Концентрация естественных радионуклидов в почвах и создаваемые ими мощности поглощенной дозы на поверхности .

Основной вклад в величину мощности поглощенной дозы в воздухе вносят излучения ²⁰⁸Tl и ²²⁸Ас из семейства ²³²Th; 99% вклада в мощность дозы внешнего облучения от семейства ²³⁸U обусловлено излучением ²¹⁴Рb и ^2I4Bi, которые являются короткоживущими продуктами распада ²²²Rn.

Измеренные мощности поглощенной дозы в воздухе по данным различных стран изменяются в диапазоне от 10 до 200 нГр/ч, при средневзвешенной по популяции величине 59 нГр/ч, что показывает удовлетворительное согласие с расчетными результатами (60 нГр/ч). Для россиян эти величина колеблется в диапазоне от 30 до 100 нГр/ч при среднем значении 65 нГр/ч.

Отмечаются небольшие области мира с аномально большими концентрациями радионуклидов в почве. Это связано с повышенной концентрацией тория в моноцитовых песках в местечке Гуарапари в Бразилии, штатах Керала и Мадрас в Индии, Янг-Янг в Китае и дельте Нила в Египте; имеются районы на юго-западе Франции с почвами на гранитных и песчаных породах с повышенным содержанием урана, районы Италии с вулканическими породами; в районах Рамсар и Махалат в Иране повышенная концентрация связана с горячими водными источниками. Создаваемые там поглощенные дозы в воздухе в десятки и сотни раз превышают среднемировые величины. Например, средняя мощность поглощенной дозы в воздухе у поверхности почвы в штате Керала составляет 1800 нГр/ч, а на побережье Бразилии доходит до 90 000 нГр/ч.

Переход от мощности поглощенной дозы в воздухе к эффективной дозе для средней энергии фотонов осуществляется умножением поглощенной дозы на 0,7 Зв/Гр для взрослых и 0,8 Зв/Гр для детей (см. разд. 4.3.1.). При нахождении в помещении величина мощности эффективной дозы в среднем возрастает в 1,4 раза и примерно для 45% населения мира измеренные поглощенные дозы в воздухе в помещениях находятся в диапазоне от 20 до 200 нГр/ч при средневзвешенной по популяции мощности дозы 84 нГр/ч. В Российской Федерации эта величина изменяется от 24 до 147 нГр/ч со средним значением 74 нГр/ч.

Суммарная годовая эффективная доза внешнего облучения за счет радионуклидов земного происхождения, усредненная по населению всего земного шара, равна 480 мкЗв/год с диапазоном изменения для разных стран от 300 до 600 мкЗв/год. Суммарная годовая эффективная доза за счет радионуклидов земного происхождения, усредненная по населению России, равна 440 мкЗв/год.

Помимо фотонного излучения природные радионуклиды, содержащиеся в почве, испускают β-излучение, но его вклад пренебрежимо мал (годовая эффективная доза равна примерно 7 мкЗв/год).

Дозы внешнего облучения от радионуклидов атмосферы.

Естественная радиоактивность атмосферы обусловлена следующими группами радионуклидов:

а) радиоактивные газы, попадающие в атмосферу с земной поверхности;

б) природные радиоактивные аэрозоли, попадающие в атмосферу из почвы;

в) космогенные радионуклиды, возникающие в атмосфере под действием космического излучения;

г) природные радионуклиды, попадающие в атмосферу с космической пылью.

Содержание радионуклидов в атмосфере существенно зависит от метеоусловий, однако в любом случае подавляющий склад в удельную активность нижних слоев атмосферы, вносят первые три группы радионуклидов, а среди них - газообразные радионуклиды, выходящие с поверхности почвы.

Одними из наиболее важных естественных радионуклидов, содержащихся в тропосфере, являются газообразные торон - ²²⁰Rn и радон - ²²²Rn с их дочерними продуктами, поступающие из почвы. В среднем содержание ²²⁰Rn и ²²²Rn в тропосфере над почвой составляет 0,1 и 10 Бк/м³ соответственно, при диапазоне изменений в зависимости от местоположения и погодных условий 1-100 Бк/м³. В приводном слое тропосферы концентрации этих нуклидов значительно ниже.

Из относительно долгоживущих дочерних продуктов эманации наибольший интерес представляют ²¹⁰Рb и ²¹⁰Ро, концентрации которых в приземном слое тропосферы с учетом вымывания и осаждения на Землю равны 500 и 50 мкБк/м³ соответственно.

При оценке концентраций естественных радионуклидов земного происхождения в приземном слое атмосферы принимают запыленность атмосферы 50 мкг/м³. Тогда по данным о концентрации радионуклидов в почве можно определить их содержание в тропосфере. В среднем принимаются следующие концентрации: ²³⁸U и продуктов его распада -1 мкБк/м³, ²³²Th – 0,5 мкБк/м³,  а для ⁴⁰К - 19 мкБк/м³.

Среди радионуклидов космогенного происхождения внешнее облучение формируется ⁷Ве, ²²Na, ²⁴Na. Концентрация бериллия, образующегося по реакции ¹⁴N(р, 2α)⁷Ве в воздухе у поверхности Земли в среднем равна 12,5 мБк/м³.

Таким образом, из нуклидов земного происхождения, находящихся в атмосфере, наибольший вклад в мощность поглощенной дозы в воздухе в приземном слое дают ²²²Rn и продукты его распада. Средняя величина мощности поглощенной дозы от радона и его продуктов распада на расстоянии 1 м над поверхностью земли составляет примерно 1 нГр/ч. Существуют ее вариации, связанные с изменениями влажности почвы, толщины снежного покрова, стратификации атмосферы. Мощности поглощенной дозы в воздухе у поверхности земли от космогенных радионуклидов в атмосфере равны 3х10^-5, 10^-7 и 6х10^-7 нГр/ч для ⁷Ве, ²²Na, ²⁴Na. соответственно. Вклад всех космогенных нуклидов в мощность поглощенной дозы в воздухе (< 0,2 нГр/ч) является незначительным по сравнению с вкладом нуклидов, попавших в атмосферу из почвы.

 Дозы внешнего облучения от радионуклидов гидросферы.

Можно выделить два основных пути поступления радиоактивных нуклидов в гидросферу: выпадение с осадками и путем сухого осаждения радионуклидов, находящихся в атмосфере, и растворение и смыв водами радионуклидов почвы. Вода, вступая в большой круговорот, наряду с переносом минеральных веществ осуществляет и перенос радионуклидов. Радиоактивность воды открытых пресноводных водоемов в равной мере определяется ²²²Rn_, ⁴⁰К и ³Н, радиоактивность морской воды зависит от степени солености и основной вклад в ее активность вносит ⁴⁰К, доля остальных радионуклидов на несколько порядков ниже.

Мощность поглощенной дозы в воздухе над поверхностью морской воды с равномерно распределенной активностью радионуклида в условиях лучевого равновесия формируется ⁴⁰К  (~ 0,55 нГр/ч)  и ²²⁶Ra (~  0,2 нГр/ч), в сумме она составляет ~ 1нГр/ч; аналогичная величина над поверхностью речной и озерной воды в несколько раз ниже.

Приведенные данные показывают, что величины мощностей доз в воздухе над водной поверхностью более чем на порядок меньше соответствующих величин над земной поверхностью.

 Дозы внутреннего облучения.

Доза внутреннего облучения от естественных радионуклидов формируется за счет их поступления внутрь организма с вдыхаемым воздухом, с питьевой водой и пищей и их отложения в различных органах и тканях. Следовательно, концентрации радионуклидов в органах человека будут зависеть от рациона питания, содержания радионуклидов в пищевом рационе, воде и вдыхаемом воздухе, процессов ассимиляции радионуклидов и их выведения в том или ином органе. Для оценки поступления радионуклидов с пищей необходимо иметь подробные данные о диете жителей различных регионов, так как она в значительной степени различается, что связано с климатическими условиями, традициями, социально-экономическим положением. При этом необходимо учитывать разницу не только в диете, но и количественное различие в потреблении пищи взрослыми и детьми. В табл.6.2 приведены данные НКДАР о рационе питания, усредненные по населению мира.

Заметно различие для отмеченных продуктов, по остальной пище считается, что дети потребляют 2/3, а новорожденные 1/3 от взрослой диеты, которая в сумме составляет 500 кг/год.

Таблица 6.2