Тема № 2

1. Естественный радиоактивный фон (ерф)

Когда Беккерель открыл излучение урана, а супруги Кюри выделили радий и предложили термин “радиоактивность”, то узкий круг ученых, заинтересовавшихся этими явлениями, не говоря уже о широкой общественности, и не подозревал, что эти открытия знаменовали начало новой эры наших знаний о природе материи, о ряде общекосмических явлений. В дальнейшем было доказано, что атомная радиация является физическим фактором, постоянно присутствующим в окружающей среде и подобно теплу, гравитации, магнетизму, электричеству непрерывно действуют на живой организм (А.М. Кузин “Проблемы современной радиобиологии”, 1987).

Свойство атомной радиации ионизировать молекулы, в том числе и молекулы воздуха, было использовано для создания чувствительных приборов, позволяющих определять очень малые количества радиоактивных излучений. Было показано, что радионуклиды в мелкодисперсном состоянии находятся во всех породах земной коры, в воде и воздухе. В 1912 немецкий физик В. Гесс показал, что на высоте 4800 м от поверхности Земли радиоактивность в 4 раза превышала величины, наблюдаемые на поверхности земли. Вывод был один: кроме атомной радиации, испускаемой земными породами, такая же радиация падает на Землю из космоса. Так были открыты космические лучи. Исследование космических лучей показало, что они состоят из высокоэнергетических протонов (90 %), a-частиц (9 %) и других ядер многих легких атомов (литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород, фтор) и нейтронов, фотонов и электронов (1 %). Часть из них задерживается магнитным полем Земли, но значительная доля проникает в стратосферу, где, сталкиваясь с ядрами атомов азота, превращает его в радионуклид углерода. Другие ядерные реакции с кислородом, водородом, углеродом приводят к образованию радионуклидов трития, бериллия и натрия. Первичные космические частицы при этом распадаются на протоны, нейтроны и p-мезоны. Этот процесс получил название - образование ливня вторичных космических частиц.

Большая часть первичного космического излучения, природа которого до конца еще не выяснена, возникает в пределах нашей Галактики в результате извержения и испарения материи при звездных взрывах и образовании сверхновых звезд. Это - галактическое космическое излучение. Кроме того, при солнечных вспышках возникает солнечное космическое излучение. Средний “возраст” галактического излучения, то есть длительность его прохождения из Галактики, составляет 10⁶-10⁷ лет.

В январе 1997г. гигантское магнитное облако, выпущенное Солнцем, охватило нашу планету оно двигалось с поразительной скоростью - 450 км/с. Благодаря спутниковым дозорам это довольно нередкое явление было изучено с момента своего зарождения, прослежены движения облака и его “удар” о магнитосферу Земли, защищающую нашу планету от солнечного ветра. Произошли большие магнитные бури, а в верхней атмосфере планеты возникли полярные сияния.

Облако по мнению специалистов составляло в диаметре 26 миллионов километров и состояло из протонов и электронов. Два спутника, СОХО и ВИНД, которые обращаются вокруг земли на дальнем расстоянии, зарегистрировали прохождение этого облака. Спутник СОХО первым обнаружил начало выброса. Находясь на расстоянии 1,5 миллиона километров от нашей планеты, где влияние притяжения Земли и Солнца уравновешивают друг друга, спутник зарегистрировал, что миллиарды тонн материи выброшены в пространство. Три четверти часа спустя после СОХО настала очередь спутника ВИНД встретится с облаком. Через несколько минут облако достигло границы магнитосферы Земли.

Подобно теннисной ракетке ударяющей по мячу, облако “ударило” по магнитосфере и сжало до такой степени, что ее граница, обычно находящаяся на расстоянии примерно в 60 тыс. км от поверхности планеты, придвинулось значительно ближе к земле. Если эта граница опускается ниже 36 тыс. км: высота на которой обращаются геостатические спутники, то подобное может привести к лишению Земли магнитной защиты и вызвать сильные геомагнитные бури. Так, когда облако завершило свой визит на Землю, американский спутник связи внезапно перестал функционировать. Геостационарные спутники не единственные потенциальные жертвы возмущений земного магнитного поля. Сильная геомагнитная буря может лишить электричества, создав сверхвысокое напряжение на линиях электропередач. Геомагнитные бури неблагоприятно влияют на радиосвязь и могут осложнить безопасность авиатранспорта. Не следует забывать также про жертвы другого рода - мигрирующих животных, которые использую земное магнитное поле для ориентации (Газета “Монд”, Париж).

Энергия частиц галактического космического излучения очень велика и составляет 10¹²-10¹⁴ МэВ. На самом современном фазотроне можно ускорять частицы до энергии порядка 10⁵ МэВ. Энергия частиц, возникающих при солнечных вспышках, значительно ниже - 1-40 МэВ. Вторичное космическое излучение обладает значительной энергией, чтобы вызвать ряд ядерных превращений. На высоте 45 км преобладает первичное космическое излучение, а на высоте 20-25 км преобладает энергия вторичных космических лучей. Средняя суммарная эквивалентная доза, создаваемая всеми компонентами космического излучения на уровне моря составляет 0,37 мЗв/год (37 мБэр/год).

Естественная индивидуальная годовая норма радиации для человека составляет в среднем 2,4 мЗв/год (1-5 мЗв/год).

Рис. 2.1. Источники радиационного облучения: относительные доли в средние индивидуальные дозы облучения.

Где: 1 - естественный фон радиации, 2 - облучение в медицинских целях, 3 - испытательные взрывы, 4 - выработка энергии, 5 - профессиональное облучение.

Рис. 2.2. Расчетные годовые дозы радиации на человека от естественных источников излучения.

Уровни космического излучения на поверхности Земли относительно стабильны, но на полюсах излучение выше чем на экваторе. В зависимости от высоты над уровнем моря происходит увеличение ионизирующего излучения практически вдвое через каждые 1500 м. Поэтому проживание в горах ведет к превышению среднегодовой дозы излучения.

Наиболее важным источником излучения от земной поверхности являются К⁴⁰, Rb⁸⁷, U²³⁸ и Th²³². Другие радионуклиды, в том числе, из семейства актиноурана вносят незначительный клад в общее радиоактивное облучение. В целом, магматические горные породы, такие как гранит, более радиоактивны. Из осадочных пород большую дозу вносят сланцы и фосфориты. Высокий уровень земного излучения наблюдается в Индии (богатые торием моноцитовые пески), превышение радиоактивного фона в 1000 раз. В Бразилии, например, есть район, излюбленное место отдыха на берегу атлантического океана, где пребывание на пляже увеличивает дозу в 250 раз от ЕФО от облучения торием, радоном и их дочерних радионуклидов.

Более характерно усиление облучения в домах и различных помещениях, построенных из таких материалов, как, например, кирпич, бетон, содержащих повышенное количество радия. Как известно, радий, распадаясь, выделяет газ радон. Радон - a-излучатель, но распадаясь, он дает ряд дочерних радионуклидов, излучающих a, b и g-лучи. Все они создают определенную радиоактивность помещения. концентрация радона в помещениях колеблется от 0,44 до 590 Бк/м³. В среднем за счет радона и его дочерних продуктов распада население получает за год (мкЗв) в Англии - 590, Швеции - 4300, Польше - 700, Венгрии - 9340, США - 1530. Следует отметить, что в некоторых курортных городах, известных своими радиоактивными источниками таких, как Цхалтуба, Пятигорск, Белокуриха, Визбаден уровень радиоактивности значительно выше.

Таким образом, ЕФО зависит от образа жизни населения, материалов из которых построены их дома, состава воды, которую они пьют, воздуха, которым они дышат, и продуктов, которыми они питаются.