Измерение эффективной удельной активности природных радионуклидов in situ для оценки мощности амбиентного эквивалента дозы в городской среде

В настоящее время мощность дозы гамма-излучения в воздухе от техногенных радионуклидов на загрязненных в результате аварии на ЧАЭС территориях заметно снизилась и во многих случаях сравнима с мощностью дозы гамма-излучения от природных радионуклидов. Поэтому при проведении оценки доз техногенного облучения населения этих территорий очень важно корректно оценить вклад природного облучения. Применение полевой гамма-спектрометрии (измерения in situ) позволяет решать эту задачу непосредственно на месте без отбора проб окружающей среды и последующих лабораторных исследований. Для измерений in situ наиболее удобно использовать гаммаспектрометры, которые одновременно измеряют и мощность дозы, и эффективную удельную активность природных радионуклидов (226Ra, 232Th и 40K). Последняя величина однозначно связана с мощностью дозы гамма-излучения от природных радионуклидов при проведении измерений в геометрии 2π. Возможность применения результатов измерения эффективной удельной активности для отличных от 2π геометрий, в частности, в городской среде, требует обоснования. Целью данного исследования являлось эмпирическое определение соотношения между значениями мощности амбиентного эквивалента дозы от природных радионуклидов и результатами измерения эффективной удельной активности природных радионуклидов in situ в типичных городских локациях. Материалы и методы: Одновременные измерения (n = 170) общей мощности амбиентного эквивалента дозы и эффективной удельной активности были проведены в городе Санкт-Петербург (Россия) в весенне-осенний период в 2017–2024 гг. с использованием портативного гаммаспектрометра-дозиметра, расположенного в рюкзаке на спине у оператора. Результаты: По результатам измерений in situ был вычислен коэффициент перехода от эффективной удельной активности к мощности амбиентного эквивалента дозы ((нЗв/ч)/(Бк/кг)). Средняя величина ± стандартное отклонение коэффициента перехода для локации «улица», «двор», «площадь», «набережная», «мост», «парк-газон» и «парк-пешеходная дорожка» составила 0,55 ± 0,02 (n = 70), 0,55 ± 0,01 (11), 0,55 ± 0,02 (10), 0,54 ± 0,01 (9), 0,54 ± 0,04 (16), 0,57 ± 0,02 (27) и 0,54 ± 0,01 (27) соответственно. Заключение: Полученные значения коэффициента перехода могут быть использованы при проведении пешеходных обследований городов для определения вклада природных радионуклидов в суммарную мощность дозы гамма-излучения в случае радиоактивного загрязнения окружающей среды.

1. Рамзаев В.П., Барковский А.Н., Братилова А.А. Мощность амбиентного эквивалента дозы и плотность загрязнения почвы 137Cs на огородах в населенных пунктах Брянской области России в 2020–2021 гг. // Радиационная гигиена. 2021. Т. 14, № 4. С. 85–95. DOI: 10.21514/1998-426X-2021-14-4-85-95.

2. Рамзаев В.П., Барковский А.Н., Братилова А.А. Мощность амбиентного эквивалента дозы от 137Cs и природных радионуклидов в одноэтажных жилых домах в населенных пунктах Брянской области в 2020–2021 гг. // Радиационная гигиена. 2022. Т. 15, № 2. С. 95–107. DOI: 10.21514/1998-426X-2022-15-2-95-107.

3. Beck H.L., DeCampo J., Gogolak C. In situ Ge(Li) and NaI(Tl) gamma-ray spectrometry. Report HASL-258. USAEC, New York, NY: Health and Safety Laboratory, 1972.

4. Clouvas A., Xanthos S., Antonopoulus-Domis M. Extended survey of indoor and outdoor terrestrial gamma radiation in Greek urban areas by in situ gamma spectrometry with a portable Ge detector // Radiation Protection Dosimetry. 2001. Vol. 94, No. 3. P. 233-246. DOI: 10.1093/oxfordjournals.rpd.a006495.

5. Roed J., Lange C.L., Andersson K.G. et al. Decontamination in a Russian settlement. RISØ National Laboratory report Risø-R- 870 (EN). RISØ National Laboratory, Roskilde, Denmark, 1996.

6. Ramzaev V., Yonehara H., Hille R. et al. Gamma-dose rates from terrestrial and Chernobyl radionuclides inside and outside settlements in the Bryansk Region, Russia in 1996–2003 // Journal of Environmental Radioactivity. 2006. Vol. 85. P. 205– 227. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2004.04.014.

7. Zinsou M.B., Houessouvo C.R., Rabesiranana N. et al. Gamma radiation dose rate measurements in granite quarries and schools in two mountainous towns in Benin // Brazilian Journal of Radiation Sciences. 2024. Vol. 12, No. 4. P. 1–34. DOI: 10.15392/2319-0612.2024.2517.

8. Lemercier M., Gurriaran R., Bouisset P., Cagnat X. Specific activity to H*(10) conversion coefficients for in situ gamma spectrometry // Radiation Protection Dosimetry. 2008. 128, No. 1. P. 83–89. DOI: 10.1093/rpd/ncm307.

9. Askri B., Manai K., Bouzouita A. et al. Estimation of the gammaray field in air from radioactive sources in the ground by numerical solution of the Boltzmann transport equation // Radiation Protection Dosimetry. 2023. Vol. 199, No. 7. P. 631– 645. DOI: 10.1093/rpd/ncad064.

10. UNSCEAR – United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and Effects of Ionizing Radiation. Report to the General Assembly with Scientific Annexes. United Nations, New York, 2000.

11. Satoh D., Petoussi-Henss N. Dose-rate coefficients for external exposure to radionuclides uniformly distributed in soil to an infinite depth // PLoS ONE. 2024. Vol. 19, No. 9. P. e0310552. DOI: 10.1371/journal.pone.0310552.

12. Стамат И.П., Лисаченко Э.П. Эффективная удельная активность природных радионуклидов в средах с нарушенным радиоактивным равновесием в рядах урана и тория // Радиационная гигиена. 2008. Т. 1, № 1. С. 27–31.

13. Стамат И.П., Кононенко Д.В., Кормановская Т.А., Королева Н.А. Анализ сведений о дозах внешнего терригенного облучения населения Российской Федерации в коммунальных условиях // Радиационная гигиена. 2015. Т. 8, № 3. С. 33–48.

14. Ramzaev V., Barkovsky A., Bernhardsson C., Mattsson S. Calibration and testing of a portable NaI(Tl) gamma-ray spectrometer-dosimeter for evaluation of terrestrial radionuclides and 137Cs contributions to ambient dose equivalent rate outdoors // Radiatsionnaya Gygiena = Radiation Hygiene. 2017. Vol. 10, No. 1. P. 18–29. DOI: 10.21514/1998-426x-2017-10-1-18-29.

15. Ramzaev V., Bernhardsson C., Barkovsky A. et al. A backpack γ-spectrometer for measurements of ambient dose equivalent rate, H*(10), from 137Cs and from naturally occurring radiation: the importance of operator related attenuation // Radiation Measurements. 2017. Vol. 107. P. 14–22. DOI: 10.1016/j.radmeas.2017.10.002.

16. Ramzaev V., Bernhardsson C., Vodovatov A. et al. Ambient dose equivalent rates of gamma radiation from natural radionuclides and 137Cs at grasslands and forests in the area of the Belarusian NPP in the pre-commissioning period (2019) // Radiation Protection Dosimetry. 2024. Vol. 200, No. 5. P. 496–503. DOI: 10.1093/rpd/ncae016.

17. Cresswell A.J., Sanderson D.C.W., Harrold M. et al. Demonstration of lightweight gamma spectrometry systems in urban environments // Journal of Environmental Radioactivity. 2013. Vol. 124. P. 22–28. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2013.03.006.

18. De Cort M., Dubois G., Fridman Sh.D. et al. Atlas of Caesium Deposition on Europe after the Chernobyl Accident. EUR Report 16733. EC, Office for Official Publications of the European Commission Communities, Luxembourg, 1998.

19. ATOMTEX. Спектрометр МКС AT6101ДР. URL: https://old.atomtex.com/ru/spektrometr-mks-at6101dr (Дата обращения: 28.02.2025).

20. Nilsson J.M.C., Östlund K., Söderberg J. et al. Tests of HPGe- and scintillation-based backpack γ-radiation survey systems // Journal of Environmental Radioactivity. 2014. Vol. 135. P. 54–62. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2014.03.013.

21. Buchanan E., Cresswell A.J., Seitz B., Sanderson D.C.W. Operator related attenuation effects in radiometric surveys // Radiation Measurements. 2016. Vol. 86. P. 24–31. DOI: 10.1016/j.radmeas.2015.12.029.

22. Andoh M., Yamamoto H., Kanno T., Saito K. Measurement of ambient dose equivalent rates by walk survey around Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant using KURAMA-II until 2016 // Journal of Environmental Radioactivity. 2019. Vol. 210. P. 105812. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2018.09.010.

23. Poltabtim W., Musikawan S., Thumwong A. et al. Estimation of ambient dose equivalent rate distribution map using walking survey technique in Hirosaki City, Aomori, Japan // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2023. Vol. 20, No. 3. P. 2657. DOI: 10.3390/ijerph20032657.

24. Altfelder S., Preugschat B., Matos M. et al. Upscaling groundbased backpack gamma-ray spectrometry to spatial resolution of UAV-based gamma-ray spectrometry for system validation // Journal of Environmental Radioactivity. 2024. Vol. 273. P. 107382. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2024.107382.

25. Nowak K., Solecki A. Factors affecting background gamma radiation in the urban space // Journal of Elementology. 2015. Vol. 20, No. 3. P. 653–665. DOI: 10.5601/jelem.2014.19.4.755.

26. Nowak K. Natural background gamma radiation in the urban space of Walbrzych. Proceedings of ECOpole. 2016. Vol. 10, No. 1. P. 47–56. DOI: 10.2429/proc.2016.10(1)006.

27. Чубирко М.И., Клепиков О.В., Куролап С.А. и др. Оценка мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на открытой местности территории города Воронежа // Радиационная гигиена. 2019. Т. 12, № 4. С. 66–71. DOI: 10.21514/1998-426X-2019-12-4-66-71.

28. Medeiros F.H.M., Yoshimura E.M. Influence of soil and buildings on outdoor gamma dose rates in Sao Paulo, Brazil // Health Physics. 2005. Vol. 88, No. 1. P. 65–70. DOI: 10.1097/01.hp.0000142499.92778.76.

29. Ramzaev V., Bernhardsson C., Dvornik A. et al. Calculation of the effective external dose rate to a person staying in the resettlement zone of the Vetka district of the Gomel region of Belarus based on in situ and ex situ assessments in 2016–2018 // Journal of Environmental Radioactivity. 2020. Vol. 214–215. P. 106168. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2020.106168.

30. Библин А.М., Ахматдинов Р.Р., Варфоломеева К.В., Репин Л.В. Проблемы риск-коммуникации по вопросам радиационной безопасности: анализ материалов в сети интернет после радиационной аварии на Электростальском заводе тяжелого машиностроения // Радиационная гигиена. 2018. Т. 11, № 1. С. 43–52. DOI: 10.21514/1998-426X-2018-11-1-43-52.