Естественный радиоактивный фон Земли

Дозиметрия ионизирующих излучений

Прохождение ионизирующего излучения через биологические объекты

В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты выделяют ряд последовательных этапов, объединенных между собой причинно-следственными связями:
1.Физико-химический этап (ионизация и возбуждение атомов и молекул)
2.Химический этап (образование свободных радикалов)
3.Биомолекулярный этап (повреждения белков, нуклеиновых кислот и других биомолекул)
4.Ранние биологические эффекты (гибель клеток, гибель организма)
5.Отдаленные биологические эффекты (опухоли, ге нетические эффекты, гибель организма и т. д.)

Таким образом, начальное действие ионизирующих излучений происходит на атомном и молекулярном уровнях, затем, с течением времени, проявляется на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях.
В механизме биологического действия ионизирующих излучений на живые объекты условно выделяют два основных этапа. Первый этап – первичное (непосредственное) дей ствие излучения на биохимические процессы, функции и структуры органов и тканей. Второй этап – опосредованное действие, которое обуславливается измене ниями, возникающими в организме под влиянием облучения. В результате многочисленных опытов, проведенных при облучении различных молекул, вирусов и бактерий, было предложено два теоретических направления, объясняющих механизм первичного действия ионизирующей радиации: 1) теория прямого действия излучений на молекулы, входящие в состав веществ и клеток; 2) теория косвенного действия.
Прохождение излучения через вещество или молекулы биологического субстрата сопровождается передачей энергии атомам вещества, что вызывает ионизацию и возбуждение атомов. Этот первый этап воздействия излучения характеризует акт прямого взаимодействия. Следовательно, под прямым действием ионизирующих излучений понимают такие изменения, которые возникают в результате поглощения энергии излучения самими молекулами, при этом поражающее действие связано с актом возбуждения и ионизации атомов и молекул. Под косвенным (непрямым) действием понимают изменение молекул клеток в результате взаимодействия их с продуктами радиолиза воды и растворенных в ней веществ, а не в результате поглощения ими энергии излучения.

Радиационный фон – радиоактивное излучение, присутствующее на Земле от естественных и техногенных источников, в условиях которого постоянно находится человек. Избежать радиоактивного облучения невозможно. Жизнь на Земле возникла и развивается в условиях постоянного облучения. Радиационный фон Земли складывается из следующих компонентов:

1. космическое излучение;

2. излучение от находящихся в земной коре, воздухе и других объектах внешней среды природных радионуклидов;

3. излучение от искусственных (техногенных) радионуклидов.

Облучение может быть внешним и внутренним. Внешнее облучение обусловлено источниками, расположенными вне тела человека (космическое излучение, наземные источники). Внутреннее облучение осуществляют радионуклиды, находящиеся в теле человека. За счёт космического излучения большинство населения получает дозу 35 мбэр в год (1 мбэр = 10^-3 бэр). Такую же дозу (35 мбэр/год) человек получает от внешних земных источников естественного происхождения. Доза внутреннего облучения от естественных источников составляет в среднем 135 мбэр/год (3/4 этой дозы даёт не имеющий вкуса и запаха тяжёлый радиоактивный газ радон и продукты его распада). Таким образом, суммарная доза внешнего и внутреннего облучения человека от естественных источников радиации в среднем равна около 200 мбэр/год.
В результате деятельности человека в непосредственно окружающей его среде появились дополнительные источники радиации, в том числе естественные радионуклиды, извлекаемые в больших количествах из недр Земли вместе с углём, газом, нефтью, минеральными удобрениями, сырьём для строительных материалов.

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.

Дата добавления: 2014-10-23