3.3.1. Радиационный фон - естественный и техногенное

Вся наша планета, в том числе и вся живая природа, населяющая ее, постоянно подвергаются воздействию так называемого естественного (природного) и техногенного радиационного фона, что обусловлено явлением радиоактивности.

Установлено, что радиационный фон Земли формируется под воздействием трех основных компонентов: космического излучения; излучения рассеянных в земной коре, воздухе и других объектах нашей среды природных радионуклидов; излучения искусственных (техногенных) радионуклидов.

Космическому внешнему облучению подвергается вся поверхность Земли. Космическая радиация складывается из частиц, захваченных магнитным полем Земли, галактического космического излучения и корпускулярного излучения Солнца. В его состав входят в основном α -частицы, протоны и электроны. Это так называемое первичное космическое излучение, которое, взаимодействуя с атмосферой Земли, порождает вторичное излучение. В результате на уровне моря излучение состоит почти полностью из мюонов (подавляющая часть) и нейронов. Интенсивность космического излучения зависит от солнечной активности, географического положения объекта и возрастает с высотой над уровнем моря. Наиболее интенсивно оно на Северном и Южном полюсах, менее интенсивно в экваториальных областях. Причина этого – магнитное поле Земли, отклоняющее заряженные частицы космического излучения. Наибольший эффект ослабления действия космического внешнего облучения связан с зависимостью космического излучения от высоты: чем толще слой воздуха, тем защитные свойства атмосферы выше. Поглощенная мощность дозы космического излучения в воздухе на уровне моря равна 32 нГр/ч и формируется в основном мюонами. Для нейтронов на уровне моря мощность поглощенной дозы составляет 0,8 нГр/ч. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу (ЭЭД) около 300 мкЗв/год; для тех же, кто находится на высоте более 2000 м над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше. На высоте 8 км мощность ЭЭД составляет 2 мкЗв/ч, что приводит к дополнительному облучению при авиационных перелетах. Коллективная эффективная доза от глобальных авиационных перевозок достигает 10 4 чел.-Зв, что составляет на душу населения в мире в среднем около 1 мкЗв за год. В целом за счет космического излучения большинство населения получает дозу около 350 мкЗв / год.

В результате ядерных реакций, происходящих в атмосфере (а частично и в литосфере) под влиянием космических лучей, могут образовываться космогенные радионуклиды. Например:

n + ¹⁴N → ³H + ¹²C, p + ¹⁴N → n + ¹⁴C.

В формирование дозы наибольший вклад вносят³H, ⁷Be, ¹⁴C и ²²Na, которые поступают вместе с пищей в организм человека (табл. 3.2).

Таблица 3.2 Среднее годовое поступление космогенных радионуклидов в организм человека

По имеющимся оценкам, взрослый человек потребляет с пищей около 95 кг углерода в год при средней активности на единицу массы углерода 230 Бк/кг, что в пересчете на суммарный вклад космогенных радионуклидов в индивидуальную дозу составляет около 15 мкЗв/год.

Природный радиационный фон формируется главным образом за счет рассеянных в земной коре, воздухе и воде природных радионуклидов и космического излучения. В большинстве стран радиационный природный фон в среднем варьирует в диапазоне 8–9 мкР/ч, иногда превышая средние величины на 10–20 мкР/ч. Этот разброс значений от всех природных источников ионизирующего излучения обуславливает формирование годовой ЭЭД облучения в 2000–2500 мкЗв/год. При этом величина природного радиационного фона в большинстве районов была относительно постоянна на протяжении многих тысяч, а иногда и миллионов лет.

Однако на планете также существуют районы с относительно высоким уровнем радиационного фона, где его величина отличается от средней в 100–200 и даже более чем в 1000 раз. Например, штат Керала в Индии, отдельные участки Украинского кристаллического щита и др. Эти районы, как правило, характеризуются либо неглубоким залеганием урановых или ториевых руд, либо являются зонами выхода на поверхность водных радоновых источников.

Над поверхностью морей и океанов средний радиационный фон уменьшается более чем вдвое по сравнению с поверхностью суши за счет экранирующих свойств слоя воды.

В организме человека постоянно присутствуют природные радионуклиды, изначально содержащиеся в земной коре, воздухе и воде и поступающие через органы дыхания и пищеварения. Наибольший вклад в формирование дозы внутреннего облучения вносят ⁴⁰К, ⁸⁷Rb и нуклиды рядов распада ²⁸U и ²²Th (табл. 3.3).

Средняя доза внутреннего облучения за счет этих природных радионуклидов составляет около 1,35 мЗв/год. Наибольший вклад в формирование естественного фона облучения наземных живых организмов (до 30–60%) дает не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон и продукты его распада. В организм человека он поступает при дыхании и вызывает облучение слизистых тканей легких. Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в приземном слое воздуха существенно различается в различных точках земного шара.

Таблица 3.3 Вклад в формирование среднегодовой эффективной эквивалентной дозы внутреннего облучения некоторых природных радионуклидов

Если человек находится в помещении, его доза внешнего облучения изменяется под действием двух противоположно действующих факторов: экранирования внешнего излучения зданием; облучения за счет естественных радионуклидов, находящихся в материалах, из которых построено здание.

В зависимости от концентрации изотопов 4 0 К, 22 6 Ra и 2 2 Th в различных строительных материалах мощность дозы в помещениях изменяется от 4·10 - 8 до 12·10 - 8 Гр/ч. В среднем в кирпичных, каменных и бетонных зданиях мощность дозы в 2–3 раза выше, чем в деревянных. Доля домов, внутри которых концентрация радона и продуктов его распада варьируется от 10 3 до 10 4 Бк/см 3, составляет от 0,01 до 0,1% в различных странах. Это означает, что значительное число людей подвергаются заметному облучению из-за высокой концентрации радона внутри домов, где они живут.

Техногенное излучение. Начиная с 50-х годов ХХ в. радиационный фон заметно повысился из-за воздействия множества техногенных источников радиоактивности (в среднем до 10–15 мкР/ч). Эту прибавку обусловили:

• испытания и применение ядерного оружия;
• выделение радионуклидов при сгорании органического топлива;
• перераспределение извлекаемых из недр минералов, содержащих радиоактивные вещества;
• выбросы и сбросы АЭС и предприятий ядерно-топливного цикла, в том числе при авариях;
• техногенные источники проникающей радиации (энергетические и исследовательские ядерные установки, медицинская диагностическая и терапевтическая рентгеновская аппаратура, радиационная дефектоскопия, источники сигнальной индикации и т.п.).

В настоящее время известны свыше 900 радионуклидов, полученных искусственным путем в результате различных ядерных реакций. Например, при ядерных взрывах и в управляемой цепной реакции деления образуются около 250 различных изотопов (из них 225 радиоактивных), являющихся продуктами деления ядер тяжелых элементов.

Кроме того, при делении ядер возникают трансурановые радионуклиды, образующиеся при последовательном поглощении нейтронов тяжелыми ядрами без их деления. К таким радионуклидам относятся изотопы плутония, америция и др., которые являются α -излучателями.

К искусственным радионуклидам с особо высокой токсичностью относятся 21 Pb, 226 Ra, 227 Ac, 228 , 230, 232 Th. Группа радионуклидов с высокой радиотоксичностью включает 90 Sr, 106 Ru, 131 I, 144 Се и др. К группе радионуклидов, обладающих средней радиотоксичностью, относятся 22 Na, 89 Sr, 137 Cs, 59 Fe, 65 Zn, 140 Ba и др.

За последние 60 лет человек научился использовать атомную энергию в самых разных целях: в медицине, для создания атомного оружия, производства энергии, поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облучения, получаемой как отдельными людьми, так и населением в целом. Часто облучение за счет источников, созданных человеком, оказывается в тысячи раз интенсивнее, чем от природных источников (табл. 3.4).

Таблица 3.4 Среднегодовые дозы, получаемые от естественного радиационного фона и различных искусственных источников излучения

В процессе жизнедеятельности незначительные дозы облучения люди также получают: от рентгеновских аппаратов для проверки багажа пассажиров в аэропортах; каменных украшений и др.

Существует огромное количество общеупотребительных предметов, являющихся источниками облучения: часы со светящимся циферблатом, при изготовлении которых используют радий; радиоактивные изотопы, применяемые в светящихся устройствах: указателях входа-выхода, в компасах, телефонных дисках, прицелах, в дросселях флуоресцентных светильников и других электроприборах; детекторы дыма, в которых используются радионуклиды – α -излучатели; специальные оптические линзы с примесями тория и др.

Приведенные данные свидетельствуют, что вклад ядерной энергетики в облучение населения в сравнении с другими техногенными и природными источниками радиоактивности незначителен и сопоставим с воздействиями от полетов на самолете или работы с компьютером.