2.1.3. Излучение атмосферы

Доза, получаемая из воздуха, определяется главным образом изотопами благородного газа радона (радон-220 и 222), а также его радиоактивными продуктами распада (астат, полоний, висмут, свинец, таллий и ртуть). Оба изотопа радона распадаются с испусканием альфа-частиц с энергиями 5,5 и 6,3 МэВ. Радон-222 имеет период полураспада 3,8 дня, радон-220 – 56 сек. Они образуются в результате распада урана и тория (Рис. 4), содержащихся в грунте и строительных материалах домов, поэтому оба всегда присутствуют в грунте и окружающем нас воздухе. Дозовая нагрузка от радона и его продуктов распада составляет примерно половину от всех естественных источников, в среднем 1 – 1,5 мЗв в год, в зависимости от используемых строительных материалов. Однако, эта доза лишь в малой степени формируется за счет активности окружающего нас воздуха. Гораздо существеннее альфа- и бета-облучение от вдыхаемого воздуха, которое создает в легких относительно высокую годовую дозу 8 мЗв. В пересчете на все тело и с учетом взвешивающего коэффициента это дает выше названные 1 – 1,5 мЗв в год. Подобный пересчет, однако, несколько затруднен, так как легкие получают примерно в шесть раз большую нагрузку по сравнению с остальными органами. Кроме того, воздействие излучения выборочно и нелинейно зависит от дозы.

Рис. 4. Образование радона-222 из содержащегося в грунте урана-238 и распространение его продуктов распада после попадания в атмосферу. Сходная картина наблюдается для радона-220, образующегося из тория-232.

2.1.4. Излучение тела человека

Продукты распада радона в момент образования представляют собой заряженные частицы. Если испускается альфа-частица, то этот заряд отрицателен, так как вместе с ней атом теряет два положительных заряда. При бета-распаде остается положительно заряженный атом, поскольку испускается один отрицательный заряд. Такие заряженные ионы быстро присоединяются к находящимся в воздухе твердым частичкам пыли или же формируют центры конденсации паров воды и других газов. Наибольшее количество дочерних продуктов распада радона, испускающих прежде всего высокоионизирующее альфа- и бета-излучение, оседает на частицах средних размеров (от одного микрометра до десяти нанометров). Эти частицы с легкостью проникают в мельчайшие сосуды легких. Вследствие этого легочная ткань избирательно получает большую нагрузку. К счастью, наша иммунная система заботится о том, чтобы удалять большую часть поврежденных клеток, которые в противном случае могли бы стать зародышами раковой опухоли. По данным последних исследований прирост концентрации радона в воздухе помещений на 100 Бк/м³ увеличивает риск развития рака легких в 10 раз.

Также установлено, что большая часть содержащегося в закрытом помещении радона поступает за счет процессов диффузии из земли и стен. Поскольку его концентрация вне помещений примерно в три раза меньше, частное проветривание помогает уменьшить концентрацию этого радиоактивного газа. При этом риск возникновения рака легких от облучения уменьшается примерно наполовину.

Однако, следует заметить, что лишь около 10 % всех случаев заболевания раком легких связано с облучением, остальные 90% обусловлены курением и продуктами горения, прежде всего от двигателей внутреннего сгорания. В общем можно утверждать, что дозовая нагрузка от природного радона и его продуктов распада, составляющая в среднем 1,4 мЗв в год, почти вдвое превышает вклад космической и земной составляющей вместе взятых. В некоторых странах, как, например, в Финляндии, водопроводная вода содержит большие количества растворенного радона. В этом случае пользование душем может приводить к высвобождению значительных его количеств. Результаты одного из замеров, проведенных в Канаде, показали, что концентрация радона в воздухе помещения по прошествии пяти минут от момента включения душа в ванной комнате возросла с 20 до 3520 Бк/м³, и лишь спустя несколько часов возвратилась к первоначальному значению. Однако, речь идет о воде, содержащей очень большие концентрации радона, порядка 4,4 миллиона Бк/м³.

Кроме радона, в нашем организме содержатся также и другие радиоактивные вещества, вносящие вместе с ним вклад в облучение от земных источников. Это, прежде всего, калий-40, углерод-14, рубидий-87, водород-3 (тритий), бериллий-7, натрий-22, а также уран и торий вместе с их продуктами распада. Все эти изотопы существуют в составе элементов, естественным образом и с разной распространенностью содержащихся в нашей пище и внутренних органах. Более легкие элементы предпочтительнее оказываются в мягких тканях, тяжелые – в костной. Это связано с химической природой этих элементов.

Во внутреннее облучение калий-40 вносит в среднем примерно 0.17 мЗв в год. Тело человека содержит в совокупности около 150 г природного калия. Такое количество соответствует активности 4500 Бк, или 60 Бк на килограмм веса. Таким образом, каждую секунду в нашем теле распадается 4500 атомов калия. Коровье молоко содержит около 50 Бк калия-40 на килограмм.

Углерод-14 ответственен за дозу общего облучения равную примерно 0,012 мЗв в год, уран и торий с их продуктами распада - 0,15 мЗв в год.

Содержание в теле человека радиоактивных изотопов сильно зависит также от привычек в питании. Растительная пища содержит в целом несколько большую активность, чем пища животного происхождения. Суммарная дозовая нагрузка от входящих в состав пищи радиоактивных веществ составляет примерно 0.33 мЗв в год. Эта величина не учитывает радон и его продукты распада, попадающие в организм при дыхании через легкие. Можно примерно оценить, что внутренняя активность в каждую секунду приводит к ионизации примерно от пяти до десяти миллиардов молекул. В пересчете на год это соответствует каждой десятимиллиардной молекуле нашего тела. С такой нагрузкой приходится бороться нашей иммунной системе. На рис. 5 приведена суммарная диаграмма доз, получаемых от естественных источников облучения.

Рис. 5 Средняя годовая доза облучения естественного происхождения.