2.1.2. Земное излучение

Еще одна составляющая естественного радиационного фона происходит от поверхности земли, а именно от земного грунта и водоёмов. Она обусловлена содержащимися в земной поверхности радиоактивными веществами. Это прежде всего изотопы тяжелых элементов: ртути, таллия, свинца, висмута, радона, радия, тория и урана; кроме того некоторые изотопы более легких элементов таких, как калий, рубидий и лантан. Эти элементы содержатся в различных количествах в разных типах грунта, горных породах и водоемах. Так, например, активность изотопа калия-40 варьируется в пределах от 100 Бк/кг в болотном грунте или известняке, 400 Бк/кг в черноземе и песчанике до 1000 Бк/кг в граните. Для тория-232 и урана-238 соответствующие значения примерно в 10 раз меньше. Эти два изотопа являются родоначальниками семейств радиоактивных нуклидов; другие два изотопа образующие ряды – уран-235 и плутоний-241.

В морской воде концентрации радиоактивных веществ примерно на два-три порядка меньше по сравнению с грунтом. Например, концентрация калия-40 составляет в среднем около 12 Бк/л, тория-232 – 0,000001 Бк/л, радия-226 – 0,004 Бк/л и урана-238 – 0,04 Бк/л. В территориальных водах, реках, озерах, источниках и подземных водах концентрации в большинстве случаев в среднем еще в десять раз меньше. Исключение составляют «радиоактивные источники» и некоторые термальные воды с содержанием радия, доходящим до 30000 Бк/л. При употреблении воды из подобных источников человек получает повышенную дозу, приходящуюся, главным образом, на костный мозг, поскольку радий избирательно откладывается в костной ткани.

Альфа-частицы с энергией 5 МэВ имеют в воде пробег всего 0.05 мм (50 мкм). Они достигают нас только от непосредственно находящихся на поверхности радиоактивных веществ и пробегают в воздухе около четырех сантиметров. Бета-излучение с энергией 1 МэВ имеет пробег в воде 3 мм, в грунте – от 1 до 3 мм. Поэтому бета-частицы могут выходить из тонких поверхностных слоев и проходить в воздухе еще примерно 3 метра. Толщина слоя половинного ослабления гамма-излучения с энергией 0.5 МэВ составляет в воде 10 см, в грунте – от 1 до 6 см. Гамма-кванты попадают в воздух из приповерхностных слоев грунта или воды толщиной 50 см и распространяются в нем более чем на 100 метров. Поэтому наиболее существенным источником земного излучения является гамма-эмиссия от поверхностного слоя земли (Рис. 3). Величина дозы облучения, которой мы при этом подвергаемся, зависит от типа и состава грунта. Для примера, в Германии средняя дозовая нагрузка от поверхности земли составляет 0.4 мЗв в год, измеренное максимальное значение составило 4 мЗв в год.

Рис. 3. Величина пробега излучения радионуклидов в грунте и в воздухе, показанная схематически и без соблюдения масштаба (энергия излучения приводится в скобках). Для гамма-излучения величина половинного ослабления в воздухе составляет 100 метров.

Во многих других странах величины дозы близки к приведенным выше. Тем не менее, в некоторых точках земного шара имеются районы со значительно большим вкладом облучения от земной поверхности. Так, в Бразилии, в Индии и в Иране дозовая нагрузка в некоторых местах достигает 350 мЗв в год! В этих местах грунт содержит монацитовые пески, представляющие собой смесь фосфатов и силикатов тория и редкоземельных элементов, некоторые из которых также радиоактивны. Однако, эти районы относительно малонаселенны, и до сегодняшнего дня нет данных систематических исследований о последствиях такого высокого и продолжительного облучения для здоровья проживающих там людей. Дозовая нагрузка в 350 мЗв в год в сумме за 10 лет дает 3,5 Зв. Такая доза увеличивает риск возникновения раковых заболеваний примерно на 17%. Следует однако заметить, что люди, проживающие в таких районах, имеют относительно низкую ожидаемую продолжительность жизни по другим обстоятельствам, что делает влияние высокого уровня облучения едва ли заметным.

Еще один вклад в годовую дозу облучения вносят радиоактивные вещества, содержащиеся в строительных материалах. Доля этой составляющей в среднем - 0.08 мЗв в год. При этом принимается, что население пребывает 20% времени на открытом воздухе и 80% - в помещениях. Совместно с прямым облучением от земной поверхности (0.4 мЗв в год) в среднем получается 0.48 мЗв в год. Эта величина примерно в два раза выше соответствующего значения космической составляющей.

Менее значителен вклад поверхностных водоемов. В непосредственной близости от водоемов или на воде постоянно проживает сравнительно небольшое число людей. Кроме того, как уже было показано, концентрации важных радиоизотопов в воде в 100 – 10000 раз меньше по сравнению с грунтом. То же самое относится к дозовой нагрузке над поверхностью воды, которая пренебрежимо мала по сравнению с дозой, получаемой от твердого грунта, за исключением вод радиоактивных источников.