Естественный радиационный фон биосферы

Все живое на Земле тысячелетиями подвергается воздействию природной радиации, формируемой излучением из космического пространства и от естественных радионуклидов земной коры, рассеянных в породах, почвах, воздухе, воде и в теле человека.

Звезды представляют собой огромный природный термоядерный реактор, являющийся мощным источником космического излучения, которое достигает нашей планеты. На Земле интенсивность его не везде одинакова – она растет с высотой над уровнем моря, изменяется по широте, увеличивается от экватора к полюсам. Среднегодовые дозы облучения населения России за счет космического компонента составляют около 0,4 мЗв (мЗв – миллизиверт, равен 10^-3 зиверта; зиверт – единица эквивалентной дозы облучения, принятой для оценки биологического эффекта облучения произвольного состава).

Радионуклиды земного происхождения появились с момента образования Земли и представлены радиоактивными семействами урана, радия, тория. К ним относятся калий-40, рубидий-87, некоторые другие радионуклиды, генетически не связанные с семействами, а также радионуклиды, возникающие под действием космического излучения (углерод, торий и др.). Родоначальники радиоактивных семейств – уран-235, уран-238, торий в результате распада через ряд многочисленных промежуточных продуктов (продуктов распада) превращаются в конечном итоге в стабильный изотоп свинца. Поскольку по химическим свойствам радиоизотопы не отличаются от стабильных, они следуют вместе с ними в соответствии с химическими и биологическими законами кругооборота в природе по всем пищевым и биологическим цепочкам.

Естественная радиоактивность объектов окружающей среды колеблется в широких пределах в зависимости от конкретных физико-географических условий, характера подстилающей поверхности (вода, суша), типа горных пород, почв, геохимических, климатических и других особенностей территорий.

Природные источники ионизирующего излучения вносят основной вклад в дозу облучения населения. Средние годовые дозы находятся в пределах от 2,12 мЗв/год до 10,19 мЗв/год. Структура доз и средние уровни облучения населения России за счет природных источников излучения приведены в табл.5.2.

Наиболее значимым из всех естественных источников радиации, формирующих внутреннее облучение, является радон.

Радон представляет собой невидимый, не имеющий вкуса и запаха газ в 7,5 раз тяжелее воздуха с периодом полураспада 3,8 дня; он попадает в атмосферу из почвы по мере распада радия. Его концентрация в атмосфере изменяется в зависимости от места, времени, высоты над землей и метеорологических условий.

Таблица 5.2

Компоненты доз природного облучения населения

Источник	Доза, мЗв/год
Калий-40	0,17
Космическое излучение	0,40
Внешнее терригенное облучение	0,62
Изотопы радона в воздухе	2,12
Питьевая вода	0,019
Продукты питания	0,126
Атмосферный воздух	0,006
Суммарная доза	3,46

В среднем доза внутреннего облучения за счет ингаляции радона составляет 2,12 мЗв/год. В некоторых местах, например подземные рудники, пещеры, туннели, курорты с минеральными водами, могут регистрироваться значительно большие концентрации.

Однако основной вклад в дозу облучения вносит не инертный газ радон (на него приходится не более 2% суммарной дозы), а его дочерние короткоживущие продукты распада: полоний-218, свинец-214 и висмут-214 с периодом полураспада 3,1; 26,8 и 19,9 мин соответственно. Обычно все эти радионуклиды рассматриваются в едином комплексе, который условно называют просто радоном.

Радий в незначительных количествах содержится во всех типах почв, грунтах, минералах и, следовательно, строительных материалах. Высокая способность к диффузии позволяет радону распространяться по порам и трещинам в почве. Через щели в фундаменте зданий радон поступает из подвалов в помещения и при отсутствии вентиляции накапливается там в значительных концентрациях. В воздух помещений радон поступает также из строительных конструкций. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет ситуацию, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения.

Поступление радона из различных источников в воздух помещений типичного дома в сутки: природный газ – 3000 Бк/л, вода – 4000 Бк/л, наружный воздух – 10 000 Бк/л, стройматериалы и грунт под зданием – 60 000 Бк/л.

Еще один менее важный источник поступления радона в жилые помещения – вода. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников, особенно из глубоких колодцев или артезианских скважин, содержит очень много радона.

Основная опасность исходит не от питья воды. Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в виде горячих напитков (кофе, чай). При кипячении воды радон в значительной степени улетучивается и поэтому поступает в организм в основном с некипяченой водой. Но даже и в этом случае радон очень быстро выводится из организма. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате.

Радон проникает также в природный газ под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты и другие приборы, в которых сжигается газ, не снабжены вытяжкой.

Техногенно измененный естественный радиационный фон биосферы

Развитие жилого и промышленного строительства, использование полезных ископаемых в промышленности и сельском хозяйстве приводят к перераспределению природных радионуклидов в окружающей среде и к увеличению доз облучения людей. Главными направлениями хозяйственной деятельности человека, способствующими увеличению радиационного фона, является угольный топливный цикл, использование строительных материалов из отходов добычи руд и с добавкой угольной золы, добыча и производство минеральных удобрений (фосфатных, калийных), применение в хозяйстве термальных вод и ряд других.

Уголь, подобно большинству других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных радионуклидов. Последние, извлеченные вместе с углем из недр земли, после сжигания угля попадают в окружающую среду, где могут служить источником облучения людей.

Хотя концентрации радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни раз, в основном уголь содержит меньше радионуклидов, чем земная кора в среднем. Но при сжигании угля большая часть его минеральных компонентов спекается в золу или шлак, куда в основном и попадают радиоактивные вещества, удельная активность которых сразу возрастает на порядок.

Помимо урановых руд и углей в качестве энергоносителей используются нефть, газ, торф и геотермальные источники. Но их вклад в коллективную дозу облучения населения невелик.

Добыча фосфатов ведется во многих местах земного шара; они используются главным образом для производства удобрений, которых ежегодно производится более 30 млн.. тонн. Большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатных месторождений содержит уран.

В процессе добычи и переработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоизотопы проникают из почвы в пищевые культуры. Отходами переработки фосфатных руд являются фосфогипс и шлак силиката кальция. Они используются в качестве добавок к строительным материалам, для изготовления стенных панелей и перекрытий между этажами, штукатурки.