Радиоактивность окружающей среды

Наш мир радиоактивен. Радиоактивные ядра находятся в атмосфере, почве, горных породах, воде и так далее. Все это радиоактивность естественного происхождения. Радиоактивные элементы, которые присутствуют в природе, образовались вместе со всем остальным веществом Солнечной системы. Естественно, это долгоживущие элементы, их период полураспада сопоставим с возрастом Земли. Среди таких элементов наиболее важный - это уран, который присутствует на Земле в виде двух изотопов: 238 и 235. Еще один элемент - торий, тяжелый металл, который присутствует в виде изотопа-232. Следующий элемент - калий-40, который входит в естественный калий как добавка радиоактивного изотопа. Не считая этих основных радиоактивных элементов, существуют и другие, которые ученые определяют как стабильные: рубидий, лантан, индий. Даже стабильные элементы имеют слабую природную радиоактивность. Граница между стабильными и радиоактивными элементами условна, потому что это связано с ограниченными возможностями для измерения низких активностей. Границу проводят по периодам полураспада -1015 лет. Все, что больше, считается стабильным, потому что трудно зафиксировать радиоактивный распад.

На Земле, не считая изотопов урана и тория, присутствует много продуктовых распадов, которые имеют самые разные периоды полураспада - от миллисекунд до длинных. Их радиоактивность постоянно поддерживается за счет распада материнских радионуклидов. У нас образуется радиоактивное равновесие. Если упростить, то это можно представить в виде бытовой аналогии. Например, если мы откроем кран на кухне, то при конкретных условиях получится так, что скорость вытекания воды из крана уравновесится скоростью протекания ее в раковину. Тогда вода поддерживается на постоянной высоте. Такое квазистационарное состояние называется радиоактивным равновесием. Сколько образуется короткоживущего радионуклида, столько же его распадается за единицу времени. Во время равновесия активность дочернего радионуклида будет равна активности материнского. Но равновесие установится при одном условии: период полураспада дочернего радионуклида должен быть многократно короче, чем период полураспада материнского. Поскольку уран и торий - долгоживущие радионуклиды, то равновесие может установиться между всеми членами радиоактивных семейств. Из-за этого в урановых минералах всегда присутствует радий и другие радиоактивные изотопы с разной активностью. Благодаря дополнительным изотопам урановые минералы радиоактивнее, чем элементный уран. Это впервые обнаружила Мария Кюри, когда искала неизвестные элементы, такие как радий и полоний.

Количество урана и тория в природе достаточно велико. Они окружают нас повсюду: в строительных материалах, морской воде, почве, продуктах питания. Мы все время живем в условиях радиационного фона. Этот фон достаточно существенный, но в этом нет катастрофы, поскольку он формируется не только за счет излучения радиоактивных элементов, но и за счет космического излучения. Единица измерения радиоактивности - беккерель, который соответствует одному распаду ядра в одну секунду. Нет установленных норм по содержанию радиоактивности в конкретных видах продуктов питания. Строгая норма существует в питьевой воде: 0,1 беккереля на литр по альфа-излучателям, 1 беккереля на литр по бета-излучателям. Эти показатели коррелируют с дозой, которую может получить человек, проживая на конкретной территории. Доза нормирована нашим законодательством и привязана к рекомендациям МАГАТЭ. Допустимые нормы зависят от статуса человека. Для населения норма - 1 миллизиверт в год. Для персонала - 20 миллизиверт, поскольку персонал работает с радиоактивностью, за что получает льготы, и находится под постоянным медицинским контролем. При компьютерной томографии или других ядерно-медицинских процедурах доза будет повышенной. Выбор остается за лечащим врачом, который решает, что сильнее: вред, который человек получит от облучения, или польза, которую он получит от медицинской процедуры.

В геологическом прошлом нашей планеты радиационный фон был выше, поскольку радиоактивность с течением времени уменьшается. В конце 1970-х годов на заводе во Франции, который занимался переработкой урана, обнаружили нехватку делящегося изотопа-235. Такие материалы подлежат строгому учету, поэтому его срочно начали искать. Считалось, что соотношение урана-235 и урана-238 всегда и везде на Земле одинаковое. Обнаружили, что из месторождения в Габоне, откуда брали эту руду, уран содержит изотопа-235 меньше, чем в других местах. Ученые стали искать причину этой нехватки и поняли, что 2 миллиарда лет назад в Габоне работал естественный ядерный реактор. Геохимические и геологические условия сложились таким образом, что происходило самоподдерживающееся деление урана. Содержание урана-235, который распадается быстрее, 2 миллиарда лет назад было выше и соответствовало ядерному топливу, использующемуся в современных реакторах чернобыльского типа. Мы не знаем, как естественные реакторы могли повлиять на зарождение жизни на Земле и эволюцию, тем более если их было больше одного, но это все дела далекого прошлого.

Радиоактивность в нашей среде обитания определяется радиоактивным благородным газом радоном-222, который является членом семейства урана-238. Период полураспада радона - 3,8 суток, за время которых образуется целый ряд короткоживущих альфа-, бета-, гамма-излучателей с короткими периодами полураспада. Это формирует радиоактивные аэрозоли, которыми мы дышим. Катастрофы в этом нет, кроме особых случаев. Радон представляет опасность для тех, кто работает под землей. Частота онкологических заболеваний у шахтеров, которые проводят время под землей и много дышат воздухом, содержащим радон, выше. Радон рассматривают как потенциальный инструмент для предсказания землетрясений. При возникновении тектонических подвижек глубоко под землей газы выделяются интенсивнее, и содержание радона в воздухе повышается. Ученые давно предпринимают попытки предсказывать землетрясения. Конкретных решений нет, но небольшие успехи имеются. Радон играет серьезную роль в процессах, связанных с атмосферным электричеством, поскольку это ионизация атмосферы и образование радиоактивных аэрозолей. Мы точно не знаем, но вполне возможно, что грозовая активность связана с содержанием радона в атмосфере. Радиоактивность воды обусловлена калием-40 и привязана к солености воды. В морской воде основной радиоактивный компонент - калий-40. Когда бета-частицы калия-40 движутся в воде, они вызывают свечение за счет эффекта Черенкова. Этот процесс является одним из источников света в океанических глубинах. Еще на глубине происходит биолюминесценция.

Кроме естественной радиоактивности существует техногенное изменение фона, поскольку человек уже на протяжении 70 лет воздействует на окружающую среду за счет многочисленных ядерных взрывов, которые проводились в 1950-х - начале 1960-х годов. В этот период в атмосферу поступило огромное количество искусственных радионуклидов. С течением времени они распределились по поверхности планеты, создавая глобальное выпадение. Не считая глобального загрязнения земного шара, происходило локальное загрязнение, которое связано с полигонами для проведения этих взрывов - территориями предприятий, где производилась переработка облученного ядерного топлива, из которого выделяли плутоний боеприпасов. Такие предприятия служили источниками загрязнения окружающей среды. Например, наше предприятие - «Маяк» в Челябинской области. В Западной Европе - предприятие «Селлафилд» в Британии, которое традиционно сливает жидкие радиоактивные отходы в Ирландское море уже на протяжении многих десятилетий, поэтому оно стало одной из самых загрязненных акваторий Мирового океана. Другие загрязненные акватории - Балтийское, Черное море.

На сегодня техногенная радиоактивность - это не основной источник дозы, которую получает человек. Естественные источники преобладают над искусственными. Это касается регионов и социальных групп, где существуют некие естественные механизмы концентрирования радионуклидов. Например, известна история про жителей Заполярья, которые потребляют в пищу много оленьего мяса. Олени питаются мхами и лишайниками, являющимися идеальным коллектором для всего, что поступает из атмосферы, поэтому в организме оленеводов обнаружили содержание искусственного техногенного цезия-137 на три порядка выше, чем у людей, проживающих в том же регионе, но не связанных с этим ремеслом.