Лекция 4. Источники ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения (ионизирующая радиация) не являются каким-либо необычным или новым фактором на Земле. Все живое и неживое во все эпохи подвергалось ее воздействию. Более того, имеются все основания предполагать, что в те времена, когда жизнь на нашей планете лишь зарождалась, дозы ионизирующей радиации были гораздо выше, чем сейчас. В настоящее время на живые организмы во внешней среде могут одновременно действовать несколько источников излучений, среди которых выделяют следующие основные виды:
1. Естественное (природное) излучение.
2. Излучение от искусственных радионуклидов.
3. Излучение от источников, применяемых в медицине и быту.
4. Профессиональное облучение.
Естественные источники излучения
Естественное, или природное, излучение является обычной составной частью биосферы, экологическим фактором, воздействующим на все живое и образующим так называемый «естественный», или природный, радиационный фон. Оно формируется за счет трех источников: космическогоизлучения; излучения внешних земных источников и излучения внутренних источников.
|
|
В космическом излучении выделяют галактическое излучение, приходящее на Землю извне Солнечной системы – из окружающего ее галактического пространства, и солнечное излучение, обусловленное активностью Солнца. Галактическое излучение представляет собой поток частиц высокой энергии, преимущественно протонов – первичное излучение, а также вызываемое ими в результате взаимодействия с атомными ядрами компонентов, составляющих атмосферу Земли, вторичное излучение, в котором встречаются практически все известные элементарные частицы: нейтроны, протоны, электроны, мезоны, мюоны и другие. Солнечное космическое излучение играет важную роль за пределами земной атмосферы, но, обладая по сравнению с галактическим низкой энергией, не приводит к заметному увеличению дозы излучения на поверхности Земли, задерживаясь и рассеиваясь в атмосфере. Поэтому естественно интенсивность космического излучения зависит от географического расположения объекта и возрастает с высотой над уровнем моря.
Внешнее излучение земных источников определяется естественной радиоактивностью земной коры, воды и атмосферы. В земных породах, рудах, почвах содержится около 70 радиоактивных изотопов 25 элементов, которые подразделяют на две категории: первичные и космогенные. В первичных, в свою очередь, выделяют две группы радионуклидов. К первой относят радионуклиды трех тяжелых элементов 238U (уран), 235U и 232Тh (торий). Каждый из них является родоначальником радиоактивного семейства, соответственно урана, актиния и тория. Подвергаясь многоступенчатому альфа- и бета-распаду, эти элементы образуют ряд радиоактивных изотопов, среди которых наибольший вклад в радиоактивность вносят 226Ra (радий), 222Rn (радон), 220Rn, 210Ро (полоний).
|
|
Во вторую группу входят изотопы элементов, не образующие семейств. К ним в первую очередь относят 40К (калий), 48Са (кальций), 87Rb (рубидий), 96Zr (цирконий),138La (лантан), 147Sm (самарий), 176Lu (лютеций). В некоторых породах, включающих органические вещества (уголь, сланцы), содержится радиоактивный изотоп углерода 14С. Основной вклад в естественную радиоактивность из элементов этой группы вносит калий.
Космогенные радионуклиды образуются в основном в атмосфере при взаимодействии космического излучения с ядрами азота, кислорода и аргона, а затем поступают на земную поверхность с атмосферными осадками. К ним относятся 3Н (тритий), 14С, 7Ве (бериллий),22Na (натрий), 26А1 (алюминий), 32Р (фосфор), 36С1 (хлор) и некоторые другие. Именно они определяют радиоактивность атмосферы вместе с содержащимися в нижних ее слоях газообразными продуктами урана и тория — 222Rn и 220Тп (тороном). Но концентрация последних быстро падает с удалением от поверхности Земли.
Естественные радиоактивные элементы в своем большинстве являются долгоживущими. Период полураспада некоторых из них достигает 108—1010 лет. Хотя среди них немало и таких, период полураспада которых измеряется секундами и даже микросекундами. Их изучение имеет лишь теоретическое значение, помогая понимать механизм превращения одних элементов в другие.
Совершенно понятно, что вода содержит радионуклиды, имеющиеся и в земной коре, и в атмосфере.
Содержание радионуклидов в земной коре и воде варьируется в очень широких пределах. Соответственно варьируется и естественный радиационный фон в различных точках земной поверхности. Осадочные породы, как правило, слаборадиоактивны. Изверженные горные породы (гранит, базальт) содержат значительно большее количество радионуклидов. Очень богаты торием и радием так называемые «монацитовые пески», основу которых составляет минерал монацит — фосфат редкоземельных элементов преимущественно цезиевой группы. Известны и радиоактивные водные источники. В таких районах радиоактивный фон может во много раз превышать обычный. Так, если мощность дозы природного фона в различных частях нашей планеты колеблется в основном в пределах 8-12 мкР/ч, составляя в среднем 10 мкР/ч, то в некоторых районах СССР, Франции, Швеции, США этот показатель достигает 20—50 мкР/ч. А в Индии, Бразилии, Иране есть провинции, где мощность дозы естественного радиационного фона в десятки и сотни раз превышает среднемировые уровни.
Внутренними источниками облучения являются радионуклиды, попадающие в растения, в организм животных и человека с воздухом, водой, элементами питания. Практически это все из вышеперечисленных внешних источников облучения. Но наиболее высокий вклад во внутреннее облучение из них дают 40К, I4C, 87Rb, 2IOPo, 226Ra, а также220Rn и 222Rn. Но различные организмы способны по-разному поглощать и накапливать в своих тканях и органах отдельные радиоактивные элементы и поэтому вклад внутреннего облучения в общее оказывается неодинаковым.
Таким образом, живые организмы постоянно подвергаются воздействию ионизирующих излучений от указанных трех источников, образующих естественный радиационный фон. Это и есть та радиационная обстановка, в которой, по меньшей мере последние миллионы лет, существовало и развивалось все живое на нашей планете. Считается, что она является одним из главных факторов естественного мутагенеза, играющего важную роль в эволюции живых организмов, а также одной из причин возникновения злокачественных новообразований и наследственных заболеваний.
|
|
Следует однако отметить, что с прошлого века естественный радиационный фон начал возрастать. Это явилось результатом деятельности человека и индустриализации хозяйства, которая привела к поступлению из недр земли в окружающую среду большого количества радионуклидов вместе с такими полезными ископаемыми, как каменный уголь, нефть, газ, строительные материалы, руды металлов, удобрения и многими другими.