Человек всегда был подвержен действию естественной радиации. Он подвергается воздействию космического излучения. Радиоактивные вещества находятся в земле, в зданиях, в которых мы живем, а также в пище и воде, которые мы потребляем. Радиоактивные газы находятся в воздухе, которым мы дышим, а сам человек радиоактивен, т. к. в живой ткани присутствуют в следовых количествах радиоактивные вещества. Уровни этой естественной или «фоновой» радиации колеблются в значительных пределах.
Человек подвергается облучению двумя способами. Радиация действует снаружи — внешнее облучение. Если же радиоактивные вещества, находящиеся в воздухе, пище, воде, попадают внутрь организма - это внутреннее облучение.
Большей частью (около 73%) радиация исходит от природных радиоактивных веществ, окружающих нас и находящихся внутри нас, но примерно 13% связано с медицинскими процедурами (такой, как рентгеноскопия), а 14% приходит извне в виде космических лучей (рис. 6).
Внешние радиационные поражения можно классифицировать как вызываемые либо глубоко проникающей радиацией (гамма- и рентгеновские лучи, нейтроны), либо неглубоко проникающей радиацией (бета-частицы с высокой энергией, электроны). Глубоко проникающее излучение может достичь, а следовательно, и повредить любые ткани и органы тела.
Рассмотрим источники внешнего облучения. Космическое излучение обуславливает эквивалентную годовую дозу 30 мбэр (300 мкЗв) в год. Для людей, проживающих в возвышенных районах, эта доза значительно выше. На высоте 10 км мощность дозы в 100 раз выше. Рис. 7 иллюстрирует радиационное воздействие космического излучения на человека.
Земная радиация обусловлена в основном естественным распадом радиоактивных элементов, присутствующих в земной коре,— это калий-40 и члены двух радиоактивных семейств — урана-238 и тория-232. Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в земной коре. Строительные материалы помещений — кирпич, бетон, дерево, содержащее естественные радионуклиды, являются источниками излучения. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, также используемые в качестве строительных материалов. Использование промышленных отходов при изготовлении строительных материалов также может увеличить дозовую нагрузку (и не только за счет внешнего, но и внутреннего облучения). Сюда можно отнести металлический шлак, зольную пыль (отход сжигания угля) и др.
С учетом облучения внутри зданий и вне их годовая эквивалентная доза составляет в среднем 35 мбэр.
Уровень земной радиации неодинаков для разных мест и зависит от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. Согласно исследованиям для Франции, США и Японии мощность дозы, обусловленная земной радиацией, составляет в среднем от 30 до 60 миллибэр в год. Но около 3% населения этих стран получают дозу земной радиации 100—150 мбэр в год.
Усредненная годовая доза, обусловленная внешним облучением, для жителей России превышает 65 мбэр/год. В различных городах нашей страны она может отличаться.
Известный английский ученый Уолтер Маршалл приводит интересный пример: «В поверхностном слое садового участка размерами 1040 м до глубины 1 м содержится 7000 кг калия, в том числе 0,8 кг калия-40, 6 кг тория, 2 кг урана».
Внутреннее облучение обусловлено радиоактивным веществом, поступившим внутрь организма. При этом вклад в облучение дают альфа-, бета- и гамма-облучатели. Имеется четыре возможных пути, по которым радиоактивные вещества способны поступить в организм:
4) путем абсорбции через здоровую кожу.
Большая часть, в среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом.
Рассмотрим факторы, влияющие на величину дозы, которую получают ткани живого организма при внутреннем облучении.
Степень радиационной опасности радионуклидов при внутреннем облучении человека определяет ряд параметров:
1) путь поступления радиоактивного вещества в организм (через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт (или непосредственно в кровь через повреждения кожи);
4) время пребывания излучателя в организме (определяемое периодом радиоактивного полураспада и периодом биологического полувыделения);
5) энергия, излучаемаярадионуклидами в единицу времени (определяется произведением числа актов распада в единицу времени на среднюю энергию одного акта распада);
6) масса облучаемой ткани (зависит от проникающей способности излучения и локализации радиоактивного вещества в организме) ;
8) количество радионуклидов в органе, т. е. количество распада в единицу времени и вид излучения.
Из всех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опасно вдыхание загрязненного воздуха.
Попавшие в организм радионуклиды распределяются или равномерно по всему телу (калий, цезий) или концентрируются в отдельных органах и тканях (стронций, радий — в костях, йод — в щитовидной железе).
Воздействие радионуклидов, единовременно поступивших внутрь организма, с течением времени уменьшается за счет радиоактивного распада и биологического выведения из организма естественным путем. Например, некоторые долгоживущие радионуклиды: йод-131, цезий-137 не накапливаются в организме, а сравнительно быстро выводятся из него.
К основным естественным и искусственным радионуклидам, ответственным за внутреннее облучение человека, относятся: калий-40, радий-226, полоний-210, радон-222, -220, йод-131, цезий-137, стронций-90, радиобиологические свойства которых приведены в табл. 1.
Годовая эффективная доза внутреннего облучения для всего тела от всех источников — естественных радионуклидов, содержащихся в человеке, составляет 135 мбэр.
Наиболее весомым из всех естественных источников радиации (на территории России его вклад достигает 44%) является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) — радон. Человек подвергается воздействию радона и продуктов его распада в основном за счет внутреннего облучения при поступлении радионуклидов в организм через органы дыхания и, в меньшей мере, с продуктами питания.
В природе встречаются два изотопа радона: радон-222 (образуется при распаде урана-238) и радон-220 (один из продуктов в ряду распада тория-232). Оба изотопа излучают альфа-частицы, превращаясь в изотоп полония, которые, в свою очередь, тоже излучая альфа-частицы, дают начало следующим нуклидам (альфа- или бета-активным) и так далее — вплоть до стабильных изотопов свинца (рис. 10). Радона-222 в природе в 20 раз больше, чем радона-220, поэтому далее будет подразумеваться в основном первый из них.
Радон высвобождается из земной коры, однако основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении, причем радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Средняя равновесная концентрация радона внутри помещений составляет около 15 Бк/м3. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8—10 раз выше, чем в наружном воздухе. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещений. Поступая внутрь помещений тем или иным путем (просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкциях дома), радон накапливается в нем. В результате в помещении могут возникнуть довольно высокие уровни радиации, особенно если дом стоит на грунте с относительно повышенным содержанием радионуклидов или если при его постройке использовали материалы с повышенной радиоактивностью. В среднем человек получает 65—130 мбэр в год за счет внутреннего облучения радоном.
Самые распространенные строительные материалы — дерево, кирпич и бетон — выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают, например, гранит и пемза, также используемые в качестве строительных материалов. Кальций-силикатный шлак также обладает, как выяснилось, довольно высокой удельной радиоактивностью. Среди других промышленных отходов с высокой радиоактивностью, применяющихся в строительстве, следует назвать кирпич из красной глины — отход производства алюминия, доменный шлак — отход черной металлургии, и зольную пыль, образующуюся при сжигании угля. (Таблица 2).
Конечно, радиационный контроль строительных материалов заслуживает самого пристального внимания, однако главный источник радона в закрытых помещениях — это грунт. Скорость проникновения исходящего из земли радона в помещения фактически определяется толщиной и целостностью стен и перекрытий между этажами. Даже при оклейке стен обоями скорость эмиссии радона уменьшается примерно на 30%.
Еще один, как правило, менее важный источник поступления радона в жилые помещения представляют собой вода и природный газ. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников, особенно из глубоких колодцев или артезианских скважин, содержит очень много радона. По оценкам НКДАР ООН (Научный комитет по действию атомной радиации), среди всего населения Земли около 1% жителей потребляют воду с удельной радиоактивностью более 1 млн. Бк/м3 и около 10% пьют воду с концентрацией радона, превышающей 100000 Бк/м3. А поскольку при нагревании растворимость всех газов уменьшается, то лучше пить кофе или чай, чем некипяченую воду (даже «заговоренную» по телевизору).
В результате предварительной переработки и в процессе хранения природного газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона в помещениях может заметно возрасти, если кухонные плиты, отопительные и другие нагревательные устройства, в которых сжигается газ, не снабжены вытяжкой. При наличии же вытяжки, которая сообщается с наружным воздухом, пользование газом практически не влияет на концентрацию радона в помещении.
Неудивительно, что в ванной комнате радона раза в 3 больше, чем в кухне (с газовой плитой) и в 40 раз больше, чем в других комнатах (рис. 11).
Доля домов, внутри которых концентрация радона и его дочерних продуктов составляет от 1000 до 10000 Бк/м3, лежит в пределах от 0,01 до 0,1% в различных странах. Это означает, что не так уж мало людей подвергаются заметному облучению из-за высокой концентрации радона внутри домов, где они живут. Однако в странах, где этот вопрос стоит не так остро, как например в Швеции, 3/4 коллективной эквивалентной дозы, получаемой населением этих стран за счет радона, складывается из доз облучения в домах с удельной радиоактивностью воздуха в помещениях менее 100 Бк/м3. Эффективная эквивалентная доза облучения от радона и его дочерних продуктов составляет в различных странах мира в среднем около 100 мбэр/год, т. е. согласно текущим оценкам, около половины всей годовой дозы, получаемой человеком в среднем от всех естественных источников радиации (рис. 12).
Каменный уголь содержит радиоактивных нуклидов относительно немного, но из-за больших масс, сжигаемых в топках электростанций и в печах отопления, его вклад в облучение населения достаточно весом. Радионуклиды в основном попадают в окружающую среду с пылью топочных газов, со шлаками. Выяснилось, что большое загрязнение радионуклидами производят даже печи домашнего отопления, так как в них нет улавливания золы на выходе из труб, а невысокие трубы создают в жилых районах высокие концентрации угольной пыли.
До недавнего времени на это обстоятельство не обращали внимание, но по оценкам, из-за сжигания угля в домашних условиях во всем мире ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза облучения населения Земли почти в 50 раз больше, чем сжигания угля в топках электростанций.
Использование фосфатов для производства удобрений и в качестве кормовых добавок, термальные водоемы могут привести также к увеличению радиационного облучения.
