ФОН РАДИАЦИОННЫЙ

ФОН РАДИАЦИОННЫЙ (РФ, син. фон ионизирующих излучений) — ионизирующие излучения от природных источников космического и земного происхождения, а также от искусственных и естественных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека.

РФ воздействует на все население земного шара, имея относительно постоянный уровень. РФ обусловлен факторами окружающей среды и не включает учитываемое при расчете популяционных доз облучение лиц, работающих с источниками ионизирующего излучения, облучение в диагностических и леч. целях и др. (см. Радиационная безопасность).

Различают естественный радиационный фон, технологически измененный естественный радиационный фон, искусственный радиационный фон и полный радиационный фон.

Естественный радиационный фон (ЕРФ) представляет собой ионизирующие излучения (см.) от природных источников космического и земного происхождения и нередко в литературе отождествляется с понятием РФ.

Технологически измененный естественный радиационный фон (ТИЕРФ) представляет собой ионизирующие излучения от природных источников, претерпевших определенные изменения в результате деятельности человека, напр, излучение от естественных радионуклидов, поступающих в биосферу вместе с извлеченными на поверхность Земли из ее недр полезными ископаемыми (гл. обр. минеральными удобрениями), в результате поступления в окружающую среду продуктов сгорания органического топлива, излучения в помещениях, построенных из материалов, содержащих естественные радионуклиды. Сюда же иногда относят дополнительное облучение за счет полетов на современных высотных самолетах, а также облучение в быту, напр, за счет использования часов, на циферблат к-рых нанесены светосоставы постоянного действия, содержащие естественные радионуклиды.

После начала широких испытаний ядерного оружия возникло глобальное загрязнение биосферы искусственными радионуклидами. В последние годы к нему добавляются пока весьма незначительные, но возрастающие загрязнения локального, регионального и глобального характера, обусловленные отходами предприятий ядерной энергетики и использованием источников ионизирующих излучений в научных целях, в медицине и в народном хозяйстве. Излучение, обусловленное рассеянными в биосфере искусственными радионуклидами, представляет собой искусственный радиационный фон (ИРФ), который в настоящее время добавляет к ЕРФ лишь 1—3%.

Совокупность ЕРФ, ТИЕРФ и ИРФ составляет полный радиационный фон.

Мерой РФ является мощность поглощенной дозы (см. Дозы ионизирующих излучений; Радиационные величины, единицы). В геофизике при этом имеется в виду мощность поглощенной в воздухе дозы на местности за счет внешних источников облучения. В мед. и биол. литературе РФ оценивают, как правило, по мощности поглощенной дозы в тканях организма. При этом учитываются дозы, обусловленные как внешним облучением, так и внутренним, за счет радионуклидов, попавших в организм.

Для удобства сравнения биол. эффективности и оценки риска возникновения отдаленных последствий при различных видах облучения (см.), включая случаи неравномерного облучения, дозы за счет РФ часто выражают в показателях эффективной эквивалентной дозы — условного понятия, характеризующего расчетную дозу равномерного внешнего облучения всего тела, адекватную по риску возникновения отдаленных стохастических (вероятностных) последствий реальной поглощенной дозе в том или ином органе.

Естественный радиационный фон. ЕРФ является основным компонентом РФ.

Природные источники ионизирующего излучения, формирующие ЕРФ, подразделяются на внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение); внешние источники земного происхождения, т. е. радионуклиды, присутствующие в земной коре, воде, воздухе; внутренние источники, т. е. радионуклиды естественного происхождения, содержащиеся в организме человека.

Космическое излучение, проникающее в атмосферу Земли из космического пространства, представляет собой излучение высоких энергий (первичное космическое излучение), к-рое взаимодействует с ядрами атомов элементов, присутствующих в атмосфере, и порождает достигающее поверхности Земли вторичное космическое излучение, состоящее из ядерных частиц и электромагнитного излучения (см. Космическое излучение). Годовая эффективная эквивалентная доза на уровне моря за счет космического излучения составляет 30 мбэр (3-10-4 Зв). Люди, проживающие в условиях высокогорья, получают в 1,5—2 раза более высокие дозы внешнего космического облучения.

Внешнее излучение за счет радионуклидов земного происхождения обусловлено 40К и элементами радиоактивных рядов 238U, 232Th, присутствующими в земной коре на протяжении всей истории планеты (см. Торий, Уран). Средняя по земному шару мощность поглощенной дозы в воздухе от природных радионуклидов земного происхождения вне помещений составляет 5 мкрад/час (0,05 мкГр/час). В отдельных регионах земного шара, напр, в нек-рых районах Индии, Бразилии, Франции, эти значения существенно выше. Принимая коэффициент, учитывающий среднее время пребывания человека вне помещений, равным 0,2, можно рассчитать, что годовая эффективная эквивалентная доза за счет гамма-излучения земного происхождения вне помещений составляет 6 мбэр (6*10-5 Зв). В помещениях доза от внешнего излучения иная, поскольку стены и перекрытия, с одной стороны, защищают от излучения, генерируемого природными радионуклидами земной коры, а с другой — сами становятся источниками дополнительного излучения, т. к. стройматериалы могут содержать повышенные количества радионуклидов. Деревянные дома в слабой степени защищают от внешнего излучения, не создавая дополнительного, в то время как дома из кирпича и бетона эффективно защищают от излучения с поверхности Земли, а создаваемая внутри таких зданий доза обусловлена гл. обр. содержащимися в стройматериалах радионуклидами. В современных зданиях из кирпича и бетона мощность дозы внутри помещений, как правило, в 1,5—2 раза выше мощности дозы вне помещений. С учетом соотношения имеющихся на земном шаре зданий из дерева, кирпича и бетона Научный комитет по действию атомной радиации при ООН оценивает усредненную по всему земному шару мощность поглощенной дозы в воздухе внутри помещений на уровне примерно 6 мкрад/час (6-10-8 Гр/час). Учитывая время пребывания человека в помещениях, выражаемое коэффициентом 0,8, можно подсчитать, что годовая эффективная эквивалентная доза внутри помещений составляет 29 мбэр (2,9-10~4 Зв), а суммарная (вне и внутри помещений) годовая эффективная эквивалентная доза за счет внешнего облучения радионуклидами земного происхождения равна 6 мбэр + 29 мбэр = 35 мбэр (3,5*10-4 Зв).

Внутреннее облучение радионуклидами естественного происхождения обусловлено их поступлением в пищеварительный тракт с пищей и водой, а также в легкие при дыхании. Радионуклиды космогенного происхождения (3Н, 7Be, 14С) обусловливают незначительную часть дозы внутреннего облучения, в среднем 1,5 мбэр (0,015 мЗв) в год.

Радионуклиды земного происхождения, попадающие в организм, создают годовую эффективную эквивалентную дозу на уровне 140 мбэр (1400 мкЗв), из к-рых 18 мбэр (180 мкЗв) — за счет 40К (см. Калий), проникающего гл. обр. с пищей, 120 мбэр (1200 мкЗв) — за счет изотопов 222Rn и 220Rn (торона), а также короткоживущих продуктов их распада, находящихся преимущественно в воздухе помещений вследствие поступления торона и 222Rn из стройматериалов и грунта подвальных помещений (см. Радон). 238U поступает в основном с пищей, существенно меньше — с водой (за исключением отдельных регионов, в частности в Хельсинки, где концентрация 238U в нек-рых водоисточниках достигает 5,4 нкюри/л (200 Бк/л). Годовое поступление 238U в организм человека в среднем составляет ок. 140 пкюри (ок. 5 Бк), концентрация в костной ткани — на уровне 2,7—5,4 пкюри/кг (0,1 — 0,2 Бк/кг), годовые поглощенные дозы на эндостальные клетки — 170 мкрад (1,7• 10'6 Гр). 230Th вследствие низкого всасывания в жел.-киш. тракте проникает в организм преимущественно с вдыхаемым воздухом (примерно 0,27 пкюри, или 10 мБк в год). Являясь остеотропным элементом и накапливаясь в скелете, 230Th создает там дозы на уровне 700 мкрад (7 • 10_6 Гр) в год.

Основной изотоп радия (см.) — 226Ra попадает в организм гл. обр. через пищеварительный тракт — примерно 400 пкюри (15 Бк) в год. С воздухом поступает (вместе с вдыхаемой пылью) примерно в 1000 раз меньше радия. Вклад питьевой воды невелик, если вода поступает из поверхностных водоисточников. Население, использующее в качестве водоисточников глубокие колодцы, источники минеральных вод, где концентрация радия существенно выше, может большую его часть получать с водой. Ок. 70—90% радия, поступившего в организм, избирательно накапливается в костной ткани. Среднее содержание 226Ra в скелете человека составляет ок. 27 пкюри (1 Бк). Годовая эффективная эквивалентная доза за счет 226Ra в регионах с обычным ЕРФ относительно невелика и составляет около 0,6— 0,7 мбэр (6—7 мкЗв).

Технологически измененный естественный радиационный фон

Около половины эффективной эквивалентной дозы, получаемой организмом от РФ, дают 222Rn и короткоживущие продукты его распада, поступающие через органы дыхания в помещениях. По всему миру средняя концентрация радона в воздухе помещений примерно в 10 раз выше, чем в окружающей среде. Вследствие этого значительную долю всего облучения человек получает в результате пребывания в помещениях. Это дает основание выделять дозу за счет этого вида облучения из дозы, обусловленной ЕРФ, и рассматривать его как компонент технологически измененного (в данном случае усиленного) радиационного фона.

Облучение внутри зданий за счет радона, торона и продуктов их распада в умеренных широтах примерно на 25% выше, чем в среднем по земному шару, что объясняется более высокой концентрацией этих радионуклидов в помещениях и сравнительно более кратковременным пребыванием людей на открытом воздухе по сравнению с зонами тропического и субтропического климата. Основными продуктами распада 222Rn, формирующими значительную долю облучения легких, являются короткоживущие альфа-излучающие изотопы свинца (см.) и полония (218Ро, 214Pb, 214Bi, 214Ро). Кроме того, в организм с воздухом вне помещений поступает в год ок. 108 пкюри (4 Бк) 210РЬ и ок. 27 пкюри (1 Бк) — 210Ро, относящихся к долгоживущим продуктам распада 222Rn. Курящие (20 сигарет в день) дополнительно с табачным дымом получают в год ок. 405 пкюри (15 Бк) 210РЬ и 540 пкюри (20 Бк) 210Ро. Алиментарным путем человек получает дополнительно примерно по 1080 пкюри (40 Б к) этих нуклидов. В северных районах вследствие наличия специфических пищевых цепей (см.) люди, потребляющие мясо северных оленей, получают с нищей в год ок. 3,78 нкюри (140 Бк) 210РЬ и 37,8 нкюри (1400 Бк) 210Ро, что обусловливает повышение дозы внутреннего облучения. Обобщенные данные о вкладе различных природных источников ионизирующего излучения в формирование РФ представлены в таблице 1.

Дозы облучения за счет технологически измененного естественного радиационного фона и полного радиационного фона в значительной мере определяются социально-экономическими факторами. Вследствие этого они в различных странах заметно варьируют. Их изучение началось сравнительно недавно и лишь по отдельным странам к 1983 году получена более или менее полная картина. В таблице 2 представлены данные, характеризующие удельные популяционные (средние индивидуальные) дозы облучения населения СССР за счет всех основных источников облучения (по опубликованным материалам Ин-та биофизики М3 СССР).

Данные таблицы 2 свидетельствуют о решающем вкладе в популяционную дозу естественного радиационного фона, технологически измененного естественного радиационного фона за счет пребывания в зданиях, а также рентгенологических и радиоизотопных диагностических исследований. Излучение, обусловленное искусственными радионуклидами, рассеянными в биосфере, имеет гораздо меньший удельный вес.

Влияние радиационного фона на здоровье является предметом изучения радиационной гигиены (см.). В литературе еще нет установившихся представлений о влиянии на здоровье человека малых доз ионизирующего излучения, характерных для РФ. Общепризнано, что облучение за счет РФ даже в регионах, где он повышен, не вызывает каких-либо специфических лучевых поражений. Распространены высказывания о важной роли, к-рую ЕРФ играл, являясь мутагенным фактором, участвующим в механизмах эволюции живых организмов (см. Радиационная генетика). Нек-рые специалисты полагают, что облучение в малых дозах играет положительную роль, стимулируя жизненные процессы и, во всяком случае, не оказывает вредного воздействия на организм. поскольку ЕРФ существует издревле и к нему люди, животные и растения должны были адаптироваться. Согласно современным представлениям о механизмах и эффектах биол. действия малых доз ионизирующих излучений, обобщенным в изданиях Международной комиссии по радиологической защите и Научного комитета по действию атомной радиации при ООН, РФ не оказывает положительного влияния на здоровье человека. Лечебный эффект радоновых ванн многие специалисты связывают скорее с действием температурных, химических и других нерадиационных факторов, но не с влиянием самого радона и его альфа-активных продуктов распада.

Не следует переоценивать роль ЕРФ и с точки зрения значения для эволюции. Ионизирующие излучения не являются единственным мутагенным фактором, существуют и другие мутагены — жесткая составляющая УФ-излучения Солнца, ионы металлов, продукты неполного сгорания органического топлива, биогенные факторы. В свете современных представлений о механизмах онкогенеза (см.) и индуцируемых ионизирующим излучением генетических повреждений имеются все основания считать, что нек-рая часть злокачественных опухолей и наследственных заболеваний, наблюдающихся у людей, обусловлена воздействием малых доз ионизирующего излучения, прежде всего за счет РФ и такого его компонента, как радон и его дочерние продукты. Вследствие наличия длительного латентного периода и возрастания вероятности развития злокачественных опухолей с увеличением накопленной дозы ионизирующего излучения индуцированные за счет РФ опухоли проявляются, как правило, в возрасте, когда у человека уже есть потомство. Этот факт, а также весьма низкая вероятность возникновения злокачественных опухолей и наследственных заболеваний под влиянием РФ свидетельствуют в пользу того, что человечество способно существовать и без развития адаптации каждого индивидуума к воздействию ионизирующих излучений на уровне РФ. Таким образом, имеются аргументы в пользу существования определенной, хотя и небольшой, опасности РФ для здоровья. В то же время аргументы, свидетельствующие о его благотворном влиянии на организм, менее убедительны. Вопрос о влиянии малых доз ионизирующих излучений, и в частности компонентов РФ, на здоровье еще нуждается в дальнейших исследованиях.

В СССР Национальной комиссией по радиационной защите при Минздраве СССР официально приняты нормативы, ограничивающие допустимое воздействие на население ТИЕРФ за счет естественных радионуклидов в стройматериалах. При крайне малых дозах, составляющих РФ, риск возникновения злокачественных опухолей и наследственных заболеваний еще меньше — он практически не обнаружим на фоне спонтанной заболеваемости. В таблице 3 показана теоретически ожидаемая частота возникновения злокачественных опухолей с летальным исходом и наследственных болезней среди населения СССР за счет воздействия различных источников ионизирующего излучения. Ее данные рассчитаны в Ин-те биофизики М3 СССР в соответствии с концепцией линейного беспорогового действия ионизирующего излучения (см. Радиационная гигиена).

Исходя из данных таблицы 3, а также используя эпидемиологические и статистические данные о распространенности рака и генетических нарушений, можно рассчитать, что естественный радиационный фон (без дозы, обусловленной пребыванием в зданиях) ответствен примерно за 1% наблюдающейся смертности от злокачественных опухолей.

Отрицательные последствия облучения, не носящие стохастического (вероятностного) характера (см. Пострадиационные эффекты), проявляются лишь при мощностях доз облучения, превосходящих фоновые в десятки и сотни раз.

См. также Радиационная экология.

Таблица 1. ГОДОВЫЕ ЭФФЕКТИВНЫЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ ЗА СЧЕТ ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В РЕГИОНАХ С НОРМАЛЬНЫМ РАДИАЦИОННЫМ ФОНОМ (зона умеренного климата)

Природные источники ионизирующего излучения

Годовая эффективная эквивалентная доза облучения в мбэр (мкЗв)

Доза за счет внешнего облучения

Доза за счет внутреннего облучения

Суммарная

доза

Космическое излучение

30 (300)

Отсутствует

30 (300)

Космогенные радионуклиды

Отсутствует

1,5 (15)

1,5 (15)

Радионуклиды земного происхождения:

40R

12 (120)

18 (180)

30 (300)

87Rb

Отсутствует

0,6 (6)

0,6 (6)

Ряд238и

9 (90)

115 (1150)

124 (1240)

Ряд232ТЬ

14 (140)

23 (230)

38 (380)

Суммарно (округленно)

6 5 (6 5 0)

160 (1600)

225 (2250)

Таблица 2. СРЕДНЕГОДОВЫЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТИВНЫЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ СССР ЗА СЧЕТ ВСЕХ ОСНОВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ в 1981 — 1982 гг.

Источники ионизирующего излучения

Вид облучения

Среднегодовая индивидуальная эффективная эквивалентная доза облучения в мбэр (мкЗв)

Естественный радиационный фон

Внешнее

Внутреннее

Внешнее и внутреннее суммарно

62 (620) 38 (380) 1 00 (1 000)

Технологически измененный естественный радиационный фон:

естественные радионуклиды, содержащиеся в стройматериалах и воздухе помещений

Внешнее

10 (100)

Внутреннее

130 (1300)

Внешнее и внутреннее суммарно

140 (1400)

минеральные удобрения

угольные электростанции суммарной мощностью 7 6 Гвт

Внешнее и внутреннее суммарно

0,015 (0,15)

Внешнее и внутреннее суммарно

0,2 (2)

Искусственный радиационный фон: атомные электростанции суммарной мощностью 12 Гвт

Внешнее и внутреннее суммарно

0,017 (0,17)

глобальные радиоактивные выпадения вследствие испытаний ядерного оружия

Внешнее

1 (НП

Внутреннее

1,5 (15)

Внешнее и внутреннее суммарно

2,5 (25)

Рентгено- и радиоизотопная диагностика

Внешнее и внутреннее суммарно

1 50 (1 500)

Суммарная доза облучения от всех источников (округленно)

390 (3900)

Таблица 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИ ОЖИДАЕМАЯ ЧАСТОТА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ С ЛЕТАЛЬНЫМ ИСХОДОМ И НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ СРЕДИ НАСЕЛЕНИЯ СССР ЗА СЧЕТ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ (количество случаев в год)

Заболевания

Количество случаев в год в зависимости от источника ионизирующего излучения

естественный

радиационный

фон

стройматериалы (в зданиях)

глобальные радиоактивные выпадения

Все злокачественные опухоли

3600

5000

80

В том числе:

лейкозы

500

300

25

злокачественные опухоли легких

600

4500

10

Наследственные болезни

1100

600

20


Библиогр.: Гигиенические проблемы радиационного и химического канцерогенеза, под ред. Л. А. Ильина и В. А. Книжникова, с. 20, М., 1979; Глобальные выпадения продуктов ядерных взрывов как фактор облучения человека, под ред. А. Н. Марея, М., 1980; Ильин Л. А. Воздействие альтернативных источников энергии на человека и окружающую среду, Вестн. АМН СССР, № 3, с. 26, 1981; Книжников В. А. О некоторых общих проблемах и возможностях гигиенического нормирования канцерогенов физической и химической природы, Гиг. и сан., № 3, с. 96, 1975; он же, Проблема пороговости и гигиеническая регламентация канцерогенных факторов окружающей среды, Вопр. онкол., т. 29, № 6, с. 67, 1983; Книжников В. А. и Бархударов Р. М. Сравнительная оценка радиационной опасности для населения от выбросов в атмосферу тепловых и атомных электростанций, Атомная энергия, т. 43, № 3, с. 191, 1977; Крисюк Э. М. и Пархоменко В. И. Радиационный фон жилых зданий, там же, т. 57, № 1, с. 42, 1984; Кузин А. М. Стимулирующее действие ионизирующего излучения на биологические процессы, М., 1977; Проблемы радио-экологии и биологического действия малых доз ионизирующей радиации, под ред. А. М. Кузина, Сыктывкар, 1976; Радиационная безопасность в атомной энергетике, под ред. А. И. Бурназяна, с. 10, М., 1981; Сивинцев Ю. В. Фоновое облучение человеческого организма, М., 1960; Ядерная энергетика, человек и окружающая среда, под ред. А. П. Александрова, М., 1984; G e s e 1 1 Т. F. a. Prichard H. М. The technologically enchanced natural radiation environment, Hlth Phys., v. 28, p. 361, 1975; Karpov V. I. a. Krisiuk E. M. Estimation of indoor gamma dose rate, ibid., v. 39, p. 819, 1980.



Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание