Источники радиации земного происхождения

Внешними источниками излучений являются естественные радионуклиды, находящиеся в биосфере Земли. Естественные радиоактивные элементы содержатся в небольшом количестве во всех оболочках и ядре Земли. В земной коре естественные радионуклиды могут быть относительно равномерно рассеяны или сконцентрированы в виде месторождений.

В состав земных источников излучений входят 32 радионуклида ураново-радиевого и ториевого семейств, а также радионуклиды средней части периодической таблицы Менделеева (например, калий-40 и рубидий-87).

Основное количество радиоактивных элементов Земли содержится в горных породах, составляющих земную кору. Из нее радиоактивные элементы переходят в грунт, затем в растения, организм животных и человека. Большая роль в этом принадлежит подземным водам. Они вымывают радиоактивные элементы горных пород, переносят их с одних мест на другие, таким образом осуществляется обмен между живой и неживой природой. Распространению радиоактивных веществ в биосфере способствует выветривание горных пород. Мельчайшие частицы, образовавшиеся в результате разрушения горных пород, под действием воды, льда, непрерывных колебаний температуры и других факторов переносятся ветром на значительные расстояния.

Наиболее распространены в земной коре уран и торий. Природный уран, рассеянный в горных породах, относительно редко образует крупные месторождения, но общее его количество на Земле значительно больше, чем серебра или ртути. Природный уран представлен смесью трех изотопов: урана-238 (99,28%), урана-235 (0,71%) и урана-233 (0,006%). Атомы урана в почвах очень подвижны и способны образовывать растворимые комплексные соединения. В результате уран легко вымывается из почв. Торий обычно прочно сцеплен с не разрушаемыми остатками горных пород и постепенно накапливается в верхних слоях почв. Накопление данных радионуклидов в почвах и их удельная активность зависят от типа почв. Так, в сероземах наиболее высокая удельная активность урана-238 и тория-232, а меньше всего их содержится в торфянистых почвах.

К естественным радионуклидам земного происхождения принадлежат 11 долгоживущих радионуклидов, не входящих в радиоактивные семейства. Наиболее распространенными из них являются калий-40 (период полураспада 1,3·10⁹ лет) и рубидий-87 (период полураспада 6,15·10¹⁰ лет).

Природный калий состоит из трех изотопов (калий-39, калий-40, калий-41), из которых только калий-40 радиоактивен. В земной коре содержится 2,6% калия. В свободном виде он не встречается, так как химически активен. Так как калий является типичным биологическим элементом, то калий-40 активно поглощается растениями вместе с нерадиоактивным калием, попадает в организм животных и человека. Калий-40 является источником b и g излучения. Эквивалентная доза, получаемая человеком, за счет калия-40 составляет 0,3 мЗв/год, из них, внешнее облучение составляет 0,12 мЗв/год, а внутреннее – 0,18 мЗв/год.

Рубидий-87 составляет 27,8% природного рубидия и энергия его излучений небольшая. Рубидий является антагонистом калия и в некоторых растениях может накапливаться в значительных количествах вместе с радиоактивным элементом. Например, 1литр виноградного сока содержит 1 мг рубидия.

Существенная роль в создании естественного радиационного фона принадлежит члену радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана-238 и тория-232 – радону. Он представлен двумя изотопами: радон-220 и радон-222. Радон – радиоактивный газ, невидимый, без запаха и вкуса, тяжелее воздуха в 7,5 раз,

α - излучатель. Радон высвобождается из земной коры повсеместно. Концентрация радона в приземном слое воздуха изменяется в достаточно широких пределах – от 0,1 до 10 Бк\м³ (в среднем 6 Бк/м³ ). В различных регионах планеты концентрация радона неодинакова. Так, во Франции она составляет 9,3 Бк/м³ , в Великобритании – 3 Бк/м³ , в Японии – 2,1 Бк/м³ , в Республике Беларусь около 2 Бк/м³ .

Радон, вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада, ответственен примерно за ¾ годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях (рис. 99).

Рис. 99. Источники попадания радона в дома и квартиры

Основную дозу облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении, где повышена его концентрация. Радон может поступать внутрь помещения, просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкции дома (рис. 100). Необходимо отметить, что дерево, кирпич и бетон выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, глинозем, фосфогипс, шлакобетон.

Рис. 100.

Важным источником поступления радона в жилое помещение является вода и природный газ. При кипячении воды, которую используют для приготовления пищи значительная часть радона улетучивается. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной. При обследовании домов в Финляндии оказалось, что в среднем концентрация радона в ванной комнате в 3 раза выше, чем на кухне, и приблизительно в 40 раз выше, чем в жилых комнатах. Исследования, проведенные в Канаде показали, что за 7 минут, в течение которых был включен теплый душ, концентрация радона и его дочерних продуктов в ванной комнате быстро возрастала и потребовалось более 90 минут с момента отключения душа, прежде чем содержание радона вновь упало до исходного уровня.

Таким образом, естественные источники радиации оказывают как внешнее, так и внутреннее воздействие на человека. Уровни земной радиации неодинаковы для разных территорий земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в определенных участках земной коры. Так, 95% населения Франции, Германии, Италии, Японии, США живет в местах, где мощность дозы облучения в среднем составляет от 0,3 до 0,6 мЗв в год. Известны территории, где уровни земной радиации намного выше (Индия, Бразилия) и обусловлены внешним g-излучением природных радионуклидов (прежде всего тория и продуктов его распада), которые закреплены в горных породах и не попадают внутрь организма человека. В процессе эволюции население этих регионов адаптировалось к повышенному радиационному фону.