Радиационный фон — это мера уровня ионизирующего излучения, присутствующего в окружающей среде в определённом месте, которое не связано с преднамеренным введением источников излучения.

Радиационный фон происходит от множества источников, как естественных, так и искусственных. К ним относятся как космическое излучение, так и радиоактивность окружающей среды от естественных радиоактивных материалов (таких как радон и радий), а также искусственное медицинское рентгеновское излучение, глобальные выпадения в результате испытаний ядерного оружия и радиационных аварий.

Определение Радиационный фон определяется Международным агентством по атомной энергии как «доза или мощность дозы (или наблюдаемая мера, связанная с дозой или мощностью дозы), относящаяся ко всем источникам, кроме указанного (-ых)». Таким образом, проводится различие между дозой, которая уже находится в обозначенном месте и определяется здесь как «фон», и дозой, полученной от преднамеренно введённого и указанного источника. Это важно, так как если измерения радиации производятся от указанного источника излучения, то существующий фон может повлиять на это измерение. Примером может служить измерение радиоактивного загрязнения на фоне гамма-излучения, которое может увеличить общие показания выше ожидаемых от одиночного загрязнения.

Однако, если источник излучения не указан как вызывающий подозрения, то измерение общей дозы облучения в определённом месте обычно называется радиационным фоном, и это обычно тот случай, когда мощность дозы, приходящей из окружающей среды, измеряется с экологическими целями.

Примеры мощности радиационного фона Радиационный фон зависит от места и времени. В таблице приведены примеры: + Среднее годовое воздействие ионизирующего излучения на человека в миллизивертах (мЗв) в год Источник излучения Мир США ЯпонияMinistry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology of Japan «Radiation in environment» retrieved 2011-6-29 РоссияИнформационный сборник: «Дозы облучения населения Российской Федерации в 2019 году ».- СПб.: НИИРГ имени проф. Рамзаева , 2020. 15-16 — 70 с. Замечание Вдыхание воздуха 1,26 2,28 0,40 2,0 В основном от радона, зависит от накопления газа в помещении Потребление еды и воды 0,29 0,28 0,40 0,17 (40K), 0,133 (пища), 0,038 (вода) (К-40, С-14 и др. ) Внешнее облучение от радионуклидов земного происхождения 0,48 0,21 0,40 0,67 Зависит от почвы и строительных материалов Космическое излучение 0,39 0,33 0,30 0,339 Зависит от высоты Промежуточный итог (естественный) 2,40 3.10 1,50 3,36 Значительные группы населения получают 10–20 мЗв Медицинское 0,60 3,00 2.30 0,62 <small>Мировое значение не включает лучевую терапию; значение для США — это в основном компьютерная томография и ядерная медицина. Потребительские товары — 0,13 — сигареты, авиаперелёты, стройматериалы и т. д. Атмосферные ядерные испытания 0,005 — 0,01 — Пик 0,11 мЗв в 1963 году и с тех пор снижается; уровень выше рядом с испытательными полигонами Профессиональное воздействие 0,005 0,005 0,01 <small>В среднем по миру только для рабочих 0,7 мЗв, в основном из-за радона в шахтах; США в основном за счёт медицинских и авиационных работников. Чернобыльская авария 0,002 — 0,01 0,006 (14 регионов) Пик 0,04 мЗв в 1986 году и с тех пор снижается; уровень выше рядом со станцией Ядерный топливный цикл 0,0002 0,001 До 0,02 мЗв возле объектов; не включает профессиональное облучение Другой — 0,003 Промышленность, безопасность, медицина, образование и исследования Промежуточный итог (искусственный) 0,6 3,14 2.33 Общее 3,00 6,24 3,83 3,98 миллизиверт в год

Естественный радиационный фон

Радиоактивные материалы встречаются повсюду в природе, откуда они естественным образом, присутствуя в почве, камнях, воде, воздухе и растительности, попадают в организм. В дополнение к этому внутреннему облучению люди также получают внешнее облучение от радиоактивных материалов, которые находятся вне человеческого тела, а также от космического излучения. Средняя во всем мире естественная доза для человека составляет около 2,4 мЗв в год. Это в четыре раза превышает средний мировой уровень искусственного облучения, который в 2008 г. составил около 0,6 мЗв в год. В некоторых развитых странах, таких как США и Япония, искусственное облучение в среднем больше естественного из-за более широкого доступа к медицинской визуализации. В Европе средняя экспозиция естественного фона по странам колеблется от менее 2 мЗв (200 мбэр ежегодно в Соединённом Королевстве) до более 7 мЗв (700 мбэр ежегодно для некоторых групп людей в Финляндии).

Воздействие радиации от естественных источников — неизбежная черта повседневной жизни как на работе, так и в общественных местах. Это облучение в большинстве случаев мало или совсем не беспокоит общество, но в определённых ситуациях необходимо учитывать введение мер по охране здоровья, например, при работе с урановыми и ториевыми рудами и другими радиоактивными материалами естественного происхождения (NORM). В последние годы Агентство уделяет этим ситуациям повышенное внимание»

Земные источники Земная радиация в приведённой выше таблице включает только источники, которые остаются внешними по отношению к человеческому телу. Основными радионуклидами, составляющими радиационный фон, являются калий, уран и торий, а также продукты их распада, например, радий и радон. Это очень радиоактивные вещества, встречающиеся в низких концентрациях, но имеющие большие значения в результате распада. Большинство этих источников уменьшается из-за радиоактивного распада с момента образования Земли, поскольку в настоящее время нет значительного внеземного источника этих веществ. Таким образом, нынешняя активность урана-238 на Земле составляет лишь половину от первоначальной из-за его периода полураспада 4,5 миллиарда лет, а калия-40 (период полураспада 1,25 миллиарда лет) составляет лишь около 8 % от первоначального. Однако за время существования людей количество радиации уменьшилось очень незначительно.

Многие изотопы с более коротким периодом полураспада (и, следовательно, более радиоактивные) присутствуют в земной среде из-за продолжающегося естественного образования. Примерами являются радий-226 (продукт распада тория-230 в цепи распада урана-238) и радон-222 (продукт распада радия- 226 в этой же цепи).

Торий и уран (и их изотопы) в основном подвергаются альфа- и бета-распаду, их нелегко обнаружить. Однако многие из продуктов распада являются сильными источниками гамма-излучения. Торий-232 обнаруживается через пик 239 кэВ от свинца-212; 511, 583 и 2614 кэВ пики от таллия-208; 911 и 969 кэВ пики от актиния-228. Уран-238 проявляется как 609, 1120 и 1764 кэВ пики висмута-214 (тот же пик для атмосферного радона). Калий-40 обнаруживается непосредственно через его 1461 кэВ гамма-пикGary W. Philips, David J. Nagel, Timothy Coffey — A Primer on the Detection of Nuclear and Radiological Weapons , Center for Technology and National Security Policy, National Defense University, May 2005.

Уровень радиации над морем и другими крупными водоемами, как правило, составляет примерно десятую часть земного фона. Прибрежные районы (и районы рядом с пресной водой) могут иметь дополнительный вклад за счет наносов.

Источники в воздухе Самым большим источником естественного радиационного фона является радон, содержащийся в воздухе — радиоактивный газ, исходящий из земли. Радон — продукт распада урана, который относительно часто встречается в земной коре, но больше концентрируется в рудоносных породах, разбросанных по всему миру. Радон просачивается из этих руд в атмосферу или в грунтовые воды или проникает в здания. Его можно вдохнуть в легкие вместе с продуктами его распада, где они будут оставаться в течение определённого периода времени после воздействия. Радон и его изотопы, родительские радионуклиды и продукты распада — все они составляют среднюю вдыхаемую дозу 1,26 мЗв/год (миллизиверт в год). Радон распределяется неравномерно, уровень газа меняется в зависимости от погоды, поэтому более высокие дозы наблюдаются во многих регионах мира, где он представляет значительную опасность для здоровья. Внутри зданий в Скандинавии, США, Иране и Чешской Республике были обнаружены концентрации, превышающие среднемировые значения в 500 раз.

Хотя радон встречается в природе, облучение этим газом может увеличиваться или уменьшаться в результате деятельности человека, особенно при строительстве домов. Негерметичный жилой пол или плохая вентиляция подвала в доме с хорошей изоляцией могут привести к накоплению радона внутри жилища, подвергая его жителей воздействию высоких концентраций. Повсеместное строительство хорошо изолированных и герметичных домов в северных промышленно развитых странах привело к тому, что радон стал основным источником фонового излучения в некоторых районах на севере Северной Америки и Европы. Герметизация подвала и вытяжная вентиляция снижают его воздействие. Некоторые строительные материалы, например, легкий бетон с квасцами, фосфогипсом и итальянским туфом, могут выделять радон, если они содержат радий.

Радиационное облучение от радона не прямое. Радон имеет короткий период полураспада (4 дня) и распадается на другие твердые частицы радиоактивных нуклидов ряда радия. Эти радиоактивные частицы вдыхаются и остаются в лёгких, вызывая продолжительное воздействие. Таким образом, считается, что радон является второй по значимости причиной рака лёгких после курения, и только в США на него приходится от 15 000 до 22 000 смертей от рака в год. В основном атмосферный фон создается радоном и продуктами его распада. В гамма-спектре видны пики 609, 1120 и 1764 кэВ, принадлежащие висмуту-214 — продукту распада радона. Атмосферный фон сильно зависит от направления ветра и метеорологических условий. Радон также может выделяться из земли всплесками и затем образовывать «радоновые облака», способные преодолевать десятки километров. Однако обсуждение противоположных экспериментальных результатов всё ещё продолжается.

Около 100 000 Бк/м3 радона было обнаружено в подвале дома Стэнли Ватраса в 1984 году. Он и его соседи в Бойертауне, штат Пенсильвания, США могут быть рекордсменами по радиоактивности жилищ в мире.

По оценкам международных организаций по радиационной защите, ожидаемая доза может быть рассчитана путем умножения равновесной эквивалентной концентрации (EEC) радона на коэффициент от 8 до 9. и EEC изотопов радона в 40 раз.

Космическая радиация

Земля постоянно бомбардируется радиацией из космоса. Это излучение, в основном, состоит из положительно заряженных ионов — от протонов до изотопов железа и более крупных ядер, поступающих на Землю из-за пределов Солнечной системы. Это излучение взаимодействует с атомами в атмосфере, создавая воздушный поток вторичной радиации (широкий атмосферный ливень), включая рентгеновские лучи, мюоны, протоны, альфа-частицы, пионы, электроны и нейтроны. Непосредственная доза космического излучения, в основном, исходит от мюонов, нейтронов и электронов, и эта доза варьируется в разных частях мира в зависимости от геомагнитного поля и высоты. Например, город Денвер в США (на высоте 1650 метров) получает дозу космических лучей примерно вдвое больше, чем местность, расположенная на уровне моря. Космическое излучение гораздо более интенсивно в верхней тропосфере, около 10 км над уровнем моря, и поэтому вызывает особую озабоченность у экипажей авиакомпаний и пассажиров, которые часто совершают перелёты и проводят много часов в год на этой высоте. Во время полётов экипажи авиакомпаний обычно получают дополнительную производственную дозу радиации в пределах 2.2 мЗв (220 мбэр) в год и 2,19 мЗв/год согласно различным исследованиям.