За счет чего в основном образуется естественный радиационный фон земли

Естественный радиационный фон: значение, источники, измерение дозиметром, норма

Естественный радиационный фон Земли представляет собой излучение, которое создается радионуклидами, присутствующими в воздухе, воде, земле, организмах живых существ, пищевых продуктах, а также космическое излучение.

Население планеты получает большую часть облучения от естественных источников, при этом избежать большую часть из них не представляется возможным. На протяжении истории земного шара на поверхность попадают различные типы излучения от активных веществ из почвы и космоса. Действуют они на организм следующим образом: вещества находятся снаружи и облучают его извне, это облучение внешнего типа, или же они присутствуют в воде, продуктах, во вдыхаемом воздухе и попадают в тело человека. Такой метод называется внутренним.

Степень облучения

Радиация из космоса

Влияние лучей составляет равную долю общего излучения, которое приходится на население. Сформированы космические лучи из высокоэнергетических потоков, электронов, фотонов и ядер простых частиц. Но Земля обладает защитными механизмами, оберегающими от воздействия радиации, без них жизнь стала бы невозможной.

Магнитный фон отталкивает космические элементы и создает сильную защиту, но не совершенную. Некоторые энергетические частицы просачиваются через преграду и доходят до атмосферных слоев. Лишь малой части удается пройти все преграды и достигнуть поверхностного слоя. В основном при столкновении с атомами происходит взаимодействие с ядрами, они разбиваются и создаются новые частицы, формирующие естественный радиационный фон.

Как действует космическая радиация

Невозможно уберечься от невидимых потоков. Но их действию поверхность Земли подвергается неодинаково. Полюса получают большее количество радиации по сравнению с областью экватора, так как магнитное поле здесь слабее. Заметно повышается степень облучения с увеличением высоты, так как воздушная прослойка становится меньше. Проходя через атмосферу, лучи способствуют возникновению космогенных радионуклидов.

Для космонавтов представляют серьезную угрозу радиационные земные пояса при продолжительных полетах вблизи планеты, если их орбита пересекается с областью поясов. Продолжительное нахождение в нем приводит к излишнему облучению экипажа, также возможна поломка, располагающихся на борту батарей и приборов оптического назначения. Осуществляется в связи с этим множество исследовательских работ благодаря специальным зондам и спутникам для выявления координат радиоактивных поясов, в соответствии с ними составляются орбиты для уменьшения влияния на экипаж.

Какой естественный радиационный фон подходит для человека

В каждом регионе имеется свой радиационный фон, но для населения считается безопасной величина, примерно равная 0,5 микрозиверта в час. Наиболее подходящий безопасный уровень для человеческого тела находится ниже 0,2 микрозиверта, такую же величину имеет естественный радиационный фон. Норма в плане радиоактивности и ее влияние на человека для различных ситуаций своя. Осуществляется во всех ситуациях разделение между персоналом, то есть гражданами, работа которых имеет отношение к радиоактивности, ядерной промышленности, и обычным населением. Имеются определенные нормы для помещений и сотрудников.

Типы устройств

Существуют специальные средства для определения содержания радионуклидов и уровня радиации:

Дозиметр

Сегодня существует множество дозиметров различного назначения, типа, обладающих обширными возможностями. Для осуществления радиационных измерений идеальной аппаратурой являются геофизические профессиональные радиометры. Также свое применение находят бытовые и полупрофессиональные радиометры, но стоит отметить, что в таком случае качество получаемой информации оказывается ниже. В некоторой степени это можно компенсировать одновременным применением двух устройств с дальнейшим объединением результатов. Также устройства разделяются на пороговые и беспороговые.

Измерение

Перед тем как проводить измерение естественного радиационного фона дозиметром, следует выявить примерный разброс результатов всех применяемых приборов. Это важнейшая характеристика устройства, которая обязательно должна приниматься во внимание при обработке итогов работ. Производить данную операцию необходимо после перенесения местности измерений и по истечении определенного времени.

Осуществляется выявление усредненных данных следующим образом. Дозиметр включается в рабочий режим, и происходит серия измерений (около тридцати) на одном месте на протяжении короткого интервала времени. Затем определяется среднее арифметическое, выводимое из результатов. Вычисленные в итоге цифры, составляющие разницу между данными устройства и усредненными значениями, берутся с положительным знаком и снова выявляется среднее. Итог данного осреднения и является искомым разбросом показаний устройства.

Измерение естественного радиационного фона дозиметром в любом месте производится не меньше 4-6 раз, после выводится арифметическое усредненное значение. При осуществлении работы несколькими устройствами становится заключительным результатом среднее число между информацией, которая получена от каждого из приборов. В случае если замеры делаются из множества точек, желательно записывать собранные данные в форме таблицы.

Земная радиация

Приходится ответственность за естественный радиационный фон от Земли в основном на три элемента с радиоактивностью: актиний, торий и уран. Они отличаются неустойчивостью. Главный источник – это радиоактивные частицы, которые присутствуют в почве, сформировавшиеся после геофизических изменений. Вулканы и гранит являются лидерами по наличию данных элементов.

Изотопы

Планетная радиация имеет разнообразные уровни, в зависимости от наличия нуклидов в конкретном месте коры. Мощность облучения в местах проживая большей части населения составляет чаще всего 0,3-0,4 микрозиверта.

Источники естественного радиационного фона в малом скоплении присутствуют в почве. Оказывает воздействие и строение ее: концентрация снижена в известковых и песчаных типах почв, а увеличена в глиняной почве и гранитных породах.

Радон

На человека приходится половина индивидуальной ежегодной эквивалентной действенной дозы от сложного газа радона, незаметного глазу, не имеющего запаха и привкуса. В основном облучение от данного газа велико в душном помещении с закрытыми окнами, так как там он имеет увеличенную концентрацию.

Радон просачивается из земной коры через напольное покрытие, отверстия в фундаменте и чаще всего собирается на нижних этажах, формируя повышенный естественный радиационный фон. Значение имеют и конструктивные материалы, без которых не обойтись в строительстве, которые могут также излучать радоновую радиацию. Причисляются к ним в большей степени такие материалы, как гипс с содержанием фосфора, глинозем, а также пемза.

Употребляемая в пищевых и бытовых нуждах вода имеет в основном мало газа, но водяные глубоколежащие пласты могут обладать повышенным его содержанием. Формируется большее сосредоточение в ванных комнатах, где газ проникает с окружающим кислородом в тело, выделяясь из горячей воды.

Увеличение радиации

Естественный радиационный фон частично изменяется человечеством в ходе совершенствования технологических процессов, производства различных материалов, и, соответственно, увеличивается излучение. В качестве примера стоит выделить использование газа и угля, материалов с увеличенным количеством нуклидов, полеты на воздушных суднах. Степени излучения, отмечаемые при этом, именуются возросшим технологическим фоном радиоактивного воздействия. Люди во всем мире все чаще используют для бытовых потребностей множество устройств, товаров и предметов, которые содержат радионуклидные частицы. Относятся к подобным товарам оптические специализированные приборы, святящиеся часы, устройства, используемые при досмотре на таможенной границе и в аэропортах.

Источник

Естественный радиационный фон

Радиационный фон Земли складывается из естественного (природного) радиационного фона, технологически измененного естественного радиационного фона и искусственного радиационного фона.

Естественный радиационный фон (ЕРФ) образуют ионизирующие излучения от природных источников космического и земного происхождения. Очень часто он отождествляется с понятием радиационный фон.

Технологически измененный естественный радиационный фон (ТИЕРФ) определяется излучением от естественных источников ионизирующего излучения, который не имел бы места, если бы не использующийся технологический процесс. Причинами такого изменения фона могут являться выбросы тепловых электростанций, строительная индустрия и другие источники.

Радиационный фон в пределах:

0,1–0,2 мкЗв/ч (10–20 мкР/ч) считается нормальным;

0,2–0,6 мкЗв/ч (20–60 мкР/ч) считается допустимым;

0,6–1,2 мкЗв/ч (60–120 мкР/ч считается повышенным.

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Радиоактивные вещества могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах – соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровен, герметизация помещений и даже полеты на самолетах – все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего облучения. В этой главе будут рассмотрены вначале данные о внешнем облучении от источников космического и земного происхождения, затем – более подробно –внутреннее облучение, причем особое внимание будет уделено радону – радиоактивному газу, который вносит самый большой вклад в среднюю дозу облучения населения из всех источников естественной радиации. Наконец, в ней будут рассмотрены некоторые стороны деятельности человека, в том числе использование угля и удобрений, которые способствуют извлечению радиоактивных веществ из земной коры и увеличивают уровень облучения людей от естественных источников радиации.

6.1.1. Космические излученияприходят к нам в основном из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время солнечных вспышек.

Каждую секунду на площадь в 1 м 2 через границу атмосферы из космоса в направлении земной поверхности влетает более 10 000 заряженных частиц.

Космические излучения подразделяются на галактические и солнечные. Галактические, в свою очередь, бывают первичными и вторичными. Первичное галактическое излучение представляет собой поток частиц, падающих в земную атмосферу и идущих из глубины космоса со скоростью света. Оно состоит из протонов (около 92%) и альфа-частиц (примерно 6%). В небольших количествах (около 2%) в них присутствуют ядра легких элементов (Li, Be, B, C, N, O, F), электроны, нейтроны и фотоны. Энергия такого излучения огромна и колеблется в диапазоне от 1 до 10 12 ГэВ, что в миллиард раз превышает уровень энергий, достигнутых на самых современных ускорителях. При энергиях свыше 10 3 МэВ плотность потока протонов падает. При энергиях меньше 10 3 МэВ состав первичного галактического излучения сильно меняется. На него воздействует магнитное поле Земли, которое отклоняет низкоэнергетическое излучение обратно в космическое пространство. Первичное галактическое излучение в результате взаимодействия с атомами элементов атмосферы почти полностью исчезает на высоте 20 км.

Вторичное галактическое излучениеимеет гораздо более сложный состав и состоит практически из всех известных в настоящее время элементарных частиц. Оно образуется в результате ядерных взаимодействий между первичным излучением с ядрами атомов, входящих в состав земной атмосферы. Каждая частица из первичного излучения благодаря высокой энергии вызывает целый каскад частиц, которые, в свою очередь, взаимодействуя с ядрами, вызывают ряд следующих ядерных превращений. У поверхности Земли вторичное излучение состоит в основном из фотонов, электронов, позитронов, других ядерных частиц, а также небольшой доли нейтронов. Нейтронная компонента возникает в результате расщепления ядер высокоэнергетическими частицами. Состав и интенсивность вторичного галактического излучения зависят от высоты над уровнем моря, географической широты и изменяются во времени в соответствии с 11-летним циклом солнечной активности. Максимальная интенсивность вторичного галактического излучения наблюдается на высоте 20–25 км. На высотах свыше 40–45 км преобладает первичное излучение.

В результате взаимодействия первичного и вторичного излучений с ядрами элементов атмосферы образуются так называемые космогенные радионуклиды. К ним относятся: , , , , , , , и другие.

Солнечное излучение образуется во время солнечных вспышек, характеризуется относительно низкой энергией (40–50 МэВ) и не приводит к существенному увеличению дозы внешнего облучения на поверхности Земли. Однако в верхних слоях атмосферы мощность поглощенной дозы может на очень короткое время увеличиваться в 100 и более раз.

Нет такого места на Земле, куда бы не падал этот невидимый космический душ. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы, из которых в основном и состоят космические излучения. Учитывая состав и энергию излучения у поверхности Земли, коэффициент его качества принято считать 1,1. Основными космогенными радионуклидами – источниками внешнего излучения – являются , , . Средняя суммарная эквивалентная доза внешнего излучения, создаваемая всеми компонентами космического излучения на уровне моря, в год составляет 0,32 мЗв. На высоте 4–5 км величина этой дозы уже 5 мЗв/год, а на высоте 20 км достигает 13 мЗв/ч.

При орбитальных полетах космонавты подвергаются сравнительно небольшому облучению – 0,05 мЗв/сут. И для таких полетов не требуется специальной защиты.

Приводимые выше числа относятся к дозам внешнего облучения, доза за счет внутреннего облучения, формируемая космогенными радионуклидами, невелика, и из более чем 20 таких элементов заметный вклад в дозу вносят лишь два: тритий и изотоп углерода .

Тритий с периодом полураспада 12,3 года в основном входит в состав молекулы воды и в этом виде участвует в круговороте воды в природе. Радиоактивный углерод (Т_1/2 = 5730 лет) используется в так называемом радионуклидном анализе.

Суммарная мощность эквивалентной дозы, получаемой от космического излучения, составляет примерно 0,33 мЗв/год, для населения нашей республики доза составляет 0,37 мЗв/год.

6.1.2. Излучения земного происхождения.Основными источниками излучения земного происхождения являются радионуклиды, присутствующие в различных природных средах и объектах окружающей среды с момента образования Земли. К ним относятся две группы естественных радионуклидов: первая – это радионуклиды уранорадиевого и ториевого семейств, которые берут свое начало от и (всего 82 радионуклида), вторая – это 11 долгоживущих радионуклидов, находящихся вне этих семейств ( , , , , , , , , , , ), относящихся к элементам середины таблицы Менделеева.

Из второй группы радионуклидов играет заметную роль в облучении человека. Его период полураспада равен 1,3×10 9 лет. В природном калии содержится 0,01% радиоактивного вещества, и это соотношение постоянно везде, где бы калий ни встречался. Смесь изотопов калия входит в состав мышечной ткани.

Внешнее гамма-облучение человека от указанных выше естественных радионуклидов обусловлено их присутствием в различных природных средах (почве, приземном воздухе, гидросфере, биосфере).

Мощность дозы, обусловленная внешним облучением за счет радионуклидов земного происхождения, составляет приблизительно 0,38 мЗв/год. Однако эта величина может существенно колебаться в зависимости от регионов Земли.

Некоторые группы населения получают в среднем 1 мЗв/год, а около 1,5% – более 1,4 мЗв/год. Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации значительно выше. В ряде мест Бразилии, главным образом в прибрежных полосах земли, мощность дозы излучения из почвы и скальных пород составляет 5 мЗв/год. Приблизительно 30 тыс. человек непрерывно подвергаются такому уровню облучения. В индийских штатах Керала и Мадрас прибрежная зона длиной 200 км и шириной в несколько сотен метров известна как область интенсивного излучения, в результате чего 100 тыс. человек получают дозу, в среднем равную 13 мЗв/год. В Иране, например в городе Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации до 400 мЗв/год. Известны места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

Наиболее весомый вклад в общую дозу облучения вносит радон. Радон является продуктом распада урана ( ) и тория ( ). Уран и торий можно обнаружить в незначительных количествах в любой почве, камнях, воде, где они находятся чаще всего в пассивном состоянии. В отличие от урана и тория, радон проникает в воздух при высвобождении из земной коры повсеместно.

Другими источниками поступления радона являются вода и природный газ. При кипячении воды и при сжигании газа его концентрация в воздухе закрытых помещений увеличивается.

Основная опасность радона исходит не от питья воды (если вода кипяченая, то радон практически улетучивается), а при попадании в легкие водяных паров с высоким содержанием этого газа (душ, мокрая парная и т. п.).

В природный газ, в воду, радон попадает под землей. Радон имеет период полураспада 3,8 сут; он в 7 раз тяжелее воздуха, поэтому при высвобождении из земной коры он накапливается в подвалах и первых этажах зданий.

Радон попадает в организм человека с вдыхаемым воздухом, но максимальную дозу человек получает, находясь в закрытом помещении нижних этажей зданий. Радон, являясь альфа-активным радионуклидом, представляет опасность для человека только при внутреннем облучении, попадая в организм через дыхательные пути и поражая легочную ткань. Допустимая норма содержания радона составляет 100 Бк/м 3 воздуха.

Эквивалентная доза внутреннего облучения человека за счет естественных радионуклидов, попадающих в организм человека с воздухом, пищей и водой, в основном формируется следующими радионуклидами: , , , , а также и , и оценивается в 1,5 мЗв.

В соответствии с приведенными данными (табл. 7), для населения Земли в целом принято, что среднегодовая эффективная эквивалентная доза облучения человека составляет 2,2 мЗв.

Таблица 7

Годовая эквивалентная доза, получаемая населением
от естественных источников для районов с нормальным уровнем радиации

Источник