9.5.1. Естественный радиационный фон

Все живое на Земле возникло и развивалось в условиях постоянно действующего естественного радиационного фона. Этот естественный фон не оставался неизменным в течение геологической эволюции Земли. Таким образом, все живые организмы на Земле, включая человека, получают от естественных источников определенную дозу облучения. В современных условиях эквивалентная доза облучения, обусловленная естественным радиационным фоном, в среднем равна 2,4 мЗв в год.

Существует три точки зрения на биологическую роль малых доз облучения.

Первая из них, на которой основаны все современные расчеты риска облучения, заключается в том, что любой сколь угодно малой поглощенной дозе соответствует определенный вредный эффект. Эта точка зрения базируется на гигиенической презумпции – лучше переоценить возможный вредный эффект, чем недооценить. Каких-либо убедительных научных данных, подтверждающих или опровергающих эту точку зрения, для области малых доз нет.

Вторая точка зрения противоположна первой: считается, что естественный радиационный фон необходим для нормального развития всего живого. В подтверждение справедливости этой точки зрения приводятся данные о наличии стимуляционных эффектов при облучении малыми дозами разных видов живых организмов (микроорганизмов, растений, животных, человека). Имеются результаты экспериментов, в которых уменьшение дозы облучения за счет естественного фона вело к торможению роста организмов.

Наконец, третья точка зрения заключается в том, что имеется некоторый порог в действии ионизирующего излучения на живые организмы, ниже которого облучение никакого вредного воздействия на организм не оказывает.

Естественную радиацию образуют излучение, попадающее на Землю из космоса (космическая радиация), на долю которого приходится приблизительно 1/6 естественного фона, и излучение радиоактивных элементов, содержащихся в земных породах, строительных материалах, пище и т.д. (земная радиация), на долю которого приходится около 5/6 естественного фона. Естественные источники радиации могут создавать как внешнее (космическая радиация, излучение радиоизотопов в почве, строительных материалах и т.д.), так и внутреннее (с продуктами питания, водой, вдыхаемым воздухом) облучение.

Космическая радиация.Космическая радиация бывает двух типов – галактическая и солнечная – и представляет собой мощные потоки электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн и потоки различных частиц с высокой энергией: протонов (более 90 %),-частиц (около 7 %), ядер углерода, азота, кислорода (около 1 %), более тяжелых ядер, включая уран (10^-4%), электронов и позитронов (около 1 %) и др. Такой состав космическое излучение имеет на границе атмосферы Земли. При взаимодействии космического излучения с атомами атмосферы возникает вторичное космическое излучение и образуются различные радионуклиды.

Различные участки земной поверхности в различной степени подвержены действию космической радиации: районы вблизи Северного и Южного полюсов получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы, из которых в основном и состоят космические лучи.

Уровень космической радиации возрастает с высотой, поскольку с высотой уменьшается защитное действие атмосферы Земли. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем в год за счет космической радиации эффективную эквивалентную дозу, равную 0,3 мЗв, для людей же, живущих на высоте 2000 м, эта величина в несколько раз больше. При подъеме с высоты 4000 м (деревни шерпов на склонах Эвереста) до 12000 м (высота полета крупных авиалайнеров) уровень облучения за счет космической радиации возрастает в 25 раз. При трансатлантическом перелете из США в Европу пассажиры и экипаж обычного турбореактивного самолета (высота полета – 12000 м) получают эффективную эквивалентную дозу около 0,05 мЗв, а пассажиры и экипаж сверхзвукового самолета (высота полета – 20000 м) – на 20 % меньше за счет того, что, хотя они и подвергаются более интенсивному облучению, но значительно более короткое время. Всего человечество за счет авиатранспорта получает в год коллективную эффективную эквивалентную дозу около 2000 Зв.

Земная радиация.Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, – это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от тория-232 и урана-238. Из горных пород радионуклиды попадают в воду и почву, затем – в растения, и по трофическим сетям – во все остальные организмы, включая человека. Газообразные продукты распада радиоактивных изотопов попадают в атмосферу.

За счет источников земной радиации возможно как внешнее, так и внутреннее облучение.

Внешнее облучение обусловлено радиоактивными изотопами, присутствующими в земной коре, почве, строительных материалах, воздухе.

Концентрация радиоактивных изотопов в почве в местах проживания основной массы населения Земли примерно одинакова. Согласно исследованиям, проведенным во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США, примерно 95 % населения этих стран живет в местах, где эффективная эквивалентная доза облучения, обусловленная указанной причиной, в среднем составляет от 0,3 до 0,6 мЗв в год. Но в некоторых районах этих стран дозы заметно выше: 3 % населения получает в среднем 1 мЗв в год, а около 1,5 % – 1,4 мЗв в год. Однако, на Земле есть районы, где уровень радиации, обусловленный радиоактивными изотопами в почве, значительно выше. В Бразилии в 200 км к северу от города Сан-Паулу на небольшой возвышенности уровень радиации в 800 раз превосходит средний, и годовая эквивалентная доза достигает 250 мЗв, а в двух населенных пунктах, расположенных на 600 км восточнее этой возвышенности на берегу Атлантического океана годовые эквивалентные дозы составляют от 8 до 15 мЗв на улицах и до 175 мЗв на пляжах. Как оказалось, оба населенных пункта стоят на песках, богатых торием. В Индии на прибрежной песчаной полосе протяженностью 55 км, на которой проживает 70000 человек, по той же причине годовая эквивалентная доза составляет от 3,8 мЗв до 17 мЗв. В Иране в районе города Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, годовая эквивалентная доза составляет до 400 мЗв. Известны и другие места с повышенным уровнем радиации, например, во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре. Как правило, природными радионуклидами более насыщены гранитные породы, а радиоактивность известняковых и песчаных пород ниже.

Из горных пород, почвы и т.п. радиоактивные элементы могут попасть в строительные материалы, внося, тем самым, дополнительный вклад во внешнее облучение человека. Так, например, годовые поглощенные дозы -облучения составляют: для зданий, построенных из дерева, – до 0,5 мГр, в кирпичных зданиях – до 1 мГр, в железобетонных – до 1,7 мГр. Усредненная мощность поглощенной дозы для помещений равна 6·10^-5мГр/ч. С учетом времени пребывания человека в помещениях (коэффициент 0,8) годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения внутри помещений составляет 0,29 мЗв. В таблице 9.9 приведены данные о средней удельной радиоактивности строительных материалов, применяющихся в разных странах.

Таблица 9.9