Radiation protection of the environment: providing knowledge and skills to the user


Environmental radiological protection



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EFFECTS hinton v2

Environmental radiological protection  

There  are  fundamental  differences  in  determining  the  risk  to  humans  following  exposure  to 

radiation and the risks to a radioactively contaminated environment. Human risk analyses largely 

focuses  on  cancer  risks  to  individuals.  Dose-response  relationships  are  sufficiently  established 

that  risk  factors  (i.e.  probability  of  lethality  from  cancer  per  unit  of  dose)  are  established.  In 

contrast, ecological risk to non-human biota is seldom concerned with individuals, but instead, to 

populations of plants and animals. Management of the environment centers on a viable population 

of organisms, not on single individuals within the population. Endpoints for ecological risks are 

not cancer oriented, but instead include a wide assortment of effects ranging from chromosomal 

damage to reduced reproductive success. The dose-response relationships for these endpoints are 

not  established,  and  therefore  there  are  no  risk  factors  that  equate  dose  to  the  probability  of  an 

outcome.    

 

The  criteria  for  determining  if  an  ecosystem  is  at  risk  from  radioactive  contamination  are 



currently changing. Traditionally, the paradigm for protecting the environment was that if humans 

are protected then so is the rest of the environment (IAEA, 1992). That is, the protection criterion 

for humans (1 mSv / year) was considered to be sufficiently restrictive that populations of non-

humans  living  in  the  same  environment  would  be  sufficiently  protected.    The  International 

Commission on Radiological Protection (ICRP) recognised the need to provide more quantitative 

advice  on  environmental  protection,  and  that  a  clear  framework  was  required  to  assess  the 

relationships between exposure and dose, dose and effects, and any consequences of effects. The 

ICRP  has  stated  that  the  framework  they  are  developing  for  environmental  protection  should 

complement  the  approach  used  for  the  protection  of  humans  (ICRP,  2009).  Consequently,  the 

ICRP  has  suggested  a  similar  reference-model  approach  as  used  for  humans  (



i.e.

  “Reference 

Man”) for non-human biota. They have, therefore, proposed a small set of “Reference Animals 

and Plants” (RAPs) for which reference dosimetric models have been developed and knowledge 

on radionuclide uptake and radiation effects collated.  

 

The  endpoints  considered  to  be  most  relevant  in  determining  risks  to  non-human  biota  are 



increased mortality, increased morbidity and decrease reproductive output. Of the three, changes 

in  reproduction  are  thought  to  be the  most  sensitive  to  radiological  exposures. Much  more  data 

are  needed,  however, before  we  can confidently  predict  population  level  impacts  to  non-human 

biota as a function of radiological exposures. Data are particularly scarce for chronic, low-level 

exposures;  exposures  over  several  generations;  and  when  radiological  exposures  are  combined 

with other types of contaminants or stressors.  

 

The ability to predict population level effects  under such scenarios are complicated by the large 



natural  variation  in  sensitivities  to  radiation  among  the  individuals  within  a  population. 

Additionally,  indirect  effects  occur,  compensating  mechanisms  exist,  and  adaptation  to  the 

radiological exposures can take place. An example of an indirect effect is the greater abundance 

of  resources  (i.e.  food,  water,  light,  etc.)  available  to  radioresistant  individuals  when 

radiosensitive  individuals  decline  within  a  population.  The  same  analogy  holds  relative  to  a 

greater abundance of resources available to radioresistant populations within a community when 

radiosensitive populations decline (i.e. one species of insect declines leaving more resources to a 

radioresistant  insect  species  occurring  within  the  same  community).  Such  interactions  are 




 

 

 

 

                

 

 

Radiation protection of the environment: providing knowledge and skills to the user 

community

 

 



 

Tom Hinton 

French Institute for Radiation Protection and Nuclear Safety   Page 6 of 7 

 

18-Mar-14



 

https://wiki.ceh.ac.uk/x/hI9BBw

 

extremely  difficult  to  predict.  Likewise,  compensating  mechanisms  have  been  documented  in 



populations  of  exposed  animals  that  complicate  the  prediction  of  effects.  An  example  of  a 

compensating  mechanism is provided by  Blaylock et al. (1969). They documented an increased 

mortality of fish embryos exposed to a dose rate of 4 mGy/d in a contaminated lake. This effect, 

however, was compensated for when the fish produced larger brood sizes, with the net result that 

no effect was observed to the population. 

Several  organizations  and  research  groups  are  actively  seeking  to  improve  our  knowledge  of 

radiation impacts on the environment, and to derive benchmarks of acceptable dose rates that will 

be considered protective of the structure and function of ecosystems. Consolidation of data within 

a  common  database  is  augmenting  their  efforts.  A  radiation  effects  database,  called 

FREDERICA,  has  been  developed  and  is  freely  available  on  line  at 

www.frederica-online.org

 

(Copplestone et al. 2008). See the accompanying lecture notes and power points slides of David 



Copplestone  on  the  derivation  of  benchmarks  for  non-human  biota,  and  Hinton  and  Whicker 

(1997). 


 

Considerable uncertainty and controversy remains relative to the effects from chronic, low-level 

exposures  to  radiation.    Much  can  be  learned  from  the  Chernobyl  accident  and  the  multiple 

generations of biota that have been exposed within the contaminated 30-km zone since 1986. A 

United  Nations  subcommittee  reviewed  the  environmental  effects  from  the  Chernobyl  accident 

(Hinton et al., 2007), and their conclusions form a major component of my accompanying power 

point presentation. Other scientists have since documented effects at Chernobyl from dose rates 

previously considered safe to biota (see power point slides).  Much healthy  debate exists on this 

topic. Major data gaps undoubtedly exist in the following areas:  

 



What are the effects from chronic, low-level exposures to radiation? 

 



What is the extent of inherited, transgenerational effects to populations? 

 



What is the significance of molecular effects to individuals and populations of biota? 

 



How are effects from radiation altered when organisms are exposed to other stressors? 

 

These  questions  are  not  unique  to  radiation  ecology,  but  are  also  taxing  the  scientific  abilities 



within ecotoxicology relative to other types of contaminants (Eggen et al. 2004). 


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