Экологические аспекты проблемы радона

С точки зрения радиоэкологии человека можно выделить следующие аспекты проблемы радона:

1. Химические и ядерно-физические свойства радона.

Радон — опасное вещество: он испускают высокоэнергетическое корпускулярное излучение с весьма большим поражающим действием (биологической эффективностью). Радон — газ и легко перемещается в пространстве на достаточно большие расстояния. От него невозможно защититься простой установкой поглощающего радиацию экрана. Угольные фильтры типа противогазов или лепестков его не задерживают. Радон хорошо растворяется в крови, быстро перемещается по организму и проникает во все его органы. Особенно хорошо Rn растворяется в жирах.

Радон — не очень опасное вещество: Радон — инертный газ. Он практически не сорбируется на внутренней поверхности лёгких. Попав в организм на вдохе, он на выдохе почти полностью выводится из организма (коэффициент введения в организм — менее процента). Радон — достаточно короткоживущий нуклид и быстро распадается. Период биологического выведения у него тоже короток. Поэтому, раз попав в организм, Rn менее чем за сутки полностью из него выводится. Радон не создает внешнего облучения на организм (его а-частицы поглощаются любой одеждой).

Опасен не сам Rn, а продукты его распада.

2. Радон быстро приходит в равновесие с ближайшими продуктами своего распада («активным налётом»).

Все дочерние радионуклиды (ю для Rn, 7 для Тп и 8 для Ап) являются высокотоксичными тяжелыми металлами (Ро, Tl, Bi, Pb и др.). Продукты распада являются высокоэнергетическими а-, р-, и у-излучателями. а-распад материнского нуклида сопровождается выделением значительной энергии отдачи. В результате дочерний элемент в виде атома отдачи внедряется в биологические ткани, где и застревает. Последовательные циклы a-отдач приводят к проникновению радионуклидов на значительные глубины в биологические объекты. В воздухе продукты распада (нелетучие элементы) находятся в высоко ионизированном состоянии и легко адсорбируются на любых поверхностях, в том числе — на трахеях и бронхах. Тяжелые металлы плохо выводятся из организма.

Наличие многочисленных превращений и «вилок», процессов отдачи, нескольких зарядовых состояний нуклидов, сложных спектров распада, набора времен жизни нуклидов (следовательно, весьма сложных процессов накопления и распада), широкого набора периодов биологического выведения продуктов активного налёта, сложный характер транспорта, как в окружающей среде, так и в организме, приводят к большим трудностям при расчёте поглощенной дозы от Rn и продуктов его распада. Ещё большие проблемы возникают при предсказании биологического действия эманаций и при оценке совокупного радонового риска.

3. Вовлечение радона в среду обитания человека.

Современная дозовая нагрузка на население от Rn связана исключительно с активностью человека: сейчас лишь незначительная часть людей обитает в пещерах и непроветриваемых подвалах с высокой концентрацией Rn. Квартиры в многоэтажных домах расположены на высотах, которые тяжёлый Rn не достигает. В большинстве стран осуществляется контроль содержания Ra в строительных материалах, поэтому выделение Rn из стен квартир незначительно. Лишь неумелые, но активные действия человека вовлекают Rn в среду обитания.

4. Медико-биологические свойства радона.

Радон относится к группе токсинов, привычных для человека. Он всегда присутствовал в экосистеме и в любом живом организме. Более того, контакт Rn с человеком в доисторические времена был гораздо интенсивнее, чем сейчас. Люди жили в пещерах, вырубленных в гранитах, и, несомненно, интенсивно облучались у-излучениями от природных радионуклидов. В своем жилище они дышали воздухом, насыщенным Rn. Интенсивная вулканическая деятельность приводила к выбросам Rn в атмосферу. Ныне природные радионуклиды в значительной степени распались, вулканическая деятельность ослабла, человек вылез из пещер и землянок. Поэтому современная радиационная нагрузка на человека существенно меньше привычной. Радон — привычный токсин, всё живое в ходе эволюции приспособилось к его присутствию в среде обитания и научилось нейтрализовать его отрицательные последствия.

Во многих регионах мира природный радиационный фон значительно выше среднего, особенно в районах, где возникали древние очаги цивилизации: Иран, дельта Нила, дельта Ганга. При этом некоторые города с необычайно высокой радиоактивностью, обусловленной Ra и Rn: Кисловодск, Мацеста, Карловы Вары и др. скорее считаются курортными, чем местами экологического бедствия. В РФ выявлено несколько радоноопасных регионов и населенных пунктов, в которых до 10^-50% жилищ имеют концентрации Rn >500 Бк/мз, а отдельные жилища — >50 000 Бк/мз. Есть дома, в которых содержание Rn выше, чем в урановых шахтах. Некоторые люди в течение жизни систематически получают за счёт Rn эффективные дозы в десятки мЗв в год; ~1% россиян (1,5-ю⁶ человек) получает от природных радионуклидов дозу в 15 мЗв/год, т. е. >1 Зв в течение жизни. Коллективная эффективная доза облучения населения за счёт Rn в помещениях =150 000 Зв/год или ю, 5 млн. Зв за всю жизнь. Коллективная эффективная доза от воздействия Rn в юо раз превышает дозу от аварии на ЧАЭС.

Согласно традиционной радиобиологии любое облучение организма наносит ему безусловный вред. Особенно это справедливо относительно облучения женщин и детей. Между тем, один из самых знаменитых мировых курортов по лечению женского бесплодия размещается в долине Яхимталле (г. Яхимов, Чехия). Именно из отходов уранового рудника, из которого в курорт поступают радоновые воды, супругами Кюри выделены полоний и радий. Курорт функционирует уже =200 лет.

Медицинский аспект проблемы Rn в том и заключается, что радон с одной стороны увеличивает число заболеваний, а с другой является эффективным лекарственным средством.

4. Проблема экстраполяции в область малых доз.

Приведённые выше оценки заболеваний раком лёгких от бытового Rn не являются экспериментально измеренными. Они получены расчётным методом, путём экстраполяции данных по заболеваниям шахтеров урановых рудников на низкие концентрации Rn. Правомерность линейной экстраполяции на малые дозы вызывает большие сомнения. Существует мнение, что при малых концентрациях Rn скорее полезен, чем вреден. Что касается рака лёгких, то эта болезнь вызывается целым рядом причин и однозначная связь её с Rn до сих пор не установлена.

Оценку радоновой опасности начинают с характеристики эффективности источника Rn путём учёта четырёх факторов:

• 1) Качественный и количественный состав материнских изотопов Rn в природной среде, т. е. относительное содержание ²²⁶Ra/²²ⁱ«Ra/²²3Ra, находящихся в равновесии (как правило, сдвинутом в ту или иную сторону) с 238U/232Th/235U.
• 2) Открытость источника, под которой понимают способность Rn выйти из источника и попасть в атмосферный воздух или питьевую воду. Основным процессом, приводящим к выходу Rn из источника является эффект отдачи, когда при распаде ядра Ra, выделяющаяся энергия распределяется между' а-частицей и ядром образовавшегося Rn. Энергии отдачи вполне достаточно, чтобы Rn мог покинуть любую кристаллическую решетку' и стабилизироваться в поре или в воде. На процесс выделения Rn за счёт энергии отдачи не влияет температура среды, поэтому подвижный Rn с одинаковой скоростью генерируется, как летом, так и зимой. На выделение Rn за счёт диффузии влияние оказывает температура, тип крсталлической решётки, пористость материала, величина периода полураспада конкретного изотопа Rn, распределение Ra по объёму' источника.
• 3) Наличие в горных породах подвижных флюидов (магма, грунтовые воды, природный газ, нефть и т. п.) способных транспортировать на сравнительно большие расстояния короткоживущий Rn, «выметать» радон к дневной поверхности Земли, или доставлять его непосредственно к среде обитания человека.
• 4) Состояние атмосферы (турбулентность, направление и сила ветра, абсолютная и относительная влажность и т. п.).

Геологический источник становится эффективным генератором атмосферного Rn при удачном сочетании высокой концентрации Ra в породе, высокой радонопроницаемости горных пород и почвы, наличии интенсивных потоков флюидов. При отсутствии какого-то одного из этих факторов эффективность источника падает. Так, плотные граниты, содержащие высокие концентрации Ra-Rn могут быть опасны с точки зрения внешнего облучения человека у-квантами, но не представляют опасности в плане появления Rn в жилом помещении из-за их крайне низкой пористости и, следовательно, эманирующей способности. Наоборот, не слишком радиоактивные, но высокопористые шлаки или штукатурка способны обеспечить высокие потоки Rn в среду обитания человека.

Табл. 3. Распределение концентраций ²²°Rn и ²²²Rn в неподвижной атмосфере._.

Рис. 17 Влияние таяния снегов на концентрацию радона в почве на различной глубине. Период: ноябрь 1989 август 1990.

Наибольшее содержание ²²°Rn и ²²²Rn наблюдается в приземном слое атмосферы. С увеличением высоты оно уменьшается (табл. з).

Рассеяние Rn приводит к уменьшению его концентрации непосредственно в районе источника, но ведёт к увеличению его концентрации в отдаленных регионах. Миграция Rn в атмосфере зависит от характера рельефа местности (степь, горы, лес), степени развитости рельефа, климатических параметров (температ>^тра, направление и сила ветра, влажность воздуха, атмосферное давление), типа и плотности растительности, типа и топологии городской застройки, характера и интенсивности осадков, периода полураспада изотопов Rn и многих других параметров. Многие из этих параметров изменяются во времени (суточные, сезонные, годовые колебания), поэтому радоновые поля сильно эволюционируют во времени.

При анализе экспозиции человека в Rn учитываются такие факторы, как концентрации изотопов Rn во вдыхаемом воздухе, концентрации продуктов распада Rn (включая учёт сдвигов равновесия между Rn и «активным налетом», и между различными членами радиоактивного ряда), количество аэрозолей в воздухе помещения, размерный спектр их частиц и адсорбционная эффективность, характер работ в помещении (частота и интенсивность перемешивания воздуха и аэрозолей в помещении), наличие ионизаторов воздуха, время пребывания человека в помещении и т. п. В ходе экспозиции облучению подвергается весь организм, но часть Rn и продуктов его распада попадает в трахеи и лёгкие, где сначала адсорбируются на поверхности дыхательных путей, а затем проникают в кровеносные сосуды. Кровь разносит сам Rn и образующиеся из него продукты распада по всему организм}', где нуклиды накапливаются в критических органах.