Совершенствование технологии защиты органов дыхания военнослужащих и гражданского населения от радиоактивного йода, образующегося при авариях на атомных электростанциях

Основные моменты

- Разработана пропитка для фильтрующих материалов, увеличивающая время защитного действия (ВЗД) респиратора от радиоактивного йода в 15,9 раза.

- Технология основана на доступных компонентах (тиосульфат натрия, глицерин, хлоргексидин), что обеспечивает многократно более низкую стоимость по сравнению с существующими аналогами.

Актуальность. При авариях на АЭС (Чернобыль, Фукусима) выброс радиоактивного йода-131 ([131] I) создает критическую угрозу для здоровья из-за быстрого поступления через дыхательные пути. Существующие средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) имеют недостаточную эффективность против органических соединений йода и высокую стоимость, что ограничивает возможность их массового применения.

Цель работы разработка и экспериментальное обоснование комплекса средств повышения эффективности защиты органов дыхания от радиоактивного йода и его летучих органических соединений (CH3I, C2H5I), образующихся при авариях на атомных электростанциях.

Материалы и методы. Исследованы сорбционные элементы из пенополиуретана марок ST-1832 и ST-2238. Пропитки готовили на основе водных растворов тиосульфата натрия (0–50 %), глицерина и 0,05 % раствора хлоргексидина. Композицию наносили распылителем триггерного типа (расход 0,15 мл/см[2] ). Испытания проводили на специально разработанной установке при температуре 20±1 °C, концентрации паров йода 4,16 г/м[3] , расходе воздуха 15±0,3 л/мин. Время защитного действия фиксировали по появлению синего окрашивания в крахмальном индикаторе. Каждый эксперимент повторен не менее 6 раз. Статистическую обработку (проверка на промахи по критерию Смирнова–Граббса, линейная регрессия) выполняли в MS Excel.

Результаты. Разработаны:

- многокомпонентная пропитка (тиосульфат натрия 50 %, глицерин, 0,05 % раствор хлоргексидина в равных объемах), увеличивающая ВЗД пенополиуретана ST 1832 с 7,6±0,4 до 77,8±3,9 мин (в 10,2 раза);

- экспериментальная установка для определения ВЗД фильтрующих материалов;

- сменный фильтрующий элемент из пенополиуретана с модульной конструкцией;

- технология равномерного нанесения пропитки и модификации серийных респираторов (на примере 3М).

Для образца ST-2238 с пропиткой 50 % раствором тиосульфата натрия в составе респиратора 3М ВЗД достигло 120,7±6,0 мин, емкость по I2 7531,7±376,6 мг, что в 15,9 раза превышает показатель стандартного респиратора Р-2. Установлена линейная зависимость ВЗД от концентрации тиосульфата натрия (R[2] =0,98). Поданы 4 заявки на изобретение и 4 заявки на полезную модель.

Вывод. Созданные технические решения обеспечивают увеличение времени защитного действия в 15,9 раза, используют доступные компоненты, не требуют сложного оборудования и пригодны для массового применения при формировании стратегических запасов и оснащении ликвидаторов последствий радиационных аварий.

Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют существенно повысить эффективность и доступность СИЗОД от радиоактивного йода для оснащения личного состава, задействованного в ликвидации последствий радиационных аварий.

1. Тихонов МН, Рылов МИ. Уроки Чернобыля и Фукусимы: культура и концепция безопасности на объектах использования атомной энергии. Экологические системы и приборы . 2013;(12):38–50. EDN: sjnaxl.

2. Högberg L. Root causes and impacts of severe accidents at large nuclear power plants. Ambio . 2013;42(3):267–84. https://doi.org/10.1007/s13280-013-0382-x

3. Bondarkov MD, Oskolkov BY, Gaschak SP, Kireev SI, Maksimenko AM, Proskura NI, et al. Environmental radiation monitoring in the Chernobyl exclusion zone: history and results 25 years after. Health Phys . 2011;101(4):442–85. https://doi.org/10.1097/HP.0b013e318229df28

4. Steinhauser G, Brandl A, Johnson TE. Comparison of the Chernobyl and Fukushima nuclear accidents: a review of the environmental impacts. Sci Total Environ. 2014;470-471:800–17. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.10.029

5. Aliyu AS, Evangeliou N, Mousseau TA, Wu J, Ramli AT. An overview of current knowledge concerning the health and environmental consequences of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP) accident. Environ Int. 2015;85:213–28. https://doi.org/10.1016/j.envint.2015.09.020

6. Shinano T, Hachinohe M, Fesenko S. Relationships between air dose rates and radionuclide concentrations in agricultural plants observed in areas affected by the Fukushima Dai-ichi accident. J Environ Radioact. 2020;222:106359. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2020.106359

7. Kasuba V. Bioloski ucinci radionuklida joda-131. Arh Hig Rada Toksikol. 1997;48(2):247–57. PMID:9471970.

8. Fedirko PA, Babenko TF, Kapustinska OA, Belyaev YM, Tereshchenko SO, Dorichevska RY, et al. Levels and relative risks of mortality of Chornobyl clean-up workers in 1986-1987 years from main non-neoplastic diseases (observation period 1988-2021). Probl Radiac Med Radiobiol. 2024;(29):182-98. https://doi.org/10.33145/2304-8336-2024-29-182-198

9. Zaletel K, Mihovec A, Gaberscek S. Characteristics of exposure to radioactive iodine during a nuclear incident. Radiol Oncol. 2024;58(4):459-68. https://doi.org/10.2478/raon-2024-0051

10. Tracy BL, Walker WB, McGregor RG. Transfer to milk of 131I and 137Cs released during the Chernobyl reactor accident. Health Phys. 1989;56(2):239-43. PMID: 2917852.

11. Bertilsson J, Andersson I, Johanson KJ. Feeding green-cut forage contaminated by radioactive fallout to dairy cows. Health Phys. 1988;55(6):855-62. https://doi.org/10.1097/00004032-198812000-00001

12. Chalaux-Clergue T, Foucher A, Chaboche PA, Hayashi S, Tsuji H, Wakiyama Y, et al. Impacts of farmland decontamination on 137Cs transfers in rivers after Fukushima nuclear accident: evidence from a retrospective sediment core study. Sci Total Environ. 2024;947:174546. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174546

13. Orita M, Tanaka K, Amir I, Matsunaga H, Kashiwazaki Y, Xiao X, et al. Essential health risk communication for recovery after lifting evacuation orders following the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident. Sci Rep. 2025;15(1):11071. https://doi.org/10.1038/s41598-025-94541-w

14. Little MP, Bazyka D, Berrington de Gonzalez A, Brenner AV, Chumak VV, Cullings HM, et al. A historical survey of key epidemiological studies of ionizing radiation exposure. Radiat Res. 2024;202(2):432-87. https://doi.org/10.1667/RADE-24-00021.1

15. de Vathaire F, Zidane M, Xhaard C, Souchard V, Chevillard S, Ory C, et al. Assessment of differentiated thyroid carcinomas in French Polynesia after atmospheric nuclear tests performed by France. JAMA Netw Open. 2023;6(5):e2311908. https://doi.org/10.1001/jamanetworkopen.2023.11908

16. Ozasa K, Cullings HM, Ohishi W, Hida A, Grant EJ. Epidemiological studies of atomic bomb radiation at the Radiation Effects Research Foundation. Int J Radiat Biol. 2019;95(7):879-91. https://doi.org/10.1080/09553002.2019.1569778

17. Drozdovitch V. Radiation exposure to the thyroid after the Chernobyl accident. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;11:569041. https://doi.org/10.3389/fendo.2020.569041

18. Saenko V, Mitsutake N. Radiation-related thyroid cancer. Endocr Rev. 2024;45(1):1-29. https://doi.org/10.1210/endrev/bnad022

19. Song C, Luo JY, Pang YY, He RQ, Li XJ, Chen G, et al. Historical context, process, and development trends of pediatric thyroid cancer research: a bibliometric analysis. Front Oncol. 2024;14:1340872. https://doi.org/10.3389/fonc.2024.1340872

20. Forma A, Kłodnicka K, Pająk W, Flieger J, Teresińska B, Januszewski J, et al. Thyroid cancer: epidemiology, classification, risk factors, diagnostic and prognostic markers, and current treatment strategies. Int J Mol Sci. 2025;26(11):5173. https://doi.org/10.3390/ijms26115173

21. Cazarin J, Dupuy C, Pires de Carvalho D. Redox homeostasis in thyroid cancer: implications in Na+/Isymporter (NIS) regulation. Int J Mol Sci. 2022;23(11):6129. https://doi.org/10.3390/ijms23116129

22. Yamada M, Landes RD, Mimori Y, Nagano Y, Sasaki H. Radiation effects on cognitive function among atomic bomb survivors exposed at or after adolescence. Am J Med. 2016;129(6):586-91. https://doi.org/10.1016/j.amjmed.2015.09.002

23. Weber LW, Boll M, Stampfl A. Hepatotoxicity and mechanism of action of haloalkanes: carbon tetrachloride as a toxicological model. Crit Rev Toxicol. 2003;33(2):105-36. https://doi.org/10.1080/713611034

24. de Dios Azorín Abraham J, Durán GT, Pabón NST, Peña-Fernández A, Fernández MÁP. Development of a formulation of potassium iodide tablets as an antidote against nuclear incidents. Saudi Pharm J. 2023;31(11):101814. https://doi.org/10.1016/j.jsps.2023.101814

25. Takeshita M, Matsunaga H, Takamura N, Jun B. Exposure doses among hospitalized patients and medical personnel after the accident at the Fukushima Daiichi nuclear power station. Disaster Med Public Health Prep. 2025;19:e139. https://doi.org/10.1017/dmp.2025.10074

26. Watanabe Y, Doki K, Sekine I, Hara H, Homma M. High-performance liquid chromatography for therapeutic drug monitoring of serum lenvatinib. Ther Drug Monit. 2020;42(4):554-8. https://doi.org/10.1097/FTD.0000000000000770

27. Trimboli P, Bojunga J, Deandrea M, Frasca F, Imperiale A, Leoncini A, et al. Reappraising the role of thyroid scintigraphy in the era of TIRADS: a clinically-oriented viewpoint. Endocrine. 2024;85(3):1035-40. https://doi.org/10.1007/s12020-024-03825-0

28. Ślusarz K, Buchwald M, Szczeszek A, Kupinski S, Gramek-Jedwabna A, Andrzejewski W, et al. AI may help to predict thyroid nodule malignancy based on radiomics features from [18F]FDG PET/CT. EJNMMI Res. 2025;15(1):39. https://doi.org/10.1186/s13550-025-01228-4

29. Zaitsev AS, Pulyk OR, Vastyanov RS, Stoyanov OM, Biesieda YV, Maidanyuk VR, et al. Pulmonotoxic xenobiotics and methods of their determination in ambient air of nuclear power plant equipment. Wiad Lek. 2024;77(9):1793-801. https://doi.org/10.36740/WLek/193760

30. Willems P, Carr Z, Dreger S, Zeeb H, Tchilian-Teng N, Smith V, et al. Survey on national practices regarding iodine thyroid blocking in 2016-2017. Environ Adv. 2022;8:100252. https://doi.org/10.1016/j.envadv.2022.100252

31. Calcaterra V, Mameli C, Rossi V, Massini G, Gambino M, Baldassarre P, et al. The iodine rush: overor under-iodination risk in the prophylactic use of iodine for thyroid blocking in the event of a nuclear disaster. Front Endocrinol (Lausanne). 2022;13:901620. https://doi.org/10.3389/fendo.2022.901620

32. Nishi K, Hirota M, Higaki S, Shiraishi S, Kudo T, Matsuda N, et al. Reduction of thyroid radioactive iodine exposure by oral administration of cyclic oligosaccharides. Sci Rep. 2023;13(1):6979. https://doi.org/10.1038/s41598-023-34254-0

33. Blakely WF, Port M, Ostheim P, Abend M. Radiation Research Society journal-based historical review of the use of biomarkers for radiation dose and injury assessment: acute health effects predictions. Radiat Res. 2024;202(2):185-204. https://doi.org/10.1667/RADE-24-00121.1

34. Báez DF. Graphene-based nanomaterials for photothermal therapy in cancer treatment. Pharmaceutics. 2023;15(9):2286. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15092286

35. Huve J, Ryzhikov A, Nouali H, Lalia V, Augé G, Daou TJ. Porous sorbents for the capture of radioactive iodine compounds: a review. RSC Adv. 2018;8(51):29248-73. https://doi.org/10.1039/c8ra04775h

36. Tavleeva MM, Rasova EE, Rybak AV, Belykh ES, Fefilova EA, Pnachina EM, et al. Dose-dependent effect of mitochondrial superoxide dismutase gene overexpression on radioresistance of HEK293T cells. Int J Mol Sci. 2023;24(24):17315. https://doi.org/10.3390/ijms242417315

37. Thamcharoenvipas S, Kerr SJ, Tepmongkol S. Finding the best effective way of treatment for rapid I-131 turnover Graves' disease patients: a randomized clinical trial. Medicine (Baltimore). 2019;98(19):e15573. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000015573

38. Taprogge J, Gape PMD, Carnegie-Peake L, Murray I, Gear JI, Leek F, et al. A systematic review and metaanalysis of the relationship between the radiation absorbed dose to the thyroid and response in patients treated with radioiodine for Graves' disease. Thyroid. 2021;31(12):1829-38. https://doi.org/10.1089/thy.2021.0302

39. González AJ, Akashi M, Boice JD Jr, Chino M, Homma T, Ishigure N, et al. Radiological protection issues arising during and after the Fukushima nuclear reactor accident. J Radiol Prot. 2013;33(3):497-571. https://doi.org/10.1088/0952-4746/33/3/497

40. Tan C, Jiang L, Xiong R, Wang H, Yan C, Wang R, et al. Imidazole encapsulation enabled by confinement for I2 and CH3I coremoval. Inorg Chem. 2024;63(50):23877-85. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.4c04162

41. Li J, Zhang X, Fan M, Chen Y, Ma Y, Smith GL, et al. Direct observation of enhanced iodine binding within a series of functionalized metal-organic frameworks with exceptional irradiation stability. J Am Chem Soc. 2024;146(20):14048-57. https://doi.org/10.1021/jacs.4c02405

42. Chen P, He X, Pang M, Dong X, Zhao S, Zhang W. Iodine capture using Zr-based metal-organic frameworks (Zr-MOFs): adsorption performance and mechanism. ACS Appl Mater Interfaces. 2020;12(18):20429-39. https://doi.org/10.1021/acsami.0c02129

43. Chun H, Kang J, Han B. First principles computational study on the adsorption mechanism of organic methyl iodide gas on triethylenediamine impregnated activated carbon. Phys Chem Chem Phys. 2016;18(47):32050-6. https://doi.org/10.1039/c6cp06483c

44. Leloire M, Walshe C, Devaux P, Giovine R, Duval S, Bousquet T, et al. Capture of gaseous iodine in isoreticular zirconium-based UiO-n metal-organic frameworks: influence of amino functionalization, DFT calculations, Raman and EPR spectroscopic investigation. Chemistry. 2022;28(14):e202104437. https://doi.org/10.1002/chem.202104437

45. Kai M. Some lessons on radiological protection learnt from the accident at the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant. J Radiol Prot. 2012;32(1):N101-5. https://doi.org/10.1088/0952-4746/32/1/N101