ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Естественный (природный) радиационный фон – это ионизирующее излучение, состоящее из космического излучения, излучения естественных радиоактивных веществ, находящихся в земных породах, воде, воздухе, и излучения естественных радиоактивных элементов, содержащихся в растительном и животном мире и в организме человека.

1.КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. Космическое излучение представляет собой поток частиц ядерного происхождения, падающих на Землю из различных областей Вселенной. Это т.н. первичное космическое излучение. Частицы космического излучения обладают большими энергиями; в среднем их энергия составляет около 10¹⁰ эВ = 10⁴ МэВ = 10 ГэВ. Однако, в общем потоке встречаются как частицы со значительно меньшими энергиями, так и высокоэнергетические частицы с энергиями до 10¹⁹ эВ.

Первичное космическое излучение состоит из протонов (92%), a-частиц (7%), ядер Li, Be, C, N и O (0,78%) и более тяжелых ядер (0,22%). По современным представлениям, источником космического излучения являются процессы, происходящие при эволюции звезд (например, вспышки сверхновых), а также в ядрах галактик. Определенный вклад в общий поток космического излучения, падающего на Землю, дает и Солнце. При резком увеличении солнечной активности возможно возрастание интенсивности космического излучения на 4 – 100%.

При падении частиц первичного излучения на Землю происходит их взаимодействие с атомами и молекулами атмосферы. Возникает вторичное космическое излучение. Заряженные частицы, взаимодействуя с полем атомных ядер, испускают g-кванты, которые в поле ядер могут рождать пары: g ® е⁺ + е^-. Электроны и позитроны, в свою очередь, также могут испускать g-кванты. Поэтому процессы такого типа называют электронно – фотонными. Процесс лавинообразного нарастания числа частиц и фотонов продолжается до тех пор, пока их энергия не становится малой и теряется на ионизацию и возбуждение атомов и молекул воздуха.

Процессы другого типа называют электронно – ядерными. Эти процессы обусловлены взаимодействием высокоэнергетических частиц первичного космического излучения (Е > 3×10⁹ эВ) с ядрами атомов земной атмосферы. При этом возникают протоны (р), нейтроны (n), p^± и p⁰-мезоны. Дальнейшие превращения мезонов таковы:

p⁺®m⁺ + n_m ; p^-®m^- + ; p⁰®2g;

m⁺®e⁺ + n_e + ; m^-®e^- + + n_m .

Таким образом, вторичное космическое излучение состоит из электронов, фотонов (g-квантов), протонов, p-мезонов, мюонов. По мере приближения к поверхности Земли интенсивность первичного космического излучения уменьшается; интенсивность вторичного излучения достигает максимума на высоте 20 – 30 км; на меньшей высоте процессы поглощения этого вида излучения преобладают над процессами его генерирования. На уровне моря интенсивность первичного излучения составляет около 0,05% первоначальной величины. Вторичное же излучение состоит из мезонов (80%) и электронов (20%).

Уровень космического излучения зависит от геомагнитной широты, возрастая от экватора к полюсам. Наконец, имеет место барометрический эффект, сущность которого заключается в уменьшении фона космического излучения с ростом атмосферного давления (0,35% на 1 мм рт ст).

2.ПРИРОДНАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ. Природная радиоактивность обусловлена изотопами естественного происхождения, присутствующими в веществе всех оболочек Земли: литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере. Сохранившиеся на нашей планете радиоактивные элементы условно могут быть разделены на три группы:

а). Радиоактивные изотопы тяжелых элементов, входящие в состав радиоактивных семейств, родоначальниками которых являются уран , торий и уран . К этим изотопам относятся, в частности, , , и др.

б). Генетически не связанные с ними радиоактивные элементы: калий , кальций , рубидий и др.

в). Радиоактивные изотопы, непрерывно возникающие на Земле в результате ядерных реакций под действием космического излучения. Наиболее важные из них – углерод и тритий .

Кроме указанных в таблице радиоактивных изотопов в формировании естественного фона участвуют продукты распада радиоактивных семейств, такие как Ra, Rn и др. Большое значение имеют и радиоактивные изотопы К, С и Н. Главным источником поступления во внешнюю среду естественных радиоактивных веществ являются горные породы, происхождение которых неразрывно связано с включением в свой состав всех радиоактивных элементов, возникших в период формирования и развития планеты. Благодаря деструктивным процессам метеорологического, гидрологического, геохимического и вулканического характера, происходящим непрерывно, радиоактивные вещества подверглись широкому рассеиванию.

В настоящее время имеет место относительное равновесие между поступлением радиоактивных веществ в сферу круговорота и их выбыванием за счет образования осадочных пород и радиоактивного распада.

Таблица