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. 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. 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)

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

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)

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.

В. А. Книжников.