Природний радіаційний фон

Доза опромінення від природних джерел носить назву природного радіаційного фону.

Джерелами зовнішнього опромінення людини є радіоактивні речовини, що містяться у ґрунті, гірських породах, повітрі, воді, будівельних матеріалах, а також космічні промені.

Космічна радіація буває двох видів – галактична та сонячна. Космічні промені, що досягають Землі, являють собою потік ядерних часток. Це первинне космічне випромінювання. Воно включає протони, ядра інших елементів. Серед первинних космічних променів розрізняють високоенергетичні (до 1021 еВ) галактичні космічні промені та сонячні космічні промені помірної енергії (1010 еВ), пов’язані із активністю Сонця. При взаємодії космічних часток з атомами атмосфери виникає вторинне космічне випромінювання, що призводить до утворення радіонуклідів.

Сонячна радіація – це електромагнітне та корпускулярне випромінювання Сонця. Опроміненню космічними променями піддаються екіпажі і пасажири реактивних літаків. Трансатлантичний політ з США в Європу супроводжується додатковим впливом на організм космічного випромінювання в дозі – 0,05 мЗв.

Земні джерела радіації складають більшу частину опромінювання, якому піддається людина за рахунок природної радіації. В середньому вони дають більше 5/6 річної ефективної еквівалентної дози, що отримує населення.

Головним джерелом надходження природних радіоактивних речовин в довкілля є гірські породи, у склад яких входять радіоактивні елементи, що виникли в період формування та розвитку планети.

Як правило, природними радіонуклідами насичені гранітні породи гір. Радіоактивність вапнякових і піщаних нижча.

Вітрове рознесення уранового пилу сприяє збільшенню концентрації урану в аерозольних фракціях.

Особлива небезпека від цього виду радіаційного забруднення полягає в тому, що уран і багато продуктів його розпаду є альфа – випромінювачами, а альфа – випромінювання при дослідженні радіаційного стану не вимірюється.

Радіаційне забруднення природного середовища та виникнення небезпечного радіаційного стану може бути пов’язано із присутністю природних радіоактивних елементів (уран, торій, калій) та продуктів їх розпаду в технічних, прісних питних і мінеральних водах, розсолах нафтогазоносних районів.

Уран, розчинений у воді, виступає не тільки як радіаційно небезпечний фактор, що створює внутрішнє опромінення організму, але й як важкий метал – хімічно шкідливий елемент.

Уран та його сполуки характеризуються політропною дією на органи, особливо нирки, тому уран називають «нирковою отрутою».

Неврахування даного радіаційно небезпечного фактору, відсутність інформації про концентрації урану і радію у воді може призвести до створення дискомфортних умов для проживання людини як у вигляді безпосереднього впливу радіонуклідів при споживанні води (відкладення у нирках, кістках), так і створення через створення високих концентрацій радону у приміщеннях (ванни, кухні).

Природні радіоактивні елементи, наприклад, високоактивний продукт розпаду урану – радій, широко використовувались у вигляді люмінесцентних фарб (солі радію) для циферблатів приладів, для добавок з метою отримання гарного забарвлення скла (Богемський кришталь), а також еталонів для калібрування радіометричної і дозиметричної апаратури.

Забруднення природного середовища природними радіонуклідами відбувається на етапі добування та глибокої переробки як радіоактивних, так і не радіоактивних руд.

Частина урану може викидатися с вентиляційними викидами, стічними технічними водами, накопичуватися у ставах – відстійниках.

Особливо слід звернути увагу на забруднення природного середовища природними радіоактивними елементами (ураном, торієм, радієм, полонієм, ізотопами свинцю – 212, 214, вісмутом – 2140 в результаті спалювання вугілля на ТЕС.

Вугілля, як природні утворення, у тих чи інших кількостях, містять природні радіоактивні елементи.

Слід відмітити, що природні радіоелементи мають властивість вибірково накопичуватися в біологічних об’єктах.

Наприклад, полоній – 210, продукт розпаду урану, найбільш інтенсивно концентрується у тютюні.

Природний радіаційний фон у будь – якому регіоні перш за все визначається вмістом природних радіоактивних елементів: урану, торію, калію і продуктами їх розпаду (радій – 226, радон).

Спонтанний розпад відбувається з певною швидкістю, своєю для кожного елемента. За кожну секунду розпадається певна частика радіоактивних атомів.

Час, протягом якого кількість атомів радіоактивної речовини зменшується вдвічі, називають періодом напіврозпаду.

Для ізотопу U-238 період напіврозпаду рівний 4,5 млрд. років, у радію – 226 – 1630 років, а у Ra-219 – 0,001 с.

З моменту утворення Землі (4,5 млрд. років назад) до наших днів збереглись лише ті радіоактивні хімічні елементи, час життя яких більше віку Землі. Це U-238, U-235 (період напіврозпаду – 0,7 млрд. років, 4,468(3)·10⁹) та Th-232 (14 млрд. років). Вони є родоначальниками так званих радіоактивних рядів.

В природі зустрічається біля 300 радіоактивних ізотопів, з них 23 – довго живучих з періодом напіврозпаду більше 100 млн. років.

Радіоактивні ізотопи, що існують в природі, називають природними, а синтезовані шляхом ядерних реакцій – штучними.

Природні радіоактивні ізотопи умовно можуть бути розділені на 3 групи:

· ізотопи, що входять до складу радіоактивних родин;

· генетично не пов’язані з ними радіоактивні елементи: К-40, Са-48, Rb-87

· космогенні радіонукліди, що виникають на Землі під дією космічних променів (водень – 3 (тритій); вуглець-14; берилій – 7, натрій – 22).

До першої групи відносяться всі природні радіонукліди з масовим числом більше 209. Вони утворюють 3 радіоактивної родини, родоначальниками яких є U-238, Th-232 і U-235. В процесі їх радіоактивного розпаду постійно утворюється 40 радіоактивних ізотопів. Останніми елементами цих рядів є стабільні ізотопи свинцю (206, 207, 208).

К-40 являє собою довго живучий радіонуклід (період напіврозпаду – 1,2 млрд. років), що входить до складу природного калію в кількості 0,012%. Період напіврозпаду Rb-87 – 48 млрд. років, також визначає природну радіоактивність. Вміст його в природному рубідії складає 27,8%.

Основними космогенними радіонуклідами є тритій, вуглець-14 та натрій-22.

Серед ізотопів радону відомі: 222Rn з періодом напіврозпаду 3,8 дня, 220Rn з періодом напіврозпаду 54,4 с, 219Rn з періодом напіврозпаду 3,9 с. Найбільш небезпечним з них є випромінювач 222Rn.

Просочуючись через фундамент та підлогу або вивільнюючись з матеріалів, що використані при будівництві дому, радон накопичується у закритих не провітрюваних приміщеннях (підвалах, ванних кімнатах, кухнях).

Якщо підлога із щілинами, а вентиляція приміщення слабка, то в деяких будинках індивідуальні дози на легені можуть доходити до погрозливих рівнів (до 1000 бер/рік).

Головним джерелом надходження радону у закриті приміщення є ґрунт. Концентрація на верхніх поверхах багатоповерхового будинку нижча, ніж на першому або цокольному поверсі.

Ефективним засобом зменшення концентрації радону, який просочується через підлогу, є вентиляційні прилади у підвалах.

Земні джерела, це в першу чергу, уран і торій з продуктами їх розпаду, серед яких найбільш значимим є газ радон.

Крім того, фонове опромінення обумовлене калієм – 40, який майже повністю визначає власну радіоактивність людського тіла і світового океану, а також рубідій – 87.

Головне місце серед радіоізотопів по величині створюваної активності займає ізотоп калію 40К, який засвоюється разом із нерадіоактивними ізотопами калію, необхідними для життєдіяльності організму.

Радіоактивний калій вносить значний внесок в опромінення людини при надходженні через шлунково-кишковий тракт. Сумарна кількість калію в організмі дорослої людини з масою 70 кг складає 130 г (0,19%). Особливо багаті на калій скелетна мускулатура, нервова тканина, серце, печінка, селезінка.

Вміст калію, а відповідно й 40К, в організмі людини залежить від статі, віку, маси тіла, характеру м’язової діяльності. У чоловіків калію в м’язах зазвичай більше, ніж у жінок. Великий вміст калію виявляється у осіб, виконуючих фізичну роботу.

Радій (226Ra) накопичується переважно у кістковій тканині. Основна частина свинцю (210Pb) міститься в скелеті. З повітрям протягом доби в легені людини потрапляє 0,0007 Бк 210Ро, а в легені людини, що викурює одну пачку цигарок за добу – до 0,07 Бк 210Ро.

В середньому фонова доза становить 2 мЗв за рік, причому найбільший внесок (майже 2/3) вносить радон – природний радіоактивний газ, завжди присутній у гірських породах, перш за все в гранітах.

На Землі існують райони (Індія, Китай, Бразилія, франція), де природний рівень радіації в десятки разів вище. За багато років спостережень не виявлено будь – яких відхилень від середньосвітових показників по раковим та генетичним захворюванням.

Прикладами регіонів з високим вмістом природних радіоактивних елементів можуть слугувати пляжні піски штату Керала (Індія), ґрунти провінції Гуандонг (Китай).

Використання природних матеріалів (щебень, граніт, фосфорити, шлак), що містять високі концентрації природних радіонуклідів, в якості будівельних матеріалів, наповнювачів бетонів, фосфогіпсів також призводить до збільшення потужності експозиційної дози гама – випромінювання всередині споруд, а також може бути основною причиною накопичення радону в приміщеннях.

Більшість курортів виникло навколо природних радіоактивних джерел.

В нашій країні на частку природних джерел радіації приходиться більше 70% від загальної дози опромінення, ще біля 30% - внесок від медичних процедур.

Додаткові дозові навантаження на живі організми в результаті роботи атомних електростанцій, заводів з переробки палива не перевищують 1%.