非人类物种辐射剂量评估方法研究

论文摘要

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90Sr超过了参考值（BCGs）的22倍。针对滨岸动物，水体中的90Sr和137Cs超过了参考值，沉积物中的90Sr、137Cs和239pu都超过了参考值。其中90Sr和37Cs超标比较严重，而239pu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90Sr对滨岸类动物的影响。（2）沉积物中的90Sr对滨岸类动物的影响。（3）水体中的137Cs对滨岸类动物的影响。（4）水体中的137Cs对水生类动物造成的影响。（5）沉积物中的90Sr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：90Sr：0.36Gy／d、137Cs：0.18Gy／d、238U：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：90Sr、137Cs、60Co、238U、235U、134Cs和239Pu，其中90Sr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：90Sr、238U、137Cs、239Pu、235U、134Cs和60Co，其中90Sr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。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 引言
• 1 概述
• 1.1 目的意义
• 1.1.1 本研究工作的目的
• 1.1.2 在我国开展非人类物种辐射剂量评估的意义
• 1.2 该领域国内外研究现状及发展方向
• 1.2.1 国外研究现状和发展趋势
• 1.2.2 国内研究现状和发展趋势
• 1.3 论文主要研究内容及特点
• 1.3.1 论文主要研究内容
• 1.3.2 论文工作特点
• 2 国际上两种主要辐射剂量评估方法的比较和结论
• 2.1 对参考生物的考虑
• 2.2 不同类型的核素及介质条件方面的考虑
• 2.3 辐射剂量计算模型及效应分析
• 2.4 中国开展非人类核辐射影响评估应该开展的工作
• 3 一些关键问题的研究
• 3.1 环境放射性污染特征分析（时空分布）
• 3.2 特定环境中生物分布特征或生活习性研究
• 3.3 外照射几何条件的确定
• 3.4 生物体内核素浓度的导出和测量
• 3.4.1 获得生物体内核素浓度的几种方法及存在的问题
• 3.4.2 进一步研究课题建议
• 4 四0四厂蒸发池环境个例研究和应用
• 4.1 四0四厂蒸发池环境中核素分布特征分析
• 4.2 四0四厂区环境中生物分布特征及生活规律分析
• 4.2.1 四0四厂区环境中生物分布特征一般描述
• 4.2.2 四0四厂区生物生活规律分析
• 4.3 数据分析及整合
• 4.4 用美国的方法进行剂量评估
• 4.4.1 剂量计算
• 4.4.2 剂量评估分析
• 4.4.2.1 总体剂量评估分析
• 4.4.2.2 结果分析讨论
• 4.5 用欧共体的方法进行剂量评估及效应分析
• 4.5.1 欧共体 FASSET的剂量评估
• 4.5.1.1 数据整合
• 4.5.1.2 辐射剂量计算结果
• 4.5.2 剂量计算结果分析
• 4.5.3 放射性核素浓度总量控制初探
• 4.5.4 结果分析讨论
• 4.6 辐射剂量评估结论及建议
• 5 鸟类模型的建立及能量吸收分数的蒙卡计算
• 5.1 鸟类解剖学模型的建立
• 5.2 能量吸收分数的蒙卡计算及结果
• 5.3 一些基本知识和数据
• 5.4 基于解剖学模型的剂量学模式
• 6 结论和建议
• 6.1 本论文工作的结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附件1 Monte-Carlo 模拟中对各种几何的标准定义
• 附件2 MCNP4 Monte-Carlo模拟程序
• 附件3 用FASSET 方法评估非人类辐射剂量的计算程序
• 附件4 研究生在读期间发表的论文和参与的工作