23.1. Природна радіоактивність водних об'єктів

Протягом еволюції біосфери на життєві процеси постійно діють іонізуючі випромінювання. Гідробіонти також зазнають дії іонізуючих випромінювань. Основну частину опромінення вони отримують від природних джерел радіації, до яких належать космічне випромінювання і природні радіоактивні ізотопи, або радіонукліди, що містяться в земній корі, атмосфері, гідросфері та біоті.

У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею радіоактивності є Бекерель (Бк): 1Бк = 1 розпад/с. Для вимірювання радіоактивності інколи використовують позасистемну одиницю Кюрі (Кі).

Кількість енергії, поглинутої одиницею маси опроміненої речовини, прийнято називати поглинутою дозою. Одиницею поглинутої дози є Грей (Гр): 1Гр = 1Дж/кг.

Час, протягом якого радіоактивність елемента зменшується вдвічі, називається періодом піврозпаду Т. Період Т_1/2 може тривати від мікросекунди до багатьох мільярдів років.

Внаслідок природних процесів вилуговування, вивітрювання та ерозії гірських порід, а також діяльності людини у біосфері відбувається безперервна міграція природних радіонуклідів. Видобуток і переробка десятків мільярдів тонн різних гірських порід призводить до викиду у біосферу практично всіх відомих природних радіонуклідів. Найвищі рівні радіоактивності у компонентах біосфери відзначаються в районах розташування уранових підприємств і родовищ радіоактивних руд, так званих уранових і торієвих провінцій. Істотним джерелом надходження у біосферу природних Радіонуклідів є природне органічне паливо, що використовується транспортом, енергетичними установками і тепловими електростанціями. Застосування мінеральних добрив у сільському господарстві супроводжується накопиченням природних радіонуклідів в орних ґрунтах, рослинах і водоймах.

Природний радіаційний фон обумовлюється природними радіонуклідами, які поділяються на дві групи. Перша група - радіонукліди, що безперервно утворюються при взаємодії космічного випромінювання з ядрами атомів атмосфери j земної кори. Друга — радіонукліди і продукти їх розпаду, які містяться в земній корі та гідросфері. Серед останніх основний внесок у дозове навантаження формується радіонуклідами калію (⁴⁰К), рубідію (⁸⁷Rb), урану (²³⁵U, ²³⁸U) та торію (²³²Th).

В атмосферному повітрі невелика кількість радіонуклідів перебуває у вигляді аерозолей і газів. Це радон (²²²Rn), джерелом якого є радій (²²⁶Ra), що міститься в ґрунті і гірських породах. У поверхневому шарі атмосфери середня питома активність радону (²²²Rn) становить 2,6 Бк/м³. Із збільшенням висоти його активність знижується.

На радіаційний фон атмосфери істотно впливає торій (²³⁰Th). Хоча його період піврозпаду вдвоє коротший, ніж радону, але оскільки швидкість виділення ²³⁰Th з ґрунту вища від ²²²Rn, у приземному шарі Землі їх концентрації близькі.

Високим вмістом радону відзначається вода артезіанських колодязів, питома радіоактивність якої може досягати 105 Бк/дм³. За оцінками Наукового комітету з вивчення дії атомної радіації ООН серед населення Землі незначна кількість (менше 1 %) мешканців споживають воду з питомою радіоактивністю понад 103 Бк/дм³ і значно більше — до 10 % п'ють воду з концентрацією радону, що перевищує 102 Бк/дм³. Значною мірою радон випаровується при кип'ятінні води. Отже, в організм людини радон надходить переважно з некип'яченою водою, але і в цьому випадку швидко виводиться з організму.

Внаслідок високої міграційної здатності радію та радону навколо уранових родовищ утворюються ареали підвищеної радіоактивності, так звані радіоактивні аномалії, в яких вміст радіонуклідів у порівнянні з іншими територіями у сотні і тисячі разів більший. У мікрокількостях радій міститься У природних водах повсюдно.

Радіоактивні води, що відзначаються високим вмістом природних радіоактивних елементів радію та радону (радієві, радонові тощо), знайшли широке застосування в лікувальній практиці.

У формування природного радіаційного фону значний вклад вносять тритій ³Н та ізотоп вуглецю ¹⁴C, які утворюються в атмосфері Землі внаслідок взаємодії космічних частинок високих енергій із стабільними елементами, а також в ядерних реакторах, при випробуванні ядерної і термоядерної зброї.

Природна радіоактивність річкових, озерних та інших вод в основному визначається ⁴⁰К. Концентрація радіонуклідів у річковій воді залежить від кліматичних умов, гідрохімічного складу води, типу гірських порід, через які протікають річки. Наприклад, води річок на Півночі Росії містять уран в кількості (0,02—0,2)*10^-6 г/дм³ (4,93*10^-4 Бк/дм³), річок Середньої Азії — до 50*10^-6 г/дм³ (1,23 Бк/дм³). Найвищою є радіоактивність вод уранових і торієвих родовищ, а також мінеральних джерел. Вміст природних радіонуклідів у таких водах досягає: урану — 120*10^-6 г/дм³ (2,96 Бк/дм³), торію — 50*10^-6г/дм³ (0,40 Бк/дм³), радію — 25,9*10^-3 Бк/дм³, радону — 9,62 Бк/дм³. Концентрація природних радіонуклідів у природних водах змінюється у досить широких межах. Якщо у річкових та озерних водах ³Н знаходиться в межах 3,7*10^-2—0,37 Бк/дм³, то у морській воді — 1,85*10^-2 — 5,55*10^-2 Бк/дм³. Вміст ⁴⁰К тісно пов'язаний із солоністю води. У морській воді вміст ⁴⁰К досягає понад 12 Бк/дм³ (табл. 16).

Таблиця 16.

Концентрація природних радіонуклідів у різних водах, Бк/дм³ [120]

Високі концентрації природних радіонуклідів характерні також для ґрунтових вод. Води гірських річок збагачуються мінеральними речовинами та радіонуклідами.

Отже, природна радіоактивність вод перебуває у прямій залежності від мінералізації та радіоактивності порід, які вони омивають.

У воді морів та океанів уже накопичилось близько (4—5) 10⁹ т або (9,87—12,33) 1019 Бк урану і щорічно надходить з водами до 2,7*10⁴ т (6,66*10¹⁴ Бк). Концентрація природних радіонуклідів урану, торію, радію, свинцю та полонію у морській біоті у багато разів більша, ніж у воді. В окремих гідробіонтах коефіцієнти накопичення (КН) природних радіонуклідів перевищують 1 000.