СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ ПРИРОДНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ ОБЛУЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ ПРИРОДНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Природные источники излучения вносят основной вклад в облучение населения, однако именно эта компонента облучения оказалась наименее изученной. До настоящего времени данные об индивидуальных уровнях облучения населения страны природными источниками излучения остаются отрывочными и основаны на результатах разрозненных измерений в отдельных регионах. До начала функционирования радиационно-гигиенической паспортизации, единой государственной системы контроля и учета индивидуальных доз облучения населения было принято, что средние уровни облучения населения России природными источниками ионизирующего излучения составляют около 2 мЗв/год. Эта оценка была положена в основу концепции обеспечения радиационной безопасности населения природными ИИИ (ОСПОРБ-99). Однако в целом ряде регионов (Республика Алтай, Еврейская АО, Ростовская область и др.), где средние уровни облучения населения оказались значительно выше 2 мЗв/год, фактически требовались экстренные меры по снижению уровней облучения всего населения субъекта РФ.

Облучение людей природными источниками ионизирующего излучения формируется за счет природных радионуклидов (ПРН), которые содержатся в окружающей природной среде, теле человека, про-

дуктах питания, питьевой воде, а также в среде обитания людей. Определенный вклад в облучение людей вносит ионизирующая компонента космического излучения. Происхождение ПРН и их содержание в природной среде в ее естественном состоянии не связано с хозяйственной деятельностью человека, что отражено в самом названии этих радионуклидов. Традиционно к ПРН принято относить радионуклиды природных радиоактивных семейств 238ии 232Th, а также 40K, хотя в настоящее время известны несколько сот радионуклидов естественного происхождения (138La, 147Sm, 176Lu, 87Rb и др.). Связано это исключительно с малой распространенностью последних в земной коре, вследствие чего они практически не влияют как на природный радиационный фон, так и облучение жителей Земли.

На протяжении многих тысячелетий человечество жило в условиях сформировавшегося естественного радиационного фона, который менялся только в результате геологических изменений. Хозяйственная деятельность человека практически не сказывалась на состоянии естественного радиационного фона Земли вплоть до начала XX в., когда началось интенсивное развитие всех современных отраслей науки, техники, строительной индустрии и пр. В настоящее время серьезные изменения радиационного фона на Земле вследствие хозяйственной деятельности человека наблюдаются на территориях с интенсивной нефтегазодобычей, ядерных полигонах, в районах крупных радиационных аварий, на территориях с высокоразвитой горнодобывающей промышленностью и т. д.

Человек подвергается облучению во всех сферах своей жизнедеятельности: в помещениях зданий (в коммунальной и производственной сфере) и на открытой территории. Работники, занятые непосредственно с техногенными источниками излучения (ядерный топливный цикл и пр.), одновременно могут подвергаться облучению природными источниками, а шахтеры неурановых рудников, нефтегазодобывающей отрасли и других подвергаются более высоким уровням облучения природными источниками излучения.

Совокупность природных источников ИИ определяет естественный радиационный фон (ЕРФ). ЕРФ принято называть мощность дозы облучения, создаваемой космической радиацией и излучением природных радионуклидов, естественно распределенных в почве, воде, атмосферном воздухе, других элементах биосферы, пищевых продуктах и живых организмах.

Облучение населения за счет природных ИИИ включает внешнее и внутреннее облучение, причем обычно в мире большая часть приходится на долю внутреннего облучения за счет короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона, содержащихся в воздухе помещений.

Внешнее облучение населения формируется в основном за счет гамма-излучения ПРН, содержащихся во внешней среде, а также космического фотонного и корпускулярного излучения.

Различают первичное и вторичное космическое излучение. Первичное космическое излучение на 90 % состоит из протонов, 10 % составляют альфа-частицы, менее 1 % - нейтроны, электроны, гамма-кванты и ядра легких элементов. Вторичное космическое излучение характеризуется сложным составом: в нем представлены почти все известные в настоящее время элементарные частицы. Оно возникает в атмосфере Земли в результате взаимодействия частиц первичного космического излучения с ядрами нуклидов, находящихся в воздухе.

Доза внешнего облучения людей за счет космического излучения на поверхности Земли практически постоянна для конкретной территории и зависит от высоты над уровнем моря, географической широты, продолжительности нахождения людей в зданиях, коэффициента экранирования излучения межэтажными перекрытиями зданий и взвешивающих коэффициентов для компонент космического излучения. Для средних широт на равнинных территориях величина ее составляет 0,390 мЗв/год, возрастая с увеличением высоты над уровнем моря и широтой местности. Около 0,280 мЗв/год от указанной дозы приходится на долю ионизирующей и 0,100 мЗв/год на долю нейтронной компоненты, а остальное - на долю космогенных радионуклидов (тритий, углерод 14С и др.). В условиях высокогорья и в северных широтах эта составляющая существенно выше. Средневзвешенные по населению мощности дозы космического излучения представлены в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Мощность дозы космических лучей

Традиционно к ПРН терригенного (земного) происхождения

принято относить радионуклиды природных радиоактивных семейств урана (238U) и тория (232Th), а также калия (40K). Из всех естественных радионуклидов основной вклад в формирование дозы внешнего излучения вносит 40K, так как калий является одним из наиболее широко распространенных элементов в природе. Периоды полураспада 238U и 232Th очень велики, и поэтому естественный радиационный фон, обусловленный терригенными радионуклидами, постоянен для данной местности. Однако радионуклиды естественного происхождения исключительно мало распространены в земной коре, вследствие чего практически не влияют как на природный радиационный фон, так и на облучение жителей Земли. Концентрация природных радионуклидов в почве для различных мест Земного шара может отличаться в десятки раз.

В таблице 9.2. представлены регионы Земного шара с высокими значениями естественного радиационного фона.

Таблица 9.2

Области высокого естественного радиационного фона

(по данным Отчета НКДАР ООН-2000)

Таблица 9.2 (окончание)

Определенный вклад в дозы внутреннего облучения населения вносит ингаляционное поступление природных радионуклидов с вдыхаемым воздухом. Естественная радиоактивность атмосферного воздуха обусловлена наличием в атмосфере радионуклидов, возникающих в результате воздействия космического излучения, радиоактивных газов, поступающих из верхних слоев земной коры, их дочерних продуктов, радионуклидов в результате деятельности человека и т. д. Это в основном углерод-14, тритий, изотопы бериллия (бериллий-7, бериллий-10). Концентрации радионуклидов рядов урана и тория в атмосферном воздухе заметно отличаются для разных уголков Земли. Так, при среднемировых значениях содержания в атмосферном воздухе 238U на уровне 1 мкБк/м3 диапазон измеренных значений для США составляет 0,9-5,0 мкБк/м3, для Польши - от 1 до 18 мкБк/м3. При среднемировой концентрации в воздухе 226Ra 1 мкБк/м3 максимально измеренное значение в Польше составило 32 мкБк/м3. Содержание 210Ро при

среднем значении 500 мкБк/м3 в Швейцарии достигало значения 2000 мкБк/м3, в Германии - 2250 мкБк/м3. При распаде дочерних продуктов урана образуются радиоактивные газы, или эманации (радон-222 и радон-220, или торон), поступающие из верхних слоев почвы в атмосферный воздух. Среднемировая эффективная доза облучения населения за счет этого фактора составляет 6 мкЗв/год.

Радиоактивность растительного и животного мира обусловлена практически всеми радионуклидами, которые встречаются в природе, и зависит от места произрастания растения или нахождения данного вида животного в определенной местности. Это ПРН, участвующие в обменных процессах, такие как калий-40, углерод-14, тритий и радиоактивные изотопы, значимость которых в обменных процессах недостаточно изучена.

Вклад в дозу внутреннего облучения населения природными радионуклидами вносит пероральное поступление их с питьевой водой и пищевыми продуктами.

Доза внутреннего облучения за счет поступления природных радионуклидов (ПРН) с водой и пищей состоит из двух составляющих. Доза, обусловленная 40K, практически одинакова для всех людей и не может быть существенно изменена, поскольку содержание калия (стабильного) в организме человека регулируется го-меостазом, а 40K поступает и выводится из организма человека в постоянном соотношении со стабильным калием. Эффективная доза облучения людей за счет 40K составляет около 0,170 мЗв/год.

Из всех радионуклидов уранового и ториевого ряда наибольший вклад в дозу внутреннего облучения людей вносят 210Pb и 210Po. Эти радионуклиды являются долгоживущими дочерними продуктами 222Rn. При распаде 222Rn образуется цепочка распада, которая заканчивается стабильным изотопом свинца 206Pb. Радионуклиды 210Pb и образующиеся при его распаде 210Bi и 210Po осаждаются на земную поверхность, образуя глобальные выпадения природных радионуклидов. Эти выпадения приводят к радиоактивному загрязнению воды поверхностных источников, травы, сельскохозяйственных растений. Такой механизм приводит к повышенным значениям удельной активности этих радионуклидов в воде и продуктах питания по сравнению с удельной активностью других членов уранового и ториевого рядов.

Принято считать, что внутреннее облучение населения за счет ПРН в продуктах питания и питьевой воде вносит незначительный вклад в суммарное облучение жителей земли за счет всех природных ИИИ. Среднемировое значение этого фактора действительно невелико и составляет около 0,120 мЗв/год (примерно 10 %

из которых приходится на долю питьевой воды). Содержание ПРН в продуктах питания в настоящее время не нормируется. Однако природная вариабельность уровней содержания природных радионуклидов в продуктах питания и питьевой воде и доз облучения людей за счет этого фактора может достигать нескольких порядков.

Среднемировое значение эффективной дозы, обусловленное поступлением ПРН с питьевой водой, составляет около 10 мкЗв/год. Для питьевой воды, как и для продуктов питания, характерны различные уровни содержания природных радионуклидов, причем разница значений достигает порой нескольких порядков. Как правило, содержание ПРН в питьевой воде определяется условиями формирования вод, то есть содержанием ПРН в водоносном грунте. В таблице 9.3. представлены среднемировые значения содержания природных радионуклидов в питьевой воде и наибольшие зафиксированные значения в отдельных странах мира.

Разница между среднемировыми и реально измеренными значениями содержания природных радионуклидов в питьевой воде может превышать 100 тыс. раз, соответственно и дозы облучения отдельных групп населения за счет этого фактора будут значительно выше среднемировых.

Определение дозы внутреннего облучения за счет природных радионуклидов, поступающих в организм из внешней среды, требует учета многих факторов. Попавшие внутрь организма человека

Таблица 9.3

Содержание природных радионуклидов в питьевой воде

по пищевым цепочкам с продуктами питания и питьевой водой, а также с вдыхаемым воздухом радионуклиды, как и стабильные изотопы, вступают в обменные процессы, могут избирательно накапливаться в тех или иных тканях либо распределяться равномерно по всему организму. Имеют значение также скорость и пути выделения радионуклида, виды и энергетические характеристики излучения, образующегося при его распаде, длительность периода полураспада.

Неизбежным следствием научно-технического прогресса в современном индустриальном обществе является повышение дозы облучения человека от природных радионуклидов. Развитие жилого и промышленного строительства, использование полезных ископаемых в промышленности и сельском хозяйстве приводят к перераспределению природных радионуклидов в окружающей среде и, как правило, к увеличению доз облучения людей. Повышение вклада природных источников ИИ в суммарную дозу облучения человека связано также с ростом пассажирских перевозок воздушным транспортом и космическими полетами.

В среднем для населения Земли эта "прибавка" к природному радиационному фону незначительна и составляет по отношению к нему доли процента. Однако для людей, проживающих в городах, промышленных регионах, вблизи крупных производств, она может существенно возрастать.

Ведущую роль в формировании дозы внутреннего облучения от природных источников радиации играют радон и, главным образом, дочерние продукты его распада. Радиоактивный инертный газ радон-222 образуется при альфа-распаде радия-226, входящего в радиоактивное семейство урана-радия. Радий в незначительных количествах содержится в почвах всех типов, грунтах, минералах и, следовательно, во многих строительных материалах. Относительно большой период полураспада (3,82 сут) и высокая способность к диффузии позволяют радону распространяться по порам и трещинам в почве, через щели в фундаменте зданий поступать из подвалов в воздух помещений и при отсутствии вентиляции накапливаться там в значительных концентрациях. В последние годы получено немало данных о том, что просачивающийся сквозь пол и неплотности в перекрытиях радон представляет собой главный источник радиоактивного облучения в закрытых помещениях.

В докладе НКДАР ООН получена оценка среднемирового значения годовой эффективной дозы облучения населения за счет короткоживущих дочерних продуктов изотопов радона, равная 1,2 мЗв/год.

В соответствии с НРБ-99/2009 значение эффективной дозы облучения населения природными источниками излучения не нормируется, а снижение облучения населения достигается путем установления системы ограничений на облучение отдельными источниками. Согласно Нормам радиационной безопасности 99/2009 концентрация радона в жилых помещениях регламентируется, и во вновь строящихся и проектирующихся зданиях она не должна превышать 100 Бк/м3; в эксплуатируемых жилых и общественных зданиях - 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.

В конце 1970-х гг. строения, внутри которых концентрация радона в 5000 раз превышала среднюю его концентрацию в наружном воздухе, были обнаружены в Швеции и Финляндии. В 1982 г. строения с уровнями радиации, в 500 раз превышающими типичные значения в наружном воздухе, были выявлены в Великобритании и США. При дальнейших обследованиях такого рода выявляется все больше домов с очень высокой концентрацией радона.

Самые распространенные строительные материалы - дерево, кирпич и бетон - выделяют относительно немного радона. Гораздо большей эффективной удельной активностью обладает гранит, иногда также используемые ранее в строительстве глиноземы, фос-фогипс, легкий бетон, содержащий квасцовые сланцы.

Конечно, радиационный контроль строительных материалов заслуживает самого пристального внимания, однако главный источник радона в закрытых помещениях - это грунт. В Хельсинки максимальные концентрации радона, более чем в 5000 раз превосходящие его среднюю концентрацию в наружном воздухе, были обнаружены в домах, где единственным сколько-нибудь значительным его источником мог быть лишь грунт. Даже в Швеции, где при строительстве домов использовали глиноземистые цементы, главной причиной радиации, как показали недавние исследования, является эмиссия радона из почвы.

Концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Исследования, проведенные в Норвегии, показали, что концентрация радона в деревянных домах даже выше, чем в кирпичных, хотя дерево выделяет совершенно ничтожное количество радона по сравнению с другими материалами. Это объясняется тем, что деревянные дома, как правило, имеют меньше этажей, чем кирпичные, и, следовательно, комнаты,

в которых проводились измерения, находились ближе к почве - основному источнику радона.

Скорость проникновения радона в помещения фактически определяется толщиной и целостностью (т. е. количеством трещин и микротрещин) межэтажных перекрытий. Этот вывод подтвердился при инспекции домов, построенных на регенерированных после добычи фосфатов землях во Флориде, а в Чикаго в домах с земляными подвалами были зарегистрированы концентрации радона, в 100 раз превышающие его средний уровень в наружном воздухе, хотя удельная радиоактивность грунта была самая обычная.

После заделки щелей в полу и стенах какого-либо помещения концентрация радона в нем уменьшается. Особенно эффективное средство уменьшения количества радона, просачивающегося через щели в полу, - вентиляционные установки в подвалах. Кроме того, эмиссия радона из стен уменьшается в 10 раз при облицовке стен пластиковыми материалами типа полиамида, поливинилхлорида, полиэтилена или после покрытия стен слоем краски на эпоксидной основе или тремя слоями масляной краски. Даже при оклейке стен обоями скорость эмиссии радона уменьшается примерно на 30 %.

Высокие концентрации радона отмечены в воде из некоторых источников, особенно из артезианских скважин. Так, высокое содержание радона было обнаружено в воде артезианских колодцев в Финляндии и США, в том числе в системе водоснабжения Хельсинки и города Хот-Спрингс (штат Арканзас).

Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие при мытье в душе. Концентрация радона в ванной комнате примерно в 3 раза выше, чем на кухне, и приблизительно в 40 раз выше, чем в жилых комнатах (Финляндия). А исследования, проведенные в Канаде, показали, что в течение 7 мин, когда был включен душ, концентрация радона и его дочерних продуктов в ванной комнате быстро возрастала.

Радон проникает также в природный газ под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты, отопительные и другие нагревательные устройства, в которых сжигается газ, не снабжены вытяжкой.

Доля домов, в которых концентрация радона и его дочерних продуктов составляет от 1000 до 10 000 Бк/м3, лежит в пределах от 0,01 до 0,1 % в различных странах. Эффективная эквивалентная доза облучения от радона и его дочерних продуктов равна в среднем около 1,2 мЗв/год, что составляет около половины всей годовой

дозы, получаемой человеком в среднем от всех естественных источников радиации.

Доказан более высокий уровень заболеваемости злокачественными новообразованиями среди горнорабочих урановых рудников, реальное количество случаев рака легких у которых было в 1,5- 6,5 раз выше спонтанного уровня. Частота рака легких возрастает с увеличением экспозиции радона, после чего она снижается, по-видимому, вследствие стерилизации клеток при более высоких уровнях облучения.

Повышенный уровень облучения человека от ПРН может формироваться при использовании минеральных удобрений в сельском хозяйстве. Содержащиеся в них природные радионуклиды усваиваются растениями из почвы и по пищевым цепочкам поступают в организм человека. Средневзвешенная годовая ЭД облучения человека за счет этого составляет около 7,5 мкЗв. Само производство минеральных удобрений (калийных, фосфатных) также может вести к увеличению мощности дозы.

Значительное количество природных радионуклидов содержится в сырье, извлекаемом из недр Земли для нужд топливно-энергетического комплекса и транспорта (каменный уголь, нефть, газ). При сжигании топлива ПРН выделяются в атмосферу в составе пепла, сажи, аэрозолей, затем оседают на поверхность Земли, включаются в биологические цепи и поступают в организм человека с пищевыми продуктами, вдыхаемым воздухом или питьевой водой. В среднем этот фактор, если его оценивать применительно к тепловым электростанциям, обусловливает годовую эффективную дозу облучения человека, равную примерно 2 мкЗв, что существенно больше (в 5-40 раз) дозы за счет выбросов атомных электростанций.

В связи с расширением технических возможностей авиации и масштабов воздушных перевозок пассажиров возникла необходимость оценить уровень их облучения, поскольку интенсивность космического излучения на высоте полета современных авиалайнеров в несколько десятков раз больше, чем на уровне моря. В частности, установлено, что за 3-часовой полет на сверхзвуковом самолете эквивалентная доза облучения составляет 0,05 мЗв. Космонавты при полетах на околоземных орбитах также подвергаются повышенному облучению, хотя и сравнительно небольшому. Доза облучений зависит от характеристик орбиты, а главным образом от солнечной активности, которая может резко увеличиваться при вспышках на Солнце. На отечественных космических кораблях, как показали измерения, мощность поглощенной

дозы в обитаемом отсеке колебалась в пределах 32-27 мк/Гр/ч (0,3-2,7 мрад/ч).

По данным НКДАР ООН, 69 % населения планеты получают дозы облучения от природных источников ионизирующего излучения, не превышающие 2 мЗв/год, для 97 % населения дозы природного облучения не превышают 5 мЗв/год, для 1,7 % населения дозы превышают значение 5 мЗв/год, для 0,4 % - превышают значение 10 мЗв/год.

По данным НКДАР ООН, среднемировые значения и типичный диапазон доз от всех источников ионизирующего излучения приведены в табл. 9.4. Среднемировое значение суммарной дозы от всех источников составляет около 2,8 мЗв/год при типичном диапазоне изменений от 1 до 20 мЗв/год.

Таблица 9.4

Средние годовые дозы облучения населения, мкЗв

Таблица 9.4 (окончание)

Основную часть средней суммарной дозы облучения населения создают природные источники ионизирующего излучения, а наибольший вклад в дозу облучения природными ИИИ создает ингаляция изотопов радона и их короткоживущих дочерних продуктов.

YAmedik.org