Радиационный фон земли Естественный радиационный фон Земли

Он складывается из излучений от рассеянных в почве, воде, воздухе радионуклидов, возраст которых совпадает с возрастом пла­неты. К таким радионуклидам относятся калий-40 (⁴⁰К), уран-238 (²³⁸U), торий-232 (²³²Th) и продукты распада тория и урана, ра­дона (^219-282Rn), радия (²²⁶Ra). Второе место в формировании ради­ационного фона занимают космические излучения, третье — короткоживущие радионуклиды, образующиеся в верхних слоях ат­мосферы при взаимодействии газов стратосферы с потоком ядер­ных частиц высоких энергий, из разных областей Вселенной.

Первичным геологическим источником большинства радионук­лидов фона являются верхние слои литосферы (граниты, сланцы, песчаники и др.), постоянное преобразование которых под воз­действием сапрофитной микрофлоры почв, воды, воздуха, пере­падов температур ведет к миграции излучателей в почву, расти­тельность, животный мир (табл. 1.1).

Незначительный вклад в метаболизм среды вносят радионукли­ды, образующиеся в верхних слоях атмосферы под воздействием потока нейтронов космического происхождения. Скорость обра­зования — 0,2 ат./(см³ • с) — и последующее содержание в среде наиболее велики для трития (³Н) и углерода (¹⁴С) — 2,5 ат./(см³•с). Общее расчетное количество трития в биосфере (бесцветного газа, включенного в те же звенья метаболизма, что и водород) состав­ляет (92,5—185,0) • 10¹⁶ Бк, из которых 65 % содержатся в океане, остальные — в почве и последующих звеньях миграции. Содержа­ние естественного трития в продуктах питания крайне невелико (порядка 14—26 Бк/кг).

Содержание ¹⁴С в среде несколько выше. Расчетное суммарное количество его в биосфере составляет 8,5 ЭБк (Экса = 1×10¹⁸), при этом в атмосфере содержится 1,6 %, в почвах — 4, в верхних слоях океана 2,2, в глубинных 92, в донных отложениях 0,2 %. Уг­лерод является наиболее активным метаболитом среды, всасыва­ется в растения непосредственно из воздуха в составе углекислого газа. В организм человека поступает с пищей, водой (99 %), возду­хом (< 1 %). Коэффициент усвояемости углерода равен 1. Средняя удельная активность органических структур (в том числе и про­дуктов питания) составляет 230 Бк/кг.

Оба радионуклида — мягкие β-излучатели с родственными зве­ньями метаболизма равномерно распределены в тканях при не­сколько большей тропности к жировым структурам.

Наибольшие размеры фотон-электронных потоков (поглощен­ных доз) получают клетки тканей от равномерно распределенных в организме «мягких» β-излучателей (радиоактивных водорода, углерода, калия). Некоторые преимущества в формировании доз имеют клетки с максимальной функциональной активностью — скоростью обмена веществ.

Радионуклиды уранового, ториевого рядов отличаются мень­шей тропностью к биологическим тканям. Проникая, тем не менее, в организм по эволюционно отработанной цепочке, эта группа из­лучателей фиксируется в костных структурах. Большие энергия (~5МэВ) и плотность потока испускаемых α-частиц, взаимодейст­вие с которыми завершается реакциями, протекающими по типу фотоэффектов (возбуждение при незначительной доле ионизации электронных оболочек), ведет к локальной эффективной (ОБЭ = 20) активации обменных процессов, о чем свидетельствует эволюци­онно сформировавшаяся локализация и функции «избирательно захватывающих» изотопы систем: нейроэндокринная регуляция обмена, кроветворение.

Внешние радиационные воздействия, дополняющие стабильный спектр внутреннего облучения, складываются из излучений кос­мических, фотонных и корпускулярных (преимущественно нейт­ронных), а также от естественных радиоактивных γ-излучателей вне организма (стены жилья, скопившиеся инертные газы, почва).

Космические излучения, благодаря уникальной, сложившейся за миллионы лет структуре атмосферы, являются видоизмененными первичным галактическим (93 %) и солнечным потоками частиц высоких энергий. Энергия потока частиц галактического происхож­дения, преимущественно протонов, составляет в среднем 100 МэВ, достигая 10¹⁴ МэВ, солнечного — 20 МэВ. Помимо протонов, боль­шая часть которых огибает Землю благодаря ее магнитным полям (защитная функция которых зависит от широты, снижаясь к по­люсам и возрастая к экватору), в состав первичного космического излучения входят протонно-нейронные обломки ядер с атомны­ми номерами 3 — 5, 10—19, 20. Интенсивность первичного кос­мического излучения периодически меняется вследствие 11 -лет­него цикла солнечной активности, возрастая в период всплеска солнечной активности в два-три раза и более.

Помимо магнитных полей, потоки космических излучений рез­ко снижают радиационные протонные пояса планеты — относи­тельно узкий экваториальный (расположенный на расстоянии 1,2 — 8,0 земных радиусов от поверхности Земли) и более обширный, простирающийся от экватора до широт 30 — 60 град. Окончатель­ное изменение спектра первичного потока космической радиа­ции происходит при взаимодействии его с озонным слоем на высоте 20 км над уровнем моря. Первичное космическое излуче­ние здесь полностью преобразуется в фотонное, но при сохране­нии потока нейтронов, возрастающего как с подъемом на высо­ту, так и с перемещением к Северу или к Югу от экватора. В связи со снижением мощности гравитационных полей и радиационных поясов планеты суммарная эквивалентная доза космического из­лучения меняется соответственно от 35 мбэр на экваторе до 140 — 800 мбэр на полюсах.

Очевиден резкий рост радиационного фактора с подъемом на высоту, в том числе и на высоту обитаемых адаптированных районов планеты.

Существенный вклад в дозу внешнего облучения вносят строительные материалы жилищ, стены и крыши которых являются эффективными экранами космического излучения. Вместе с тем в помещениях вследствие усложнения геометрии излучателей (стен, пола, потолка) и роста мощности потока фотонного излучения от современных строительных материалов дозы могут резко возрастать, превышая естественный фон в два—шесть раз.