Основы радиационной экологии (стр. 4 )

Лютеций. Известно несколько его изотопов, но радиоактивен толь­ко лютеций-176. Подобно калию, он распадается двумя путями: бета-распадом и К-захватом. Максимальная энергия бета-лучей около 0,4 МэВ. Гамма-излучение обладает энергией 0,270 МэВ.

Рений. Радиоактивным является изотоп рений-187, доля которо­го в природном рении составляет 63%. Испускает бета-лучи с энер­гией 0,04 МэВ.

Особое место среди природных радиоизотопов занимает угле­род. Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов, сре­ди которых преобладает углерод,89%). Остальная часть почти целиком приходится на изотоп углерод-14 (1,11%).

Помимо стабильных изотопов углерода известны еще пять ра­диоактивных. Четыре из них (углерод-10, углерод-11, углерод-15 и углерод-16) характеризуются весьма малыми периодами полураспа­да (секунды и доли секунды). Пятый радиоизотоп, углерод-14, имеет период полураспада 5730 лет.

В природе концентрация углерода-14 крайне мала. Например, в современных растениях один атом этого изотопа приходится на 109 атомов углерода-12 и углерода-13. Однако с появлением атомного оружия и ядерной техники углерод-14 получается искусственно при взаимодействии медленных нейтронов с азотом атмосферы, поэто­му количество его постоянно растет.

Наиболее весомыми из всех естественных источников радиации
является невидимый, не имеющий запаха и вкуса, тяжелый (в 7,5 раза тяжелее воздуха) газ радон, который вместе с другими дочерними продуктами распада ответственен за 75% годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением от земных источников радиации и за 50% дозы от всех естественных источников радиации. Радон в виде 222Rn и 220Rn выделяется из земной коры повсеместно, но основную дозу человек получает находясь в закрытом, непроветриваемом помещении (уровень радиации выше в 8 раз, чем в наружном воздухе) за счет следующих источников: поступление из почвы, фундамента, перекрытия; высвобождение из строительных материалов жилых помещений составляет 60 кБк/сут., из наружного воздуха проникает 10 кБк/сут., высвобождается из воды, используемой в бытовых целях – 4 кБк/сут., выделяется из природного газа при его сгорании – 3 кБк/сут.

Больших концентраций радон достигает в помещениях, если дом стоит на грунте с повышенным содержанием радионуклидов или если при его строительстве использованы материалы с повышенной радиоактивностью.

Таблица 6 – Средняя удельная радиоактивность строительных материалов

Вид строительного материала	Удельная радиоактивность, Бк/кг
Дерево Природный гипс Песокигравий Портланд—цемент Кирпич Гранит Зольная пыль Глинозем Фосфогипс Кальций-силикатный шлак Отходы урановых обогатительных предприятий Шлак из доменной печи Известь Бетон из обычных матер. Бетон, содержащий глинистые сланцы (Швеция)	1,1 29 34 45 126-840 170 341 574 2140 4625 330 20-30 180-200 480

Примечание. В таблице представлены материалы НКДАР ООН, 1982 год.

По сведениям ученых Марийского государственного университета (, , 1997) наиболее высокой удельной активностью обладал каменноугольный шлак (Аэфф. =
= 437 Бк/кг), гранит. Более низкая удельная радиоктивность была у мрамора, керамического кирпича (Аэфф. = 335 Бк/кг), силикатного кирпича (Аэфф. = 856 Бк/кг), песка строительного (Аэфф. = 114 Бк/кг). Для бетона характерен достаточно большой диапазон вариации удельной радиоактивности.

В качестве других источников земной радиации следует назвать каменный уголь, фосфаты и фосфорные удобрения, водоемы и др.

В целом естественные источники ИИ ответственны примерно за 90% годовой эффективной эквивалентной дозы облучения, из этой дозы на долю земных источников приходится 5/6 частей (в основном за счет внутреннего облучения), на долю космических источников – 1/6 часть (в основном путем внешнего облучения).

2.2.2.1. Радиоактивность оболочек Земли

Первые наблюдения радиоактивности почв и горных пород были проведены в самом начале XX века. Последующие исследования по­казали, что все объекты географической оболочки обладают опреде­ленной радиоактивностью. Общее представление о порядке наибо­лее часто наблюдаемых величин естественной радиоактивности почв, растений, земной коры и гидросферы можно видеть в таблице 7.

Таблица 7 – Среднее содержание естественных радионуклидов в разных объектах географической оболочки Земли (по , )

Объекты	Элементы, мас. %
Уран	Торий	Радий
Земная кора	2,5´10-4	1,3´10-3	8,3´10-11
Почва	1´10-4	6´10-4	8´10-11
Морская вода	3´10-7	7´10-8	1´10-14
Пресная вода	2´10-8	2´10-9	1´10-15
Зола растений	5´10-5	5´10-5	2´10-11

2.2.2.2. Радиоактивность горных пород

О распределении радиоактивных элементов в толще земной коры и литосферы в целом, на глубинах недоступных непосредственному на­блюдению, можно судить только на основании косвенных фактов и об­щих представлений о строении Земли. В настоящее время наибольшим признанием пользуется концепция, согласно которой радиоактивность пород падает с глубиной, но все же остается измеримой до весьма зна­чительных глубин. Резко выраженное накопление радиоактивных эле­ментов в гранитном слое континентальной коры, установленное Стреттом еще в 1906 году, подтвердилось последующими исследованиями.

Средние значения концентраций радиоактивных элементов в горных породах приведены в таблице 8, а в таблице 9 дана удельная ак­тивность горных пород в отношении естественных радионуклидов по данным ВНИИФТРИ (1996). Из этих данных видна основная геохимическая закономерность уменьшения содержания радиоизотопов с увеличением основности магматических пород. Наибольшее содер­жание естественных радионуклидов наблюдается в изверженных по­родах кислого и щелочного состава, богатых калием. Основными но­сителями радиоактивных элементов в этих породах являются акцес­сорные минералы:

Таблица 8 – Распространеность радиоактивных элементов в горных породах,
мас. % (по )

Элемен-ты	Горные породы
метеориты (хондриты)	дуниты	базальты	граниты	осадочные породы: глины, сланцы	глубоко-водные илы
Уран	1,5´10-6	3´10-7	5´10-5	3,5´10-4	2,5´10-4	1,3´10-4
Торий	4´10-6	5´10-7	3´10-4	1,8´10-3	1,3´10-3	7´10-4

Таблица 9 – Удельная активность естественных радионуклидов в горных породах

Горные породы	Удельная активность, Бк/кг
Уран-238	Торий-232	Калий-40
Магматические:
Кислые	60	80	1000
Средние	20	30	700
Основные	10	10	240
Ультраосновные	0,4	25	150
Осадочные:
Известняки	30	7	90
Песчаники	19	10	370
Сланцы глинистые	44	45	700

циркон, монацит, ксенотим, ортит, апатит и сфен. Что касается главных породообразующих минералов, то установлено, что салические минералы (в первую очередь полевые шпаты) облада­ют в среднем в 3 раза большей радиоактивностью, чем фемические. Поэтому на практике существует эмпирическое правило: магматичес­кие породы светлых оттенков более радиоактивны, чем темные.

Наиболее высокой радиоактивностью среди осадочных пород обладают глинистые сланцы и глины. Содержание радионуклидов в них приближается к таковому в кислых изверженных породах – гра­нитах. На основании анализа многочисленных диаграмм гамма-ка­ротажа глубоких скважин и результатов лабораторного радиометри­ческого изучения большого количества образцов осадочных горных пород было выявлено, что среди них наименьшей радиоактивнос­тью обладают чистые химические и органические осадки (камен­ная соль, гипс, известняки, доломиты, кварцевые пески, кремнистые сланцы, яшмы). Морские осадки в целом более радиоактивны, чем континентальные.

2.2.2.3. Радиоактивность почв

Главным источником радиоактивных элементов в почвах сле­дует считать почвообразующие породы. Поэтому почвы, развитые на кислых магматических породах, относительно обогащены радио­активными элементами (ураном, радием, торием, калием), а почвы, образованные на основных и ультраосновных породах, бедны ими. Глинистые почвы почти везде богаче радиоизотопами, чем песча­нистые.

Почвы, как рыхлые образования, по вещественному составу близки к осадочным породам, поэтому они во многом подчиня­ются закономерностям распределения естественных радионук­лидов в отложениях этого генезиса. Тонкая коллоидная фракция почв, с которой связаны обменно-сорбционные процессы, обога­щена радиоактивными элементами по сравнению с более крупны­ми частицами. То же самое касается и органической составляю­щей почв. Однако прямой зависимости между радиоактивностью почв и количеством органического вещества в них не наблюдает­ся. В таблице 10 приведена удельная активность основных типов почв по данным ВНИИФТРИ (1996). По данным содер­жание радия в верхнем горизонте почв колеблется от 2,8 до 9,5×10-10%. Причем в большинстве почв наблюдается резкое смеще­ние радиоактивного равновесия между ураном и радием в сторо­ну последнего, что связано с выщелачиванием урана грунтовыми водами.

Таблица 10 – Удельная активность естественных радионуклидов в почвах

Основные типы почв	Удельная активность, Бк/кг
Уран-238	Торий-232	Калий-40
Сероземы	31	48	670
Серо-коричневые	28	41	700
Каштановые	27	37	550
Черноземы	22	36	410
Серые лесные	18	27	370
Дерново-подзолистые	15	22	300
Подзолистые	9	12	150
Торфяниcтые	6	6	90

Таким образом, радиоактивность почв в основном обусловлена природными радиоизотопами 40K и 87Rb. Радиоизтоп калий-40 накапливается в пищевых продуктах растительного и животного происхождения в разной степени (табл. 11).

Таблица 11 – Содержание 40К в пищевых продуктах

Продукт	мкг/кг	Продукт	мкг/кг
Хлеб ржаной	2420	Мясо говяжье	3380
Макароны	1300	Сало свиное	1690
Крупа гречневая	130	Рыба	2620
Рис	700	Фрукты сушеные	3000
Горох	9070	Картофель	4490
Мука пшеничная	860	Капуста	3300
Молоко парное	1430	Свекла	3530
Масло сливочное	140	Морковь	2870
Творог	3720	Лук	1510
Сыр	890	Шоколад	5630
		Какао	11110

Под влиянием испытаний ядерного оружия и техногенных фак­торов почвы повсеместно загрязнены искусственными радионук­лидами. Например, средняя плотность загрязнения верхних слоев почв северного полушария радиоактивным цезием составляет 0,12 Ки/км2.