1.2 Земная радиация. Излучение от природных радионуклидов земного происхождения.

В любой почве, в воздухе, в воде, в живых организмах всегда имеются в незначительных количествах радионуклиды, но больше всего их в гранитах, в глиноземах, в песчаниках, в известняках. Возраст Земли 5,3 млрд. лет, поэтому на Земле сохранились только радионуклиды с большим периодом полураспада, остальные распались.

Радионуклиды земного происхождения подразделяются на радионуклиды средней чести Периодической таблицы Д.И.Менделеева и на радиоактивных семейства.

Родоначальником семейства урана является уран-238 с периодом V²³⁸ полураспада 4,5 млрд лет.

Родоначальником семейства тория является торий-232 с периодом полураспада 10 млрд лет.

Родоначальником семейства актиния является уран-235 с периодом V²³⁵ полураспада 700 лет.

Конечный продукт распада всех семейств – свинец (Pb).

Во всех трех семействах один из продуктов распада - газ. В семействе урана это радон, в семействе тория - торон, в семействе актиния - актион. Последние два - изотопы радона. Именно газ попадает в воздух, почву, растворяется в воде и попадает, наконец, в организм человека.

В Республике Беларусь таким газом является радон. Человек половину земной радиации получает именно от радона. Радон повсеместно выделяется из земли, воды, стройматериалов.

Это бесцветный инертный газ, не имеющий вкуса и запаха, тяжелее воздуха примерно в 7,5 раза. Являясь альфа-излучателем, радон становится причиной заболеваний раком легких, желудка и других органов. Особенно опасен радон для легких, надпочечников, гонад и костного мозга . На курящих людей радон действует в 10 раз сильнее, чем на некурящих.

Анализ показывает, что в типичный дом поступает радона: из почвы -70%, из внешнего воздуха - 13%. из стройматериалов - 7%, из воды - 5-10%, из природного газа - 4%, от других источников - 2%.( Рис. 1, 2)

Рис.1 Поступление радона и его дочерних продуктов распада в приземный атмосферный воздух из почвы

Рис.2 Проникновение радона в жилые помещения

Следует помнить, что концентрация радона в закрытых помещениях летом выше не менее чем в 8 раз, а в зимнее время выше в 5000 раз по сравнению с минимальным фоном. Обычно концентрация радона на кухне примерно в 40 раз выше, чем в жилой комнате Высокое содержание радона в ванне, в спальных помещениях. Исследования в квартирах жителей Минска и некоторых других городов показали, что в ванной комнате объемная активность составила 8,5-9 кБк/м³, на кухне - 3-3,5 кБк/м³, в жилых смещениях 0.2 кБк/м³.

Дождь, снег, мороз и повышение атмосферного давления снижают интенсивность эксгаляции, тогда как повышение температуры и увеличение скорости ветра вызывают ее усиление. Следовательно, концентрация радона в почве больше зимой и в периоды дождей. Перенос и рассеяние радона в воздухе зависят от вертикального градиента температур, направления и силы ветра, турбулентности воздуха. Суточный максимум наблюдается ночные часы и максимум днем.

С геологической точки зрения около 40% территории Республики Беларусь являются потенциально радоноопасными. Исследования содержания радона в квартирах в летнее время показали, что оно по Минску и большинстве городов составляет 30-35 Бк/м³, но в Дзержинском районе Минской области оно достигало 400 Бк/м³. МКРЗ рекомендует для вновь cтроящихся зданий уровень не выше 100 Бк/м³.

Для ослабления воздействия радона на организм человека необходимо проветривать помещения не менее 5 часов в сутки, во время кипения воды в чайнике или другой закрытой посуде необходимо открывать на несколько секунд крышку, чтобы радон испарился из воды. Сушка белья должна быть вне помещений, а после стирки ванна должна быть хорошо проветрена. Следует помнить, что и при сжигании газа на кухне также необходимо проветривать помещение, так как из природного газа также выделяется радон. Так как радон является альфа-излучателем и выделяется, в том числе и из стен, то их рекомендуется или красить, или оклеивать обоями.

Радиационный фон в различны районах земного шара разный. Есть районы в Индии, Бразилии, Иране, Франции, Италии, ЮАР, Канаде, Чехии, Нигерии и др., где средние значения земной радиации выше нормы в 200-1000 раз, а люди получают дозу до 8 рад/год. У людей, проживающих в этих районах, состояние здоровья не хуже, чем у людей, проживающих в условиях нормального радиационного фона (мощность дозы не превышает 20 мкР/ч ) но люди, переехавшие для проживания из районов с нормальным радиоактивным фоном в районы с повышенным радиоактивным фоном, обычно чаще болеют, в том числе и онкологическими заболеваниями.

Как уже отмечалось, в средней части таблицы Менделеева находятся 12 радионуклидов с большим периодом полураспада, это: калий-40, кальций-28, церий-132, индий-115, лантан-138, рубидий-87 и другие. Однако только калий-40 и рубидий-87 оказывают существенное влияние на здоровье человека, так как являются элементами биологической ткани. В Республике Беларусь радионуклиды находятся в основном в 30-сантиметровом слое почвы. На некоторых участках, например активность калия-40 достигает 1-2 Ku/км². В пахотном слоепочвы активность калия-40 составляет 0,7-5,8 Ки/ км². При внесении калийных удобрений в почву поступает К⁴⁰ - 1,35*10⁶ Бк/кг. Содержание радионуклидов в почве и в некоторых веществах приведено в таблицах 2 и 3. Таблица 2 Природные радионуклиды в почвах

Радионуклид	Активность почвы, Бк/кг	Радионуклид	Активность почвы, Бк/кг
Углерод-14	4(1,5-6)	Радий-226	30(71-80)
Калий-40	440	Торий-230	100
Свинец-210	75-6300	Торий-232	36
Полоний-210	8-220	Торий	26
Рубидий-87	140	Уран-238	24(8-110)
Примечание: вне скобок приведены средние значения, в скобках - нижний и верхний пределы

Таблица 3 Содержание радионуклидов в некоторых веществах, Бк/кг

Объект	Радионуклид
	Калий-40	Свинец-210	Радий-226	Торий-232	Уран-238
Пресная вода	168	(3-8)1О-3	(4-400)10-3	1.2.104	4,8.10-3
Древесина	130-750	11-40	7	0.6-5	0.06-0,5
Почвы	440 (0,2-1200)	75-6300	30(7-180)	37(4-78)

В природе широко распространен изотоп калий-40 (Т_1/2=1,32х10⁹ лет) – слаборадиоактивный элемент, экологически мало опасный. Калий-40 претерпевает бета-распад, является источником бета и гамма-излучения.

Являясь элементом биологической ткани, калий-40 попадает в растение, в организм животных и человека. Усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности. Поверхностная концентрация его в почвах Белоруссии – примерно около 1 Ки/км² (37 кБк/м²); в одном литре морской воды – 10 Бк, в 1кг овощей и фруктов – 50-150 Бк. Человек в среднем получает около 180 мкЗв/год за счет калия-40.

Калий-40, который находится в почвах в виде солей и в живых организмах, является основным дозообразующим естественным радиоактивным элементом на территории Белорусского Полесья.

В табл. 4 указано содержание калия-40 в основных продуктах питания растительного и животного происхождения.

Таблица 4 Содержание калия-40 в основных продуктах питания

Продукт	Удельная активность, Бк/кг (х10-9 Ки/кг)
Пшеница Рожь Горох Крупа гречневая Картофель Морковь Лук Огурцы Лимоны Клюква Говядина Свинина Рыба Икра Молоко коровье Масло сливочное	150 (4,0) 176 (4,8) 274 (7,4) 41 (1,1) 130 (3,5) 84 (2,3) 44,4 (1,2) 100 (2,7) 41 (1,14) 44,4 (1,2) 84 (2,3) 33,3 (0,9) 77,7 (2,1) 127 (3,4) 44,4 (1,2) 37 (0,1)

Распределение активности некоторых радионуклидов в биосфере представлено в таблице 5.

Таблица 5 Распределение активности некоторых радионуклидов в различных частях биосферы

Радионуклиды	Объемная или удельная активность
3Н (тритий)	200-900 Бк/м3 (гидросфера)
Be (бериллий)	3 х 10"j Бк/м3 (воздух)
14С (углерод)	227 Бк/кг (биосфера)
40К (калий)	60 Бк/кг (биосфера)
87Rb (рубидий)	629 Бк/кг (гидросфера)
226Ra (радий)	0,1-2,7 Бк/кг (гидросфера) 3,7-48 Бк/кг (почва)
222Rn (радон)	0,1-10 Бк/м3 (в воздухе здания) 5-25 Бк/м3 (в воздухе в здании)
238 U (уран)	1,2 мкБк/м3 (в вохдухе); 10-20 Бк/кг (почва) 0,24 мБк/кг (гидросфера)
232Th (торий)	7-50 Бк/кг (почва)

Содержание калия-40 в окружающей среде показано в таблице 6.

Таблица 6 Содержание калия-40 в окружающей среде

Источник калия-40	Активность калия-40, Бк/кг
Известняк	30-40
Гранит	925-1200
Песчаники	300-400
Фосфатно-калийные удобрения	5900
Азотно-фосфорно-калийные удобрения	1200-5900
Почва	37-1100
Зерновые	18,5-159
Овощи свежие	40-174
Картофель	174
Орехи	210
Клюква	355
Грибы	277
Горох	273
Молоко	30-45
Говядина	60-90

По подсчетам НКДАР ООН, средняя эффективная доза внешнего облу­чения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет 0,35 мЗв.

Таким образом, от естественного радиационного фона человек получает дозу: от радона - около 55%, от калия-40 – 13%, от космических лучей – 15-16%, от других естественных источников – около-15%.

В абсолютных величинах естественный радиационный фон от космического излучения и земной радиации представлен в таблице 7.

Таблица 7 Среднегодовые эффективные дозы, получаемые человеком( мЗв) ежегодно при облучении естественным радиационным фоном

Источник излучения	Внешнее облучение	Внутреннее облучение	Полная доза
Космическое излучение	0,355	0,015	0,37
Радиоизотопы земной коры
Калий 40	0,15	0,18	0,33
Ряд урана -238	0,1	1,24	1,34
Радон-222 / радон-220		1,1 / 0,16
Ряд тория- 232	0,16	0,18	0,24
Доза естественного фона	0,8	1,6	2,4