非人类物种辐射剂量评估方法研究

发布时间：2020-05-12 18:55

【摘要】： 本工作的目的是为了适应国际上环境保护和辐射防护领域新的要求和发展趋势，保护我国环境中的非人类物种展开初步研究，为非人类物种辐射剂量评估提供工具和为进一步的研究提供基础。本工作通过对国外非人类物种辐射剂量率和辐射效应评估的两种主要方法即美国能源部(DOE)的GRADED方法和欧共体(EU)的FASSET项目中的方法，分步骤做了详细的分析和比较。在此基础上，提出了我国现阶段在非人类物种辐射剂量评估方面应该开展的工作和所要解决的难点。得到的结论为：我国应该在GRADED方法和FASSET方法的基础上，，开发自己的实用方法。在进行以生态系统为保护目的大范围的评价和保护时，只要针对我国自己的特点补充有关的生物浓度指南数据集，就可以使用GRADED方法进行整体放射生态评价。在针对物种个体或具体种群进行评价和保护中应该完善自己的数据，采用FASSET的方法。综合欧共体和美国的方法，结合我国的实际情况和条件，从实用性、有效性、灵活性和可行性方面考虑，具体路线和方法应该着重考虑的内容是：1)应该建立一些我国特有物种的剂量模型，在ICRP和FASSET推荐的参考生物的基础上，补充我国自己的参考生物数据和相应的生物几何模型以及相应的剂量模型。2)由于我国核场址的地理特征和气象特征有自己的特色，所以有必要以非人类物种保护为目的，收集一些场地核素组份、浓度及转移规律方面的核环境参数。3)需要对各种有可能受到危害的物种的生活习性进行深入细致的研究，对有关场址范围内核素的分布、扩散途径、转移行为和生物浓集特征进行调查研究、数据收集整理、现场测量和实验室模拟研究等工作。4)因为FASSET的方法假定了核素在所有生物体内均匀分布，在对具体生物进行剂量计算时，有必要对所用的剂量转换因子(DPUC)进行分析和改进。5)、在分析具体生物效应时，针对不同的生物，怎样进行适当的生物器官加权也是应该加以分析和研究的。文章中针对一些普遍性的问题进行了一般性描述，进而针对非人类辐射剂量评估过程各个环节中存在的关键问题进行了详细的分析。本工作针对我国的核环境特点，参照了国际上几个主要机构和组织在非人类物种领域所得到的研究结果，初步解决了在我国开展相应工作的几个技术问题，提出了一个初步的非人类物种辐射剂量评估分析思路，能够对具体的核环境中生物的辐射剂量分别以核素和途径给出结果。本文参考了国际上一些主要的辐射剂量评估思路和方法，使用了GRADED方法中计算出的浓集因子(LP值)和FASSET的课题研究结果，结合我国的具体实际，选定了我国的国营四0四厂的3#天然蒸发池环境(以下简称四0四厂蒸发池环境)作为研究对象。本工作在对近期环境监测数据分析和整合的基础上，使用了必要的计算程序，并计算了在该特定环境中辐射对各种生物造成的辐射剂量率。本文用两种方法对四O四厂蒸发池环境中的具体生物进行了剂量分析和评估。在使用GRADED方法进行评估时，通过一般筛选(一级筛选)得到的结果是：如果是以陆地动、植物为保护对象，土壤中的核素浓度都没有超过参考值，水体中的~(90)Sr超过了参考值(BCGs)的22倍。针对滨岸动物，水体中的~(90)Sr和~(137)Cs超过了参考值，沉积物中的~(90)Sr、~(137)Cs和~(239)pu都超过了参考值。其中~(90)Sr和~(37)Cs超标比较严重，而~(239)pu与参考值相近。考虑到所有核素的总体效果，在本文研究的环境范围，核辐射对非人类物种造成的辐射影响大小依次为：通过水体对滨岸动物的影响，通过沉积物对滨岸动物的影响和通过水体对水生动物的影响。通过二级筛选估算结果表明：针对三种生物组、三类途径和所有核素而言，在本文所研究的环境范围中，核辐射对非人类物种造成的辐射剂量率大小依次为：(1)水体中的~(90)Sr对滨岸类动物的影响。(2)沉积物中的~(90)Sr对滨岸类动物的影响。(3)水体中的~(137)Cs对滨岸类动物的影响。(4)水体中的~(137)Cs对水生类动物造成的影响。(5)沉积物中的~(90)Sr对水生类动物造成的影响。筛选方法的最新版本程序“RESRAD-BIOTA1.0”在其三级筛选剂量评估中提供了对具体环境特征的定义和对具体生物的剂量评估功能。本文以环境中的一种水鸟(赤麻鸭)为研究对象进行了三级筛选剂量估算。综合所有途径，所选环境中的放射性核素对赤麻鸭造成的辐射剂量率按核素依次为：~(90)Sr：0.36Gy／d、~(137)Cs：0.18Gy／d、~(238)U：0.0013Gy／d。所有核素通过所有途径对赤麻鸭造成的辐射剂量率为0.54Gy／d。本工作使用了FASSET项目中的方法对四0四厂蒸发池环境中的具体生物分类型、核素和途径作了剂量率计算，评估结果表明：土壤中的核素浓度都没有超过参考值。在四0四厂蒸发池环境中水体中的放射性核素对该地生物产生的总体影响大小依次为：~(90)Sr、~(137)Cs、~(60)Co、~(238)U、~(235)U、~(134)Cs和~(239)Pu，其中~(90)Sr对蜻蜒幼虫、芦苇和赤麻鸭的辐射剂量率超过参考值3-6倍。沉积物中的放射性核素对该地生物产生的总体影响大小依次为：~(90)Sr、~(238)U、~(137)Cs、~(239)Pu、~(235)U、~(134)Cs和~(60)Co，其中~(90)Sr超过参考值23-24倍。核辐射对非人类物种造成的辐射影响大小依次为：通过水系对滨岸动物的影响，通过沉积物对滨岸动物的影响和通过水体对水生动物的影响。由此可见，两种方法得到的评估结果是基本一致的。本文提出了在对筛选场地使用具体核素浓度控制的基础上应该附加一个核素总量控制的建议，并对具体的方法和参考值的制定提出了具体的思路和方法。在论文中，建立了基于鸟类解剖学的剂量模型并作了相应的Monte-Carlo计算和比较，认为在计算γ能量较低的γ射线内照射剂量时，应该考虑到由于器官沉积特征造成的能量吸收分数的变化。作为本工作的特点，第一，对GRADED方法和FASSET方法进行了比较，在FASSET方法中将生物整体平均核素浓度作为剂量率计算的基础，针对其实际应用方面的不足，使用了根据器官重量加权的方法并导出了相应的计算公式，在此基础上可以使用生物器官核素浓度的测量值得到生物辐射剂量评估结果。第二，对已有的环境测量数据进行了整理，使用自己编写的程序，对四0四厂蒸发池环境中的生物进行了辐射剂量率评估。第三，从实际数据出发建立了解剖学鸟类模型和相应的剂量评估模型。针对核素沉积在肝脏时的情况，编写了程序并计算了源器官对主要靶器官和对整体的能量吸收分数，进而估算了鸟类的内照射剂量转换因子(DPUC)。将得到的DPUC与整体模型得到的结果以及FASSET的结果进行比较并做了分析，认为结果是合理的。
【图文】：

分级方法

其中比较全面和系统的是美国能源部的GRADED方法和欧共体的FASSET方法。两者的基本原理和思路大致一样，只是在方法上有所不同。美国能源部的分级方法包括3个层次，其实施流程如图2所示。收集环境介质数据，明确评价区域，七日庚介质浓度与生物浓度指甫砂(((l)掀拍的采象象 (((幻一舰娜泊泊 (((3)分析析场场址典体仲诗诗场场址典体分析析场场址异体妇侧幽味阶阶采用场址代农性参数和条件衬来用动力学月集式‘采用生态危险评价框架尹图2共国能撅部评价生物辐射剂l的分级方法一在第一层次中，收集环境介质数据和明确评价区域的目的是要获得环境介质的组成和结构，包括水体、土壤和沉积相。数据收集包括获得各核素在不同介质中的最大浓度和平均浓度、生物在各介质中居留的时间份额、核素在不同介质间的转移参数以及核素在生物体内的生理代谢数据等。第二层次主要是进行初步分级(一般筛选)，使用介质中的最大核素浓度值与由辐射剂量限值导出的参考浓度比较，判断生物在接受了预期最大剂量时，是否能够保证其安全。如果该比值小于1，就认为生物是安全的

放射防护,主体框架,实施流程,环境

FASSET提供了一个明晰的评估方法，是非常实用的。在FASSET计划中，根据环境科学和技术的发展现状，考虑到体系的实用性，提出了环境放射防护的主体框架和实施流程见图3所示。从两种方法的大体结构可以看出，各国所依据的有关生物效应的数据基本上是相同的，其评价程序也大体相同，但在方法学上差异较大。辐射环境效应的研究虽己有几十年的历史，但这些研究大都是针对某一具体问题进行的。从整体环境保护角度考虑研究辐射环境问题是近年来刚刚开始的，如其基本原则、效应终点、参考生物和剂量评价模式等。进一步的研究交流和协调是必要的。在制定管理框架时，需要根据现在可用的最好知识，具有灵活性，可在各种情况下应用并能够适应新的科学知识的进展。这一框架应该是实用的和简单的，避免给监管者和运行者造成过分的负担，允许利益相关者参与
【学位授予单位】：中国原子能科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TL72

【引证文献】