Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии
Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.
Раздел 2. Источники ионизирующих излучений и загрязнений окружающей среды радиоактивными веществами
2.2. Естественные источники ионизирующего излучения
2.2.1. Космическое излучение
Различают
первичное и вторичное космическое излучение. Первичные космические лучи представляют
собой поток частиц высоких энергий, приходящих на Землю из космоса и
возникающих в процессе термоядерных реакций в недрах Солнца и звезд. Первичное космическое излучение состоит из протонов – 92%, альфа-частиц – 7%, ядер
атомов лития, бериллия, углерода, азота и кислорода и др. Кроме того в состав космического излучения входят
электроны, позитроны, гамма-кванты и нейтрино.
При резком увеличении солнечной активности
возможно нарастание космического излучения на 4-100%. Лишь немногие первичные
космические лучи достигают поверхности Земли, так как они взаимодействуют с
атомами воздуха, рождая потоки частиц вторичного космического излучения. На орбите Земли скорость космических частиц примерно равна
300 км/с, т.е. около 0,001 с (где с – скорость света). Плотность космических
частиц на орбите Земли зависит от интенсивности термоядерных реакций на Солнце.
В спокойные периоды деятельности Солнца плотность первичных космических частиц
на орбите Земли на высоте 50 км от ее поверхности равна 1-2 част./см2×с. В периоды усиления активности Солнца
количество их может достигать 100 част./см2×с.
Первичные
космические частицы, обладая огромной энергией (в среднем 10 ГэВ) и
скоростью, взаимодействуют с ядрами атомов,
составляющих атмосферу, и рождают вторичное излучение.
Вторичное космическое
излучение состоит из электронов,
нейтронов, мезонов и фотонов; максимум его интенсивности находится на высоте
20-30 км, на уровне моря интенсивность излучения составляет около 0,05% от
первоначального.
Элементарные
частицы, составляющие вторичное космическое излучение, под действием
магнитного поля Земли образуют вокруг нее два радиационных пояса – внешний
и внутренний. На широте экватора внешний пояс расположен на расстоянии 20-60
тыс. км, а внутренний – на расстоянии 600-6000 км от поверхности Земли. На некоторых участках
внутренний пояс может опускаться на расстояние до 300 км от поверхности Земли.
Поскольку
среди элементарных частиц радиационных поясов преобладают электроны и
позитроны, то плотность частиц измеряется количеством электронно-позитронных
пар на квадратный сантиметр в секунду. Плотность потока частиц во внешнем и
внутреннем радиационных поясах равны соответственно 2107 и 1105
электрон/см2×с.
Заряженные частицы вторичного космического
излучения движутся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, которое является
для них ловушкой. В итоге в радиационных поясах нашей планеты потоки заряженных
частиц в сотни миллионов раз превышают потоки солнечного ветра в
космическом пространстве. На поверхность Земли попадает, главным образом,
вторичное космическое излучение, которое создает ионизацию компонентов
атмосферы. Интенсивность ионизации возрастает с увеличением высоты. На уровне
моря она минимальна, а на высоте 12-16 км достигает максимума. Ионизация, вызываемая космическими лучами, возрастает в направлении от экватора к полюсам,
что является следствием отклонения первично заряженных космических частиц
магнитным полем Земли.
У космических частиц есть так называемые мягкая
и жесткая компоненты (составные части). Мягкая компонента состоит из
электронов, позитронов и фотонов. По своей проникающей способности она близка к
гамма-излучению. Жесткая компонента состоит из мю-мезонов и нейтрино.
Жесткая компонента космического излучения обладает очень высокой
проникающей способностью. Мю-мезоны могут проникать в толщу литосферы до 3 км, а нейтрино пронизывают Землю насквозь, улетая далее в космос.
Космические лучи и ионизирующее излучение,
испускаемое природными радиоактивными веществами, содержащимися в воде, почве и
горных породах, образуют фоновое излучение, к которому адаптирована ныне
существующая биота. Выдающийся русский радиобиолог А.М. Кузин полагает, что
атомная радиация природного радиоактивного фона явилась одним из главных
факторов происхождения жизни на Земле и необходима для нормального
существования современных живых организмов (Кузин, 2002).
Обычно интенсивность гамма-излучения на высоте 1 метр от поверхности Земли колеблется от 10 до 15 мкР/ч, иногда достигая 25 мкР/ч. В разных
частях биосферы естественный фон различается в 2-3 раза. Например, в горах на
высоте 3 км он в 3 раза выше, чем на уровне моря. Люди, живущие на уровне моря, получают
в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу около 300 мкЗв
в год; для людей, живущих выше 2000 м
над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше. Еще более интенсивному
облучению подвергаются экипажи и пассажиры самолетов: при подъеме с высоты 4000 м до 12000 м
уровень облучения за счет космических лучей возрастает примерно в 25 раз,
продолжает расти при дальнейшем увеличении высоты до 20000 км и выше (высота полета сверхзвуковых реактивных
самолетов). Например, при перелете из Нью-Йорка в Париж пассажир получает дозу
около 50 мкЗв.
|