Departamentul de Sănătate Globală, Asistență Medicală și Bunăstare, Universitatea Nagasaki Școala de Științe Biomedice, Nagasaki, Japonia, Institutul Prefectural Nagasaki pentru Cercetări de Mediu și Sănătate Publică, Omura, Japonia

radionuclizii

Departamentul de afiliere pentru sănătate globală, medicină și bunăstare, Universitatea din Nagasaki Școala universitară de științe biomedicale, Nagasaki, Japonia

Afiliere Școala de Medicină a Universității Nagasaki, Nagasaki, Japonia

Departamentul de Științe a Ecomaterialelor, Școala de Inginerie a Universității din Nagasaki, Nagasaki, Japonia, Departamentul de Microbiologie, Academia de Medicină de Stat Semey, Semey, Republica Kazahstan

Centrul de afiliere pentru cercetare colaborativă internațională, Universitatea Nagasaki, Nagasaki, Japonia

Departamentul de afiliere pentru pediatrie, Universitatea de Stat din Gomel, Gomel, Republica Belarus

Departamentul de afiliere pentru microbiologie, Semey State Medical Academy, Semey, Republica Kazahstan

Departamentul de afiliere pentru microbiologie, Semey State Medical Academy, Semey, Republica Kazahstan

Departamentul de afiliere pentru științe medicale ale radiațiilor, Universitatea din Nagasaki Școala postuniversitară de științe biomedicale, Nagasaki, Japonia

Departamentul de afiliere pentru sănătate globală, medicină și bunăstare, Universitatea din Nagasaki Școala universitară de științe biomedicale, Nagasaki, Japonia

  • Yasuyuki Taira,
  • Naomi Hayashida,
  • Rimi Tsuchiya,
  • Hitoshi Yamaguchi,
  • Jumpei Takahashi,
  • Alexander Kazlovsky,
  • Marat Urazalin,
  • Tolebay Rakhypbekov,
  • Shunichi Yamashita,
  • Noboru Takamura

Cifre

Abstract

Citare: Taira Y, Hayashida N, Tsuchiya R, Yamaguchi H, Takahashi J, Kazlovsky A și colab. (2013) Distribuția verticală și dozele estimate de la radionuclizii artificiali în eșantioane de sol în jurul centralei nucleare de la Cernobâl și a sitului de testare nucleară Semipalatinsk. PLOS ONE 8 (2): e57524. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0057524

Editor: Vishal Shah, Dowling College, Statele Unite ale Americii

Primit: 16 noiembrie 2012; Admis: 22 ianuarie 2013; Publicat: 28 februarie 2013

Finanțarea: Această lucrare a fost susținută de Ministerul Educației, Culturii, Sportului, Științei și Tehnologiei din Japonia prin intermediul programului global COE al Universității Nagasaki. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

La 26 aprilie 1986, unul dintre cele mai grave accidente nucleare care implică expunerea la radiații a avut loc la Unitatea 4 a centralei nucleare de la Cernobîl (CNPP), situată în Ucraina, la aproximativ 20 km sud de granița cu Republica Belarus. Eliberările semnificative de substanțe radioactive din Unitatea 4 a CNPP în timpul accidentului au durat 10 zile și modificările condițiilor meteorologice din această perioadă au dus la o imagine compusă a contaminării unor teritorii întinse [1], [2]. Contaminarea radioactivă de la CNPP s-a răspândit pe 40% din Europa și pe teritoriile largi din Asia, Africa de Nord și America de Nord [3]. Aproape 400 de milioane de persoane au locuit în teritorii care au fost contaminate cu radioactivitate la un nivel mai mare de 4 kBq/m 2 (0,11 Ci/km 2) din aprilie până în iulie 1986 [3]. În 2000, stocurile totale ale radionuclizilor componentei combustibile în cei 30 cm superiori ai stratului de sol din zona Cernobâlului de 30 km din Ucraina au fost estimate la 0,4-0,5% din cantitățile de radionuclizi din unitatea CNPP 4 în momentul accident [2].

Începând cu 29 august 1949, peste 450 de explozii nucleare, inclusiv teste atmosferice, supraterane și subterane, au fost efectuate la site-ul de testare nucleară Semipalatinsk (SNTS). De la închiderea sitului în 1989, s-a acordat atenție clarificării efectelor asupra sănătății populației care locuiește în jurul SNTS [4] - [7]. Conform unor rapoarte, în eșantioanele de sol de la SNTS au fost detectate produse de fisiune precum plutoniul (Pu) și radioactivitatea indusă de neutroni.

Cele două căi principale care duc la expunerea la radiații a publicului larg din cauza căderii sunt expunerea externă la radionuclizii depuși la sol și expunerea internă prin ingestia de alimente contaminate produse în zone contaminate. Este extrem de important să se evalueze contaminarea mediului și riscurile de expunere externă și internă din cauza dezastrelor nucleare pentru protecția împotriva radiațiilor și sănătatea publică.

Evaluarea radionuclizilor artificiali acumulați în jurul CNPP și SNTS este extrem de importantă pentru dezvoltarea contramăsurilor precum cele care vor fi necesare pentru decontaminarea viitoare în jurul FNPP. Prin urmare, pentru a evalua contaminarea curentă a mediului și contribuțiile din cauza expunerii externe datorate radionuclizilor artificiali, concentrațiile de radionuclizi și distribuția lor verticală în probele de sol din zonele din jurul CNPP și SNTS au fost analizate prin spectrometrie gamma (figura 1). Mai mult, dozele eficiente externe au fost calculate din probe din aceste zone pentru a estima starea expunerii la radiații.

Materiale și metode

Site-uri de probă

Probele de sol din jurul CNPP au fost colectate în jurul orașului Masany (N51 ° 48 ′, E29 ° 96 ′) în Republica Belarus, un loc de observare în punct fix la aproximativ 8 km de reactorul de la Cernobâl (N51 ° 39 ′, E30 ° 10 ′), în jurul zonei de 30 km în care depunerea de 137 Cs a depășit 1.500 kBq/m 2 (Figura 2) [1]. Alte probe din jurul CNPP au fost colectate la Minsk (N53 ° 91 ′, E27 ° 61 ′) și Gomel (N52 ° 42 ′, E30 ° 96 ′) în Republica Belarus, la aproximativ 340 km nord-vest și, respectiv, 135 km nord-est de CNPPfigura 1). În același timp, ratele dozelor de aer în toate locurile de eșantionare au fost monitorizate în aer la 1 m deasupra solului printr-un detector portabil pentru gestionarea expunerii la radiații (PDR-201 ®, Hitachi-Aloka Medical, Ltd., Tokyo, Japonia).

Probele de sol din jurul SNTS au fost colectate în jurul exploziei; Câmpul Experimental (N50 ° 20 ′, E77 ° 75 ′), un site de testare nucleară atmosferică și de suprafață la 70 km sud-vest de Kurchatov, care are niveluri foarte ridicate de radioactivitate și Chagan (N49 ° 90 ′, E79 ° 05 ′), cunoscut sub numele de Locul de testare Balapan pentru testarea nucleară subterană în Republica Kazahstan (Figura 3).

Măsurarea radionuclizilor

Pentru evaluarea distribuției verticale și a expunerii la radiații externe, probele de sol de bază (0-5 și 5-10 cm) au fost colectate din zonele CNPP în perioada 28 ianuarie - 3 februarie 2012. Probele de sol de bază (0-5, 5-10 și 10-30 cm) au fost, de asemenea, colectate din zonele SNTS pe 29 august 2011. Eșantionarea solului a fost efectuată folosind carotarea solului în toate locurile de eșantionare. Mărimea probelor de sol a fost de 18,2 cm 2 (un diametru de 4,8 cm), iar densitatea stratului de suprafață a solului a variat de la 0,98 la 1,8 g/cm 3-uscat în CNPP și 1,2 până la 1,6 g/cm 3-uscat în SNTS.

Masa probelor de sol colectate în fiecare zonă a variat între 57 și 127 g. După colectare, probele de sol au fost uscate într-un uscător cu temperatură fixă ​​(105 ° C, 24 ore) înainte ca probele de sol să fie cernute pentru a îndepărta pietricele și materialele organice (> 2 mm).

Doză eficientă

După măsurători, dozele eficiente externe (µSv/h și mSv/y) din probele de sol au fost estimate din concentrațiile de radionuclizi artificiali cu următoarea formulă: (1) în care C este concentrația de activitate a radionuclizilor artificiali detectați (241 Am, 134 Cs, 137 Cs și 60 Co; timp de înjumătățire> 1y) [kBq/m 2; estimat din concentrația de radionuclizi în Bq/kg și suprafețele colectate ale solului de suprafață (0-5 cm)]; Dext este coeficientul de conversie a dozei raportat ca rata kerma în aer la 1 m deasupra solului pe unitate de activitate per unitate de suprafață [(µGy/h)/(kBq/m 2)], presupunând că rata kerma în aer și rata dozei absorbite în aer este aceeași valoare, pentru radioceziu cu masa de relaxare pe unitate de suprafață (β: g/cm 2) setată la 10 datorită trecerii a mai mult de 20 de ani după accidentul de la Cernobîl și testelor nucleare ale SNTS [1,7 × 10 −5 (µGy/h)/(kBq/m 2) pentru 241 Am, 2,0 × 10 −3 (µGy/h)/(kBq/m 2) pentru 134 Cs, 7,6 × 10 −4 (µGy (h)/(kBq/m 2) pentru 137 Cs și 3,0 × 10-3 (µGy/h)/(kBq/m 2) pentru 60 Co, ICRU 1994] [10]; f este coeficientul de conversie unitar (0,7 Sv/Gy pentru rata efectivă a dozei în organism pe unitate de doză absorbită în aer) [11], și s este scăderea coeficientului cu un factor de protecție împotriva expunerii cu razele gamma dintr-un depozit 1 m deasupra solului (0,7 în condițiile unui teren obișnuit) [12].

Rezultate

Distribuția radionuclizilor artificiali detectați în probele de sol din CNPP este prezentată în tabelul 1. Radionuclizii artificiali preponderenți care au format doze au fost de 241 Am, 134 Cs, 137 Cs și 60 Co (aceste concentrații sunt prezentate în tabelul 1). Diverse radionuclizi au fost detectate în special în apropierea Unității 4 din CNPP. Concentrațiile de radionuclizi artificiali detectați în probele de sol de suprafață în jurul FNPP au fost mai mari decât cele din straturile inferioare, iar radionuclizii prevalenți s-au acumulat în principal în stratul de suprafață.

Pe de altă parte, distribuția radionuclizilor artificiali detectați în probele de sol din SNTS este prezentată în masa 2. Radionuclizii artificiali preponderenți care au format doze au fost de 241 Am, 57 Co, 137 Cs, 95 Zr, 95 Nb, 58 Co și 60 Co (aceste concentrații sunt prezentate în masa 2). Diferiti radionuclizi au fost detectati in special in apropierea centrului unei explozii, ca si in cazul CNPP. De asemenea, concentrațiile de radionuclizi artificiali detectați, altele decât 241 Am, în probele de sol de suprafață din jurul SNTS au fost mai mari decât cele din straturile inferioare, iar acești radionuclizi s-au acumulat în principal în stratul de suprafață.

Pentru estimarea dozelor eficiente externe, concentrațiile de activitate în kBq/m 2 ale radionuclizilor artificiali detectați în probele de sol de suprafață (0-5 cm) în jurul CNPP și SNTS au fost calculate din aceste concentrații de radionuclizi în Bq/kg (aceste concentrații sunt prezentate în Tabelul 3 și Tabelul 4).

Dozele externe eficiente din radionuclizii artificiali detectați în jurul CNPP și SNTS utilizând ecuația. (1) sunt rezumate în Tabelul 5 și Tabelul 6. Dozele eficiente externe estimate în jurul CNPP au fost de 1,3 µSv/h (12 mSv/a) într-o zonă contaminată la 12 km de Unitatea 4, 0,86 µSv/h (7,5 mSv/a) într-o zonă necunoscută la 12 km de Unitatea 4, 0,19 µSv/h (1,6 mSv/a) într-o zonă decontaminată la 12 km de Unitatea 4 și 0,17 µSv/h (1,5 mSv/a) într-o zonă contaminată la 15 km de Unitatea 4. Viteza dozei de aer a fost de 0,80-4,2 µSv/h când solul probele au fost colectate în zone din jurul CNPP. Dozele eficiente externe estimate în jurul CNPP au fost de 4,2 × 10 −5 µSv/h (3,7 × 10 −4 mSv/a) la Minsk și 1,7 × 10 −3 µSv/h (1,5 × 10 −2 mSv/a) la Gomel. Viteza dozelor de aer a fost de 0,05-0,06 µSv/h atunci când probele de sol au fost colectate în zone din jurul CNPP.

Pe de altă parte, dozele eficiente externe estimate în jurul SNTS au fost de 9,3 × 10 −2 µSv/h (0,79 mSv/a) la Ground Zero (Câmp experimental), 2,2 × 10 −3 µSv/h (1,9 × 10 −2 mSv/y) la 1 km de centrul exploziei, 8,3 × 10 −5 µSv/h (7,3 × 10 −4 mSv/y) la 10 km de centrul exploziei și 3,7 × 10 −5 µSv/h (3,2 × 10 −4 mSv/y) în Chagan (Balapan Test Site).

Discuţie

Depunerea în zona contaminată din apropiere (depunerea de 137 Cs a fost cea mai mare într-o zonă cu rază de 30 km în jurul reactorului, cunoscută sub numele de zona de 30 km, iar densitățile de depunere au depășit 1.500 kBq/m 2 în această zonă și în unele zone (Gomel, Kiev, și regiunile Zhitomir) din zona apropiată la vest și nord-vest de reactor [1]. Potrivit Comitetului științific al Organizației Națiunilor Unite asupra efectelor radiațiilor atomice (UNSCEAR), arii cu o densitate de depunere de 137 Cs mai mare de 555 kBq/m 2 (15 Ci/km 2) sunt desemnate ca zone de control strict în urma accidentului CNPP din 26 aprilie 1986 [1]. Conform raportului AIEA din 2006, dozele externe în jurul CNPP în perioada 1986-2005 au fost de aproximativ 1,2 ori mai mari, iar dozele interne au fost de aproximativ 1,1-1,5 ori mai mari decât cele obținute în perioada 1986-1995 (în funcție de proprietățile solului și de contramăsurile aplicate) [13].

Unii dintre izotopii detectați, și anume europiu-152 (152 Eu), europiu-154 (154 Eu), 60 Co și bismut-217 (217 Bi), au fost raportate că au fost produse din izotopii stabili din solul solului în jurul SNTS deoarece acești izotopi au fost activați de reacțiile induse de neutroni de la exploziile bombei [17].

În studiul de față, șapte radionuclizi artificiali (241 Am, 57 Co, 137 Cs, 95 Zr, 95 Nb, 58 Co și 60 Co) au fost detectați în probe de sol de suprafață în apropierea locului de testare atmosferică. Mai mult, aceste niveluri au fost foarte comparate cu datele de la Chagan (Balapan Test Site). Cu toate acestea, nivelurile actuale în jurul SNTS au fost sub limita de doză publică de 1 mSv/an. Aceste descoperiri sugerează că acumularea remarcabilă de radionuclizi artificiali nu este confirmată în probele de sol de suprafață din jurul SNTS, deși peste 450 de explozii nucleare, inclusiv teste atmosferice, supraterane și subterane, au fost efectuate la SNTS din 1949 până în 1989 de către fosta Uniune Sovietică. De asemenea, rezultatele sugerează că radionuclizii artificiali derivați din testele atmosferice au fost răspândiți pe scară largă și transferați după explozii nucleare.

Deși cantitățile de radionuclizi artificiali eliberați din reactoarele nucleare și scările de difuzie au diferit în mod remarcabil între CNPP și SNTS, datele privind nivelurile de radioactivitate ale mediului înconjurător în jurul CNPP și SNTS sunt extrem de importante pentru luarea de măsuri precum decontaminarea împotriva expunerii viitoare la radiații din Fukushima. În studiul de față, în probele de sol au fost detectați radionuclizi de scurtă durată, care au un timp de înjumătățire mai mic de 1 an, cum ar fi 57 Co, 95 Zr, 95 Nb și 58 Co. Se sugerează că solul a încorporat cantități mari de radionuclizi din cauza dezastrului nuclear.

Contribuțiile autorului

Conceput și proiectat experimentele: YT NT. Au efectuat experimentele: YT HY RT AK MU TR. Analiza datelor: YT NT. Reactivi/materiale/instrumente de analiză contribuite: RT JT. A scris lucrarea: YT NH SY.