Естественный радиационный фон Земли

В состав естественных компонентов фона входят космическое излучение и излучение от рассеянных в земной коре, почве, воздухе, воде и других объектах среды естественных радионуклидов, из которых основной вклад в дозу облучения человека и животных вносят радионуклиды ²³⁸U, ²³²Th и продукты их распада.

Космическое излучение – этот вид ионизирующего излучения представляет поток частиц и лучей, непрерывно падающих на земную поверхность, как из космоса, так и из атмосферы Земли. Космические излучения приходят к Земле из глубин Вселенной и от Солнца. Северный и Южный полюса получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные космические частицы. Уровень облучения объектов растет с высотой, поскольку воздух (атмосфера) играет роль защитного экрана. Радиационный фон, создаваемый космическим излучением, дает чуть меньше половины внешнего облучения получаемого населением от естественных источников.

Космическое излучение по происхождению может быть первичное и вторичное. Первичное космическое излучение представляет собой поток частиц и лучей высоких энергий (100 МэВ и более) и определяется тремя разновидностями: галактическим и солнечным излучениями, радиационными поясами Земли.

Галактическое излучение попадает в нашу Солнечную систему из межзвездного пространства и представлено в основном протонами (до 90%) и ионами гелия (около 10%). Менее 1% составляют нейтроны, электроны, фотоны и ядра легких элементов (Li, Be, B, C, N, O, F).

Солнечное космическое излучение образуется в процессе вспышек на Солнце и представлено ультрафиолетовым и рентгеновским излучениями, а также протонами и альфа-частицами. Солнечная активность неравномерна, в ее интенсивности различают 11 летние циклы.

Радиационные пояса Земли расположены на расстоянии 1,2-8 земных радиусов от экватора. Различают внешний и внутренний пояса. По видам излучения они представлены протонами, электронами и альфа-частицами.

Из первичного космического излучения лишь немногие компоненты достигают Земли, большинство их исчезает на высоте 20 км. Взаимодействуя с атмосферой, они образуют вторичное космическое излучение, которое состоит из всех известных в настоящее время элементарных частиц и излучений. В основном они представлены мезонами (70%), электронами и позитронами (26%), протонами (0,05%), а также быстрыми и сверхбыстрыми нейтронами, фотонами.

По энергии и составу вторичное космическое излучение (для оценки биологического действия) делят на четыре компонента:

мягкий (энергия частиц и фотонов порядка 100 МэВ);

жесткий (µ^± -мезоны – 600 МэВ, протоны - > 400 МэВ, α-частицы, π^± -мезоны);

сильноионизирующий (продукты ядерных расщеплений: протоны, α-частицы, дейтроны, тритоны, тяжелые осколки ядер с энергией 10-15 МэВ);

нейтронный (нейтроны различных энергий).

На уровне моря космическое излучение состоит в основном их мягкого (поглощается слоем свинца толщиной 8-10 см, железа 15-20 см) и жесткого (проходит через свинец толщиной более 1 м) компонентов.

Интенсивность космического излучения зависит от солнечной активности, географического расположения объекта (широты), и возрастает с высотой над уровнем моря.

Доза космического излучения в биологических тканях на 11% больше, чем в воздухе и составляет за сутки 1,1 мкГр. За год – 0,4 мГр.

Эффективная эквивалентная доза космического излучения за год на уровне моря для средних широт составляет 300 – 320 мкЗв. Люди, живущие на высоте 2000 м и выше, как и обитающие здесь животные, получают облучение в несколько раз больше.

Пассажир турбореактивного самолета при перелете из Москвы в Хабаровск получает дозу порядка 50 мкЗв.

В биосфере Земли содержится более 60 естественных радионуклидов. Они условно могут быть разделены на три группы:

- Радионуклиды, входящие в состав трех радиоактивных семейств: урана-радия (Т_½ - 4,51·10⁹), тория (Т_½ - 1,41·10¹⁰), актиния (Т_½ - 7,07·10⁸).

- Радиоактивные элементы не входящие в семейства, но находящиеся в земной коре и объектах внешней среды с момента образования Земли (⁴⁰K, ⁴⁸Ca, ⁸⁷Rb).

- Космогенные радионуклиды, непрерывно образующиеся в результате взаимодействия космического излучения в атмосфере с ядрами атомов азота, водорода, кислорода и др., а затем поступающими на земную поверхность с атмосферными осадками. К ним всего относится 14 радионуклидов: ³H, ⁷Be, ¹⁴C, ²²Na и др.

В земной коре больше всего содержится радиоактивного изотопа ⁸⁷Rb (Т_½ - 4,9 ·10¹⁰ лет, мягкий бета-излучатель), радионуклида калия меньше, но его радиоактивность выше радиоактивности суммы всех других естественных радиоактивных элементов. Тогда как содержание урана и тория в десятки и сотни раз, а радия в миллионы раз меньше.

Все типы природных вод (океаны, моря, озера, реки, пруды) содержат радиоактивные элементы. Больше содержится урана, тория и радия в подземных водах. Во флоре и фауне концентрация естественных радионуклидов, как правило, ниже, чем в почвах, на которых произрастает растительность и обитают животные. Это связано с коэффициентом перехода радионуклидов из почвы в растения и далее в организм животных, а также со степенью усвоения их. Радионуклиды могут попасть в атмосферу и, прежде всего в результате выветривания земных пород и разложения органических веществ.

Существенное значение в облучение населения играют радионуклиды рубидий и радон. Радон поступает в приземный слой атмосферы из почвы, а также вследствие распада радиоактивных семейств.

В настоящее время имеется относительное равновесие между поступлением радионуклидов в сферу круговорота и их количеством, которое выбывает за счет образования осадочных пород и радиоактивного распада.