Помощь студентам в учебе
Сравнение результатов моделирования поступления радионуклидов в организм человека с данными биофизических измерений
|
Введение 15
1 Литературный обзор по теме исследования 18
2 Объекты исследования 21
2.1 Выбор объекта 21
2.2 Радиоэкологическая обстановка в населенном пункте 23
2.2 Выбор когорты 28
3 Оценка поступления радионуклидов в организм человека с продуктами
питания 30
3.1 Сценарий поступления 30
3.2 Оценка уровня загрязненности растениеводческой продукции 30
3.3 Оценка уровня загрязненности животноводческой продукции 33
4 Описание биокинетической модели желудочно-кишечного тракта 39
5 Расчет функций выведения радионуклидов с уриной при пероральном пути
поступления 41
5.1 Расчет функции выведения 241Am 41
5.2 Расчет функции выведения 239+240ри 43
5.3 Расчет функции выведения 90Sr 45
5.4 Расчет функции выведения 137Cs 47
6 Расчет содержания радионуклидов в суточных образцах урины членов
исследуемой когорты при пероральном поступлении 49
6.1 Отбор и анализ образцов урины 49
6.2 Обработка результатов измерений 50
6.3 Результаты анализа содержания радионуклидов 54
7 Сравнение результатов моделирования поступления радионуклидов в организм
человека с результатами биофизических измерений 55
8 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 57
8.1 Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ 57
8.1.1 Анализ конкурентных технических решений 57
8.1.2 SWOT-анализ 59
8.2 Разработка устава научно-технического проекта 62
8.3. Планирование процесса управления научно-исследовательской работы64
8.3.1 Структура работ в рамках научного исследования 64
8.3.2 Бюджет научного исследования 66
8.3.2.1 Расчёт материальных затрат 67
8.3.2.2 Расчёт затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных работ) 68
8.3.2.3 Основная заработная плата исполнителей темы 68
8.3.2.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы 70
8.3.2.5 Отчисления во внебюджетные фонды 71
8.3.2.6 Накладные расходы 71
8.3.2.7 Формирование бюджета затрат исследовательской работы 72
8.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 73
Выводы по разделу 75
9. Социальная ответственность 76
9.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 77
9.1.1. Правовые нормы трудового законодательства 77
9.1.2. Организационно-технические мероприятия 78
9.2. Производственная безопасность 79
9.2.1. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на рабочем месте при проведении исследований 79
9.2.1.1 Микроклимат 80
9.2.1.2 Шум и вибрация 82
9.2.1.3 Освещение 82
9.2.1.4 Электромагнитное излучение 84
9.2.1.5 Поражение электрическим током 85
9.2.1.6 Психофизиологические нагрузки 87
9.2.2 Пожаровзрывобезопасность 88
9.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 89
9.3.1. Анализ вероятных ЧС и АС, которые могут возникнуть на рабочем месте
при проведении исследований 89
Выводы по разделу 93
Заключение 94
Список публикаций студента 96
Список использованных источников 97
Приложение А 103
Приложение Б 106
Приложение В 109
Приложение Г
1 Литературный обзор по теме исследования 18
2 Объекты исследования 21
2.1 Выбор объекта 21
2.2 Радиоэкологическая обстановка в населенном пункте 23
2.2 Выбор когорты 28
3 Оценка поступления радионуклидов в организм человека с продуктами
питания 30
3.1 Сценарий поступления 30
3.2 Оценка уровня загрязненности растениеводческой продукции 30
3.3 Оценка уровня загрязненности животноводческой продукции 33
4 Описание биокинетической модели желудочно-кишечного тракта 39
5 Расчет функций выведения радионуклидов с уриной при пероральном пути
поступления 41
5.1 Расчет функции выведения 241Am 41
5.2 Расчет функции выведения 239+240ри 43
5.3 Расчет функции выведения 90Sr 45
5.4 Расчет функции выведения 137Cs 47
6 Расчет содержания радионуклидов в суточных образцах урины членов
исследуемой когорты при пероральном поступлении 49
6.1 Отбор и анализ образцов урины 49
6.2 Обработка результатов измерений 50
6.3 Результаты анализа содержания радионуклидов 54
7 Сравнение результатов моделирования поступления радионуклидов в организм
человека с результатами биофизических измерений 55
8 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 57
8.1 Оценка коммерческого и инновационного потенциала НТИ 57
8.1.1 Анализ конкурентных технических решений 57
8.1.2 SWOT-анализ 59
8.2 Разработка устава научно-технического проекта 62
8.3. Планирование процесса управления научно-исследовательской работы64
8.3.1 Структура работ в рамках научного исследования 64
8.3.2 Бюджет научного исследования 66
8.3.2.1 Расчёт материальных затрат 67
8.3.2.2 Расчёт затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных работ) 68
8.3.2.3 Основная заработная плата исполнителей темы 68
8.3.2.4 Дополнительная заработная плата исполнителей темы 70
8.3.2.5 Отчисления во внебюджетные фонды 71
8.3.2.6 Накладные расходы 71
8.3.2.7 Формирование бюджета затрат исследовательской работы 72
8.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 73
Выводы по разделу 75
9. Социальная ответственность 76
9.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 77
9.1.1. Правовые нормы трудового законодательства 77
9.1.2. Организационно-технические мероприятия 78
9.2. Производственная безопасность 79
9.2.1. Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на рабочем месте при проведении исследований 79
9.2.1.1 Микроклимат 80
9.2.1.2 Шум и вибрация 82
9.2.1.3 Освещение 82
9.2.1.4 Электромагнитное излучение 84
9.2.1.5 Поражение электрическим током 85
9.2.1.6 Психофизиологические нагрузки 87
9.2.2 Пожаровзрывобезопасность 88
9.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 89
9.3.1. Анализ вероятных ЧС и АС, которые могут возникнуть на рабочем месте
при проведении исследований 89
Выводы по разделу 93
Заключение 94
Список публикаций студента 96
Список использованных источников 97
Приложение А 103
Приложение Б 106
Приложение В 109
Приложение Г
Население, живущее на территориях, загрязненных долгоживущими радионуклидами, обычно подвергается облучению через множество путей. Составляющие части доз внутреннего облучения (ингаляционное и пероральное поступление) зависят от изотопного состава, физической и химической формы радионуклидов, от условий окружающей среды и от привычек населения.
Дозы внутреннего облучения критической группы населения в условиях облучения, обусловленного приемом загрязненной пищи и/или питьевой воды, определяются на основе данных мониторинга почвы (или воды) с применением простой расчетной модели [5]. В модели учитывается происхождение и норма потребления конкретных пищевых продуктов, коэффициенты переноса радионуклидов из почвы или воды в растения или животных. Существует ряд методических указаний, в которых расчет поступления радионуклидов в организм человека осуществляется с использованием моделей перехода радионуклидов в почву и в воздух [6, 7, 8].
Как правило, вышеуказанные параметры в рекомендациях по оценке доз табулируются однозначно. Однако ясно, что фактически, данные величины могут существенно изменяться. Например, коэффициенты перехода в растениеводческую и животноводческую продукцию зависят от большого количества факторов: типа почв, форм нахождения радионуклидов, климатических условий, и минерального состава пресной воды. При расчете нормы потребления продуктов большое значение имеют территория проживания, пол, возраст и пищевые привычки человека. Зачастую данные параметры неизвестны, и при оценке дозовых нагрузок используют рекомендованные МКРЗ значения или используют консервативный подход. Как следствие, поступление радионуклидов в организм населения может либо недооцениваться, либо переоцениваться. Согласно публикации МАГАТЭ, «самым надежным методом валидации модели перорального поступления является сравнение ее прогнозов с оценками дозы внутреннего облучения на основе данных индивидуальных измерений содержания радионуклидов в теле человека, выполняемых посредством счета радиоактивности всего тела или анализа концентраций радионуклидов в выделениях» [9].
Накоплено множество данных по оценке внутренней дозы облучения и поведения радионуклидов в теле человека. Но этот опыт базируется в основном на экспериментальных исследованиях животных и модельных данных. Количество же наблюдений над человеком, в сравнительном масштабе с общим объемом данных по этой теме, является незначительным в силу ограниченности опыта по значительным уровням воздействия излучения на организм.
С 2010 года Институтом радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК проводится комплекс радиоэкологических исследований территории Семипалатинского испытательного ядерного полигона (СИП) [10]. Эти исследования также включают в себя оценку дозовых нагрузок населения, проживающего и ведущего сельскохозяйственную деятельность на территории, подверженной влиянию СИП. Накоплен уже достаточно большой массив данных по содержанию основных дозообразующих радионуклидов в теле человека и в различных биосубстратах (в частности, в урине). Имеется множество результатов исследований почвенного покрова, воздушной среды, водной; содержания радионуклидов в растениях, сельскохозяйственной и животноводческой продукции, производимой на загрязненных территориях.
Таким образом, актуальность данной работы заключается в том, что представляется возможность проведения сравнительного анализа моделирования поступления техногенных радионуклидов в организм человека, с имеющимися реальными данными по наблюдению над человеком.
В соответствии с этим цель научно-исследовательской работы - сравнение результатов моделирования поступления радионуклидов в организм человека с результатами биофизических измерений.
В работе предусмотрено моделирование процессов перехода радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию, расчет годового поступления радионуклидов в организм человека с продуктами питания, а также поставлены следующие задачи:
- обзор литературы по теме исследования;
- выбор объекта исследования;
- оценка концентраций основных дозообразующих радионуклидов в почве объекта;
- выбор когорты исследуемого населения;
- оценка поступления радионуклидов в организм человека с сельскохозяйственной продукцией;
- расчет значений функций выведения радионуклидов с уриной при пероральном поступлении в течение года;
- анализ данных по измерению образцов урины исследуемой когорты;
- расчет и сравнение ожидаемого модельного и фактического содержания радионуклидов в образцах урины, а также их ожидаемого и фактического годового поступления.
Научная новизна работы заключается во впервые экспериментально исследованной цепочке «почва - продукты питания - человек» для 241Am и 239+240ри, а также сравнения прогноза годового поступления 137Cs и 90Sr с экспериментальными данными по содержанию данных радионуклидов в урине.
Практическая значимость полученных данных заключается в том, что при применении методики расчета дозы внутреннего облучения населения, обусловленного приемом загрязненной пищи, необходимо учитывать вероятность занижения результатов определения дозы при использовании моделей 241Am и 239+240Pu. Таким образом, данные исследования вносят вклад в уточнение параметров биокинетических моделей и в увеличение надежности оценки прогнозов дозовой нагрузки .
Дозы внутреннего облучения критической группы населения в условиях облучения, обусловленного приемом загрязненной пищи и/или питьевой воды, определяются на основе данных мониторинга почвы (или воды) с применением простой расчетной модели [5]. В модели учитывается происхождение и норма потребления конкретных пищевых продуктов, коэффициенты переноса радионуклидов из почвы или воды в растения или животных. Существует ряд методических указаний, в которых расчет поступления радионуклидов в организм человека осуществляется с использованием моделей перехода радионуклидов в почву и в воздух [6, 7, 8].
Как правило, вышеуказанные параметры в рекомендациях по оценке доз табулируются однозначно. Однако ясно, что фактически, данные величины могут существенно изменяться. Например, коэффициенты перехода в растениеводческую и животноводческую продукцию зависят от большого количества факторов: типа почв, форм нахождения радионуклидов, климатических условий, и минерального состава пресной воды. При расчете нормы потребления продуктов большое значение имеют территория проживания, пол, возраст и пищевые привычки человека. Зачастую данные параметры неизвестны, и при оценке дозовых нагрузок используют рекомендованные МКРЗ значения или используют консервативный подход. Как следствие, поступление радионуклидов в организм населения может либо недооцениваться, либо переоцениваться. Согласно публикации МАГАТЭ, «самым надежным методом валидации модели перорального поступления является сравнение ее прогнозов с оценками дозы внутреннего облучения на основе данных индивидуальных измерений содержания радионуклидов в теле человека, выполняемых посредством счета радиоактивности всего тела или анализа концентраций радионуклидов в выделениях» [9].
Накоплено множество данных по оценке внутренней дозы облучения и поведения радионуклидов в теле человека. Но этот опыт базируется в основном на экспериментальных исследованиях животных и модельных данных. Количество же наблюдений над человеком, в сравнительном масштабе с общим объемом данных по этой теме, является незначительным в силу ограниченности опыта по значительным уровням воздействия излучения на организм.
С 2010 года Институтом радиационной безопасности и экологии НЯЦ РК проводится комплекс радиоэкологических исследований территории Семипалатинского испытательного ядерного полигона (СИП) [10]. Эти исследования также включают в себя оценку дозовых нагрузок населения, проживающего и ведущего сельскохозяйственную деятельность на территории, подверженной влиянию СИП. Накоплен уже достаточно большой массив данных по содержанию основных дозообразующих радионуклидов в теле человека и в различных биосубстратах (в частности, в урине). Имеется множество результатов исследований почвенного покрова, воздушной среды, водной; содержания радионуклидов в растениях, сельскохозяйственной и животноводческой продукции, производимой на загрязненных территориях.
Таким образом, актуальность данной работы заключается в том, что представляется возможность проведения сравнительного анализа моделирования поступления техногенных радионуклидов в организм человека, с имеющимися реальными данными по наблюдению над человеком.
В соответствии с этим цель научно-исследовательской работы - сравнение результатов моделирования поступления радионуклидов в организм человека с результатами биофизических измерений.
В работе предусмотрено моделирование процессов перехода радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию, расчет годового поступления радионуклидов в организм человека с продуктами питания, а также поставлены следующие задачи:
- обзор литературы по теме исследования;
- выбор объекта исследования;
- оценка концентраций основных дозообразующих радионуклидов в почве объекта;
- выбор когорты исследуемого населения;
- оценка поступления радионуклидов в организм человека с сельскохозяйственной продукцией;
- расчет значений функций выведения радионуклидов с уриной при пероральном поступлении в течение года;
- анализ данных по измерению образцов урины исследуемой когорты;
- расчет и сравнение ожидаемого модельного и фактического содержания радионуклидов в образцах урины, а также их ожидаемого и фактического годового поступления.
Научная новизна работы заключается во впервые экспериментально исследованной цепочке «почва - продукты питания - человек» для 241Am и 239+240ри, а также сравнения прогноза годового поступления 137Cs и 90Sr с экспериментальными данными по содержанию данных радионуклидов в урине.
Практическая значимость полученных данных заключается в том, что при применении методики расчета дозы внутреннего облучения населения, обусловленного приемом загрязненной пищи, необходимо учитывать вероятность занижения результатов определения дозы при использовании моделей 241Am и 239+240Pu. Таким образом, данные исследования вносят вклад в уточнение параметров биокинетических моделей и в увеличение надежности оценки прогнозов дозовой нагрузки .
В результате выполнения научно-исследовательской работы рассчитано годовое поступление основных дозообразующих техногенных радионуклидов в организм человека с животноводческой и растениеводческой сельскохозяйственной продукцией, а также их предполагаемое содержание в образцах урины исследуемой когорты. В ходе литературного обзора по теме исследования выявлено, что мировое научное сообщество накопило уже множество данных по оценке внутренней дозы облучения и поведения радионуклидов в теле человека, но этот опыт базируется в основном на экспериментальных исследованиях животных и модельных данных. Количество же наблюдений над человеком, в сравнительном масштабе с общим объемом данных по этой теме, является незначительным в силу ограниченности опыта по значительным уровням воздействия излучения на организм. Таким образом, данные исследований по улучшению оценки внутренней дозы и тестированию биокинетических моделей вносят неоценимый вклад в уточнение параметров моделей и в увеличение надежности оценки прогнозов дозовой нагрузки.
По результатам сравнительного анализа моделирования поступления техногенных радионуклидов в организм человека, с имеющимися экспериментальными данными по биофизическим измерениям были получены следующие результаты:
1) Расчетное содержание 241Am и 239+240ри в урине ниже минимального экспериментального содержания в 0,02 и 1,5-10-6 Бк соответственно. Это можно объяснить следующими факторами:
- отсутствием в рекомендациях МАГАТЭ коэффициентов перехода данных радионуклидов для продукции животноводства (мяса птицы, молока овец, сметаны, творога), что привело к занижению расчетного содержания;
- недостаточным временем измерения образцов на 239+240ри (измерение одного образца - 7 дней).
2) Полученное расчетное содержание 90Sr в урине в 0,05 Бк сравнимо с экспериментальным, так как 53 образца из 71 соответствуют данному значению. Максимальное значение измеренного содержания цезия в урине составило 0,4 Бк, что сопоставимо с порядком расчетного значения в 0,7 Бк. Небольшое расхождение объясняется следующими факторами:
- неточностью расчетной биокинетической модели цезия. Так как не были найдены данные МКРЗ о скоростях перехода между камерами биокинетической модели, для расчетов была выбрана модель, взятая из публикации Р. Легетта «Физиологически обоснованная биокинетическая модель цезия в организме человека». Результаты расчета показали небольшое расхождение с табличными данными значений функции выведения МКРЗ, особенно явными в промежутке до 100 суток.
- вариативностью количественного потребления исследуемой когортой продуктов питания, содержащих цезий.
Таким образом, применяя методику расчета дозы внутреннего облучения населения, обусловленного приемом загрязненной пищи, необходимо учитывать вероятность занижения результатов определения дозы при использовании моделей 241Am и 239+240Pu. Моделирование поступления 90Sr показало совпадение с экспериментальными результатами измерения образцов урины в 74% случаев. Модель 137Cs позволяет получить только сравнимые порядки экспериментальных и расчетных значений.
По результатам сравнительного анализа моделирования поступления техногенных радионуклидов в организм человека, с имеющимися экспериментальными данными по биофизическим измерениям были получены следующие результаты:
1) Расчетное содержание 241Am и 239+240ри в урине ниже минимального экспериментального содержания в 0,02 и 1,5-10-6 Бк соответственно. Это можно объяснить следующими факторами:
- отсутствием в рекомендациях МАГАТЭ коэффициентов перехода данных радионуклидов для продукции животноводства (мяса птицы, молока овец, сметаны, творога), что привело к занижению расчетного содержания;
- недостаточным временем измерения образцов на 239+240ри (измерение одного образца - 7 дней).
2) Полученное расчетное содержание 90Sr в урине в 0,05 Бк сравнимо с экспериментальным, так как 53 образца из 71 соответствуют данному значению. Максимальное значение измеренного содержания цезия в урине составило 0,4 Бк, что сопоставимо с порядком расчетного значения в 0,7 Бк. Небольшое расхождение объясняется следующими факторами:
- неточностью расчетной биокинетической модели цезия. Так как не были найдены данные МКРЗ о скоростях перехода между камерами биокинетической модели, для расчетов была выбрана модель, взятая из публикации Р. Легетта «Физиологически обоснованная биокинетическая модель цезия в организме человека». Результаты расчета показали небольшое расхождение с табличными данными значений функции выведения МКРЗ, особенно явными в промежутке до 100 суток.
- вариативностью количественного потребления исследуемой когортой продуктов питания, содержащих цезий.
Таким образом, применяя методику расчета дозы внутреннего облучения населения, обусловленного приемом загрязненной пищи, необходимо учитывать вероятность занижения результатов определения дозы при использовании моделей 241Am и 239+240Pu. Моделирование поступления 90Sr показало совпадение с экспериментальными результатами измерения образцов урины в 74% случаев. Модель 137Cs позволяет получить только сравнимые порядки экспериментальных и расчетных значений.