Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
Бабенко Светлана Петровна
Прогнозирование радиационного и токсического воздействия выбросов гексафторида урана методами математического моделирования
Специальность 03.00.16-05 (экология)
Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук
Москва - 2008
Работа выполнена на кафедре Физика Московского государственного технического университета (МГТУ) им. Н. Э. Баумана.
Официальные оппоненты: доктор технических наук Хрущ Валерий Тихонович доктор технических наук, профессор Лелеков Владимир Иванович доктор физико-математических наук, профессор Делицын Андрей Леонидович Ведущая организация Научно-технический центр радиационной химической безопасности и гигиены федерального медико-биологического агентства (ФМБА)
Защита состоится 24 июня 2008 г. в аудитории 305 в 15 час на заседании диссертационного совета Д.212.137.01 в Московском государственном открытом университете по адресу:
107996, г. Москва, ул. Павла Корчагина, д.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу:
107996, г. Москва, ул. Павла Корчагина, д. Ученый совет Московского государственного открытого университета.
Автореферат разослан __ __________2008 г._ Учёный секретарь диссертационного совета к. т. н. А. Б. Пермяков
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Токсическое и радиологическое воздействие на организм человека веществ, загрязняющих атмосферу рабочих помещений вследствие технологических выходов, является серьезным осложнением в организации производственного процесса. Актуальность проблемы обеспечения безопасного труда обусловлена необходимостью решения народно-хозяйственных задач рассматриваемого предприятия.
Наша работа решает вопросы, связанные с безопасностью труда в условиях, когда, вследствие аварийного выброса или производственного процесса, в воздухе рабочего помещения появляется гексафторид урана ( UF6, ГФУ). Гексафторид урана является основным рабочим веществом в технологиях обогащения урана изотопом U235, лежащих в основе атомной энергетики, которой в настоящее время в России уделяется очень большое внимание. Поэтому актуальность нашей работы обусловлена необходимостью решения народно-хозяйственных задач по производству высококачественного ядерного топлива, которые решаются предприятиями атомной энергетики.
К числу задач, которые приходится решать для обеспечения безопасности труда на производстве, относятся: нормирование загрязнения производственного помещения и количества инкорпорированного вещества;
контроль загрязнения среды и поступления вещества в организм человека;
разработка и принятие мер защиты; прогноз последствий воздействия на человека рассматриваемого вещества; выбор тактики медицинской помощи.
Создание математических моделей, позволяющих оценивать интенсивность загрязнения воздуха рабочих помещений гексафторидом урана и продуктами его гидролиза (в составе которых содержатся токсичные вещества уран и фтор), максимальную величину этого загрязнения, динамику проникновения токсичных веществ в организм человека и вывода из него, потребовало проведения в рамках данной работы исследования формирования газово-дисперсной среды, функции распределения размеров аэрозольных частиц, оседания частиц на человека и производственные поверхности, прохождения их через барьерные органы перкутанного (кожу) и ингаляционного поступлений.
Основной целью работы является количественное описание динамики загрязнения производственного помещения; поступления в организм человека, депонирования в нём и вывода из него урана и фтора и определение относительной роли перкутанного и ингаляционного поступлений при различных мерах защиты.
Задачи исследования. Создать комплексную модель формирования вредного воздействия гексафторида урана на организм человека. В рамках этой модели решить вопросы:
1. описание пространственного распределения концентраций и плотностей потоков атомов урана и фтора в производственном объёме и выражение их через начальную концентрацию молекул гексафторида урана в аварийной ситуации или плотность мощности их источников в стационарных производственных условиях;
2. количественное описание депонирования в организме человека, в барьерных и отдельных внутренних органах;
3. установление количественного соотношения между поступлениями урана и фтора в организм через дыхательную систему и через кожные покровы;
4. определение максимально возможного загрязнения окружающей среды и поступлений урана и фтора в организм человека, соответствующих этому загрязнению;
5. определение величины дозового коэффициента перкутанного поступления урана.
Научная новизна диссертационной работы.
1. Описана динамика процессов загрязнения окружающей среды в закрытых помещениях и проникновения токсичных веществ (урана и фтора) в организм человека через органы дыхания и кожу применительно к аварийным выбросам и технологическим поступлениям гексафторида урана в воздух.
2. Получены аналитические выражения для функций распределения размеров аэрозольных частиц: образующихся в процессе нуклеации молекул уранил-фторида и фтористого водорода (продуктов гидролиза гексафторида урана); оседающих после нуклеации в поле силы тяжести в вязкой среде при наличии воздухообмена.
3. Получены аналитические выражения для массы урана и фтора, депонированных в организме.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что расчеты, проведенные в рамках построенных моделей рассматриваемых процессов, позволили сделать практически важные выводы:
1. при расчете дозиметрических характеристик перкутанного воздействия гексафторида урана, нужно учитывать только газообразные продукты гидролиза;
2. пренебрегать перкутанным поступлением продуктов гидролиза гексафторида урана на фоне ингаляционного поступления недопустимо, т. к.
в некоторых условиях одно перкутанное поступление приводит к летальному исходу;
3. при организации контроля начальной концентрации гексафторида урана в аварийной ситуации, проведенные расчеты дают возможность оперативного принятия медицинских и административных мер и решений для спасения пострадавших;
4. отклик организма на радиационное воздействие урана при его перкутанном поступлении, на два порядка слабее, чем при ингаляционном поступлении и п.
( ) Некоторые результаты работы внедрены в практику медсанчастей, обслуживающих предприятия атомной промышленности.
1. Результаты внесены в инструкцию - Оказание экстренной специализированной помощи пострадавшим при общей интоксикации и ожогах, обусловленных выбросом гексафторида урана на предприятиях атомной промышленности, выполненную по заказу Федерального управления Медбиоэкстрем в 2001 г. и дополненную в 2003 г. и 2005 г.
Инструкция принята к исполнению: в ЦГСЭН - 28, зарегистрирована под номером № 55 от 29.12.01 г.; в ЦГСЭН - 81, зарегистрирована под номером № 06/2350 от 29.11.05 г.
2. Опробован и рекомендован в практику обследования персонала метод быстрого количественного определения фтора в суточной моче персонала и выявления путей (перкутанный или ингаляционный) поступления фтора в организм: в ЦГСЭН - 28, зарегистрирован под номером № 1 от 24.11.05 г.; в ЦГСЭН - 81, зарегистрирован под номером № 06/235 от 29.11.05 г.
Достоверность и обоснованность результатов, полученных в рамках построенных моделей, выводов и рекомендаций, сделанных в работе, подтверждается применением классических методов решения дифференциальных уравнений, описывающих рассматриваемые процессы, совпадением расчетных и экспериментальных результатов, имеющихся в литературе по выбросу гексафторида урана в воздух рабочего помещения.
ичный вклад автора работы заключается в постановке задачи, математическом моделировании рассматриваемых процессов, анализе полученных результатов, формулировке выводов, изложении материала, реализации всех форм внедрения. Некоторые результаты исследований, представленные в диссертации, опубликованы Бабенко С. П. без соавторов (10 работ).
На защиту выносятся теоретические положения, совокупность которых позволяет количественно описать формирование вредного воздействия гексафторида урана на организм человека. К ним отнесены:
1. математическая модель, описывающая процессы загрязнения производственной среды гексафторидом урана и продуктами его гидролиза;
2. интегральная модель перкутанного и ингаляционного поступлений урана и фтора в организм;
3. камерная (дифференциальная) модель перкутанного и ингаляционного поступлений урана в организм;
4. важнейшие результаты расчёта по относительной роли перкутанного поступления в различных условиях, по депонированию урана и фтора в самых жестких аварийных и производственных условиях, по динамике поступления фтора, как наиболее токсичного вещества в продуктах гидролиза UF6.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы доложены на пяти всероссийских и международных научных конференциях.
По материалам диссертационной работы опубликовано 38 научных работ, в том числе 33 статьи и 5 тезисов докладов и публикаций в материалах конференций; 17 статей опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения и списка использованных источников, изложена на 375 страницах печатного текста, содержит 123 таблицы, 70 рисунков и список цитированной литературы из 160 источников, из них 119 на русском и 41 на иностранных языках.
Содержание работы Во введении обоснована актуальность, научная и практическая значимость темы, определены цели и задачи исследований по прогнозированию радиационного и токсического действия выбросов гексафторида урана на человека.
В первой главе описаны математические модели загрязнения производственной среды предприятий атомной промышленности гексафторидом урана, продуктами его гидролиза и их монодисперсными аэрозолями.
Гексафторид урана ( UF6 ) - газообразное соединение. Появляясь в объеме производственного помещения, гексафторид урана взаимодействует с влагой воздуха по схеме:
UF6 + H2O UOF4 + 2HF, UOF4 + H2O UO2F2 + 2HF.
Молекулы HF и UO2F2, склонные к нуклеации, образуют аэрозольные частицы. Гексафторид урана UF6, газы UOF4, UO2F2, HF и аэрозоли UO2F2, HF загрязняют воздух рабочего помещения. На основе анализа современных представлений о процессах проникновения в организм человека веществ из окружающей среды, построена схема воздействия гексафторида урана на организм человека (рис. 1).
H2O H2O 2 UFUOFUF6 UO2FВенти HF HF ляция 3 3 Аэроз Аэроз Аэроз 3 Дыхат. система Поверхн. кожи Ткань кожи Ткани и органы Ткани и органы Выход через Выход через мочев. пузырь Выход из кожи мочев. пузырь рис. 1 Схема комплексной модели воздействия гексафторида урана на организм человека; 1 = 2 с, 2 = 20 с - периоды полувыведения за счёт гидролиза газов UF6 и UOF4; 3 = 50 с - периоды полувыведения за счёт нуклеации газов UO2F2 и HF В качестве основных допущений при построении моделей загрязнения производственной воздушной среды приняты следующие:
1. газ UF6 поступает в каждую точку области Q;
2. вывод молекул образующихся веществ из каждой точки области Q осуществляется за счёт воздухообмена, диффузионного осаждения на границу области Q, дрейфа в пространстве;
3. молекулы UO2F2 и HF образуют аэрозольные частицы вследствие нуклеации;
4. все процессы ввода и вывода частиц - линейны.
В основе математической модели лежат уравнения непрерывности, описывающие концентрации частиц. Для газов:
N nk = Dknk - vk,grad nk + ( ) ( ) ( ( ) ) a nm + Fk x,t, k =1, N, x Q, t 0,+ ;
k,m t m= nk x,0 = nk,0 x, k =1, N, x Q;
( ) ( ) nk x,t = 0, k =1, N, x Q, t 0,+.
( ) ( ) Здесь: N - число интересующих нас веществ в составе газов; nk x,t - ( ) концентрация молекул вещества с номером k в точке x в момент времени t;
vk и Dk - скорость дрейфа и коэффициент диффузии молекул вещества с номером k; - оператор Лапласа; ak,m - коэффициенты, описывающие процессы гидролиза, нуклеации и воздухообмена; Fk x,t - плотность ( ) мощности внешних источников молекул вещества с номером k; nk,0 x - ( ) концентрация молекул вещества с номером k в точке x в момент времени t = 0.
Для аэрозолей:
N n = D(r)n - v(r),grad n - Kn + g(r) nm x,t, x Q, t 0,+ ;
( ( ) ( ) ( ) ) b m t m= n r, x,0 = 0, x Q;
( ) n r, x,t = 0, x Q, t 0,+.
( ) ( ) Здесь: r - радиус аэрозольных частиц; n r, x,t - удельная (по радиусам ( ) аэрозольных частиц) концентрация молекул интересующего нас вещества в составе аэрозольных частиц радиуса r в точке x в момент времени t; v(r) и D(r) - скорость дрейфа и коэффициент диффузии аэрозольных частиц радиуса r; K - коэффициент воздухообмена; g - дифференциальная функция распределения радиусов аэрозольных частиц, образующихся в процессе нуклеации; bm - коэффициенты, описывающие процессы нуклеации.
Решение этих уравнений дает выражения для концентрации атомов урана и фтора nU x,t, nF x,t и плотностей их потоков jU x,t, jF x,t.
( ) ( ) ( ) ( ) В данной главе решение искалось в предположении, что все аэрозольные частицы имеют одинаковые радиусы r0 (монодисперсные аэрозоли), дифференциальная функция распределения g описывается - функцией, которая равна бесконечности при r = r0 и нулю при остальных значениях r. Такие условия позволяют исключить коэффициент g(r) из исходного уравнения.
Для описания систем газов и монодисперсных аэрозолей построены несколько нестационарных и стационарных моделей. В каждой модели, кроме описанных выше общих условий, на частицы наложены конкретные дополнительные условия. В рамках отдельных моделей исследовано влияние на полученные результаты характера граничных условий, протяженности выброса гексафторида урана, пренебрежения диффузией газов и аэрозолей, пренебрежения процессами нуклеации.
Проведено сравнение полученных расчетных результатов с экспериментальными. Последние получены в эксперименте, моделирующем ситуацию аварийного выброса гексафторида урана на предприятиях атомной промышленности, описанную в литературе. Эксперимент состоял в том, что в закрытом производственном помещении был реализован выброс определённого количества гексафторида урана. В течение двух часов экспериментаторы находились в этом помещении, визуально наблюдая последствия выброса. Была получена информация о динамике активности урана на поверхности кожи, активности урана в суточной моче, объёмной плотности активности урана в воздухе. В процессе сопоставления.
1. Проведен выбор той из построенных моделей, результаты которой ближе всего к эксперименту и которая используется в дальнейшем для расчета дозиметрических характеристик. На рис. 2 изображены зависимости поверхностной плотности S (t) урана на производственных поверхностях от времени, полученные в рамках 1-ой, 2-ой и 4-ой моделей. Там же отмечены максимальные по времени, соответствующие условиям эксперимента, значения S,max (t) для частиц, оседающих на производственные поверхности за счет диффузии (нижняя горизонтальная линия) и силы тяжести (верхняя горизонтальная линия).
четвертая модель для аэрозолей 1,E-вторая и четвертая модели для газов 1,E+1,E-1,E-1,E-04 1,E-1,E-1,E-1,E-1,E-1,E-1,E-1,E-1,E-1,E-1 10 100 1000 1001,E-t, сек 1 10 100 1000 100t, сек рис. 2 рис. рис. 2 Зависимость поверхностной плотности массы урана на производственных поверхностях от времени рис. 3 Зависимости поверхностных плотностей массы урана от времени, полученные в рамках второй и четвёртой моделей. Отдельные точки на поверхностная плотность массы урана r (кг/м2) поверхностная плотность массы урана r (кг/м2) диаграмме (сверху вниз) - экспериментальные значения тех же величин на фильтре Петрянова, стёклах, на одежде и коже Из рисунка следует, что только результаты расчёта в рамках четвёртой модели хорошо укладываются в экспериментальные факты по осаждению и основная доля выброшенного в воздух гексафторида урана находится там в состоянии аэрозолей.
2. Показано, что поступление урана в организм человека через кожу (перкутанное поступление) реализуется газами (рис. 3), а поступление на одежду - газовой компонентой и аэрозольной, которая частично стряхивается с одежды в процессе движения человека.
3. Показано, что хотя 4-ая модель позволяет получить хорошее соответствие теоретической и экспериментальной зависимостей S,U(t) на производственных поверхностях, она не обеспечивает такого результата для концентрации частиц в воздухе (рис. 4). Расхождение расчетных и экспериментальных зависимостей nU(t) различно для монодисперсных систем с разными радиусами аэрозольных частиц. Из анализа кривых сделано заключение, что расхождение расчетных и экспериментальных результатов должно уменьшиться, если рассмотреть концентрацию атомов урана в составе всех аэрозольных частиц полидисперсной системы. Поэтому во второй главе описаны полидисперсные модели процессов оседания.
Анализ результатов расчета в рамках построенных моделей показал, что атомы урана в составе газов распределены в пространстве практически равномерно. Концентрация атомов урана в составе аэрозолей при коэффициенте воздухообмена K = 0 час-1 уменьшается с увеличением высоты z. При K = 3,5,7 час-1, для самых мелких ( r = 0.105 мкм ), из рассмотренных аэрозольных частиц, атомы урана распределены в пространстве практически равномерно. Соотношение между концентрацией атомов урана в составе газов и в составе аэрозолей, сильно меняется с изменением радиуса аэрозольных частиц.
0,0,r=2,63мкм r=1,05мкм 0,0r=0,26мкм эксп.
0,000,0001 100 100t мин.
рис. 4 Динамика формирования концентрации урана в составе монодисперсных аэрозолей разных радиусов и экспериментальной концентрации урана Все посчитанные в первой главе величины (объёмные концентрации атомов урана и фтора nU и nF и поверхностные плотности массы урана и фтора S,U и S,F) выражены через начальную объёмную концентрацию молекул UF6 в аварийной ситуации или через плотность мощности источников молекул UF6 в стационарном режиме (F), т. е. через основные характеристики загрязнения среды.
Одна из построенных в этой главе моделей (четвертая) в дальнейшем выделена как модель, которая лучше остальных описывает поступление в U n 1/м организм газов через кожу (перкутанное поступление). Остальные модели носят исследовательский характер. Выявлен очень важный практический результат, что поступление урана и фтора через кожу с продуктами гидролиза гексафторида урана осуществляется только газами. Указано направление дальнейшего моделирования.
Во второй главе описаны математические модели загрязнения производственной среды предприятий атомной промышленности гексафторидом урана, продуктами его гидролиза и их полидисперсными аэрозолями. Размеры частиц полидисперсных аэрозолей различны.
Построено несколько нестационарных, описывающих аварийные ситуации и стационарных, описывающих повседневные производственные условия, полидисперсных моделей. Общие для всех моделей условия расчета принимались те же, что и в выбранной при верификации монодисперсной модели (гл. 1). В каждом случае на эти условия накладывались еще дополнительные условия, соответствующие рассматриваемой ситуации.
Основные характеристики полидисперсных аэрозолей - функции распределения радиусов аэрозольных частиц. Введены следующие функции:
g(r) (дифференциальная) и G(r) (интегральная), описывающие распределение радиусов аэрозольных частиц, образующихся в процессе нуклеации молекул интересующего нас вещества и g1(r, z,t), G1(r, z,t), описывающие распределение радиусов аэрозольных частиц в любой точке объема рабочего помещения в любой момент времени. Зависимость от координаты и времени появляется из-за движения аэрозольных частиц в поле силы тяжести и сопротивления среды.
В системах полидисперсных аэрозолей g(r) является неизвестной функцией от радиуса частиц, и искомая концентрация выражается через нее.
Чтобы решить задачу определения концентрации урана в составе аэрозольных частиц, предложена методика определения функции g(r), основанная на расчетных данных, полученных в рамках пятой (полидисперсной нестационарной) модели, и данных модельного эксперимента. Предложенная методика позволила получить набор значений интегральной функции распределения G ri, где набор значений радиуса ri ( ) определяется положением измерительных приборов и набором значений времени измерения.
Полученная экспериментальная зависимость G(r) сравнивалась с теоретическими зависимостями G(r) для наиболее распространенных промышленных аэрозолей. Принята была та функция G(r), на которую лучше всего накладывались расчетно-экспериментальные точки (рис. 5).
рис. 5 Сравнение экспериментальной функции распределения радиусов аэрозольных частиц с логарифмически нормальным законом По описанной методике получено, что функция распределения аэрозольных частиц, образующихся в процессе нуклеации, описывается логнормальным законом:
ln r - ln rg ( ) ( ) , 1 g(r) = exp - r 2 ln g ln g ( ) ( ) r ln r - ln rg ( ) ( ) G(r) = g(r) = 1+ Erf .
dr 2 ln g ( ) Здесь: rg = 2.744 10-6 м и g = 2.18 - среднегеометрический радиус и стандартное геометрическое отклонение, характерные параметры логнормального распределения.
Функции g1(r, z,t) и G1(r, z,t) вычислены по их определениям r n (r, z,t) g1(r, z,t) = и G1(r, z,t) = g1(r, z,t) и рассчитанным, в рамках dr n(z,t) построенных полидисперсных моделей, удельной (по радиусам аэрозольных частиц) концентрации молекул интересующего нас вещества в составе аэрозольных частиц радиуса r и концентрации молекул интересующего нас вещества в составе аэрозольных частиц всех размеров. Получены аналитические выражения для g1(r, z,t) и G1(r, z,t). Из них следует.
1. В аварийной ситуации функции g1(r, z,t) описываются логнормальным законом в диапазоне значений r = 0 r0 (рис. 6, рис. 7, кривые 2). При r > r0 имеет место равенство g1(r, z,t) = 0. Величина rопределяется выбранными значениями z и t. С приближением условий, принятых в модели, к реальным, усечение логнормального закона сглаживается (рис. 6, рис. 7, кривые 3). Кривые 1 на тех же рисунках изображают функцию g(r).
рис. 6 рис. рис. 6 Дифференциальные функции распределения радиусов аэрозольных частиц UO2F2, образующихся в процессе нуклеации и находящихся на высоте z0 =1.5 м в момент времени t =10 мин рис. 7 Дифференциальные функции распределения радиусов аэрозольных частиц HF, образующихся в процессе нуклеации и находящихся на высоте z0 =1.5 м в момент времени t =10 мин 2. В стационарных режимах, в отсутствии воздухообмена в рабочем помещении ( K = 0 час-1), функция распределения размеров аэрозольных частиц не зависит от высоты z и описывается логнормальным законом со среднегеометрическим радиусом в 3.5 раза меньшим, чем в аварийной ситуации. В присутствии воздухообмена ( K 0 час-1) функция g1(r, z) зависит от высоты z и не описывается логнормальным законом. Однако, при K 3 час-1 зависимость от z слаба, а отклонения от логнормального закона не велики. В стационарных производственных условиях чаще всего используется режим K = 3 час-1, поэтому и в производственном режиме можно считать, что распределение размеров аэрозольных частиц описывается логнормальным законом.
Вычислена основная характеристика загрязнения производственной среды - концентрация молекул интересующего нас вещества n(z,t) в составе всех аэрозольных частиц как функция z, t (с помощью уравнения непрерывности, по найденной функции g). Проведен анализ этой зависимости, полученной в рамках нескольких моделей, и сравнение ее с экспериментальной, полученной при моделировании аварийной ситуации по выбросу гексафторида урана (литературные данные). Получено следующее.
1E+1,000E+ 5-я модель 1,000E+1,000E+1,000E+1,000E+ 6-я модель 1,000E+К =1,000E+К =1E+К =1,000E+4-я модель К =1,000E+(монодис1,000E+персная) 1,000E+1,000E+10 эксперимент 1,000E+0,1 1 10 100 1000 10000 1E+1E+0 2 t (мин.) z(м) рис. 8 рис. рис. 8 Сравнение зависимостей концентрации n(t) от времени t - экспериментальной и расчётных, полученных в рамках трёх моделей рис. 9 Рассчитанная зависимость концентрации атомов урана nU (z) (в составе всех аэрозольных частиц) от высоты z -n(м ) F n (1/м ) 1. Лучше всего экспериментальным результатам соответствуют расчетные данные, полученные в рамках шестой (нестационарной) модели (рис. 8). Пятая модель, не учитывающая газы, не описывает первую стадию реального процесса, которая хотя и длится десятки секунд, влияет на соотношение количеств веществ, попадающих в организм в газовой и аэрозольной фазах.
2. Относительно пространственного распределения аэрозольных частиц, после аварийного выброса гексафторида урана, получено, что, согласно расчету в рамках полидисперсных моделей и по экспериментальным данным, вблизи потолка возникает резкая граница между областями с большой и малой концентрацией атомов токсичного вещества в составе всех аэрозольных частиц. Со временем эта граница становится менее резкой и опускается к полу.
3. В стационарных производственных условиях распределение атомов урана в составе всех аэрозольных частиц имеет вид, изображенный на рис. 9.
Видно, что при любом значении коэффициента воздухообмена K атомы токсичного вещества распределены в пространстве неравномерно, и тем более неравномерно, чем меньше коэффициент воздухообмена.
4. Расчеты, проведенные в стационарных режимах, показали, что учёт диффузии носителей урана и фтора слабо влияет на значения n(z) вдали от стенок.
Сделано заключение относительно области применения каждой из построенных моделей.
1. Поскольку расчетные данные, полученные в рамках шестой (нестационарной полидисперсной) модели, ближе остальных подходят к экспериментальным значениям, расчёт величин, определяющих поступление урана и фтора в организм человека, далее проводится в рамках шестой модели.
2. Пятая модель, не учитывающая наличие в воздухе урана в газовой фазе, не рекомендуется для расчета дозиметрических величин, но в ее рамках показано, что закон распределения радиусов аэрозольных частиц, возникающих при выбросе гексафторида урана, является известным для промышленных аэрозолей логнормальным законом.
3. Полидисперсные модели точнее описывают динамику концентрации урана в воздухе рабочего помещения, чем монодисперсные модели (рис. 4 и рис. 8). Однако четвертая (монодисперсная) модель рекомендуется для расчета дозиметрических характеристик при перкутанном поступлении урана и фтора в организм, поскольку уравнение непрерывности для газов в монодисперсных моделях записано и решено с учетом диффузионных процессов, которые не учитываются в полидисперсных моделях.
4. В стационарном режиме для описания ингаляционного и перкутанного поступления урана и фтора в организм человека, рекомендуется четвёртая стационарная (полидисперсная) модель. Третья стационарная (полидисперсная) модель хорошо описывает ингаляционное поступление, но не может описать перкутанное поступление.
В третьей главе описаны модели перкутанного (через кожу) поступления в организм человека и прохождения через него урана и фтора в составе гексафторида урана и газообразных продуктов его гидролиза.
Схема перкутанного поступления выделена цифрой 3 на блок-схеме комплексной модели формирования вредного воздействия гексафторида урана на организм человека (рис. 1). Осевшие на поверхность кожи вещества проникают в ткань кожи, из которой впоследствии выходят, в основном, в процессе сшелушивания кожи. Частично из ткани кожи они проникают в плазму крови и впоследствии выходят через мочевой пузырь.
Построены две модели перкутанного поступления рассматриваемых веществ в организм человека - интегральная и дифференциальная. Первая из них делит процесс прохождения урана и фтора в составе продуктов гидролиза гексафторида урана на два - прохождение через барьерный орган и интегрально через все внутренние органы. Вторая рассматривает процесс прохождения через барьерный орган аналогично, а прохождение через внутренние органы дифференцирует по отдельным органам.
В основу построения интегральной модели перкутанного поступления легли следующие положения и допущения.
1. Данные модельного эксперимента по закону изменения активности A1(t) урана на поверхности кожи и активности A2(t) урана в суточной моче 0 0 12 со временем: A1(t) = A1 C1e- t + C2e- t и A2(t) = A2 C1e- t + C2e- t, где A1, ( ) ( ) C1, C2, 1, 2, A2, C1, C2, 1, 2 - постоянные.
2. В модельном эксперименте поступление урана на кожу человека - мгновенное (это подтверждено расчётом, гл. 1).
3. При протяженном поступлении, порции атомов урана, поступающие на кожу на двух малых промежутках времени, эволюционируют далее по одинаковым законам. Суммарное поступление вычисляется интегрированием выражения для удельного поступления.
4. Каждое элементарное поступление на кожу сразу же включается в процессы прохождения в ткань кожи, частично внутрь организма и процессы вывода из них.
5. В стационарных условиях поступление происходит только в течение рабочего дня, в конце каждого из рабочих дней кожа дезактивируется и полностью очищается от продуктов гидролиза гексафторида урана.
Плотность потока атомов урана на поверхности кожи при этом описывается некоторой кусочно-постоянной функцией j ( j(t) = j0 внутри рабочего дня и j(t) = 0 вне его). Полное поступление вещества в организм находится суммированием интегралов, определяющих поступление на протяжении одного рабочего дня.
6. Вещество, проникающее в кожу, распределено в ее толще по экспоненциальному закону n(z) = n0e-z, в котором коэффициент найден из условия количественного соответствия его данным эксперимента, моделирующего аварийную ситуацию.
В рамках построенной модели.
1. Вычислено число частиц рассматриваемого вещества на поверхности кожи N1(t), в ткани кожи N2(t), число N4(t) частиц, вышедших из организма к моменту времени t.
2. Вычислена энергия -излучения, выделившаяся в соответствующем t ( органе к моменту времени t: Qt) = WAудm0 N( ) где: W - энергия d частицы; Aуд, m0 - удельная активность урана и масса атома урана.
3. Вычислены эквивалентные дозы, формирующихся во внутренних органах и, отдельно, в ткани кожи и в её самом чувствительном к излучению слое - базальном. Получено, что эквивалентная доза, формирующаяся в базальном слое, в 6 раз больше, чем в других областях кожи. В сочетании с большой чувствительностью к -излучению, этот результат означает, что базальный слой является критическим при облучении кожи.
4. Просмотрена динамика депонирования урана и фтора в ткани кожи, во всех внутренних органах (интегрально), динамика вывода урана и фтора из организма. При расчетах депонирования и выхода фтора принималась приведенная ниже интегральная схема (рис. 10), согласно которой фтор, не задерживаясь в ткани кожи, проходит во внутренние органы и выходит из организма через мочевой пузырь.
По в е р х - Тк а н ь Тк а н и Вых о д н о с т ь и ч е р е з ко ж и м о ч е в о й ко ж и о р г а н ы п у з ы р ь рис. 10 Схема интегральной модели прохождения фтора через организм человека 5. В рамках интегральной модели посчитан вклад кожи в дозовый коэффициент урана, поступающего перкутанно.
Достоинства интегральной модели.
1. В литературе имеются данные по порогам детерминированных эффектов в связи с депонированием во всем организме урана и фтора.
Сопоставление этих данных с результатами расчетов в рамках интегральной модели позволяет определять условия возникновения детерминированных эффектов.
2. Обеспечивает возможность оценки депонирования в организме фтора, для которого нет набора параметров метаболизма, необходимого для использования камерной модели, рекомендуемой МКРЗ для описания вещества через организм.
Недостаток интегральной модели - отсутствие результатов по распределению депонирования веществ по отдельным внутренним органам и, соответственно, отсутствие возможности вычислить эффективную дозу, формирующуюся в организме.
Проведена верификация модели сравнением расчётных данных в рамках интегральной модели перкутанного поступления и данных реальной аварийной ситуации. Согласно этим данным, пострадавшая находилась в аварийной ситуации 15 мин, дезактивация кожи отсутствовала, продолжительность жизни - 5 час, данные патологоанатомов о количестве фтора в организме - m0 =1713 мг.
Расчеты, проведенные в рамках интегральной модели, показали, что зафиксированное патологоанатомами количество фтора в организме соответствует начальной концентрации гексафторида урана в воздухе nUF,0 31023 м-3, что не противоречит тем значениям n 3.31024 м-3, которые могут быть реализованы при выбросе гексафторида урана в воздух рабочего помещения.
В основу построения дифференциальной модели перкутанного поступления легли следующие положения и допущения.
1. Камерная модель МКРЗ-67, описывающая прохождение урана через организм в составе гексафторида урана, введенного непосредственно в плазму крови.
2. Интегральная модель прохождения вещества через барьерный орган.
3. Входные функции для камерной (дифференциальной) модели метаболических процессов (скорость ввода массы урана в плазму крови через кожу). Для аварийной ситуации:
t dm d D = mSC j( ) 1- e- (t- ) = n0mSC3e- t Erf - 3 t ( ) () 0 0 ().
d dt dt - Здесь: n0 - начальная концентрация атомов урана в составе газов в воздухе рабочего помещения; m0 - масса атома урана; S - эффективная площадь поверхности кожи человека; - постоянная, характеризующая скорость гидролиза UF6. Коэффициенты С и `3 подобраны так, чтобы найденный экспериментально закон вывода урана из организма с мочой, наилучшим образом совпадал с законом скорости накопления урана в мочевом пузыре по модели МКРЗ.
Для стационарных производственных условий:
d -3 t-N (t ) ( ) mt) = j0mSC 1- e, t t1,+, N (t) t < N (t), ( [ ) ( ) dt d mt) = 0, t t1,+, N (t ) < t < .
( [ ) N (t ) dt Здесь: j0 - плотность потока атомов урана на поверхности кожи пострадавшего; t1 - начало нулевого рабочего дня; N(t) - номер суток, на которые приходится момент времени t; n, n - начало и конец n-го рабочего дня.
В рамках построенной дифференциальной модели.
1. Просмотрена динамика депонирования урана в различных органах.
2. Проведены расчёты для условий, реализованных в модельном эксперименте и для стандартных производственных условий на предприятиях рассматриваемого типа.
3. Посчитаны дозовые коэффициенты при перкутанном поступлении в аварийной ситуации и в условиях производственной деятельности.
4. Проведено сравнение результатов, полученных для урана в рамках интегральной и дифференциальной моделей, в одинаковых условиях. Сделан вывод, что оба метода дают близкие результаты и потому интегральный метод может быть использован для оценки депонирования в организме фтора, для которого не известны метаболические параметры.
Достоинства дифференциальной модели.
1. В литературе имеются данные по порогам детерминированных эффектов в связи с депонированием урана и фтора в отдельных органах.
Сопоставление этих данных с результатами расчетов в рамках дифференциальной модели позволяет определять условия возникновения некоторых детерминированных эффектов.
2. В рамках этих моделей можно рассчитать многие величины, определяющиеся распределением поступившего вещества по органам.
Недостаток дифференциальной модели: она не описывает прохождение урана через барьерный орган при перкутанном поступлении его в составе продуктов гидролиза гексафторида урана.
Обе построенные модели перкутанного поступления в организм урана и фтора в составе продуктов гидролиза гексафторида урана дополняют друг друга в плане возможностей расчета и анализа существующих данных по пороговым детерминированным эффектам, вызываемых этими веществами.
В четвертой главе описаны модели процессов депонирования в организме и вывода из него урана и фтора, поступающих в него ингаляционно в составе газообразных и аэрозольных продуктов гидролиза гексафторида урана.
Блок-схема ингаляционного поступления гексафторида урана и продуктов его гидролиза в организм человека выделена цифрой 2 на рис. 1, изображающем комплексную блок-схему формирования вредного воздействия гексафторида урана на организм человека. Вдохнутые с воздухом рабочего помещения уран и фтор проходят через барьерный орган (дыхательную систему), попадают в альвеолы, быстро проходят через них (быстрорастворимые вещества), попадают в кровь и выходят, в основном, через мочевой пузырь.
Построены две модели - интегральная и дифференциальная, различие между которыми то же, что между теми же моделями, описывающими перкутанное поступление.
В основу построения интегральной модели ингаляционного поступления легли следующие положения и допущения.
1. По литературным данным, активность A(t) урана в суточной моче меняется со временем (после разового поступления) по закону:
A(t) = A0 C1e- t + Ce- t, где A0, C1, C2, 1, 2 - постоянные.
( ) 2. При вдыхании воздух рабочего помещения попадает в организм малыми порциями.
3. Порции атомов урана, поступившие на двух малых промежутках времени, эволюционируют по одинаковым законам. Суммарное поступление вычисляется интегрированием выражения для удельного поступления.
4. В стационарных производственных условиях поступление происходит только в течение рабочего дня. Суммарное поступление вещества в организм находится суммированием интегралов, определяющих протяженное поступление одного рабочего дня.
5. Прохождение вдохнутых веществ через дыхательную систему описывается моделью, рекомендуемой МКРЗ, в которой введен коэффициент задержки в организме вдохнутого вещества . В нашей работе он определялся по следующей схеме.
В модели МКРЗ приведена графическая зависимость от активностного медианного аэродинамического диаметра АМАД, = f (АМАД), радиоактивных аэрозольных частиц с логнормальным распределением размеров.
По литературным данным: АМАД = 2rg , где rg - среднегеометрический радиус частиц, описывающихся логнормальным законом распределения их размеров.
По нашим расчётам, распределения размеров аэрозольных частиц уранил-фторида ( UO2F2 ) и фтористого водорода (HF) подчинены логнормальному закону, для которого найдены характерные параметры rg (в аварийной ситуации) и rg (в производственных условиях). Рассчитанные по приведенной схеме значения приведены в табл. 1.
табл. 1 Коэффициенты задержки систем аэрозольных частиц UO2F2 и HF (%) (%) Вещество аэрозолей Вещество аэрозолей Аварийные условия Производственные условия UO2F2 UO2F34 38.( АМАД =13.13 мкм ) ( АМАД = 3.37 мкм ) HF HF 34 ( АМАД = 3.89 мкм ) ( АМАД =1.01 мкм ) Результаты, полученные в рамках интегральной модели: рассчитаны зависимости от времени масс урана mU (t) и фтора mF(t), поступающих, депонирующихся в организме и выходящих из него, эквивалентной дозы H (t), сформированной в организме. Все расчёты проведены для аварийной ситуации и стационарных производственных условий.
Достоинства и недостатки построенной модели те же, что и у интегральной модели перкутанного поступления.
В основу построения дифференциальной модели ингаляционного поступления легли следующие положения и допущения.
1. Камерная (дифференциальная) модель МКРЗ-67, описывающая прохождение урана через организм в составе гексафторида урана, поступающего непосредственно в плазму крови.
2. Модель, рекомендуемая МКРЗ для описания прохождения вещества через дыхательную систему.
3. Вычисленные в гл. 3 коэффициенты задержки в организме вдохнутых полидисперсных аэрозолей UO2F2 и HF.
4. Данные построенной модели загрязнения производственной среды по определению концентрации атомов токсичного вещества в воздухе рабочего помещения.
5. Аналитические выражения для скорости ввода массы урана в плазму крови. Для аварийной ситуации:
dm = mq nг z0,t + аnа z0,t.
( ) ( ) () dt Для постоянных производственных условий:
dm = mq nг + аnа z0, t t1,+, N (t) t < N (t ), ( ) [ ) () dt dm = 0, t t1,+, N (t) < t < .
[ ) N (t) dt Здесь: q - объём воздуха, вдыхаемого человеком в единицу времени; z0 - высота, на которой находится нос человека; nг (z,t) и nг - концентрации атомов урана в составе газов в аварийных и в стационарных условиях; а - коэффициент прохождения аэрозолей через дыхательную систему; nа (z,t) и nа (z) - концентрации атомов урана в составе аэрозолей в аварийных и в стационарных условиях. Остальные обозначения те же, что и для записи dm / dt при перкутанном поступлении.
Посчитаны: массы урана, депонированного в различных внутренних органах и выведенного из организма через мочевой пузырь; число распадов ядер урана, накопленных в различных органах в любой момент времени;
дозовые коэффициенты при ингаляционном поступлении урана в аварийной ситуации и в условиях производственной деятельности. Приведены результаты численного расчёта при условиях, реализованных в модельном эксперименте ( nUF,0 =11021 м-3) и при стандартных производственных условиях ( AV = 3.7 10-2 Бк / м3 ) на предприятиях рассматриваемого типа.
Верификация дифференциальной модели проведена сравнением рассчитанных данных с данными, приведенными в литературе.
Наш расчёт: для аварийного ингаляционного поступления дозовый коэффициент = 9.7310-7 Зв / Бк ( АМАД =13 мкм ).
Публикация NRPB-W56 (Англия): = 5.9 10-7 Зв / Бк ( АМАД = 5 мкм ).
НРБ: = 4.9 10-7 Зв / Бк ( АМАД =1 мкм ).
С учётом того, что для всех приведённых случаев рассматриваемые системы частиц имеют различные значения АМАД и, учитывая тенденцию изменения с изменением АМАД (публикация NRPB-W56), можно заключить, что рассчитанное значение , в аварийной ситуации, для ингаляционного поступления, находится в соответствии со значением по литературным данным.
Проведено сравнение динамики вывода урана из организма, рассчитанной в рамках интегральной и дифференциальной моделей. Как и в случае перкутанного поступления, сделан вывод о том, что интегральная модель даёт результат, сопоставимый с результатом, который даёт дифференциальная модель. Поэтому для фтора, для которого отсутствуют необходимые, для использования модели МКРЗ, метаболические параметры, было принято возможным использовать, для оценки рассматриваемых ситуаций, результаты, полученные в рамках интегральной модели.
В пятой главе, в рамках построенных моделей, проведен количественный сравнительный анализ ингаляционного и перкутанного поступлений урана и фтора в организм человека в составе гексафторида урана и продуктов его гидролиза при разных условиях. На основании анализа литературных данных по порогам детерминированных эффектов от поступления указанных веществ, проведена оценка меры опасности перкутанного и ингаляционного поступлений в отдельности. Сделаны выводы относительно допустимости указанных видов поступления в отсутствии защиты от них. Анализ проведен на следующих характерных примерах.
1. Рассчитаны отношения массы урана (или фтора), депонированного в организме за счёт ингаляционного поступления газов и аэрозолей, к массе урана (или фтора), депонированного во внутренних органах за счёт перкутанного поступления газов (табл. 2). Рассмотрены условия смоделированной аварийной ситуации ( nUF (0) =110211/ м3 ), и стандартные производственные условия ( AV = 3.7 10-2 Бк / м3 ).
табл. 2 Соотношение между массами урана и фтора, накопленными при ингаляционном и перкутанном поступлениях Аварийная ситуация Производственные условия Уран Фтор Уран Фтор t t (сут) mи.с. / mп.о. mи.с. / mп.о. mи.с. / mп.о. mи.с. / mп.о.
10 с 1.92105 144.97 2 8.66102 8.66130 мин 7.8103 11.63 50365 8.75102 8.661 Видно, что и при аварийной ситуации и в производственных условиях, и для урана и для фтора, ингаляционное депонирование на несколько порядков больше перкутанного.
2. Рассчитаны прошедшие в организм массы урана и фтора (табл. 3) и формирующиеся ураном эффективные дозы (табл. 4), соответствующие самым жёстким (концентрация выброшенного гексафторида урана в начальный момент nUF,0 = 3.31024 м-3) аварийным ситуациям. Проведено сравнение их при перкутанном и ингаляционном поступлениях.
табл. 3 Массы, депонированные за 10 минут пребывания в самой жесткой аварийной ситуации. Интегральная модель Полное ингаляционное Перкутанное поступление поступление, = 0.3Вещество m (мг) (внутр.
m (мг) (в коже) m (мг) о.) Уран 6.77102 (вредно)6.77 1.09105 (смертельно) Фтор 3.26103 (смерт.) 4.25104 (смертельно) Видно, что 10 минутное пребывание в аварийной ситуации, даже при защите органов дыхания, приводит к летальному исходу (поступление массы фтора m = 330 мг ). Поступление урана при этом в ткань кожи в 2 раза, а при ингаляционном поступлении на 3 порядка больше величины (300 мг), которая считается предельной при разовом поступлении.
Из (табл. 4) видно, что серьёзную радиационную опасность представляет только ингаляционное поступление урана.
табл. 4 Эффективные дозы, формирующиеся при nUF,0 = 3.31024 м-Перкутанное поступление, t =10 мин Ингаляционное поступление, (Зв), = 50 лет, Е (Зв) t =10 мин, = 50 лет, Е (Зв) 7.4310-2 (малое разовое поступление 2.02102 (опасно) 410-2) 3. Приведены расчетные данные по накоплению урана в почках (табл. 5) и прохождению через организм фтора (табл. 6) за время полной трудовой деятельности (50 лет) в самых жестких на рассматриваемых предприятиях условиях (объёмная плотность активности урана в составе газообразных продуктов гидролиза гексафторида урана AV = 7.4 Бк / м3 ).
табл. 5 Сравнение перкутанного и ингаляционного поступлений в почки за 50 лет работы. Камерная модель Перкутанное поступление в Ингаляционное поступление в t почки почки mнак / mорг mнак / mорг mорг (г) mорг (г) mнак (мкг) mнак (мкг) (мкг / г) (мкг / г) лет 0.19 1310 59.2 310 5.21(<3 мкг/г) (>>3 мкг/г) табл. 6 Масса накопленного в организме и выведенного из него фтора за 50 лет работы в режиме AV = 7.4 Бк / м3. Интегральная модель. = 0.допустимая транзитная K час-1 mп.выв. (г) mи.с.выв. (г) ( ) mп. (г) mи.с. (г) масса m (г) 0 2.2810-3 15.6 0.58 193 2.210-3 15 2.9410-2 3<50 г >>50 г Приведенные в табл. 5 данные свидетельствуют о том, что перкутанное поступление урана в почки не приводит к достижению предела нефротоксичности (3 мкг на 1 г ткани почек). Ингаляционное поступление обеспечивает существенное превышение его.
По данные табл. 6, перкутанное поступление фтора за 50 лет приближается к границе возникновения детерминированных эффектов, а ингаляционное поступление, примерно в 30 раз, превышает эту границу.
Исследованы различия между инерционностью распределения депонирования урана по внутренним органам в трёх ситуациях: уран инъецируется в плазму крови, входит через кожу, входит через дыхательную систему. Получены следующие результаты.
При ингаляционном аварийном поступлении инерционность формирования нагрузки органов, по сравнению со случаем ввода урана непосредственно в плазму крови, имеется, но она очень мала.
Процесс нагрузки внутренних органов, при аварийном перкутанном поступлении урана, значительно более инерционный, чем при вводе его инъекцией.
Общие моменты при всех этих видах поступления: быстрее всего из крови уран переходит в мышцы, затем в почки, поверхность трабекулярной кости и кортикальной кости, печень, объём трабекулярной и кортикальной кости; в аварийных условиях при ингаляционном и перкутанном поступлениях, реализуется такое же распределение урана между органами, как и при инъекции. Например, во всех трёх ситуациях максимально в почки попадает примерно 0.1 прошедшего в организм урана.
Проведена оценка допустимого времени эвакуации из зоны выброса UF6 при исключении ингаляционного поступления в условиях:
определяющий фактор поражения - интоксикация фтором; моменты выхода из аварийной обстановки и дезактивации совпадают. На рис. 11 изображены рассчитанные зависимости mF(t) массы фтора, прошедшего в организм к моменту времени t, от времени. Горизонтальная линия, обозначенная -i-mлет., соответствует поступлению в организм массы mлет. = 330 мг, вызывающей летальный исход. Точка пересечения этой линии с выбранной кривой, определяет время накопления смертельной дозы при рассматриваемом уровне выброса гексафторида урана.
ti - предел пребывания без 1000летального исхода.
1. nUF,0 = 11023 м-t1 30 мин ;
1002. nUF,0 = 31023 м-t2 11 мин ;
103. nUF,0 = 61023 м-t3 6 мин ;
c 1c 4. nUF,0 = 11024 м-t4 4 мин ;
5. nUF,0 = 51024 м-6. - уровень массы фтора m = 330 мг в организме, вызывающий летальный 0 2 4 6 8 10121416182022242628исход Время t (мин.) рис. 11 Динамика массы фтора в глубине организма Видно, что, при изменении начальной концентрации молекул гексафторида урана в диапазоне от n1 =11023 м-3 до n5 = 51024 м-3, предельное время выхода из аварийной ситуации ti меняется от t1 30 мин до t6 1 мин.
Данные, приведенные в пятой главе, свидетельствуют о том, что.
1. В отсутствии мер защиты ингаляционное поступление урана и фтора в организм в составе продуктов гидролиза гексафторида урана, становится опасным, для заболевания и смерти человека, при гораздо меньших уровнях аварийного выброса, чем перкутанное поступление.
Масса фтора m (мг.) 2. При реализации самого сильного загрязнения производственной среды ( nUF,0 = 3.31024 м-3), одно только перкутанное поступление, при защите органов дыхания, способно привести к серьезной интоксикации ураном и смертельному исходу по фтору уже при минутном пребывании в аварийной ситуации даже при дезактивации кожи сразу после выхода.
Организация измерения уровня выброса гексафторида урана ( nUF,0 ) и экстренной, фиксированной по времени, очистки кожи, способны оценить количество поступления урана и фтора в организм к заданному моменту времени и сориентировать специалистов относительно тактики оказания помощи пострадавшим.
3. Процесс нагрузки внутренних органов, при аварийном перкутанном поступлении урана, значительно более инерционный, чем при ингаляционном поступлении или введении его непосредственно в кровь (инъекция).
4. В повседневном рабочем режиме, в котором объёмная плотность активности урана в газовой фазе AV = 7.4 Бк / м3, нельзя работать длительное время без нанесения ущерба здоровью даже при защите органов дыхания.
Выводы 1. В соответствии с поставленной целью, путём построения комплексной модели и трёх её составляющих моделей (модель загрязнения производственной среды, интегральная и дифференциальная модели проникновения урана и фтора в организм и прохождения через него), получено количественное описание динамики загрязнения производственного помещения, поступления в организм человека, депонирования в нём, вывода из него урана и фтора и определение относительной роли перкутанного и ингаляционного поступлений при различных мерах защиты.
2. В рамках построенной комплексной модели, в производственном объеме определены, наряду с концентрациями атомов урана и фтора в составе продуктов гидролиза гексафторида урана, плотности их потоков на производственных поверхностях. Это позволяет рассчитывать не только ингаляционное поступление этих веществ в организм, но и перкутанное (через кожу).
3. Интегральная модель обеспечивает расчет депонирования урана и фтора в организме в целом при ингаляционном поступлении и распределение этих веществ между кожей и внутренними органами при перкутанном поступлении. Дифференциальная модель обеспечивает расчет распределения урана, прошедшего внутрь организма, между отдельными внутренними органами.
4. Установлено, что перкутанное поступление урана и фтора в организм человека обеспечивается только газовыми компонентами продуктов гидролиза UF6.
5. Установлено, что: аэрозольные системы уранил-фторида и фтористого водорода являются полидисперсными системами; распределение размеров аэрозольных частиц таких систем подчиняется логнормальному закону с рассчитываемыми характерными параметрами. Эти факты обеспечили возможность определения коэффициента задержки урана и фтора в дыхательном тракте по модели МКРЗ.
6. В рамках комплексной модели установлена аналитическая связь между динамикой депонирования вещества, количество которого нормируется, и динамикой контролируемой величины (начальной концентрации гексафторида урана nUF,0 для аварийной ситуации и плотностью активности урана в составе газов для стационарных производственных условий).
7. Показано, что существует самая жесткая аварийная ситуация, в которой начальная концентрация гексафторида урана в воздухе n = 3.31024 м-3, больше которой быть не может по физическим причинам, независимо от поступления гексафторида урана в помещение.
8. Количественные расчеты, проведенные в рамках комплексной модели, позволили заключить.
a. Величина перкутанного поступления, в отсутствие средств защиты, много меньше ингаляционного, но она достаточна, чтобы при высоком уровне выброса и защите органов дыхания привести к летальному исходу.
Поэтому, при оценке опасности воздействия UF6 на организм человека, перкутанное поступление обязательно должно учитываться. В самой жесткой аварийной ситуации человек с защищёнными органами дыхания имеет только одну минуту времени для выхода из рабочего помещения и дезактивации кожи, чтобы избежать последующего летального исхода.
b. Смертельные исходы при перкутанном поступлении возможны только из-за токсичного действия гексафторида урана. Радиологическое действие его при перкутанном поступлении не существенно для человека даже в самых жёстких аварийных ситуациях. Расчёт дозового коэффициента показал, что при перкутанном поступлении дозовый коэффициент примерно на два порядка меньше, чем при ингаляционном.
9. Результаты расчета в рамках интегральной модели и сопоставление их с литературными данными, позволяют устанавливать связь между условиями аварийной ситуации и производственного режима и характером детерминированных эффектов, возникающих в организме человека.
Результаты расчета в рамках дифференциальной модели и сопоставление их с литературными данными, позволяют устанавливать меру опасности накопления урана в рассматриваемом режиме в рассматриваемом органе.
10. При организации контроля начальной концентрации гексафторида урана в аварийной ситуации, проведенные расчёты дают возможность оперативного принятия медицинских и административных мер и решений для спасения пострадавших.
Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Экспрессное определение дисперсности радиоактивной пыли с помощью инерционного осадителя / С. П. Бабенко, В. Ф. Болотин, Ю. К. Моисеев и др. // Тезисы Всесоюзной научно-практической конференции по радиационной безопасности. ЦМ., 1976. - С. 55.
2. Об одной возможности измерения дозы при аварийном облучении / С. Н. Крайтор, И. Б. Кеирим-Маркус, С. П. Бабенко и др. // Атомная энергия. - 1978. - Т. 44, вып. 4. - С. 347Ц350.
3. Опыт применения радиолюминесценции и электронного парамагнитного резонанса для аварийной дозиметрии / С. Н. Крайтор, С. М Гинзбург, С. П. Бабенко и др. // Атомная энергия. - 1982. - Т. 53, вып. 2. - С. 91Ц95.
4. Бабенко С. П., Павлов К. Б. Определение радиоактивного загрязнения воздуха и оценка меры его опасности // Сборник научно-методических статей. Физика (М.). - 1991. - Вып. 16. - С. 109Ц121.
5. Мирхайдаров А. Х, Бабенко С. П., Бадьин В. И. Газоаэрозольная опасность соединений урана с фтором в аварийных ситуациях // Тезисы докладов на международной конференции, г. Москва, 24Ц26 апреля 2000 г. - СПб, 2000. - С. 229.
6. Особенности диспансерного наблюдения за состоянием здоровья персонала в период перехода на новые НРБ-99 / Г. Н. Гастева, Е. Н. Западинская, С. П. Бабенко и др // Научные аспекты практического здравоохранения : Сб. трудов МЗ РФ. - М., 2000. - С. 62Ц64.
7. Гастева Г. Н., Бабенко С. П., Бадьин В. И. Детерминированные эффекты у работников атомной промышленности // Компьютерные науки, информационные технологии, прикладная физика : Сб. научных трудов научной сессии МИФИ-2001. - М., 2001. - Т. 13. - С. 124Ц125.
8. Бадьин В. И., Бабенко С. П., Молоканов А. А. Проблемы внедрения НРБ в атомную промышленность // Компьютерные науки, информационные технологии, прикладная физика : Сб. научных трудов научной сессии МИФИ-2001.Научная сессия МИФИ-2001. - М., 2001. - Т. 13. - С. 126Ц127.
9. Инструкция : Оказание экстренной специализированной медицинской помощи пострадавшим при общей интоксикации и ожогах, обусловленных выбросом ГФУ на предприятиях атомной промышленности / Г. Н. Гастева, С. П. Бабенко, В. И. Бадьин и др. 2001 г. (с дополнением 2003 г.) - 31 с.
10. Бабенко С. П., Бадьин А. В., Бадьин В. И. Количественная оценка диффузионного осаждения гексафторида урана при аварии в закрытых помещениях // Известия Академии Промышленной Экологии (М.). - 2001. - № 3. - С. 65Ц71.
11. Мирхайдаров А. Х., Бабенко С. П., Бадьин В. И. Некоторые аспекты аварийных ситуаций на урановых заводах // Известия Академии Промышленной Экологии (М.). - 2002. - № 1. - С. 67Ц71.
12. Бабенко С. П., Бадьин А. В., Бадьин В. И. Количественная оценка диффузионного осаждения гексафторида урана при аварии в закрытых помещениях и последовательном учёте гидролиза всех продуктов UF6 // Известия Академии Промышленной Экологии (М.). - 2002. - № 2. - С. 66Ц73.
13. Бабенко С. П., Бадьин А. В., Бадьин В. И. Количественная оценка диффузионного осаждения гексафторида урана при аварии в закрытых помещениях и последовательном учёте гидролиза всех продуктов UF6 // Известия Академии Промышленной Экологии (М.). - 2002. - № 3. - С. 77Ц84.
14. Бабенко С. П., Бадьин А. В., Бадьин В. И. Оценка дозы, получаемой человеком за счёт аэрозольной компоненты аварийного выброса UF6 в закрытом помещении // Известия Академии Промышленной Экологии (М.). - 2002. - № 4. - С. 70Ц77.
15. Доклад о санитарно-эпидемиологической обстановке на объектах и территориях, обслуживаемых Федеральным Управлением медикобиологических и экстремальных проблем МЗ РФ в 2002 г. / Е. Б. Антипин, С. П. Бабенко, В. И. Бадьин и др. - М., 2003 - С. 25Ц28 ; Радиационная гигиена. - С. 119Ц132.
16. Бабенко С. П., Бадьин А. В., Бадьин В. И. Математическое моделирование процесса оседания UF6 и продуктов его гидролиза в присутствии силы тяжести // Известия Академии Промышленной Экологии (М.). - 2003. - № 2. - С. 70Ц85.
17. Дисперсный и фазовый состав альфа-активных аэрозолей, при работе с соединениями урана, как основа дозиметрии в системе социально гигиенического мониторинга / С. П. Бабенко, В. И. Бадьин, Р. В. Мелентьева и др. // Экологические аспекты медицины. - Новосибирск, 2004. - Т. III. - С. 86Ц99.
18. Бабенко С. П., Бадьин А. В., Бадьин В. И. Оценка загрязненности токсичными веществами рабочих помещений на производствах, использующих гексафторид урана // Известия Академии Промышленной Экологии (М.). - 2004. - № 1. - С. 79Ц88.
19. Бабенко С. П. О дозовом коэффициенте урана, поступающего перкутанно в организм человека с газообразными продуктами // Известия Академии Промышленной Экологии (М.). - 2005. - № 1. - С. 72Ц77.
20. Бабенко С. П., Бадьин А. В. О функции распределения радиусов аэрозольных частиц уранил-фторида ( UO2F2 ) // Тезисы докладов Международной конференции. Образование через науку. - М. : изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. - 674 с.
21. Бабенко С. П., Бадьин А. В. Математическое описание процессов рождения и оседания продуктов гидролиза газообразного гексафторида урана UF6 в плоском слое и в трубке // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер.
Естественные науки. - 2005. - № 3 (18). - С. 108Ц118.
22. Бабенко С. П., Бадьин А. В. Математическое описание процессов рождения и оседания продуктов гидролиза газообразного гексафторида урана UF6 в полупространстве // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер.
Естественные науки. - 2005. - № 4 (19). - С. 122Ц132.
23. Бабенко С. П. Монодисперсная модель ингаляционного поступления в организм человека гексафторида урана и продуктов его гидролиза в условиях аварийной ситуации // Энергосбережение и водоподготовка. - 2005. - № 4. - С. 73Ц74.
24. Бабенко С. П. Математическая модель ингаляционного поступления токсичных веществ с продуктами гидролиза гексафторида урана в условиях повседневной производственной деятельности // Энергосбережение и водоподготовка. - 2005. - № 5. - С. 76Ц77.
25. Бабенко С. П., Бадьин А. В. Методы определения функции распределения радиуса аэрозольных частиц уранил-фторида // Атомная энергия. - 2005. - Т. 99, вып. 5. - С. 353Ц358.
26. Бабенко С. П. Расчет распределения по высоте концентрации ураносодержащих веществ в воздухе рабочих помещений при различных коэффициентах воздухообмена // Мед. радиол. и радиац. безопасность. - 2005. - Т. 50, № 5. - С. 16Ц21.
27. Бабенко С. П. О расчете энергетических доз, получаемых человеком при перкутанном поступлении урана в повседневной деятельности на производствах, работающих с гексафторидом урана // Мед. радиол. и радиац. безопасность. - 2005. - Т. 50, № 6. - С. 5Ц9.
28. Бабенко С. П. Расчет коэффициента задержки вдыхаемых аэрозольных частиц в альвеолах // Безопасность труда в промышленности. - 2005. - № 8. - С. 25Ц27.
29. Бабенко С. П. Теоретическая оценка допустимого времени эвакуации из зоны аварийного выброса гексафторида урана в производственном помещении // Медицина труда и промышленная экология. - 2005. - № 11. - С. 30Ц35.
30. Бабенко С. П. О расчете эффективных доз, получаемых человеком при перкутанном поступлении урана во время аварийной ситуации на производствах, работающих с гексафторидом урана // Безопасность труда в промышленности. - 2005. - № 10. - С. 38Ц43.
31. Бабенко С. П., Бадьин А. В. О функции распределения радиусов аэрозольных частиц уранилфторида ( UO2F2 ) // Образование через науку.
Сборник докладов Международного симпозиума. - М. : изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 512 с. - ISBN 5-7038-2715-9.
32. Бабенко С. П. Количественное сравнение перкутанного и ингаляционного поступлений в организм человека урана и фтора с гексафторидом урана и продуктами его гидролиза // Гигиена и санитария. - 2006. - № 1. - С. 69Ц72.
33. Бабенко С. П., Бадьин А. В. Математическая модель ингаляционного поступления в организм человека токсичных веществ в условиях аварийной ситуации на предприятиях атомной промышленности // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 3, Физика. Астрономия. - 2006. - № 1. - С. 36Ц39.
34. Бабенко С. П., Бадьин А. В. Математическая модель ингаляционного и перкутанного поступлений в организм человека токсичных веществ на предприятиях атомной промышленности // Математическое моделирование. - 2006. - Т. 18, № 3. - С. 13Ц22.
35. Бабенко С. П., Бадьин А. В. О функции распределения радиусов аэрозольных частиц уранил-фторида в условиях повседневной производственной деятельности на сублиматных и обогатительных предприятиях атомной промышленности // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Сер. Естественные науки. - 2007. - № 2 (25). - С. 14Ц21.
36. Бабенко С. П., Бадьин А. В. Комплексная модель формирования вредного воздействия гексафторида урана на организм человека в условиях аварийной ситуации // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Естественные науки. - 2007. - № 3 (26). - С. 89Ц100.
37. Бабенко С. П. Модель воздействия гексафторида урана на организм человека в производственных условиях // Атомная энергия. - 2007. - Т. 103, вып. 2. - С. 103Ц106.
38. Бабенко С. П., Бадьин А. В. Дисперсность аэрозолей при аварийном выбросе гексафторида урана // Атомная энергия. - 2007. - Т. 103, вып. 3. - С. 198Ц200.