В табл. 2 представлены дозы облучения человека космическими излучениями в разных условиях существования.
Земная радиация
Все живое на Земле находится под постоянным воздействием излучений от рассеянных в окружающей нас природе радиоактивных нуклидов. Одни из них постоянно образуются в атмосфере и на поверхности Земли в результате ядерных реакций, осуществляемых космическими лучами. Как уже говорилось выше, захват нейтрона атомом азота ведет к образованию радиоактивного углерода С14. За счет ядерных столкновений образуются радионуклиды Н3 (тритий), Be7 (радиоактивный изотоп бериллия), Na22 и Na24 (радиоактивные изотопы натрия). С точки зрения внешних облучателей С14 и Н3 не принимаются во внимание ввиду очень мягкого излучения этих изотопов. Радиоактивные бериллий и натрий дают высокоэнергетичные и, следовательно, глубоко проникающие β- и γ-излучения, т. е. участвуют во внешнем облучении живых организмов. Однако их образуется настолько мало, что удельный вклад в общую облученность оказывается ничтожным.
Иначе обстоит дело с естественными радионуклидами, такими, как уран, торий и радиоактивный изотоп калия (К40), и продуктами их распада. Как известно, уран-238 образует целую серию продуктов распада. В табл. 3 приведена характеристика лишь наиболее интересных из них с точки зрения их участия в облучении биосферы.
Многие короткоживущие, промежуточно образующиеся нуклиды являются также и β-излучателями. Природный радий, например, излучает α-, β- и γ-лучи, так как всегда содержит некоторое количество таких продуктов распада (дочерние элементы).
Длительно живущие элементы — уран, радий, свинец-210– составляют значительную часть земного излучения. Радон всегда присутствует в приземном воздухе, вызывая облучение поверхности тела и легких при его вдыхании.
То же можно сказать и о втором широко распространенном естественном радионуклиде — тории (Th232), имеющем время полураспада (в. п.) 1,41×1010 года. При распаде радиоактивного тория образуются радий-228 (в. п. 5,8 лет), торий-228 (в. п. 1,9 года), короткоживущий радон-220 (в. п. 55 с), превращаясь в конечном результате в стабильный изотоп свинца Рb208.
Наконец, третий, самый распространенный естественный радионуклид — это радиоактивный 40К постоянно сопровождающий природный, стабильный калий, имеющий время полураспада 1,26×109 лет и испускающий при распаде β = (1,38 МэВ) и γ = (1,46 МэВ) лучи. Концентрация этих радионуклидов в окружающих нас породах колеблется в широких пределах (табл. 4).
*[6]
Радиоактивность почв тоже сильно варьирует в зависимости от сорбционных свойств, путей образования, промывания сточными водами (различие по величине в 5–6 раз).
Облучение от земных радионуклидов в большой степени зависит от снежного покрова, влажности почвы и даже времени суток. Действительно, слой снега и большая влажность экранируют излучения почвы, и общая доза в приземной атмосфере снижается. Ночью с понижением температуры газообразный радон рассеивается медленнее, чем днем в жаркую погоду, и доза облучения на поверхности почвы возрастает.
В различных частях света, в разных странах и отдельных местностях концентрация естественных радионуклидов подвержена значительным колебаниям, и соответственно изменяется средняя облученность населения.
Измерения средней поглощенной дозы от земного излучения (на высоте 1 м от поверхности) в разных странах показали, что она изменяется от 9–7 мкрад/ч в ГДР, Швеции, Италии — до 5,8–5,0 в Польше, ФРГ, Австрии, падая до 4,5–3,6 в США, Японии и Индии. Средние различия достигают более чем двукратного размера. Более сильные отклонения обнаружены в отдельных районах и местностях. При обследовании населения и получаемой им дозы в различных районах четырех стран (США, ФРГ, Италия и Япония) обнаружены колебания средней поглощенной дозы в 4–5 раз.
Еще более сильные отклонения от средних величин зафиксированы в отдельных районах, содержащих повышенные концентрации природных радионуклидов в основных породах. Подобные районы есть в Италии, Франции, Индии, Бразилии, Нигерии, на Мадагаскаре и в других странах. Такие районы наиболее изучены в Индии и Бразилии. В Индии вдоль юго-западного берега океана, в штатах Керала и Тамиль Наду, расположена местность (протяженность 250 км, глубина до 0,5 км), очень богатая моноцитом, содержащим торий, его продукты распада и редкие земли. Количество тория в моноцитовых песках доходит до 8–10 % —это чрезвычайно высокая концентрация, не встречающаяся в других странах мира. В этой прибрежной полосе произрастают пальмы и другие виды растительности, обитают многие представители животного царства. В штате Керала в этом районе проживает около 70 тыс. коренного населения. Вычисленная для него средняя мощность облучения равна 130 мкрад/ч, или 1130 мрад/год, т. е. в 10 раз больше средней мировой величины. (Эта доза варьировала от 130 до 2814 мрад/год.)
В Бразилии подробно исследовалась обширная область вдоль побережья Атлантического океана в штатах Эспириту-Санту и Рио-де-Жанейро, богатая моноцитовыми песками. На прибрежных моноцитовых песках расположены три города: Гуарапари, Миайпе и Кумуруксатиба.
В Гуарапари проживает около 12 тыс. жителей. Это приятное место для летнего отдыха и купания в океане. Каждый год летом около 30 тыс. отпускников приезжают сюда отдыхать. Мощность облучения, измеренная на улицах Гуарапари, колебалась от 100 до 200 мкрад/ч, а в отдельных местах прибрежного пляжа (моноцитовые пески) поднималась до 2000 мкрад/ч. Близкие величины радиоактивности (от 100 до 1000 мкрад/ч) обнаружены и в поселке рыбаков на побережье (в 50 км от Гуарапари), в котором проживает около 300 человек. В городе Кумуруксатиба мощность облучения несколько ниже — в среднем около 50 мкрад/ч.
Другой район в Бразилии с повышенной радиоактивностью расположен в штате Минас-Жеранс, на вулканических породах, где находятся города Покос-де-Калдас и Аракса-Тапира. Наибольшая радиоактивность установлена недалеко от города Покос-де-Калдас. Мощность дозы здесь доходила до 2800 мкрад/ч. В области города Аракса-Тапира, богатой апатитами, средняя мощность дозы была около 400 мкрад/ч.
В Иране, в городке Рамзар, на площади в несколько квадратных километров, богатой радиоактивными источниками, отмечена мощность облучения в воздухе от 200 до 500 мкрад/ч. Во Франции имеются ограниченные районы с радиацией в 200 мкрад/ч, доходящей в немногих местах до 10000 мкрад/ч. Районы с повышенной естественной радиоактивностью есть и в других странах (в Канаде, Чехословакии, Южной Африке, СССР). Как правило, они связаны с выходом радиоактивных вод, с залежами урана, с породами, содержащими высокие концентрации тория. Приведенные цифры говорят о том, что облученность людей и тем более наземной и почвенной фауны и флоры может в 100 и 1000 раз превосходить средние уровни по стране или всей поверхности Земли.
6
Единица измерения активности радионуклидов получила название Кюри (Ки). Для малых активностей используют Пикокюри (пКи); Ки=1012 пКи.