для накопления спектров при последовательном прохождении резонансных условий, а затем и математической обработки полученных спектральных файлов спектрометр был сопряжен с персональным компьютером. Экспериментальные условия записи спектров были следующими: частота высокочастотной модуляции - 100 кГц, ее амплитуда - 0,45 мT, ширина развертки магнитного поля - 10 и 5 мT, микроволновая мощность - 2 и 10 мВт. Для вычитания фонового сигнала использовался описанный выше метод селективного насыщения спектра зубной эмали (Ignatiev et al., 1996).

Таблица 38

Результаты реконструкции доз у очевидцев испытания на Тоцком полигоне.

Номер образца

Тип зуба

Возраст пациента

Расстояние до эпицентра взрыва, км

Реконструированная

доза, Гр

1

I

63

14

3,1 + 0,3

2

I

63

14

2,9 + 0,3

3

M

51

20

0.92 + 0.15

4

M

84

26

0.55 + 0.10

5

M

59

30

0.24 + 0.08

Из-за малой массы исследованных образцов реконструкция доз выполнялась методом последовательного дооблучения. Пять-шесть точек : одна начальная и четыре-пять, полученных в результате последовательных дооблучений шагом 0,1-1 Гр (в зависимости от величины реконструируемой дозы), использовались для линейной экстраполяции полученной дозы облучения. Перед очередным дооблучением спектры каждого образца регистрировались три раза после встряхивания пробирки с образцом. Результат измерения амплитуды радиационного сигнала усреднялся. Последнее необходимо для того, чтобы уменьшить влияние анизотропии сигнала ЭПР. На рисунок 7 приведены ЭПР спектры зубной эмали до и после дооблучения. На них хорошо виден рост радиационно-индуцированной компоненты спектра. На рисунках 9 а и 9 б показаны линейные экстраполяции полученных доз облучения. Дооблучение проводилось на медицинском источнике 60Co Свердловского областного онкологического диспансера с точностью 5% при 95% уровне значимости.

Полученные результаты реконструкции доз облучения приведены в таблице 38. Характерной особенностью полученных значений является сильная зависимость реконструированных доз облучения от расстояния, на котором находился человек от эпицентра ядерного взрыва. Соотношение обратных квадратов расстояния от эпицентра для доноров исследованных образцов составляет 4,59 (14 км) : 2,25 (20 км) : 1,33 (26 км) : 1 (30 км), соответственно в скобках приводится соответствующее абсолютное значение расстояния, тогда как соотношение соответствующих доз за вычетом фоновой компоненты, реконструированных в данных точках, равно 12,5 : 3,8 : 2,3 : 1. Сравнивая эти два соотношения, можно с уверенностью сделать вывод о преобладающем вкладе в полученную дозу внешнего облучения. Более высокие значения доз для людей, находившихся на близком расстоянии от эпицентра, чем следует из соотношения обратных квадратов, по-видимому, связаны с существенным вкладом эффектов экранирования на больших расстояниях. Это тем более правдоподобно, поскольку известно, что человек, получивший максимальную из реконструированных доз, в момент взрыва стоял на открытом месте (на берегу реки) и визуально наблюдал вспышку взрыва, такая же ситуация была и для женщины, получившей вторую по величине дозу (0,9 Гр) - она находилась в момент взрыва на школьном дворе и также визуально наблюдала вспышку. Для нее также в Институте диагностики и восстановительной хирургии (г. Москва) в лаборатории Г.П. Снегиревой независимо от данных исследований была реконструирована доза 0,814 Гр на основе исследования крови методом FISH. Наблюдаемая корреляция доз облучения, реконструированных принципиально разными методами биологической и физической дозиметрии, также может указывать на преимущественный вклад внешнего облучения в полученную дозу. Остальные доноры находились в закрытых помещениях.

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 находятся в серьезном противоречии с принятыми в настоящее время оценками доз для населения, проживающего в зоне Тоцкого ядерного взрыва - 0,08-0,7 Зв (Катков и др., 1996). Более того, согласно принятым в настоящее время в России нормам МКРЗ (Радиационная безопасность. Рекомендации МКРЗ..., 1994), население, проживающее в районе Тоцкого полигона (по крайней мере определенная его часть), наверняка может быть отнесено к категории лиц, пострадавших от облучения при испытании ядерного оружия. Однако для окончательного заключения об уровне облучения населения исследуемого района проживания выполненных измерений доз облучения (пять) явно недостаточно, необходимо дальнейшее продолжение исследований. Вместе с тем проведенные исследования позволяют дать важную рекомендацию по организации сбора образцов - критическим моментом здесь является возможно более точное определение местоположения человека, для которого выполняется реконструкция дозы облучения, в момент взрыва. При таком подходе в результате широкомасштабной реконструкции доз может быть получена карта распределения доз облучения очевидцев испытания ядерного оружия.

а)

б)

Рис. 9. Линейные экстраполяции доз облучения. а) образцы 3, 4, 5; б) образцы 1, 2.

Бета-радиометрия фрагментов зубов очевидцев Тоцкого ядерного взрыва

При оценке поглощенной дозы важное значение имеет соотношение величин внешнего и внутреннего облучения организма. Представляло интерес ориентировочно оценить величину внутреннего облучения очевидцев Тоцкого ядерного взрыва из местного населения, так как наряду с очевидным фактором внешнего облучения при взрыве атомной бомбы фактор внутреннего облучения в данном случае оценивается по разному. По имеющимся в литературе сведениям теоретически оцененная величина внутреннего облучения по отношению к общей у военных и местного населения в зоне влияния Тоцкого взрыва не превышает 5-6 %. Хорошо известно, что многие очевидцы в первые годы после взрыва использовали поваленный лес, собирали грибы и ягоды, охотились и пасли скот в эпицентральной зоне и вблизи от нее. Поэтому можно было предположить, что некоторые из местных жителей могли в этом случае получить дополнительную дозу внутреннего облучения.

В этой связи с целью предварительной оценки собственной радиоактивности образцов корней зубов очевидцев был проведен анализ, включающий их бета-радиометрию. Ранее нами было установлено, что концентрация стронция-90 в дентине коронки и корня зуба близка или идентична. Результаты исследования приведены в таблице 39.

Таблица 39. Бета-радиометрия фрагментов зубов местных жителей - очевидцев ядерного взрыва на Тоцком полигоне (1 Бк - 10,9 имп/мин)

Оче-видец

Год рожд., возраст во время взрыва

Пол

Расстоя-ние от эпицен-тра, км

Зуб

Масса сухой ткани зуба, мг

Масса золы, мг

На-ве-ска, мг

Счет, имп/мин

Бк/кг

1 (1)

1934 г.,

20 лет

М

14 км

I

3558

2691

250

16,6

1519

1 (2)

1934 г.,

20 лет

М

14 км

I

3667

2758

250

18,2

1673

 

среднее:

1596

2

1946 г.,

8 лет

Ж

20 км

M

3548

2674

250

3,2

283

3

1918 г.,

36 лет

Ж

26 км

M

1008,0

757,0

250

2,1

194

4

1938 г.,

16 лет

Ж

30 км

M

1615,2

1214,3

250

1,2

80

1K

взрослый

М

Германия

M

1327,5

9973

250

0

0

2K

взрослый

М

M

1667,3

12660

250

1,8

166

Наряду с описанными выше образцами зубов очевидцев Тоцкого взрыва были использованы контрольные данные (1K, 2K) по двум донорам из Германии. Из таблицы хорошо видно, что мужчина, ближе всех находившийся к эпицентру взрыва, имеет наибольший уровень бета-активности, который на порядок выше, чем в контроле и в среднем (по двум резцам) составляет 1596 Бк/кг. По словам очевидца он неоднократно ездил в поваленный ударной волной лес, заготавливал дрова и пиломатериалы, собирал грибы и ягоды, охотился и ловил рыбу в эпицентральной зоне. Таким образом, весьма вероятно, что радионуклиды, определяющие бета-активность костной ткани, поступили в его организм в первые годы после взрыва, а также аккумулировались в течение жизни из неизвестных нам локальных источников. Не исключено, что некоторое количество радионуклидов было получено им и непосредственно сразу после взрыва, так как запыление местности было очень велико, а рикошетирующая ударная волна при сложном рельефе местности могла способствовать выбросу небольшой части продуктов деления с частицами пыли в направлении этого наблюдателя. Для другого очевидца (2) - женщины, которая в то время была 8-летней девочкой, находившейся на несколько большем удалении от места взрыва, внешнее облучение по сравнению с внутренним существенно превалировало, так как бета-активность костной ткани в этом случае составила 283 Бк/кг. Тем не менее видно, что с удалением от точки взрыва бета-активность костной ткани независимо от возраста заметно снижается у очевидцев взрыва. Это указывает на два момента: с одной стороны, с удалением более 20 км от места взрыва фактор воздействия внутреннего облучения резко снижается, что указывает на причинную связь локального загрязнения местности с фактом ядерного взрыва, а с другой, выраженная обратная зависимость бета-активности костной ткани от удаления от эпицентра взрыва говорит о слабом загрязнении радионуклидами типа 90Sr местности, выходящей за пределы эпицентральной зоны. Это хорошо согласуется с натурными радиоэкологическими исследованиями (см. выше).

Можно попытаться ориентировочно оценить насколько повлияла депонированная в зубе очевидца -1 радиоактивность на значения поглощенной дозы, которая определена на эмали зуба методом ЭПР дозиметрии. Основным дозообразующим источником внутреннего облучения эмали является радиостронций, находящийся в дентине коронки зуба (Любашевский, Романюха, 1996). Если в настоящее время в дентине данного донора содержится около 1,6 Бк/г, то можно (в соответствии с наиболее жестким сценарием) предположить, что 42 года назад, после взрыва, в зубе было не более 4,2 Бк/г (90Sr выводится из зубов очень медленно). По известным дозиметрическим формулам (Закутинский и др., 1962; Булдаков, 1990) сделан пересчет поглощенной дозы на весь срок облучения зуба. Расчетная доза составляет ~ 0,3 Гр из суммарной дозы в 3 Гр, которая была определена методом ЭПР дозиметрии, т.е. на порядок величин меньше, чем доза внешнего облучения, что составляет около 10 %. Можно заключить, что приведенное здесь значение является максимальным, поскольку при этом сделаны достаточно грубые допущения, по большей части увеличивающие расчетное значение поглощенной дозы (принято, что излучатель равномерно распределен в дентине коронки, а эмаль облучается со всех сторон с равной интенсивностью; расчет проведен при средней энергии бета-излучения 90Sr+90Y из предположения, что вся доза поглощается тканями зуба). По другому сценарию - при хроническом накоплении 90Sr в кальцифицированных тканях организма - данный метод расчета приводит к значениям поглощенных доз в 3-4 раза меньшим, чем указанная выше.

Динамика загрязнения радиоактивностью окрестностей Тоцкого полигона может быть реконструирована на основании аналогии с загрязнением среды в Японии (рис. 10). С 1959 г. по 1984 г. на территории Токио концентрация 90Sr, 137Cs и 239,240Pu снизилась больше чем на 2 порядка величин, например, 137Cs - от 12 до 0,06 мКи/км2, 90Sr - от 7 до 0,05 мКи/км2 (Takizawa, 1995). Следует отметить, что ничего подобного не наблюдалось в районах радиоэкологических аварий в зонах ВУРС и ЧАЭС. Однако, если приложить подобные закономерности в отношении радионуклидного загрязнения к району Тоцкого полигона, то ретроспективная динамика облучения может быть охарактеризована как облучение средней и слабой интенсивности в течение первых двух десятков лет после взрыва. Это имеет существенное значение для интерпретации наблюдаемых генетических и феногенетических эффектов. В этой связи в дальнейшем у млекопитающих следует оценить суммарную дозовую нагрузку в ряду поколений.

Рис. 10. Многолетняя динамика радиоцезия, радиостронция и плутония в Токио (по Takizawa, 1995).

Таким образом, приведенные в этой главе данные показывают. Что во время испытаний ядерного оружия на Тоцком полигоне фактор внешнего облучения существенно преобладал по сравнению с внутренним облучением. Местное население за пределами эпицентральной зоны получило пренебрежимо малые дозы внутреннего облучения за счет загрязнения радиополлютантами. Однако в пределах эпицентральной зоны роль внутреннего облучения была заметно выше. Фактор вероятного внутреннего облучения мог быть существенным и для военных, принимавших участие в ТВУ. Требуются дальнейшие исследования для получения более определенных и точных результатов, однако и имеющиеся данные достаточно серьезны и позволяют заключить, что имевшиеся ранее представления о величине поглощенной местным населением дозы во время Тоцкого испытания ядерного оружия должны быть существенно откорректированы. Практически все очевидцы почти одномоментно получили дозы, значительно превышающие допустимый ежегодный уровень для населения (Норма радиационной безопасности. НРБ-96, 1996).