Естественный радиационный фон — это ионизирующее излучение, которое непрерывно воздействует на человека и окружающую среду без участия технических источников радиации. Он формируется за счёт космических и земных источников, а также радиоактивных веществ, содержащихся в организме человека. Несмотря на низкие дозы, получаемые от этих источников, понимание их природы и вклада в общую радиационную нагрузку имеет ключевое значение в ядерной физике и радиационной гигиене.
Космическое излучение подразделяется на первичное и вторичное:
Интенсивность космического излучения зависит от:
Средний вклад космического излучения в годовую эффективную дозу составляет около 0,3–0,4 мЗв/год на уровне моря, но в горах и при авиаперелётах эта доза существенно возрастает.
Земная кора содержит природные радиоактивные элементы, в основном три радионуклида:
Эти элементы встречаются повсеместно, но их концентрация может значительно варьироваться в зависимости от геологического строения местности. Наиболее радиационно активными считаются гранитные и вулканические породы, тогда как осадочные и известняковые породы характеризуются меньшим радиационным фоном.
Излучение от природных радионуклидов земной коры включает:
Годовая эффективная доза от земных источников составляет 0,4–0,6 мЗв/год, однако в зонах с повышенной естественной радиоактивностью (ПЕР) она может достигать 10 мЗв/год и более.
Особое значение среди естественных радионуклидов имеет радон-222 — благородный газ, продукт распада радия-226. Он проникает в здания из почвы и строительных материалов, накапливаясь в плохо проветриваемых помещениях. Вдыхание радона и его дочерних продуктов распада (полоний-218, свинец-214 и др.) приводит к внутреннему облучению дыхательных путей, особенно α-излучением, обладающим высокой биологической эффективностью.
Радон является основным источником естественного облучения человека: по данным МАГАТЭ и ВОЗ, его вклад может составлять 1–3 мЗв/год, а в отдельных случаях превышать 10 мЗв/год.
Факторы, влияющие на уровень радона:
В ряде стран введены санитарные нормы предельно допустимых концентраций радона в жилых и производственных помещениях.
В организм человека постоянно поступают природные радионуклиды с пищей, водой и воздухом. Основными являются:
Суммарная эффективная доза от внутреннего облучения составляет около 0,3–0,5 мЗв/год, причём калий-40 даёт стабильный вклад, примерно 0,2 мЗв/год, в силу его естественного присутствия в тканях организма.
Равновесная концентрация калия-40 в теле взрослого человека составляет порядка 4 000–5 000 Бк, что соответствует примерно 0,017 мЗв/год на 1 кг массы тела.
Уровень естественного радиационного фона существенно варьируется:
Существуют зоны с повышенным природным фоном, где, несмотря на высокие уровни радиации, не наблюдается заметного роста онкологической или другой патологии. Это вызывает интерес с точки зрения радиобиологии и концепции адаптации к радиации.
Строительные материалы могут существенно повышать уровень фона в жилых помещениях. Особенно это касается:
Для оценки радиационной опасности материалов используется удельная эффективная активность (в Бк/кг), которая агрегирует вклад всех значимых радионуклидов. Нормы радиационной безопасности ограничивают применение материалов с удельной активностью выше установленных значений.
Радон также может накапливаться внутри помещений, что требует установки вентиляционных систем и мониторинга его концентрации.
Хотя уровень естественного облучения невелик, его неизбежность и постоянство делают его объектом пристального внимания радиационной медицины и ядерной физики. Он является базовой точкой отсчёта при оценке доз от техногенных источников и служит естественным фоном, относительно которого анализируются риски и устанавливаются санитарные нормы.
В исследованиях по радиационной биологии и эпидемиологии часто проводится сравнение между популяциями, подвергающимися различному естественному облучению, для анализа возможных последствий на здоровье.