Глава IV. Источники ионизирующих излучений
1. Классификация источников ионизирующих излучений
По своему происхождению источники ионизирующего излучения могут быть природными и техногенными. Первые представлены космическим излучением и излучением природных радионуклидов, естественно распределенных в земле, воде, воздухе, других элементах биосферы, пищевых продуктах и организме человека. Они составляют естественный радиационный фон.
Техногенными называют источники ионизирующего излучения, специально созданные для их полезного применения или являющиеся побочным продуктом этой деятельности. Облучение от техногенных источников, как в нормальных, так и в аварийных условиях, за исключением медицинского облучения пациентов, называется техногенным.
Наибольшую долю общего фона ионизирующего излучения (более 70%) составляют природные источники (рис. 8). Доля источников, которые связаны с приборами медицинских учреждений, – 26 %, а всех остальных – около 2 %. Несмотря на такое соотношение, общественность волнуют именно остальные источники.
Даже авария на Чернобыльской АЭС существенно не изменила фон в среднем по стране. Правда, для жителей районов, непосредственно затронутых катастрофой, значения и соотношения доз радиации от разных источников могут отличаться от средних по стране.
2. Космическое излучение
Различают первичное и вторичное космическое излучение.
Первичное излучение представлено потоком нейтронов (90 %) и α-частицами (7 %), а также осколками ядер (даже тяжелых), электронами, позитронами, -квантами, рентгеновскими лучами. Оно изотропно в пространстве (не зависит от направления) и неизменно во времени.
Источником первичного космического излучения в меньшей мере является Солнце, в подавляющей – галактическое космическое излучение (вспышки сверхновых звезд). Дело в том, что некоторые звезды в своей эволюции в результате гравитационного коллапса (сжатия) взрываются, при этом центральная часть становится нейтронной звездой (пульсаром), а вещество внешних слоев выбрасывается со скоростью несколько тысяч километров в секунду.
При взаимодействии первичного космического излучения с ядрами атомов, присутствующими в атмосфере Земли, протекает множество ядерных реакций, а также возникает тормозное излучение. В результате образуются ядра новых легких элементов (космогенные радионуклиды – 14С, 3Н и 32Р), а также нейтроны, рентгеновское и γ-излучение. Это так называемое вторичное космическое излучение, достигающее поверхности Земли.
Воздействие на живые организмы вторичного космического излучения более слабое, чем первичного, так что атмосфера выступает как щит, прикрывающий жизнь на Земле от вредных посланцев космоса. Доля вторичного космического излучения в естественной радиационной нагрузке составляет менее трети, а именно 0,03 мЗв на уровне моря.
Уровень космического излучения у поверхности Земли неодинаков и зависит от географической широты местности. Дело в том, что, вращаясь, наша планета захватывает заряженные частицы с образованием слоев, расположенных в соответствии с силовыми линиями магнитного поля, называемыми магнитными поясами. Космические лучи отклоняются от экватора и собираются в виде своеобразных воронок в области полюсов земли.
Практически интенсивное космическое излучение сохраняется относительно постоянным между 15° северной и 15° южной широты, а затем быстро возрастает по мере движения к 50° северной или южной широт, после чего вновь остается практически неизменным вплоть до полюсов. Области, расположенные вблизи экватора, получают дозу космического излучения приблизительно 0,35 мЗв, а на широте 50° (Москва, Лондон, Токио) – 0,5 мЗв.
Бóльшее значение, чем географическая широта, для интенсивности космического излучения имеет высота над уровнем моря. При увеличении высоты на каждые 5 м интенсивность космического излучения возрастает примерно на 0,01 мЗв/год. Это связано с тем, что атмосфера частично поглощает ионизирующее излучение.
Реально в большей части наших городов, расположенных на высоте, близкой к уровню моря и примерно посредине между экватором и Северным полюсом, мощность дозы космического излучения приблизительно равна 0,5 мЗв в год.
Особое значение проблема космического излучения приобретает на сверхзвуковых самолетах, которые поднимаются на высоту 18-24 км. Так, при перелете самолета из Москвы в Хабаровск авиапассажир получает дозу в 0,01 мЗв. По этой причине на борту многих авиалайнеров имеется дозиметрическая аппаратура, подающая сигнал тревоги, если радиация достигает опасного уровня; так, при значении дозы излучения в 0,5 мЗв/час самолет должен снизить высоту полета.
Наибольшую же опасность космические лучи представляют непосредственно в самом космосе, так как там присутствуют в большом количестве не только ядра атомов гелия, но и другие тяжелые ионы–ядра любых атомов, лишенных орбитальных электронов и движущихся с высокой скоростью. Это создает одну из трудностей обеспечения безопасности космических полетов. По существу, невозможно сконструировать корабль, полностью защищенный от всевозможных тяжелых ионов, обладающих огромной энергией.