Естествен радиационен фон

    Eстествен радиационен фон е радиационно поле, дължащо се на естествени източници. Естествен източник е източник на йонизиращо лъчение, съществуващ в естествени условия - космичното лъчение и естествено разпределените радионуклиди в околната среда, в храните и в организма на човека.

    Според съвременната наука възрастта на Вселената се оценява на около 15 милиарда години, а Земята като планета от Слънчевата система се предполага, че е възникнала преди около 4,5 милиарда години. Слънчевата светлина и топлина, благодарение на които съществува Земята, се получават в резултат на ядрени реакции в Слънцето. Ядрени реакции протичат и в Галактическото пространство. При тези ядрени реакции възникват мощни потоци от йонизиращи частици с много голяма енергия, които формират първично космично лъчение. То се състои от две компоненти, които се различават съществено както по произхода си, така и по състав, интензивност и енергия:

  • галактическо космично лъчение;
  • слънчево космично лъчение.

Източник:megavselena.com

    Интензивността на галактическото космично лъчение, което достига до Земята, е постоянна, като въздействието е изотропно. Състои се от протони  - 90%, алфа-частици  - 10% и около 1% фотони, неутрони, електрони и атомни ядра на леки елементи (Li, Be, C, O, N), които възникват в глъбините на Вселената в резултат на изхвърляне и изпаряване на материя при звездни взривове и образуване на нови звезди. Интензивността на слънчевото космично лъчение не е постоянна и се изменя в зависимост от слънчевата активност. Цикълът на изменение на слънчевата активност е 11 години. Когато първичното космично лъчение достигне земната атмосфера, високоенергийните йонизиращи частици взаимодействат с атомите и молекулите на въздуха, при което се пораждат множество електрически заредени и неутрални йонизиращи частици. Те от своя страна създават “лавини” от нови йонизиращи частици в атмосферата и се поражда вторично космично лъчение, което се състои от фотони (гама-кванти), електрони, неутрони и други елементарни частици. Интензивността на вторичното космично лъчение е максимална на височина 20-25 км от земната повърхност. С намаляване на височината неговата интензивност намалява, като на морското равнище достига своя минимум.

    Атмосферата, която обгръща Земята и се върти като едно цяло с нея, се простира на височина около 1000 км. Атмосферата може да се оприличи на “щит”, който обгръща Земята и поглъща голяма част от космичното лъчение, насочено към нея, като забавя или спира мощните потоци от високоенергийни частици, идващи от Космоса. Благодарение на този “противорадиационен щит” значително отслабва йонизиращата радиация, която въздейства върху Земята. С увеличаване на надморската височина дебелината на защитния атмосферен слой намалява и затова нивото на облъчване от космичното лъчение във високопланински местности е по-голямо отколкото на морското равнище, където защитният слой е най-дебел и по-плътен. Например на връх Еверест, най-високата точка на Земята (8848 метра), въздействието на космичното лъчение е около 20 пъти по-интензивно в сравнение с районите на морско равнище.

    Земята има още един естествен щит, който смекчава въздействието на космичното лъчение върху нейните обитатели – това е земното магнитно поле. Земята може да се оприличи на един гигантски магнит, чието магнитно поле отклонява част от електрически заредените частици, идващи от Космоса, като ги принуждава да заобикалят покрай нашата планета. Друга част от заредените космични частици под въздействие на земното магнитно поле се отклоняват (завихрят) в района на екватора и се концентрират в областта на полюсите, в съответствие с конфигурацията и направлението на магнитните силови линии, обкръжаващи Земята.

Източник: www.enterweather.com

    Затова интензивността на космичното лъчение в екваториалните области на Земята е минимална, а в районите на северния и южния полюс е максимална. Поради наличието на земно магнитно поле интензивността на космичното лъчение се променя в зависимост от географската ширина. Например, при около 50 градуса северна ширина (Лондон, Москва, Токио, Ню-Йорк) облъчването от космичното лъчение е с около 30% - 40% по-голямо в сравнение с облъчването в географски области, разположени от двете страни на екватора, с географска ширина до около 15 градуса.

    Космичното лъчение е природна даденост и облъчването от него не може да се предотврати и да се управлява от човека по никакъв начин. Типичната стойност на средната индивидуална годишна доза, която се получава при външно облъчване от космичното лъчение за средни географски ширини на Земята, включително за България, е равна на 0,4 mSv/y (0,4 милисиверта за година).

    Естествени  (природни) радионуклиди се наричат  тези радионуклиди, които  са разпространени в екосферата и не са резултат на човешката дейност.  Естествените радионуклиди се намират във всички компоненти на живата и неживата природа на Земята. Те са и основният източник на облъчване на живите организми с йонизиращи лъчения заедно с вторичното космично лъчение.

    Основното количество естествени радионуклиди  принадлежат към тежките елементи. (Всички елементи с Z>80  имат радиоактивни изотопи, а изотопите на елементите с атомен номер над  82 са само радиоактивни).

Източник: passmyexams.co.uк

    Естествените радионуклиди могат да бъдат  разделени на три групи:

  • Радиоактивни елементи, които образуват семейства;
  • Изотопи на  химични елементи, които не образуват семейства;
  • Космогенни радионуклиди, които се образуват непрекъснато при процесите на взаимодействие на космичното лъчение със земната атмосфера и отделни компоненти на земната кора.

    Радиоактивните елементи, които образуват семейства  (вериги от майчини и дъщерни елементи, които са генетично свързани помежду си и се превръщат един в друг)  оформят четири семейства  (редове):

  • Семейство на 238U
  • Семейство на 232Th
  • Семейство на 235U
  • Семейство на 237Np

    В литературата често се ползват и по-старите, използвани още в началото на миналия век, названия на семетствата: съответно „уран-радиево” (за 238U), „ториево” (за 232Th) и „актиниево” (за  235U). Тук семейството на 237Np е указано за пълнота – членовете на това семество не се срещат в природата, тъй като 237Np има период на полуразпадане T1/2=2,14 . 106 a и това семейство може да се получи само по изкуствен път.

    Поради изключително големите периоди на полуразпадане, съизмерими с възрастта на Земята, родоначалниците и дъщерните продукти на трите естествени радиоактивни семейства, както и останалите природни радионуклиди (калий-40 и др.) продължават да съществуват в земната кора до наши дни.

    Наличието на естествени радионуклиди в земната повърхност води до външно облъчване, като мощността на дозата от земното лъчение е право пропорционално на количеството (концентрацията) на естествените радионуклиди в почвата. Концентрацията на радионуклиди в почвата зависи от радиоактивността на веществата, от които е съставена почвата и от процесите на сорбция, отлагане и отмиване на радионуклиди при въздействието на природни води върху нея.

    Естественият гама-фон над земната повърхност се създава главно от радионуклидите, които се съдържат в горния почвен слой с дебелина около 30 cm. Поради екраниращия ефект на почвата, гама-лъчението от естествените радионуклиди, намиращи се на по-голяма дълбочина от 30 cm, значително отслабва и не играе съществена роля при формирането на гама-фона.

    35% от външното облъчване в резултат на естественото гама-лъчение от земната повърхност се дължи на калий-40, 25% - на гама-излъчващите радионуклиди от семейството на уран-238 (главно олово-214 и бисмут-214) и 40% - на гама-излъчващите радионуклиди от семейството на торий-232 (главно талий-208 и актиний-228). Изледванията в много страни по света показват, че е напълно нормално естественият гама-фон, дължащ се на земното лъчение, да се различава до 6 пъти за различните райони по света. Общоприето е естественият гама-фон да се измерва на височина 1 m от земната повърхност.

    Населението, което живее в планински местности и райони, богати на гранити, минерали и почви с високи концентрации на естествени радионуклиди, е подложено на по-високо външно облъчване. Гама-фонът в такива места по принцип е по-висок.
    Когато се оценява облъчването на населението от естествени радионуклиди, трябва да се отчита факта, че значителна част от времето си човек пребивава в сгради, където живее и работи. По принцип стените, подовете и покривите на сградите екранират (отслабват) външния гама-фон. От друга страна обаче строителните материали (тухли, бетон, гипс), от които са изградени сградите и жилищата, съдържат естествени радионуклиди с най-различни концентрации. Това води до облъчване на хората, пребиваващи в сградите. Гама-фонът вътре в сгради, изградени от тухли, бетон и гранит, като правило е по-висок от този в дървени постройки. Резултатите от проведените по света изследвания показват, че гама-фонът вътре в помещенията на сгради е средно с 20% по-висок отколкото на открито. Това зависи от количественото съдържание на естествени радионуклиди в използваните строителни материали и от локалния гама-фон на открито.

Източници на естествен фон    
Атмосфера 52%

 
Сгради 14%
Храна 12%
Медицина 11,3%
Космично лъчение 10%
Източници от различен произход 0,6%
АЕЦ 0,1%

    Източник на данните т таблицата: https://www.bulatom-bg.org

    При оценката на средната годишна ефективна доза за населението на Земята се отчита разделно облъчването от естествени радионуклиди, което се получава на открито и вътре в сгради. Приема се, че съвременният човек прекарва средно 80% от времето си в сгради (19 часа за денонощие), а 20% от времето пребивава на открито (5 часа за денонощие), което означава, че естественото външно облъчване при престоя на човек в сгради е доминиращо спрямо облъчването на открито.

 

Източник: https://atomic.phys.uni-sofia.bg