Резюме
Национальные академии наук, техники и медицины (Национальные академии) получили задание от Национальных лабораторий Сандии оценить использование радиоактивных источников и альтернативных (нерадиоизотопных) технологий в медицине, исследованиях, стерилизации и других коммерческих областях применения в Соединенных Штатах и во всем мире. Цель исследования — помочь субъектам, которые осуществляют или будут осуществлять деятельность в рамках программы радиологической безопасности Административного отдела национальной ядерной безопасности, снизить использование опасных радиологических материалов в этих областях применения и способствовать развитию альтернативных технологий. В ходе исследования были проанализированы источники категорий 1, 2 и 3, которые являются тремя наиболее опасными категориями источников в системе из пяти категорий, разработанной Международным агентством ядерной энергии (IAEA). Система ранжирует источники, прежде всего, по их потенциальной способности вызывать определяющие1 последствия для здоровья обращающихся с ними или вступающих с ними в контакт иным образом людей, если эти источники надежно не контролируются или надежно не защищены. Национальные регулирующие агентства, включая Комиссию по ядерному регулированию (U.S. NRC), приняли систему категоризации источников для регулирования безопасности и надежности радиоактивных источников.
Национальные академии назначили комитет экспертов для проведения исследования и подготовки технического отчета. Это резюме содержит полный список выводов и рекомендаций комитета, как указано ниже.
Вывод 1: радиоактивные источники продолжают широко использоваться как на национальном, так и на международном уровне в медицине, исследованиях, стерилизации и других коммерческих целях. За последние 10–15 лет не появилось новых применений радиоактивных источников высокого риска (категория 1 и категория 2) и умеренного риска (категория 3). Одно применение источников категории 1, использование радиоизотопных термоэлектрических генераторов для наземной энергетики, было прекращено.
___________________
1 Детерминистическое влияние — это такое влияние, при котором существует пороговый уровень дозы, при превышении которого тяжесть последствий для здоровья увеличивается по мере увеличения дозы.
Вывод 2: правительство США и международное сообщество приняли меры по усилению безопасности и подотчетности радиоактивных источников. Эти действия нацелены, прежде всего, на источники высокого риска (категории 1 и категория 2) из-за их большей потенциальной способности вызывать детерминистические последствия для обращающихся или вступающих с ними в контакт людей. Безопасность и подотчетность для источников категории 3 имеют более низкий приоритет из-за их более низкой способности вызывать детерминированные эффекты.
Вывод 3: в Соединенных Штатах источники категорий 1 и 2 отслеживаются Национальной системой отслеживания источников, закрытой централизованной базой данных, поддерживаемой NRC США с 2008 года. Количество источников категории 1 и категории 2 увеличилось за последние 12 лет примерно на 30 процентов.
Вывод 4: менее строгие меры безопасности и отсутствие национального и международного отслеживания источников категории 3 делают их уязвимыми для несанкционированных транзакций и краж.
Вывод 5: недавний модельный анализ радиологических событий показал, что небольшие радиационные выбросы и небольшие радиационные облучения населения ниже уровней, которые могут вызывать детерминированные эффекты, могут иметь серьезные и долгосрочные социально-экономические последствия. Этот вывод подтверждается различными радиологическими авариями в реальной жизни. Система безопасности, которая основана только на детерминированных эффектах радиоактивных источников, может не обеспечивать адекватный уровень защиты общества.
Рекомендация A: Международное агентство по атомной энергии, Комиссия по регулированию в ядерной сфере США и другие организации должны обратить внимание на то, что их схемы классификации источников должны учитывать как (а) вероятностное влияние на здоровье, такое как развитие рака в течение жизни, так и (b) экономическое и социальное влияние. Такое переосмысление привело бы к более целостному описанию общего риска, включая потенциальные последствия, если источники не будут безопасно управляться или не будут надежно защищены.
Рекомендация В: Международное агентство по атомной энергии, Комиссия по регулированию в ядерной сфере США и другие организации должны нести изменения в свои принципы и правила безопасности и отслеживания источников на основании переосмысления, упомянутого в рекомендации А.
Рекомендация С: параллельно Комиссия по регулированию в атомной сфере США должна предусмотреть отслеживание источников категории 3 в существующей Национальной системе отслеживания источников. Такое отслеживание обеспечит более точный учет в национальном реестре источников категории 3 и повысит ответственность за владение этими источниками и регулирование их использования. Правительству США следует принимать обоснованные решения о потенциальном повышении безопасности для источников категории 3 на объектах, где эти источники расположены.
Вывод 6: цель правительства США по снижению риска путем замены радиоактивных источников нерадиоизотопными альтернативами не будет реализована до тех пор, пока изъятые из употребления источники не будут должным образом удалены и захоронены. Высокая стоимость захоронения и ограниченные возможности, ресурсы и руководящие материалы для захоронения внутри страны и за рубежом могут быть препятствием как для внедрения альтернатив, так и для соответствующего захоронения радиоактивных источников в конце срока службы.
Рекомендация D: Комиссия по регулированию атомной энергии должна расширить текущие требования к финансовым гарантиям для обеспечения того, чтобы они адекватно покрывали обращение по истечении срока службы для новых лицензированных радиоактивных источников. Правительство США также должно разработать и реализовать национальную стратегию управления по истечении срока службы имеющихся в наличии и бесхозных радиоактивных источников категорий 1 и 2, а также рассмотреть целесообразность подобных мер для источников категории 3.
Вывод 7: многие национальные и международные правительственные и неправительственные организации внесли свой вклад в повышение узнаваемости альтернативных технологий как способа снижения рисков безопасности от радиоактивных источников. Однако ни одна организация в настоящее время не имеет возможности продвигать широкий спектр альтернативных технологий и решать проблемы, связанные с их внедрением, в глобальном контексте. Такая организация или сеть организаций могла бы объединить техническую, нормативную, финансовую, политическую и специфическую для страны информацию о ресурсах, чтобы повлиять на решения о внедрении альтернативных технологий и облегчить переход к альтернативным технологиям для медицинских, исследовательских и коммерческих целей.
Вывод 8: прогресс в разработке альтернативных технологий для разных применений и радионуклидов был неравномерным (см. таблицу S.1). За исключением облучения крови, где рентгеновская технология считается эквивалентной облучению цезием-137, и наружной лучевой терапии, в которой технология линейного ускорителя считается превосходящей телетерапию с использованием кобальта-60, широко распространенных технологий замены для других применений не существует. В некоторых областях применения подходящие для замены технологии не разработаны.
Как описано в выводе 12, несмотря на технологические достижения в области медицины, существуют проблемы с внедрением альтернативных технологий в странах с низким и средним уровнем доходов.
Вывод 9: несколько крупных компаний инвестируют в исследования и разработки, чтобы найти решения конкретных проблем, связанных с внедрением альтернативных технологий. Трансформация творческой идеи в коммерческий продукт в случае успеха может занять несколько лет (часто больше десятилетия) и требует существенных инвестиций.
Вывод 10: несколько небольших компаний реализуют проекты развития альтернативных технологий при финансовой поддержке программ для малых предприятий, посвященных инновациям, и программ передачи технологий для малых предприятий, находящихся в ведении Национального управления ядерной безопасности.
Рекомендация Е: Национальное управление ядерной безопасности должно осуществлять приоритетное финансирование проектов исследований и разработок, направленных на разработку альтернатив использованию радиоактивных источников в областях применения, где в настоящее время нет приемлемых нерадиоизотопных альтернативных технологий.
Вывод 11: наиболее значительный прогресс в применении альтернативных технологий — внедрение во всем мире рентгеновских технологий для облучения крови и исследовательских целей. В Соединенных Штатах финансовые бонусы, предоставляемые правительством посредством проекта замены цезиевого облучателя, являются основным фактором, способствующим переходу с цезиевых облучателей на рентгеновские технологии и постепенному прекращению использования цезия-137 в форме хлорида цезия в медицинской и исследовательской областях. Дополнительный прогресс может быть достигнут за счет замены цезиевых облучателей, используемых в исследованиях, путем оказания помощи исследовательскому сообществу в разработке и финансировании исследований эквивалентности.
Рекомендация F: Национальное управление по ядерной безопасности должно взаимодействовать с федеральными партнерами, такими как Министерство здравоохранения и социальных служб, Национальный научный фонд и Управление по контролю за продуктами и лекарствами, для поддержки исследований эквивалентности, проводимых исследователями, которые рассматривают возможность замены своих исследовательских облучателей с цезием или кобальтом альтернативными технологиями. Выводы, сделанные на основании этих исследований, должны быть широко доступны.
Вывод 12: альтернативные технологии не предоставляют универсального решения, и это особенно очевидно в медицинской сфере в странах с высоким, низким и средним уровнем доходов из-за резкого неравенства в доступе к медико-санитарной помощи и ресурсам. Внедрение альтернативных технологий лечения рака в некоторых странах с низким и средним уровнем доходов имело непредвиденные негативные последствия для лечения пациентов из-за отсутствия квалифицированного персонала, необходимых ресурсов и инфраструктуры для обеспечения жизнеспособности этих альтернатив.
Рекомендация G: усилия правительства США и других национальных и международных организаций по снижению использования высокоактивных радиоактивных источников во все мире должны исходить из анализа местных ресурсов, инфраструктуры и потребностей. В ситуациях, когда местные ресурсы и инфраструктура не могут поддерживать альтернативы, усилия должны быть сосредоточены на повышении радиологической безопасности для существующих радиоактивных источников, оказании помощи в создании инфраструктуры и поддержке проектов исследований и разработок для адаптации технологий для эффективной работы в средах с ограниченными ресурсами, например, при ненадежном электроснабжении.
Вывод 13: постепенный переход на альтернативные технологии осуществляется в области стерилизации. Использование технологий луча электрон (э-луча) для стерилизации медицинских устройств увеличилось за последние 10–15 лет как в стране, так и за рубежом, и ожидается продолжение роста в ответ на растущий спрос в этой области применения. Несколько компаний также объявили о планах открыть новые мощности для стерилизации рентгеновскими лучами. Альтернативные технологии для других областей применения стерилизации, включая облучение продуктов питания для обеспечения безопасности и фитосанитарной обработки, а также стерилизацию насекомых, также получают все большее распространение в качестве полноценной замены радиоактивных источников во многих странах.
Вывод 14: в стране не наблюдается большого прогресса в использовании альтернативных технологий для некоторых других коммерческих областей применения, в частности, для некоторых видов неразрушающих испытаний и каротажа. Это связано с тем, что в настоящее время отсутствуют равноценные или недорогие альтернативы, альтернативы дают худшие показатели или не дают никаких улучшений или выдают данные и структуры, которые нельзя напрямую сравнить с результатами, полученными при использовании радиоактивных источников.
Рекомендация H: Национальное управление по ядерной безопасности должно взаимодействовать с другими отделами Министерства энергетики, Национального научного фонда и профессиональными ассоциациями, для поддержки исследований эквивалентности для компаний, предоставляющих услуги каротажа и промышленной радиографии, которые рассматривают возможность замены своих радиоактивных источников и внедрения альтернативной технологии. Выводы, сделанные на основании этих исследований, должны быть широко доступны.
Вывод 15: в стране и за рубежом не наблюдается прогресса в применении альтернативных технологий для систем калибровки с целью замены источников цезия-137 и кобальта-60. Не существует очевидных нерадиоизотопных альтернатив для замены источников хлорида цезия, используемых в этих областях применения, и в настоящее время не проводится никаких исследований и разработок для исследования альтернатив. Отсутствие альтернатив является препятствием глобальным усилиям по прекращению использования цезия-137 в форме хлорида цезия.
Рекомендация I: Национальный институт стандартов и технологий должен взаимодействовать с исследовательским сообществом и федеральными, промышленными и международными партнерами для инициирования исследования альтернатив хлориду цезия в области калибровки. Это взаимодействие следует начать немедленно для подготовки к возможному прекращению использования цезия-137 в форме хлорида цезия в будущем.
ТАБЛИЦА S.1 Прогресс в области внедрения альтернативных технологий в различных сферах
| Применение (рассматриваемая глава) | Распространенные устройства (первичные изотопы) | Замещающая технология | Тенденция внедрения альтернативы | Основные драйверы внедрения (кроме угроз безопасности) | Основные проблемы замены | Перспективные направления исследований и разработок для содействия внедрению |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Медицина | ||||||
| Облучение крови (глава 4) | Защищенные облучатели (цезий-137 и кобальт-60) | Рентгеновская технология | Широкое внедрение в стране и за рубежом | CIRP в Соединенных штатах и инициативы по регулированию национальных правительств в других странах; экономия затрат на всем протяжении жизненного цикла устройства; эффективность | Предпочтение пользователей | Методики уменьшения количества патогенов для красных кровяных телец |
| Лечение рака — наружная лучевая терапия (глава 4) | Телетерапия (кобальт-60) | Linac | Практически полный отказ от радиоактивных источников в странах с высоким и во многих странах со средним доходом; рост внедрения в СНСД | Универсальность; превосходное лечение; улучшение результатов лечения пациентов; более короткие процедуры | Нет в странах с высоким уровнем дохода; экономические, инфраструктура и ресурсы в СНСД | Линейные ускорители, которые доступны и устойчивы к перебоям электрического питания |
| Лечение рака — стереотакcическая радиохирургия (глава 4) | Гамма-радиохирургия, включая Gamma Knife® (кобальт-60) | Радиохирургия с помощью линейного ускорителя, включая CyberKnife® | Рост внедрения в странах с высоким уровнем дохода; низкий уровень внедрения радиохирургии в целом в СНСД | Универсальность места лечения; более низкие затраты на установку | Предполагаемая более низкая точность; предпочтения пользователей | Технологии, нацеленные на снижение затрат на установку, включая защиту |
| Лечение рака — брахитерапия HDR (глава 4) | Брахитерапия HDR (иридий-192) | Наружная лучевая терапия; электронная брахитерапия | Некоторое распространение в странах с высоким уровнем дохода | Выгодная компенсация за наружную лучевую терапию | Электронная брахитерапия не является жизнеспособной альтернативой наиболее распространенным видам использования HDR-брахитерапии для лечения гинекологического рака. | Электронная брахитерапия, подходящая для лечения гинекологического рака |
| Применение (рассматриваемая глава) | Распространенные устройства (первичные изотопы) | Замещающая технология | Тенденция внедрения альтернативы | Основные драйверы внедрения (кроме угроз безопасности) | Основные проблемы замены | Перспективные направления исследований и разработок для содействия внедрению |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Исследование (глава 4) | Защищенные облучатели (цезий-137 и кобальт-60) | Рентгеновская технология | Рост использования | CIRP в Соединенных штатах и инициативы по регулированию национальных правительств в других странах; экономия затрат на всем протяжении жизненного цикла устройства | Исследования эквивалентности; унаследованные данные; недостаток ресурсов у исследовательских институтов | Исследования эквивалентности; развитие рентгеновских аппаратов со средней энергией 600 keV и выше |
| Стерилизация | ||||||
| Стерилизация медицинских изделий (глава 5) | Панорамные облучатели (кобальт-60) | Электронный пучок и рентгеновские лучи | Рост использования | Потребности рынка из-за растущего спроса; дефицит кобальта-60; проблемы безопасности и возможное более строгое регулирование фумигации EtO | Эквивалентность и повторная валидация | Разработка компактных линейных ускорителей для снижения капитальных затрат; разработка дешевых источников рентгеновского излучения |
| Виды обработки для безопасности продуктов питания (глава 5) | Панорамные или другие высоко-и низкоактивные облучатели (кобальт-60) | Электронный пучок и рентгеновские лучи | Без изменений в Соединенных Штатах; уменьшение в Европе; увеличение использования в некоторых частях земного шара, особенно в Китае | Потребности рынка | Общественное признание; отсутствие гармонизации правил международной торговли; аутсорсинг лечения; требования к маркировке | Разработка для снижения капитальных затрат; большее развитие дешевых источников рентгеновского излучения |
| Фитосанитарная обработка (глава 5) | Панорамные или другие высоко-и низкоактивные облучатели (кобальт-60) | Электронный пучок и рентгеновские лучи | Рост | Потребности рынка; простота обработки | Экономические; давление, направленное на снижение использования фумигации метил бромидом | Разработка для снижения капитальных затрат; большее развитие дешевых источников рентгеновского излучения |
| Стерилизация насекомых (глава 5) | Панорамные или другие высокоактивные облучатели (кобальт-60); защищенные облучатели (цезий-137 или кобальт-60) | Электронный луч, рентген и генетическая модификация | Рост | Доступность и транспортировка защищенных облучателей; увеличение спроса на данный вид применения, особенно для регионального контроля популяции москитов; негативное отношение общественности к генетической модификации насекомых | Неудачный первый опыт из-за ненадежности ранних рентгеновских аппаратов (первого поколения) | Разработка источников рентгеновского излучения, соответствующих требованиям для данного использования |
| Применение в промышленности | ||||||
| Промышленная радиография (глава 6) | Радиография (кобальт-60, иридий-192 и селен-75) | Рентген и ультразвук | Рост | Дополнение к радиоактивным источникам | Не полная замена; технические и эксплуатационные требования в сложных условиях; расходы; более высокий уровень технической квалификации; непрямое, а не прямое отображение | Представление изображения для УЗИ; улучшения размера, веса и мощности |
| Промышленные приборы (глава 6) | Цезий-137, кобальт-60 | УЗИ, дифференциальное давление, радар и управляемый радар | Рост | Дополнение к радиоактивным источникам | Эксплуатационные требования в сложных условиях | Повышение надежности альтернатив в сложных условиях |
| Каротаж (глава 6) | Америций-241, смешанный с берилием | Нейтронные генераторы | Без изменений | Нет | Уменьшение рыночного спроса на данный вид применения; эквивалентность и надежность; данные о преемственности | Исследования эквивалентности; повышение надежности нейтронного генератора |
| Цезий-137 (керамический или стеклянный) | Рентген | Нет | Нет | Разработка компактного надежного источника рентгеновского излучения; необходимость в изотропной радиации | ||
| Калибраторы (глава 6) | Цезий-137 хлорид | Нет | Нет | Возможная политика по исключению хлорида цезия из медицинских, исследовательских и коммерческих видов применения | В настоящее время рассматривается как применение, которое не требует замены. | Разработка и использование менее рассеиваемой формы цезия-137; среднее рентгеновское излучение при 600 keV и выше |
| Радиоизотопные термоэлектрические генераторы для космического применения | Кобальт-60 | Нет | Нет | Нет | Нет | |
| Плутоний-238 в сжатой окисленной форме | Нет | Нет | Нет | Не признано проблемой | Нет | |
| Стронций-90 | Нет | Нет | Нет | Нет | ||
ПРИМЕЧАНИЕ: CIRP = проект замены цезиевого облучателя; э-луч = луч электрон; EtO = оксид этилена; HDR = высокая доза; keV = килоэлектрон фольт; linac = линейный ускоритель; СНСД = страна с низким и средним уровнем доходов.
