Под радиационным фоном принято понимать ионизирующее излучение от природных источников космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека.

Радиационный фон воздействует на население земного шара, имея относительно постоянный уровень. Различают природный (естественный) радиационный фон, технологически измененный естественный радиационный фон, искусственный радиационный фон.

Естественный радиационный фон представляет собой ионизирующее излучение, действующее на человека на поверхности Земли от природных источников космического и земного происхождения.

Технологически измененный естественный радиационный фон

представляет собой ионизирующее излучение от природных источников, претерпевших определенные изменения в результате деятельности человека, например, излучение от естественных радионуклидов, поступающих в биосферу вместе с извлеченными на поверхность Земли из ее недр полезными ископаемыми, в результате поступления в окружающую среду продуктов сгорания органического топлива, излучения в помещениях, построенных из материалов, содержащих естественные радионуклиды.

Искусственный радиационный фон обусловлен радиоактивностью продуктов ядерных взрывов, отходами ядерной энергетики и аварий.

Мерой радиационного фона является мощность экспозиционной дозы, при этом в геофизике имеется в виду мощность погло- щенной в воздухе дозы на местности за счет внешних источников облучения.

Для удобства сравнения биологической эффективности и оценки риска возникновения отдаленных последствий при различных видах облучения, включая случаи неравномерного облучения, дозы за счет радиационного фона часто выражают в показателях так называемой эффективной дозы - условного понятия, характеризующего расчетную дозу равномерного внешнего облучения всего тела, адекватную по риску возникновения отдаленных стохастических последствий реальной поглощенной дозе в том или ином органе.

9.1. Естественный радиационный фон

Природные источники ионизирующего излучения, формирующие естественный радиационный фон, подразделяют на внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение); внешние источники земного происхождения, т.е. радионуклиды, присутствующие в земной коре, воде, воздухе; внутренние источники, т.е. радионуклиды естественного происхождения, содержа- щиеся в организме человека.

Космические лучи представляют собой поток ядерных частиц, приходящих на земную поверхность из различных областей ми- рового пространства, - это так называемое первичное космическое излучение. Средняя энергия космических частиц составляет 10 10 эВ. В общем потоке частиц встречаются частицы, имеющие значительно меньший уровень энергии, и частицы с энергией до 10 19 эВ. Первичное космическое излучение состоит из протонов (92%), α-частиц (ядра гелия 7%), ядер атомов лития, бериллия, углерода, азота и кислорода (0,78%) и ядер атомов, заряд которых

более 10 (0,22%).

При падении космических частиц на поверхность Земли они взаимодействуют с атомами и молекулами атмосферы. Возникает вторичное космическое излучение; при этом наиболее существенны электронно-фотонные и электронно-ядерные процессы взаимодействия. При электронно-фотонном процессе заряженные частицы, взаимодействуя с полем ядра атома, порождают фотоны, которые образуют пары электронов и позитронов. Эти частицы, в свою очередь, вызывают возникновение новых фотонов. Каскадный процесс лавинообразного нарастания числа частиц и фотонов продолжается до тех пор, пока энергия их не становится доста-

точно малой и не теряется на ионизацию и возбуждение атомов и молекул воздуха.

Электронно-ядерный процесс обусловлен взаимодействием первичных космических частиц, энергия которых не менее 3?10 9 эВ, с ядрами атомов воздушной среды. При этом одновременно возникает ряд новых частиц - протоны и нейтроны (осколки ядра) и π-мезоны трех типов: отрицательно заряженные, несущие положительный заряд и не имеющие заряда. Заряженные π-мезоны (масса π-мезонов по отношению к массе электрона равна 273) распадаются (среднее время жизни - 2,5?10 -8 с) в более устойчивые μ-мезоны (масса - 207 единиц) и нейтрино; нейтральные π-мезоны в свою очередь (τ = 2,5?10 -16 с) распадаются на 2 фотона, а μ-мезоны - на электроны, позитроны и нейтрино. Таким образом, вторичное космическое излучение состоит из электронов, нейтронов, мезонов и фотонов. По мере приближения к поверхности Земли интенсивность первичного космического излучения уменьшается, а интенсивность вторичного излучения достигает максимума на высоте 20-30 км; на меньшей высоте процессы поглощения этого вида излучения преобладают над процессами его генерирования. На уровне моря интенсивность первичного излучения составляет примерно 0,05% первоначальной величины. Вторичное же излучение состоит из мезонов (80%) и электронов (20%). Следует отметить, что уровень космического излучения в определенной степени зависит от геомагнитной широты, возрастая от экватора к полюсам (на уровне моря до 14%). В табл. 29 представлены интенсивность космического излучения в зависимости от широты и высоты над уровнем моря.

Таблица 2 9. Интенсивность космических лучей для средних широт и экватора, а также различных высот над уровнем моря

Природная радиоактивность обусловлена радионуклидами естественного происхождения, присутствующими во всех оболочках Земли: литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере. Радиоактивные элементы условно могут быть разделены на три группы:

Радионуклиды, входящие в состав радиоактивных семейств, родоначальниками которых являются уран (238 U), торий (232 Th) и актиноуран (235 Ас) (распад семейств урана, тория и актиноурана представлен на схеме 1);

Радиоактивные элементы, не входящие в семейства 40 К, 48 Са, 87 Rb и др.;

Радиоактивные изотопы, непрерывно возникающие на Земле в результате ядерных реакций под воздействием космических лучей. Наиболее важные из них углерод (14 С) и тритий (3 Н).

Схема 1. Распад семейств урана (а), тория (б), актиноурана (в)

В табл. 30 приведены данные, характеризующие величину удельной активности основных радиоактивных изотопов и элементов, содержащих в своем составе эти изотопы.

Таблица 30. Характеристика основных естественных радиоактивных изотопов

Кроме указанных в табл. 30 радиоактивных изотопов, в формировании естественного фона участвуют продукты распада радио- активных семейств и прежде всего радон, торон и актинон.

Главным источником поступления в окружающую среду естественных радионуклидов, к настоящему времени широко распро- страненных во всех оболочках Земли, являются горные породы, происхождение которых неразрывно связано с включением в их состав всех радиоактивных элементов, возникших в период формирования и развития планеты. Благодаря непрерывным деструктивным процессам метеорологического, гидрологического, геохимического и вулканического характера, радионуклиды подверглись широкому рассеиванию.

Какой бы объем земного вещества мы ни взяли, в нем всегда можно найти несколько десятков химических элементов. Многие элементы можно обнаружить в виде следов - в ничтожно малом количестве. Например, в воздухе имеется самый редкий газ -

ксенон, составляющий всего четыре стотысячных процента (по массе). Однако при этом в каждом кубическом сантиметре воздуха содержится около миллиарда атомов ксенона. В воде мирового океана в растворенном виде насчитывают до 50 различных элементов. Атомы каждого из них могут быть найдены в капле воды.

Несмотря на ничтожно малое содержание отдельных элементов в морской воде, они могут оказывать значительное воздействие, вступая в биогеохимические процессы, происходящие здесь не- прерывно. Например, содержащийся в морской воде марганец в количестве одной десятимиллионной процента в результате биогеохимических процессов способствовал многомиллионному отложению, как, например, в Чиатуре (Грузия). Такое же явление (рассеяние) мы наблюдаем в горных породах. Даже самый чистый минерал горный хрусталь содержит в 1 г миллионы атомов других элементов.

Важное значение имеет то, что для ряда элементов нахождение в природе в рассеянном виде является характерным состоянием. К числу таких элементов относятся все естественные радионуклиды.

В настоящее время имеется относительное равновесие между поступлением радионуклидов в сферу круговорота и их количе- ством, которое выбывает из этого динамического процесса за счет образования осадочных пород и радиоактивного распада. В этих процессах главную роль играет вода как универсальный растворитель. Соприкасаясь с материалом пород при фильтрации через трещины и поры, вода растворяет и выносит из недр земной коры на ее поверхность целый ряд как стабильных, так и радиоактивных элементов. Кроме того, вода уносит с собой частицы пород и откладывает их в виде осадков на значительном удалении от места первичной эрозии. Масса переносимой взвеси, в том числе и радионуклидов, например, только водой рек довольно значительна. В табл. 31 дана характеристика этого явления для отдельных рек.

С водой рек выносится и значительное количество растворенных веществ. Так, только одна р. Миссисипи ежегодно выносит в мировой океан около 136 млн т различных растворенных солей. В результате этих процессов, происходящих на нашей планете многие миллионы лет, оказалось, что воды мирового океана содержат в растворенном состоянии поистине огромное количество естественных радиоактивных элементов. Так, в воде Тихого океана

содержится около 2,95 млрд т 40 К, что соответствует активности примерно 7,4?10 20 Бк.

Таблица 31. Ежегодный вынос в море взвешенных материалов (твердого стока) и их суммарная активность (по М.А. Великанову и Л.А. Перцову)

Значительное место в процессах миграции и круговорота радионуклидов в природе занимает растительный и животный мир.

Большая часть естественных радиоактивных элементов содержится в горных породах, образующих толщу земной коры. Сред- ние концентрации в них калия, тория, урана и радия приведены в табл. 32.

Таблица 32. Среднее содержание калия, тория, урана и радия в земных породах, %

Количество радиоактивных элементов, содержащихся в почве, в значительной мере определяется концентрацией радионуклидов в материнской породе. Почвы, возникшие из продуктов разрушения кислых магматических пород, содержат относительно больше урана, радия, тория и калия, чем почвы, образованные из ультраосновных и основных пород. Глинистые почвы за счет высокого содержания коллоидных фракций, хорошо сорбирующих и удер-

живающих радиоактивные изотопы, всегда богаче радиоактивными элементами, чем песчаные. Так, содержание урана в верхнем горизонте почв Среднерусской возвышенности колеблется в пределах от 1?10 -5 до 1,8?10 -4 %, тория - от 2,3?10 -4 до 14?10 -4 %, калия - от 0,3 до 2,6%.

Как правило, в почве отсутствует равновесие между предшественником и дочерним нуклидом вследствие их неодинаковых химических свойств. Вместе с тем повсеместно отмечают избыточное (по отношению к 226 Ra) количество 210 РЬ в верхнем горизонте почв (0-5 см), причем запас избыточного 210 РЬ в верхних горизонтах почв колеблется в широких пределах. Считается, что основная причина накопления 210 РЬ в верхних слоях почвы - атмосферные выпадения, обусловленные атмосферными осадками и «сухими» выпадениями.

В отдельных районах земного шара есть зоны с повышенным содержанием радиоактивных элементов в горных породах и почвах, например районы Памира и Тибета, территории Бразилии, Индии, Франции, России. Так, в Индии в штате Керала, на территории которого проживает около 100 тыс. человек, содержание тория и его дочерних продуктов высокое (до 0,1%); в штате Рио-де-Жанейро (Бразилия), в районе монацитовых песков, где проживает до 50 тыс. человек, содержание ThO 2 в песках достигает 6,15%; в районах Франции, Памира и Тибета содержание урана и радия в породах вулканического характера высокое. Большой интерес представляет уровень радионуклидов в строительных материалах, изготовленных из различных пород; они по содержа- нию естественных радиоактивных элементов весьма многообразны. Удельная активность строительных материалов представлена ниже.

Естественная радиоактивность воздуха

Она обусловлена наличием радионуклидов, возникающих в атмосфере в результате воздействия космического излучения, радиоактивных газов, поступающих из верхних слоев земной коры, и их дочерних продуктов, радионуклидов, в результате жизнедеятельности человека и т.д.

Радионуклиды под воздействием космического излучения обязаны своим происхождением вторичному космическому излучению, имеющему в своем составе нейтроны различных энергий. Большая часть нейтронов, взаимодействуя с ядрами азота воздуха, дает начало радиоактивному углероду - 14 С. Следует отметить, что подобного рода процессы наблюдаются только на высоте свыше 9000 м над уровнем моря. В результате воздействия космического излучения на азот атмосферы на нашей планете ежегодно возникает около 10 кг 14 С, а общее количество его в атмосфере планеты составляет примерно 80 т. Образующейся в верхних слоях атмосферы радиоактивный углерод, соединяясь с кислородом, дает двуокись углерода, которая включается в обычный для углерода цикл обмена его между атмосферой, гидросферой, почвой и органическим миром. За многовековой период радиоактивный углерод равномерно распределился в стабильных изотопах, и равновесная концентрация в смеси изотопов составляет примерно 0,3 Бк на 1 г. Это соответствует концентрации радиоактивного углерода в атмосферном воздухе, равной 4,8?10 -5 Бк/л.

Другим радиоактивным изотопом, возникающим под воздействием космического излучения, является тритий (3 Н), образующийся главным образом по реакциям 14 N (n, 3 Н) 12 С и 16 O (р, 3 Н) 14 О. Вследствие тех же причин, которые привели к повсеместному распространению 14 C , содержание трития в окружающей среде в целом постоянно и очень мало и достигает по отношению к стабильному водороду 10 -14 .

Под воздействием космического излучения появляются также бериллий-7, бериллий-Ю, фосфор-32, сера-35 и другие радиоак- тивные элементы. Последние вносят в дозу фонового облучения человека еще меньший вклад по сравнению с тритием, поэтому гигиенического значения они не имеют.

К радиоактивным газам, которые поступают из верхних слоев земной поверхности, относятся эманации, возникающие при рас-

паде дочерних продуктов урана (222 Rn), тория (220 Rn) и актиния (219 Rn). Скорость образования эманации в породах зависит от содержания в них родоначальников радиоактивных рядов. Каждый из образующихся газообразных изотопов в той или иной степени диффундирует в атмосферный воздух. При этом, естественно, радон при всех прочих равных условиях имеет большую возможность выхода в атмосферу, чем торон и актинон, так как период полураспада его составляет 3,8 сут, тогда как период полураспада торона равен 54 с, а актинона - 3,9 с. Содержание эманаций в грунте увеличивается с глубиной и достигает постоянных величин на глубине 5 м. Скорость поступления радиоактивных эманации в атмосферный воздух зависит от ряда причин: диффузии почвенных газов в сторону убывающей концентрации, конвекционных потоков воздушных масс в результате нагревания земной поверхности за счет солнечной радиации, изменения барометрического давления, глубины промерзания почвы, толщины снегового покрова и пр.

Поступление эманации в воздух возрастает при снижении атмосферного давления и падает почти до 0 во время таяния снегов и образования льда. Отмечаются сезонные колебания в ходе поступления радона с минимумом зимой и максимумом летом.

В результате непрерывного поступления радиоактивных газов из грунта в атмосферу наибольшие концентрации их обнаруживают в приземном слое, с высотой их содержание уменьшается.

В воздухе районов, горные породы которых содержат повышенное количество радионуклидов, концентрации эманации уве- личены, и, наоборот, они уменьшаются над поверхностями, сложенными из обедненных радиоактивными изотопами материалов. Так, активность атмосферного воздуха над сушей по радону - в среднем 4,8?10 -3 Бк/л, над океаном вблизи берегов - 1,4?10 -3 Бк/л, а над океаном вдали от берегов - 3,5?10 -5 Бк/л. В атмосферном воздухе значительно меньше (в 10-100 раз) содержание торона, чем радона. Еще меньший вклад в суммарную активность воздуха вносит актинон, в результате короткой продолжительности его жизни и сравнительно малой распространенности материнского элемента - актиноурана.

Радиоактивные эманации при распаде дают начало коротко- и долгоживущим активным аэрозолям (изотопы полония, висмута и свинца). Данные ряда авторов свидетельствуют о том, что α-активность воздуха по короткоживущим продуктам эманации в среднем составляет (1,8-2,5)?10 -3 Бк/л, β-активность - 22,2?10 -3 Бк/л. Удельная активность долгоживущих продуктов распада радона меньше: над сушей по 210 Bi она составляет от 1,1?10 -7 до 14,8?10 -7 Бк/л, а по 210 Ро - (2,5-5,5)?10 -8 Бк/л.

Кроме радиоактивных аэрозолей, возникающих в результате распада эманации, в приземном слое атмосферы содержатся и другие радиоактивные частицы естественного происхождения: частицы, поднимаемые ветром с поверхности земли, и частицы, образующиеся при высыхании капелек морской воды. Так, по оценке Л.А. Перцова, общая масса аэрозолей, создаваемых всей экваторией мирового океана, составляет (5-7)?10 7 т/год, а суммар- ная активность их по 40 К ориентировочно - 17 ПБк. Эти аэрозоли

содержат также торий и другие радиоактивные изотопы, однако в целом удельная активность воздуха за счет этой группы радио- активных аэрозолей незначительна. Следует также отметить, что в воздухе городов с интенсивным движением транспорта и развитой промышленностью радиоактивность пыли обусловлена калием, а радиоактивность дыма - изотопами калия и углерода. Наконец, наблюдениями последних лет было установлено, что относительное содержание углерода несколько снижено в атмосфере промышленных городов, чем сельских районов. Последнее объясняется тем, что в городах сжигается ископаемое топливо, в котором содержание радиоактивного углерода за счет его естественного распада меньше, чем в биосфере.

Метеорные воды обычно малоактивны и содержат следы 3 Н, 14 С, 7 Ве, возникающих в результате взаимодействия космического из- лучения с атомами и молекулами атмосферного воздуха, а также 40 К, 238 U, входящих в состав растворимых солей, попадающих в атмосферу в связи с эоловой (ветровой) эрозией земной поверхности.

Радиоактивность подземных вод зависит от условий их нахождения. По характеру залегания подземные воды могут быть водами первого водоносного горизонта (их иногда называют грунтовыми водами), скапливающимися на первом от поверхности водоупорном слое, и водами межпластовыми, находящимися между водоупорными слоями в толще осадочных пород. На радиохимический состав подземной воды влияет количество растворимых радионуклидов, которые содержатся в составе грунта, омываемого этой водой. Кроме того, на концентрацию радиоактивных изотопов в воде первого водоносного горизонта оказывают влияние климатические и метеорологические условия. Так, радиоактивность этой воды по 40 К в Голодной степи достигает 207 Бк/л, в степях Ферганы - 36 Бк/л, а в Карелии - 8,5 Бк/л. В водах глубокозалегающих и

более минерализованных, чем поверхностные, имеет место пропорциональное увеличение удельной активности с нарастанием общей концентрации солей. Радиоактивность подземных вод в основном обусловлена присутствием 40 К, 226 Ra и 222 Rn. Наименьшей активностью обладают подземные воды в осадочных породах, их чаще всего используют для водоснабжения населения, так как они содержат урана в среднем 5?10 -6 г/л, радия 7,4?10 -2 Бк/л и радона 1,85 Бк/л. Воды кислых магматических пород, например, воды трещиноватых гранитов, имеют более высокую активность по указанным элементам и могут содержать повышенное коли- чество 226 Ra - до 3,7 Бк/л - воды курортов Цхалтубо, Истису в Закавказье, 222 Rn 48 Бк/л - воды курортов Белокурихи, Железно- водска и др.

Высокие концентрации радия и урана обнаруживают в межпластовых водах нефтеносных районов.

Радиоактивность воды открытых водоемов суши зависит от химического состава пород и климатических условий. Степень ра- диоактивности речной воды обусловлена типом питания рек - поверхностным или грунтовым, причем на тип питания в свою очередь влияют смена сезонов года и метеорологические факторы. Как правило, поверхностные воды (дождевые, ледниковые, снеговые) содержат относительно меньше радионуклидов, поэтому в период паводка радиоактивность речной воды понижена. В межень, в период питания рек, в основном за счет подземных вод, удельная активность воды повышается. В зимний период в воде рек, покрывающихся льдом, накапливаются радон и торон. Радиоактивность речной воды обусловлена в основном присутствием 40 К, 226 Ra, причем содержание 40 К колеблется в пределах от 3,7?10 -2 до 0,6 Бк/л, урана - от 2?10 -8 до 510 -5 г/л, радия - от 9,2?10 -3 до 7,4?10 -2 Бк/л.

Радиоактивность воды озер зависит от активности воды притоков и питающих озера подземных вод. В северных районах активность воды озер близка к активности воды рек. В южных районах, где испарение воды из озер превышает сток из них, накапливаются соли и соответственно повышается активность воды. Так, удельная активность воды центральных областей Казахстана по 40 К повышается до 3,7 Бк/л и более, особенно высока радиоактивность воды в солевых озерах, где она достигает 370 Бк/л.

Воды морей и океанов в зависимости от гидрологических и климатических условий различны по солевому составу. Определенные

колебания выявляют и в составе радионуклидов. Активность морской и океанской воды по 40 К находится в пределах 11-18 Бк/л, по 238 U - 2?10 -6 г/л, по 226 Ra - (2,2-3,7)?10 -2 Бк/л.

Радиоактивность растительного и животного мира

Радиоактивность растительного и животного мира обусловлена практически всеми теми радиоактивными изотопами, которые встречаются в природе, причем все они могут быть условно разделены на две группы.

К первой группе, сравнительно малочисленной, следует отнести такие радиоактивные изотопы, которые находятся в смеси со стабильными элементами, активно участвующими в обмене веществ и обеспечивающими функционирование всех органов и систем живой материи (например, 40 К, 14 С, 3 Н). В связи с этим содержание изотопов этой группы в организмах зависит от степени накопления стабильных элементов. Например, в горохе содержится 0,9% калия, а в сливочном масле - 0,014%, поэтому удельная активность гороха за счет 40 К равна 274 Бк/кг, а сливочного масла - 3,7 Бк/кг.

Другие радиоактивные изотопы (например, 238 U, 226 Ra, 232 Th, 210 Pb, 210 Po) могут быть отнесены в такую группу, значимость которой в обменных процессах в настоящее время недостаточно изучена. Результаты многих исследований свидетельствуют о том, что содержание в растительных и животных организмах указанной группы изотопов зависит от их концентрации в окружающей среде. Так, в золе растений, выращенных на обычной почве, содержание урана в среднем составляет 3?10 -4 г/кг, а в золе растений, произрастающих на обогащенных ураном почве, - 2?10 -3 г/кг. Кроме того, следует отметить, что относительная эффективность накопления радиоактивных изотопов этой группы при резком увеличении их содержания в окружающей среде понижается.

Из первой группы изотопов главное место по величине создаваемой активности занимает изотоп калия - 40 К. Количество калия в растительных организмах по сравнению с его содержанием в земной коре меньше в 3-10 раз. Еще меньше, чем в породах, калия (в 10-15 раз) в организме животных. В табл. 33 приведены содержание калия и удельная активность по 40 К некоторых пищевых продуктов растительного и животного происхождения.

Таблица 33. Содержание калия и удельная радиоактивность по 40 К отдельных пищевых продуктов растительного и животного происхождения

На порядок меньше удельная радиоактивность биомассы по углеводу, чем по 40 К, активность по тритию ничтожна.

Основными изотопами второй группы, содержащимися в растениях и животных, являются 226 Ra, 210 Pb, 210 Ро, а также изотопы урана и тория. Удельная активность 210 Rb и 210 Ро в растительной пище составляет от 0,02 до 0,37 Бк/кг. Различное содержание указанных нуклидов в продуктах растительного происхождения обусловлено разной сорбционной поверхностью растений. Содержание 210 РЬ и 210 Ро в чае особенно высокое (до 30,5 Бк/кг). В продуктах питания животного происхождения удельная активность 210 РЬ колеблется от 13,7 мБк (молоко) до 0,18 Бк/л, а 210 Ро - от 3,3 (молоко) до 0,13 мБк/кг (говядина). В среднем в суточном рационе жителя средних широт России содержится около 0,22 Бк 210 Ро, при отношении 210 Ро/ 210 РЬ, равном 0,73.

По данным отечественных ученых, содержание урана на порядок выше в пищевых продуктах растительного происхождения, чем животного. Так, в хлебе пшеничном содержание урана в среднем составляет 4,1?10 -7 %, в гречневой крупе - 4,2?10 -7 %, в говядине - 1,4?10 -8 %, в рыбе - 1,1?10 -8 %, в молоке - 4?10 -9 %.

Суммарная радиоактивность растений и тканей животных за счет α-излучателей составляет 0,37 и 0,037 Бк/кг соответственно.

Таким образом, главным источником поступления в организм человека естественных радионуклидов является рацион, в котором преобладают продукты растительного происхождения.

Радиоактивность тела человека

Радиоактивность тела человека обусловлена присутствием в организме всех тех радиоактивных изотопов, которые встречаются в биосфере. Ориентировочное содержание наиболее распространенных радионуклидов приведено в табл. 34.

Радиоактивность всего ряда урана и тория с дочерними продуктами выше примерно в 10 раз. При оценке содержания радио- нуклидов в отдельных органах и системах человека необходимо рассмотреть в первую очередь радиоактивность, обусловленную присутствием изотопов (калия, углерода и водорода), которые обязательно входят в состав живых структур и без которых невозможно существование организма.

Таблица 34. Содержание естественных радионуклидов в теле человека

Суммарное содержание калия в организме взрослого человека (массой тела 70 кг) составляет 0,19% (130 г). Особенно богаты ка- лием ткани и органы с высокой функциональной активностью, т.е. скелетная мускулатура, нервная ткань, сердце, печень, селезенка и др. Основным депо калия в организме является мышечная ткань. Ввиду того что 40 К встречается в природе в смеси со стабильными изотопами в количестве 0,0119%, удельная радиоактивность органов и тканей тела человека по 40 К определяется содержанием в них стабильного изотопа (табл. 35).

Таблица 35. Содержание калия и 40 К в отдельных органах и тканях человека

Как показали результаты многих исследований, содержание калия, а следовательно, и 40 К в организме человека зависит от пола, возраста, массы тела, характера мышечной деятельности и т.д. Содержание калия в мышцах обычно выше у мужчин, чем у женщин, выше у лиц, выполняющих тяжелую физическую работу. Дистрофические изменения в мягких тканях при старении орга-

низма сопровождаются снижением уровня калия. Таким образом, отклонения концентрации калия в органах и системах отдельных индивидуумов по сравнению с указанными выше данными могут быть довольно значительными и достигать 150-200% и выше.

Общее содержание углерода в теле взрослого человека достигает 18%, т.е. около 12,6 кг. Учитывая равномерное распределение углерода в тканях, можно предположить, что удельная радиоактивность их по 14 С составляет 52 Бк/кг.

Количество трития в организме практически постоянно и определяется содержанием стабильного изотопа (около 10,2% в мыш- цах и 6,4% в костях). Удельная активность мягких тканей тела человека за счет 3 Н составляет 0,55 Бк/кг, костей - 0,34 Бк/кг.

В заключение следует указать, что активность тела человека, обусловленная присутствием 40 К, 14 С и 3 Н, в первую очередь зависит от количества стабильных элементов, содержание которых диктуется требованиями постоянства внутренней среды, определяемой функциональным состоянием организма. Возможные значительные колебания радиоактивности пищевых рационов за счет указанных изотопов в данном случае не имеют существенного значения.

Биологическая роль присутствующих в организме в ничтожно малом количестве радиоактивных изотопов, условно относимых ко II группе, до сих пор неизвестна. Избирательное накопление в отдельных органах и системах изотопов этой группы или их равномерное распределение можно объяснить химическими свойствами, близкими к свойствам биологически необходимых стабильных элементов. Из радионуклидов этой группы по содержанию в организма наиболее изучен радий. Этот изотоп, подобно кальцию и другим остеотропным элементам, накапливается преимущественно в костной ткани. Содержание радия в отдельных тканях и органах представлено ниже.

Основная часть 210 РЬ (до 70%) содержится в скелете. При большом его периоде полувыведения, равном 2000 сут, возможно накопление равновесного количества 210 РЬ. Удельная активность 210 РЬ в костной ткани составляет 15 Бк/кг, в мягких тканях - 6,4 Бк/ кг. С воздухом в течение суток в легкие человека поступает около 0,7 сБк 210 Ро, у человека, выкурившего 1 пачку сигарет в 1 сут, в легкие поступает его в 10 раз больше (до 0,07 Бк).

Общее содержание урана в организме невелико и составляет 8?10 -6 -1?10 -5 г/г. На долю тория и его α-активных дочерних продуктов приходится до 40% суммарной α-активности тела человека. Кроме того, некоторое значение в радиоактивности тканей и органов имеет радон, при концентрации которого во вдыхаемом воздухе 0,01 Бк/л активность мягких тканей за счет α-излучателей может достигать 0,05 Бк/кг.

Приведенное выше содержание в организме человека радия, урана и других радиоактивных изотопов, относимых ко II группе, ориентировочно, и представить в среднем удельную активность органов и тканей в этом случае весьма затруднительно. Это связано с тем, что на степень радиоактивности отдельных органов и тканей тела человека, с одной стороны, влияют скорость обменных процессов и функциональное состояние организма, а с другой - определенная значимость содержания этой группы изотопов в рационе. При постоянном поступлении с рационом радионуклидов устанавливается равновесие между поступлением и выведением их из организма. При этом в отдельных органах и тканях создается равновесная концентрация. Если учесть, что содержание радио- нуклидов неодинаково не только в различных пищевых продуктах, но и в одном и том же продукте, выращенном в разных географических зонах, становится понятным значение этнических и экономических особенностей питания населения. В качестве примера можно рассмотреть радиоэкологическую цепочку лишайник - северный олень - человек. Значительная сорбционная емкость лишайников и длительный период жизни (до 300 лет) способствуют существенному накоплению 210 РЬ и 210 Ро в них - в среднем до 5,9 сБк/кг воздушно-сухой массы. Уровень накопления 210 РЬ и 210 Ро в организме северного оленя существенно зависит от сезона выпаса животного. Содержание этих нуклидов максимальное в

весенний период (кормовая база - лишайник) - 17 Бк/кг сырого мяса, в летний период (кормовая база - однолетние травы) удель- ная активность полония снижается примерно в 5 раз (такая зависимость от сезона для 210 РЬ отсутствует). Наблюдается накопление 210 РЬ и 210 Ро в костной ткани у коренных жителей-оленеводов (4,8 Бк/кг сырой ткани), превышающее их содержание в скелете в 10 раз и более по сравнению с лицами других профессий.

Из материалов, представленных выше, видно, что основным источником радиоактивных элементов, поступающих в организм человека, являются пищевые продукты. Вода в этом отношении имеет второстепенное значение, и только при повышении активности по радию до 0,037 Бк/л и выше ее роль в формировании радиоактивности тела человека возрастает.

Таким образом, радионуклиды рассеяны в биосфере и повсеместно присутствуют в земных породах, воде, воздухе, пищевых продуктах и теле человека. Важность этого явления в первую очередь обусловлена теми дозами фонового облучения, которому подвергается население нашей планеты.

9.2. Фоновое облучение человека

Фоновое облучение организма человека в зависимости от источников ионизирующего излучения бывает внешним и внутрен- ним.

К источникам внешнего облучения относят космические лучи, γ-излучение радионуклидов, содержащихся в породах, почве и строительных материалах, а также находящихся в воздухе; β-излучение в этом случае можно не учитывать, в связи с тем что уровень ионизации воздуха за счет β-частиц невысок, эффективный телесный угол облучения тела менее 2π, а органические вещества на поверхности земли и облицовочные материалы в помещениях, обладая малой удельной β-активностью, поглощают β-потоки от минералов и строительных конструкций.

Мощность γ-излучения от радионуклидов, содержащихся в воде морей и океанов, достигает 0,05 мкР/ч. В районах с повышенным количеством радиоактивных элементов (некоторые зоны в Бразилии, Индии, Франции, России) интенсивность γ-излучения особенно высокая. Так, в районе монацитных песков Бразилии она достигает 1 мкЗв/ч, в Индии - до 3 мкЗв/ч, в горных районах

Франции - 0,2-0,4 мкЗв/ч; в Пятигорске (Северный Кавказ) - до 2-3 мкЗв/ч.

В табл. 36 приведена мощность экспозиционных доз γ-излучения в зависимости от содержания в породах основных природных радионуклидов.

Таблица 36. Мощность доз внешнего γ-излучения от содержащихся в породах естественных радионуклидов

Как видно из таблицы, в зависимости от содержания этих элементов в породах мощность излучения может колебаться в широких пределах. Как правило, осадочные породы содержат меньше природных радионуклидов, чем магматические породы, создавая тем самым меньший (в 2-3 раза) уровень мощности излучения.

В табл. 37 и 38 приведено содержание 226 Ra, 236 Th и 40 К в основных строительных материалах по разным странам и России.

Таблица 37. Естественная радиоактивность строительных материалов в некоторых странах, Бк/кг

Таблица 38. Естественная радиоактивность строительных материалов в различных регионах, Бк/кг

Особый интерес представляет уровень γ-излучения в жилых зданиях. Дело в том, что, с одной стороны, в помещениях изменяется геометрия облучения тела человека (на улице она приближается к 2π, в помещении - к 4π), а с другой - мощность γ-излучения зависит от содержания радионуклидов в строительных материалах. Эквивалентная доза в зданиях, построенных из дерева, имеет наи- меньшую мощность - до 0,5 мЗв/год, большие дозы - в зданиях кирпичных - до 1 мЗв/год и железобетонных - до 1,7 мЗв/год.

Мощность эквивалентных доз в разных городах мира вне помещений приведена ниже.

Мощность эквивалентных доз в разных городах мира вне помещений

При оценке дозы, создаваемой космическим излучением, вопервых, исходят из того, что космическое излучение обладает высокой степенью жесткости, поэтому практически поглощенная доза в любых тканях и органах тела человека должна быть одинаковой. Во-вторых, не учитывают флюктуации фона за счет различного уровня солнечной активности, а также его изменения в зависимости от широты. Для расчета дозы, создаваемой космической радиацией, необходимо обратиться к ионизации воздуха за счет этой компоненты фонового облучения. Наиболее достоверной величиной ионизации воздуха для средних широт считается скорость ионизации, равная 1,94 пары ионов в 1 см 3 /с. Зная это значение, можно найти дозу, создаваемую в тканях тела человека по следующей формуле:

где Д к - поглощенная доза за счет космического излучения; 1,94 - число пар ионов, возникающих в 1 см 3 воздуха за счет

космических лучей; 3,6?10 3 - число секунд в 1 ч; 24 - число часов в 1 сут; 365 - количество дней в году; 1,93?10 9 - число пар ионов, возникающих при дозе 1 Р; 0,87?10 -2 - коэффициент перевода дозы из Р в Гр.

Таким образом, 0,28 мГр/год является средней дозой, которую получает население нашей планеты за счет космического излуче- ния. При оценке возможного биологического эффекта этого вида ионизирующего излучения необходимо знать ОБЭ для каждой составляющей космических лучей.

При расчете дозы, получаемой человеком за счет внешнего облучения, учитывают среднее время пребывания вне помещений и внутри них, пребывание вне помещений принимают равным 0,2, при этом годовая эффективная эквивалентная доза за счет γ-излучения земного происхождения вне помещений составит 6?10 -5 Зв. С учетом соотношения имеющихся на земном шаре зданий из дерева, кирпича и бетона, НКДАР при ООН оценивает усредненную по всему земному шару мощность поглощенной дозы в воздухе внутри помещений на уровне примерно 610 -8 Гр/ч. Время пребывания человека в помещениях - 80%, поэтому можно подсчитать, что годовая эффективная эквивалентная доза внутри помещений будет равна 2,9?10 -4 Зв, а суммарная годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения радионуклидами земного происхождения - 3,5?10 -4 Зв.

Излучение естественных радионуклидов, содержащихся в атмосфере, вызывает ионизацию воздуха примерно на 2 порядка меньше, чем γ-излучение пород и почвы, поэтому оно имеет ничтожный вклад в суммарный эффект.

Внутреннее облучение организма человека создается за счет 40 К, 14 С, 226 Ra, 222 Rn, 210 Po и других радиоактивных элементов, содержащихся в организме. При вычислении мощности дозы, создаваемой тем или иным изотопом, исходят из среднего его содержания в теле «стандартного» человека, масса органов которого представлена ниже.

Масса органов и тканей «стандартного» человека

В качестве примера этих расчетов может служить вычисление мощности дозы для мягких тканей, создаваемой 40 К, по следующей формуле:

где 4440 - суммарная активность мягких тканей «стандартного» человека по 40 К, Бк; 0,6 - средняя энергия β-частиц, МэВ; 1,6?10 -6 - число эргов в 1 МэВ; 3,6?10 3 - количество секунд в 1 ч; 24 - количество часов в 1 сут; 365 - количество дней в году; 70?10 3 - масса «стандартного» человека, г; 10 -4 - коэффициент перехода от эрг/г к Гр.

При неравномерном распределении радионуклидов в организме используют значение удельной активности. Следует также помнить

о возможности определенного вклада в облучение дочерних продуктов распада; так, при расчете мощности дозы в костной ткани, создаваемой 226 Ra, учитывают также дозу от дочерних продуктов - 222 Rn, RaA, RaB, RaC.

В табл. 39 приведены данные по фоновому облучению человека.

Таблица 39. Годовые эффективные эквивалентные дозы облучения за счет природных источников ионизирующего излучения в регионах с нормальным радиационным фоном (зона умеренного климата)

В результате деятельности человека постепенно изменяется радиационный фон, что связано с использованием для целей строительства различных отходов в виде золы и шлаков объектов энергетики, черной и цветной металлургии, а также химической промышленности, применения удобрений, получаемых из природного минерального сырья (табл. 40, 41). В настоящее время вклад указанной компоненты природного радиационного фона в дозу облучения населения, как правило, не превышает 3-5 %. Вместе с тем назрела необходимость учета этого фактора в зонах с интенсивными промышленными отходами, используемыми в качестве основы для изготовления строительных материалов. Допустимые уровни содержания естественных радионуклидов в строительных материалах и удобрениях представлены в главе 5.

Таблица 40. Естественная радиоактивность строительных материалов, изготовленных из отходов производства, Бк/г

Таблица 41. Естественная радиоактивность фосфатных удобрений, Бк/кг

Контрольные вопросы

1. Какие источники ионизирующих излучений формируют природный радиационный фон?

2. Дайте характеристику космического излучения.

3. Какие группы радиоактивных элементов условно выделяют в природной радиоактивности?

4. Какие радионуклиды обусловливают радиоактивность воздуха?

5. Какие факторы предопределяют радиоактивность природных вод?

6. Какими радионуклидами обусловлена радиоактивность растительного и животного мира, тела человека?

7. Каков уровень эквивалентных доз в зданиях, построенных из различных строительных материалов?

8. Каков средний уровень облучения человека за счет природного радиационного фона?

«Радиационный фон в норме» - эту фразу обычно употребляют, когда дают оценку ситуациям, связанным с работой атомных электростанций. Нормальный радиационный фон составляет до 0,20 мкЗв/час (20 мкР/час). Порог безопасности для людей - 0,30 мкЗв/час (30 мкР/час). Санитарные нормы и правила предписывают не превышать годовую эффективную дозу облучения в 1 мЗв при проведении рентгена. Но ни в одном международном или отечественном регламентирующем документе вы не найдете нормативного значения естественного радиационного излучения. Почему?

Откуда появляется природная радиация?

Естественный радиационный фон Земли связан с ее историей и эволюцией биосферы. С момента зарождения нашей планеты она находилась под постоянным влиянием космических излучений. Колоссальное количество космогенных радионуклидов было задействовано при формировании земной коры. Ученые полагают, что тектонические процессы, расплавленная магма, образование горных систем обязаны своим появлением радиоактивному распаду и разогреву недр. В местах разломов, сдвигов и растяжений земной коры, океанических впадин радионуклиды выходили на поверхность и появлялись места с мощным ионизирующим излучением. Образования сверхновых звезд также оказывали влияние на Землю - уровень космического излучения повышался на ней в десятки раз. Правда, сверхновые рождались примерно одни раз в сотни миллионов лет. Постепенно радиоактивность Земли снижалась.

В настоящее время биосфера Земли по-прежнему испытывает воздействие космического излучения, радионуклидов, рассеянных в твердых земных породах, океанах, морях, подземных водах, воздухе и в живых организмов. Совокупность перечисленных составляющих радиационного фона (ионизирующего излучения) принято называть естественным радиоактивным фоном. Естественная радиоактивность включает несколько компонентов:

• космические излучения;
• радиоактивные вещества в составе земных недр;
• радионуклиды в воде, пище, воздухе и стройматериалах.

Естественная радиация является неотъемлемой составляющей природной среды обитания. Честь ее открытия принадлежит французскому ученому А. Беккерелю, который случайно открыл феномен естественной радиоактивности в 1896 году. А в 1912 году австрийский физик В. Гесс открыл космические лучи, сравнив ионизацию воздуха в горах и на уровне моря.

Мощность космического излучения неоднородна. Ближе к поверхности земли она уменьшается за счет экранирующего атмосферного слоя. И, наоборот, в горах она сильнее, поскольку защитный экран атмосферы слабее. Например, в самолете, который летит в небе на высоте 10 000 метров, уровень радиации превышает приземную радиацию почти в 10 раз. Сильнейший источник радиоактивного излучения - Солнце. И здесь атмосфера служит нашим защитным экраном.

Естественный радиационный фон в различных местах мира

Допустимый радиационный фон в разных уголках планеты значительно отличается. Во Франции, например, годовая доза естественного облучения составляет 5 мЗв, в Швеции — 6,3 мЗв, а в нашем Красноярске всего 2,3 мЗв. На золотых пляжах Гуарапари в Бразилии, где ежегодно отдыхает больше 30000 человек, уровень радиации составляет 175 мЗв/год из-за высокого содержания тория в песке. В горячих источниках городка Рам-Сер в Иране уровень радиации достигает 400 мЗв/год. На знаменитом курорте Баден-Бадене также повышенный радиационный фон, как и на некоторых других популярных курортах. Радиационный фон в городах контролируют, но это усредненный показатель. Как не попасть впросак, если вы не хотите подвергать здоровье испытанию повышенной дозой естественных радионуклидов? Индикатор радиоактивности станет вашим надежным экспертом в путешествиях.

Под радиационным фоном принято понимать ионизирующее излучение природных источников космического и земного происхождения, а также искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека. РФ состоит из следующих компонентов:

Естественный радиационный фон (ЕРФ) – это ионизирующее излучение от природных источников внеземного (космического) и земного происхождения, действующее на человека на поверхности Земли.

Техногенно измененный радиационный фон (ТИРФ) – это ионизирующее излучение источников и радионуклидов, созданных или рассеянных в биосфере в результате деятельности человека.

2. Естественный радиационный фон, характеристика природных источников ионизирующего излучения земного и неземного происхождения

Источником ионизирующих излучений ЕРФ внеземного происхождения является первичное космическое излучение , которое в окрестности Земли состоит из галактического космического излучения (генерированного в еще точно неизвестных, но удаленных от Земли объектах) и солнечных космических лучей . Средняя энергия космических частиц около 10 8 - 10 9 эВ. Первичное космическое излучение состоит в основном из протонов (90%) и альфа-частиц, встречаются ядра лития, бериллия, бора и другие. Поток электронов составляет около 1,5% потока всех космических частиц, позитронов в 5 раз меньше, в небольшом количестве обнаружены также гамма-кванты.

Магнитное поле Земли заметно влияет на первичное излучение, препятствуя вхождению в атмосферу низкоэнергетических частиц. В магнитном поле Земли существуют "ловушки", т.е. области пространства, характеризующиеся тем, что заряженные частицы не могут ни влетать в них извне, ни вылетать из них. Магнитные ловушки - это естественный резервуар для накопления заряженных частиц (в основном протонов и электронов). Такие зоны называют радиационными поясами Земли .

Первичное космическое излучение взаимодействует (а, точнее, поглощается) с атмосферой, в результате чего формируются вторичное космическое излучение (которое состоит из пионов, протонов, нейтронов, мюонов, электронов и фотонов) и космогенные радионуклиды , воздействующие на человека.

Интенсивность вторичного космического излучения зависит от толщины атмосферы. Космическое излучение на уровне моря примерно в 100 раз менее интенсивно, чем на границе атмосферы и состоит в основном из мюонов, а Северный и Южный полюса получают больше ионизирующих излучений, чем экваториальные области (за счет магнитного поля Земли).

При воздействии космических лучей на атмосферу в ее верхних слоях происходят различные ядерные реакции, в результате чего образуются космогенные радионуклиды. Основное значение из них имеют тритий (Н-3), С-14, Р-32, S-35, Be-7, Na-22 и Na-24.

В целом, человек, живущий на уровне моря, получает 0,315 мЗв/год за счет источников ионизирующего излучения внеземного происхождения, в том числе за счет внешнего облучения - 0,3 мЗв и за счет внутреннего облучения - 0,015 мЗв.

Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. Повышенным содержанием радионуклидов характеризуются породы вулканического происхождения - гранит, базальт; гораздо меньше радиоактивных элементов в осадочных породах - известняке, песчанике.

Наиболее высокие уровни земной радиации наблюдаются в Бразилии (на пляжах морского курорта Гуарапари - до 175 мЗв/год), на юго-западе Индии (богатые торием монацитовые пески). Известны и другие места с высоким уровнем радиации, например, во Франции, в Нигерии, на Мадагаскаре. Повышенным содержанием радионуклидов уранового ряда отличается территория Скандинавских стран и Англии.

По подсчетам НКДАР ООН средняя эффективная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет 0,35 мЗв, в том числе за счет радионуклидов уранового ряда 0,09 мЗв и 0,14 мЗв за счет радионуклидов ториевого ряда. Продукты распада урана и тория по пищевым цепочкам, а также с воздухом и водой поступают в организм человека, обуславливая внутреннее облучение: за счет семейства урана эффективная доза составляет 0,95 мЗв/год, за счет семейства тория - 0,19 мЗв/год. При пероральном поступлении радиоактивных элементов важно учитывать их растворимость и, соответственно, коэффициент всасывания.

Естественные источники ионизирующего излучения земного происхождения представлены радионуклидами двух групп:

А. Радионуклиды, входящие в радиоактивные ряды;

Б. Радионуклиды, не входящие в радиоактивные ряды.

3. Радон -222 (Rn-222) вносит основной вклад в естественную радиоактивность атмосферного воздуха и уровни облучения человека за счет естественных источников радиации. Радон претерпевает альфа-распад с образованием Ро-218, T 1/2 Rn-222 - 3,8 суток. В организм радон и короткоживущие продукты его распада поступают в основном через органы дыхания, но могут поступать через желудочно-кишечный тракт (при питье радоновой воды) и через кожу (при приеме радоновых ванн). Выведение радона из организма независимо от способа его поступления осуществляется главным образом через легкие.

Радон - это бесцветный, невидимый, не имеющий вкуса и запаха инертный газ, примерно в 7,5 раза тяжелее воздуха. Он образуется в процессе радиоактивного распада радионуклидов урановых и ториевого рядов. Существует три естественных (природных) изотопа радона:

радон-222 (Т 1/2 - 3,8 дня, ряд распада U -238);

радон-220 или торон (Т 1/2 - 55 секунд, ряд распада Th-232);

радон-219 или актинон (Т 1/2 - 4 секунды, ряд распада U-235).

Все изотопы радона являются альфа-излучателями, дальнейший распад их дочерних продуктов сопровождается испусканием как альфа, так и бета-частиц. Большая часть радона и торона физически связана с материалом, в котором находятся их предшественники. Однако некоторая часть может диффундировать от места образования в другую среду. Из-за относительно большого периода полураспада Rn-222 может диффундировать на большие расстояния (в пределах нескольких метров). Миграция актинона ограничивается несколькими миллиметрами и обычно он не достигает поверхности материала. Небольшая часть торона может выделяться и мигрировать в пределах нескольких сантиметров. Поэтому, за исключением богатых торием мест, концентрации Rn -219 и 220 пренебрежимо малы, по сравнению с Rn-222 .

Основными источниками радона являются грунт, строительные материалы, грунтовые воды, природный газ, уголь, рудники, отвалы, образующиеся при добыче фосфорных удобрений, растения, геотермальные электростанции, предприятия ядерного топливного цикла. Главным источником поступления радона в атмосферу являются почва и грунтовые породы. В целом, в воздухе концентрация радона и его дочерних продуктов распада зависит от места, времени года и суток, высоты над уровнем моря и метеорологических условий. С геологической точки зрения около 40 % территории Республики Беларусь являются потенциально радоноопасными. Это связано с неглубоким залеганием гранитных пород и с широким распространением активных зон тектонических нарушений.

Концентрация радона в воздухе помещений зависит в основном от четырех факторов:

активной и пассивной диффузии радона из грунта через фундамент и поверхности подвальных помещений зданий;

эксгаляции радона из строительных материалов и изделий, из которых построено здание;

эксгаляции радона из воды и газа;

влияния климата, образа жизни, степени вентиляции помещения.

Мерами, направленными на снижение концентрации радона в воздухе помещений, могут быть тщательная изоляция жилых помещений от почвы и грунта, обычная покраска (уменьшает эксгаляцию радона из строительных материалов на 32-87%) и оклеивание стен обоями, улучшение вентиляции жилых помещений и активная вентиляция погребов, использование материалов, отвечающих требованиям радиационной безопасности. Радон и продукты его распада вносят значительный вклад в облучение человека. Основную часть дозы человек получает в закрытых помещениях. Считается, что концентрация радона в закрытых помещениях в зонах с умеренным климатом в среднем в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Концентрация дочерних продуктов распада превышает концентрацию радона более чем в 200 раз. Ингаляционный путь поступления в организм изотопов радона и их дочерних продуктов распада считается наиболее опасным.

Наиболее важными факторами, влияющими на формирование дозы на дыхательный тракт за счет радона и продуктов его распада являются:

концентрация радона в помещениях;

фактор равновесия продуктов распада;

характеристика аэрозолей, их задержание и очистка в дыхательных путях;

величина дыхания;

время амортизации жилища.

В настоящее время считается, что концентрация радона в 20 Бк/м 3 увеличивает дозу облучения на 1 мЗв. Из этой величины становится очевидной проблема радона. Более того, установлено, что доза на дыхательный тракт сильно зависит от возраста. В возрасте около 6 лет она имеет максимум и примерно в 2,5 раза больше дозы, формирующейся в возрасте 30 лет. Ротовое дыхание у ребенка ведет к большему поступлению радона, чем дыхание через нос, что делает необходимым санацию верхних дыхательных путей у детей. Показано, что ингаляция радона сопровождается неравномерным распределением дозы облучения в органах и тканях человека. Имеются эпидемиологические данные о связи радона с заболеваемостью раком легких и лейкозом

Давайте определимся с предполагаемой годовой дозой радиации, получаемой человеком постоянно, которую обеспечивает радиационный фон. И разберемся, стоит ли опасаться рентгеновского снимка, полета на самолете и т.д.

Вокруг нас существует огромное множество источников радиации, как естественного, так и техногенного происхождения, с которыми мы живем изо дня в день. Здесь перечислены основные источники и то, какое излучение они обеспечивают.

Радиация в воздухе

Самый существенный источник природного радиационного фона находится в воздухе и представляет собой радон – радиоактивный газ. Радон и его изотопы, родительские радионуклиды, продукты распада обеспечивают среднюю вдыхаемую дозу в 1 260 микрозиверт (мкЗв) в год. В России средняя индивидуальная доза облучения по данным за 2001 – 2010 гг.: 1 980 мкЗв в год. Это составляет большую часть всей дозы радиации, которую в среднем получает человек от природных и техногенных источников. Радон распределяется неравномерно и его концентрация зависит от различных факторов. Он является продуктом распада урана, который довольно распространен в земной коре, его наибольшие концентрации сосредоточены в рудоносных породах. Радон просачивается из этих пород в атмосферу, в грунтовые воды или в здания. При дыхании он и продукты его распада попадают в легкие, где они остаются в течение определенного периода времени. Существуют области, где радон представляет собой существенную угрозу для здоровья. В зданиях Скандинавии, США, Чехии и Иране зафиксирована концентрация радона, превышающая среднее значение более чем в 500 раз.

Это излучение из космоса, от Солнца и других звезд. Оно частично задерживается атмосферой Земли. Поэтому, чем больше высота, тем меньше имеется воздуха для его задержания и тем больше космическая радиация. Доза радиации изменяется приблизительно от 250 мкЗв в год на уровне моря до 500 мкЗв в год на высоте 1 км. Ориентировочно примем дозу радиации в размере 390 мкЗв.

При полете на самолете человек получает несколько повышенную дозу радиации, обычно она составляет 5 мкЗв за час полета. Средняя дополнительная доза радиации для летного состава составляет 2 190 мкЗв в год.

Радиационный фон Земли

Наличие радиационного фона Земли связано с излучением урана, тория и других радиоактивных веществ, которые встречаются в почве. Среднее значение составляет около 480 мкЗв в год, причем это значение гораздо меньше вдоль побережий.

В Индии и Бразилии, которые имеют высокие уровни тория в грунте, дозы могут быть значительно выше. В штатах Керала, Индия и Минас-Жерайс, Бразилия фон составляет около 10 000 мкЗв в год.

Радиация в еде

Продукты в натуральном виде содержат углерод-14, который является радиоактивным, радиоактивный изотоп калий-40, а также другие радиоактивные изотопы. С пищей и водой человек получает около 290 мкЗв в год. Кроме того, некоторые растения и животные накапливают в себе большее количество радиоактивных веществ, следовательно, при их потреблении доза получается больше. Картофель, бобы, орехи, подсолнечные семечки имеют уровень радиации выше среднего. В человеке содержится калий-40 (30 мг), углерод-14 (10−8 г) и другие радионуклиды. Это приводит к тому, что каждый человек также имеет радиационный фон.

Техногенный радиационный фон

По некоторым оценкам, глобальное среднее воздействие на человека искусственной радиации составляет 600 мкЗв, в первую очередь оно связано с проведением медицинских процедур. Количество получаемого облучения в значительной степени зависит от оборудования и специфики медицинского обслуживания. В разных странах оно разное. В США, например, среднее количество получаемого облучения значительно выше, оно составляет 3000 мкЗв в год. В России оно значительно меньше.

• Типичный рентген грудной клетки – 30 — 300 мкЗв.
• Стоматологический рентген — 5 до 10 мкЗв.

Другие антропогенные причины получения радиации: курение, радиоактивные строительные материалы, исторические испытания ядерного оружия, аварии на АЭС и функционирование АЭС.

Потребительские товары

Сигареты, строительные материалы и т.д. имеют также радиационный фон. Сигареты содержат полоний-210, продукт распада радона, который содержится в листьях табака. Очень активные курильщики, выкуривающие по 1,5 пачки в день, получают дозу облучения 60 000 мкЗв в год. Поскольку доза радиации получается курильщиком локально в бронхах легких, то ее нельзя сравнивать с допустимыми нормами радиации, так как они рассчитаны на действие радиации на тело целиком.

По некоторым оценкам, потребительские товары дают 130 мкЗв в год.

Применение ядерного оружия

Надземные ядерные взрывы между 1940 и 1960 гг. привели к выбросу значительного количества радиоактивных веществ. Некоторые загрязнения являются локальными, некоторые распространились по всему миру. В 1963 г. эти загрязнение достигло своего пика. Они давали фон около 150 мкЗв в год. И составляли около 7% от среднего радиационного фона всех источников. К 2000 году во всем мире радиационный фон, связанный с этими загрязнениями, снизился до 5 мкЗв в год.

Аварии на АЭС

В нормальных условиях ядерные реакторы выпускают небольшое количество радиоактивных газов, которые создают ничтожно-маленький уровень радиации. Большие выбросы радиоактивности на АЭС крайне редки. До настоящего времени было две крупных аварии на АЭС – это авария на Чернобыльской АЭС и Фукусима I. Эти аварии привели к существенному загрязнению окружающей среды.

Жители пострадавших районов от аварии на Чернобыльской АЭС получили общую дозу от 10 000 до 50 000 мкЗв за 20 с лишним лет, при этом большая часть дозы была получена в первые годы после катастрофы. Ликвидаторы получили дозу более 100 000 мкЗв. Из-за острой лучевой болезни скончалось 28 человек. Сейчас доза радиации по всему миру от Чернобыльской аварии составляет около 2 мкЗв.

Жители пострадавших районов от аварии на Фукусима I в общем получили дозу между 1 000 и 15 000 мкЗв. 167 ликвидаторов получили дозы выше 100 000 мкЗв, и 6 из них получили дозу более 250 000 мкЗв.

Средняя доза от аварии на АЭС Три-Майл-Айленд составила 10 мкЗв.

Кроме гражданских аварий, указанных выше, было несколько аварий, связанных с военными объектами, таких как авария в Уиндскейле, загрязнения реки Теча ядерными отходами производственного объединения Маяк, и Кыштымская авария.

Радиационный фон на действующих АЭС

Рядом с АЭС, как правило, создается дополнительный фон порядка 0,1 мкЗв в год (очень небольшой), средняя доза получаемая людьми, живущими возле ТЭЦ, работающих на угле, в три раза выше!

Радиация на рабочем месте

Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) рекомендует ограничить воздействие радиации на месте работы до 50 000 мкЗв в год, и 100 000 мкЗв за 5 лет.

Также есть и другие техногенные источники, например, такие как просмотр телевизора, который дает около 10 мкЗв в год. Оставим на прочие источники 1%.

В результате получается, что радиационный фон составляет около 3 300 мкЗв в год без учета воздействия медицинских процедур (0,38 мкЗв в час) и 3 900 мкЗв с учетом воздействия медицинских процедур. Но надо учитывать, что эти значения сильно зависят от условий местности, высоты и т.д., поэтому везде свой радиационный фон.

Опасен ли рентгеновский снимок и полет на самолете

Безопасным считается уровень радиации примерно до 0,5 мкЗв в час. Но люди могут без особого вреда своему здоровью переносить излучение в 10 мкЗв в час в течение нескольких часов. Поэтому полет на самолете, который дает дополнительно 5 мкЗв в час, не причиняет особого вреда человеку, однако больше 72 часов в месяц летать не рекомендуется. Поглощённая доза облучения, накапливаемая в организме в течение жизни, не должна превышать 100 000 -700 000 мкЗв.

Стоит ли опасаться рентгена? Если делать его раз в год, то доза радиации получается малой по сравнению с воздействием остальных источников радиации, и организм может ее перенести. Особенно если исследование производится современным оборудованием, которое создает минимальную дозу облучения от 30 мкЗв. И зачастую рентген позволяет избежать гораздо большего зла, чем может причинить эта процедура.

Чего действительно стоит опасаться, так это высокой концентрации радона в помещениях, поэтому их необходимо хорошо проветривать, особенно в тех местностях, где его концентрация повышена.

Экологические проблемы океана. 5 угроз будущему

Все живые существа, населяющие нашу планету, постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путем внешнего и внутреннего облучения от естественных ( и природные радиоактивные вещества) и искусственных (отходы атомной промышленности, радиоактивные , используемые в биологии, медицине, сельском хозяйстве и др.) источников ионизирующих излучений. Т.е. развитие жизни на Земле происходило и происходит в присутствии радиационного фона.

Под радиационным фоном принято понимать от природных (естественных) источников космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека. Радиационный фон обусловлен факторами окружающей среды и не включает , которые работают с источниками ионизирующего излучения, а также излучение, применяемое с диагностическими и лечебными целями.

Различают естественный радиационный фон, искусственный радиационный фон, технологически измененный (повышенный) радиационный фон. Все источники радиационного фона делятся на две основные группы: естественные и искусственные.

Естественный радиационный фон (ЕРФ) является основным компонентом радиационного фона. Источниками ЕРФ являются , которые действуют на человека на поверхности Земли от внешних естественных источников неземного происхождения (космических излучений), внешних естественных источников земного происхождения (присутствующих в земной коре, воде, воздухе), а также от внутренних источников (т.е. радионуклидов естественного происхождения, которые содержатся в организме человека). Большинство естественных источников такое, что избежать облучения от них совсем невозможно. От естественных источников радиации мы получаем 78% облучения.

Человек подвергается облучению двумя способами:

1. Внешнее облучение - облучение от источников радиоактивного излучения, находящегося вне организма. Оно может производиться всеми видами излучения, но практическое значение имеют лишь гамма- и рентгеновское излучение, быстрые и медленные нейтроны, бета- излучение. Альфа- излучение ввиду ничтожной проникающей способности практического значения не имеет.

2. Внутреннее облучение - , происходящее от источника радиоактивного облучения (радиоактивного вещества), находящегося внутри организма. Оно продолжается непрерывно до тех пор, пока находящееся в организме радиоактивное вещество не распадется или же не будет выведено из организма. в значительной степени зависит от распределения радиоактивного вещества в организме, от характера излучения (L-, β-, γ - излучателя), энергии излучения, периода полураспада и периода полувыведения.

Естественный радиационный фон является неотъемлемым фактором внешней среды и играет значительную роль в жизнедеятельности человека. Естественные радиоактивные элементы вошли в состав Земли с самого ее образования. Эволюционное развитие показывает, что в условиях естественного радиационного фона обеспечиваются оптимальные условия для жизнедеятельности растений, животных и человека. Способность радиоактивного излучения вызывать мутации послужила, наверное, одной из главных причин эволюции биологических видов в сторону повышения их организации.

Естественный радиационный фон на поверхности Земли не является строго постоянной величиной. Его изменения связаны как с глобальными, так и с локальными аномалиями. Они обусловлены циклическими колебаниями космического фона и аналогичных процессов, которые приобрели характер глобальных катастроф.

Локальные аномалии наблюдаются в отдельных районах Индии, Бразилии, Ирана, Египта, а также на территории США, Франции, стран СНГ (в том числе на Украине). Они являются следствием геологических процессов, когда в результате интенсивной вулканической деятельности и горообразования тяжелые естественные радионуклиды, прежде всего уран и торий, а также продукты их распада переместились из недр на поверхность Земли. Поэтому одни из жителей Земли получают более значительные дозы, чем другие, в зависимости от того, где они живут. Там, где залегают радиоактивные породы, уровень радиации (радиационный фон) значительно выше средних величин, в других местах может быть соответственно ниже средних величин. В Белоруссии средняя облучения от естественных источников составляет 2,4 мЗв/год. В некоторых районах Бразилии эта доза достигает 10мЗв в год, а в штате Кералла (Индия) даже до
28 мЗв/год.

Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов (асбест), использование природного газа для приготовления пищи, герметизация помещений - все это увеличивает облучение за счет естественных источников.