Естественный радиационный фон

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Кафедра экологии Курсовая работа по радиоэкологии на тему:

«Естественный радиационный фон»

Выполнил: студент гр. ЭКЛ-С-08

Мурашов В.С.

Проверила:

Лаврентьева Г. В.

Обнинск, 2012 год

Содержание Основная цель Общие положения

1. Естественные источники радиации

1.1 Космические лучи

1.2 Земная радиация

1.3 Внутреннее облучение

1.4 Другие источники излучения

2. Измерение радиационного фона

2.1 Общие сведения о эколого-геофизических исследованиях

2.2 Методика измерения радиационного фона

3. Нормирование

4. Проблемы восприятия понятий

5. Вывод

6. Литература

Основная цель Раскрыть само понятие естественного радиационного фона; рассказать о источниках ЕРФ; как происходит измерение ЕРФ; как это регламентируется; где используется ЕРФ; как трудности возникают с проблемами понятия радиационного фона у населения из-за неполной или ложной информации.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН — космическое излучение и излучение, создаваемое природными радионуклидами, содержащимися в земле, воде, воздухе, др. элементах биосферы, в пищевых продуктах, в организме человека и животных.

Радиоактивность — самопроизвольное превращение (распад) ядер элементов, приводящее к изменению их атомного номера или массового числа.

Радиоактивное излучение как самопроизвольное испускание лучей — это естественный процесс, существовавший задолго до образования Земли.

Радиоактивное излучение является частью более общего понятия — ионизирующее излучение.

Ионизирующее излучение — это поток корпускулярной (б-частиц, электронов, протонов, нейтронов и др.) и (или) электромагнитной (рентгеновские, г-лучи) энергии, связанной с прямым или косвенным возникновением ионов.

б-лучи были идентифицированы как ядра атома гелия, в-лучи представляют поток электронов, а г-лучи — это поток квантов большой энергии, характеризуемых частотой соответствующего волнового процесса.

г-лучи отличаются от рентгеновских, возникающих при торможении быстрых электронов в рентгеновских трубках и ускорителях, лишь механизмом образования. Основными свойствами ионизирующих излучений являются проникающая и ионизирующая способность.

Ионизирующая способность характеризует количество ионов, образующихся при движении частицы в среде на единицу расстояния. Она, напротив, максимальна для тяжелых б-частиц и минимальна для г-излучения.

Интенсивность радиоактивного распада характеризуется активностью.

1. Естественные источники радиации Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах -. соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полеты на самолетах все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего облучения. В этой главе мы рассмотрим вначале данные о внешнем облучении от источников космического и земного происхождении. Затем остановимся на внутреннем облучении, причем особое внимание уделим радону радиоактивному газу, который вносит самый большой вклад в среднюю дозу облучения населения из всех источников естественной радиации. Наконец, в ней будут рассмотрены некоторые стороны деятельности человека, в том числе использование угля и удобрений, которые способствуют извлечению радиоактивных веществ из земной коры и увеличивают уровень облучения людей от естественных источников радиации.

1.1 Космическая радиация Радиационный фон, от космических лучей, ответственен за половину всего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации.

Космические лучи представлены высокоэнергетическими потоками (примерно 90%), альфа-частицами (около 9%), нейтронами, фотонами, электронами и ядрами легких элементов (1%). Однако планета Земля, входящая в Солнечную систему, имеет свои защитные механизмы от радиационных воздействий, иначе жизнь на Земле была бы невозможна.

На расстоянии от одного до восьми земных радиусов космические частицы отклоняются магнитным полем Земли. Магнитное поле Земли создаёт мощную защиту для человека от космической радиации, хотя и не абсолютную. Часть высокоэнергетических частиц прорывается через магнитное поле и достигает верхних слоев атмосферы. Немногие из них проникают через всю атмосферу и достигают поверхности Земли. Большинство же, сталкиваясь с атомами азота, кислорода, углерода атмосферы, взаимодействуют с ядрами этих атомов, разбивая их, рождая множество новых частиц протонов, нейтронов, мезонов, мезонов, образующих вторичное космическое излучение.

Защититься от этого невидимого «космического душа» невозможно. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше космической радиации, чем экваториальные области, так как влияние магнитного поля Земли здесь меньше. Уровень облучения существенно растет с высотой, так как уменьшается слой воздуха, играющего защитную роль Космические лучи, проходя сквозь атмосферу, вызывают появление космогенных радионуклидов, которых сегодня насчитывается около 20. Однако более значительными из них являются изотоп водорода — тритий и углерод-14.

Заряженные частицы, попадая в магнитное поле Земли, образуют так называемые радиационные пояса Земли. Выходу заряженных частиц из радиационных поясов Земли мешает особая конфигурация направлений линий магнитной напряженности, создающих магнитную ловушку. Радиационные пояса Земли были открыты американским ученым Дж. Ван Алленом и русскими физиками С. Н. Верновым и А. Е. Чудановым.

Заряженные частицы в магнитном поле движутся по-разному в зависимости от соотношения плотностей магнитной кинетической энергии. Примерно на расстоянии 10-ти земных радиусов поток заряженных частиц встречает сильное магнитное поле и под действием силы Лоренца изменяется направление их движения. Движение потока заряженных частиц можно представить, как колебательное движение, но спиральной траектории вдоль силовых линий магнитного поля из Северного в Южное полушарие и обратно.

Одно колебание вдоль силовой линии из Северного в Южное полушарие протон с энергией 100 МэВ совершает приблизительно за 3 секунды, а время его нахождения в магнитном поле составляет около 100 лет. При этом совершается до 1010 колебаний. В зависимости от энергии и заряда, частицы совершают полный оборот вокруг Земли за время от нескольких минут до суток, двигаясь в западном и восточном направлениях.

Радиационные пояса Земли можно подразделить на внутренний и внешний. Во внутреннем радиационном поясе находятся протоны высоких энергий и электроны. На нижней границе внутреннего пояса на расстоянии 200−300 км от поверхности Земли заряженные частицы испытывают столкновения с атомами и молекулами атмосферы и меняют свою энергию, поглощаясь атмосферой. Во внешнем радиационном поясе находятся электроны с энергией до 100 КэВ и временем «жизни» 105−107 с.

Пояс протонов малых энергий (до 10 МэВ) находится между внутренним и внешним поясами Земли. Зона квазизахвата расположена за внешним поясом и имеет сложную конфигурацию, зависимую от плотности потока космических лучей солнечного ветра.

В годы активного солнца плотность потока энергии солнечного ветра усиливается, граница радиационных поясов отодвигается дальше и становится большим препятствием для космических лучей.

В результате этого, с временной задержкой около года происходит возрастание интенсивности космических лучей на Земле. Время задержки определяется расстоянием, которое проходит солнечный ветер до границ магнитосферы. Радиационные пояса Земли представляют серьезную опасность для экипажей космических кораблей при длительных полетах в околоземном пространстве, если их орбита проходит через область радиационных поясов. Длительное пребывание космических кораблей в радиационном поясе приводит к переоблучению экипажей, выходу из строя оптических приборов и солнечных батарей, находящихся на корабле. В связи с этим проводятся интенсивные исследования при помощи спутников, специальных зондов по определению координат радиационных поясов Земли, а также рассчитываются орбиты космических кораблей для снижения действия радиационного фактора.

Нет такого места на Земле, куда бы не падал этот невидимый космический душ. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы (из которых в основном и состоят космические лучи). Существеннее, однако, то, что уровень облучения растет с высотой, поскольку при этом над нами остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу около 300 микрозивертов (миллионных долей зиверта) в год; для людей же, живущих выше 2000 м над уровнем моря это величина в несколько раз больше. Еще более интенсивному, хотя и относительно непродолжительному облучению, подвергаются экипажи и пассажиры самолетов. При подъеме с высоты 4000 м (максимальная высота, на которой расположены человеческие поселения: деревни шерпов на склонах Эвереста) до 12 000 в (максимальная высота полета трансконтинентальных авиалайнеров) уровень облучения за счет космических лучей возрастает примерно в 25 раз и продолжает расти при дальнейшем увеличении высоты до 20 000 м (максимальная высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов) и выше. При перелете из Нью-Йорка в Париж пассажир обычного турбореактивного самолета получает дозу около 50 мкЗв, а пассажир сверхзвукового самолета на 20% меньше, хотя подвергается более интенсивному облучению. Это объясняется тем, что во втором случае перелет занимает гораздо меньше времени. Всего за счет использования воздушного транспорта человечество получает в год коллективную эффективную эквивалентную дозу около 2000 чел-Зв.

1.2 Земная радиация В основном, ответственность за естественную земную радиацию несут три семейства радиоактивных элемента — уран, торий и актиний. Указанные радиоактивные элементы нестабильны и, в результате физических превращений, переход в стабильное состояние, сопровождается выделением энергии или ионизирующим излучением.

Главными источниками земной радиации являются радиоактивные элементы, содержащиеся в горных породах, которые образовались в результате геофизических процессов. Наибольшее содержание радиоактивных элементов содержится в гранитных породах и вулканических образованиях. Средняя концентрация радиоактивных изотопов калия-40, Ra-226, Th-232 колеблется у них от 102 до 103 Бк/кг. В течение эволюционных процессов радиоизотопы мигрируют, участвуя в метрологических и геохимических формированиях окружающей среды. В результате соединения со стабильными элементами они участвуют в обменных реакциях живых организмов, тем самым создавая естественную радиоактивность обитателей Земли. К наиболее значимым элементам, обеспечивающим жизнедеятельность живой материи относятся изотопы калия, углерода и трития, а всего в биосфере находится значительно больше радиоактивных элементов, что обуславливает общую радиоактивность человека.

Основную роль в радиоактивность человека вносит калий-40 — около 20 * 103 Бк или 0,2% от общей массы человека, углерод-14 — около 30 * 102 Бк или 18% от общей массы человека, которые поступают в организм человека в основном по пищевой цепочке.

Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в земной коре — калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232.

Уровни земной радиации неодинаковы и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения мощность дозы облучения в среднем составляет 0,3−0,6 микрозиверта в год.

Основной естественный радиоактивный элемент на территории Белорусского Полесья с периодом полураспада 1,32×109 лет, как дозообразующий фактор — это калий-40, который находится в почвах в виде солей и в живых организмах.

К-40 — слаборадиоактивный элемент, экологически мало опасен, он усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности. В среднем человек получает около 180 мкЗв в год от К-40.

В малых концентрациях естественные источники радиоактивности содержатся в любой почве. Однако, в зависимости от структуры почвы, их больше в гранитных породах, глиноземах и меньше в песчаных и известковых почвах.

Половину годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения от земных источников радиации человек получает от невидимого, не имеющего вкуса и запаха тяжёлого газа радона. В природе радон встречается в двух основных формах: радон-222, член радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана-238, и радон-220, члена радиоактивного ряда тория-232.

Радон в 7,5 раза тяжелее воздуха и является альфа-радиоактивным с периодом полураспада 3,8 суток. После альфа-распада ядро радона превращается в ядро полония. Это также альфа-радиоактивный изотоп с периодом полураспада 3 минуты и наличием дополнительного электрического заряда. Следующие элементы этой цепочки радиоактивных распадов имеют такие же характеристики. Заканчивается ряд стабильным изотопом свинца. Концентрация радона в различных точках земного шара неодинакова.

Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении, где повышена его концентрация Радон может проникать сквозь трещины в фундаменте, через пол из поверхности Земли и накапливается в основном на нижних этажах жилых помещений, создавая там повышенную радиацию. Одним из источников радоновой радиации могут быть конструкционные материалы, используемые в строительном производстве. К ним в первую очередь относятся материалы с повышенной радиоактивностью — гранит, пемза, глинозём, фосфогипс.

Вода, используемая для бытовых и пищевых целей, обычно содержит мало радона, однако глубоко залегающие водяные пласты могут иметь повышенную его концентрацию. Высокая концентрация радона образуется в ванных комнатах, где радон, испаряясь из горячей воды при принятии душа или ванны, попадает в организм с вдыхаемым воздухом Основными мероприятиями по устранению влияния радона, уменьшению его концентрации и снижению дозообразующего фактора являются: заделывание швов, трещин в фундаментах зданий, отказ от строительных материалов, содержащих радон, оклейка, окраска покрытий стен пластиковыми материалами, кипячение воды для пищевых нужд, особенно из глубоких артезианских скважин и колодцев, частое проветривание помещений на нижних этажах, ванных комнат.

В процессе развития материального производства, технологий, человек может локально изменить распределение естественных источников радиации, что приводит к повышенному облучению. Такими примерами являются полеты на самолетах, применение материалов с повышенной концентрацией радионуклидов, использование каменного угля и природного газа. Наблюдаемые при этом повышенные уровни излучения называются технологически повышенным естественным радиационным фоном (ТПЕРФ).

Вклад в общую дозу от естественной радиации вносит уголь, сжигаемый как на тепловых электростанциях, так и для обычных бытовых нужд. В 1 кг угля содержится до 50 Бк урана, около 300 Бк тория, 70 Бк калия-40 и других радиоактивных элементов. Если уголь содержит небольшое количество радионуклидов, то в угольных шлаках может быть высокая их концентрация. В связи с этим, нецелесообразно использовать шлаки угля как наполнители к цементам и бетонам, а золу — для улучшения почв. Поэтому тепловые электростанции являются серьезным источником внешнего и внутреннего облучения населения, проживающего на прилегающих территориях.

Другой источник ТПЕРФ — промышленное использование продуктов переработки фосфоритов. Залежи фосфоритов содержат, как правило, продукты распада U-238 в сравнительно высоких концентрациях. При этом следует учесть, что добыча фосфорной руды в мире очень велика и из года в год возрастает. Процесс переработки фосфорной руды экологически небезопасен, так как отходы руды содержат радионуклиды. Применение фосфорных удобрений в сельском хозяйстве, стимулирует усвоение естественных радионуклидов растениями из почвы. Использование отходов фосфорного производства в качестве стройматериалов (гипса) также является возможным дополнительным источником облучения. Так, в частности, в жилом доме, при строительстве которого вместо обычных материалов использовались гипсовые отходы, дополнительная годовая доза облучения жильцов составит 7*10−2мГр.

Увеличение радиационности почв могут дать фосфорные удобрения, особенно вносимые в жидком виде. В данном случае очень важно соблюдение сроков, по истечению которых можно использовать под выпасы сельскохозяйственные угодья после агрохимии фосфором.

Человечество во всем мире все шире для бытовых нужд использует большое количество потребительских товаров, содержащих естественные радионуклиды. К таким товарам можно отнести часы со светящимся циферблатом, содержащим радий, специальные оптические приборы, аппаратуру, применяемую в аэропортах и таможенном досмотре и т. д.

Нельзя недооценивать ионизирующее излучение от телевизоров и, в особенности, от дисплеев компьютеров. Это излучение, в некоторых случаях, может превышать естественные фоновые уровни. В связи с этим не рекомендуется слишком близко смотреть телепередачи или продолжительное время находится у дисплея компьютера, особенно детям. Показано, что среднегодовая доза, обусловленная использованием изделий, содержащих радионуклиды, составляет менее1*10−2мЗв (1 мбэр).

Дополнительное облучение от естественных источников радиации составляет около 1% коллективной дозы, хотя в некоторых случаях для отдельных групп людей этот вклад может стать существенным по сравнению с естественным фоном.

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. Разумеется, уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения они примерно одного порядка. Так, согласно исследованиям, проведенным во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США, примерно 95% населения этих стран живет в местах, где мощность дозы облучения в среднем составляет от 0,3 до О, 6 миллизиверта (тысячных зиверта) в год. Но некоторые группы населения получают значительно большие дозы облучения: около 3% получает в среднем 1 миллизиверт в год, а около 1,5% более 1,4 миллизиверта в год. Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше. Неподалеку от города Посус-ди-Кал в Бразилии, расположенного в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность. Как оказалось, здесь уровень радиации в 800 раз превосходит средний и достигает 250 миллизивертов в год. По каким-то причинам возвышенность оказалась необитаемой. Однако лишь чуть меньшие уровни радиации были зарегистрированы на морском курорте, расположенном в 600 км к востоку от этой возвышенности. Гуарапари небольшой город с населением 12 000 человек каждое лето становится местом отдыха примерно30 000 курортников. На отдельных участках его пляжей зарегистрирован уровень радиации 175 миллизивертов в год. Радиация на улицах города оказалась намного ниже от 8 до 15 миллизивертов в год, но все же значительно превышала средний уровень. Сходная ситуация наблюдается в рыбацкой деревушке Меаипе, расположенной в 50 км к югу от Гуарапари. Оба населенных пункта стоят на песках, богатых торием. В другой части света, на юго-западе Индии, 70 000 человек живут на узкой прибрежной полосе длиной 55 км, вдоль которой также тянутся пески, богатые торием. Исследования, охватившие 8513 человек из числа проживающих на этой территории, показали, что данная группа лиц получает в среднем 3,8 миллизиверта в год на человека. Из них более 500 человек получают свыше 8,7 миллизиверта в год. Около шестидесяти получают годовую дозу, превышающую 17 миллизивертов, что в 50 раз больше средней годовой дозы внешнего облучения от земных источников радиации. Эти территории в Бразилии и Индии являются наиболее хорошо изученными <<�горячими точками>> нашей планеты. Но в Иране, например в районе городка Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации до 400 миллизивертов в год. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре. По подсчетам НКДАР ООН средняя эффективная эквивалентная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет примерно 350 микрозивертов, т. е. чуть больше средней индивидуальной дозы облучения из-за радиационного фона, создаваемого космическими лучами на уровне моря.

1.3 Внутреннее облучение 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. Совсем небольшая часть этой дозы приходится на радиоактивные изотопы типа углерода-14 и трития, которые образуются под воздействием космической радиации. Все остальное поступает от источников земного происхождения. В среднем человек получает около 180 микрозивертов в год за счет калия-40, который усваивается организмом в месте с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма. Однако значительно большую дозу внутреннего облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньшей степени от радионуклидов ряда тория-232.Некоторые из них, например нуклиды свинца-210 и полония-210, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения. Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются в основном мясом северного оленя (карибу), в котором оба упомянутых выше радиоактивных изотопа присутствуют в довольно высокой концентрации. Особенно велико содержание полония-210. Эти изотопы попадают в организм оленей зимой, когда они питаются лишайниками, в которых накапливаются оба изотопа. Дозы внутреннего облучения человека от полония-210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень. А в другом полушарии люди, живущие в Западной Австралии в местах с повышенной концентрацией урана, получают дозы облучения, в 75 раз превосходящие средний уровень, поскольку едят мясо и требуху овец и кенгуру. Прежде чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества, как и в рассмотренных выше случаях, проходят по сложным маршрутам в окружающей среде, и это приходится учитывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника.

1.4 Другие источники радиации Уголь, подобно большинству других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных радионуклидов. Последние, извлеченные вместе с углем из недр земли, после сжигания угля попадают вокружающую среду, где могут служить источником облучения людей. Хотя концентрация радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни раз, в основном уголь содержит меньше радионуклидов, чем земная кора в среднем. Но при сжигании угля большая часть его минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда в основном и попадают радиоактивные вещества. Большая часть золы и шлаки остаются на дне топки электросиловой станции. Однако более легкая зольная пыль уносится тягой в трубу электростанции. Количество этой пыли зависит от отношения к проблемам загрязнения окружающей среды и от средств, вкладываемых в сооружение очистных устройств. Облака, извергаемые трубами тепловых электростанций, приводят к дополнительному облучению людей, а оседая на землю, частички могут вновь вернуться в воздух в составе пыли. Согласно текущим оценкам, производство каждого гигаватт-года электроэнергии обходится человечеству в 2 чел-Зв ожидаемой коллективной эффективной эквивалентной дозы облучения, т. е. в 1979 году, например, ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза от всех работающих на угле электростанций во всем мире составила около 2000 чел-Зв. На приготовление пищи и отопление жилых домов расходуется меньше угля, но зато больше зольной пыли летит в воздух в пересчете на единицу топлива. Таким образом, из печек и каминов всего мира вылетает в атмосферу зольной пыли, возможно, не меньше, чем из труб электростанций. Кроме того, в отличие от большинства электростанций жилые дома имеют относительно невысокие трубы и расположены обычно в центре населенных пунктов, поэтому гораздо большая часть загрязнений попадает непосредственно на людей. До последнего времени на это обстоятельство почти не обращали внимания, но по весьма предварительной оценке из-за сжигания угля в домашних условиях для приготовления пищи и обогревания жилищ во всем мире в 1979 году ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза облучения населения Земли возросла на 100 000 чел-Зв. Не много известно также о вкладе в облучение населения от зольной пыли, собираемой очистными устройствами. В некоторых странах более трети ее используется в хозяйстве, в основном в качестве добавки к цементам и бетонам. Иногда бетон на 4/5 состоит из зольной пыли. Она используется также при строительстве дорог и для улучшения структуры почв в сельском хозяйстве. Все эти применения могут привести к увеличению радиационного облучения, но сведений по этим вопросам публикуется крайне мало. Еще один источник облучения населения термальные водоемы. Некоторые страны эксплуатируют подземные резервуары пара и горячей воды для производства электроэнергии и отопления домов; один такой источник вращает турбины электростанции в Лардерелло в Италии с начала нашего века. Измерения эмиссии радона на этой и еще на двух, значительно более мелких, электростанциях в Италии показали, что на каждый гигаватт-год вырабатываемой ими электроэнергии приходится ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза 6 чел-Зв, т. е. в три раза больше аналогичной дозы облучения от электростанций, работающих на угле. Однако, поскольку в настоящее время суммарная мощность энергетических установок, работающих на геотермальных источниках, составляет всего 0,1% мировой мощности, геотермальная энергетика вносит ничтожный вклад в радиационное облучение населения. Но этот вклад может стать весьма весомым, поскольку ряд данных свидетельствует о том, что запасы этого вида энергетических ресурсов очень велики. Добыча фосфатов ведется во многих местах земного шара; они используются главным образом для производства удобрений, которых в 1977 году во всем мире было получено около 30 млн. т. Большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатных месторождений содержит уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи и переработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоизотопы проникают из почвы в пищевые культуры. Радиоактивное загрязнение в этом случае бывает обыкновенно незначительным, но возрастает, если удобрения вносят в землю в жидком виде или если содержащие фосфаты вещества скармливают скоту. Такие вещества действительно широко используются в качестве кормовых добавок, что может привести к значительному повышению содержания радиоактивности в молоке. Все эти аспекты применения фосфатов дают за год ожидаемую коллективную эффективную эквивалентную дозу, равную примерно 6000 чел-Зв, в то время как соответствующая доза из-за применения фосфогипса, полученного только в 1977 году, составляет около 300 000 чел-Зв.

Большой 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» .

2. Измерение радиационного фона

2.1 Общие сведения о полевых эколого-геофизических исследованиях Полевые геофизические методы применяют при проведении экологических экспедиционных работ для изучения экологической ситуации в исследуемом районе с точки зрения воздействия на человека и окружающую среду естественных и антропогенных геофизических факторов и для оценки пригодности территории для осуществления на ней той или иной человеческой деятельности.

В настоящее время наиболее распространенными геофизическими методами, находящими применение в полевых экологических исследованиях, являются:

1. Радиационная съемка. Включает в себя измерение мощности потоков ионизирующих излучений (суммарной или раздельно альфа-, бетаи гамма-) на исследуемой площади и составление карт радиационного фона.

2. Магнитометрические и радиоэлектромагнитные исследования. Включают ряд методов (магнитная съемка, изучение высокочастотных вариаций геомагнитного поля и т. д.), позволяющих оценивать электромагнитно-экологическую ситуацию в районе проведения работ.

3. Измерения суммарной мощности импульсного электромагнитного поля, имеющие первостепенное значение с точки зрения электромагнитной экологии района проведения работ.

4. Измерения степени ионизации воздуха. Их выполняют в районах значительных антропогенных (в основном, промышленных) воздействий.

Исследования, обозначенные в п.п. 2−4, требуют, как правило, использования специальной и нередко дорогостоящей аппаратуры. В случаях, когда таковая аппаратура недоступна (например, для организаторов полевого молодежного лагеря), эколого-геофизические работы могут ограничиваться исследованиями радиационного фона.

2.2 Методика измерений радиационного фона Идеальной аппаратурой для проведения радиационных измерений являются профессиональные геофизические радиометры. В работе экологического лагеря могут также применяться полупрофессиональные и бытовые радиометры различных марок (Радэкс, Полимастер и т. д.), хотя качество получаемых данных в таком случае оказывается несколько ниже. Отчасти это может быть компенсировано одновременным использованием двух радиометров с последующим осреднением результатов (см. ниже).

Перед началом проведения измерений следует определить средний разброс результатов для каждого используемого прибора. Средний разброс является важной характеристикой прибора и непременно должен учитываться при обработке результатов полевых работ. Эту операцию необходимо заново производить при смене места проведения работ, а также, по возможности, каждый рабочий непосредственно перед началом измерений, поскольку разброс может меняться с течением времени и при переходе с одного места на другое.

Определение среднего разброса результатов производится следующим образом. Радиометр приводят в рабочее состояние и в соответствии с инструкцией по эксплуатации производят серию измерений (не менее 20−25) на одном и том же месте в течение небольшого промежутка времени (10−20 минут). Далее находят среднее арифметическое значение, которое затем вычитают из каждого результата. Полученные цифры, представляющие собой разницу между средним значением и показаниями прибора в ходе проведения измерений, берут со знаком «плюс» и снова осредняют. Результат этого осреднения и есть искомый разброс показаний прибора. Ниже приводится пример определения среднего разброса радиометра:

В каждой точке определения радиационного фона проводят не менее 5 последовательных измерений, по результатам которых вычисляют среднее арифметическое значение. Если работа ведется двумя приборами, конечным результатом является среднее между значениями, полученными с помощью каждого из приборов. Когда точек, в которых производят измерения, много, данные и рассчитанные результаты рекомендуется оформлять в виде следующей таблицы:

В зависимости от поставленных задач применяют один из двух основных методов проведения полевых исследований:

— профильную разведку (измерения радиационного фона производят через равные расстояния вдоль одной прямой линии, которая называется профилем; каждая точка, в которой измеряется фон, называется пикетом);

— площадную съемку (измерения радиационного фона производят по всей исследуемой площади по равномерной сетке, т. е. по нескольким параллельным профилям, отстоящим друг от друга на расстояние, равное расстоянию между пикетами).

Рабочий шаг, т. е. расстояние между точками, в которых проводят измерения (между пикетами на профиле и между самими профилями), устанавливают в зависимости от характера исследований, размера исследуемой территории и необходимой степени детализации. Ниже приведены значения рабочего шага, рекомендуемые при проведении разного рода полевых работ. Однако при выборе шага всегда следует учитывать, что:

— данные, полученные с большой степенью детализации (т.е. с меньшим рабочим шагом), всегда более достоверны и имеют большую ценность; напротив, излишнее увеличение шага может привести к потере важных для исследования подробностей (например, локальных аномалий радиационного фона);

— с другой стороны, выбор слишком маленького шага приводит к увеличению общего числа пикетов и, соответственно, к повышению трудоемкости и продолжительности выполняемой работы.

Рекомендуемый шаг измерений величины радиационного фона при проведении полевых работ

Перед проведением собственно измерений на местности выполняют разметку профилей и пикетов на них с помощью компаса и рулетки. Очень удобны в работе небольшие яркие флажки на прочных древках; впрочем, отмечать точки пикетов можно и просто заготовленными заранее прутьями, на которые прицепляют бумажки с номерами пикетов. Как правило, если участок имеет компактную форму, профиля для удобства дальнейшей работы с картой прокладывают в направлении север-юг или запад-восток. Однако в случаях, когда исследуемый участок сильно вытянут, нередко более оправданной оказывается прокладка профилей параллельно или перпендикулярно длинным сторонам участка.

Результаты проведения полевых измерений радиационного фона подвергают обработке и представляют затем в специальном виде для большей наглядности и удобства их осмысления. Желательно по возможности производить хотя бы первичную обработку данных непосредственно в поле на месте проведения работ, чтобы в случае выявления недостаточной детализации или неполноты результатов можно было провести дополнительные (или контрольные) измерения.

Ниже приведен способ «ручной» обработки данных, так же возможно производить обработку и построение изолиний на компьютере с помощью соответствующего ПО, например, Surfer от Golden Software (работа с ПО и обработка данных на компьютере будет представлена в другом материале):

радиация фон комический облучение Пространственное распределение величины радиационного фона представляют в графическом виде либо как график изменения радиационного фона вдоль профиля (при проведении профильной разведки), либо как карта радиационного фона (при площадной съемке).

При составлении графика изменения фона вдоль профиля следует помнить, что оси координат графика должны быть подписаны с указанием единиц измерения (например: вертикальная ось — «Радиационный фон, мкР/ч», горизонтальная ось — «Расстояние вдоль профиля, м).

Составление карты радиационного фона по данным измерений по сетке требует внимательности и аккуратности, поскольку небрежность в проведении линий карты может привести к искажению результатов. При этом допускается использование специальных компьютерных математических и геофизических программных средств, однако предварительные наброски по причинам, указанным выше, желательно выполнить уже в поле.

Общая последовательность операций при составлении карты такова. Прежде всего на лист бумаги наносят в масштабе будущей карты саму сетку, по которой производили измерения. В каждом узле сетки вписывают результат измерений радиационного фона на соответствующем данному узлу пикете. Следующий, наиболее ответственный, этап — проведение изолиний, т. е. линий, соединяющих на карте точки с равными значениями радиационного фона.

В зависимости от масштаба карты и степени изменчивости фона на исследуемом участке определяют сечение или шагизолиний, т. е. величину, на которую отличаются значения фона вдоль одной изолинии от значений вдоль соседней. Как сечение, так и значения фона по изолиниям, по возможности, должны быть целыми величинами. Например: сечение — 1 мкР/ч, значения по изолиниям — 9, 10, 11, 12, 13 мкР/ч; или: сечение — 2 мкР/ч, значения по изолиниям — 8, 10, 12, 14 мкР/ч.

Разумеется, совершенно не обязательно, что все значения фона, нанесенные на будущей карте в узлах сетки, совпадут со значениями по изолиниям; соответственно, и сами изолинии не обязательно должны проходить через узлы сетки. Например, если в соседних узлах радиационный фон составляет 9 и 11 мкР/ч, то изолиния со значением 10 мкР/ч пройдет между ними. При проведении изолиний между соседними узлами сетки следует также рассчитывать, на каком удалении от одного и от другого узлов должна пройти изолиния. Например, если фон в соседних узлах составляет 9,5 и 11,5 мкР/ч, то очевидно, что изолиния со значением 10 мкР/ч пройдет ближе к первому узлу, чем ко второму. Конкретные расстояния от изолинии до узлов сетки определяются составлением элементарной пропорции.

При проведении изолиний следует учитывать следующие простые правила, очевидным образом вытекающие из самого их определения:

— изолинии никогда не пересекаются;

— изолинии никогда не обрываются на поле карты — они либо замыкаются сами на себя, либо выходят на границу рабочего листа;

— не могут соседствовать изолинии со значениями, отличающимися более чем на один шаг: так, например, при шаге 2 мкР/ч между изолиниями 10 и 14 мкР/ч всегда пройдет изолиния 12 мкР/ч.

Пример рабочей карты с нанесением изолиний приведен на рисунке слева.

После того, как все изолинии на рабочей карте проведены, их переносят на чистый лист итоговой карты. Каждую изолинию маркируют числом, отражающим ее значение фона. Карту снабжают рамкой (при необходимости — масштабной) и масштабом, обозначенным в любом удобном виде (например: «1:500» или «в 1 см 5 м»).

Для большей наглядности значения радиационного фона на карте могут быть переданы не только изолиниями, но и раскраской — цветной или черно-белой. В первом случае минимальные значения, как правило, отражают синим цветом, максимальные — красным. Во втором случае разные значения передают разными типами штриховки.

Пример итоговой карты радиационного фона приведен на рисунке справа.

Рис. слева. Пример проведения изолиний на рабочей карте радиационного фона. Вертикальные и горизонтальные прямые обозначают сетку, по которой производились измерения. Цифры возле узлов сетки — результаты измерений.

Рис. справа. Итоговый вид той же карты радиационного фона.

3. Нормирование радиационного фона Выдержка из НРБ 99−2009

Ограничение природного облучения Допустимое значение эффективной дозы, обусловленной суммарным воздействием природных источников излучения, для населения не устанавливается. Снижение облучения населения достигается путем установления системы ограничений на облучение населения от отдельных природных источников излучения.

При проектировании новых зданий жилищного и общественного назначения должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность дочерних продуктов радона и тория в воздухе помещений ЭРОА + 4,6 x ЭРОА не превышала 100 Бк/м3, а мощность эффективной дозы гамма-излучения не превышала мощность дозы на открытой местности более чем на 0,2 мкЗв/ч.

В эксплуатируемых жилых и общественных зданиях среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность дочерних продуктов радона и тория в воздухе жилых и общественных помещений ЭРОА + 4,6 x ЭРОА не должна превышать 200 Бк/м3. При более высоких значениях объемной активности должны проводиться защитные мероприятия, направленные на снижение поступления радона в воздух помещений и улучшение вентиляции помещений.

Защитные мероприятия должны проводиться также, если мощность эффективной дозы гамма-излучения в помещениях превышает мощность дозы на открытой местности более чем на 0,2 мкЗв/ч.

Эффективная удельная активность (А) природных радионуклидов в строительных материалах (щебень, гравий, песок, бутовый и пиленный камень, цементное и кирпичное сырье и пр.), добываемых на их месторождениях или являющихся побочным продуктом промышленности, а также отходы промышленного производства, используемые для изготовления строительных материалов (золы, шлаки и пр.), и готовой продукции не должна превышать:

— для материалов, используемых в строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданиях (I класс):

А = А + 1,3А + 0,09А <= 370 Бк/кг, где, А и, А — удельные активности Ra и Th, находящихся в радиоактивном равновесии с остальными членами уранового и ториевого рядов, А — удельная активность K-40 (Бк/кг);

— для материалов, используемых в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений (II класс):

А <= 740 Бк/кг;

— для материалов, используемых в дорожном строительстве вне населенных пунктов (III класс):

А <= 1500 Бк/кг.

При 1,5 кБк/кг < А <= 4,0 кБк/кг (IV класс) вопрос об использовании материалов решается в каждом случае отдельно на основании санитарно-эпидемиологического заключения федерального органа исполнительной власти, уполномоченного осуществлять государственный санитарно-эпидемиологический надзор. При, А > 4,0 кБк/кг материалы не должны использоваться в строительстве.

Допустимое содержание природных радионуклидов в минеральном сырье и материалах, продукции с их использованием (изделия из керамики и керамогранита, природного и искусственного камня и т. п.), а также требования по обеспечению радиационной безопасности при обращении с ними устанавливаются в санитарных правилах по ограничению облучения населения за счет природных источников излучения.

Предварительная оценка качества питьевой воды по показателям радиационной безопасности может быть дана по удельной суммарной альфа-(А) и бета-активности (А). При значениях, А и, А ниже 0,2 и 1,0 Бк/кг, соответственно, дальнейшие исследования воды не являются обязательными. В случае превышения указанных уровней проводится анализ содержания радионуклидов в воде. Приоритетный перечень определяемых при этом радионуклидов в воде устанавливается в соответствии с санитарным законодательством.

Если при совместном присутствии в воде нескольких природных и техногенных радионуклидов выполняется условие:

SUM, А / УВ <= 1,

где, А — удельная активность i-го радионуклида в воде, Бк/кг;

УВ — соответствующие уровни вмешательства по Приложению 2а, Бк/кг, то мероприятия по снижению радиоактивности питьевой воды не являются обязательными.

При невыполнении указанного условия защитные мероприятия по снижению содержания радионуклидов в питьевой воде должны осуществляться с учетом принципа оптимизации.

Критическим путем облучения людей за счет Rn, содержащегося в питьевой воде, является переход радона в воздух помещения и последующее ингаляционное поступление дочерних продуктов радона в организм. Уровень вмешательства для Rn в питьевой воде составляет 60 Бк/кг. Определение удельной активности Rn в питьевой воде из подземных источников является обязательным.

При возможном присутствии в воде H, C, I, Pb, Ra и Th (в зонах наблюдения радиационных объектов I и II категории по потенциальной опасности) определение удельной активности этих радионуклидов в воде является обязательным.

Для минеральных и лечебных вод устанавливаются специальные нормативы.

Удельная активность природных радионуклидов в минеральных удобрениях и агрохимикатах не должна превышать:

А +1,5 x, А <= 1,0 кБк/кг, где, А и, А — удельные активности урана-238 (радия-226) и тория-232 (тория-228), находящихся в радиоактивном равновесии с остальными членами уранового и ториевого рядов, соответственно.

Допустимое содержание K в минеральных удобрениях и агрохимикатах не устанавливается. При обращении с материалами, содержащими K, должны соблюдаться требования по ограничению облучения населения за счет природных источников излучения, установленные в п. 4.1 и п. 4.2.

4. Проблемы восприятия понятий В официальных сообщениях о нарушении в работе АЭС, как правило, говорится, что радиационный фон соответствует естественным фоновым значениям. Это действует успокаивающе, хотя с точки зрения русского языка фраза не идеальная, и широкая публика вряд ли ее понимает. Это непонимание обнаруживается, например, в следующих высказываниях журналистов:

«„В настоящее время трубопровод отремонтирован, получено разрешение от вышестоящей организации и Госатомнадзора на пуск энергоблока, ведутся работы по его подготовке к пуску“ — заявил представитель АЭС. Естественный радиационный фон на территории станции и в помещениях блока остался без изменений, добавил он».

Получив сведения о том или ином значении радиационного фона, обычный человек может заключить, есть опасность или нет, только одним способом — сравнив это значение с «безопасным», «допустимым» уровнем. Здесь кроется вторая проблема — некомпетентность официальных представителей служб МЧС/ГОЧС, к которым чаще всего журналисты обращаются за комментариями, в вопросах радиационного нормирования. Со ссылкой на официальных представителей служб МЧС/ГОЧС, журналисты приводят самые разные версии «допустимых» уровней:

«Радиационный фон на этом объекте в пределах нормы. По Мордовии радиационный фон составляет в 10 микрорентген час. Допустимый же уровень радиации — 60 микрорентген в час».

«Всего было обнаружено около ста квадратных метров (плит), радиационный фон которых составлял 20 микрорентген в час».. Плиты не представляют опасности для людей… Максимально допустимой безопасной дозой излучения является 35 микрорентген в час".

«У нас нет информации, что в Москве радиационный фон повышен. Он не превышает норму, установленную „Законом о радиационной безопасности населения Москвы“. Это 10−20 микрорентген в час».