Фоновое облучение организма человека в зависимости от источников ионизирующего излучения бывает внешним и внутрен- ним.
К источникам внешнего облучения относят космические лучи, γ-излучение радионуклидов, содержащихся в породах, почве и строительных материалах, а также находящихся в воздухе; β-излучение в этом случае можно не учитывать, в связи с тем что уровень ионизации воздуха за счет β-частиц невысок, эффективный телесный угол облучения тела менее 2π, а органические вещества на поверхности земли и облицовочные материалы в помещениях, обладая малой удельной β-активностью, поглощают β-потоки от минералов и строительных конструкций.
Мощность γ-излучения от радионуклидов, содержащихся в воде морей и океанов, достигает 0,05 мкР/ч. В районах с повышенным количеством радиоактивных элементов (некоторые зоны в Бразилии, Индии, Франции, России) интенсивность γ-излучения особенно высокая. Так, в районе монацитных песков Бразилии она достигает 1 мкЗв/ч, в Индии — до 3 мкЗв/ч, в горных районах
Франции — 0,2-0,4 мкЗв/ч; в Пятигорске (Северный Кавказ) — до 2-3 мкЗв/ч.
В табл. 36 приведена мощность экспозиционных доз γ-излучения в зависимости от содержания в породах основных природных радионуклидов.
Таблица 36. Мощность доз внешнего γ-излучения от содержащихся в породах естественных радионуклидов
Как видно из таблицы, в зависимости от содержания этих элементов в породах мощность излучения может колебаться в широких пределах. Как правило, осадочные породы содержат меньше природных радионуклидов, чем магматические породы, создавая тем самым меньший (в 2-3 раза) уровень мощности излучения.
В табл. 37 и 38 приведено содержание 226Ra, 236Th и 40К в основных строительных материалах по разным странам и России.
Таблица 37. Естественная радиоактивность строительных материалов в некоторых странах, Бк/кг
Таблица 38. Естественная радиоактивность строительных материалов в различных регионах, Бк/кг
Особый интерес представляет уровень γ-излучения в жилых зданиях. Дело в том, что, с одной стороны, в помещениях изменяется геометрия облучения тела человека (на улице она приближается к 2π, в помещении — к 4π), а с другой — мощность γ-излучения зависит от содержания радионуклидов в строительных материалах. Эквивалентная доза в зданиях, построенных из дерева, имеет наи- меньшую мощность — до 0,5 мЗв/год, большие дозы — в зданиях кирпичных — до 1 мЗв/год и железобетонных — до 1,7 мЗв/год.
Мощность эквивалентных доз в разных городах мира вне помещений приведена ниже.
Мощность эквивалентных доз в разных городах мира вне помещений
При оценке дозы, создаваемой космическим излучением, вопервых, исходят из того, что космическое излучение обладает высокой степенью жесткости, поэтому практически поглощенная доза в любых тканях и органах тела человека должна быть одинаковой. Во-вторых, не учитывают флюктуации фона за счет различного уровня солнечной активности, а также его изменения в зависимости от широты. Для расчета дозы, создаваемой космической радиацией, необходимо обратиться к ионизации воздуха за счет этой компоненты фонового облучения. Наиболее достоверной величиной ионизации воздуха для средних широт считается скорость ионизации, равная 1,94 пары ионов в 1 см3/с. Зная это значение, можно найти дозу, создаваемую в тканях тела человека по следующей формуле:
где Дк — поглощенная доза за счет космического излучения; 1,94 — число пар ионов, возникающих в 1 см3 воздуха за счет
космических лучей; 3,6?103 — число секунд в 1 ч; 24 — число часов в 1 сут; 365 — количество дней в году; 1,93?109 — число пар ионов, возникающих при дозе 1 Р; 0,87?10-2 — коэффициент перевода дозы из Р в Гр.
Таким образом, 0,28 мГр/год является средней дозой, которую получает население нашей планеты за счет космического излуче- ния. При оценке возможного биологического эффекта этого вида ионизирующего излучения необходимо знать ОБЭ для каждой составляющей космических лучей.
При расчете дозы, получаемой человеком за счет внешнего облучения, учитывают среднее время пребывания вне помещений и внутри них, пребывание вне помещений принимают равным 0,2, при этом годовая эффективная эквивалентная доза за счет γ-излучения земного происхождения вне помещений составит 6?10-5 Зв. С учетом соотношения имеющихся на земном шаре зданий из дерева, кирпича и бетона, НКДАР при ООН оценивает усредненную по всему земному шару мощность поглощенной дозы в воздухе внутри помещений на уровне примерно 610-8 Гр/ч. Время пребывания человека в помещениях — 80\%, поэтому можно подсчитать, что годовая эффективная эквивалентная доза внутри помещений будет равна 2,9?10-4 Зв, а суммарная годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения радионуклидами земного происхождения — 3,5?10-4 Зв.
Излучение естественных радионуклидов, содержащихся в атмосфере, вызывает ионизацию воздуха примерно на 2 порядка меньше, чем γ-излучение пород и почвы, поэтому оно имеет ничтожный вклад в суммарный эффект.
Внутреннее облучение организма человека создается за счет 40К, 14С, 226Ra, 222Rn, 210Po и других радиоактивных элементов, содержащихся в организме. При вычислении мощности дозы, создаваемой тем или иным изотопом, исходят из среднего его содержания в теле «стандартного» человека, масса органов которого представлена ниже.
Масса органов и тканей «стандартного» человека
В качестве примера этих расчетов может служить вычисление мощности дозы для мягких тканей, создаваемой 40К, по следующей формуле:
где 4440 — суммарная активность мягких тканей «стандартного» человека по 40К, Бк; 0,6 — средняя энергия β-частиц, МэВ; 1,6?10-6 — число эргов в 1 МэВ; 3,6?103 — количество секунд в 1 ч; 24 — количество часов в 1 сут; 365 — количество дней в году; 70?103 — масса «стандартного» человека, г; 10-4 — коэффициент перехода от эрг/г к Гр.
При неравномерном распределении радионуклидов в организме используют значение удельной активности. Следует также помнить
о возможности определенного вклада в облучение дочерних продуктов распада; так, при расчете мощности дозы в костной ткани, создаваемой 226Ra, учитывают также дозу от дочерних продуктов — 222Rn, RaA, RaB, RaC.
В табл. 39 приведены данные по фоновому облучению человека.
Таблица 39. Годовые эффективные эквивалентные дозы облучения за счет природных источников ионизирующего излучения в регионах с нормальным радиационным фоном (зона умеренного климата)
В результате деятельности человека постепенно изменяется радиационный фон, что связано с использованием для целей строительства различных отходов в виде золы и шлаков объектов энергетики, черной и цветной металлургии, а также химической промышленности, применения удобрений, получаемых из природного минерального сырья (табл. 40, 41). В настоящее время вклад указанной компоненты природного радиационного фона в дозу облучения населения, как правило, не превышает 3-5 \%. Вместе с тем назрела необходимость учета этого фактора в зонах с интенсивными промышленными отходами, используемыми в качестве основы для изготовления строительных материалов. Допустимые уровни содержания естественных радионуклидов в строительных материалах и удобрениях представлены в главе 5.
Таблица 40. Естественная радиоактивность строительных материалов, изготовленных из отходов производства, Бк/г
Таблица 41. Естественная радиоактивность фосфатных удобрений, Бк/кг
Контрольные вопросы
1. Какие источники ионизирующих излучений формируют природный радиационный фон?
2. Дайте характеристику космического излучения.
3. Какие группы радиоактивных элементов условно выделяют в природной радиоактивности?
4. Какие радионуклиды обусловливают радиоактивность воздуха?
5. Какие факторы предопределяют радиоактивность природных вод?
6. Какими радионуклидами обусловлена радиоактивность растительного и животного мира, тела человека?
7. Каков уровень эквивалентных доз в зданиях, построенных из различных строительных материалов?
8. Каков средний уровень облучения человека за счет природного радиационного фона?