Природні джерела радіації

6. Природні джерела радіації

Уникнути опромінення іонізуючим випромінюванням неможливо. Життя на Землі виникло і продовжує розвиватися в умовах постійного опромінення. Радіаційний фон Землі складається з трьох компонентів:
1. космічне випромінювання;
2. випромінювання від розсіяних в земній корі, повітрі та інших об'єктах зовнішнього середовища природних радіонуклідів;
3. випромінювання від штучних (техногенних) радіонуклідів.
Опромінення за критерієм розташування джерел випромінювання ділиться на зовнішнє і внутрішнє. Зовнішнє опромінення обумовлено джерелами, розташованими поза тілом людини. Джерелами зовнішнього опромінення є космічне випромінювання і наземні джерела. Джерелом внутрішнього опромінення є радіонукліди, що знаходяться в організмі людини.

6.1. космічне випромінювання

Космічне випромінювання складається з частинок, захоплених магнітним полем Землі, галактичного космічного випромінювання і корпускулярного випромінювання Сонця. У його склад входять в основному електрони, протони і альфа-частинки. Це так зване первинне космічне випромінювання, взаємодіючи з атмосферою Землі, породжує вторинне випромінювання. В результаті на рівні моря випромінювання складається майже повністю з мюонів (переважна частина) і нейтронів.
Поглинена потужність дози космічного випромінювання в повітрі на рівні моря дорівнює 32 нгр / год і формується в основному мюонами. Для нейтронів на рівні моря потужність поглиненої дози складає 0.8 нгр / год і потужність еквівалентної дози становить 2.4 Нзв / год. За рахунок космічного випромінювання більшість населення отримує дозу, рівну близько 0.35 мЗв на рік.
Космічному зовнішньому опроміненню піддається вся поверхня Землі. Однак опромінення це нерівномірно. Інтенсивність космічного випромінювання залежить від сонячної активності, географічного положення об'єкта і зростає з висотою над рівнем моря. Найбільш інтенсивно воно на Північному і Південному полюсах, менш інтенсивно в екваторіальних областях. Причина цього - магнітне поле Землі, що відхиляє заряджені частинки космічного випромінювання. Найбільший ефект дії космічного зовнішнього опромінення пов'язаний із залежністю космічного випромінювання від висоти (рис.4).
Сонячні спалахи представляють велику радіаційну небезпеку під час космічних польотів. Космічні промені, що йдуть від Сонця, в основному складаються з протонів широкого енергетичного спектра (енергія протонів до 100 мЗв), Заряджені частинки від Сонця здатні досягати Землі через 15-20 хв після того, як спалах на його поверхні стає видимою. Загальна тривалість спалаху може досягати декількох годин.

Рис.4. Величина сонячного випромінювання під час максимальної та мінімальної активності сонячного циклу в залежності від висоти місцевості над рівнем моря і географічної широти.

Величина дози радіоактивного опромінення, одержувана людиною, залежить від географічного розташування, способу життя і характеру праці. Наприклад на висоті 8 км потужність ефективної дози становить 2 мкЗв / год, що призводить до додаткового опромінення при авіаперевезеннях.
При трансконтинентальних перельоті на звичайному турбогвинтовому літаку, що летить зі швидкістю нижче швидкості звуку (Тполета ≈ 7.5 години), індивідуальна доза, одержувана пасажиром (50 мкЗв), на 20% більше, ніж доза, отримана пасажиром надзвукового літака (Тполета ≈ 2.5 години) ( 40 мкЗв), хоча останній піддається більш інтенсивному опроміненню через більшої висоти польоту. Колективна ефективна доза від глобальних авіаперевезень досягає 10 4 чол-Зв, що складає на душу населення в світі в середньому близько 1 мкЗв за рік, а в Північній Америці близько 10 мкЗв.

6.2. космогенние радіонукліди

В результаті ядерних реакцій, що йдуть в атмосфері (а частково і в літосфері) під впливом космічних променів, утворюються радіоактивні ядра - космогенні радіонукліди. наприклад

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

У створення дози найбільший внесок вносять 3 H, 7 Be, 14 C і 22 Na які надходять разом з їжею в організм людини (табл.16)

Середнє річне надходження космогенних радіонуклідів в
організм людини.

У трьох радіоактивних родинах: урану (238 U), торію (232 Th) і актинія (235 Ас) в процесах радіоактивного розпаду постійно утворюється 40 радіоактивних ізотопів. Середня ефективна еквівалентна доза зовнішнього опромінення, яку людина отримує за рік від земних джерел, становить близько 0.35 мЗв, тобто трохи більше середньої індивідуальної дози, обумовленої опроміненням через космічне фону на рівні моря.
Однак рівень земної радіації неоднаковий в різних районах. Так, наприклад, в 200 кілометрах на північ від Сан-Пауло (Бразилія) є невелика височина, де рівень радіації в 800 разів перевищує середній і досягає 260 мЗв на рік. На південному заході Індії 70 000 чоловік живуть на вузькій прибережній смузі, вздовж якої тягнуться піски, багаті торієм. Ця група осіб отримує в середньому 3.8 мЗв на рік на людину. Як показали дослідження, у Франції, ФРН, Італії, Японії і США близько 95% населення живуть в місцях з дозою опромінення від 0.3 до 0.6 мЗв на рік. Близько 3% одержує в середньому 1 мЗв на рік і близько 1.5% більше 1.4 мЗв на рік.
Якщо людина перебуває в приміщенні, доза зовнішнього опромінення змінюється за рахунок двох протилежно діючих чинників:
1) Екранування зовнішнього випромінювання будівлею.
2) Опромінення за рахунок природних радіонуклідів, що знаходяться в матеріалах, з якого споруджено будинок.
Залежно від концентрації ізотопів 40 К, 226 Ra та 232 Th в різних будівельних матеріалах потужність дози в будинках змінюється від 4 · 10 -8 до 12 · 10 -8 Гр / год. В середньому в цегляних, кам'яних і бетонних будівлях потужність дози в 2-3 рази вище, ніж в дерев'яних. У табл. 18 наведені дані про фоновому опроміненні в деяких містах.

Середньорічні дози зовнішнього фонового опромінення в деяких містах

Середньорічна доза, мкГр

6.4. Внутрішнє опромінення від радіонуклідів
земного походження

В організмі людини постійно присутні радіонукліди земного походження, що надходять через органи дихання і травлення. Найбільший внесок у формування дози внутрішнього опромінення вносять 40 К, 87 Rb, і нукліди рядів розпаду 238 U і 232 Th (табл.19).
Середня доза внутрішнього опромінення за рахунок радіонуклідів земного походження становить 1.35 мЗв / рік. Найбільший внесок (близько 3/4 річної дози) дають не має смаку і запаху важкий газ радон і продукти його розпаду. Поступово в організм при вдиху, він викликає опромінення слизових тканин легенів. Радон вивільняється із земної кори повсюдно, але його концентрації в зовнішньому повітрі істотно розрізняється для різних точок земної кулі. Однак більшу частину дози опромінення від радону людина одержує, перебуваючи в закритому непровітрюваному приміщенні. У зонах зі сприятливим кліматом концентрації дня радону в закритих приміщеннях в середньому приблизно в 8 разів вище, ніж в зовнішньому повітрі. Джерелами радону є також будівельні матеріали. Так, наприклад, великою питомою радіоактивністю володіють граніт і пемза, кальцій-сілікатрій, шлак і ряд інших матеріалів. Радон проникає в приміщення з землі і через різні тріщини в міжповерхових перекриттях, через вентиляційні канали і т.д. Джерелами надходження радону в житлові приміщення є також природний газ і вода (таблиця 20).

Середньорічна ефективна еквівалентна доза внутрішнього опромінення

радіонуклід,
тип випромінювання

Середньорічна ефективна еквіваленетая доза мкЗв

Потужність випромінювання різних джерел радону

Потужність ізлученіяб кБк / добу

Будматеріали та грунт під будівлею

Частка будинків, всередині яких концентрація радону і його ядерних продуктів дорівнює від 10 3 до 10 4 Бк / см 3. становить від 0.01 до 0.1% в різних країнах. Це означає, що значна кількість людей піддаються помітному опроміненню через високу концентрацію радону всередині будинків, де вони живуть.
В якості добрив щорічно використовуються кілька десятків млн. Тонн фосфатів. Більшість розроблюваних в даний час фосфатних родовищ містить уран, присутній в досить високій концентрації. Вміщені в добривах радіоізотопи проникають із ґрунту в харчові продукти, призводять до підвищення радіоактивності молока та інших продуктів харчування.
Таким чином, ефективна доза від внутрішнього опромінення за рахунок природних джерел (1.35 мЗв / рік) в середньому приблизно в два рази перевищує дозу зовнішнього опромінення від них (0.65 мЗв / рік). Отже, сумарна доза зовнішнього і внутрішнього опромінення від природних джерел радіації в середньому дорівнює 2 мЗв / рік. Для окремих контингентів населення вона може бути вище. Причому максимальне перевищення над середнім рівнем може досягати одного порядку.