引用本文
原寒, 贡文静, 韩学垒, 曹少飞, 李建国. 我国干旱区典型哺乳动物野兔剂量评估模型的建立及应用[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2022, 42(10): 793-798, DOI: 10.3760/cma.j.cn112271-20220524-00219.
我国干旱区典型哺乳动物野兔剂量评估模型的建立及应用
原寒
,
贡文静
,
韩学垒
,
曹少飞
,
李建国
收稿日期: 2022-05-24
基金项目: 中国辐射防护研究院纵向项目
[摘要] 目的 通过对我国干旱地区进行生态环境调查, 选定该地区广泛分布的哺乳动物野兔(Lepus sinensis)作为参考物种, 建立简化解剖学模型, 将内外照射剂量转换系数的计算结果和评价与管理软件(ERICA)结果进行比较并分析原因, 验证本模型的合理性。方法 针对野兔建立基于解剖学和几何学的简化解剖学模型, 结合蒙特卡罗程序, 得到3种放射性核素粒子在野兔组织/器官中沉积能, 根据经验公式计算出野兔内外照射剂量系数(DCs)。结果 129I、137Cs、134Cs对野兔简化解剖学模型整体平均内照射DCs结果分别为4.81×10-6、4.35×10-5、3.81×10-5 (μGy·h-1)/(Bq·kg-1); 外照射DCs结果分别为3.16×10-7、2.39×10-4、6.22×10-4 (μGy·h-1)/(Bq·kg-1)。ERICA软件计算129I、137Cs、134Cs对生物整体内照射DCs结果分别为4.44×10-5、1.94×10-4、2.34×10-4(μGy·h-1)/(Bq·kg-1); 外照射DCs结果分别为2.19×10-6、2.52×10-4、6.95×10-4(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)。结论 本次建立的简化解剖学模型基于实际测量数据, 关注生物组织/器官的辐射剂量, 计算条件更接近实际情况, 可为核素分布不均匀的非人类物种参考生物评价提供参考价值。
[关键词]
野兔 简化解剖学模型 剂量系数 评价与管理软件
Establishment and Application of dose evaluation model for typical mammal in dry region in China
Yuan Han
,
Gong Wenjing
,
Han Xuelei
,
Cao Shaofei
,
Li Jianguo
China Institute for Radiation Protection, Taiyuan 030006, China
Fund programs: Lengthways Project of China Institute for Radiation Protection
[Abstract] Objective To establish a simplified anatomical model with the selected rabbits widely distributed in China's dry region as the reference species and compare the result of internal exposure dose coefficients based on the present mode and ERICA. Methods A simplified anatomical model based on anatomy and geometry was established for rabbits. Combined with Monte Carlo program, the deposited energy of radionuclide particles in rabbit tissues/organs was obtained, and the internal and external exposure dose coefficient for rabbits was calculated following the empirical formula. Results Simplified anatomy model-based dose coefficients were 129I 4.81 × 10-6, 137Cs 4.34 × 10-5, and 134Cs 3.81 × 10-5(μGy·h-1)/(Bq·kg-1) for internal exposure and 129I 3.16 × 10-7, 137Cs 2.39 × 10-4 and 134Cs 6.22 × 10-4(μGy·h-1)/(Bq· kg-1) for external exposure. respectively. ERICA-based dose coefficients were 129I 4.44 × 10-5, 137Cs 1.94 × 10-4 and 134Cs 2.34 × 10-4(μGy·h-1)/(Bq·kg-1) for internal exposure and 129I 2.19 × 10-6, 137Cs 2.52 × 10-4 and 134Cs 6.95 × 10-4(μGy·h-1)/(Bq·kg-1) for external exposure, respectively. Conclusions The simplified anatomical model established is based on the measured data and focuses on the radiation doses to biological tissues/organs, and the calculated result based on the present model are closer to the actual situation, and can provide reference values for the reference biological evaluation of non-human species.
[Key words]
Rabbit Simplified anatomical model Dose coefficients ERICA tool
近年来，随着核电的快速发展，排放的放射性物质进入生态环境循环，放射性物质在生态系统中的转移及其对生物的长期影响也应受到关注。在国际放射防护委员会(ICRP)第108号[1]报告中，以老鼠作为小型掘穴类哺乳动物参考生物，构成12种参考生物之一，建立老鼠剂量学模型并给出老鼠的半致死剂量、生育能力、后代存活率和导出考虑参考水平。对于非人类物种辐射剂量估算的研究，1996年，联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)发表了“辐射对环境的效应”的报告[2]。2000年，美国能源部(DOE)形成了评价生物辐射剂量的分级方法(GRADED)[3-4]，随后开发了生物辐射影响评价的RESRAD-BIOTA程序。2003年，ICRP出版了“评价非人类物种电离辐射影响的框架”(ICRP第91号)报告[5]。欧共体在“电离辐射环境影响评价的框架”(FASSET)项目中，形成了适用于一系列不同生活习性的水生和陆生生物剂量模型[6]，并开发了对生物辐射影响评价的评价与管理软件(ERICA)[7]。在国内，姚青山[8]对某核厂址中典型动物鸟类赤麻鸭进行了剂量估算的分析研究, 唐文乔等[9]和李静晶等[10]对鱼类辐射剂量计算进行了一系列研究。
ERICA程序是目前国际上用于估算电离辐射对参考生物危害的程序之一，该程序将生态系统分为淡水生态系统、海洋生态系统和陆地生态系统，在此基础上按生物类群建立参考生物，并给出具体的几何尺寸，用于生物剂量估算，其给出的小型掘穴类哺乳动物参考生物为老鼠，当不满足用户需要时，ERICA允许用户根据自己的需要定义参考生物，给出相关尺寸。目前我国在非人类物种生物效应、核设施对非人类物种影响评价方法研究等方面，尚处于初步阶段。
本研究通过对某场址外环境的植被进行调查，荒漠植物中半灌木占绝对优势，种类主要骆驼刺、芦苇、红柳、红砂、泡泡刺、猪毛菜、沙拐枣、麻黄等。废水流出经过的地带形成大片草地，多年来当地住民在草地上放牧羊、牛和骆驼等，野外环境分布有野兔、黄羊等动物。由于黄羊属国家保护动物，样品难以获取，综上所述，推荐野兔作为该场址的参考动物，而目前尚未有针对野兔进行的剂量评估工作，因此，建立野兔的简化解剖学模型，并进行辐射剂量模拟计算，最后与现在国内外通用的ERICA程序[7]进行比较，并分析产生差异的原因，对我国核设施辐射生物影响评价具有重要意义。
材料与方法
1.野兔的生物学特征参数：在我国干旱区外环境，现场共采集了7只野兔，体重(1 949 ±118)g，体长、宽、高分别为39.0±2.0、8.0±1.0和(14.0±2.5)cm，周长(32.0±2.1)cm, 尾长(9.8±0.8)cm，体积(2 334±128)cm3。按肌肉、骨骼、皮毛、内脏、胃的内容物等部分取样，进行解剖测量。内脏、胃容物、肌肉、皮毛、骨骼、心脏、肝脏、肺脏、胃、肠分别为(281±19)、(65 ±27)、(1 094 ±70)、(149±19)、(150±18)、(21±2.4)、(70±12)、(936±6.2)、(105±31)和(388±47)g。
2. 野兔简化解剖学模型的建立：参照前期现场调查、采样、测量的解剖学统计数据和实际测量的生物样本数据，划分出头、肌肉、骨骼、心脏、肺、肝脏、胃、胃容物、肠道和其他组织。以野兔整体几何中心为坐标原点，野兔的头部为y轴正方向(-18＜y＜18)，右侧为x轴正方向(-4.6＜x＜4.6)，背部向上为z轴正方向(-5.1＜z＜5.1)。将器官/组织使用简单几何体简化，使用蒙特卡罗软件，建立简化解剖学模型，野兔的密度和元素组成参考国际辐射单位和测量委员会(ICRU)46号报告[11]。主要器官构造曲面表达式见表 1，部分器官立体图见图 1，三向截面图见图 2。
表 1(Table 1)
表 1 野兔解剖学模型中部分组织器官的曲面数学表达式
Table 1 Curved surface mathematical expression of anatomical model of some tissues and organs of rabbits
| 部分组织或器官 |
形状 |
曲面数学表达式(长、宽、高：x、y、z) |
| 头 |
半椭球体 |
$\begin{array}{c}
\frac{{{x^2}}}{{{3^2}}} + \frac{{{{(y - 9)}^2}}}{{{8^2}}} + \frac{{{{(z - 0.5)}^2}}}{{{4^2}}} \le 1\\
y \ge 9
\end{array}$ |
| 心脏 |
椭球体 |
$\frac{{{x^2}}}{{{{1.5}^2}}} + \frac{{{{(y - 4)}^2}}}{{{{2.5}^2}}} + \frac{{{{(z - 0.5)}^2}}}{{{{1.5}^2}}} \le 1$ |
| 肺 |
椭球体 |
$\frac{{{{(x \pm 1.2)}^2}}}{{{{4.5}^2}}} + \frac{{{{(y - 4.5)}^2}}}{{{{4.2}^2}}} + \frac{{{{(z + 2.3)}^2}}}{{{{1.5}^2}}} \le 1$左右两片 |
| 肝脏 |
椭球体 |
$\frac{{{x^2}}}{{{{2.5}^2}}} + \frac{{{{(y + 3)}^2}}}{{{{4.5}^2}}} + \frac{{{{(z - 0.7)}^2}}}{{{{1.4}^2}}} \le 1$ |
| 胃 |
椭球壳 |
$\begin{array}{*{20}{c}}
{\frac{{{{(x - 0.5)}^2}}}{{{{2.5}^2}}} + \frac{{{{(y + 4.5)}^2}}}{{{{4.5}^2}}} + \frac{{{{(z + 2.5)}^2}}}{{{{1.8}^2}}} \le 1\;外壳}\\
{\frac{{{{(x - 0.5)}^2}}}{{{2^2}}} + \frac{{{{(y + 4.5)}^2}}}{{{4^2}}} + \frac{{{{(z + 2.5)}^2}}}{{{{1.5}^2}}} \ge 1\;内壳}
\end{array}$ |
| 胃容物 |
椭球体 |
$\frac{{{{(x - 0.5)}^2}}}{{{2^2}}} + \frac{{{{(y + 4.5)}^2}}}{{{4^2}}} + \frac{{{{(z + 2.5)}^2}}}{{{{1.5}^2}}} \le 1$ |
| 肠道 |
半椭球体 |
$\begin{array}{c}
\frac{{{x^2}}}{{{{3.2}^2}}} + \frac{{{{(y + 9)}^2}}}{{{5^2}}} + \frac{{{{(z + 1.2)}^2}}}{{{{3.2}^2}}} \le 1\\
y \le - 9
\end{array}$ |
| 肌肉 |
半椭球面的组合 |
$\begin{array}{*{20}{c}}
{\frac{{{x^2}}}{{{{4.5}^2}}} + \frac{{{{\rm{z}}^2}}}{{{5^2}}} < 1}\\
{\frac{{{x^2}}}{{{{3.5}^2}}} + \frac{{{{(x + 1.2)}^2}}}{{{{3.5}^2}}} > 1}\\
{y < 9}\\
{y \ge - 9}\\
{\frac{{{x^2}}}{{{{4.5}^2}}} + \frac{{{{(y + 9)}^2}}}{{{8^2}}} + \frac{{{z^2}}}{{{5^2}}} < 1}\\
{\frac{{{x^2}}}{{{{3.5}^2}}} + \frac{{{{(y + 9)}^2}}}{{{{5.5}^2}}} + \frac{{{{(z + 1.2)}^2}}}{{{{3.5}^2}}} > 1}\\
{y < - 9}
\end{array}$ |
| 皮毛 |
半椭球面的组合 |
$\begin{array}{c}
\begin{array}{*{20}{c}}
{\frac{{{x^2}}}{{{\rm{4}}{{.6}^2}}} + \frac{{{z^2}}}{{{{5.1}^2}}} < 1}\\
{\frac{{{x^2}}}{{{\rm{4}}{{.5}^2}}} + \frac{{{z^2}}}{{{5^2}}} > 1}\\
{y < 9}\\
{y > - 9}\\
{\frac{{{x^2}}}{{{\rm{4}}{{.6}^2}}} + \frac{{{{(y + 9)}^2}}}{{{{8.1}^2}}} + \frac{{{z^2}}}{{{{5.1}^2}}} < 1}\\
{\frac{{{x^2}}}{{{\rm{4}}{{.5}^2}}} + \frac{{{{(y + 9)}^2}}}{{{8^2}}} + \frac{{{z^2}}}{{{{5.1}^2}}} > 1}
\end{array}\\
y < - 9
\end{array}$ |
|
表 1 野兔解剖学模型中部分组织器官的曲面数学表达式
Table 1 Curved surface mathematical expression of anatomical model of some tissues and organs of rabbits
|
3. 剂量系数计算方法：内照射剂量系数计算方法为，源器官/组织i中能量为Ei的辐射对应于靶器官/组织j的DCi, j为[7, 10, 12]
|
$
D{C_{i, j}}\left( {{E_i}} \right) = \frac{{5.76 \times {{10}^{ - 4}}\sum {{E_i}} {Y_i}{F_{v, i, j}}(E){M_i}}}{{{M_j}}}
$
|
(1) |
外照射剂量系数DCm, j计算公式为：
|
$
D{C_{m, j}}\left( {{E_i}} \right) = \frac{{5.76 \times {{10}^{ - 4}}\sum {{E_i}} {Y_i}{F_{v, m, j}}(E){M_m}}}{{{M_j}}}
$
|
(2) |
式中，5.76 × 10-4为MeV/s与μJ/h的转换系数；DCi, j(Ei)为源器官/组织i中能量为Ei的辐射对应于靶器官/组织j的剂量系数，(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)；Yi为放射性核素每次衰变时能量为Ei的辐射产额，单位s-1；Fv, i, j(E)为源组织/器官i中每发射一次能量为Ei的ν粒子被靶组织/器官j吸收的能量吸收分数；Mi是源器官/组织的质量，kg；Mj是靶器官/组织的质量，kg；Mm为外部源环境介质m的质量，kg。
本研究采用流出物中常见裂变核素129I、137Cs、134Cs，使用蒙特卡罗模拟源器官/组织发射的非低能β粒子和X、γ光子与靶器官的相关作用，其能量和分支比都来源于ICRP 38号报告的数据[13]，计算野兔内照射沉积能，再根据式(1)计算出野兔内照射剂量系数。
外照射为模拟野兔在土层中时，厚度为50 cm、半径为80 cm的柱体源土壤放射性核素均匀分布，使用蒙特卡罗模拟环境介质发射的非低能β粒子和X、γ光子与野兔靶器官的相关作用，根据公式(2)计算出野兔外照射剂量系数。
4.剂量系数ERICA程序计算方法：在ERICA tool 1.3版本程序中输入野兔基本数据(生活环境、生物类型、对应几何形状的长宽高、质量等)，使用ERICA程序中提供的129I、137Cs、134Cs放射性核素对野兔计算内外照射剂量系数。由于ERICA计算的是整体生物的剂量率，所以本次比较使用本模型计算结果平均值。
结果
1. 内照射剂量系数：模拟计算结果见表 2至表 4。从各器官的计算结果来看，当源器官同时也为靶器官时，核素在该器官中沉积的粒子能量最大，内照射剂量系数最大，说明粒子能量大部分沉积在源器官中。与137Cs和134Cs相比，129I对靶器官的内照射剂量系数较其他两种粒子低一个数量级，这由粒子本身性质决定，与粒子产额和平均粒子能量密切相关。所有计算结果的统计误差均 < 10%。
表 2(Table 2)
表 2 野兔体内129I对靶器官的内照射剂量系数(DCs)[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 2 The dose coefficients of internal exposure of target organization from 129I in the body of rabbits [(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
| 源器官 |
头 |
肌肉 |
骨骼 |
心脏 |
肺 |
肝脏 |
胃 |
肠道 |
其他 |
皮毛 |
| 头 |
2.85×10-5 |
7.61×10-9 |
4.48×10-8 |
2.29×10-8 |
3.10×10-8 |
1.90×10-9 |
1.27×10-9 |
1.51×10-10 |
2.49×10-8 |
5.10×10-9 |
| 肌肉 |
2.42×10-8 |
2.83×10-5 |
7.58×10-7 |
1.09×10-7 |
8.55×10-8 |
1.29×10-7 |
9.26×10-8 |
1.27×10-7 |
1.36×10-7 |
2.83×10-7 |
| 骨骼 |
1.19×10-8 |
7.33×10-8 |
2.90×10-5 |
6.15×10-8 |
2.39×10-8 |
7.22×10-8 |
2.43×10-8 |
4.19×10-8 |
4.21×10-8 |
2.50×10-8 |
| 心脏 |
2.69×10-9 |
4.10×10-9 |
2.86×10-8 |
2.83×10-5 |
2.68×10-8 |
6.77×10-9 |
2.36×10-9 |
1.91×10-10 |
1.63×10-8 |
1.93×10-9 |
| 肺 |
6.42×10-9 |
5.60×10-9 |
1.89×10-8 |
4.67×10-8 |
2.83×10-5 |
7.29×10-9 |
6.10×10-9 |
3.76×10-10 |
3.09×10-8 |
5.47×10-9 |
| 肝脏 |
5.68×10-10 |
1.26×10-8 |
8.80×10-8 |
1.77×10-8 |
1.09×10-8 |
2.84×10-5 |
4.35×10-8 |
8.23×10-9 |
3.39×10-8 |
5.56×10-9 |
| 胃 |
2.24×10-10 |
5.34×10-9 |
1.68×10-8 |
3.60×10-9 |
5.31×10-9 |
2.53×10-8 |
2.82×10-5 |
1.07×10-8 |
2.19×10-8 |
5.34×10-9 |
| 胃容物 |
2.86×10-10 |
6.98×10-9 |
2.33×10-8 |
4.49×10-9 |
6.34×10-9 |
3.66×10-8 |
1.44×10-7 |
1.25×10-8 |
2.21×10-8 |
6.97×10-9 |
| 肠道 |
7.57×10-11 |
2.26×10-8 |
9.24×10-8 |
8.40×10-10 |
9.81×10-10 |
1.48×10-8 |
3.33×10-8 |
2.84×10-5 |
3.51×10-8 |
1.35×10-8 |
| 其他 |
3.97×10-8 |
8.99×10-8 |
1.36×10-7 |
1.21×10-7 |
4.72×10-7 |
9.52×10-8 |
3.94×10-7 |
1.40×10-7 |
2.84×10-5 |
8.55×10-8 |
| 皮毛 |
2.07×10-9 |
3.45×10-8 |
4.02×10-8 |
6.67×10-9 |
1.06×10-8 |
7.40×10-9 |
1.17×10-8 |
9.58×10-9 |
1.03×10-8 |
2.78×10-5 |
| 合计 |
2.86×10-5 |
2.86×10-5 |
3.03×10-5 |
2.87×10-5 |
2.89×10-5 |
2.88×10-5 |
2.89×10-5 |
2.88×10-5 |
2.88×10-5 |
2.83×10-5 |
| 注：平均为4.81×10-6 |
|
表 2 野兔体内129I对靶器官的内照射剂量系数(DCs)[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 2 The dose coefficients of internal exposure of target organization from 129I in the body of rabbits [(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
|
表 3(Table 3)
表 3 野兔体内137Cs对各靶器官的内照射剂量系数(DCs) [(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 3 The dose coefficients of internal exposure of target organization from 137Cs in the body of rabbits[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
| 源器官 |
头 |
肌肉 |
骨骼 |
心脏 |
肺 |
肝脏 |
胃 |
肠道 |
其他 |
皮毛 |
| 头 |
1.36×10-4 |
1.20×10-6 |
1.40×10-6 |
2.68×10-6 |
3.13×10-6 |
5.51×10-7 |
4.29×10-7 |
1.49×10-7 |
2.48×10-6 |
9.45×10-7 |
| 肌肉 |
3.72×10-6 |
1.27×10-4 |
1.98×10-5 |
1.27×10-5 |
9.17×10-6 |
1.50×10-5 |
1.08×10-5 |
1.41×10-5 |
1.38×10-5 |
1.01×10-3 |
| 骨骼 |
2.31×10-6 |
1.08×10-5 |
1.28×10-4 |
8.40×10-6 |
3.72×10-6 |
9.92×10-6 |
4.21×10-6 |
6.26×10-6 |
6.21×10-6 |
5.40×10-6 |
| 心脏 |
3.16×10-7 |
4.86×10-7 |
5.94×10-7 |
1.21×10-4 |
1.95×10-6 |
5.96×10-7 |
2.69×10-7 |
6.23×10-8 |
1.24×10-6 |
3.13×10-7 |
| 肺 |
6.58×10-7 |
6.26×10-7 |
4.78×10-7 |
3.47×10-6 |
1.18×10-4 |
6.81×10-7 |
6.14×10-7 |
1.11×10-7 |
2.28×10-6 |
6.33×10-7 |
| 肝脏 |
1.71×10-7 |
1.53×10-6 |
1.86×10-6 |
1.58×10-6 |
1.01×10-6 |
1.25×10-4 |
3.49×10-6 |
8.92×10-7 |
2.65×10-6 |
9.50×10-7 |
| 胃 |
7.31×10-8 |
6.08×10-7 |
4.39×10-7 |
3.94×10-7 |
4.97×10-7 |
1.90×10-6 |
1.13×10-4 |
9.60×10-7 |
1.64×10-6 |
6.18×10-7 |
| 胃容物 |
9.86×10-8 |
8.00×10-7 |
6.05×10-7 |
5.08×10-7 |
6.24×10-7 |
2.70×10-6 |
1.01×10-5 |
1.14×10-6 |
1.76×10-6 |
8.19×10-7 |
| 肠道 |
7.64×10-8 |
2.44×10-6 |
2.00×10-6 |
2.77×10-7 |
2.82×10-7 |
1.53×10-6 |
2.98×10-6 |
1.31×10-4 |
2.79×10-6 |
1.73×10-6 |
| 其他 |
4.32×10-6 |
8.72×10-6 |
4.09×10-6 |
1.04×10-5 |
3.38×10-5 |
8.78×10-6 |
2.98×10-5 |
1.17×10-5 |
1.29×10-4 |
9.22×10-6 |
| 皮毛 |
3.63×10-7 |
2.60×10-6 |
1.24×10-6 |
1.01×10-6 |
1.14×10-6 |
1.16×10-6 |
1.37×10-6 |
1.23×10-6 |
1.26×10-6 |
9.54×10-5 |
| 合计 |
1.48×10-4 |
1.56×10-4 |
1.60×10-4 |
1.62×10-4 |
1.73×10-4 |
1.68×10-4 |
1.77×10-4 |
1.68×10-4 |
1.65×10-4 |
1.13×10-3 |
| 注：平均为4.34×10-5 |
|
表 3 野兔体内137Cs对各靶器官的内照射剂量系数(DCs) [(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 3 The dose coefficients of internal exposure of target organization from 137Cs in the body of rabbits[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
|
表 4(Table 4)
表 4 野兔体内134Cs对各靶器官的内照射剂量系数(DCs)[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 4 The dose coefficients of internal exposure from target organization from 134Cs in the body of rabbits[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
| 源器官 |
头 |
肌肉 |
骨骼 |
心脏 |
肺 |
肝脏 |
胃 |
肠道 |
其他 |
皮毛 |
| 头 |
1.61×10-4 |
3.11×10-6 |
3.61×10-6 |
6.98×10-6 |
8.14×10-6 |
1.44×10-6 |
1.12×10-6 |
3.90×10-7 |
6.37×10-6 |
2.44×10-6 |
| 肌肉 |
9.60×10-6 |
1.39×10-4 |
4.92×10-5 |
3.29×10-5 |
2.37×10-5 |
3.89×10-5 |
2.80×10-5 |
3.66×10-5 |
3.46×10-5 |
4.20×10-5 |
| 骨骼 |
5.94×10-6 |
2.69×10-5 |
1.41×10-4 |
2.18×10-5 |
9.70×10-6 |
2.56×10-5 |
1.09×10-5 |
1.61×10-5 |
1.61×10-5 |
1.40×10-5 |
| 心脏 |
8.18×10-7 |
1.26×10-6 |
1.54×10-6 |
1.23×10-4 |
5.03×10-6 |
1.54×10-6 |
6.94×10-7 |
1.62×10-7 |
3.10×10-6 |
8.08×10-7 |
| 肺 |
1.70×10-6 |
1.63×10-6 |
1.24×10-6 |
8.99×10-6 |
1.16×10-4 |
1.77×10-6 |
1.59×10-6 |
2.90×10-7 |
5.61×10-6 |
4.50×10-6 |
| 肝脏 |
4.47×10-7 |
3.96×10-6 |
4.82×10-6 |
4.09×10-6 |
2.62×10-6 |
1.33×10-4 |
9.04×10-6 |
2.32×10-6 |
6.62×10-6 |
2.46×10-6 |
| 胃 |
1.91×10-7 |
1.58×10-6 |
1.14×10-6 |
1.02×10-6 |
1.28×10-6 |
4.92×10-6 |
1.06×10-4 |
2.49×10-6 |
3.98×10-6 |
1.07×10-5 |
| 胃容物 |
2.57×10-7 |
2.08×10-6 |
1.56×10-6 |
1.33×10-6 |
1.62×10-6 |
6.98×10-6 |
2.36×10-5 |
2.96×10-6 |
4.56×10-6 |
2.12×10-6 |
| 肠道 |
2.01×10-7 |
6.32×10-6 |
5.17×10-6 |
7.38×10-7 |
7.27×10-7 |
3.95×10-6 |
7.69×10-6 |
1.48×10-4 |
6.89×10-6 |
4.50×10-6 |
| 其他 |
1.11×10-5 |
2.13×10-5 |
1.06×10-5 |
2.69×10-5 |
8.17×10-5 |
2.28×10-5 |
7.05×10-5 |
2.89×10-5 |
1.45×10-4 |
2.39×10-5 |
| 皮毛 |
9.41×10-7 |
5.26×10-6 |
3.22×10-6 |
2.61×10-6 |
2.97×10-6 |
3.01×10-6 |
3.57×10-6 |
3.20×10-6 |
3.28×10-6 |
8.13×10-5 |
| 合计 |
1.92×10-4 |
2.12×10-4 |
2.23×10-4 |
2.31×10-4 |
2.53×10-4 |
2.44×10-6 |
2.63×10-4 |
2.42×10-4 |
2.36×10-4 |
1.89×10-4 |
| 注: 平均为3.81×10-5 |
|
表 4 野兔体内134Cs对各靶器官的内照射剂量系数(DCs)[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 4 The dose coefficients of internal exposure from target organization from 134Cs in the body of rabbits[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
|
2. 外照射剂量系数：通过对不同源半径野兔外照射剂量系数的分析，137Cs、134Cs、129I 3种粒子均表现为随着源半径的增大，野兔外照射剂量系数增大，且当源半径在0~20 cm范围内时，剂量系数增大较快，之后达到平衡状态，野兔外照射剂量系数随源半径的变化见图 3，各粒子模拟计算结果见表 5。
表 5(Table 5)
表 5 不同核素对各靶器官的总外照射剂量系数(DCs)[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 5 Total dose coefficient of external exposure from different nuclides to target organs[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
| 核素 |
头 |
肌肉 |
骨骼 |
心脏 |
肺 |
肝脏 |
胃 |
肠道 |
其他 |
皮毛 |
|
| 129I |
3.20×10-7 |
2.39×10-7 |
8.45×10-7 |
1.83×10-7 |
2.49×10-7 |
1.60×10-7 |
2.30×10-7 |
2.14×10-7 |
2.27×10-7 |
4.89×10-7 |
3.16×10-7 |
| 137Cs |
2.52×10-4 |
2.42×10-4 |
2.55×10-4 |
2.25×10-4 |
2.37×10-4 |
2.21×10-4 |
2.31×10-4 |
2.32×10-4 |
2.35×10-4 |
2.55×10-4 |
2.39×10-4 |
| 134Cs |
6.58×10-4 |
6.33×10-4 |
6.59×10-4 |
5.90×10-4 |
6.22×10-4 |
5.78×10-4 |
6.07×10-4 |
6.07×10-4 |
6.14×10-4 |
6.54×10-4 |
6.22×10-4 |
|
表 5 不同核素对各靶器官的总外照射剂量系数(DCs)[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 5 Total dose coefficient of external exposure from different nuclides to target organs[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
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3. ERICA程序模拟计算结果：结果见表 6。从内照射剂量系数比较结果来看，3种核素内照射模拟计算结果均比ERICA计算结果小一个数量级；从外照射剂量系数比较结果来看，本模型计算结果129I比ERICA结果低一个数量级，137Cs和134Cs计算结果与ERICA的结果在一个数量级。
表 6(Table 6)
表 6 本模型与ERICA软件野兔剂量系数计算结果比较[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 6 Comparison of the present model- and ERICA- calculated dose coefficients for rabbits [(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
| 核素 |
内照射 |
|
外照射 |
| 本研究 |
ERICA计算 |
本研究 |
ERICA计算 |
| 129I |
4.81×10-6 |
4.44×10-5 |
|
3.16×10-7 |
2.19×10-6 |
| 137Cs |
4.34×10-5 |
1.94×10-4 |
2.39×10-4 |
2.52×10-4 |
| 134Cs |
3.81×10-5 |
2.34×10-4 |
6.22×10-4 |
6.95×10-4 |
|
表 6 本模型与ERICA软件野兔剂量系数计算结果比较[(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
Table 6 Comparison of the present model- and ERICA- calculated dose coefficients for rabbits [(μGy·h-1)/(Bq·kg-1)]
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讨论
分析产生差异的原因，主要有以下几点：①模型不同：简化解剖学模型考虑了核素在生物组织/器官中的分布特征和生物的具体生活环境和状态，具有针对性，更接近现实情况；ERICA软件使用整体简化模型不能体现生物内部组织结构。②由于ERICA软件中哺乳动物的模型参考数据为小型掘穴类哺乳动物，输入参数添加野兔数据构建出的模型可能与实际形态存在较大偏差，在计算吸收剂量时，体积越大，吸收剂量越小。③外照射模型和假设条件不同：ERICA方法假设了土层厚度为50 cm，环境介质无限大；本模型中假设土层厚度为50 cm、半径为80 cm土壤放射性核素均匀分布，忽略了远距离的源环境介质对野兔产生的辐射影响，可能导致本次结果与ERICA相比较小。④放射性核素的辐射类型选择存在主观因素：本简化解剖学模型只考虑129I、137Cs、134Cs的主要辐射类型，不考虑低能β粒子产生的影响，而ERICA中低能β粒子参与计算。
在进行大范围的、以生态系统为保护目的的评价中，可进行保守假设条件，按整体模型计算剂量转换因子，采用如欧洲共同体的ERICA程序等进行快速的辐射影响评价。在关注生物个体特别是与人类密切相关或稀少珍惜物种时，应该在个体水平，充分了解评价个体的生活习性、生理特征，收集解剖学几何参数，包括主要器官组织的位置、大小、几何形状数学表达式、密度、核素组成等，采用简化解剖学模型进行估算评价。
综上，本研究建立的简化解剖学模型基于实际测量数据，关注生物组织/器官的辐射剂量，更能真实有效地反映实际情况，且野兔在我国分布较广，对于核素分布不均匀的非人类物种参考生物评价时，有很大的参考价值，对建立适合我国核设施放射性流出物对周围环境中非人类物种辐射影响评价具有重要意义。
利益冲突 无全体作者未因进行该研究而接受任何不正当的职务或财务利益，在此对研究的独立性和科学性给予保证
作者贡献声明 原寒负责资料整理，计算数据并起草论文；贡文静、韩学垒负责编写程序；曹少飞负责样品收集和基础数据处理；李建国负责课题设计和指导论文写作
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