Космическое излучение

Естественное радиоактивное излучение

Радиационный фон

С момента возникновения жизнь на Земле подвержена влиянию радиоактивного излучения. Причинами тому являются космическое излучение, излучение радиоактивных веществ, содержащихся в воздухе, воде и почве, а также излучение нашего собственного тела от поступающих с воздухом или пищей радиоактивных веществ.

Достигающее Земли космическое излучение исходит главным образом от звезд нашей галактики. Солнце вносит лишь небольшой процент, за исключением периодов мощных солнечных вспышек. Космическое излучение состоит на 80 процентов из протонов больших энергий. Остальную часть составляют альфа-частицы, тяжелые ядра, электроны и протоны. Каждую секунду в верхние слои атмосферы попадает 16000 таких частиц на каждый квадратный километр. Общая энергия этого первичного космического излучения примерно равна энергии света звезд, достигающего Земли.

В атмосфере за счет столкновений первичных частиц с атомами и молекулами в воздухе возникают вторичные компоненты космического излучения. Появляются многочисленные вторичные частицы высоких энергий - атомные ядра от водорода до аргона, и среди них, прежде всего, радиоактивные нуклиды трития (водород-3), бериллия-7 и бериллия-10, углерода-14, натрия-22, фосфора-32 и -33, кремния-32, серы-35, хлора-36 и -39, а также электроны и мюоны. Последние представляют собой тяжелые электроны с массой в 200 раз превышающей массу обычных электронов. Один единственный первичный протон высокой энергии может вызвать целый каскад из миллионов подобных вторичных частиц (Рис. 1). Когда они достигают поверхности Земли, то оказываются распределенными по территории в несколько квадратных километров. С увеличением глубины проникновения в слои атмосферы энергия частиц каскада уменьшается за счет все большего числа столкновений с молекулами в воздухе (Рис. 2). В процессе такого торможения происходит некоторый разогрев атмосферы, который все же едва ли можно измерить; он примерно равен разогреву атмосферы от света звезд. Чуть выше поверхности земли - в той области, в которой мы живем - космическое излучение состоит практически только из электронов и мюонов. Эти частицы порождают при столкновениях с молекулами в воздухе около двух пар ионов в секунду на кубический сантиметр воздуха, что соответствует энергии 68.0 эВ на 1.29 мг воздуха. При этом дозовая нагрузка составляет 0.27 мЗв в год на уровне моря.

Рис. 1. Каскад частиц космического излучения.

На рис. 2 показано, что мощность дозы космического излучения сильно возрастает с увеличением высоты. На десятикилометровой высоте она уже в сто раз больше, чем на поверхности земли. Таким образом, за восьмичасовой полет на такой высоте пассажир получает дополнительную нагрузку, которая соответствует дозе, полученной на земной поверхности за 800 часов (33 дня), а именно 0.023 мЗв.

Рис. 2. Мощность дозы (H/t) в микрозивертах в час и общая энергия (Е_общ) космического излучения в зависимости от высоты над поверхностью земли (логарифмический масштаб).

Для человека лишь время от времени летающего над атлантикой такая доза совершенно безопасна, но для персонала рейсов может привести к значительной дозовой нагрузке. Суммарная величина за 100 перелетов в год составляет около 2,3 мЗв, что уже сопоставимо с общей естественной дозовой нагрузкой. Весьма опасным может быть космическое излучение для астронавтов. Во время сильных выбросов на солнце, происходящих раз в несколько лет, доза излучения внутри космического аппарата может доходить до 5 Зв. Такая доза является уже смертельной. Это демонстрирует, насколько важна для нас наша атмосфера, в том числе в качестве защиты не только от ультрафиолетового излучения солнца, но и от высокоэнергетических космических частиц.

Для полноты картины следует отметить, что интенсивность космического излучения на полюсах примерно на 10 процентов больше по сравнению с экватором. Это происходит из-за наличия у Земли магнитного поля. Оно отклоняет электрически заряженные частицы от экватора к полюсам, в случае, когда они падают не точно перпендикулярно к линиям магнитного поля. По этой причине мы можем наблюдать полярное сияние. Оно возникает при электрическом возбуждении частицами космического излучения молекул в воздухе, что приводит к их свечению.

Дата добавления: 2015-06-04