У нас уже 176407 рефератов, курсовых и дипломных работ
Заказать диплом, курсовую, диссертацию


Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Понравилось
Не понравилось





Книга жалоб
и предложений

 





Название Влияние физико—кимическик свойств промышленный альфа-активнык аэрозолей на результаты Биофизического мониторинга персонала, работающего в контакте с плутонием
Количество страниц 118
ВУЗ МГИУ
Год сдачи 2010
Бесплатно Скачать 24859.doc 
Содержание Содержание

ВВЕДЕНИЕ... 5

1. ОЦЕНКА СКОРОСТЕЙ АБСОРБЦИИ СОЕДИНЕНИЙ ПЛУТОНИЯ ИЗ РЕСПИРАТОРНОГО ТРАКТА В КРОВЬ

(Обзор литературы)... 12

1.1 Задержка аэрозольных частиц в дыхательном тракте... 12

1.2 Механизмы абсорбции... 14

1.2.1 Растворение частиц... 16

1.2.2 Переход в кровь... 19

1.3 Определение скорости абсорбции... 21

1.3.1 Определение скорости абсорбции in vivo и in vitro... 26

1.3.2 Методические подходы к определению растворимости in

vitro... 33

1.3.3 Растворители, применяемые в in vitro тестах... 36

1.4 Классификация промышленных аэрозолей с различных

рабочих участков ПО "Маяк" по показателю

транспортабельности... 41

1.5 Заключение... 46

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ... 49

2.1 Отбор аэрозольных проб... 49

2.2 Определение транспортабельности... 49

2.2.1 Состав имитантов биологических жидкостей... 51

2.2.2 Статическая in vitro система... 52

2.3 Определение дисперсности... 53

2.4 Использование аутопсийного материала... 56

3 3. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРОМЫШЛЕННЫХ АЛЬФА-АКТИВНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ... 57

3.1 Оценка транспортабельности аэрозолей с точки зрения химического состава технологических продуктов... 57

3.1.1 Радиохимический завод... 57

3.1.2 Плутониевое производство... 65

3.2 Исследование дисперсности... 74

3.3 Исследование корреляции между транспортабельностью и дисперсностью... 80

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОСТИ АЭРОЗОЛЕЙ... 86

4.1 Систематизация рабочих участков по транспортабельности... 86

4.2 Восстановление значений показателя транспортабельности в первые годы работы предприятия на основе сравнительного анализа данных по распределению плутония в организме работников ПО "Маяк" со свойствами аэрозолей... 91

5. ИЗУЧЕНИЕ СКОРОСТИ БЫСТРОЙ АБСОРБЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПЛУТОНИЯ IN VITRO В РАЗЛИЧНЫХ ИМИТАНТАХ ЛЕГОЧНОЙ ЖИДКОСТИ... 102

ВЫВОДЫ... 115

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ... 118

Введение



СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АМАД

БФЛ

ДОА

идк

ИМУ

КДФ

МДФ

МКРЗ

MKP3-"NN"

НРБ

СДФ

ФИБ-1

ХДМ

ЮУрИБФ

ЭБД

PSF

SUF

¦ активный медианный аэродинамический диаметр

• биофизическая лаборатория

• допустимая среднегодовая объемная активность

• индивидуальный дозиметрический контроль

• Инструктивно-методические указания

¦ крупнодисперсная фракция

• мелкодисперсная фракция

¦ Международная комиссия по радиологической защите Публикация № "NN" МКРЗ

¦ Нормы радиационной безопасности среднедисперсная фракция

Филиал №1 ГНЦ - "Института биофизики" хранилище делящихся материалов Южно-Уральский институт биофизики электронная база данных имитант цитоплазмы макрофага имитант легочной сыворотки

5 ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

Исследования проводились на базе первого в Российской Федерации широкопрофильного предприятия ядерно-топливного цикла

Производственного объединения "Маяк" (ПО "Маяк"), основной задачей которого в прошлом являлась выработка плутония для использования в военных целях.

Сегодня ПО "Маяк" - это сложнейший комплекс взаимосвязанных производств, которые структурно выделены в заводы и производственные цеха. В настоящее время на "Маяке" внедряются и развиваются различные конверсионные направления. Среди них такие перспективные как:

- переработка отработанного ядерного топлива атомных электростанций и подводных атомных лодок;

- получение оксидного смешанного топлива и ТВЭЛов;

- производство диоксида урана, пригодного для изготовления топлива для АЭС;

- изотопное производство;

- строительство хранилища делящихся материалов (ХДМ). Предполагается, что ХДМ сможет принять на хранение 400 тонн урана

и плутония. По завершению строительства хранилище должно принять первые 34 тонны оружейного плутония, демонтированного с российских ядерных боеголовок.

Радиационно-гигиенические, клинические и токсикологические исследования показали, что поступление плутония через органы дыхания является наиболее опасным, в особенности в условиях промышленного производства этого радионуклида [8]. Совершенствование технологии производства, применение средств коллективной и индивидуальной радиационной защиты позволило коренным образом улучшить условия труда на современном плутониевом производстве ПО "Маяк". Однако, даже в

6

настоящее время ингаляционное поступление соединений плутония у персонала, работающего в регламентных, соответствующих принятым нормам радиационной безопасности (НРБ-99) условиях, остается возможным.

В связи с этим совершенствование дозиметрии инкорпорированного плутония остается актуальной задачей проблемы по обеспечению радиационной безопасности предприятий атомной индустрии. Данная задача решается с помощью биокинетических моделей транспорта и экскреции, которые разрабатывались в ЮУрИБФ и в настоящее время постоянно совершенствуются, улучшая качество плутониевой дозиметрии [33, 34, 75].

Действующая методика расчета доз внутреннего облучения от инкорпорированного плутония по уровню экскреции с мочой учитывает дисперсность и транспортабельность вдыхаемых аэрозолей, от которых напрямую зависят механизмы отложения аэрозольных частиц и очищения дыхательного тракта [32, 34]. Поэтому дальнейшее совершенствование косвенно дозиметрических методов связано с решением биологических вопросов, касающихся количественных закономерностей транспорта инкорпорированного нуклида в организме, опираясь на информацию о физико-химических свойствах аэрозольных частиц на рабочих местах.

В производственных условиях растворимость и дисперсность радиоактивных веществ может варьировать в самых широких пределах, во многих случаях эти характеристики, вследствие проводимых усовершенствований и модификаций технологических процессов, нестабильны, поэтому с целью получения корректных дозовых оценок необходимо постоянно контролировать данные показатели на рабочих участках.

В биофизической лаборатории, начиная с 1975 года, в разные периоды времени, проводились исследования параметров растворимости альфа-активных аэрозолей на производственных участках ПО "Маяк" по методике

ч

7 определения транспортабельности методом диализа в растворе Рингера [24,

33,35,36].

В 70-80 гг. подробно были исследованы участки плутониевого производства и некоторые участки радиохимического завода. В эти же годы в радиобиологической лаборатории для решения ряда вопросов, связанных с применением ингаляций пентацина, проводились исследования растворимости промышленных аэрозолей плутония на отдельных участках ПО "Маяк" методом ультрафильтрации в разбавленной сыворотке крови [15, 16]. Но многие участки производства до настоящего времени оставались неизученными.

Измерения дисперсного состава альфа-активных аэрозолей проводились эпизодически [4, 7, 18, 19]. В настоящее время существует явный дефицит данных о размерах радиоактивных пылевых частиц в производственных помещениях ПО "Маяк", особенно в первые годы эксплуатации предприятия, что приводит к возникновению больших неопределенностей ретроспективных дозовых оценок.

Скорость растворения частиц вещества, попавшего в легкие, определяется как физико-химическими свойствами аэрозоля, так и свойствами биологической среды организма, в которой происходит растворение.

В действующей модели ЮУрИБФ доля нуклида, которая переходит в кровь с относительно большой скоростью в ранней фазе легочного клиренса после осаждения в дыхательном тракте, приравнена к показателю транспортабельности, измеренному методом диализа в растворе Рингера [32]. Поскольку данное предположение является лишь первым приближением, представляло интерес сравнить кинетику растворения различных соединений плутония в имитантах, максимально близких к условиям биологической среды организма человека по солевому составу и температуре, с результатами, полученными в растворе Рингера. Уточнение биокинетических параметров быстрой фазы абсорбции плутония из дыхательного тракта в

8 кровь является актуальной задачей, решение которой необходимо для

получения более реалистичных оценок доз облучения при ингаляционном поступлении различных соединений нуклида.

Целью работы является: оценка транспортабельности и дисперсности промышленных альфа-активных аэрозолей для повышения качества косвенной дозиметрии плутония, основанной на трактовке данных по экскреции радионуклида с мочой и калом.

В задачи исследования входило:

• пополнение и систематизация данных о транспортабельности промышленных аэрозолей на рабочих участках радиохимического и плутониевого производств в соответствии с кодами, применяемыми в ЭБД для обозначения профмаршрутов и расчета доз внутреннего облучения при биофизическом мониторинге внутреннего облучения персонала ПО "Маяк", работающего в контакте с различными соединениями плутония;

• восстановление значений показателя транспортабельности плутоний-содержащих аэрозолей в ранние периоды работы ПО "Маяк", когда измерения показателя еще не проводились, на основе сравнительного анализа посмертных данных о распределении радионуклида в организме бывших работников ПО "Маяк". Это позволит снизить неопределенности ретроспективных оценок доз внутреннего облучения, используемых эпидемиологами для оценки радиационных рисков;

• исследование корреляции между дисперсностью и транспортабельностью;

• исследование кинетики in vitro растворения промышленных соединений плутония в различных имитантах легочной жидкости и сравнение параметров in vitro растворения с опубликованными данными in vivo наблюдений с целью установления корреляции этих показателей с

9

параметрами ранней фазы легочного клиренса, используемых в текущих

дозиметрических моделях.

Научная новизна

В ходе исследований проведена детальная инвентаризация и систематизация рабочих участков по показателю транспортабельности аэрозолей в соответствии с кодами ЭБД с учетом их периода работы, назначения, характера технологического процесса и состава перерабатываемого продукта с целью методического обеспечения дозиметрической системы контроля внутреннего облучения персонала ПО "Маяк".

Расчетным методом с привлечением информации о профмаршрутах и данных о распределении плутония в организме бывших работников ПО "Маяк" восстановлены значения транспортабельности в первые годы эксплуатации предприятия, когда измерения физико-химических свойств аэрозолей в производственных помещениях завода не проводились. Полученные данные позволяют получить ретроспективные оценки доз внутреннего облучения для работников первых лет работы предприятия, не обследованных на содержание плутония, но чей профессиональный маршрут известен, и тем самым расширить эпидемиологические когорты.

Обобщены и систематизированы уникальные данные по истории развития технологии широкопрофильного радиохимического предприятия, которые являются неотъемлемым дополнением и поддержкой дозиметрического регистра работников ПО "Маяк".

В работе впервые выявлены закономерности изменения показателя транспортабельности в зависимости от изменения технологического процесса и дисперсности аэрозолей, что необходимо учитывать при расчетах ингаляционного поступления.

10 На основании сравнительного анализа кинетики растворения in vitro

нитрата, оксида плутония и их смеси с производственных участков ПО "Маяк" в имитантах легочной жидкости, максимально приближенных к биологической среде организма человека, предложены новые параметры быстрой абсорбции в кровь в ранней фазе легочного клиренса для соединений типа нитрата, численные значения которых совпадают с опубликованными данными in vivo наблюдений на людях.

Научно-практическая значимость исследований состоит в том, что получены важные радиобиологические параметры для действующих в настоящее время дозиметрических моделей, в частности модели дыхательного тракта МКРЗ-66 и адаптированной модели ЮУрИБФ. Особую важность эти характеристики представляют для трактовки результатов исследования метаболизма плутония в ранней фазе легочного клиренса при ингаляционном поступлении.

Представленные материалы могут широко использоваться для восстановления индивидуальных историй облучения лиц из персонала ПО "Маяк" при выполнении задач по повышению точности оценок уровней накопления и доз внутреннего облучения от инкорпорированного плутония. Вовлечение новой дополнительной информации о физико-химических свойствах аэрозолей плутония является одним из условий усовершенствования методики реконструкции доз внутреннего облучения с целью повышения качества радиационно-эпидемиологических исследований влияния радиации на здоровье человека.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Завершена паспортизация рабочих участков ПО "Маяк" по показателю транспортабельности аэрозолей с учетом применяемой технологии на каждом рабочем участке и периода работы технологических отделений

11

для методического обеспечения дозиметрического контроля внутреннего облучения персонала.

2. Разработан метод ретроспективной оценки показателя транспортабельности на основе сравнительного анализа посмертных данных о распределении плутония в организме бывших работников со свойствами аэрозолей для реконструкции доз внутреннего облучения лиц из персонала ПО "Маяк", начавших работу в первые годы эксплуатации предприятия.

3. Установлено новое значение радиобиологического параметра fr - фракции, абсорбируемой из респираторного тракта в кровь в ранней фазе легочного

• клиренса, для нитрата плутония, которое используется в математической

модели при оценке уровня содержания нуклида в организме и легких человека.

12 1. ОЦЕНКА СКОРОСТЕЙ АБСОРБЦИИ СОЕДИНЕНИИЙ ПЛУТОНИЯ ИЗ

РЕСПИРАТОРНОГО ТРАКТА В КРОВЬ (Обзор литературы)

Оценка доз внутреннего облучения работников атомных предприятий при ингаляционном поступлении альфа-излучающих аэрозолей является сложной, многоступенчатой задачей. Корректность дозовых оценок, получаемых по существующим биокинетическим моделям, во многом зависит от наличия информации о физико-химических свойствах аэрозолей, присутствующих на рабочих местах, а именно: дисперсности частиц и скорости абсорбции из легких в кровь, от которых напрямую зависят механизмы отложения аэрозольных частиц и очищения дыхательного тракта. Чтобы определить дозу на легкие от инкорпорированного плутония, необходимо знать, что происходит с отложившимися аэрозольными частицами после ингаляции.

1.1 Задержка аэрозольных частиц в дыхательном тракте

Дыхательный тракт представляет собой систему, с помощью которой осуществляется газообмен между организмом и внешней средой, происходит обогащение крови кислородом и одновременное удаление некоторых продуктов, возникающих в результате окислительных процессов, происходящих в организме.

Основные сведения о задержке и транспорте плутония в дыхательном тракте были получены в эксперименте на животных. Достаточно полно они освещены в монографии Л.А. Булдакова с соавторами [5].

В современной биокинетической модели 66 Публикации МКРЗ [70] дыхательный тракт человека представлен в виде четырех анатомических отделов:

13

1) экстраторакального (ЕТ), который состоит из носа (ETi), носовых

ходов, гортани и рта (ЕТ2);

2) бронхиального (ВВ), состоящего из трахеи и бронхов. Предполагается, что в отделе существует секвестированная доля вещества (BBscq);

3) бронхиолярного (bb), состоящего из бронхиол. Предполагается, что в отделе существует секвестированная доля вещества (вв5СЧ);

4) альвеолярно-интерстициллярного (AI), в который входят респираторные бронхиолы, альвеолярные мешочки, альвеолы и интерстициальная соединительная ткань.

'¦ Начальное отложение вещества в отделах дыхательного тракта зависит

от размера вдыхаемого аэрозоля с учетом долей дыхания через рот и нос. Причем, эти типы дыхания зависят от антропометрических характеристик человека, уровня физической активности, имеющихся болезней легких и курения [70].

Для верхних дыхательных путей (экстраторакального ЕТ и бронхиального отделов ВВ) характерно инерционное осаждение, где частицы, размером более 1 мкм, при резкой смене направления воздушного потока задерживаются на слизистых оболочках. Для частиц диаметром более 4 мкм эффективность осаждения в носовой полости составляет только 50 %, и при дальнейшем уменьшении размера частиц увеличивается доля тех частиц, которые проходят через дыхательные пути и попадают в систему разветвляющихся бронхиол и альвеол. Поскольку в этих частях легких воздух движется с малой скоростью, основную роль в осаждении частиц

• играют уже седиментация и диффузия. Исходя из скорости движения воздушного потока и размера частиц, можно предположить, что величина задержки в легких будет возрастать с уменьшением размера частиц. В нижних дыхательных путях наиболее эффективно задерживаются частицы

# размером в 1 мкм. При дальнейшем уменьшении размера частиц эффективность осаждения падает, в результате чего примерно 80 % частиц

14 диаметром около 0.3 мкм выдыхаются обратно [27]. Частицы, диаметром

менее 0.1 микрона, задерживаются в легочных альвеолах, вследствие броуновского движения и диффузии [70].

При увеличении физической нагрузки на организм, когда возрастает минутный объем дыхания и воздух движется через дыхательные пути с большой скоростью, можно ожидать повышения эффективности осаждения частиц аэрозоля в верхних дыхательных путях; в нижних, наоборот, осаждение тем больше, чем дольше находится воздух в легких, в результате чего сильнее сказываются седиментация и диффузия.

Анатомические отделы дыхательного тракта в модели МКРЗ-66 подразделены на несколько частей для того, чтобы наиболее полно описать доступные данные по кинетике транспорта вещества в дыхательном тракте человека и учесть различные механизмы очищения дыхательного тракта: перенос вещества слизью, захват макрофагами, задержку на стенках воздухоносных путей, связывание с компонентами дыхательного тракта, мгновенную абсорбцию в кровяное русло.

1.2 Механизмы абсорбции

Согласно современным представлениям [70] абсорбция или поглощение вещества кровью представляет собой двух стадийный процесс (рис. 1):

• (1) непосредственно растворение - диссоциация частиц в форму, способную абсорбироваться в кровь, и

• (2) с течением времени переход в кровь растворенных или диссоциированных частиц.

Переход в кровь может рассматриваться как мгновенный процесс, но во многих случаях значительная фракция растворенного вещества

15 абсорбируется в кровь медленно вследствие связывания с материалами

респираторного тракта.

Из результатов экспериментальных исследований поведения плутония в легких крыс, было установлено, что связь плутония в легких осуществляется с солерастворимыми белками, коллагеном, а при попадании внутрь клеток плутоний связывается с ядрами [26]. По данным Сохранич А.Л. [25] 1/4 от найденного в легких крыс плутония обнаруживается в субклеточных органеллах, причем 30 % из него связано с ядерной фракцией.

Ингалированные частицы

Растворение

Растворенные частицы

Переход в кровь

Связанные материалы

Кровь

Рис. 1. Структурная схема модели абсорбции ингалированных частиц из

респираторного тракта в кровь.

Величина абсорбции зависит от многих факторов, среди которых определяющую роль для твердых частиц играет растворимость материала, попавшего в дыхательный тракт.

16

1.2.1 Растворение частиц

С химической точки зрения, процесс растворения частиц в жидком растворителе можно представить так: под влиянием растворителя от поверхности частиц твердого вещества постепенно отрываются отдельные ионы или молекулы и равномерно распределяются по всему объему растворителя. Растворение вещества складывается из двух противоположных процессов: прямого - собственно растворения и обратного - выделение растворенного вещества из раствора, которые протекают до достижения динамического равновесия, при котором число ионов, уходящих в единицу времени с поверхности твердой фазы, равно числу ионов, возвращающихся на эту поверхность. Таким образом, с химической точки зрения, растворимость измеряется концентрацией растворенного вещества в состоянии динамического равновесия.

В респираторном тракте возобновление жидкостного слоя - процесс непрерывный, поэтому растворение не достигает равновесия. Более того, химические реакции, которые приводят к диссоциации частиц, не будут обратимыми. В процесс растворения могут включаться разные механизмы: например, фрагментация частиц - как результат альфа-распада - которая, как предполагалось, являлась причиной более высокой скорости растворения 238РиО2 по сравнению с 239РиОг [59]. Тем не менее, в модели респираторного тракта МКРЗ-66, для описания первой стадии абсорбции вещества в кровь используется термин "растворение", невзирая на механизмы.

Такие свойства вещества как удельная площадь поверхности частиц, строение кристаллической решетки [45], гидролизуемость [42], распределение частиц по размерам, форма, плотность материала играют важную роль в процессе растворения различных соединений.

17 Mercer T. [82] предположил, что скорость абсорбции вещества в кровь

зависит от скорости растворения частицы, которая в свою очередь пропорциональна площади поверхности частицы.

Согласно модели Mercer, если растворение на поверхности частицы является скорость-определяющим процессом, то скорость, с которой частица теряет массу, пропорциональна ее площади поверхности:

dm/dt = - k-S = - bas-D2 = - ?-as-m2/3/(p-av )2/3 (1) где:

m - масса, г в момент времени t;

S - площадь поверхности, мкм2 в момент времени t;

D - диаметр частицы, мкм, в момент времени t;

р - плотность частицы, г/см3;

к - постоянная скорости растворения (растворенная масса на единицу площади в единицу времени);

as = S/D2 - фактор, учитывающий форму поверхности;

as = m/p-D3 - фактор, учитывающий форму объема.

По модели Мерцера скорость фракционного растворения рассчитывается по формуле:

, dm/d, to. (2)

/------------~

т D

Таким образом, скорость растворения обратно пропорциональна диаметру частицы, т.е. при уменьшении размера частицы, увеличивается удельная площадь поверхности, и скорость растворения возрастает со временем.

Мерцер также показал, что убыль нерастворенной части вещества можно описать двухкомпонентной экспоненциальной функцией, если распределение частиц по размерам соответствует лог-нормальному закону со стандартным геометрическим отклонением ag между 1.65 и 2.72. В этом случае скорость растворения уменьшается со временем, так как, по-

Список литературы
Цена, в рублях:

(при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)		 1425
Скачать бесплатно 24859.doc 





Найти готовую работу


ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:


Связаться

Доставка любой диссертации из России и Украины

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ


Ссылки:

Выполнение и продажа диссертаций, бесплатный каталог статей и авторефератов

Счетчики:

Besucherzahler
счетчик посещений

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.