Внешнее и внутреннее облучение человека

Природный радиационный фон

Открытие Беккерелем излучения урана в 1896 году стало первым в

ряду открытий, показавших постоянное присутствие в окружающем мире

радиационного фона, непрерывно воздействующего на природу Земли.

Последующие три десятилетия исследований предоставили данные о со-

держании радионуклидов в земных породах, в атмосферном воздухе, в во-

де океанов, морей, озер, рек. Важным было обнаружение свойства субъек-

тов органического мира – растений, животных и человека – накапливать в

себе радиоактивные вещества. Наличие в метеоритах радиоактивных эле-

ментов показало, что явление радиоактивности не ограничивается Землей,

но присуще и другим объектам Вселенной. Современная геофизика счита-

ет, что радиоактивный распад был причиной разогрева земных недр и дал

начало тектоническим и горообразовательным процессам на нашей плане-

те, при этом на поверхности Земли в местах разломов коры образовыва-

лись области с аномально повышенным уровнем радиации. Установлено,

что первичный уровень радиоактивности на поверхности Земли был в 5 –

10 раз выше современного, затем он постепенно снижался за счет распада

короткоживущих радионуклидов [1].

Доза облучения от природных источников носит название природного,

Или естественного, радиационного фона.

Несмотря на малую величину естественного радиационного фона, интерес к нему велик и объясняется он увеличением областей применения атомной энергии, радиоактивных изотопов и источников ионизирующего излучения. Расширение добычи минерального сырья связано с подъемом на поверхность Земли большой массы

горных пород, в том числе и с повышенным уровнем радиоактивности, что

сопровождается антропогенным загрязнением естественными радионукли-

дами больших территорий. Все указанное является причиной увеличения

круга людей (не только специалистов, но и населения), подвергающихся

воздействию возрастающих доз радиации, и интерес к радиационному фо-

ну связан, прежде всего, с решением вопроса: какие дозы облучения безо-

пасны для человека и какие представляют реальную опасность? Разумеет-

ся, радиоактивные элементы на Земле возникли задолго до появления на

ней живых существ, и, следовательно, все живые существа, включая чело-

века, с самого их зарождения непрерывно подвергались воздействию при-

родного радиационного фона и на протяжении своего длительного разви-

тия сумели приспособиться к воздействию радиации в определенном диапазоне доз.

 

Внешнее и внутреннее облучение человека

Природный радиационный фон обусловлен источниками облучения,

находящимися как вне, так и внутри человека [28].

Источниками внешнего облучения человека являются радиоактивные

вещества, содержащиеся в почве, горных породах, воздухе, воде, строи-

тельных материалах, а также космические лучи. Внешнее облучение явля-

ется следствием воздействия двух факторов, зависящих от места, а также от условий проживания и вида деятельности человека.

К первому фактору можно отнести облучение:

-от радиоактивных веществ земной коры с учетом местности проживания людей, от радиоактивных веществ, содержащихся в строительных материалах, из которых построены объекты жилищного, производственного и культурно-бытового назначения; от космического излучения, связанного с высотой местности над уровнем моря (сильная зависимость) и с географической широтой (более слабая зависимость).

Облучение данного типа слабо меняется во времени, но зависит от местоположения.

Действие второго фактора определяется различными условиями жиз-

ни и видом деятельности людей, что приводит к большому диапазону доз

облучения. Ко второму фактору относится и облучение от вдыхаемого с

воздухом радона, которое зависит от геологических условий местности,

типа, этажности и вентиляции помещений, а также от характера труда

(внутри помещения или на открытом воздухе), условий на рабочем месте и

т. д. (в соответствие с нормативными документами радон не представляет опасности при внутреннем облучении и рассматривается как источник внешнего облучения).

Радиоактивные вещества, находящиеся вне организма человека, явля-

ются источниками всех трех основных видов радиоактивных излучений:

альфа-, бета- и гамма-лучей. Малая проникающая способность альфа- и

бета-излучений приводит к тому, что их основная часть поглощается воз-

духом, органическими веществами на поверхности Земли, одеждой чело-

века, внешними слоями строительных материалов и только незначительная

часть их попадает на тело человека, но и она поглощается поверхностным

слоем кожи. Поэтому при определении дозы в расчет принимается только

гамма-компонента, обладающая наибольшей проникающей способностью.

Известно, что за счет радиоактивных веществ, содержащихся в грунте и в

горных породах, человек получает в среднем дозу 1–2,4 мрад_в неделю или 50–130 мрад в год (0,5 – 1,3 мЗв/год).

Меньшие значения доз получены над уровнем моря, большие – над горными породами вулканического происхождения. Зимой

эта величина меньше, чем летом, так как слой снега в 30 см уже вдвое

снижает интенсивность γ-излучения [18].

Значительную часть жизни (более 80 % времени) люди проводят

внутри помещений. Соотношение между поглощенной в воздухе дозой

внутри и вне помещений зависит от типа здания, этажа и других факторов.

Наименее поглощают γ-излучение стены деревянных домов. Поглощение

наружного излучения наиболее сильное в домах из камня, бетона, кирпича,

и радиационный фон в таких помещениях определяется в основном излу-

чениями радионуклидов, содержащихся в строительных материалах. Из-

мерение радиационного фона внутри помещений показало, что в деревян-

ных домах мощность дозы несколько меньше, а в кирпичных и бетонных

несколько больше, чем на открытом воздухе. Наибольшим фоном облада-

ют помещения, построенные из материалов, содержащих гранит.

В атмосферном воздухе всегда присутствует небольшое количество

радиоактивных веществ γ-излучателей: радиоактивные аэрозоли, обра-

зующиеся при выветривании горных пород, и радиоактивные изотопы, об-

разующиеся в воздухе при воздействии космических лучей. Доза радиа-

ции, создаваемая в воздухе всеми источниками, невелика и составляет в

среднем около 0,013 мрад в неделю.

За счет космических лучей для местности, расположенной в средних

широтах (широта 500), доза радиации составляет около 50 мрад в год на

уровне моря, значительно возрастая с высотой. На высоте 1 км над уров-

нем моря она возрастает до 90 мрад в год, а на высоте 5 км – 800 мрад

в год [5, 7].

Внутреннее облучение не зависит от вида деятельности человека, по-

стоянно во времени и в пространстве и вызвано радиоактивными вещест-

вами, которые с воздухом, водой или пищей попадают внутрь человече-

ского организма, усваиваются им, входят в его состав и облучают его из-

нутри. Основную часть эффективной эквивалентной дозы внутреннего об-

лучения дают источники земного происхождения и лишь небольшую

часть – космогенные радионуклиды.

К источникам внутреннего облучения относятся калий-40, содержа-

щийся, в основном, в нервной и мышечной ткани, радий, откладывающийся в костной ткани, продукты распада радона, накапливающиеся в дыхательных путях, и радиоактивные изотопы углерода-14, рубидия-87, полония-210.

В табл. 1 [3] представлено содержание радиоактивных изотопов в те-

ле человека (среднее значение для человека весом 75 кг).

 

Таблица 1

Содержание естественных радиоизотопов в теле человека

(среднее значение для тела человека массой в 75 кг)

Радиоактивный изотоп	Места преимущественного накопления	Содержание радиоактивного изотопа (без стабильного) носителя, г	Радиоактивность, кюри
Тритий-3	Весь организм	8_10-15	7,6_10-11
Углерод-14	Жировая ткань	2_10-3	8,9_10-8
Калий-40	Нервная и мышечная ткань	8,3_10-2	6_10-7
Рубидий-87	Мышечная ткань	7_10-3	4,6_10-19
Торий-232	Костная ткань	7_10-5	7,9_10-12
Уран-235	Весь организм	7_10-6	1_10-11
Уран-238	Костная ткань	7_10-4	2,4_10-10
Радий-226	Костная ткань	0,4–3,7_10-10	1,1_10-10

К характерным особенностям внутреннего облучения относятся:

1) при внутреннем облучении основное действие оказывают альфа- и

бета-излучения, непосредственно действующие на жизненно важные внут-

ренние органы и ткани человека;

2) большинство радиоактивных изотопов накапливается в определен-

ных тканях, что приводит к неравномерному облучению отдельных частей

организма;

3) внутреннее облучение действует все время, пока радиоактивные ве-

щества находятся внутри организма.

Различные органы и ткани человеческого организма обладают раз-

личной чувствительностью к облучению. Наиболее чувствительными яв-

ляются гонады – половые железы и органы кроветворения. Поэтому, по-

мимо общей дозы облучения, получаемой человеком, определяют эталон-

ную (реперную) дозу, получаемую гонадами. В табл. 4 представлены мощ-

ности доз внешнего и внутреннего облучения от естественных источников

районах с нормальным фоном радиоактивности. В таблице отдельно

представлена доза, полученная за счет альфа-частиц и нейтронов, обла-

дающих большей биологической эффективностью, чем гамма-лучи и бета-

частицы [6].

Таблица 4 Годичные дозы, получаемые организмом человека в результатевнешнего и внутреннего облучения от естественных источников

Источники облучения	Гонады, мрад/год	Клетки, выстилающие поверхность кости, мрад/год	Костный мозг, мрад/год
Внешнее облучение: космические лучи   излучение Земли (и воздуха)
Внутреннее облучение:   калий-40 рубидий-87 углерод-14 радий-226 радий-223 полоний-210 радон-222	0,3 0,7 – – 0,3 0,3	0,3 1,6 0,6 0,7 2,1 0,3	0,3 1,6 0,03 0,03 0,3 0,3
Итого   % альфа-частиц и нейтронов	1,3	4,4	1,4

 

Установлено, что вклад внутреннего облучения (1,34 мЗв/год) в мощ-

ность эффективной эквивалентной дозы примерно в 2 раза превышает вклад

внешнего облучения (0,65 мЗв/год). Среди радионуклидов, дающих наи-

больший вклад в мощность дозы внутреннего облучения, на первом месте

стоят короткоживущие продукты распада радона-222 (около 60 %). Далее

идут калий-40 (13 %), радон-220 (13 %), и свинец-210 → полоний-210 (8 %).

Мощности доз, обусловленные космическим излучением и внешним облу-

чением радионуклидами, примерно равны.

Для населения умеренных широт годовая эффективная эквивалент-

ная доза равна примерно 2,2 мЗв/год за счет повышенного облучения насе-

ления продуктами распада радона и торона (около 1,5 мЗв/год при среднем

значении по земному шару 1,3 мЗв/год). Следует отметить, что фон внутри

помещения не вполне соответствует естественному фону. Это измененный

человеком естественный фон, который им регулируется. Он может быть

существенно снижен радиационным контролем и выбором строительных

материалов, а также эффективным использованием вентиляционных сис-

тем. В «чистом» виде годовая эффективная доза естественного фона со-

ставляет 0,74 мЗв/год [5].