Естественная радиоактивность воздуха

Она обусловлена наличием радионуклидов, возникающих в атмосфере в результате воздействия космического излучения, радиоактивных газов, поступающих из верхних слоев земной коры, и их дочерних продуктов, радионуклидов, в результате жизнедеятельности человека и т.д.

Радионуклиды под воздействием космического излучения обязаны своим происхождением вторичному космическому излучению, имеющему в своем составе нейтроны различных энергий. Большая часть нейтронов, взаимодействуя с ядрами азота воздуха, дает начало радиоактивному углероду - ¹⁴С. Следует отметить, что подобного рода процессы наблюдаются только на высоте свыше 9000 м над уровнем моря. В результате воздействия космического излучения на азот атмосферы на нашей планете ежегодно возникает около 10 кг ¹⁴С, а общее количество его в атмосфере планеты составляет примерно 80 т. Образующейся в верхних слоях атмосферы радиоактивный углерод, соединяясь с кислородом, дает двуокись углерода, которая включается в обычный для углерода цикл обмена его между атмосферой, гидросферой, почвой и органическим миром. За многовековой период радиоактивный углерод равномерно распределился в стабильных изотопах, и равновесная концентрация в смеси изотопов составляет примерно 0,3 Бк на 1 г. Это соответствует концентрации радиоактивного углерода в атмосферном воздухе, равной 4,8?10^-5 Бк/л.

Другим радиоактивным изотопом, возникающим под воздействием космического излучения, является тритий (³Н), образующийся главным образом по реакциям ¹⁴N (n, ³Н) ¹²С и ¹⁶O (р, ³Н) ¹⁴О. Вследствие тех же причин, которые привели к повсеместному распространению ¹⁴C, содержание трития в окружающей среде в целом постоянно и очень мало и достигает по отношению к стабильному водороду 10^-14.

Под воздействием космического излучения появляются также бериллий-7, бериллий-Ю, фосфор-32, сера-35 и другие радиоак- тивные элементы. Последние вносят в дозу фонового облучения человека еще меньший вклад по сравнению с тритием, поэтому гигиенического значения они не имеют.

К радиоактивным газам, которые поступают из верхних слоев земной поверхности, относятся эманации, возникающие при рас-

паде дочерних продуктов урана (²²²Rn), тория (²²⁰Rn) и актиния (²¹⁹Rn). Скорость образования эманации в породах зависит от содержания в них родоначальников радиоактивных рядов. Каждый из образующихся газообразных изотопов в той или иной степени диффундирует в атмосферный воздух. При этом, естественно, радон при всех прочих равных условиях имеет большую возможность выхода в атмосферу, чем торон и актинон, так как период полураспада его составляет 3,8 сут, тогда как период полураспада торона равен 54 с, а актинона - 3,9 с. Содержание эманаций в грунте увеличивается с глубиной и достигает постоянных величин на глубине 5 м. Скорость поступления радиоактивных эманации в атмосферный воздух зависит от ряда причин: диффузии почвенных газов в сторону убывающей концентрации, конвекционных потоков воздушных масс в результате нагревания земной поверхности за счет солнечной радиации, изменения барометрического давления, глубины промерзания почвы, толщины снегового покрова и пр.

Поступление эманации в воздух возрастает при снижении атмосферного давления и падает почти до 0 во время таяния снегов и образования льда. Отмечаются сезонные колебания в ходе поступления радона с минимумом зимой и максимумом летом.

В результате непрерывного поступления радиоактивных газов из грунта в атмосферу наибольшие концентрации их обнаруживают в приземном слое, с высотой их содержание уменьшается.

Содержание радона и торона в атмосферном воздухе в зависимости от высоты приведено ниже.

Содержание радона в атмосферном воздухе в зависимости от высоты над земной поверхностью

Содержание торона в атмосферном воздухе в зависимости от высоты над земной поверхностью

В воздухе районов, горные породы которых содержат повышенное количество радионуклидов, концентрации эманации уве- личены, и, наоборот, они уменьшаются над поверхностями, сложенными из обедненных радиоактивными изотопами материалов. Так, активность атмосферного воздуха над сушей по радону - в среднем 4,8?10^-3 Бк/л, над океаном вблизи берегов - 1,4?10^-3 Бк/л, а над океаном вдали от берегов - 3,5?10^-5 Бк/л. В атмосферном воздухе значительно меньше (в 10-100 раз) содержание торона, чем радона. Еще меньший вклад в суммарную активность воздуха вносит актинон, в результате короткой продолжительности его жизни и сравнительно малой распространенности материнского элемента - актиноурана.

Радиоактивные эманации при распаде дают начало коротко- и долгоживущим активным аэрозолям (изотопы полония, висмута и свинца). Данные ряда авторов свидетельствуют о том, что α-активность воздуха по короткоживущим продуктам эманации в среднем составляет (1,8-2,5)?10^-3 Бк/л, β-активность - 22,2?10^-3 Бк/л. Удельная активность долгоживущих продуктов распада радона меньше: над сушей по ²¹⁰Bi она составляет от 1,1?10^-7 до 14,8?10^-7 Бк/л, а по ²¹⁰Ро - (2,5-5,5)?10^-8 Бк/л.

Кроме радиоактивных аэрозолей, возникающих в результате распада эманации, в приземном слое атмосферы содержатся и другие радиоактивные частицы естественного происхождения: частицы, поднимаемые ветром с поверхности земли, и частицы, образующиеся при высыхании капелек морской воды. Так, по оценке Л.А. Перцова, общая масса аэрозолей, создаваемых всей экваторией мирового океана, составляет (5-7)?10⁷ т/год, а суммар- ная активность их по ⁴⁰К ориентировочно - 17 ПБк. Эти аэрозоли

содержат также торий и другие радиоактивные изотопы, однако в целом удельная активность воздуха за счет этой группы радио- активных аэрозолей незначительна. Следует также отметить, что в воздухе городов с интенсивным движением транспорта и развитой промышленностью радиоактивность пыли обусловлена калием, а радиоактивность дыма - изотопами калия и углерода. Наконец, наблюдениями последних лет было установлено, что относительное содержание углерода несколько снижено в атмосфере промышленных городов, чем сельских районов. Последнее объясняется тем, что в городах сжигается ископаемое топливо, в котором содержание радиоактивного углерода за счет его естественного распада меньше, чем в биосфере.

Содержание радионуклидов в природных водах

Содержание радионуклидов в природных водах зависит от условий их формирования. Все воды можно условно разделить на ме- теорные, подземные, воды открытых водоемов суши (реки и озера), а также воды морей и океанов. Радиоактивность каждой из указанных вод имеет свои, присущие данным водам особенности.

Метеорные воды обычно малоактивны и содержат следы ³Н,¹⁴С, ⁷Ве, возникающих в результате взаимодействия космического из- лучения с атомами и молекулами атмосферного воздуха, а также ⁴⁰К, ²³⁸U, входящих в состав растворимых солей, попадающих в атмосферу в связи с эоловой (ветровой) эрозией земной поверхности.

Радиоактивность подземных вод зависит от условий их нахождения. По характеру залегания подземные воды могут быть водами первого водоносного горизонта (их иногда называют грунтовыми водами), скапливающимися на первом от поверхности водоупорном слое, и водами межпластовыми, находящимися между водоупорными слоями в толще осадочных пород. На радиохимический состав подземной воды влияет количество растворимых радионуклидов, которые содержатся в составе грунта, омываемого этой водой. Кроме того, на концентрацию радиоактивных изотопов в воде первого водоносного горизонта оказывают влияние климатические и метеорологические условия. Так, радиоактивность этой воды по ⁴⁰К в Голодной степи достигает 207 Бк/л, в степях Ферганы - 36 Бк/л, а в Карелии - 8,5 Бк/л. В водах глубокозалегающих и

более минерализованных, чем поверхностные, имеет место пропорциональное увеличение удельной активности с нарастанием общей концентрации солей. Радиоактивность подземных вод в основном обусловлена присутствием ⁴⁰К, ²²⁶Ra и ²²²Rn. Наименьшей активностью обладают подземные воды в осадочных породах, их чаще всего используют для водоснабжения населения, так как они содержат урана в среднем 5?10^-6 г/л, радия 7,4?10^-2 Бк/л и радона 1,85 Бк/л. Воды кислых магматических пород, например, воды трещиноватых гранитов, имеют более высокую активность по указанным элементам и могут содержать повышенное коли- чество ²²⁶Ra - до 3,7 Бк/л - воды курортов Цхалтубо, Истису в Закавказье, ²²²Rn 48 Бк/л - воды курортов Белокурихи, Железно- водска и др.

Высокие концентрации радия и урана обнаруживают в межпластовых водах нефтеносных районов.

Радиоактивность воды открытых водоемов суши зависит от химического состава пород и климатических условий. Степень ра- диоактивности речной воды обусловлена типом питания рек - поверхностным или грунтовым, причем на тип питания в свою очередь влияют смена сезонов года и метеорологические факторы. Как правило, поверхностные воды (дождевые, ледниковые, снеговые) содержат относительно меньше радионуклидов, поэтому в период паводка радиоактивность речной воды понижена. В межень, в период питания рек, в основном за счет подземных вод, удельная активность воды повышается. В зимний период в воде рек, покрывающихся льдом, накапливаются радон и торон. Радиоактивность речной воды обусловлена в основном присутствием ⁴⁰К, ²²⁶Ra, причем содержание ⁴⁰К колеблется в пределах от 3,7?10^-2 до 0,6 Бк/л, урана - от 2?10^-8 до 510^-5 г/л, радия - от 9,2?10^-3 до 7,4?10^-2 Бк/л.

Радиоактивность воды озер зависит от активности воды притоков и питающих озера подземных вод. В северных районах активность воды озер близка к активности воды рек. В южных районах, где испарение воды из озер превышает сток из них, накапливаются соли и соответственно повышается активность воды. Так, удельная активность воды центральных областей Казахстана по ⁴⁰К повышается до 3,7 Бк/л и более, особенно высока радиоактивность воды в солевых озерах, где она достигает 370 Бк/л.

Воды морей и океанов в зависимости от гидрологических и климатических условий различны по солевому составу. Определенные

колебания выявляют и в составе радионуклидов. Активность морской и океанской воды по ⁴⁰К находится в пределах 11-18 Бк/л, по ²³⁸U - 2?10^-6 г/л, по ²²⁶Ra - (2,2-3,7)?10^-2 Бк/л.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: