Характеристики основных естественных радиоактивных изотопов

Таблица

Элемент	Радиоактивные изотопы	Период полураспада, лет	Удельная активность, Ки/г	Удельная активность природной смеси изотопов, Ки/г
Водород		12,26	9,8×10^3	4,9×10^-^14
Углерод			4,4	7,2×10^-^12
Калий		1,31×10^9	6,8×10^-^6	8×10^-^10
Кальций		2×10^16	4×10^-^13	7×10^-^16
Рубидий		6,5×10^10	6,6×10^-^8	1,83×10^-^8
Лантан		7×10^10	3,7×10^-^8	3,2×10^-^11
Торий		1,39×10^10	1,1×10^-^7	3,4×10^-^7
Уран		7,13×10^8	2,1×10^-^6	6,75×10^-^7
Уран		4,5×10^9	3,3×10^-^7	6,5×10^-^7

В этих процессах основную роль играет вода, как универсальный растворитель. Входя в контакт с материалами пород, вода растворяет и выносит из недр земной коры на ее поверхность ряд как стабильных, так и радиоактивных элементов. Кроме того, вода уносит с собой частицы пород и откладывает их в виде осадков на значительном удалении от места первичной эрозии.

С водой рек выносится и значительное количество растворенных веществ. В результате этих процессов, происходящих многие миллионы лет, оказалось, что воды мирового океана содержат в растворенном состоянии огромное количество естественных радиоактивных элементов; так, в водах Тихого океана содержится около 2,95×10¹² кг , что соответствует активности примерно 2×10¹⁰ Ки.

Значительное место в процессах миграции и круговорота радиоактивных изотопов в природе занимает растительный и животный мир.

Большая часть естественных радиоактивных элементов содержится в горных породах. Глинистые почвы за счет высокого содержания коллоидных фракций, хорошо сорбирующих и удерживающих радиоактивные изотопы, всегда богаче радиоактивными элементами, чем песчаные.

Таблица

Среднее содержание калия, тория, урана и радия в земных породах

Породы	Содержание радиоактивных элементов, %
Калий	Торий	Уран	Радий
Магматические	2,6	1,2×10^-^3	4×10^-^4	1,3×10^-^10
Песчаные	1,1	6×10^-^4	1,2×10^-^4	1,5×10^-^10
Глины	2,3	1,3×10^-^3	4,5×10^-^4	1,3×10^-^10
Известняки	0,3	1,3×10^-^4	1,3×10^-^4	0,5×10^-^10

В отдельных районах земного шара имеются зоны с повышенным содержанием радиоактивных элементов в горных породах и почвах. Такие зоны обнаружены в районах Памира и Тибета, Окло в Африке, на территориях Бразилии, Индии и Франции.

Представляют интерес уровни содержания радиоактивных элементов в строительных материалах, обусловленные особенностями содержащихся в них пород. Так, содержание радиоактивных элементов в бетонах, содержащих глины, на порядок выше, чем в бетонах без глин. Значительно содержание радиоактивных элементов в кирпиче.

3.ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ВОЗДУХА. Обусловлена радиоактивными изотопами, возникающими в атмосфере при воздействии космического излучения, радиоактивностью газов, поступающих из верхних слоев земной коры, и радиоактивными изотопами, поступающими в результате деятельности человека.

Одним из радиоактивных изотопов, возникающих под воздействием космического излучения, является радиоуглерод:

.

В результате воздействия космического излучения на Земле ежегодно возникает около 10 кг , а общее содержание его в атмосфере составляет около 80 т.

Другим радиоактивным изотопом, возникающим под воздействием космического излучения, является тритий, образующийся в реакциях:

,

.

Под воздействием космического излучения возникают также , , , и др.

К радиоактивным газам, поступающим из верхних слоев земной поверхности, относится прежде всего радон . Каждый из образующихся газообразных изотопов в той или иной степени диффундирует в атмосферный воздух. Содержание радиоактивных газов в грунте увеличивается с глубиной и достигает постоянной величины на глубине около 5 м. В результате непрерывного поступления радиоактивных газов из грунта в атмосферу наибольшие концентрации их обнаруживаются в приземном слое; с высотой они уменьшаются.

Таблица

Содержание радона в атмосферном воздухе в зависимости от высоты над земной поверхностью.

Высота, м	0,01	1,0
Содержание радона, % к исходному

Радиоактивные газы при распаде дают начало коротко- и долгоживущим активным аэрозолям (изотопы полония, висмута и свинца). Данные ряда авторов свидетельствуют о том, что a-активность воздуха по короткоживущим дочерним продуктам радиоактивных газов в среднем составляет (0,5-0,7)×10^-13 Ки/л, а b-активность – 1,6×10^-13 Ки/л. Удельная активность долгоживущих продуктов распада радона меньше. Над сушей по она составляет от 0,3×10^-17 Ки/л до 4×10^-17 Ки/л, а по - (0,7 – 1,5) 10^-18 Ки/л.

4. РАДИОАКТИВНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД зависит от условий их нахождения. Радиохимический состав подземной воды зависит от количества растворенных радиоактивных веществ, содержащихся в составе грунта, омываемого этой водой. В водах, глубоко залегающих и более минерализованных, чем поверхностные воды, имеет место пропорциональное увеличение удельной активности с нарастанием общей концентрации солей. Радиоактивность подземных вод в основном обусловлена , и . Наименьшей активностью обладают подземные воды в осадочных породах. Содержание урана в этих водах, чаще всего используемых для водоснабжения населения, составляет в среднем 5×10^-6 г/л, содержание радия обусловливает в среднем удельную активность 2×10^-12 Ки/л, радона - 5×10^-11 Ки/л. Высокие концентрации радия и урана обнаруживаются в межпластовых водах нефтеносных районов.

Радиоактивность воды открытых водоемов на суше также зависит от химического состава пород. Как правило, поверхностные воды (дождевые, снеговые) содержат относительно меньшие количества радиоактивных веществ, поэтому в период паводка радиоактивность речной воды понижена. Содержание в речной воде колеблется в пределах (1 - 16)×10^-12 Ки/л, урана – от 2×10^-8 до 5×10^-5 г/л, радия – от 2,5×10^-13 до 2,2×10^-12 Ки/л.

Активность морской и океанской воды по находится в пределах (3 – 5)×10^-10 Ки/л, содержание – 2×10^-6 г/л, – (0,6 – 1,0)×10^-12 Ки/л.

5. РАДИОАКТИВНОСТЬ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО МИРА. Она обусловлена практически всеми теми радиоактивными изотопами, которые встречаются в природе, причем все они могут быть условно разделены на две группы. К одной группе, сравнительно малочисленной, относят радиоактивные изотопы, которые входят в естественную смесь со стабильными элементами, активно участвующими в обмене веществ и обеспечивающими функционирование всех органов и систем живого организма. К таким изотопам относятся , , . Уровень содержания этой группы изотопов в организмах зависит от степени накопления соответствующих стабильных элементов. Например, в горохе содержится 0,9% калия, а в сливочном масле – 0,014%, поэтому удельная активность гороха за счет равна 7,4×10^-9 Ки/л, а сливочного масла – 0,1×10^-9 Ки/л.

Ко второй группе относятся радиоактивные изотопы, роль которых в обмене веществ значительно слабее и менее изучена (, , , , ). Уровень содержания в растительных и животных организмах указанной группы изотопов зависит от их концентрации во внешней среде. Так, в золе растений, выращенных на обычных почвах, содержание урана в среднем составляет 3×10^-4 г/кг, а в золе растений, произрастающих на обогащенных ураном почвах – 2×10^-3 г/кг. Относительная эффективность накопления радиоактивных изотопов этой группы понижается при резком увеличении содержания их во внешней среде.

Из первой группы изотопов главное место по величине создаваемой активности занимает изотоп . Количество калия в растительных организмах по сравнению с его содержанием в земной коре (в расчете на единицу массы) меньше в 3 – 10 раз. Еще меньшее содержание калия отмечается в организмах животных (в 10 – 15 раз, по сравнению с его содержанием в породах).

Удельная активность биомассы по углероду на порядок меньше в сравнении с активностью по ; активность по тритию – ничтожно мала.

Главным источником поступления в организм человека естественных радиоактивных веществ является рацион, в котором преобладают продукты растительного происхождения.

6. РАДИОАКТИВНОСТЬ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА. Она обусловлена присутствием в организме всех тех радиоактивных изотопов, которые встречаются в биосфере. Представляется необходимым в первую очередь рассмотреть радиоактивность, обусловленную присутствием изотопов, входящих в обязательном порядке в состав живых структур, без которых невозможно существование организма. К этой группе опять-таки относятся , и . Суммарное содержание калия в организме взрослого человека (массой 70 кг) составляет 0,19% (130 г).Особенно богаты калием ткани и органы, обладающие высокой функциональной активностью. К их числу относятся скелетная мускулатура, нервная ткань, сердце, печень, селезенка и т.д. Ввиду того, что встречается в природе в смеси со стабильными изотопами в количестве 0,0119%, удельная активность органов и тканей тела человека по определяется содержанием в них стабильного изотопа.

Количество трития в организме практически постоянно и определяется содержанием стабильного изотопа (около 10,2% в мышцах и 6,4% в костях). Удельная активность мягких тканей тела человека за счет составляет 1,5×10^-11 Ки/кг, а костей – 0,92×10^-11 Ки/кг.

Из радиоактивных изотопов тяжелых элементов по содержанию в организме наиболее хорошо изучен радий. Этот элемент подобно кальцию накапливается преимущественно в костной ткани. Количество радия в организме в целом по оценкам различных авторов находится в пределах от 0,48×10^-10 до 4,8×10^-10 г.

Основная часть (до 70%) содержится в скелете. Удельная активность в костной ткани составляет от 13 до 110 пКи/кг, в мягких тканях – 0,2 – 18 пКи/кг.

У человека, выкуривающего одну пачку сигарет в сутки, с дымом в легкие поступает до 2 пКи ; у некурящего с воздухом – около 0,02 пКи в сутки.

На степень радиоактивности отдельных органов и тканей тела человека влияет скорость обменных процессов и функциональное состояние организма, а с другой стороны имеет значение содержание этой группы изотопов в рационе. При постоянном поступлении с рационом радиоактивных веществ устанавливается равновесие между поступлением и выведением их из организма. При этом в отдельных органах и тканях создается равновесная концентрация. В случае увеличения содержания изотопов в рационе равновесная концентрация возрастает. Количество радиоактивных веществ неодинаково не только в различных пищевых продуктах, но часто и в одном и том же продукте, выращенном в регионах с разными геохимическими условиями, поэтому содержание некоторой группы изотопов в организме человека во многом зависит от этнических и экономических особенностей питания населения.

7. ФОНОВОЕ ОБЛУЧЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА. В зависимости от источников ионизирующего излучения фоновое облучение подразделяется на внешнее и внутреннее. К источникам внешнего облучения относятся космические лучи, g-излучение радиоактивных веществ, содержащихся в породах, почве и строительных материалах, g-излучение радиоактивных веществ, находящихся в воздухе.

Таблица

Мощность доз в тканях тела человека от природных источников радиации.

Источники облучения	Мощность дозы (мрад/год)
Гонады	Остеоциты	Костный мозг
Внешние Космическое излучение Излучение пород и почвы
Внутренние
	-	0,6	0,03
	-	0,7	0,03
	0,3	2,1	0,1
(в тканях)	0,3	0,3	0,3
	0,4	1,6	1,6

В районах с повышенным количеством радиоактивных элементов (некоторые регионы в Бразилии, Индии, Франции) наблюдается особенно высокая интенсивность g-радиации. Так, в районе монацитовых песков Бразилии мощность дозы g-излучения достигает 1000 мрад/год, в Индии – от 131 до 2814 мрад/год, в горных районах Франции – от 180 до 350 мрад/год.

Особый интерес представляют уровни g-фона в жилых зданиях. Наименьший g-фон отмечается в деревянных постройках (до 50 мрад/год), в кирпичных зданиях – до 100 мрад/год, в железобетонных – до 170 мрад/год.

При оценке дозы, создаваемой космическим фоном, исходят из того, что вследствие жесткости космического излучения поглощенная доза в любых тканях и органах человека должна быть одинаковой. Средней дозой, получаемой населением Земли за счет космического излучения, является 28 мрад/год.

Излучение естественных радиоактивных веществ, содержащихся в атмосфере, вызывает ионизацию воздуха, примерно на порядок меньшую, по сравнению с g-излучением пород и почвы, поэтому оно вносит ничтожный вклад в суммарный эффект.

Внутреннее облучение организма человека создается за счет , , , , и других радиоактивных элементов, содержащихся в организме.

Дата добавления: 2015-08-26