А.А. Абрамов, Г.А. Бадун - Методическое руководство к курсу Основы радиохимии и радиоэкологии (1133870), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Разработка и испытание ядерного оружия, а также развитиеатомной энергетики и ядерной медицины привели к тому, что человечествополучило дополнительные источники ионизирующего облучения. Такимобразом, мы имеем три основных техногенных источника облучения:глобальные выпадения, ядерный топливный цикл, ядерная медицина.Рассмотрим соотношение уровней естественного радиационного фона наповерхности Земли уровень от различных источников и вклад в облучениечеловека техногенных источников.704.1. Космическая составляющая радиационного фонаЗемля постоянно подвергается воздействию космического излучения.Главным источником этого излучения является Солнце, но космическоеизлучение поступает из других источников, находящихся в Солнечной системеи вне ее (из всей нашей Галактики и даже из-за ее пределов).Первичный состав космического излучения включает как заряженныечастицы (электроны, протоны, альфа-частицы, более тяжелые ядра), так инейтральные (фотоны, нейтроны).
Состав заряженных частицы космическогоизлучения таков: 85 % протоны, 12 % ядра гелия (α-частицы), около 1 % болеетяжелые ядра, 2 % электроны, 0,2 % позитроны.Свободных нейтронов в первичном космическом излучении очень маловвиду того, что свободные нейтроны неустойчивы и превращаются в протоны сиспусканием позитрона и нейтрино. Период полураспада протона составляетоколо 10 минут, так что в космических лучах, бомбардирующих Землю, немогут присутствовать нейтроны, испущенные далекими объектами.
Например,поток нейтронов с энергией 3,3 МэВ преодолевает расстояние от Солнца доЗемли (1,5 109 км) за 100 минут. Легко рассчитать, что за это время количествонейтронов уменьшается в 103 раз.В поток частиц, бомбардирующих нашу планету, входят и нейтрино.
Потокнейтрино от Солнца составляет 6х1010 частиц/(с см2). Однако эти частицыочень слабо взаимодействуют с веществом, свободно проходят через Землю иникак не влияют на уровень радиационного фона.Магнитное поле Земли является защитным экраном для заряженных частицкосмического излучения. Частицы с энергией менее 1 ГэВ откланяютсямагнитным полем Земли и даже не достигают верхних границ атмосферы.Частицы с энергией выше 1 ГэВ (их флюенс составляет около 1 частица/(см2с)), достигая атмосферы, взаимодействуют с ядрами атомов вещества, врезультате чего образуются новые (вторичные) частицы.
Вторичные частицывзаимодействуют с ядрами вещества воздуха и образуют следующее поколениечастиц. Такой процесс называется каскадным. Протон с энергией 1015 эВ71способен рождать до 109 вторичных частиц. Основные типы образующихсячастиц и схема их образования представлены на рис. 4.1Рис.
4.1. Схема ядерно-каскадного процесса в атмосфере, собразованием трѐх основных компонент вторичных космических лучей:электронно-фотонной(мягкой),ядерно-активнойимюонной± 0±(проникающей); р — протон; n — нейтрон; π ,π — пионы; μ — мюоны;е+, е- — позитрон и электрон; ν — нейтрино; γ — квант.Образующиеся мюоны движутся к Земле, распадаясь на электроны,позитроны и γ-кванты высоких энергий. Процесс взаимодействия ядерпервичногокосмическоговозникновениемтакжеизлучениянейтронов.сатмосферойПервичноесопровождаетсякосмическоеизлучениепрактически полностью поглощается атмосферой Земли (защитный экрантолщиной 1030 г/см2). Поверхности Земли достигает вторичное космическое72излучение и создает радиационный фон на уровне мирового океана в районеэкватора около 35 нГр/час в основном за счет мюонов.
Уровень радиационногофона увеличивается с увеличением высоты. При подъеме на 1 км мощностьдозы возрастает примерно в 1,5 раза. Кроме того уровень фона зависит отшироты местности. Это связано со способностью магнитного поля Землиотклонять заряженные частицы. Минимальный уровень фона в зоне у экваторамежду 15° северной и южной широт. В этой области годовая доза космическогооблучения составляет примерно 0,35 мЗв. Севернее или южнее этой зоныинтенсивность космического излучения возрастает вплоть до широты 50°,достигает годовой дозы 0,5 мЗв а далее практически не меняется.
Кроме того,флуктуации космического фона связаны с активностью Солнца. В таблице 4.1приведены средние значения космического фона на различных участках Земли.Необходимо иметь в виду, что при авиаперелетах организм человекаподвергается воздействию космического излучения примерно в 100-200 разболее интенсивного, чем на поверхности Земли.Таблица 4.1Мощность дозы космического излучения на различных высотах над уровнеммирового океана..Место на ЗемлеВысота над уровнеммирового океана, мМощность дозы, мкЗв/чКаспийское море-270,03Нахичевань9100,05Камаркух24770,10Базардюзю44660,25Эверест88481,7полет на самолете10000-120003-7734.2.
Естественные радионуклидыа Земле сохранилось с момента ее образования радионуклиды с большимпериодом полураспада, которые называют иногда «первичными». К нимотносятся, прежде всего, 3 долгоживущих радионуклида радиоактивныхэлементов: два изотопа урана (235U,238U) и один тория (232Th). Они являютсяродоначальниками естественных радиоактивных рядов (семейств). Еще одинрадиоактивный ряд практически отсутствует на Земле ввиду малого периодаполураспада его родоначальникарадионуклидов в ряду237Np (см. табл.
4.2). Схема распада238U представлена в таблице 1.5. Два других рядаизображены в таблицах 4.3 и 4.4. Кроме того сохранилось несколькодолгоживущих радионуклидов элементов, имеющих и стабильные нуклиды.Некоторые из них приведены в таблице 4.5.
Значимую радиоактивность в40природных объектах могут создавать толькоK и87Rb. Остальныепредставляют только теоретический вклад, так как из-за большого периодаполураспадаилинизкогосодержаниявносяточеньмалыйвкладврадиоактивность материалов, содержащих эти элементы.Таблица 4.2Природные радиоактивные ряды.Радиоактивный КратностьрядмассовогочислаРодоначальникрядаПериодполураспада,годыКонечныйпродуктраспадаТория4n232Th1.41·1010208Нептуния4n+1237Np2.14·106209Урана-радия4n+22384.47·109206Урана-актиния4n+32357.04·108207UU74PbBiPbPbТаблица 4.3Схема распада в ряду тория (нуклиды с массовым числом 4n).232Th228Th, ThторийTh, RdThрадиоторий101,39 10 лет901,9 лет228αAcAc,MsTh1αмезоторий-2896,13 час228RaRa, MsTh1224Ra, ThXмезоторий-1торий-X6,7 лет3,64 дняαFr220Rn8887Rn, Tnторон8654,5 секαAt85212216Po, ThAPoторий-A0,158 сек212αBi84α83Bi, ThCторий-C60,6 мин212208Pb, ThBPbPo, ThC´торий-C´3 10-7 cαторий-B10,2 часPb, ThDторий-Dстабильный82208Tl, ThC´´торий-C´´3,1 минTl7581Таблица 4.4Схема распада в ряду урана-актиния (нуклиды с массовым числом 4n+3).76Таблица 4.5Радионуклиды стабильных элементов, изначально присутствующие на Земле.Радионуклид40ПериодИзлучение,Доляполураспада, сопровождающее изотопа вгодыраспад (энергия природнойизлучения, МэВ) смеси, %Среднеесодержание вземной коре, г/тK1.3·109β- (1,33),K-захват γ (1,45)0,01173,0Rb4.9·1010β-(0,28), γ (0,39)27,841,6115In6,9·1014β- (0,63)95,80,24138La1.0·1011β- (1,0) γ (0,8)K-захват γ (1,43)0,090,026147Sm1.1·1011α15,01,2α23,88,9β (0,011)5,62,1β- (0,22) γ (0,18)2,60,21871442·101515010NdNd176Lu5·104·1010-180W2·1017α (3,2)0,130,0016Под действием корпускулярного космического излучения в атмосфереЗемли образуются радионуклиды с небольшими периодами полураспада –космогенные радионуклиды (см.
табл. 4.6). Скорость образования этихрадионуклидов постоянна, поэтому на Земле установилось динамическоеравновесие, когда скорость их распада равна скоростиобразования.Радиоактивность некоторых из них достигает величин, которую можнозарегистрировать. Образующиеся в атмосфере радионуклиды распределяются ватмосфере, поступают в гидросферу и литосферу, усваиваются растениями иживотными.
В результате с воздухом и пищей эти радионуклиды попадают ворганизм человека, что приводит к созданию дозы внутреннего облучения.77Таблица 4.6Радионуклиды, образующиеся на Земле под действием космическогоизлучения.РадионуклидЯдерныереакции,приводящие кобразованиюрадионуклида3HN (n, 3H) 12C16O (n, 3H) 14N7Ве14ПериодСкорость Равновесноеполуобразования, количествораспада,ат./(см2 с)на Земле, ггоды1410Ве12,30,253,5 1031,25 ЭБк*34 МКиN (p, 2α) 7Be0,1450.0813,242 ПБк1,1 МКиреакциискалывания наядрах 14N, 16O1,5 1060,0454,8 1080,42 ЭБк11 МКиN (n, p) 14C57302,57,5 107Ar(расщ.)22Na2,68,6 10-51,9Mg(p,n)26Al7,4 1051,4 10-31,1 106Ar(расщ.)32Si5001,6 10-414001414C22Na26Al32Si402640S40Ar(расщ.)35S0,241,4 10-34,5Cl40Ar(p,3He)36Cl3,1 1051,1 10-31,5 1062705,6 10-32 106< 10-78 104< 10-78 10510-53536Равновеснаярадиоактивность3939Ar53Mn59NiK(n,p)39Ar38Ar (n,2n)39Ar40Ar (n,)39Ar12,4 ЭБк0,33 ГКи0,44 ПБк12 кКи0,76 ПБк20 кКи1,16 ПБк31 кКи7,08 ПБк0,19 МКи1,78 ПБк48 кКи56Fe (p, α) 53Mn59Co (p, n) 59Ni8081KrKr (n,) 81Kr82Kr (n,2n) 81KrПримечание * Во время ядерных испытаний (1953-1962 г.г.) в атмосферупоступило 240 ЭБк трития.
В настоящее время его радиоактивностьснизилась до 15 ЭБк.78Радионуклидырадиоактивныхсемействнаходятсявосновномвлитосфере, что обуславливает γ-составляющую радиационного фона наповерхности Земли. Из-за неравномерности распределения этих радионуклидовсоздаваемый ими радиационный фон может сильно варьироваться. Большаячасть населения Земли живет в местности с дозой облучения от 0,3 до 0,6 мЗв вгод. Однако имеются территории, где уровень фона значительно выше.Например, в Бразилии в 200 километрах к северу от Сан-Пауло есть небольшаявозвышенность, где уровень радиации в 800 раз превосходит средний и тамдоза облучения достигает 260 мЗв в год.
На пляжах, образованныхмонацитовыми песками, содержащими торий, доза облучения достигает 4 мЗвв год. Такие пески имеются на юго-западе Индии и в некоторых местахпобережья Азовского моря.Радиоактивность мирового океана определяется в основном 40K. Меньшийвклад вносят 87Rb, радионуклиды урана с продуктами распада (таблица 4.7).Таблица 4.7Радиоактивностьприродныхвод(Бк/л),создаваемаяпервичнымирадионуклидами .Радио-ДождеваяОзера,ГрунтовыенуклидводарекиводыK0,0160,260,04Rb-0,001540,8370,0010,040,0014087222Rn-Океан111,1226Ra-0,005230Th-0,0026-2·10-6232Th-0,00010,00054·10-8-0,0110,140,033238U79Таблица 4.8Естественная радиоактивность океанов.РадионуклидУдельнаяРадиоактивность океанарадиоактивность Тихий40Атлантический Все океаныK11 Бк/л7,4 ЗБк3,3 ЗБк14 ЗБкRb1,1 Бк/л0,7 ЗБк0,33 ЗБк1,3 ЗБк238U33 мБк/л22 ЭБк11 ЭБк41 ЭБк14C5 мБк/л3 ЭБк1,5 ЭБк6,7 ЭБк87Учитывая то обстоятельство, что океаны покрывают значительную частьпланеты, и объем воды в них составляет 1,24·109 км3, то суммарнаярадиоактивность первичных и космогенных радионуклидов в океанахдостигает гигантских величин (таблица 4.8).Радиоактивность дождевой воды и грунтовых вод в большинстве случаевзависит от содержания в нихрадионуклиды (222Rn иоблучении человека.222220222Rn.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
