Естественные источники излучения

Лекция 4. Источники ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения (ионизирующая радиа​ ция) не являются каким-либо необычным или новым фак​ тором на Земле. Все живое и неживое во все эпохи под​ вергалось ее воздействию. Более того, имеются все ос​ нования предполагать, что в те времена, когда жизнь на нашей планете лишь зарождалась, дозы ионизирующей радиации были гораздо выше, чем сейчас. В настоящее время на живые организмы во внешней среде могут од​ новременно действовать несколько источников излуче​ ний, среди которых выделяют следующие основные виды:

1. Естественное (природное) излучение.

2. Излучение от искусственных радионуклидов.

3. Излучение от источников, применяемых в медици​ не и быту.

4. Профессиональное облучение.

Естественные источники излучения

Естественное, или природное, излучение является обы​ чной составной частью биосферы, экологическим фак​ тором, воздействующим на все живое и образующим так называемый «естественный», или природный, радиацион​ ный фон. Оно формируется за счет трех источников: космическогоизлучения; излучения внешних земных источ​ ников и излучения внутренних источников.

В космическом излучении выделяют галактическое излучение, приходящее на Землю извне Солнечной сис​ темы – из окружающего ее галактического пространства, и солнечное излучение, обусловленное активностью Солн​ ца. Галактическое излучение представляет собой поток частиц высокой энергии, преимущественно протонов – первичное излучение, а также вызываемое ими в резуль​ тате взаимодействия с атомными ядрами компонентов, со​ ставляющих атмосферу Земли, вторичное излучение, в котором встречаются практически все известные эле​ ментарные частицы: нейтроны, протоны, электроны, ме​ зоны, мюоны и другие. Солнечное космическое излучение играет важную роль за пределами земной атмосферы, но, обладая по сравне​ нию с галактическим низкой энергией, не приводит к заметному увеличению дозы излучения на по​ верхности Земли, задерживаясь и рассеиваясь в атмо​ сфере. Поэтому естественно интенсивность космическо​ го излучения зависит от географического расположения объекта и возрастает с высотой над уровнем моря.

Внешнее излучение земных источников определяется естественной радиоактивностью земной коры, воды и ат​ мосферы. В земных породах, рудах, почвах содержится около 70 радиоактивных изотопов 25 элементов, кото​ рые подразделяют на две категории: первичные и космогенные. В первичных, в свою очередь, выделяют две группы радионуклидов. К первой относят радионуклиды трех тяжелых элементов ²³⁸U (уран), ²³⁵U и ²³²Тh (то​ рий). Каждый из них является родоначальником радио​ активного семейства, соответственно урана, актиния и тория. Подвергаясь многоступенчатому альфа- и бета-распаду, эти элементы образуют ряд радиоактивных изо​ топов, среди которых наибольший вклад в радиоактив​ ность вносят ²²⁶Ra (радий), ²²²Rn (радон), ²²⁰Rn, ²¹⁰Ро (полоний).

Во вторую группу входят изотопы элементов, не об​ разующие семейств. К ним в первую очередь относят ⁴⁰К (калий), ⁴⁸Са (кальций), ⁸⁷Rb (рубидий), ⁹⁶Zr (цир​ коний), ¹³⁸La (лантан), ¹⁴⁷Sm (самарий), ¹⁷⁶Lu (люте​ ций). В некоторых породах, включающих органические вещества (уголь, сланцы), содержится радиоактивный изотоп углерода ¹⁴С. Основной вклад в естественную ра​ диоактивность из элементов этой группы вносит калий.

Космогенные радионуклиды образуются в основном в атмосфере при взаимодействии космического излучения с ядрами азота, кислорода и аргона, а затем поступают на земную поверхность с атмосферными осадками. К ним относятся ³Н (тритий), ¹⁴С, ⁷Ве (бериллий), ²²Na (нат​ рий), ²⁶А1 (алюминий), ³²Р (фосфор), ³⁶С1 (хлор) и не​ которые другие. Именно они определяют радиоактивность атмосферы вместе с содержащимися в нижних ее слоях газообразными продуктами урана и тория — ²²²Rn и ²²⁰Тп (тороном). Но концентрация последних быстро падает с удалением от поверхности Земли.

Естественные радиоактивные элементы в своем боль​ шинстве являются долгоживущими. Период полураспа​ да некоторых из них достигает 10⁸—10¹⁰ лет. Хотя сре​ ди них немало и таких, период полураспада которых измеряется секундами и даже микросекундами. Их изу​ чение имеет лишь теоретическое значение, помогая по​ нимать механизм превращения одних элементов в дру​ гие.

Совершенно понятно, что вода содержит радионукли​ ды, имеющиеся и в земной коре, и в атмосфере.

Содержание радионуклидов в земной коре и воде ва​ рьируется в очень широких пределах. Соответственно ва​ рьируется и естественный радиационный фон в различных точках земной поверхности. Осадочные породы, как пра​ вило, слаборадиоактивны. Изверженные горные поро​ ды (гранит, базальт) содержат значительно большее ко​ личество радионуклидов. Очень богаты торием и радием так называемые «монацитовые пески», основу которых составляет минерал монацит — фосфат редкоземельных элементов преимущественно цезиевой группы. Известны и радиоактивные водные источники. В таких районах ра​ диоактивный фон может во много раз превышать обыч​ ный. Так, если мощность дозы природного фона в различных частях нашей планеты колеблется в основном в пределах 8-12 мкР/ч, составляя в среднем 10 мкР/ч, то в некоторых районах СССР, Франции, Швеции, США этот показатель достигает 20—50 мкР/ч. А в Индии, Бра​ зилии, Иране есть провинции, где мощность дозы естест​ венного радиационного фона в десятки и сотни раз пре​ вышает среднемировые уровни.

Внутренними источниками облучения являются ра​ дионуклиды, попадающие в растения, в организм живот​ ных и человека с воздухом, водой, элементами питания. Практически это все из вышеперечисленных внешних ис​ точников облучения. Но наиболее высокий вклад во внут​ реннее облучение из них дают ⁴⁰К, ^I4C, ⁸⁷Rb, ^2IOPo, ²²⁶Ra, а также²²⁰Rn и ²²²Rn. Но различные организмы способны по-разному поглощать и накапливать в своих тканях и органах отдельные радиоактивные элементы и поэтому вклад внутреннего облучения в общее оказывается не​ одинаковым.

Таким образом, живые организмы постоянно подвер​ гаются воздействию ионизирующих излучений от указан​ ных трех источников, образующих естественный радиа​ ционный фон. Это и есть та радиационная обстановка, в которой, по меньшей мере последние миллионы лет, су​ ществовало и развивалось все живое на нашей планете. Считается, что она является одним из главных факторов естественного мутагенеза, играющего важную роль в эво​ люции живых организмов, а также одной из причин воз​ никновения злокачественных новообразований и наслед​ ственных заболеваний.

Следует однако отметить, что с прошлого века естес​ твенный радиационный фон начал возрастать. Это яви​ лось результатом деятельности человека и индустриа​ лизации хозяйства, которая привела к поступлению из недр земли в окружающую среду большого количества радионуклидов вместе с такими полезными ископаемыми, как каменный уголь, нефть, газ, строительные материалы, руды металлов, удобрения и многими другими.