Особености на лъчевото натоварване на населението от естествения радиационен фон и техническата дейност на хората
І. Естествен радиационен фон.
Естествения радиационен фон се формира от естествени източници на йонизираща радиация и се състои от космическо лъчение и от излъчването на природните радионуклиди, естествено разпръснати в земната повърхност, приземната атмосфера, хранителните продукти, водата и човешкия организъм. Характерна особеност е относителната му постоянност. Тези лъчения въздействат върху всички живи същества от момента на възникване на живота на планетата.
Установено е, че в зависимост от местоживеенето годишното фоново облъчване на населението на планетата варира от 1 до 10 mSv, като средната стойност на ефективната доза е 2,4 mSv на човек, а за България 2,3 mSv.
Естествения радиационен фон има 2 компоненти:
1. Космическо лъчение, което бива:
a) първично – състои се от йонизиращи лъчения с високи енергии, попадащи в атмосферата на Земята от космическото пространство. Първичното космическо лъчение се състои от:
галактическо лъчение – то се образува извън слънчевата система; състои се от протони с високи енергии, 10 % a-частици и 2 % тежки ядра, електрони, неутрони и фотони.
слънчево лъчение – състои се от протони и a-частици, изпускани главно при слънчеви изригвания.
Като цяло първичното космическо лъчение се състои от: 79 % протони; 20 % a-частици; 0,78% атомни ядра на Li, Be, C, N, O; 22 % атомни ядра на други елементи.Това лъчение не оказва влияние върху дозите на повърхността на Земята и има значение само при престой в Космоса.
б) вторично – резултат от взаимодействието на навлизащите в земната атмосфера радиоактивни частици от първичното космическо лъчение с атомите на въздуха; при това взаимодействие атомите на въздуха се разцепват като се образуват неутрони, протони, фотони, електрони, мезони; те от своя страна също взаимодействат с атомите от въздуха като се образуват нови вторични частици; облъчването от вторично космическо лъчение не е равномерно; дозите на земните полюси са по-големи, отколкото на екватора, тъй като земното магнитно поле отклонява радиацията; вторичното космическо лъчение има 2 компоненти:
директно йонизиращо лъчение;
неутронна компонента;
Нивото на облъчване от вторичното космическо лъчение нараства с височината вследствие намаляването на пласта въздух служещ за екран. То е най-силно на височина 20-30 км от земната поръхност. Най-интензивно е във високите части на планините и намалява рязко на морското равнище, където преобладава действието на директното йонизиращо лъчение. С увеличаване на височината стойността на неутронната компонента нараства и над 6 км започва да преобладава. При взаимодействие на космическо лъчение с горните слоеве на атмосферата се образуват т. нар. космогенни радионуклиди:3Н, 14 С, 7 Ве, 22 Na.
Радиационния фон създаван от космическото лъчение дава почти половината от външното облъчване, получавано от населението от естествени източници на радиация – около 0,3 mSv годишно.
2. Лъчения от естествени радионуклиди, влизащи в състава на лито-, хидро-, атмо- и биосферата.
Естествените радионуклиди влизащи в състава на лито-, хидро-, атмо- и биосферата са в много малки количества и се делят на 3 групи:
а) елементи, влизащи в състава на радиоактивните семейства с родоночалници 238U, 235U /актинуран/ и 232U /торий/ – съдържат се в земната кора още от образуването на Земята > първични радионуклиди, тук се включват и радиоактивни елементи непринадлежащи към радиоактивните семейства – 40К, 48Са, 87Rb.
б) космогенни радионуклиди – образуват се при взаимодействието на космическото лъчение с въздуха – 14С, 3Н и др;
в) антропогенни радионуклиди – резултат от човешка дейност, представители са на предните 2 групи; наричат се антропогенни тъй като се извличат от земята и се изхвърлят на повърхността и в атмосферата в резултат на техническата дейност на хората, т.е. наблюдава се техногенно усилване на естествения радиационен фон.
Съдържание на естествени радионуклиди в почвата – най-разпространени в почвата са радиоактивните изотопи на урана, тория и техните дъщерни продукти – радий, радон, торон. Съществен дял има 40К, 87 Rb.
Съдържанието на радиоактивни елементи в почвата зависи от тяхното съдържание в скалите, от които тя се е сформирала. Вулканичните скали имат по-висока естествена радиоактивност от утаечните. Глинестите почви са с по-висока радиоактивност от песъчливите, поради по-добрите си абсорбционни свойства. Естествените радионуклиди са неравномерно разпределени в почвата. В различни точки на земната повърхност нивото на радиацията варира от 0,3 до 0,5 mSv год. Определени географски райони имат значително по-високо съдържание на радиоактивне елементи в почвата /определени щати в Индия, области в Бразилия и др./
Съдържание на естествени радиоактивни елементи във въздуха. Естествената радиоактивност на въздуха се определя от:
съдържанието на космогенни радионуклиди в него;
количеството на постъпилите радиоактивни газове от земната повърхност;
От космогенните радионуклиди с най-голямо значение е 14С. Той се образува в резултат от взаимодействието на неутрони от вторичното космическо лъчение с атмосферния азот. Образува се на 9 км от морското равнище. 14 С е чист β-излъчващ изотоп с много дълъг период на полуразпад. В атмосферата 14 С взаимодейства с О2 и образува СО2, който наред с намиращия се стабилен такъв в атмосферата, участва във фотосинтезата и обмяната на веществата. В резултат на това всички живи растителни и животински организми съдържат 14 С. Той се натрупва в целия организъм, но най-вече в мастната тъкан и космите на човека и животните.
3Н се получава по същия начин както 14С. Той също е чист β-излъчващ изотоп. Натрупва се в меките тъкани. Свързвайки се атмосферния кислород образува свръхтежка вода, която чрез водоизточниците за питейна вода попада в човешкия организъм. Съдържа се в малки количества в дъждовната и повърхностната води.
От радиоактивните газове най-голямо значение имат радиоактивните елементи от урановия и ториевия ред – радон, торон, актион и дъщерните им продукти. Радиоактивните газове попадат в атмосферния въздух от земната повърхност чрез дифузия. Тъй като периода на полуразпад на Rn е значително по-дълъг от този на торона и актиона преобладаващата част от радиоактивността на въздуха се дължи на Rn.
Дъщерните продукти на Rn / радиоактивни изотопи на Pb, Bi и др./ са основни източници на a-лъчение в атмосферния въздух. Самия Rn обособява голема част от g-фона на въздуха. Неговата емисия се осъществява веднъж от почвата и втори път от строителните материали, използвани за изграждане на жилищни и др. сгради. Концентрацията на Rn в жилищата е неравномерно разпределена – в по-ниските етажи е по-висока, тъй като освен от стените се излъчва и от пачвата. Около 3/4 от годишната еквивалентна доза населението получава от Rn. Голяма част от тази доза човек получава при дишане на застоял въздух в непроветрени помещения, мазета, бани и др. Защита от емисията на Rn са тапетите и боите на маслена основа.
В приземните слоеве на атмосферата се съдържа и 40К – прикрепен към праха и димните частици.
Съдържание на естествени радиоактивни елементи във водата. Варира в широки граници и се определя от вида й – морска, речна, езерна, атмосферна, подземна.
атмосферна вода – с много ниско съдържание на радиоактивни елементи; това са предимно космогенни радионуклиди и незначителни количества 40К и 238U, повдигнати от земната повърхност от ветровете;
подземни води – радиохимичния им състав зависи от количеството на разтворимите радионуклиди, съдържащи се в земните пластове, през които преминават; с най-голямо значение са 40К, 222Rn, 226 Ra;
води в открити водеми – радиоактивността зависи от типа на водното подхранване – повърхностно или подпочвено;
повърхностни води / дъждовни, снежни/ – съдържат много малки количества радиоактивни елементи, предимно 40К, 238U, 226Ra;
Съдържание на естествени радионуклиди в растителни и животински организми.
Всички радиоактивни елементи, съдържащи се в природата се включват в обмяната на живите организми. Разграничаваме 2 групи радиоактивни елементи:
радиоактивни елементи, които се намират в смес с техните стабилни изотопи, активно участващи в обмяната на веществата; такива са 40К, 14С, 3Н; съдържанието им в организма зависи от количеството на техните стабилни изотопи;
радиоактивни елементи, чието количество в тъканите от растителен и животински произход зависи от тяхната концентрация във външната среда /най-вече почва и вода/ – 238U, 226Ra, 232Th; количеството им е по-голямо в растенията и храната от растителен произход е основен източник за постъпването им в човешкия и животински организъм;
Поради широкото разпределение на стабилния изотоп К в природата, значителна част от радиоактивността на растенията и животните се дължи на 40К. Количеството му в растенията е по-голямо от това в животните. Радиоактивността на човешкото тяло се определя главно от съдържанието в тъканите на 40К, 16С и 3Н.
Основно депо за 40К в човешкия организъм са мускулната тъкан и костния мозък. Другия земен естествен радионуклид – 87Rb се натрупва в костите. Земните естествени радионуклиди от семейството на 238U и 232Th /торий/ се натрупват също в костите. Космогенните радионуклиди се разпределят равомерно в целия организъм.
Радиационния фон, формиран от космическите лъчения и излъчванията на естествените радионуклиди в околната среда създават определена погълната доза в органите и тъканите на всеки човек. Това е така нареченото фоново облъчване.
Биологичното значение на естествения радиационен фон не е изяснено. Съществуват различни хипотези:
І хипотеза – фоновото облъчване има вредно действие и индуцира част от спонтаните мутации.
ІІ хипотеза – фоновото облъчване има стимулиращ ефект, в резултат на което се отделят биологично активни вещества, действащи на биомембраните и на синтеза на някои ензими и аминокиселини.
ІІІ хипотеза – йонизиращата радиация е необходим фактор за живота на планетата тъй като при опити за понижаване на фоновото облъчване се стига да радиационна недостатъчност.
ІІ. Техногенни източници на радиационно замърсяване.
Радиоактивни материали се използват в различни сфери на човешката дейност: медицина, индустрия, енергетика и др.
