Естественные источники излучений

Космическое излучение.Это ионизирующее излучение, непрерывно падающее на поверхность Земли из мирового пространства (первичное космическое излучение) и образующееся в земной атмосфере в результате взаимодействия первичного космического излучения с атомами воздуха (вторичное космическое излучение).

Первичное космическое излучение образуется вследствие извержения и испарения материи с поверхности звезд и туманностей космического пространства. Оно состоит в основном из ядер легких атомов: водорода—протонов (79 %.), гелия — альфа-частиц (20 %), лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода и других элементов, большинство из которых обладают очень высокой энергией в интер­вале 3–15 ГэВ, а некоторые — 10¹¹ – 10¹⁸ эВ. Такие большие энергии первичные космические частицы приобретают в результате ускорения их в переменных электромагнитных, полях звезд, многократного ускорения в магнитных полях облаков космической пыли межзвездного пространства и в расширяющихся оболочках новых и сверхновых звезд. Однако лишь немногие частицы достигают поверхности Земли, так как они взаимодействуют с атомами воздуха, рождая, потоки частиц вторичного космического излучения. Поэтому основную массу космических лучей, достигающих поверхности Земли, составляет вторичное космическое излучение.

Вторичное космическое излучение очень сложно и состоит из всех известных в настоящее время элементарных частиц и излучений. Основную массу их, достигающих уровня моря, составляют: µ– и п– мезоны (70 %), электроны и позитроны (26 %), первичные протоны (0,05 %), гамма-кванты, быстрые и сверхбыстрые нейтроны.

Для оценки биологического воздействия (расчета дозы космического излучения) вторичное космическое излучение можно разделить по уровню энергии и составу на четыре компонента:

–– мягкий, или малопроникающий (объединяет электроны, позитроны, гамма–кванты и частично быстрые протоны с энергиями порядка 100 МэВ);

–– жесткий, или сильнопроникающий (состоит в основном из µ– мезонов с энергиями порядка 600 МэВ, небольшого количества сверхбыстрых протонов с энергией более 400 МэВ, альфа-частиц и незначительного количества п– мезонов);

–– сильноионизирующий (содержит продукты ядерных расщеплений: протоны, альфа-частицы, дейтроны, тритоны и более тяжелые осколки ядер с энергией 10–15 МэВ);

–– нейтронный (нейтроны различных энергий).

На уровне моря космическое излучение состоит в основном, как правило, из мягкого и жесткого компонентов.

Мягкий компонент поглощается слоями свинца толщиной 8–10 см и железа 15–20 см, жесткий проходит через свинец толщиной более 1 м, его можно обнаружить под землей и под водой на глубине нескольких километров.

Частицы мягкого и жесткого компонентов, обладая большими энергиями в веществе, создают наименьшую плотность ионизации. Поэтому их относительная биологическая эффективность (ОБЭ) приравнивается к 1.

Частицы сильноионизирующего компонента имеют большую плотность ионизации. Их ОБ приравнивается к ОБЭ протонов, нейтронов и альфа–частиц с энергией 10–15 МэВ и равна 10. На уровне моря сильноионизирующий компонент составляет 0,5%, а слабоионизирующий –99,5 %.Поскольку трудно учесть плотность ионизации осколков ядер с ОБЭ более 10, этот показатель космического излучения считают приблизительно равным 2.

Проведенные измерения показали, что на уровне моря за счет космических лучей образуется 2,74 пары ионов в 1 см3 воздуха за 1 с. Это соответствует мощности дозы 1,15•10^–11 Гр/с.

Доза космических лучей в биологических тканях на 11 % больше, чем в воздухе, так как сверхбыстрые нейтроны, сталкиваясь с ядрами атомов С, N и О биологической ткани, вызывают их расщепление с образованием быстрых нейтронов, которые создают в тканях дополнительную, ионизацию. Исходя из этого установлено, что доза в ткани за сутки составляет 1 мкГр, за год — 0,4 мГр (40 мрад). На высоте 2000 м над уровнем моря доза в 3 раза больше, а на высоте 3 км в 5–6 раз. Доза облучения на высоте 10–12 км (авиаполеты) в 30 раз больше, чем на уровне моря.

Природные радиоактивные вещества. Их можно разбить на три труппы.

В первую группу входят U и Th (радиоактивные семейства) с продуктами их распада.

Ko второй группе относят изотопы не вошедшие в радиоактивные ряды с большим периодом полураспада: К–40 и Rb–87, Са–18, Zr–96 и другие.

К третьей группе принадлежат радиоактивные изотопы (космогенные) С–14, Н–3, Ве–7, Ве–10 и другие образующиеся непрерывно в атмосфере под действием космического излучения.

Распад К–40 сопровождается относительно жестким бета– и гамма–излучением. Изотоп К–40 широко рассеян в почвах и прочно удерживается глинами в следствие процессов сорбции. Глинистые почвы почти везде богаче радиоактивными элементами, чем песчаные и известняки. Внутреннее облучение за счет К–40 примерно 20 мбэр/год.

Радиоактивные тяжелые элементы (U, Th, Ra) содержатся преимущественно в горных гранитных породах. В разных районах земного шара доза гамма-излучения различных земных пород у поверхности 3емли колеблется в значительных пределах 0,26-11,5 мГр/год (26–1150 рад/год).

Во флоре и фауне концентрация естественных радионуклидов, как правило, ниже, чем в почвах, на которых произрастает растительность и обитают животные. Это объясняется тем, что большинство естественных радионуклидов плохо усваиваются растениями и животными, имало попадают в организм человека. Исключение составляют К–40, С–14, Н–3, которые усваиваются растениями и животными весьма интенсивно.

Техногенный радиационный фон обусловлен применением строительных материалов минерального происхождения, использованием минеральных удобрений, сжиганием ископаемого топлива, использованием в питьевых целях подземных вод, применением светосоставов постоянного действия в приборах, рентгено – и радиодиагностики, деятельностью ядерного топливного цикла, длительное время пребывание в плохо проветриваемых помещениях. Поступление в организм радона и его ДПР, которые эманируют из строительных материалов, поступают в воздух помещений из грунта под зданием и из природного газа и подземных вод. Засчет этого доза может достигать 135 мбэр/год (1,35 мЗв/год), а в легких до 700 мбэр/год (7мЗв/год).

Суммируя все дозы получим, что средняя индивидуальная доза может достигать 3 – 4 мЗв/год (300–400 мбэр/год).

Итак, природный радиационный фон является одним из экологических факторов для всех живых организмов Земли. Действие его извечно, непрерывно, отличается большой вариабильностью.

Поиск по сайту: