Дозиметры, радиометры, радиация

Естественный радиационный фон Челябинской области в значительной степени определяется геологическим строением ее территории. Область расположена в пределах южной и средней частей древней Уральской горной страны. На дневной поверхности в настоящее время здесь обнажаются разнообразные горные породы, которые образовались сотни миллионов лет назад. Среди них широко распространены породы с повышенным содержанием природных радиоактивных элементов. Это интрузивные породы гранитного ряда (граниты, гранодиориты, диориты), вулканические породы кислого состава, древние метаморфические породы и др. Кроме того, в уральских структурах широко развиты разрывные тектонические нарушения, которые наиболее проницаемы для водных растворов и газов. Поэтому эти зоны являются местами переотложений (или скоплений) радиоактивных элементов. Так, например, в северо-восточной части Челябинской области распространены толщи из порфиритов различного состава, их туфов с прослоями вулканогенно-осадочных и осадочных пород – туфопесчаников, туффитов, песчаников, алевролитов; из кварцевых порфиров и их туфов; из известняков и других осадочных пород. Среди них залегают интрузивные массивы различных размеров и составов. В обычной геологической практике радиоактивность горных пород чаще всего характеризуется мощностью экспозиционной дозы гамма-излучения (гамма-активность). По данным исследований челябинских геологов, значение гамма-активности у порфиритов могут изменяться от 2 до 14 микрорентген в час (мкр/ч), туфов порфиритов – от 2 до 19 мкр/ч, кварцевых порфиров – от 5 до 35 мкр/ч, туфов порфиров – от 5 до 20 мкр/ч, туфопесчаников – от 0 до 2 мкр/ч, туффитов – от 1 до 5 мкр/ч, песчаников – от 6 до 12 мкр/ч, известняков – от 11 до 13 мкр/ч, глин, песков, суглинков – от 8 до 18 мкр/ч. Интрузивные породы (породы, образовавшиеся при остывании магмы в земной коре) характеризуются следующими значениями гамма-активности: Серпентиниты – от 3 до 9 (среднее 6) мкр/ч. Габбро – от 5 до 11 (среднее мкр/ч. Диориты – от 4 до 25 (среднее 14) мкр/ч. Гранодиориты – от 18 до 35 (среднее 26) мкр/ч. Граниты – от 10 до 39 (среднее 24) мкр/ч. (Из геологических отчетов. Бабкин В.В. и др., 1965; Белгородский Е.А. и др., 1966).

Все горные породы, почвы, подземные и поверхностные воды содержат незначительное количество природных радиоактивных элементов. Это уран, торий с дочерними изотопами, актиний, калий, рубидий, самарий и др. Присутствие в природе радиоактивных изотопов, а также космическое излучение обуславливают естественный радиоактивный фон. Среди космических лучей различают первичные и вторичные. Первичные космические лучи приходят к Земле из Галактик (галактические высокоэнергетические) и от Солнца (солнечные умеренных энергий), имеющие связь с активностью Солнца. Основной состав космических лучей протоны, незначительно альфа-частицы и тяжелые ядра. Взаимодействуя в верхних слоях атмосферы с ядрами встречных атомов, космические лучи порождают космогенные радионуклиды – тритий или водород-3, углерод-14, бериллий-7, натрий-22 и вторичные частицы: электроны, фотоны, мезоны, нейтроны и др., пронизывающие атмосферу. Часть излучений, проникающая через атмосферу, ослабляется воздухом, и их воздействие зависит от высоты над уровнем моря. В самолете на высоте 10 000 м гамма-излучение составляет около 100 мкр/ч. Такое же значение гамма-излучения фиксируется на горных вершинах типа Эльбруса. Интенсивность галактических космических лучей также зависит от широты – на экваторе наименьшая, наибольшая – в высоких широтах. Различие определяется особенностями магнитного поля Земли. При средней высоте над уровнем моря территории в 430 м доза космического излучения для средних широт составляет 323-333 мкЗв/год (или 0,32-0,33 мЗв/год). Земное радиационное излучение определяется геологическим строением конкретного района, т.е. тем, какие горные породы и минералы распространены. Есть места на Земле, где из-за повышенного содержания радиоактивных элементов фон значительный (в Индии в штатах Керала и Тамилнаду на побережье Индийского океана – месторождений монацитовых песков Траванкор; в Бразилии, на острове Ньюи в Тихом океане и других). В этих районах мощность экспозиционной дозы гамма-излучения достигает сотен и даже тысяч мкр/час. Так, средняя экспозиционная доза гамма-излучения в районе пляжных песков в штате Керала около 150 мкр/час. По величине дозы природного гамма-излучения на территории России выделяются зоны: пониженной (до 600 мкЗв/год), умеренной (600-900 мкЗв/год), повышенной (900-1250 мкЗв/год) и высокой (более 1250 мкЗв/год) природной радиации. Зона пониженной радиации располагается в равнинной части севера России, охватывает тундровые и таежные ландшафты Русской платформы, центральной части Западно-Сибирской плиты и север Сибирской платформы. Зона умеренной радиации охватывает лесостепные ландшафты Восточно-Европейской равнины, включая южную часть Русской платформы и Урал. Зона повышенной природной радиации сопряжена со степными ландшафтами Предкавказья и горно-таежными ландшафтами обширных территорий Восточного Забайкалья и Дальнего Востока. Территории с высокими дозовыми нагрузками занимают не более 1,4% площади России и не образуют единой зоны. Это горный и высокогорный районы южной, юго-восточной и восточной окраин России. Повышенная доза радиации определяется здесь коренными выходами магматических пород ультракислого, щелочного составов и ультраметаморфическими породами. В интенсивность радиации заметный вклад вносят также дозовые нагрузки космического излучения, т.к. абсолютные высоты достигают 1500-2000 м и выше (Рихванов, 1997). Наиболее распространены и воздействуют на нас калий-40 и радон-222 – продукт распада радия-226, который в свою очередь образуется при распаде урана-238. В составе природного калия калий-40 составляет небольшую долю (0,01%) и присутствует совместно с нерадиоактивными изотопами калий-39 (93,08%) и калий-41 (6,91%).Установлено, что калий усваивается любым организмом без изменения изотопного состава. Из почвы калий-40 поступает через корневую систему растений в организм животных и человека. Особенно интенсивно калий-40 усваивается фасолью (229 Бк/кг), картофелем (174 Бк/кг), орехами (210 Бк/кг), клюквой (355 Бк/кг). Средняя концентрация калия-40 в различных органах и тканях человека 20-120 Бк/кг. Радон и продукты его распада – основные источники, формирующие естественную радиоактивность низших слоев атмосферы. Радон-222 – тяжелый инертный газ с периодом полураспада 3,82 суток. Внешнее облучение от радона несущественно. Альфа-частицы, которые он излучает полностью задерживаются одеждой. Опасен радон при длительном вдыхании. Попадая в организм, радон не включается в обмен веществ, но сильно ионизирует ткани легких, что может привести к серьезным последствиям (Ядерная энциклопедия, 1996). 
(more…)

Ядерные излучения способны выбивать электроны из электронной оболочки атомов, которые встречаются на их пути. Поэтому они называются ионизирующими. В ионизации и возбуждении атомов и молекул и заключается опасность радиационного воздействия на органическую ткань. Степень опасности радиационного воздействия зависит от типа излучения, от величины энергии излучения, периода полураспада и от того, какую часть энергии излучение передаст тканям организма. Причем чисто физическое воздействие радиации часто не обязательно равно биологическому воздействию. Различные типы излучения могут действовать биологически различно при одной и той же физической (или поглощенной) дозе. Альфа-частицы примерно в 20 раз, нейтроны в 10 раз биологически эффективнее, чем гамма-излучение. Для гамма и бета-излучений физическое воздействие примерно равно биологическому.

Регистрация радиоактивного излучения производится по эффектам его воздействия на вещество. Основными методами регистрации являются: Ионизационные метод, основанный на измерении степени ионизации газов, либо по образованию электронно-дырочных пар в твердых телах. Люминесцентный метод обусловлен возникновением свечения под влиянием какого-либо воздействия. Возникновение и интенсивность свечения обусловлены накоплением энергии при взаимодействии излучения с веществом. Оптический метод реализуется на эффекте изменения оптических свойств материалов под воздействием радиоактивного излучения. Фотографический метод, самый первый метод, который позволил Беккерелю открыть явление радиоактивности. Основан на воздействии радиоактивного излучения на фоточувствительные материалы. Калориметрический метод измерения радиоактивности основан на измерении тепла, выделяемого при радиоактивном распаде или при взаимодействии излучения с веществом. Химические методы основаны на изменении химического состава жидкостей или газов при взаимодействии с радиоактивным излучением. Количественные и качественные характеристики радиоактивного излучения, основанные на тех или иных методах регистрации, измеряются радиометрами, дозиметрами, спектрометрами и спектрометрическими комплексами. Радиометрические, дозиметрические и спектрометрические устройства характеризуются определенными метрологическими параметрами, которые необходимо учитывать. Аппаратура для измерения радиоактивного излучения и измерения радиоактивных веществ проходит постоянные периодические поверки, при которых она эталонируется по государственным стандартам и образцам-источникам. Для радиационного контроля населением предназначены бытовые приборы радиационного контроля (смотри «Бытовые приборы радиационного контроля» А.В. Зайнишев, Э.И. Порецкая, Челябинск, 1994).