Рис. 12.1 Ряд урана
Обратите внимание на гамма-активные радионуклиды в правой части рисунка. Они-то и формируют земной гамма-фон. Два других радиоактивных ряда дают похожие схемы.
Понятно, что гамма-фон определяется удельной активностью горных пород, которая зависит от их состава. Например, граниты всегда содержат повышенные концентрации урана: в среднем шесть, а иной раз до 60 грамм на тонну. А ещё фоновое излучение зависит от того, насколько близко породы выходят к поверхности.
Таким образом, гамма-фон зависит от географии: в конкретном месте он постоянен, пока не появляются каменные строения. Средний земной гамма-фон находится в пределах 0,3–0,6 мЗв/год, в России около 0,4 мЗв. Но в некоторых местах земного шара эта цифра гораздо, гораздо больше (рис. 12.2).
Чаще всего источником повышенной радиации являются монацитовые пески, богатые торием.
Рис. 12.2 Места с аномально высоким фоном земной радиации (графическая обработка данных [1–4])
Выходит, кое-где люди ежегодно получают дозы, сопоставимые с чернобыльскими и даже хиросимскими? Так оно и есть! За проживающими на территориях с аномально высоким фоном ведётся медицинское наблюдение. И что интересно: у местных жителей никаких отклонений в состоянии здоровья не выявляется. Ни повышенной онкозаболеваемости, ни сокращения продолжительности жизни в сравнении с низкофоновыми соседними районами [2, 4]. То же самое – и в отношении жителей горных районов с повышенным фоном космической радиации.
Но как же так? Почему последствия облучения не такие, как в Хиросиме и Чернобыле? Похоже, популяции местных жителей приспособились к высокому фону за счёт длительного естественного отбора [3].
Похожая картина и в отношении последствий ультрафиолетового облучения. После войны из беспокойной Европы многие уезжали в тихую Австралию. Среди эмигрантов оказалось немало любителей позагорать на солнечных пляжах. Но спустя годы началась настоящая эпидемия раков кожи. В том числе его агрессивнейшей формы – меланомы (когда перерождается родинка). А у аборигенов-то всё в порядке. Кстати, сегодня в Австралии действует запрет на показ по телевидению загорелых фотомоделей.
Итак, мы познакомились с двумя составными частями ЕРФ – космическим излучением и излучением горных пород. Кто постарше, помнит, как после чернобыльской аварии в метеосводках передавали, к примеру: "Сегодня радиоактивный фон составляет 10 микрорентген в час". Возникают вопросы: что включали эти данные, как эти микрорентгены стыкуются с нашими миллизивертами, и почему значения радиоактивного фона меняются: то 7, то 10, а то и больше микрорентген в час?
Радиоактивный фон, о котором нам сообщают, включает как раз уже рассмотренные нами две части ЕРФ. Мощность дозы иногда выражается в устаревших единицах – рентгенах (Р) или микрорентгенах (мкР) в час.
Один рентген примерно соответствует одному раду (или 0,01 Гр):
1 Р = 1 рад = 0,01 Гр.
Для гамма-излучения один грей соответствует одному зиверту:
1 Гр = 1 Зв (вспомним главу 3).
Значит, 1 Р = 0,01 Зв = 10 мЗв.
Сложим средние для России значения мощности дозы космического излучения (0,4 мЗв/год) и излучения горных пород (0,4 мЗв/год). Получается 0,8 мЗв/год, или 0,08 Р/год. Теперь прикинем, сколько это будет, если пересчитать на микрорентгены в час. Для этого нашу цифру надо умножить на миллион (число микрорентгенов в одном рентгене) и разделить на 8760 (часов в году):
0,08 × (1 000 000 / 8760) = 9 мкр/ч. Всё сходится.
А почему радиоактивный фон время от времени меняется? Это зависит от космической и атмосферной составляющих: солнечной активности, времени года и даже облачности.
Но в одном и том же месте ЕРФ достаточно стабилен. В России он обычно в пределах от 5 до 20 мкР/ч (0,4–1,8 мЗв/год). Имеются ли у нас места с очень высоким фоном? Да, но аномалии не так выражены, как на рис. 12.2. О наших территориях мы побеседуем чуть позже.
Можно ли заметить изменения фона в случае какой-то радиационной аварии? Легко, особенно если авария сопровождается выбросами гамма-активных радионуклидов. Например, продукты деления урана, образующиеся в ядерном реакторе, всегда содержат гамма-активные изотопы.
Но вернёмся к естественному радиоактивному фону. Как мы знаем, он включает и третью часть.
Внутреннее облучение
Оно обусловлено теми естественными радионуклидами, что всегда имеются в воздухе, воде и пище: ведь мы живём в радиоактивном мире. Плюс теми, что содержатся в тканях организма, в основном это малоактивный изотоп калий-40. Но всё это скромная, около 0,3 мЗв/год, добавка к внешнему фону.
Другое дело – так называемое радоновое облучение, которое даёт самый весомый вклад в годовую дозу. Этот вид облучения чрезвычайно важен, и мы посвятим ему две ближайшие главы.
Итак, мы рассмотрели ЕРФ, главную часть природного облучения. Кроме него в техногенно-изменённый фон входит облучение от строительных материалов и минеральных удобрений, а также радиоактивные выбросы угольных ТЭС и котельных.
Облучение от строительных материалов
Откуда берётся этот вид облучения? От тех же гамма-активных изотопов, что входят в состав горных пород. Однако в разных стройматериалах радионуклиды содержатся в разных концентрациях. Поэтому различна и удельная активность стройматериалов (рис. 12.3).
Рис. 12.3 Удельная активность стройматериалов (графическая обработка данных [5, 6])
Для строительства жилых и общественных зданий разрешается использовать только стройматериалы первого класса, с удельной активностью не более 370 Бк/кг. Традиционные дерево, бетон и кирпич удовлетворяют этому требованию. А вот граниты, шлаки, золобетоны могут оказаться чересчур радиоактивными.
Проблема может возникнуть с домами, построенными в старые времена из блоков неизвестного происхождения. В 1970-х годах во многих западноевропейских странах в ходе борьбы за чистоту окружающей среды промышленные отходы, например, золы и шлаки, включали в состав строительных материалов. Хорошо, что Россия не подхватила это начинание. Лучше учиться на чужих ошибках.
Сегодня все строительные материалы проходят обязательный радиометрический контроль. Более 95 процентов всех материалов относятся к первому классу и могут без ограничения использоваться в строительстве.
В среднем доза внешнего облучения от стройматериалов невелика и составляет 0,1 мЗв/год.
Речь идёт о фосфорных удобрениях, которые получают из апатитов и фосфоритов. Эти минералы всегда содержат соединения урана и тория в равновесии с продуктами их распада: все три радиоактивных семейства в полном составе. Радионуклиды частично переходят в удобрения, а в дальнейшем по пищевым цепям – в организм человека.
Однако удельная активность удобрений жёстко контролируется. Поэтому дозы облучения населения тут невелики, порядка 0,3 мкЗв/год (микрозиверт, а не миллизиверт, как для рассмотренных ранее природных источников облучения).
Радиоактивные выбросы угольных ТЭС и котельных
Мало кто знает, но с выбросами угольных ТЭС в атмосферу поступает куда больше радионуклидов, чем от АЭС. Дело в том, что каменный уголь, как и все земные породы, содержит радионуклиды: те же уран, торий, продукты их распада. Мало того, при сжигании угля радионуклиды концентрируются в золе, причём ультрадисперсные частицы, так называемые аэрозоли, очень трудно улавливаются. С выбрасываемыми газами они разносятся на большие расстояния, до 80 км. С одной стороны, сильное рассеивание – это плохо: загрязняются огромные территории. А с другой – хорошо: снижается индивидуальная доза облучения. В среднем по России эта доза невелика и составляет около 2 мкЗв/год.
Итак, мы рассмотрели почти все части техногенно-изменённого фона. Может ли природный фон быть опасным? До 1980-х годов природное облучение считали безопасным. Ну, разве что вы переселитесь в Бразилию и будет регулярно загорать на монацитовом песочке.
Но потом узнали ещё об одном природном источнике излучения. И он оказался серьёзнее, чем все остальные части природного фона, вместе взятые. Речь идёт о радиоактивном радоне.
Литература
1. Анастасия Литвинова. Радиационный фон. И стоит ли опасаться рентгена? – Вопросы экологии, сентябрь 2014.
2. Булдаков Л.А., Калистратова В.С. Радиационное воздействие на организм – положительные эффекты.− М.: Информ-Атом, 2005. – 246 с.
3. Глазко В.И., Глазко Т.Т. Отбор на дурака. – Химия и жизнь, 2010, № 5. – С. 37–39.
4. Бекман И.Н. Радон: враг, врач и помощник. – Лекции.
5. Радиация: Дозы, эффекты, риск / Перевод с английского. – М.: Мир, 1988. – 79 с.
6. Кольтовер В.К. Еще раз о радиоактивности в нашем доме. – "Химия и жизнь", 1990, № 4. – С. 72–75.