какое ионизирующее излучение представляет естественный радиационный фон
ФОН РАДИАЦИОННЫЙ
ФОН РАДИАЦИОННЫЙ (РФ, син. фон ионизирующих излучений) — ионизирующие излучения от природных источников космического и земного происхождения, а также от искусственных и естественных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека.
РФ воздействует на все население земного шара, имея относительно постоянный уровень. РФ обусловлен факторами окружающей среды и не включает учитываемое при расчете популяционных доз облучение лиц, работающих с источниками ионизирующего излучения, облучение в диагностических и леч. целях и др. (см. Радиационная безопасность).
Различают естественный радиационный фон, технологически измененный естественный радиационный фон, искусственный радиационный фон и полный радиационный фон.
Естественный радиационный фон (ЕРФ) представляет собой ионизирующие излучения (см.) от природных источников космического и земного происхождения и нередко в литературе отождествляется с понятием РФ.
Технологически измененный естественный радиационный фон (ТИЕРФ) представляет собой ионизирующие излучения от природных источников, претерпевших определенные изменения в результате деятельности человека, напр, излучение от естественных радионуклидов, поступающих в биосферу вместе с извлеченными на поверхность Земли из ее недр полезными ископаемыми (гл. обр. минеральными удобрениями), в результате поступления в окружающую среду продуктов сгорания органического топлива, излучения в помещениях, построенных из материалов, содержащих естественные радионуклиды. Сюда же иногда относят дополнительное облучение за счет полетов на современных высотных самолетах, а также облучение в быту, напр, за счет использования часов, на циферблат к-рых нанесены светосоставы постоянного действия, содержащие естественные радионуклиды.
Совокупность ЕРФ, ТИЕРФ и ИРФ составляет полный радиационный фон.
Мерой РФ является мощность поглощенной дозы (см. Дозы ионизирующих излучений; Радиационные величины, единицы). В геофизике при этом имеется в виду мощность поглощенной в воздухе дозы на местности за счет внешних источников облучения. В мед. и биол. литературе РФ оценивают, как правило, по мощности поглощенной дозы в тканях организма. При этом учитываются дозы, обусловленные как внешним облучением, так и внутренним, за счет радионуклидов, попавших в организм.
Для удобства сравнения биол. эффективности и оценки риска возникновения отдаленных последствий при различных видах облучения (см.), включая случаи неравномерного облучения, дозы за счет РФ часто выражают в показателях эффективной эквивалентной дозы — условного понятия, характеризующего расчетную дозу равномерного внешнего облучения всего тела, адекватную по риску возникновения отдаленных стохастических (вероятностных) последствий реальной поглощенной дозе в том или ином органе.
Естественный радиационный фон. ЕРФ является основным компонентом РФ.
Природные источники ионизирующего излучения, формирующие ЕРФ, подразделяются на внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение); внешние источники земного происхождения, т. е. радионуклиды, присутствующие в земной коре, воде, воздухе; внутренние источники, т. е. радионуклиды естественного происхождения, содержащиеся в организме человека.
Космическое излучение, проникающее в атмосферу Земли из космического пространства, представляет собой излучение высоких энергий (первичное космическое излучение), к-рое взаимодействует с ядрами атомов элементов, присутствующих в атмосфере, и порождает достигающее поверхности Земли вторичное космическое излучение, состоящее из ядерных частиц и электромагнитного излучения (см. Космическое излучение). Годовая эффективная эквивалентная доза на уровне моря за счет космического излучения составляет 30 мбэр (3-10-4 Зв). Люди, проживающие в условиях высокогорья, получают в 1,5—2 раза более высокие дозы внешнего космического облучения.
Внутреннее облучение радионуклидами естественного происхождения обусловлено их поступлением в пищеварительный тракт с пищей и водой, а также в легкие при дыхании. Радионуклиды космогенного происхождения (3Н, 7Be, 14С) обусловливают незначительную часть дозы внутреннего облучения, в среднем 1,5 мбэр (0,015 мЗв) в год.
Радионуклиды земного происхождения, попадающие в организм, создают годовую эффективную эквивалентную дозу на уровне 140 мбэр (1400 мкЗв), из к-рых 18 мбэр (180 мкЗв) — за счет 40К (см. Калий), проникающего гл. обр. с пищей, 120 мбэр (1200 мкЗв) — за счет изотопов 222Rn и 220Rn (торона), а также короткоживущих продуктов их распада, находящихся преимущественно в воздухе помещений вследствие поступления торона и 222Rn из стройматериалов и грунта подвальных помещений (см. Радон). 238U поступает в основном с пищей, существенно меньше — с водой (за исключением отдельных регионов, в частности в Хельсинки, где концентрация 238U в нек-рых водоисточниках достигает 5,4 нкюри/л (200 Бк/л). Годовое поступление 238U в организм человека в среднем составляет ок. 140 пкюри (ок. 5 Бк), концентрация в костной ткани — на уровне 2,7—5,4 пкюри/кг (0,1 — 0,2 Бк/кг), годовые поглощенные дозы на эндостальные клетки — 170 мкрад (1,7• 10’6 Гр). 230Th вследствие низкого всасывания в жел.-киш. тракте проникает в организм преимущественно с вдыхаемым воздухом (примерно 0,27 пкюри, или 10 мБк в год). Являясь остеотропным элементом и накапливаясь в скелете, 230Th создает там дозы на уровне 700 мкрад (7 • 10_6 Гр) в год.
Основной изотоп радия (см.) — 226Ra попадает в организм гл. обр. через пищеварительный тракт — примерно 400 пкюри (15 Бк) в год. С воздухом поступает (вместе с вдыхаемой пылью) примерно в 1000 раз меньше радия. Вклад питьевой воды невелик, если вода поступает из поверхностных водоисточников. Население, использующее в качестве водоисточников глубокие колодцы, источники минеральных вод, где концентрация радия существенно выше, может большую его часть получать с водой. Ок. 70—90% радия, поступившего в организм, избирательно накапливается в костной ткани. Среднее содержание 226Ra в скелете человека составляет ок. 27 пкюри (1 Бк). Годовая эффективная эквивалентная доза за счет 226Ra в регионах с обычным ЕРФ относительно невелика и составляет около 0,6— 0,7 мбэр (6—7 мкЗв).
Технологически измененный естественный радиационный фон
Около половины эффективной эквивалентной дозы, получаемой организмом от РФ, дают 222Rn и короткоживущие продукты его распада, поступающие через органы дыхания в помещениях. По всему миру средняя концентрация радона в воздухе помещений примерно в 10 раз выше, чем в окружающей среде. Вследствие этого значительную долю всего облучения человек получает в результате пребывания в помещениях. Это дает основание выделять дозу за счет этого вида облучения из дозы, обусловленной ЕРФ, и рассматривать его как компонент технологически измененного (в данном случае усиленного) радиационного фона.
Облучение внутри зданий за счет радона, торона и продуктов их распада в умеренных широтах примерно на 25% выше, чем в среднем по земному шару, что объясняется более высокой концентрацией этих радионуклидов в помещениях и сравнительно более кратковременным пребыванием людей на открытом воздухе по сравнению с зонами тропического и субтропического климата. Основными продуктами распада 222Rn, формирующими значительную долю облучения легких, являются короткоживущие альфа-излучающие изотопы свинца (см.) и полония (218Ро, 214Pb, 214Bi, 214Ро). Кроме того, в организм с воздухом вне помещений поступает в год ок. 108 пкюри (4 Бк) 210РЬ и ок. 27 пкюри (1 Бк) — 210Ро, относящихся к долгоживущим продуктам распада 222Rn. Курящие (20 сигарет в день) дополнительно с табачным дымом получают в год ок. 405 пкюри (15 Бк) 210РЬ и 540 пкюри (20 Бк) 210Ро. Алиментарным путем человек получает дополнительно примерно по 1080 пкюри (40 Б к) этих нуклидов. В северных районах вследствие наличия специфических пищевых цепей (см.) люди, потребляющие мясо северных оленей, получают с нищей в год ок. 3,78 нкюри (140 Бк) 210РЬ и 37,8 нкюри (1400 Бк) 210Ро, что обусловливает повышение дозы внутреннего облучения. Обобщенные данные о вкладе различных природных источников ионизирующего излучения в формирование РФ представлены в таблице 1.
Дозы облучения за счет технологически измененного естественного радиационного фона и полного радиационного фона в значительной мере определяются социально-экономическими факторами. Вследствие этого они в различных странах заметно варьируют. Их изучение началось сравнительно недавно и лишь по отдельным странам к 1983 году получена более или менее полная картина. В таблице 2 представлены данные, характеризующие удельные популяционные (средние индивидуальные) дозы облучения населения СССР за счет всех основных источников облучения (по опубликованным материалам Ин-та биофизики М3 СССР).
Данные таблицы 2 свидетельствуют о решающем вкладе в популяционную дозу естественного радиационного фона, технологически измененного естественного радиационного фона за счет пребывания в зданиях, а также рентгенологических и радиоизотопных диагностических исследований. Излучение, обусловленное искусственными радионуклидами, рассеянными в биосфере, имеет гораздо меньший удельный вес.
Влияние радиационного фона на здоровье является предметом изучения радиационной гигиены (см.). В литературе еще нет установившихся представлений о влиянии на здоровье человека малых доз ионизирующего излучения, характерных для РФ. Общепризнано, что облучение за счет РФ даже в регионах, где он повышен, не вызывает каких-либо специфических лучевых поражений. Распространены высказывания о важной роли, к-рую ЕРФ играл, являясь мутагенным фактором, участвующим в механизмах эволюции живых организмов (см. Радиационная генетика). Нек-рые специалисты полагают, что облучение в малых дозах играет положительную роль, стимулируя жизненные процессы и, во всяком случае, не оказывает вредного воздействия на организм. поскольку ЕРФ существует издревле и к нему люди, животные и растения должны были адаптироваться. Согласно современным представлениям о механизмах и эффектах биол. действия малых доз ионизирующих излучений, обобщенным в изданиях Международной комиссии по радиологической защите и Научного комитета по действию атомной радиации при ООН, РФ не оказывает положительного влияния на здоровье человека. Лечебный эффект радоновых ванн многие специалисты связывают скорее с действием температурных, химических и других нерадиационных факторов, но не с влиянием самого радона и его альфа-активных продуктов распада.
Не следует переоценивать роль ЕРФ и с точки зрения значения для эволюции. Ионизирующие излучения не являются единственным мутагенным фактором, существуют и другие мутагены — жесткая составляющая УФ-излучения Солнца, ионы металлов, продукты неполного сгорания органического топлива, биогенные факторы. В свете современных представлений о механизмах онкогенеза (см.) и индуцируемых ионизирующим излучением генетических повреждений имеются все основания считать, что нек-рая часть злокачественных опухолей и наследственных заболеваний, наблюдающихся у людей, обусловлена воздействием малых доз ионизирующего излучения, прежде всего за счет РФ и такого его компонента, как радон и его дочерние продукты. Вследствие наличия длительного латентного периода и возрастания вероятности развития злокачественных опухолей с увеличением накопленной дозы ионизирующего излучения индуцированные за счет РФ опухоли проявляются, как правило, в возрасте, когда у человека уже есть потомство. Этот факт, а также весьма низкая вероятность возникновения злокачественных опухолей и наследственных заболеваний под влиянием РФ свидетельствуют в пользу того, что человечество способно существовать и без развития адаптации каждого индивидуума к воздействию ионизирующих излучений на уровне РФ. Таким образом, имеются аргументы в пользу существования определенной, хотя и небольшой, опасности РФ для здоровья. В то же время аргументы, свидетельствующие о его благотворном влиянии на организм, менее убедительны. Вопрос о влиянии малых доз ионизирующих излучений, и в частности компонентов РФ, на здоровье еще нуждается в дальнейших исследованиях.
В СССР Национальной комиссией по радиационной защите при Минздраве СССР официально приняты нормативы, ограничивающие допустимое воздействие на население ТИЕРФ за счет естественных радионуклидов в стройматериалах. При крайне малых дозах, составляющих РФ, риск возникновения злокачественных опухолей и наследственных заболеваний еще меньше — он практически не обнаружим на фоне спонтанной заболеваемости. В таблице 3 показана теоретически ожидаемая частота возникновения злокачественных опухолей с летальным исходом и наследственных болезней среди населения СССР за счет воздействия различных источников ионизирующего излучения. Ее данные рассчитаны в Ин-те биофизики М3 СССР в соответствии с концепцией линейного беспорогового действия ионизирующего излучения (см. Радиационная гигиена).
Исходя из данных таблицы 3, а также используя эпидемиологические и статистические данные о распространенности рака и генетических нарушений, можно рассчитать, что естественный радиационный фон (без дозы, обусловленной пребыванием в зданиях) ответствен примерно за 1% наблюдающейся смертности от злокачественных опухолей.
Отрицательные последствия облучения, не носящие стохастического (вероятностного) характера (см. Пострадиационные эффекты), проявляются лишь при мощностях доз облучения, превосходящих фоновые в десятки и сотни раз.
Таблица 1. ГОДОВЫЕ ЭФФЕКТИВНЫЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ ЗА СЧЕТ ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В РЕГИОНАХ С НОРМАЛЬНЫМ РАДИАЦИОННЫМ ФОНОМ (зона умеренного климата)
Природные источники ионизирующего излучения
Годовая эффективная эквивалентная доза облучения в мбэр (мкЗв)
Ионизирующее излучение
Ионизирующее излучение представляет собой поток частиц, способных вызывать ионизацию вещества. При ионизации происходит отрыв электрона или нескольких электронов от атома, или молекулы, которые при этом превращаются в положительно заряженные ионы. Оторванные от атомов или молекул электроны могут присоединяться другими атомами, или молекулами, образуя отрицательно заряженные ионы.
Разряд заряженного электрометра, находящегося в воздухе, происходящий независимо от качества электрической изоляции прибора, заметил еще Шарль Кулон в 1785 г., но только в XX веке удалось объяснить обнаруженные им закономерности действием космических лучей, представляющих собой одну из составляющих естественного ионизирующего излучения.
Результат действия ионизирующего излучения называют облучением. Несмотря на многообразие явлений, которые возникают в веществе под действием ионизирующего излучения, оказалось, что облучение может быть охарактеризовано единой величиной, называемой дозой облучения.
Действие ионизирующего излучения в широком диапазоне доз скрыто от непосредственных ощущений человека и поэтому оно кажется ему одним из наиболее опасных факторов воздействия.
В быту и в некоторых отраслях науки, техники и медицины ионизирующее излучение принято называть просто радиацией. Строго говоря, это не совсем верно, т.к. сам по себе термин «радиация» охватывает все виды излучения, включая самые длинные радиоволны и потоки частиц любой сколь угодно малой энергии, а также волны деформации в веществе, например, звуковые волны. Тем не менее, употребление слова «радиация» применительно к ионизирующему излучению настолько вошло в привычку, что в науке прижились термины, сформированные на его основе, такие, как, например, радиология (наука о медицинских применениях ионизирующего излучения), радиационная защита (наука о методах снижения доз облучения до приемлемых уровней), естественный радиационный фон, и т.п.
Виды ионизирующих излучений
Это, по сути, поток элементарных частиц, ионов и электромагнитных волн, не видимых и не ощущаемых человеком. Однако, их действие может быть коварно. При определенном уровне облучения нарушаются биохимические и физические процессы в живых организмах. Это воздействие может привести к лучевой болезни и даже к смерти. Различные виды ионизирующего излучения различают по их ионизирующей и проникающей способности.
Чаще всего ионизирующие излучения делят на:
Корпускулярное ИИ состоит из частиц вещества – элементарных частиц и ионов, в т.ч. ядер атомов. Корпускулярное ИИ делят на:
Альфа-излучение (поток ядер гелия, возникающий в результате альфа распада ядер элементов) обладает высокой ионизирующей, но слабой проникающей способностью: пробег альфа-частиц в сухом воздухе при нормальных условиях не превышает 20 см, а в биологической ткани – 260 мкм. То есть слой воздуха 9-10 см, верхняя одежда, резиновые перчатки, марлевые повязки, даже бумага полностью защищают организм от внешних потоков альфа-частиц.
*Попадание источников альфа-частиц внутрь организма с воздухом, водой и пищей уже очень опасно.
 |  |
Бета-излучение (поток электронов или позитронов, возникающий в результате бета-распада ядер) имеет меньшую ионизирующую способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность. Поскольку максимальные энергии бета-частиц не превышают 3 МэВ, то от них гарантированно защитит оргстекло толщиной 1,2 см, либо слой алюминия в 5,2 мм. А вот на ускорителе с максимальной энергией электронов 7 МэВ от электронов защитит слой алюминия в 1,5 см, либо слой бетона шириной в 2 см.
*Интенсивность гамма лучей (Cs-137) уменьшают в два раза сталь толщиной 2,8 см., бетон – 10 см., грунт – 14 см., дерево – 30 см.
 |  |
По подсчетам научного комитета по действию атомной радиации ООН, средняя эффективная эквивалентная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет приблизительно 350 мкЗв, то есть немного больше средней дозы облучения через радиационный фон, который образуется космическими лучами.
Для улучшенной консервативной оценки эквивалентной дозы, в целях индивидуальной дозиметрии профессионально облучаемых работников и мониторинга рабочих мест вводят модельную, т.н. рабочую величину, именуемую амбиентным эквивалентом дозы.
«Отношение людей к той или иной опасности определяется тем, насколько хорошо она им знакома».
Настоящий материал – обобщённый ответ на многочисленные вопросы, возникающие пользователей приборов для обнаружения и измерения радиации в бытовых условиях.
Минимальное использование специфической терминологии ядерной физики при изложении материала поможет вам свободно ориентироваться этой в экологической проблеме, не поддаваясь радиофобии, но и без излишнего благодушия.
Опасность РАДИАЦИИ реальная и мнимая
«Один из первых открытых природных радиоактивных элементов был назван «радием»
— в переводе с латинского-испускающий лучи, излучающий».
Каждого человека в окружающей среде подстерегают различные явления, оказывающие на него влияние. К ним можно отнести жару, холод, магнитные и обычные бури, проливные дожди, обильные снегопады, сильные ветры, звуки, взрывы и др.
Благодаря наличию органов чувств, отведенных ему природой, он может оперативно реагировать на эти явления с помощью, например, навеса от солнца, одежды, жилья, лекарств, экранов, убежищ и т.д.
Ионизирующее излучение
Протоны частицы имеющие положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электронов.
Нейтроны нейтральные, не обладающие зарядом, частицы. Число электронов в атоме в точности равно числу протонов в ядре, поэтому каждый атом в целом нейтрален. Масса протона почти в 2000 раз больше массы электрона.
Источники радиации
Источники радиации бывают естественными, присутствующими в природе, и не зависящими от человека.
Еще один, как правило менее важный, источник поступления радона в помещения представляет собой вода и природный газ, используемый для приготовления пищи и обогрева жилья.
Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из глубоких колодцев или артезианских скважин содержит очень много радона. Однако основная опасность исходит вовсе не от питья воды, даже при высоком содержании в ней радона. Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в виде горячих напитков, а при кипячении воды или приготовлении горячих блюд радон практически полностью улетучивается. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате или парилке (парной).
ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТКАНИ ОРГАНИЗМА
Повреждений, вызванных в живом организме ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество этой энергии называется дозой, по аналогии с любым веществом поступающим в организм и полностью им усвоенным. Дозу излучения организм может получить независимо от того, находится ли радионуклид вне организма или внутри него.
Количество энергии излучения, поглощенное облучаемыми тканями организма, в пересчете на единицу массы называется поглощенной дозой и измеряется в Греях. Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее (в двадцать раз) бета или гамма-излучений. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; ее измеряют в единицах называемых Зивертами.
Следует учитывать также, что одни части тела более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения, возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения человека следует учитывать с различными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в Зивертах.
Заряженные частицы.
Проникающие в ткани организма альфа- и бета-частицы теряют энергию вследствие электрических взаимодействий с электронами тех атомов, близ которых они проходят. (Гамма-излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию веществу несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям).
Электрические взаимодействия.
За время порядка десяти триллионных секунды после того, как проникающее излучение достигнет соответствующего атома в ткани организма, от этого атома отрывается электрон. Последний заряжен отрицательно, поэтому остальная часть исходно нейтрального атома становится положительно заряженной. Этот процесс называется ионизацией. Оторвавшийся электрон может далее ионизировать другие атомы.
Физико-химические изменения.
И свободный электрон, и ионизированный атом обычно не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение следующих десяти миллиардных долей секунды участвуют в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, включая и такие чрезвычайно реакционно способные, как «свободные радикалы».
Химические изменения.
В течение следующих миллионных долей секунды образовавшиеся свободные радикалы реагируют как друг с другом, так и с другими молекулами и через цепочку реакций, еще не изученных до конца, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки.
Биологические эффекты.
Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или изменений в них.
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ
Представляют собой число распадов в единицу времени.
Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма.
1 мкЗв = 1/1000000 Зв
1 бер = 0.01 Зв = 10 мЗв Единицы эквивалентной дозы.
Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения.
Представляют собой дозу полученную организмом за единицу времени.
Поскольку в кирпиче и бетоне в небольших дозах присутствуют радиоактивные элементы, доза возрастает еще на 1,5 мЗв/год. Наконец, из-за выбросов современных тепловых электростанций, работающих на угле, и при полетах на самолете человек получает до 4 мЗв/год. Итого существующий фон может достигать 10 мЗв/год, но в среднем не превышает 5 мЗв/год (0,5 бэр/год).
Такие дозы совершенно безвредны для человека. Предел дозы в добавление к существующему фону для ограниченной части населения в зонах повышенной радиации установлен 5 мЗв/год (0,5 бэр/год), т.е. с 300-кратным запасом. Для персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, установлена предельно допустимая доза 50 мЗв/ год (5 бэр/год), т.е. 28 мкЗв/ч при 36-часовой рабочей неделе.
ЧЕМ ИЗМЕРЯЮТ РАДИАЦИЮ
Доктор физико-математических наук, Профессор МИФИ Н.М. Гаврилов
статья написана для компании «Кварта-Рад»