На биосферу Земли непрерывно действует космическое излучение, а также потоки α- и β-частиц, γ-квантов в результате излучения различных радионуклидов, рассеянных в земной коре, воде подземных источников, реках, морях и океанах, в воздухе. Кроме того, радионуклиды входят в состав живых организмов. Совокупность излучений этих радиоактивных источников называется природным или естественным радиоактивным фоном.
Наиболее распространенные на Земле радионуклиды - это -20Rn, 222Rn и 40К, а также радионуклиды, составляющие ряды урана.
Радиационный фон Земли определяется в основном следующими природными источниками (в % указан вклад соответствующего источника в общий фон):
220Rn и 222Rn 50%
15%
космические лучи 15%
нуклиды ряда урана 20%
Изотоп радона 222Rn дает α-излучение 5,5 МэВ на нуклон, сопровождающееся испусканием γ-фотонов 0,5 МэВ. В массе стабильного 40К содержится 0,01% изотопа 40К, ядра которого распадаются с образованием 40Са, бета-излучения и гамма-квантов. Этот изотоп калия содержится в почве, удобрениях, а также в головном мозге, мышцах, селезенке и костном мозге.
Каково содержание изотопа 40К в организме человека? В организме человека содержится около 0,3 % К по отношению к его массе. Так у человека массой 70 кг содержится в организме около 210 г К и 0,021 г радионуклида 40К. Период полураспада 40К составляет 1,3 · 109 лет! Можно рассчитать, что в каждую секунду в нашем организме распадается 5 · 103 атомов 40К, а в сутки 430 · 106! Но это не представляет для нас не только никакой опасности, но и, по-видимому, является необходимым для развития организма, так как зарождение и развитие жизни на Земле в целом всегда сопровождалось этим
процессом.
Космические лучи возникают в результате межзвездных и галактических событий и активности Солнца. Космическое излучение состоит из потоков протонов высоких энергий, альфа-частиц, ядер некоторых элементов, потоков электронов, фотонов и нейтронов. Магнитное поле Земли отклоняет низкоэнергетические заряженные частицы. Частицы высоких энергий, взаимодействуя с атмосферой, образуют в результате ядерных реакций целую серию радионуклидов 3Н, 7Ве, 22Na и др. и потоки нейтронов и протонов. Образуются космические ливни, составляющие вторичное космическое излучение, проникающее в нижние слои атмосферы. На биосферу воздействует ионизирующий компонент вторичного космического излучения. Оно дает 1,9-2,5 ионизации / см3 за 1 с на уровне моря; в горах в 2-3 раза выше.
Диапазон эквивалентных доз для человека от природных источников, создающих радиактивный фон, мкЗв за год:
внешнее облучение; внутреннее облучение;
космические лучи - 300 40К - 180
40К -120 222Rn - 800
ряды238U и 232Th - 230 210Rn - 130.
Средняя мощность дозы облучения от всех источников природной радиации на гонады, гаверсовы костные каналы и костный мозг человека как наиболее чувствительные ткани к действию радиации составляет около 200 мбэр в год (2 мЗв в год).
Однако радиационный фон в зависимости от местоположения, времени года, наличия промышленных предприятий и др. может меняться в значительных пределах. Так, в городах мощность дозы фонового излучения составляет в среднем около 20 мкР/ час и может меняться в 2 и более раза в различных районах города.
Важно отметить, что природный радиоактивный фон, оказывая влияние на развитие жизни на Земле, является неотъемлемой частью сферы обитания человека. В условиях радиоактивного фона происходят такие процессы, как деление одноклеточных организмов и клеток, развитие эмбрионов насекомых, рост и развитие высших растений и животных.