Дозы Чернобыля

«Болезни и смерти облученных людей не объясняются ни дозами, ни расчетами. Пора признать, что виной подобной ситуации явилось отсутствие научной теории поражения радиоактивным излучением организма человека.»

Бронислав Пшеничников

Оглавление

Введение

Особенность чернобыльского выброса

Учет облучения бета-частицами

Радиоактивность крови.

Введение

Двадцать лет минуло со дня Чернобыльской аварии, однако и до сих пор не стихают разговоры о здоровье свидетелей той аварии, о переселении с насиженных мест, о дозах и загрязнении территории. Мнений много как специалистов, так и обывателей. Пора сказать правду… А возможно ли вообще уже сегодня ответить на поставленные вопросы?..

Величайшие открытия ученых – Энергии ядер – в век глобальных потрясений были использованы в первую очередь в военных целях. Результат - разрушение Хиросимы и Нагасаки, десятки тысяч пострадавших невинных людей; «мирные» испытания ядерного оружия, и опять пострадавшие; термоядерное усовершенствованное оружие для уничтожения Жизни на Земле.

В таких условиях усилия медицины были направлены на изучение агонии человеческого организма, патологических процессов, происходивших под воздействием радиоактивного излучения, на поиски лазейки в законах Природы. По этой причине в лексиконе появилось словосочетание «лучевая болезнь», по этой же причине появились «малые дозы», как далекие от тех, что вызывали смерть от лучевой болезни.

В ядерной энергетике, т.е. действительно мирном использовании энергии ядра, существуют всего две проблемы: захоронение радиоактивных отходов и сохранение здоровья и жизни Человека. Если первая проблема является чисто инженерной, и здесь все зависит лишь от времени и средств. То вторая требует новых знаний, которые на сегодня отсутствуют о воздействии радиоактивного излучения на организм человека. Не те, которых на сегодня уже достаточно накоплено о патологическом разрушении органов, а другие, которых нет не только у нас, но нет и за рубежом. А именно такие знания потребовались в 1986 году. Медицина была обязана помочь пострадавшим энергетикам Чернобыльской АЭС, принявшим на себя основной удар стихии и своими жизнями заслонивших миллионы киевлян и население окружающей территории, а также истинным участникам ликвидации последствий аварии, припятчанам и селянам, знавшим не понаслышке или докладам запах и вкус радиоактивных выпадений, вкусившим в полной мере этих прелестей.

Только массовый характер лучевого поражения миллионов людей - как итог радиоактивного загрязнения территории в трансгосударственных масштабах и «необъяснимые» болезни и гибель пострадавших, никак не соответствовали признакам «острой лучевой болезни». Взгляды людей обратились к показаниям дозиметров. Но измеренные дозы не соответствовали состоянию пострадавших людей.

Нельзя сказать, что появилось что-то новое. Напротив, все было очень знакомо и обычно. Именно повседневность симптомов широко распространенных недугов людей позволили в первые после аварии годы трактовать возникшие расстройства как обычные заболевания, не связанные с воздействием радиации. Этому же способствовали и не всегда добросовестные, а порой и безграмотные определения доз. Потребовалось 20 лет, чтобы заставить всерьез задуматься о причине столь трагических последствий.

Особенность чернобыльского выброса

Первое, что необходимо было знать, - изотопный состав радионуклидов на местности. Из опубликованных материалов было известно, что во внешнюю среду произошел выброс 500 МегаКюри радиоактивных коротко- и долгоживущих изотопов. Уровни радиации в зоне реактора и пролома стен достигали тысяч Рентген в час. Даже на расстоянии до 100 метров от здания АЭС отдельные обломки технологических конструкций создавали радиационные поля до 600-700 Р/час. В сочетании с мелкодисперсными радиоактивными частицами и аэрозолями, осевшими на территории станции, многочисленные высокоактивные фрагменты создавали радиационную обстановку, характеризующуюся широким диапазоном мощностей доз: у отвалов стен реакторного блока - до 2000 Р/час, на периметре станции и на ее территории - от 250 до 3 Р/час (по состоянию на 10 июля 1986 года).

Таблица 1. ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ И РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД ВЫБРОСА.

В понедельник утром 28 апреля первая волна радиоактивности достигла Швеции, и была обнаружена работниками местной АЭС. В тот же день результаты измерений были опубликованы в шведской печати с указанием относительных концентраций изотопов. Анализ

этих данных показал, что соотношения соответствовали активности насыщения длительно работавшего реактора, а не ядерного взрыва. Обращал на себя внимание факт регистрации в заметных количествах на столь далеких расстояниях таких элементов, как Молибден, Рутений, Цирконий и Ниобий. Соотношение количества Цезия-134 и Цезия-137 также соответствовало их соотношению в реакторе.

И, наконец, сообщение академика Беляева С.Т., в котором указывалось, что 96% топлива выброшено из реактора и осталось в завале у северной стены четвертого блока. Часть топлива, попавшего наружу, превратилась в пыль, часть в виде обломков тепловыделяющих элементов (твэлов) вылетела на крышу, часть вылилась в расплавленном состоянии в нижележащие помещения вместе с расплавившимся песком, который сбрасывали с вертолетов.

По оценкам, опубликованным в газетах: улетело в атмосферу (3,5 ± 0,5)% топлива: приблизительно 25% находящегося в реакторе Цезия, практически все благородные газы и Йод. На основании этих данных и физических основ ядерной физики была составлена Таблица 1, в которой приведен радиоактивный распад изотопов выброса. (Пшеничников Б.В. «Малые дозы радиоактивного облучения и Лучевой склероз», 1998). Результаты расчетов позволили реконструировать радиационную ситуацию в прошедшие периоды и прогнозировать ее в будущем.

В таблице 1 приведено основное количество радиоактивных изотопов, составлявших активность насыщения в активной зоне реактора четвертого блока на момент аварии в миллионах Кюри и в процентах. Учитывались лишь изотопы с периодом полураспада больше 1,35 суток. Их было 27. Радиоактивный распад прослеживался в процентном виде от исходной величины на момент взрыва для каждого изотопа.

Необходимо особо остановиться на характерном признаке чернобыльского выброса. Все до сего времени известные случаи военных или «мирных» ядерных взрывов были высокотемпературными, т.е. продукты взрыва при большой температуре испарялись, а по мере остывания могли вступать в реакции с образованием молекул химических соединений или конденсироваться с образованием аэрозолей. Аналогичную, т.е. молекулярную, форму имело

вещество и челябинского взрыва в 1957 году, несмотря на то, что там присутствовали только химические соединения, обусловленные технологическим процессом.

Совершенно иной характер имел выброс четвертого реактора Чернобыльской АЭС. Его причиной была самопроизвольная цепная реакция (СЦР), которая привела к взрыву. Но мгновенное объемное разрушение топлива вызвало изменение геометрии топливной массы, что способствовало быстрому прекращению ядерной реакции. По этой причине не были достигнуты миллионы градусов ядерного взрыва. Взрыв чернобыльского реактора был низкотемпературный, а характер выброса - пылевой. Этим можно объяснить относительную однородность изотопного состава выпадений и на промплощадке станции, и под Киевом, и в Швеции. Летели не продукты деления сами по себе, а топливная матрица двуокиси урана с вкраплениями разделившихся ядер. В дальнейшем по мере сгорания графита и разрушения циркониевых труб каналов реактора, а также оболочек уцелевших твэлов, из освобождающегося разгерметизированного топлива продолжали лететь и Йод, и Цезий. Это приводило к обогащению выпадений в виде пятен уже имевшегося загрязнения территории этими элементами. Пылевой характер выброса резко изменил все представления, основанные на предшествующем опыте о поведении продуктов деления во внешней среде.

Прежде всего, топливная матрица является керамикой и практически не взаимодействует с кислотами и щелочами. Ее поведение в природе эквивалентно поведению двуокиси кремния, т.е. хорошо известного всем речного песка, что должно способствовать длительному нахождению топливных частиц в составе обычной пыли на поверхности почвы. Как следствие, можно было ожидать появления их на одежде и теле, особенно летом в сельской местности в сухую пору. Дозиметрические измерения в трех селах тридцатикилометровой зоны в 1988 году подтвердили эти предположения. Загрязнение одежды селян были связаны с характером носки, замены, стирки одежды, технологического назначения ее и даже возраста хозяина. Среднее значение было принято равным 200 бета-частиц/см².мин для территории с уровнем загрязнения 10 Кюри/км².

С учетом этого факта и предположение о пылевом характере выброса позволило реконструировать величину загрязнения одежды в различные периоды времени с момента аварии и оценить влияние его на поглощенные дозы облучения. Результаты представлены в таблице.

Таблице 2. ИЗМЕНЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ*

		Изменение на конец периода
№ пп	Расчетный параметр	5 дн	10 дн	30 дн	60 дн	6 мес	1 год	2 года	3 года	4 года	5 лет	6 лет
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	Относительное снижение радиоактивности выброса, %	58,35	45,54	30,07	21,38	10,6	6,36	3,39	2,08	1,42	1,06	0,89
2	Средняя энергия бета-частиц, кэВ/распад	317	337	369	407	516	558	518	460	415	390	367
3	Загрязненность одежды, бета-частиц/см²мин	3440	2690	1776	1262	626	376	200	123	84	62	53
4	Мощность дозы под кожей от бета-частиц, мкЗв/час	20,94	17,4	12,58	9,86	6,28	4,03	1,99	1,09	0,67	0,46	0,37
5	Мощность дозы от гамма-лучей, мкЗв/час	53,92	40,54	23,31	13,86	4,3	1,88	0,96	0,71	0,56	0,48	0,42
6	Радиационная нагрузка на подкожную ткань, мкЗв/час	74,86	57,94	35,89	23,32	10,58	5,91	2,95	1,8	1,23	0,94	0,79
7	Мощность дозы на весь организм, мкЗв/час	55,41	41,78	24,21	14,56	4,75	2,17	1,1	0,79	0,61	0,51	0,45
*На загрязненной территории с уровнем 10 Ки/км². ©Пшеничников Б.В.,1996.

Как видно из содержания, таблица поясняет радиационную ситуацию и дозы по разным периодам и не требует особых пояснений. (Полностью публикуется впервые).

Независимым подтверждением высказанной версии является то, что именно у людей, проживавших в районах с сильным поверхностным загрязнением территории или работавших длительное время в открытом поле или в лесу зарегистрированы высокие значения доз, измеренные пленочными дозиметрами, в работах, проведенных в пострадавших населенных пунктах в рамках Международного чернобыльского проекта в 1991 году.

Учет облучения бета-частицами

Специфика облучения тела человека бета-частицами требует особых пояснений. Общепринято, что облучение кожи характеризуется лишь поражением тонкого наиболее чувствительного базального слоя клеток, принятого в качестве критического органа. В то же время хорошо известно, что именно бета-частицы, влетая в биологическую ткань, полностью передают свою энергию окружающим молекулам, вызывая разрывы внутримолекулярных связей, в том числе, и образование свободных радикалов. Более того, можно утверждать, что именно разрушение биомолекул, в частности, ДНК является основным и единственным процессом воздействия любых видов ионизирующего излучения на биологические структуры. Эти разрушения во всех случаях вызываются лишь быстрыми электронами, которые рождаются в клетках организма, или гамма-квантами, или альфа-частицами, или космическим излучением. По этой причине концентрация остатков разрушенных молекул в тканях может полностью характеризовать не только действующее в настоящий момент излучение, но и действовавшее в прошлом, независимо от вида падающего излучения и условий облучения.

Современная практическая дозиметрия редко учитывает воздействие наружного бета-излучения, полагаясь на концепцию «критического органа». И в условиях радиоактивного загрязнения территории после чернобыльской аварии, как правило, измерялось лишь гамма-излучение. Причем, измерения проводились грубыми датчиками со счетчиками Гейгера. Ими контролировалось загрязнение и одежды, и щитовидки, и тела пострадавших, и колес автотранспорта, и почвы. Поэтому, естественно, оценка возможной величины вклада дозы облучения от прямого воздействия бета-излучения представляет несомненный интерес.

Прежде всего количественный учет. Пылевой характер выброса позволяет его осуществить. Все указанные в Таблице 1 изотопы испускают бета-частицы, но лишь половина из них дополнительно излучают и гамма-кванты. У таких изотопов как Йод-132, Лантан-140, Празеодим-144, Рутений-106, Иттрий-90 максимальная энергия бета-частиц превышает два МегаэлектронВольта (МэВ), что позволяет им пролетать в воздухе более 10 метров, а в биологической ткани до 1,5 см. Величина средней энергии бета-частиц достаточна для преодоления слоя биоткани толщиной 0,5 см, что в тысячи ((!)) раз превышает толщину базального слоя, равную всего 70 мкм. Следовательно, бета-частицы с поверхности тела и одежды повреждают ткани на глубину от 0,5 до 1,5 см.

Средняя энергия (см. Таблица 2) бета-частиц в 1988 году равнялась 0,518 МэВ. Поглощение двухсот частиц с поверхности 1 см² создает мощность дозы в рассматриваемом слое биоткани 2 мкЗв/час, что, как видно из Таблицы 2, в два раза превышает мощность дозы от внешнего гамма-излучения в том же слое.

Реконструкция ситуации в начале мая 1986 года дает, соответственно, по бета-излучению 21 мкЗв/час, а по гамма-излучению - 54 мкЗв/час. В таких радиационных полях находились взрослые и дети в населенных пунктах на территории с загрязнением по Цезию-137, равным 10 Ки/км², в частности, в городе Припять. Классическая концепция так называемого «критического органа» в то же время дает лишь 1/40 от приведенной величины, что , как видно, значительно, т.е. в 40 (!)раз меньше реальной дозы.

Как ни парадоксально может звучать, но все единицы измерения доз характеризуют лишь свойства излучения, но не воздействие его на организм. Рентгены, рады, бэры, Греи, Зиверты - это все параметры излучения по проявлениям разных эффектов в воздухе, веществе, живой ткани. К сожалению, сегодня не существует единиц измерения, отражающих конкретно степень причиняемого человеку вреда. Более того, не существует сама концепция радиационного поражения организма. Оставаясь на позициях классической дозиметрии, можно лишь менять те или иные коэффициенты, что и было сделано, когда стали суммировать эффекты в критических органах с проявлениями воздействия излучения в других тканях или рассчитывать так называемые «коллективные» дозы, которые ничего не отражают и могут использоваться лишь как статистические показатели, но не могут ни объяснить, ни характеризовать ни болезни, ни гибель людей.

Вероятно, пришло время пересмотреть всю систему взглядов на воздействия ионизирующего излучения на человека, основываясь не на оценке параметров излучения, а на величине причиняемого вреда, на масштабах разрушения биологических структур. В частности, о коже речь должна идти не о базальном слое эпидермиса, а о жировой и мышечной ткани, о лимфе и крови, о системе микроциркуляции, включающей в себя сеть кровеносных и лимфатических капилляров. Глубина расположения этой системы в среднем составляет всего 2 мм, т.е. она полностью доступна электронам с энергией уже 0,5 МэВ.

Не следует упускать из виду еще один процесс - прямое проникновение радионуклидов с поверхности кожи, минуя роговой слой, внутрь организма. Очевидно, наряду с другими путями проникновения радионуклидов в кровь, он имел место у персонала, занятого на реальных работах по ликвидации последствий аварии в непосредственной близости от разрушенного блока.

Радиоактивность крови.

Радиоактивность крови в 1986 году у ликвидаторов, усредненная по результатам анализов 242 человек, составляла 6,24·10^-7 Ки/л, т.е. больше 0,6 микроКюри в 1 литре крови. Среди изотопов (см. таблицу 1) выделялись: Нептуний-239, Церий-141, Рутений-103, Ниобий-95, Церий-144, Тейлур-132, Йод-131, Неодим-147, Барий-140, Цирконий-95 и Цезий-134, Цезий-137. Идентичность изотопного состава крови налицо.

И опять-таки можно видеть, что среди обнаруженных в крови изотопов присутствует лишь половина из 27. Все чистые бета-излучатели отсутствуют. Причина ясна. Это произошло благодаря тому, что измерения проводились на гамма-спектрометрах, которые не видят бета-частицы. Тем больший интерес могут представлять расчеты, связанные с незарегистрированными изотопами, которые, конечно же, присутствовали в крови.

Во-первых, гамма-излучатели тоже испускают бета-частицы, энергия которых, усредненная по всем бета-спектрам и по всем изотопам, была 0,172 МэВ. А средняя энергия бета-частиц отсутствующих в измерениях изотопов составляла 0,537 МэВ. Поскольку их столько же, сколько и гамма-излучающих изотопов, то и неучтенная активность тоже равна 6,24·10^-7 Ки/л, т.е. полная активность крови была не менее 1,25·10^-6 Ки/л, т.е. 1,2 микроКюри в 1 литре крови.

Во-вторых, мощность дозы, обусловленная гамма-излучением идентифицированных изотопов, вычисленная через керма-постоянные, была 10,36 мкЗв/час; от бета-излучения этих же изотопов - 2,28 мкЗв/час; от бета-излучения неучтенных изотопов - 7,12 мкЗв/час. Таким образом суммарная мощность дозы только за счет изотопов, захваченных кровью, составляла почти 20 мкЗв/час.

Вновь мощность дозы значительно увеличилась, когда учли влияние бета-излучения изотопов, растворенных в крови. Вывод напрашивается один: учет бета-излучения в 1986 году практически удвоил дозу, полученную ликвидаторами.

Таким образом, учет облучения бета-частицами тела человека вносит значительную поправку в величину, определявшихся на основе классических расчетов. Очевидно, что полученные результаты являются лишь предварительной оценкой и служат иллюстрацией сути обсуждаемых процессов. Однако даже они достаточно наглядно представляют порядок обсуждаемых величин и их соотношение.

Подводя итог простейшего анализа радиационной ситуации как в населенных пунктах, пострадавших от радиоактивных выпадений, так и вблизи от разрушенного реактора с восстановлением картины на момент взрыва и с учетом воздействия бета-излучения, можно констатировать, что фактические дозы отличались в сторону увеличения от расчетных, полученных по стандартным методикам, не менее, чем в два раза. При административно допустимой аварийной дозе в 25 сЗв для работающих ликвидаторов это должно было составлять более 50 сЗв.

Для населения на территории с уровнем 10 Ки/км² доза за весь первый год не превысила 6 сЗв. Это лишь на 1 сЗв больше, чем получал обычно каждый год персонал на АЭС.

Ясно, что болезни и смерти облученных людей не объясняются ни дозами, даже «коллективными», ни расчетами. Пора признать, что виной подобной ситуации явилось отсутствие научной теории поражения радиоактивным излучением организма человека.

Бронислав Пшеничников,

член-корр Белорусской академии экологической антропологии,

независимый эксперт НКРЗН ВР Украины