Естественный (природный) радиационный фон

        Естественный (природный) радиационный фон

                            Краткое о главном

Облучение человека обусловлено космическим (внеземным) излучением и естественными радиоактивными веществами, содержащимися в окружающей среде и в теле человека (земными источниками).  
Космическое излучение состоит из галактического и солнечного, колебания которого связаны с солнечными вспышками. Из-за сравнительно небольшой энергии, последнее мало влияет на дозу радиации у поверхности Земли, но имеет важное значение за пределами земной атмосферы. Космическое излучение достигает Земли в виде протонов и более тяжелых ядерных частиц, обладающих огромной энергией. Часть этой энергии расходуется на столкновение с ядрами атмосферного азота, кислорода, аргона, в результате чего на высотах до 20 км возникает вторичное высокоэнергетическое излучение, состоящее из мезонов, нейтронов, протонов, электронов, а также образуются так называемые космогенные радионуклиды, выпадающие на поверхность Земли с осадками и циркулирующие в окружающей среде. К ним относятся тритий, углерод-14, бериллий-7, натрий-22 и другие (всего 14 радионуклидов).  
Интенсивность космического излучения зависит от высоты над уровнем моря, географической широты и солнечной активности.  
Каждый житель нашей планеты в среднем от излучения из космоса получает в течение года дозу в 300 мкЗв (30 мбэр).  
Земными источниками излучений являются более 60 естественных радионуклидов, в том числе 32 радионуклида уранорадиевого и ториевого семейств, около 11 долгоживущих радионуклидов, по не входящих в эти семейства (калий-40, рубидий-87 и др.), имеющие периоды полураспада (Т 1/2) от 107 до 1015 лет, а также космогенные радионуклиды.  
Основной вклад в дозу внешнего облучения вносят гамма-излучающие нуклиды радиоактивных семейств - свинец-214, висмут-214, торий-228, актиний-228, а также калий-40, находящиеся в основном в верхнем слое почвы.  
В некоторых районах с повышенным содержанием тория в почве или радия в воде (упоминавшиеся районы Индии, Бразилии, Франции, Ирана и др.) мощность поглощенной дозы на 1-2 порядка превышает среднемировые показатели.  
Однако при этом необходимо учитывать, что человек значительную часть времени находится в служебных или жилых помещениях, формирование доз облучения в которых происходит под влиянием двух противоположно действующих факторов. Здания, с одной стороны, экранируют, то есть уменьшают дозы облучения от внешних источников излучения, с другой - увеличивают их за счет радионуклидов, содержащихся в строительных материалах, из которых построено здание, в том числе, приумножая дозы внутреннего облучения, в основном в связи с вдыханием радона. Показательно, что в кирпичных, каменных и бетонных домах мощность дозы в 2-3 раза больше, чем в деревянных.  
Внутреннее облучение обусловлено радионуклидами, попадающими внутрь организма с воздухом, водой, пищей причем наибольший вклад в ЭЭД вносят радон, калий, радий, полоний и другие.  
Колебания годовой дозы весьма значительны и зависят от местных геологических, почвенных, атмосферных и иных условий. В среднем в районах с нормальным фоном годовая ЭЭД внутреннего облучения почти вдвое больше дозы внешнего облучения и составляет соответственно около 1,35 мЗв (135 мбэр) и 0,65 мЗв (65 мбэр), из них 0,3 мЗв (30 мбэр) приходится на космическое излучение.  
Годовая доза (ЭЭД) облучения каждого жителя Земли в среднем составляет около 2 мЗв (200 мбэр), кроме населения аномальных по фону районов, жителей высокогорья, а также детей в возрасте до 10 лет.  
В силу особенностей физиологии детского организма годовая доза их облучения примерно в 1,5 раза выше, чем у взрослых в связи с более интенсивным поступлением продуктов распада радона с вдыхаемым воздухом. Она в среднем составляет 3 мЗв (300 мбэр). Подчеркнем, что так было всегда, тысячи и миллионы лет тому назад, это естественные условия среды обитания человека, в том числе детей.  
В 1964-1965 годах с. помощью термолюминесцентных дозиметров-накопителей дозы и СССР были измерены среднегодовые дозы внешнего облучения населения ряда городов (без космического). Их колебании значительны: 42 и Алма-Ате от 1200 до 2000, в Севастополе - от 300 до 600, и Киеве - от 910 до 990 мкГр/год (или в среднем 95 мбэр/ шд). Следовательно, городское население в целом получает дозы, превышающие усредненные. Это объясняется большим количеством кирпичных и бетонных зданий в городах и продолжительностью пребывания в них городского населения по сравнению с сельским. Кроме того, дозы зависят также от количества гранитов, содержащих повышенное тело естественных радионуклидов. Они используются в городах для мощения улиц, облицовки зданий и других целей.  
Например, в гранитах содержится около 1000-1500 Бк/ кг калия-40, тогда как в песчаниках и известняках соответственно 370 и 90 Бк/кг. Урана в гранитах в 2-3 раза, а тория - в 3-10 раз больше, чем в песчаниках и известняках. Как известно, Севастополь построен из известняков, что объясняет его низкий радиационный фон.  
В целом же для территории России за основу уровня фонового облучения населения принято среднемировое значение годовой ЭЭД - 2 мЗв. Учитывая, что население нашем страны составляет около 280 млн человек, в том числе около 20 %-дети.  
Наибольший интерес для понимания и оценки действия малых доз радиации представляют уровни облучения населения, живущего в районах с аномалиями природного фона, где более высокие дозы определяются в основном внутренним облучением за счет повышенного содержания тория (в почвах) и радия (в воде) или внешним - в высокогорных районах, жители которых в высоких широтах облучаются почти в два раза большими дозами космического излучения, чем в экваториальном поясе, и в 5-10 раз большими, чем на уровне моря. Примечательно, что в некоторых районах Индии и Бразилии уровни радиационного фона повышены вследствие значительных залежей радиоактивных минералов (монацитов).  
Так, более 100 тыс. жителей индийских штатов Керала и Мадрас облучаются в дозах от 1,3 до 28 мГр в год (средневзвешенная популяционная доза составляет 13,5 мГр) (1350 мрад). Следует отметить, что это является усредненной дозой, но ведь часть населения облучается дозой до 28 мГр/год (2,8 рад/год). Между тем в процессе длительного наблюдения никаких отклонений в состоянии здоровья как взрослых, так и детей не выявлено.  
В Бразилии в штатах Эспириту-Санту и Рио-де-Жанейро вдоль Атлантического побережья мощность дозы колеблется от 1 до 10 мкГр/ч, достигая на морских пляжах 20 мкГр/ч, а в штате Минас-Жейрас в некоторых местах - 28 мкГр/ч.  
В городе Рамсер (Иран) имеются участки, где мощность дозы из-за высокого содержания в воде урана колеблется от 0,7 до 50 мкГр/ч. В ряде районов Франции типичная величина мощности дозы достигает 2 мкГр/ч, а сравнительно недавно обнаружен район, где она составляла 100 мкГр/ч. В среднем 7 млн французов ежегодно облучаются дозой 300 мбэр, то есть в 1,5 раза выше среднемирового уровня.  
Районы с таким уровнем радиации есть в Италии, США, Швеции, на Мадагаскаре, вулканических островах Тихого океана. Годовая доза фона здесь в 1,5-2 и более раз превышает среднемировую. Есть такие районы на Украине - в Житомирской, Днепропетровской и Запорожской областях.  
В совместном докладе ученых Всемирной и Панамериканской организации здравоохранения "Воздействие на здоровье людей повышенного естественного фона" отмечалось: "Вопреки ожиданиям не выявлено влияние относительно повышенного фона на смертность от онкопатологии, на частоту врожденных аномалий, отклонений в физическом развитии, индекс плодовитости женщин, частоту наследственной патологии, детскую смертность, соотношение полов и частоту спонтанных абортов".  
Таким образом, значительные группы населения подвергаются постоянному фоновому облучению, от 1,5-2 до десятков раз превышающему среднемировую дозу.  

Рисунок 1. Карта радиационного фона в Украине

Рисунок 2. Максимальные значения радиационного фона  в Украине

Средние значения мощности экспозиционной дозы по областям Украины

• АР Крым — 9 мкР/час
• Винницкая область — 10-12 мкР/час
• Волынская область — 10-11 мкР/час
• Днепропетровская область — 12 – 12,5 мкР/час
• Донецкая область — 13-13,5 мкР/час
• Житомирская область — 14 – 14,5 мкР/час
• Закарпатская область — 11-12 мкР/час
• Запорожская область — 11 мкР/час
• Ивано-Франковская область — 10-12 мкР/час
• Киевская область — 12-13 мкР/час
• Кировоградская область — 12 мкР/час
• Луганская область — 11,5-12 мкР/час
• Львовская область — 11 мкР/час
• Николаевская область — 13 мкР/час
• Одесская область — 11 мкР/час
• Полтавская область — 11,5 мкР/час
• Ровенская область — 12 – 12,5 мкР/час
• Сумская область — 12 мкР/час
• Тернопольская область — 11 – 11,5 мкР/час
• Харьковская область — 12 мкР/час
• Херсонская область — 10 мкР/час
• Хмельницкая область — 11,5 мкР/час
• Черкасская область — 12 – 12,5 мкР/час
• Черниговская область — 11-12 мкР/час
• Черновицкая область — 12-13 мкР/час

Влияние природного радиоактивного фона на здоровье человека

Введение.

Среди вопросов, представляющих научный  интерес, немногие приковывают к  себе столь постоянное внимание общественности и вызывают так много споров, как вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду. В промышленно развитых странах не проходит и недели без какой-нибудь демонстрации общественности по этому поводу. Такая же ситуация может возникнуть и в развивающихся странах, которые создают свою атомную энергетику; есть все основания утверждать, что дебаты по поводу радиации и ее воздействия вряд ли утихнут в ближайшем будущем.

Научный комитет ООН по действию атомной радиации собирает всю доступную информацию об источниках радиации и ее воздействии на человека и окружающую среду и анализирует ее. Он изучает широкий спектр естественных и созданных искусственно источников радиации, и его выводы могут удивить даже тех, кто внимательно следит за ходом публичных выступлений на эту тему.

Радиация действительно смертельно опасна. При больших дозах она  вызывает серьезнейшие поражения тканей, а при малых может вызвать  рак и индуцировать генетические дефекты, которые, возможно, проявятся у детей и внуков человека, подвергшегося облучению, или у его более отдаленных потомков.

Но для основной массы населения  самые опасные источники радиации – это вовсе не те, о которых  больше всего говорят. Наибольшую дозу человек получает от естественных источников радиации. Радиация, связанная с развитием атомной энергетики, составляет лишь малую долю радиации, порождаемой деятельностью человека; значительно большие дозы мы получаем от других, вызывающих гораздо меньше нареканий, форм этой деятельности, например от применения рентгеновских лучей в медицине. Кроме того, такие формы повседневной деятельности, как сжигание угля и использование воздушного транспорта, в особенности же постоянное пребывание в хорошо герметизированных помещениях, могут привести к значительному увеличению уровня облучения за счет естественной радиации. Наибольшие резервы уменьшения радиационного облучения населения заключены именно в таких «бесспорных» формах деятельности человека.

Научный Комитет по действию атомной  реакции (НКДАР) был создан Генеральной Ассамблеей ООН в 1955 году для оценки в мировом масштабе доз облучения, их эффекта и связанного с ним риска. Комитет объединяет крупных ученых из 20 стран и является одним из наиболее авторитетных учреждений такого рода в мире. Он не устанавливает норм радиационной безопасности и даже не дает рекомендаций по этому поводу, а служит лишь источником сведений по радиации, на основе которых такие органы, как Международная Комиссия по защите от радиоактивного излучения и соответствующие Национальные Комиссии, вырабатывают соответствующие нормы и рекомендации. Раз в несколько лет он публикует доклады, содержащие подробные оценки доз радиации, их эффекта и опасности для населения от всех известных источников ионизирующих излучений.

2. Фоновое облучение человека.

Фоновое облучение человека состоит  из облучения естественными и  искусственными источниками.

Первый компонент фона в свою очередь имеет две составляющие: естественный фон и техногенный  радиационный фон, от естественных радионуклидов. Естественный фон ионизирующего излучения обусловлен космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радиоактивных веществ (радиоактивные вещества в горных породах, почвах, атмосфере, а также радионуклиды, инкорпорированные в тканях человека). Естественный фон обуславливается внешним и внутренним облучением; внешним – за счет воздействия на организм излучения от внешних по отношению к нему источников (космическое излучение и естественные радионуклиды в горных породах, почве, атмосфере и др.) и внутренним – за счет воздействия на организм излучений естественных радионуклидов, находящихся в организме (40К и радионуклиды семейства урана и тория, поступающие в организм с воздухом, пищей и водой). Внутреннее облучение создает примерно 40% естественного фона, около 60% приходится на внешнее облучение. Человек всегда подвергался облучению указанными источниками. Доза естественного фона зависит от таких факторов, как высота над уровнем моря, количество и вид радионуклидов в горных породах и почве, количество радионуклидов, которые поступают в организм человека с воздухом, пищей и водой. Например, люди, живущие на уровне моря, получают в среднем эквивалентную дозу от космического излучения около 0,3 мЗв в год или примерно 0,03 мкЗв (микрозиверт) в 1ч. Для людей, живущих на высоте выше  2 км над уровнем моря, это значение в несколько раз больше. Заметим, что 4 км – максимальная высота, на которой еще расположены человеческие поселения на склонах Эвереста. Еще более интенсивному облучению подвергаются экипажи и пассажиры самолетов. При подъеме с 4 км до 12 км (максимальная высота полета трансконтинентальных авиалайнеров) доза комического излучения возрастает примерно в 25 раз. С дальнейшим увеличением высоты над уровнем моря доза космического излучения продолжает увеличиваться и на высоте 20 км (максимальная высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов) достигает 13 мкЗв/ч.

При перелете из Нью-Йорка в Париж  пассажир обычного турбореактивного самолета получает дозу за время полета около 50 мкЗв, а пассажир сверх звукового самолета, хоть и подвергается более сильному облучению, но получает дозу на 20% меньшую за счет значительного сокращения времени полета.

Суммарная средняя мощность эффективной  эквивалентной дозы для человека от естественного фона на уровне моря составляет 1 мЗв/год, а в отдельных районах доза повышенного естественного фона может превосходить среднюю в десятки раз.

Изменение человеком окружающей среды  и его деятельность могут увеличить  дозы «нормального» облучения за счет естественных источников. Примеры такой деятельности – добыча полезных ископаемых, использование строительных материалов минерального происхождения  в домостроении и минеральных удобрений, содержащих повышенное количество радионуклидов уранового и ториевого рядов, сжигание ископаемого топлива, в частности угля, приводящие к выбросу естественных радионуклидов (226Ra, 228Ra, 232Th и др.) и т. п. Такой фактор, как проживание в доме, часто приводит к повышению облучения, вызванному накоплением газообразных радионуклидов и их продуктов распада при недостаточной скорости вентиляции. Наибольший вклад в дозу облучения в этом случае дает не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон 222Rn – дочерний продукт 226Ra, который в свою очередь является членом радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада 238U. Примерно в 20 раз меньший вклад в дозу в этом случае дает 220Rn (Tn) – член радиоактивного ряда 232Th. Ниже под радоном будем понимать оба изотопа 222Rn и 220Rn (Tn). Большая часть облучения человека происходит дочерними продуктами распада радона. Основную дозу облучения  от радона и продуктов его распада человек получает, находясь в закрытом непроветриваемом помещении. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем в 8 раз выше, чем в наружном воздухе.

Новую составляющую обусловленную  естественными источниками за счет деятельности человека и изменения  им окружающей среды, называют техногенным  радиационным фоном от естественных радионуклидов. Основной вклад в  облучение техногенного фона приходится на строительные материалы в домостроении, он обусловливает годовую дозу Не = 1,05 мЗв, то есть примерно равную естественному фону.

3. Действие радиации  на человека. 

Радиация по самой своей природе  вредна для жизни. Малые дозы облучения  могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма.

Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения – как правило, не ранее чем через одно – два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению появляются лишь в следующем или последующем поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению.

В то время как идентификация  быстро проявляющихся («острых») последствий от действия больших доз облучения не составляют труда, обнаружить отдаленные последствия от малых доз облучения почти всегда оказывается очень трудно. Частично это объясняется тем, что для их проявления должно пройти очень много времени. Но даже и обнаружив какие-то эффекты, требуется еще доказать, что они объясняются действием радиации, поскольку и рак, и повреждение генетического аппарата могут быть вызваны не только радиацией, но и множеством других причин.

Чтобы вызвать острое поражение организма, дозы облучения должны превышать определенный уровень, но нет никаких оснований считать, что это правило действует в случае таких последствий, как рак или повреждение генетического аппарата. По крайней мере, теоретически для этого достаточно самой малой дозы. Однако в то же самое время никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучения далеко не все люди обречены на эти болезни: действующие в организме человека репарационные механизмы обычно ликвидируют все повреждения. Точно так же любой человек, подвергшийся действию радиации, совсем не обязательно должен заболеть раком или стать носителем наследственных болезней; однако вероятность или риск, наступления таких последствий у него больше, чем у человека, который не был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.

3.1. Острое поражение.

В своем докладе НКДАР ООН  опубликовал подробный обзор  сведений, относящихся к острому  поражению организма человека, которое происходит при больших  дозах облучения. Вообще говоря, радиация оказывает подобное действие, лишь начиная с некоторой минимальной, или «пороговой», дозы облучения.

Большое количество сведений было получено при анализе результатов применения лучевой терапии для лечения рака. Многолетний опыт позволил медикам получить обширную информацию о реакции тканей человека на облучение. Эта реакция для разных органов и тканей оказалась неодинаковой, причем различия очень велики. Величина же дозы, определяющая тяжесть поражения организма, зависит от того, получает ли ее организм сразу, или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше переносит серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один прием.