Примордиальные радионуклиды в почвах и подстилающих породах

Примордиальные радионуклиды, представляющие то вещество, из которого образовалась наша планета, находятся в рассеянном состоянии во всех компонентах природной среды, включая биоту. В экологическом плане существенно то, что они в том или ином количестве присутствуют во всех почвах, водах и подстилающих породах. Их содержание в почвах определяется типом почв и породами, на которых эти почвы образовались. Более высокие удельные активности, как правило, связаны с магматическими породами, такими как граниты, а меньшие — с осадочными породами. В метаморфических породах они соизмеримы с удельной активностью исходных образующих пород. Из известных исключений можно упомянуть глинистые сланцы и фосфориты, удельная активность которых достаточно велика. Самые общие представления о содержании интересующих нас радионуклидов в горных породах разного типа дает нам табл. 6.4.

Таблица 6.4

Типичные усредненные активности примордиальных радионуклидов в горных породах разных типов (НКДАР, 2008 и 2016), Бк-кг¹

Поскольку химический состав почв очень гетерогенен, активности радионуклидов в них значительно отличаются от места к месту. Тем более они могут различаться для разных регионов. Достаточно полное представление о том, что мы имеем в разных странах, дают приведенные в приложении 7 средние значения и диапазоны изменений активностей радионуклидов в почвах разных стран.

В таблице приведены результаты спектроскопических исследований реальных (влажных) образцов. Если имеются данные по активности высушенных проб, то обычно используют переходный коэффициент — 0,81. Помимо ²³⁸U в таблице приведено и содержание одного из важнейших членов его семейства — ²²⁶Ra. Дело в том, что благодаря разным химическим свойствам U и Ra и связанными с этим различиями в процессах миграции вековое равновесие между этими радионуклидами в конкретных точках пробоотбора, как правило, отсутствует.

Знание всех этих активностей необходимо в экологии для оценки фонового радиационного воздействий на биоту. Технически последствия присутствия радионуклидов в почвах и подстилающих породах проще всего характеризовать с помощью непосредственно измеряемой поглощенной дозы в воздухе^[1]. В то же время нужно помнить, что если не принять специальных мер, то мы будем иметь дело с интегральными измерениями. Действительно, поглощенная доза в общем случае определяется всеми радионуклидами, находящимися в почве, и в нее вносит вклад и космическое излучение. Поэтому, если приводятся данные по отдельным компонентам, то это результаты: специальных методических приемов, призванных ограничить вклад нежелательных компонент, и расчетов. Средние удельные активности ⁴⁰К, ²²⁸U и ²³²Th в почве и рассчитанные значения мощности поглощенной дозы в воздухе на высоте 1 м над поверхностью земли, обусловленные примордиальными радионуклидами, приведены в табл. 6.5.

Таблица 6.5

Средние удельные активности ⁴⁰К, ²²⁸U и ²³²Th в почве и мощности поглощенной дозы на высоте 1 м над поверхностью земли¹

— дозовый коэффициент для внешнего облучения (мощность дозы на единицу удельной активности в почве), не смешивать с дозовым коэффициентом для внутреннего облучения — е, имеющим размерность Зв-Бк-¹.

Помимо рассчитанных мощностей доз по известным активностям в последние два десятилетия во многих странах мира был выполнен большой объем прямых измерений мощности поглощенной дозы в воздухе. Несмотря на то, что в разных странах отношения средних измеренных доз к рассчитанным может различаться в пределах 30%, усредненные значения достаточно хорошо совпадают. На рис. 6.7 представлено распределение населения 25 стран (788 млн человек) по отношению к средней мощности дозы от примордиальных радионуклидов. Речь идет только о той компоненте, которая действует на людей, когда они находятся вне помещений.

При расчете среднегодовой дозы внешнего облучения (НКДАР 2000) от примордиальных радионуклидов значение мощности поглощенной дозы в воздухе берется равным 59 нГр-ч^-1, что соответствует результатам прямых измерений. В качестве переходного коэффициента от поглощенной дозы в воздухе к эффективной дозе берется величина 0,7 ЗвТр^-1. С учетом возраста и климата считается, что человек в среднем проводит вне помещений 20% своего времени. Таким образом, средняя доза на Земле, обусловленная примордиальными радионуклидами, оказывается для облучения на открытом воздухе равной

Рис. 6.7. Гистограмма распределения мощности дозы внешнего облучения при нахождении вне помещений¹. Данные охватывают население 25 стран.

• [1] Следует обратить внимание на то, что речь идет не об эквивалентной дозе в тканях, а о поглощенной дозе в воздухе.
• [2] Расчеты проводились в предположении, что плотность почвы равна 1,6 г-см~3,а ее влажность —10%; считалось также, что все продукты распада 238U и 232Th находятсяв равновесии со своими предшественниками.