2.1. Радиационный фон Земли.

Ионизирующие излучения от природных источников, а также от радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека, создают радиационный фон (РФ). РФ воздействует на все население земного шара, в настоящее время имеет относительно постоянный уровень. В прошлом он неоднократно претерпевал резкие изменения.

РФ имеет 2 составляющих:

1. естественный РФ;

2. техногенно измененный РФ.

Оба компонента РФ участвуют в формировании эффективных доз облучения человека как за счет внешнего, так и за счет внутреннего облучения.

Естественный радиационный фон (ЕРФ) — совокупность ионизирующих излучений от естественных источников внеземного и земного происхождения. Все живые организмы постоянно подвергаются воздействию ионизирующего излучения, которое всегда существовало в природе. Подушная эффективная доза за год во всем мире, создаваемая естественными источниками излучения, составляет 2,4 мЗв (табл. 2-1). Однако индивидуальные дозы распределены в широком диапазоне: в любой большой популяции около 65 % людей будет иметь годовые эффективные дозы 1–3 мЗв, около 25 % — меньше 1 мЗв и 10 % — больше 3 мЗв.

Источником ионизирующих излучений внеземного происхождения является первичное космическое излучение, которое в окрестности Земли состоит из галактического космического излучения (генерированного в еще точно не известных, но удаленных от Земли объектах) и солнечных космических лучей. Средняя энергия космических частиц около 10⁸–10⁹ эВ. Первичное космическое излучение состоит в основном из протонов (90 %) и альфа-частиц; встречаются ядра лития, бериллия, бора и другие. Поток электронов составляет около 1,5 % потока всех космических частиц; позитронов в 5 раз меньше; в небольшом количестве обнаружены также гамма-кванты.

Таблица 2-1

Средняя доза облучения от естественных источников

Источник	Глобальная средняя годовая эффективная доза, мЗв	Типичный диапазон, мЗв
Внешнее облучение: космическое облучение гамма-излучение земного происхождения	0,4 0,5	0,3–1,0 0,3–0,6
Внутреннее облучение: вдыхание (главным образом радона) поступление с пищей	1,2 0,3	0,2–10 0,3–0,8
Всего	2,4	1–10

Магнитное поле Земли заметно влияет на первичное излучение, препятствуя вхождению в атмосферу низкоэнергетических частиц. В магнитном поле Земли существуют «ловушки», являющиеся естественным резервуаром для накопления заряженных частиц (в основном протонов и электронов). Такие зоны называют радиационными поясами Земли.

Первичное космическое излучение взаимодействует (а, точнее, поглощается) с атмосферой, в результате чего формируются вторичное космическое излучение (которое состоит из ионов, протонов, нейтронов, мюонов, электронов и фотонов) и космогенные радионуклиды, воздействующие на человека.

Интенсивность вторичного космического излучения зависит от толщины атмосферы: космическое излучение на уровне моря примерно в 100 раз менее интенсивно, чем на границе атмосферы и состоит в основном из мюонов; Северный и Южный полюса получают больше ионизирующих излучений, чем экваториальные области (за счет магнитного поля Земли).

При воздействии космических лучей на атмосферу, в ее верхних слоях происходят различные ядерные реакции, в результате чего образуются космогенные радионуклиды. Основное значение из них имеют: тритий (Н-3), С-14, Р-32, S-35, Be-7, Na-22 и Na-24.

Естественные источники ионизирующего излучения земного происхождения представлены радионуклидами 2-х групп:

А. Радионуклиды, входящие в радиоактивные ряды.

Б. Радионуклиды, не входящие в радиоактивные ряды.

А. Радионуклиды радиоактивных рядов

Радиоактивный ряд — это последовательность радионуклидов, образующихся в результате альфа- или бета-распада предыдущего элемента. Наиболее долгоживущие изотопы называются начальными для каждого из радиоактивных рядов.

Существует 4 радиоактивных ряда и, соответственно, 4 их родоначальника:

• ториевый ряд: наиболее долгоживущий изотоп – торий-232 (Th-232), период полураспада — 1.4∙10¹⁰ лет;

• 2 урановых ряда:

а) наиболее долгоживущий изотоп – уран-238 (U-238), период полураспада — 4.5∙10⁹ лет (рис.2-1);

б) наиболее долгоживущий изотоп – уран-235 (U-235), период полураспада — 7∙10⁸ лет;

• нептуниевый ряд: наиболее долгоживущий изотоп – нептуний-237 (Np-237), период полураспада — 2.2∙10⁶ лет.

Из сравнения периодов полураспада родоначальников радиоактивных рядов со временем существования Земли видно, что в настоящий момент Th-232 почти весь сохранился, U-238 распался лишь частично, а U-235 распался большей частью (т. е., в настоящий момент в земной коре U-238 больше, чем U-235 в 140 раз), изотоп Np-237 распался практически весь. В процессе превращения этих элементов в качестве промежуточных продуктов распада образуются радиоактивные изотопы радия, радона, полония, висмута, свинца, которые формируют значительную дозу облучения человека. Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации

Таблица 2-2