Уран, на якому тепер базується ядерна енергетика - широковживаний і сильно розсіяний у земній корі елемент. Середній вміст його в земній корі складає близько 3 х 10 4 %. У природі уран має три ізотопи: 238U (вміст 99,275%), 235U(0,72%) і 234U(0,0054). Усі ці ізотопи урану радіоактивні, довільно розпадаються з випромінюванням альфа-частинок.
Слід відзначити, що віт природного урану-238 міститься 54,8 г урану-234; 0,36 г радію-226; 2,35 х 10-6 г радону-222; 1,3 х 10-9 г полонію-218; 1,17 х 10-13 г полонію-214.
Опромінення людини всіма зазначеними природними РН може бути зовнішнім і внутрішнім.
Зовнішнє гамма-опромінення людини поза приміщеннями (будинками) зумовлене наявністю РН у різних природних середовищах (ґрунті, приземному повітрі, гідросфері і біосфері).
Основний внесок у дозу зовнішнього гамма-опромінення дають гамма-РН урано-радієвого і торієвого рядів і калій-40. При цьому головними джерелами зовнішнього гамма-опромінення в повітрі торієвої серії РН є торій-228 і радій-224, а в урановому ряду 99% дози визначається гамма-випромінюванням свинцю-214 і вісмуту-214.
Так, щорічна доза, яку отримує населення від РН, що знаходяться в зовнішньому середовищі, складає від 0,32 до 0,82 мЗв залежно від умов місцевості.
Середня щорічна еквівалентна доза зовнішнього опромінення для населення всієї земної кулі приймається рівною 0,65 мЗв. Якщо людина знаходиться в приміщенні, доза зовнішнього опромінення змінюється під впливом двох протилежно діючих чинників: екранування зовнішнього випромінювання будинком і випромінювання природних РН, що знаходяться в матеріалах, з яких збудовано будинок. Залежно від концентрації 40K, 226Rа, 232Thу різних будівельних матеріалах потужність дози в будинках значно змінюється.
Якщо за одиницю взяти такий матеріал, як дерево, то мешканці, що проживають у будинках з іншого будівельного матеріалу, одержують річну дозу:
- з вапняку - в 1,3 рази більшу;
- з бетону, цегли - в 3 рази;
- з пемзового каменю - в 10 разів;
- з граніту - в 10-12 разів.
При цьому потужність дози всередині будинків у всіх цих містах перевищує потужність дози поза приміщеннями на 16-46% , виняток складає Севастополь, де потужність цих доз практично однакова.
Пояснюється це просто: у гранітах урану в 2-3 рази, а торію - у 3-10 разів більше, ніж у вапняках.
Внутрішнє опромінення людини створюється РН, що потрапляють в організм разом із їжею, повітрям і водою. З них найбільш високий вклад в ефективну еквівалентну дозу вносять 40K,14С,87ЯЬ,210Ро,226Да, а також радон-222 і радон-220 (торон).
Найбільш вагомими з усіх природних джерел радіації є полоній-210 (8%), калій-40 (13%) і особливо радон-220 і 222 (близько 75%).
Радон надходить до організму при диханні разом з повітрям. Він є продуктом розпаду радію, який у свою чергу повсюди міститься в ґрунті, стінах будинків та інших об'єктах зовнішнього середовища.
Основна частина опромінення спричинена не самим радоном, а продуктами його розпаду.
Радон - це невидимий важкий газ, який не має ні смаку, ні запаху (у 7,5 разів важчий за повітря). При розпаді випромінює альфа-частинки. Радон вивільняється із земної кори повсюди. Концентрація його в закритих приміщеннях звичайно у вісім раз вища, ніж на вулиці, а на верхніх поверхах нижча, ніж на першому.
Джерелами надходження радону є будівельні матеріали, вода і природний газ.
При кип'ятінні радон випаровується, у сирій воді його набагато більше. Основну небезпеку викликає його попадання в легені з водяною парою. Найчастіше це відбувається у ванній кімнаті, коли людина приймає гарячий душ.
Під землею радон змішується з природним газом, який потім використовується в побутових газових плитах, і таким чином попадає в приміщення. Концентрація його значно збільшується за відсутності надійних витяжних систем.
За даними наукового комітету з атомної енергетики ООН, концентрація радону разом з продуктами його розпаду всередині будинків приблизно у 25 разів перевищує середній рівень у зовнішньому повітрі.
Радон, потрапляючи в організм, відразу ж уражає залози внутрішньої секреції, гіпофіз, кору надниркових залоз. Це викликає задишку, серцебиття, мігрень, тривожний стан, безсоння. Іноді розвиваються злоякісні пухлини в легенях, печінці, селезінці.
Український науковий центр радіаційної медицини стверджує, що близько 70-75% дози опромінення населення України від усіх джерел природної радіоактивності припадає на радон. Винним є Український щит - тектонічна структура, яка проходить з півночі на південь майже посередині України і займає близько 30% усієї території. Складається щит з гранітів та інших кристалічних порід, що характеризуються підвищеною радіоактивністю.
Підвищену радіоактивність мають сланці, фосфорити. Тому фосфорні (а також азотні і калієві) мінеральні добрива часто є носіями радіоактивного забруднення ґрунтів і ґрунтових вод. Високу радіоактивність мають кальцієво-силікатний шлак, фосфогіпс, доменний шлак, вугільний шлак.
Аномалії природного фону. На планеті є місця, де рівні радіаційного фону підвищені внаслідок значних покладів радіоактивних мінералів. Виявлено п'ять основних населених місць, які мають істотно збільшений природний рівень радіації через певний склад ґрунту і гірських порід. Це Бразилія, Франція, Індія, острів Німує (Тихий океан) і Єгипет.
У ряді місць Бразилії, головним чином у прибережних смугах, кожна з яких має довжину в кілька кілометрів і ширину в кілька сотень метрів, потужність випромінювання з ґрунту і скельних порід складає 5 мЗв х рік-1.
Аномальні райони в Україні - Хмельник, Миронівка, Жовті Води, а також Дніпропетровська, Кіровоградська і Миколаївська області, де знаходяться рудники з видобування урану. У цих місцях рівні природного фону в десятки і сотні разів більші, ніж на іншій території.
У цілому, за даними спеціального наукового комітету ООН, середня еквівалентна доза опромінення населення в промислово розвинених країнах земної кулі за рахунок природних джерел випромінювання складає 2,5 - 3,0 мЗв х рік-1.
У табл. 1.1 наведено сумарну середньорічну ефективну дозу від природних джерел випромінювання.
Таблиця 1.1
Середньорічний фон природної радіації (Константінов М.П.)
| Джерела випромінювання | Ефективна еквівалентна доза, мЗв | ||
| Зовнішнє опромінення | Внутрішнє опромінення | сумарна доза | |
| Космічне випромінювання | 0,5 | - | 0,5 |
| Космогенні радіонукліди | - | 0,015 | 0,015 |
| Природні радіонукліди: | |||
| Радон-220, 222 | - | 1,22 | 1,22 |
| Радій - 226, 228 | - | 0,02 | 0,02 |
| Полоній - 210 | - | 0,13 | 0,13 |
| Калій - 40 | 0,12 | 0,18 | 0,3 |
| Інші РН | 0,53 | 0,035 | 0,565 |
| Разом | 1,15 | 1,6 | 2,75 |
Слід зазначити, що діти до 10 років через вікові особливості організму одержують дозу в 1,5 рази більшу внаслідок надходження в організм продуктів розпаду радону з повітрям, оскільки частота дихання в дітей більша.
Біологічні процеси, супутні утворенню ґрунтів, істотно впливають на накопичування в них PP. Концентрація природних РН у природі змінюється в широких межах.
У табл. 2.1. дана характеристика основних довгоіснуючих природних РН, що знаходяться в земній корі і об'єктах зовнішнього середовища з моменту утворення Землі.
Таблиця 2.1
Концентрація природних РН у земній корі (Константінов М.П.)
| Радіону-клід | T1/2, років | Вид і енергія випромінювання, МеВ | Концентрація, рН у ґрунті, г/г |
| 14С | 5,5 х 103 | β 0,165 (100%) | 1х10-4 |
| 40К | 1,3 х 109 | β 1,32 (88%)γ 1,46 (12%) | 2х10-3 |
| 87Rb | 4,8 х 1010 | β 0,27 (100%) | 3х10-4 |
| 226Ra | 1,62 *х 103 | α 4,76 (92%)α 4,59 (4%)γ 0,187 (4%) | 1 х 10-12 |
| 232Th | 1,41 х 1010 | α 4,01 (76%)γ 0,59 (24%) | 1 х 10-5 |
| 235U | 7,1 х 108 | α 4,18 (33%)γ 0,185 (55%)γ0,43 (12%) | 7 х 10-9 |
| 238U | 4,51 х 109 | α 4,19 (77%)γ 0,05 (23%) | 5 х 10-6 |
У земній корі, наприклад, з усіх РР найбільше міститься калію (2,5%), тоді як вміст урану і торію в десятки і сотні (урану-238 - 3 • 10-4%), а радію - у мільйон разів менше порівняно з вмістом радіоактивного калію.
Значною є різниця концентрації РН у ґрунтах різних типів. Концентрація РН у ґрунтах різних типів і відповідні потужності поглинутої дози (ППД) у повітрі на висоті 1 м від поверхні землі наведені в табл. 2.2.
РН, що потрапляють в атмосферу, врешті-решт концентруються в ґрунті. Через декілька років після випадання на земну поверхню надходження РН у рослини з ґрунту є основним шляхом надходження їх у їжу людини і корм тварин.
Як показала аварія на ЧАЕС, уже на другий рік після випадання основний шлях попадання РН у харчові ланцюги - надходження РН з ґрунту в рослини.
Поглинання ґрунтами РН перешкоджає їх пересуванню по профілю ґрунтів, проникненню в ґрунтові води. Так, на цілинних ділянках, природних луках і пасовищах РН затримуються у верхньому шарі (0-5 см). Після оброблення ґрунту РН знаходяться переважно в орному шарі.