Радон и его роль во внутреннем облучении организма

Как мы уже отмечали, в 1920;х гг. вскоре после открытия явления радиоактивности в Европе и США стала модной ингаляция радона^[1] для укрепления здоровья. Это делалось или путем посещения соляных шахт — эманаториев или в домашних условиях, используя различные ингаляторы, содержащие соли ²²⁶Ra. Однако мода быстро прошла. Затем внимание людей оказалось привлеченным к тому обстоятельству, что повышенный риск для здоровья шахтеров, может быть, связан с высокими активностями ²²²Rn в шахтах. Несмотря на это, роль радона в формировании дозы внутреннего облучения для млекопитающих, и прежде всего для человека, продолжала оставаться малоизученной.

Только в докладе НКДАР за 1977 г. в перечне органов, облучение которых определяет формирование дозовой нагрузки на человека, появились легкие. Это было обусловлено усилением внимания к биологической значимости a-излучения продуктов распада радона, накапливающегося в помещениях, а также очень большими ожидаемыми дозами от распада радона, содержащегося в отходах, образующихся в ходе добычи и обогащения урана.

Параллельно с этим, начиная с 1982 г. в радиационной экологии вместо простого перечисления значений поглощенной дозы стал формироваться интерес к оценкам радиационного риска. Этому способствовало появление все большего числа публикаций о развитии раковых заболеваний легких под действием продуктов распада радона и о высокой активности их в жилых помещениях. До этого считалось, что вклад в дозовую нагрузку тех видов излучения, для которых значения ОБЭ больше единицы, невелик и что достаточно указывать только поглощенные дозы. Теперь ситуация изменилась.

В 1982 г. в связи с успехами компьютерного моделирования была рассчитана эффективная доза от ²²²Rn и продуктов его распада, которая, к удивлению многих, составила около половины усредненной в глобальных масштабах суммарной дозы. Оценка годовой эффективной дозы от естественных источников излучения изменилась от значения ~1 мЗв, приводившегося в докладе НКДАР за 1977 г., до 2,4 мЗв в докладе за 1988 г.

С тех пор мода на исследования в этой области, на мониторинг содержания радона в жилых помещениях и на поиск связанных с ним синергетических эффектов стала довольно распространенной. За прошедшие годы наши знания о радоне, его поведении в окружающей среде и о механизмах проникновения его внутрь организма стали весьма обширными.

Среди изотопов радона (см. рис. 6.8—6.10 и приложения 8, 9) только ²²²Rn и ²²⁰Rn представляют интерес в плане дозообразования и возможных экологических последствий. Если мы обратимся к таблицам, которые мы рассматривали в этой главе, то увидим, что удельные активности материнских для ²²²Rn и ²²⁰Rn радионуклидов — ²²⁶Ra и ²²⁸Ra — в почвах, пищевых продуктах и тканях человека примерно равны между собой. Следовательно, в качестве грубой оценки мы можем предположить, что активности ²²²Rn и ²²⁰Rn в местах, где они образуются, различаются в среднем, мало. Однако вклад их в эффективную дозу отличается в ~ 10 раз. Такое различие в первую очередь обусловлено различием их схем распада.

Когда мы говорим о радоне и проблемах, с ним связанных, то мы подразумеваем по сути четыре различных источника ионизирующих излучений и должны получить, как следствие, четыре различных вклада в дозу. Первые два из них обозначают обычно как «газ», это ²²²Rn и ²²⁰Rn. Термин «радон» применяют или к благородному газу радону, в тех случаях, когда нас не интересуют его ядерно-физические свойства или только к ²²²Rn, если из контекста ясно, о чем идет речь. Что касается второго изотопа, то мы будем говорить о радоне ²²⁰Rn или использовать его старое название — торон, по имени того радиоактивного семейства, в котором он образуется.

Два других вклада — это продукты распада ²²²Rn или ²²⁰Rn (см. рис 6.8 и 6.9). Обычно считается, что семейство ²²²Rn заканчивается на ²¹⁴Ро, так как продукт его распада ²¹⁰РЬ является достаточно долгоживущим радионуклидом. Продукты распада торона не так многочисленны и здесь обычно учитываются только два дочерних ядра ²¹⁸Ро ²¹²РЬ, однако в связи с достаточно большим периодом полураспада последнего он может проникнуть в разные органы и парциальный вклад его в дозу значителен. Существенно то, что активности этих продуктов в воздухе непрерывно изменяются за счет их связывания и осаждения. В то же время именно эти продукты распада дают основной вклад в дозу, мощность которой, следовательно, должна также изменяться со временем и от места к месту.

Существуют достаточно хорошо отработанные методы определения содержания ²²²Rn и ²²⁰Rn в воздухе. Для определения состава смеси и ее потенциальной способности к дозообразованию также разработаны свои методы. Однако они достаточно трудоемки и их редко применяют. Вместо этого обычно пытаются и для определения содержания продуктов распада использовать данные по активности самих изотопов радона.

Чтобы разобраться с совокупностью сложных процессов, мы сначала рассмотрим пути поступления радона и продуктов его распада в среду обитания. Основное воздействие радон и продукты его распада оказывают за счет их поступления внутрь организма, а основным путем проникновения является ингаляционное поступление. В тех случаях, когда человек находится на открытом воздухе, состав радионуклидов и их удельные активности заметно отличаются от того, с чем мы сталкиваемся внутри помещений. Для понимания процессов, происходящих в естественных условиях, мы проанализируем вначале пути поступления радона в атмосферу — эксхаляцию. Затем рассмотрим источники его поступления в помещения.

На открытом воздухе основным источником поступления радона в атмосферу является почва; менее важными его источниками являются: грунтовые воды, моря и озера, природный газ, геотермальные выбросы, сжигание угля. Активность радона в околоземном слое воздуха регулируется скоростью его эксхаляции и атмосферным разбавлением. Оба этих фактора зависят от метеорологических условий. От метеорологических условий в значительной мере зависит и то равновесие, которое установится между радоном и продуктами его распада. Конечно, характер этого равновесия определяется и периодами полураспада ²²²Rn и ²²⁰Rn.

Образующийся при распаде радия, находящегося в почвенных частицах, радон должен попасть в заполненные воздухом поры между частицами и диффундировать по ним в атмосферу. Выход радона в воздушные поры — эманация, происходит тогда, когда распад радия произошел вблизи поверхности частицы почвы¹, и осуществляется, в основном, за счет энергии отдачи (см. выражение (2.15)), получаемой ядром радона в момент распада ядра радия. Диффузия через минеральное вещество почвы не играет заметной роли, если после потери энергии отдачи атом радона оказался на расстоянии более нескольких нм от поверхности минеральной частицы. В этом случае большинство атомов ²²²Rn распадется в частице почвы до выхода в воздушные поры². Та часть радона, которая образовалась в почве и вышла в воздушные поры, называется силой эманации (коэффициентом, долей или фракцией эманирования); ее величина для ²²²Rn изменяется в широких пределах — от 5 до 70%. В случае ²²⁰Rn эта величина меньше.

Из этих атомов радона часть, диффундируя по воздушным порам, достигает поверхности почвы и поступает в атмосферу, а другая часть из-за хаотичности диффузионного движения попадает в закрытые поры и распадается в них. Перенос атомов Rn может осуществляться путем диффузии и конвекции. Конвекционное движение возникает за счет обусловленной метеорологическими условиями разности давлений; оно изменяется во времени и плохо поддается количественной оценке.

Сила эманации возрастает с уменьшением размера частиц в почве, но в еще большей степени она возрастает тогда, когда материнский изотоп ²²⁶Ra был сорбирован на поверхности минеральных и орга-^[2][3]

нических частиц, и в тех случаях, когда у минеральных частиц много микропор. Влага в почве действует в противоположном направлении. На активность радона в атмосфере оказывает влияние поверхностный слой глубиной несколько метров. Как именно — определяется очень многими факторами. Ввиду того, что ²²⁶Ra более легко, чем его материнские изотопы переходит в растения, интенсивность испускания радона горными породами, в состав которых вошло много органики, или почвами с большим содержанием органических веществ довольно велика.

Несмотря на то, что активность радона вне помещений определяется, в первую очередь, его эксхаляцией, в некоторых случаях существенную роль могут играть и адвекция, обусловленная ветровым переносом, и изменение атмосферного давления. Реальная концентрация радона C_Rn в почвенном газе может изменяться на несколько порядков величины. Имеются указания на значительные возрастания Cr, перед большими землетрясениями.

Подводя итоги, мы можем сказать, что активность радона в атмосферном воздухе зависит от географического положения региона, времени, высоты над поверхностью Земли и метеорологических условий. Поскольку основным источником радона является почва, активность его в воздухе плавно уменьшается по мере удаления от земли. На активность радона вне помещений существенное влияние оказывают и атмосферные процессы, в первую очередь те, которые приводят к перемешиванию воздуха. Это вызывает, в свою очередь, суточные (рис. 6.13) и сезонные колебания активности радона как вне помещений, так и в воздухе внутри помещений. Солнечное излучение постепенно прогревает днем поверхность Земли и турбулентные потоки уносят значительную часть радона вверх, затем с уменьшением инсоляции его плотность близ поверхности Земли возрастает. Таким образом, максимальный уровень отмечается ночью, а в полдень снижается до минимального значения. Что касается сезонных вариаций, то они связаны с такими факторами, как осадки, преимущественные направления ветра и, в существенной мере, с изменением характера использования помещения в разные сезоны. Все эти эффекты следует учитывать, когда сравниваются результаты опытов, выполненных в ночное и дневное время и в разные сезоны года.

Согласно оценкам НКДАР 2000, усредненные активности ²²²Rn и ²²⁰Rn вне помещений могут быть приняты одинаковыми и равными 10 Бк-м~³ у поверхности земли. Что касается ²²²Rn, то имеется огромное количество измерений, которые показывают, что активность изменяется в очень широких пределах от ~1 до более чем 100 Бк-М" ³. Данные по ²²⁰Rn немногочисленны, а его активность быстро уменьшается с высотой^[4] в связи с малым периодом полураспада.

Рис. 6.13. Изменения активности ²²²Rn внутри помещения в течение суток.

(Тайвань):

светлые кружки — в помещениях без кондиционера; черные кружки — с кондиционером Активность радона, как правило, ниже над островами и арктическими областями, поскольку там гораздо меньше эманирующей радон почвы, чем в континентальных регионах умеренных широт. Над островами и в прибрежных районах содержание радона в воздухе, как правило, в 2—4 раза ниже¹.

Когда нас интересует поступление радона внутрь помещений, мы сталкиваемся, прежде всего, с разнообразием источников его поступления и условий его накопления. Изменяется удельная активность поступающих масс воздуха, отличным оказывается и радионуклидный состав воздуха в помещениях. Как следствие, уровни облучения внутри помещений от всех причин оказываются отличными от тех, которые были при пребывании на открытом воздухе.

Проведем оценку источников, поставляющих радон внутрь помещений, средних скоростей поступления радона и типичных диапазонов их изменений. Как и прежде, первым источником является почва (или грунт) под зданием и около него, однако теперь добавляются строительные материалы, атмосферный воздух, водопроводные сети и природный газ (рис. 6.14). Для характеристики скорости поступления радона следует учитывать скорость генерирования Rn в материалах источников, способы его переноса через различные материалы и пути, по которым радон попадает непосредственно в воздух помещений. Теоретические оценки часто делаются с использованием так называемого эталонного дома, параметры которого можно найти в докладах НКДАР. Поток радона в такой дом^{1[5][6] составляет —56 Бк-м-з-ч-1.}

В каждом конкретном случае скорость поступления определяется планировкой и строительными конструкциями здания, а также метеорологическими факторами. Метеорологические факторы оказывают влияние на скорость перемещения радона в почве, а кроме того, на привычки людей, от которых в значительной мере зависит интенсивность воздухообмена в помещении.

Рис. 6.14. Источники и пути поступления радона в «типичном» одноэтажном доме.

Из грунта, на котором стоит здание, радон поступает внутрь как диффузионным путем, так и с воздухом, проникающим через щели и конструкционные материалы под действием разности давлений. Потоки, проходящие через неповрежденную бетонную плиту пола подвального этажа, малы по сравнению с потоками, проникающими через трещины, дыры и другие повреждения^[7].

Основными параметрами являются скорость эксхаляции, длина диффузии, коэффициент эманирования и удельная активность ²²⁶Ra в используемых строительных материалах. Кирпич и бетон являются широко распространенными строительными материалами. Хотя удельная активность ²²⁶Ra в бетоне ниже, чем в кирпиче, скорость его эксхаляции по массе из бетона выше, чем из кирпича. Это обусловлено более высокой по сравнению с кирпичом эманирующей способностью бетона. Иными словами, поровое пространство в бетоне более благоприятно для эксхаляции, чем поровое пространство в кирпичах. При толщине строительного материала 0,2 м типичные скорости поверхностной эксхаляции составляют 0,3 и 2 мБк-м^-сг¹ для кирпича и бетона, соответственно.

Скорость поступления радона оказывается значительно выше, если используются строительные материалы с повышенным содержанием ²²⁶Ra, такие, как гранит, итальянский туф и легкий бетон на основе квасцовых глинистых сланцев. Очень большую удельную активность по ²²⁶Ra—1300 Бк-кг^-1 и большую скорость эксхаляции ²²²Rn по массе имеет шведский легкий бетон с добавкой квасцовых глинистых сланцев. В этом случае скорость поступления радона в эталонный дом возрастает до 80 Бк-м-³-ч->. Уменьшить такой поток можно с помощью различных технических приемов и прежде всего — покрытий.

Атмосферный воздух также может служить непосредственным источником поступления радона внутрь помещений. Воздухообмен может осуществляться за счет естественной вентиляции через открытые окна и двери за счет принудительной вентиляции и за счет фильтрации и неконтролируемой утечки воздуха через трещины в строительных покрытиях. Если дом плохо герметизирован, то скорость поступления радона внутрь помещения из наружного воздуха может оказаться значительной. Скорость поступления радона за счет фильтрации наружного воздуха пропорциональна кратности воздухообмена.

Следующим источником радона в домах являются водопровод и канализация. Радон довольно хорошо растворим в воде. При нагревании или разбрызгивании воды содержащийся в ней радон частично переходит в воздух. Активность радона в поверхностных водах, как правило, меньше, чем в грунтовых. Равновесная удельная активность радона в грунтовой воде для насыщенной влагой почвы с удельной активностью ²²⁶Ra —25 Бк-кг^-1 составляет —4−10⁴ Бк-м~³.

С ростом температуры значительно увеличивается степень дегазации воды. При этом количество освобождающегося и поступающего в воздух радона зависит от условий пользования водой. Большие концентрации радона в воде характерны, как правило, для глубоких скважин, пробуренных в гранитных породах. Такие скважины используют, например, в Финляндии, где в водах, получаемых из некоторых из них, активность радона достигает -7−10⁷ Бк-м-³. Аэрация воды позволяет уменьшить содержание в ней радона примерно в 100 раз.

Для понимания ситуации в целом экстремальные концентрации важны, но более важной является средняя концентрация по региону. Поэтому больше внимания стали уделять оценкам средневзвешенных активностей радона в воде для страны в целом или для отдельных ее регионов. Рекордсменом из хорошо изученных стран здесь по-прежнему является Финляндия, для которой средневзвешенная по численности населения активность радона, с учетом воды из индивидуальных колодцев, достигает —2−10⁵ Бк-м^_3. В центральной части США и в Техасе активности радона в воде городских водопроводов, использующих грунтовые воды, составляют —4−10³ Бк-м~³ и —5−10³ Бк-м^-3 соответственно.

Согласно современным оценкам, для большей части населения, пользующейся водой из водоносных горизонтов и поверхностных источников, средневзвешенная по численности населения активность составляет — 1 -10⁴ Бк-м~³. Однако от 1 до 10% населения земного шара потребляет воду с активностями Rn — 1 * 10⁵ Бк-м^-3 и выше, добываемую из довольно глубоких скважин.

Последним потенциально значимым источником радона внутри помещений является природный газ. Активность радона в природном газе, выделяющемся из пробуренных скважин, изменяется от очень малых величин до величин —5−10⁴ Бк-m^-3. При сжигании природного газа для обогрева помещений и приготовления пищи в устройствах без вытяжки активность радона в воздухе увеличивается за счет его выделения с продуктами сгорания. Если продукты сгорания удаляются из дома, то этим источником радона ввиду его малости можно пренебречь.

Источники поступления радона, за исключением потока почвенного газа, равноценны для многоквартирных зданий и для эталонного дома. Относительный вклад потока почвенного газа меньше для многоквартирных зданий, поскольку в них отношение объема к площади поверхности подвального этажа намного больше, чем в эталонном доме. Поэтому активность Rn в многоэтажном доме уменьшается с высотой. Особенно большой перепад активностей наблюдается между подвалом, первым и вторым этажами.

По оценкам 2000 г. типичные активности ²²²Rn в помещениях находятся в диапазоне от 10 до 100 Бк-м^-3 при среднем значении —40 Бк-м^-3. Для ²²⁰Rn этот диапазон составляет 2−20 Бк-м^-3. В то же время в Японии часто обнаруживают активности ²²⁰Rn до 400 Бк-м^-3 около необлицованных и непокрашенных земляных стен. Покраска их или покрытие тонким слоем пластика полностью убирает этот источник торона.

Активность ²²²Rn ограничивается вентилированием помещения, интенсивность которого характеризуют скоростью обмена воздуха (измеряемой кратностью воздухообмена за один час) и периодом его полураспада при фиксированной скорости поступления. Эти же факторы влияют и на активности продуктов распада ²²²Rn в воздухе. Однако дочерние радионуклиды не являются благородными газами, поэтому они могут осаждаться на поверхностях. Этот процесс поддерживает активности дочерних продуктов на более низком уровне по сравнению с равновесной активностью, соответствующей вековому равновесию.

Ситуация, когда радионуклиды присутствуют в природной среде, но не оказываются активно вовлеченными в трофические цепи и почти не попадают внутрь организмов, типична в радиационной экологии. В случае радона часть продуктов распада оказывается связанной и оседает на каких-то поверхностях: стенах, потолке, мебели. В результате вдыхаемый воздух оказывается обедненным продуктами распада. Посмотрим, как это происходит.

При распаде ²²²Rn в воздухе или в результате отдачи при распаде его дочерних нуклидов образуются положительно заряженные ионы или нейтральные атомы размером —0,5 нм. После этого очень быстро происходит образование кластера размером вплоть до 5 нм в результате присоединения молекул воды или других молекул, в зависимости от конкретных условий. Такие кластеры (маленькие аэрозоли) размером менее 5 нм образуют «несвязанную фракцию». Затем большинство таких кластеров прилипает к имеющимся в данном воздухе аэрозолям с типичными размерами 20—500 нм и образует «связанную фракцию»^[8]. Распределение активности между фракциями зависит, в первую очередь, от чистоты воздуха. В очень чистой атмосфере доля несвязанной фракции может быть довольно велика. В этой фракции обычно обнаруживают ²¹⁸Ро и очень мало ²¹⁴РЬ (²¹⁴РЬ/²¹⁸Ро = 1/10).

Основные процессы изображены схематично на рис. 6.15. Пусть в результате эксхаляции атом ²²²Rn вышел из стены, распался в воздухе помещения и образовал свободный ион ²¹⁸Ро. С этим ионом, рано или поздно, произойдет одно из четырех событий: он попадет на какую-то внутреннюю поверхность помещения, например на стену, и осядет там; он может выйти с потоком воздуха наружу; он может распасться с образованием несвязанного ²¹⁴РЬ. Наконец, этот ион может оказаться центром образования молекулярного кластера диаметром —5 нм, состоящего из молекул водяного пара и других газов. Как ион, так и кластер рассматриваются в качестве свободных, простых, несвязанных продуктов распада.

Свободный ²¹⁸Ро имеет высокую подвижность и через 10—100 с может адсорбироваться на аэрозольную частицу размером 50—500 нм. Какая доля дочерних продуктов распада окажется в упомянутых выше частицах, зависит от многих трудно поддающихся учету факторов. Связанный на аэрозолях ²¹⁸Ро относительно малоподвижен, и иногда его осаждение на внутренних поверхностях помещения не учитывается.

Затем по цепочке распадов все будет повторяться, но зависеть от типа распада. Так, ²¹⁴РЬ, образующийся при а-распаде связанного ²¹⁸Ро, может остаться связанным с аэрозольной частицей или с поверхностью, на которой находился ²¹⁸Ро, либо стать свободным в результате акта отдачи^[9]. Следовательно, поведение ²¹⁴РЬ в значительной мере аналогично поведению ²¹⁸Ро, хотя в химическом отношении полоний существенно более летуч, чем свинец. ²¹⁴Bi, образующийся при распаде связанного ²¹⁴РЬ, обычно остается в связанном состоянии, поскольку энергия отдачи при (3-распаде недостаточно велика, чтобы произошел отрыв свободного иона.

Рис. 6.15. Основные процессы, влияющие на баланс активности продуктов.

распада радона.

Относительная доля связанных и свободных ионов любого из дочерних продуктов определяется множеством трудно контролируемых факторов. Например, если в помещении кто-то открыл форточку, дверь в другое помещение, закурил и т. д., то состав дочерних радионуклидов при фиксированной удельной активности материнского радона будет изменяться и иногда очень сильно.

Возникает следующая ситуация — удельная активность материнского радионуклида известна, но суммарная активность и радионуклидный состав смеси, попадающей внутрь организма, остается, в общем случае, неопределенным. Более того, поскольку свободные и связанные продукты распада различаются характером осаждения в дыхательной системе, даже если мы будем знать радионуклидный состав, этого окажется недостаточно для оценки воздействия. Последствия будут зависеть еще и от распределения радионуклидов по формам их нахождения в среде.

Ввиду малого периода полураспада для всех основных радионуклидов в семействе и большой изменчивости их относительного содержания мы не имеем технической возможности характеризовать поступление радионуклидов при ингаляции посредством перечисления активности всех радионуклидов. Поэтому необходимо характеризовать поступление одним интегральным параметром, хотя, как и при введении интегральных параметров в других экологических исследованиях, мы теряем в наглядности и однозначности.

Каким требованиям должен отвечать этот параметр? Как и в случае обычной дозиметрии определяющим при оценке доз, полученных в результате ингаляционного поступления радона и продуктов его распада, является поглощенная энергия ионизирующего излучения и тип излучения. Поскольку для a-излучения W_R = 20, а энергия, уносимая а-частицей в результате радиоактивного превращения, в среднем, более чем в 10 раз превосходит среднюю на распад энергию 3-частиц, в рассмотрение принимаются только а-излучатели. В таком случае определяющим параметром становится энергия, которая выделится при а-распадах (см. табл, приложения 8 и 9). Эта величина часто называется потенциальной энергией a-частиц. Единицей ее измерения является джоуль, хотя ее часто выражают и в МэВ.

Практическое значение имеет сумма энергий а-частиц для всех распадов, реально происходящих в единице объема воздуха. Этот параметр получил название «удельная потенциальная альфа-энергия продуктов распада»^[10], а размерность его — Дж-м-³. Эта энергия, которая может быть выделена материнскими и дочерними радионуклидами при а-распадах, легко вычисляется при условии, что активности отдельных радионуклидов известны из измерений. Но, как было сказано выше, в большинстве случаев прямые измерения удельной активности всех короткоживущих продуктов распада ²²²Rn и ²²⁰Rn достаточно трудоемки и не проводятся.

Если взять смесь короткоживущих продуктов распада ²²²Rn или ²²⁰Rn с фиксированным составом, то для такой смеси вычислить потенциальную энергию продуктов распада не представляет проблем. Пока мощность дозы внутреннего облучения от продуктов распада радона оценивают косвенным путем, используя предположения о соотношениях активностей радионуклидов, входящих в цепочку распадов. Для проведения таких оценок оказалось удобным ввести понятие эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА). ЭРОА дочерних изотопов ²²²Rn и ²²⁰Rn — это взвешенные суммы объемных активностей соответствующих короткоживущих дочерних изотопов:

где постоянные А_ь А₂ и А₃ — удельные активности продуктов распада, а именно ^2I8Po, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi для подсемейства ²²²Rn.

В случае ²²⁰Rn.

где Д] и А₂ — удельные активности ²¹²РЬ и ²¹²Bi.

Реальные активности продуктов распада всегда меньше тех, которые следуют из ЭРОА. Поэтому энергия, которая будет выделяться при вдыхании реальной смеси радионуклидов, принадлежащих к радоновому или тороновому семействам, выражается в долях F_paBH < 1 от той, которая соответствует ЭРОА. Коэффициент F_paBH получил название фактор равновесия.

Таким образом, в случае ингаляционного поступления радона мы не можем поступление выражать в виде произведения реальной (мгновенной) активности радона (и соответствующей этому равновесной активности всех дочерних продуктов) на время, в течение которого человек дышит таким воздухом. Мы должны поступление радионуклидов от данного семейства выражать в виде суммы поступлений: от материнского радионуклида — радона с концентрацией, например, C_Rn Бк-м^-3 во вдыхаемом воздухе и от гипотетической равновесной смеси с концентрацией F_paBH-C_Rn. Каждая из этих двух компонент по-разному распределяется в органах и тканях и характеризуется своим дозовым коэффициентом.

Таким образом, эквивалентная равновесная активность для неравновесной смеси продуктов распада радона в воздухе есть такая активность продуктов распада радона, находящихся в радиоактивном равновесии, которая имеет такую же удельную потенциальную энергию, как и неравновесная смесь. Единицей измерения теперь может выступать не только Дж-м^-3, но и Бк-м^-31.

Интенсивность облучения людей радионуклидами семейств радона и тория выражается в Дж-ч^-1-м^-3 или в Бк-ч^-1-м^-3. Согласно НКДАР-2000 1 мДж-ч-м^-3 эквивалентен 1,80−10⁵ Бк-ч-м^-3 222Rn, находящегося в равновесии с его короткоживущими продуктами распада. Анализ достаточно многочисленных исследований поведения радона и продуктов его распада в разных странах, жилищах и во все времена года привели к следующему заключению (НКДАР-2000): несмотря на то, что значения фактора F_paBH могут изменяться в достаточно широких пределах, для проведения оценки доз достаточно воспользоваться одним фик-^[11][12]

сированным значением. Как и в обзорах предыдущих лет, значение Fpa_BH принято равным 0,4 для смеси продуктов распадов в помещениях и 0,6 — вне помещений. Таким образом, в терминах ЭРОА усредненная по населению Земли активность продуктов распадов в помещениях составляет 40 Бк-м~³, умноженные на 0,4, т. е. 16 Бк-м~³. Эта же величина вне помещений равна 6 Бк-м~³ (табл. 6.8).

Для того чтобы перейти от активностей к дозам, необходимо рассмотреть поведение интересующих нас радионуклидов в организме, так как они негомогенно осаждаются в дыхательных путях человека. В плане облучения легких дозы от ингаляции радона, который хорошо растворяется во внеклеточных жидкостях и тканях, меньше чем от продуктов его распада. Необходимо подчеркнуть, что все оценки здесь связаны не с прямыми измерениями, а с различными дозиметрическими моделями.

Таблица 6.8

Средние активности в воздухе ²²²Rn и ²²⁰Rn (газ) и продуктов их распада (ЭРОА) и годовые эффективные дозы, обусловленные воздействием на дыхательные пути.

^а Значение, взвешенное по времени нахождения вне помещения — 0,2 и в помещениях 0,8.

• 6 Значения фактора F_paBH для торона взяты из измерений.
• * Напомним, что эта величина получается очень просто: 16 Бк-м~³ (ЭРОА) х х 9 нЗв-ч- • (Бк-м-³)-1 (EEC) 0,8−8760 чтод- = 1,0 мЗв.

Результат облучения в существенной мере зависит от того, в связанном или нет состоянии находятся радионуклиды в воздухе. По мере того, как увеличивается доля радионуклидов/_несвяз, не связанных с характерными для окружающей среды аэрозолями, увеличивается и доза на легкие. Например, если/_несвяз —0,1 в помещениях, где не курят, то эта доля падает —10 раз в результате курения. В то же время здесь переплетаются очень многие процессы и простых зависимостей нет, в частности,.

факторы F_paBH и/_несвяз действуют в противоположных направлениях при формировании дозы на легкие.

Значения дозовых коэффициентов и годовые дозы на легкие приведены в табл. 6.8. Все эти значения являются результатами очень сложных усреднений, справедливых в рамках определенных моделей, часто для определенных тканей, взятых в качестве мишеней, и т. д. Поэтому нет ничего удивительного в том, что дозовый коэффициент 9 нЗв-(Бк-ч^_1-м^_3)^-1, приведенный в табл. 6.8, отличается от значения, используемого МКРЗ и равного 6 нЗв-(Бк-ч-^ьм-³)^_1. Заметим, что при расчетах доз эти коэффициенты весьма вероятно будут умножаться на разные эффективные активности. Поэтому при сравнении доз нужно обращать внимание на то, какой дозовый коэффициент используется. Что касается дозового коэффициента для ²²⁰Rn, то прямых его определений из эпидемиологических обследований нет. В этом случае важно учитывать дозы на другие органы, так как имеются достаточно долгоживущие радионуклиды — ²¹²РЬ (10,64 ч), значительная часть которых успевает перейти в эти органы.

Помимо системы дыхания воздействие на организм происходит еще по двум каналам. Во-первых, за счет растворимости газов в крови, что приводит к распределению радионуклидов по всему телу. Вклады в эффективную дозу этого пути поступления представлены в последнем столбце табл. 6.8.

Второй путь поступления — пероральный. Как было отмечено выше, средневзвешенная по численности населения активность радона в питьевой воде составляет —10 Бк-л^-1. Согласно статистическим данным, взрослый человек потребляет в среднем 50 л не обезгаженной воды в год, что при дозовом коэффициенте —10~⁸ Зв-Бк^-1, приводит к дозе —5 мкЗвтод-¹. Для младенцев эта величина оказывается —70 мкЗвтод-¹. После усреднения по возрастному составу населения Земли это дает —10 мкЗвтод-¹.

Помимо ингаляционного и перорального путей проникновения радионуклидов внутрь организма существует еще и транскутанный (перкутанный) путь. Известно, что при приеме радоновой ванны в течение 20 мин в организм проникает через кожу до 4% Rn. Радон, а затем и продукты его распада, проникшие транскутанно, создают опасность облучения самой кожи и тех внутренних органов, куда они доставляются с током крови. Однако этим вкладом обычно пренебрегают. Он невелик, а эпидемиологические обследования, направленные на обнаружение последствий такого воздействия на здоровье персонала, обслуживающего радоновые ванны и грязелечебницы, не позволили однозначно доказать этого.

Некоторые коротко живущие продукты распада радона, всегда присутствующие в воздухе, являются и источниками внешнего облучения. Однако при равновесной активности продуктов распада —8 Бк-м~³ это дает приблизительно 2 нГр-ч^-1. Таким источником внешнего облучения можно вполне пренебречь.

• [1] Радон — химический элемент VIII группы периодической системы. Он относитсяк благородным газам. Плотность 9,73 гог1 при 0 °C. Типичная концентрация радонав воздухе составляет 1 атом на 1018 атомов воздуха вне помещений. Его растворимостьсоставляет при 0 °C 510 см3'Л₁.
• [2] Длина пробега атомов 222Rn в типичных минералах составляет 20—70 нм, в воде —100 нм, а в воздухе — 63 мкм.
• [3] Для сухой почвы с плотностью 1,6−103 кг м-3, пористостью 20%, удельной активностью 226Ra 25 Бк-юг3 и коэффициентом эманирования 20% расчетная равновеснаяактивность радона в почвенном газе —40 кБк-м-3 при условии отсутствия там его переноса.
• [4] На высоте 1 м от поверхности Земли активность 220Rn в —10 раз меньше, чемна высоте ~5 см.
• [5] Скорость поверхностной эксхаляции из океана примерно в 100 раз меньше, чемиз почвы.
• [6] Поток торона в такой дом —50 Бк-м ^-ч-1.
• [7] Расчеты показывают, что если на каждый квадратный метр плиты приходитсяодносантиметровая трещина, то за счет диффузии через такую плиту будет проникать25% поступающего от земли потока почвенного газа.
• [8] Средний диаметр аэрозолей естественного происхождения в доме —100 нм, а образующиеся при курении сигарет аэрозоли имеют диаметр —300 нм.
• [9] В результате а-распада в основной воздухоток комнаты может возвратиться25−50% сорбированной активности.
• [10] Исторически первой единицей, использовавшейся для этих целей, был «рабочийуровень» — РУ (WL — working level). (1 РУ = 2,08−10~5 Дж-м-3 = 1,30−108 МэВ-м-3). Еслипродукты распада радона находятся в состоянии равновесия, то потенциальная энергияв единице объема при 1 РУ будет отвечать активности — 3700 Бк-м-3.
• [11] 1 Потенциальное облучение a-излучением также часто выражают в историческихединицах — рабочий уровень в месяц — РУМ (working level month — WLM). Эта единица была введена для шахтеров, для которых рабочий месяц был взят равным 170 ч.
• [12] WLM = 3,54−10−3 Дж-ч-1-м-з.