7.5. Естественные и искусственные источники радиации
Естественные источники ионизирующих излучений создают естественный (природный) радиационный фон (рис.1), который представлен космическим излучением и излучением от радионуклидов земного происхождения. В Беларуси естественный радиационный фон находится в пределах от 10 до 20 мкР/ч. Естественный фон в среднем по земному шару за счет космического излучения и радиоактивности почв создает дозу 1,25 мЗв в год, в Республике Беларусь – 1 мЗв в год. Естественный радиационный фон на поверхности Земли не является постоянной величиной. Его изменения обусловлены циклическими колебаниями космического фона и аналогичных процессов. Например, на территориях, где близко к поверхности земли залегают радиоактивные породы, естественный радиационный фон может быть значительно выше средних величин.
Рис. 1. Соотношение естественных источников радиации
Существует такое понятие, как технологически измененный естественный радиационный фон, который представляет собой ионизирующие излучения от природных источников, претерпевших определенные изменения в результате деятельности человека. Например, излучение от естественных радионуклидов, поступающих в биосферу при извлечении из недр земли полезных ископаемых ( в основном минеральных удобрений), в результате поступления в окружающую среду продуктов сгорания органического топлива, а также излучения в помещениях, построенных из материалов, содержащих естественные радионуклиды.
Искусственные источники ионизирующих излучений созданы человеком и обуславливают искусственный радиационный фон, который составляют: глобальные выпадения искусственных радионуклидов, связанные с испытанием ядерного оружия; радиоактивные загрязнения локального, регионарного и глобального характера за счет отходов ядерной энергетики и радиационных аварий; радионуклиды, используемые в промышленном производстве, сельском хозяйстве, научно-исследовательских целях, медицине, археологии, геологии и других областях (рис.2).
Рис.2. Источники облучения человека
7.5.1. Космическое излучение.
Космическое излучение состоит из галактического и солнечного, колебания которого связаны с солнечными вспышками. Космическое излучение достигает Земли в виде ядерных частиц, обладающих огромной энергией (1010 - 1019 эВ). Различают первичное и вторичное космическое излучение. Первичное космическое излучение состоит из протонов (92%), α-частиц (ядра гелия – 7 %), ядер атомов лития, бериллия, углерода, азота, кислорода и др. (1%).
В литературе обсуждается несколько гипотез, объясняющих происхождение космического излучения. По гипотезе Э.Ферми, заряженные частицы многократно ускоряются в межзвездном пространстве в блуждающих магнитных полях космической пыли. Согласно гипотезе И.С.Шкловского, источником первичного космического излучения служат многочисленные туманности, рассеянные в галактике и возникшие в результате вспышек сверхновых звезд. Определенный вклад в общий поток космических частиц, падающих на поверхность Земли, вносит и Солнце. При резком увеличении солнечной активности возможно нарастание интенсивности космического излучения. Поскольку космические лучи обладают высокой энергией, они губительны для всего живого. Однако благодаря земной атмосфере лишь немногие частицы достигают поверхности Земли и таким образом биологические объекты защищены от воздействия первичного космического излучения.
При падении космических частиц на поверхность Земли происходит их взаимодействие с атомами и молекулами атмосферы. Возникает вторичное космическое излучение, которое содержит почти все известные в настоящее время элементарные частицы. Северный и Южный полюсы получают больше космической радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы.
Интенсивность космического излучения зависит от географической широты и высоты над уровнем моря. Люди, живущие на уровне моря, получают от космической радиации в среднем эффективную эквивалентную дозу около 300 мкЗв в год, а живущие выше 2000 м над уровнем моря в несколько раз больше. Еще более интенсивному, хотя и относительно непродолжительному облучению подвергаются экипажи и пассажиры самолетов. При подъеме на высоту от 4000 м до 12 000 м уровень облучения возрастает в 25 раз.
При взаимодействии некоторых высокоэнергетических частиц вторичного космического излучения с ядрами атомов азота и кислорода, входящих в состав воздуха, в атмосфере образуются так называемые космогенные радионуклиды. Их насчитывают около 20. К наиболее значимым из них, которые вносят определенный вклад в облучение человека, можно отнести углерод-14, тритий, бериллий-7, серу-32, натрий-22,24. Среди них особо опасными являются тритий (период полураспада 12,3 года) и углерод-14 (период полураспада – 5730 лет). Данные радионуклиды попадают в воду, растения, организм животных и человека и могут представлять опасность как источник внутреннего облучения.