Ochrona radiologiczna/Promieniowanie naturalne

Promieniowanie jonizujące nie jest wynalazkiem człowieka. Jest to naturalne zjawisko, występujące w przyrodzie i towarzyszące gatunkowi ludzkiemu od początku jego istnienia. Naturalne izotopy promieniotwórcze znajdują się w naszym otoczeniu i oddziaływają na nasze organizmy.

Źródłami narażenia człowieka na promieniowanie naturalne są promieniowanie kosmiczne, naturalne radionuklidy znajdujące się w skorupie ziemskiej, radon i jego pochodne, radionuklidy wchodzące w skład organizmów żywych oraz radionuklidy w produktach spożywczych.

W wyniku reakcji jądrowych spowodowanych promieniowaniem kosmicznym w postaci strumienia silnie zjonizowanych i obdarzonych ogromną energią cząstek elementarnych docierającym do atmosfery ziemskiej, powstają się w niej krótkożyciowe radionuklidy.

W wyniku reakcji jądrowych tworzą się cząstki elementarne o energiach rzędu dziesiątek i setek MeV, tzw. wtórne promieniowanie kosmiczne: protony, neutrony, mezony π, lekkie jądra (²H, ³H, ⁴He) oraz fotony.

Najważniejszym radionuklidem kosmogenicznym jest ¹⁴C, ze względu na jego stosunkowo znaczną zawartość w środowisku naturalnym i udział w procesie fotosyntezy.

Promieniowanie kosmiczne nie stanowi niebezpieczeństwa dla ludzi na powierzchni Ziemi.Za grupę ryzyka zawodowego (ale nie narażoną!) uznaje się natomiast personel latający towarzystw lotniczych. Grupę zawodowo narażoną stanowią kosmonauci uczestniczący w długich podróżach pozaziemskich.

Kolejnym źródłem promieniowania naturalnego są radionuklidy w skorupie ziemskiej, które przetrwały tam od czasu powstania planety. Ich okres połowicznego zaniku jest więc porównywalny z wiekiem Ziemi. Należą do nich ⁴⁰K, ⁸⁷Rb, ¹⁸⁷Re, ¹⁴⁷Sm i kilka innych jeszcze dłużej żyjących, które rozpadają się do nuklidów trwałych oraz długożyciowe izotopy uranu i toru: ²³⁸U, ²³⁵U i ²³²Th.

Radionuklidy uranu i toru są protoplastami całych rodzin krócej żyjących produktów ich rozpadu α oraz produktów rozpadów α i β kolejnych radionuklidów pochodnych. Wszystkie radionuklidy pochodne znajdują się w stanie wiekowej równowagi promieniotwórczej z radionuklidem macierzystym, tworząc tzw. szeregi promieniotwórcze.

Największe aktywności promieniotwórcze radionuklidów naturalnych na Ziemi, w górnej warstwie litosfery, występują w minerałach potasowych (⁴⁰K).

Poważniejsze zagrożenie dla człowieka stanowią radionuklidy alfa-promieniotwórcze występujące w złożach rud uranowych i torowych. Najpoważniejsze przypadki skażenia środowiska radionuklidami naturalnymi w wyniku działalności człowieka spowodowało wydobycie i przetwarzanie rud uranowych.

Jednym z produktów rozpadu, znajdującego się w szeregu promieniotwórczym ²³⁸U długożyciowego ²²⁶Ra jest alfapromieniotwórczy gaz szlachetny ²²²Rn (T_1/2 = 3,8 dnia). Uszkadza on strukturę chemiczną DNA komórek nabłonka dróg oddechowych przez wysokoenergetyczne promieniowanie α i β osadzających się na nich silnie radiotoksycznych krótkożyciowych produktów rozpadu radonu (polon, ołów, bizmut, tal, astat, rtęć). Duże dawki promieniowania mogą wywołać rozwój komórek nowotworowych, np. raka płuc.

Udział promieniowania radonu i produktów jego rozpadu w średniej dawce efektywnej wynosi od 40 do ponad 50% .

Izotopy promieniotwórcze stanowią naturalny składnik organizmów żywych. Średnia aktywność radionuklidów w ciele człowieka wynosi 8000 Bq. W organizmie człowieka znajduje się potas ⁴⁰K (4000-6000 Bq), węgiel ¹⁴C (ok. 3700 Bq) oraz tryt ³H (70 Bq), polon ²¹⁰Po (40 Bq), rubid ⁸⁷Rb (600 Bq), radon ²²⁶Ra (2 Bq) i inne. Aktywności są podane dla tzw. człowieka umownego o masie 70 kg.

Radionuklidy naturalne znajdują się również w produktach spożywczych i razem z nimi trafiają do organizmu człowieka.

Dawka skuteczna jaką otrzymuje mieszkaniec Polski w ciągu roku wynosi ok. 3,3 mSv, z czego 2,5 mSv to dawka pochodząca od narażenia naturalnego. Czynniki narażenia, będące wynikiem działalności prowadzonej przez człowieka, to radionuklidy stosowane w medycynie, radionuklidy będące pozostałością po awarii w Czarnobylu w 1986r. i wybuchach jądrowych w latach 50-tych i 60-tych oraz inne działalności i przedmioty codziennego użytku. Roczna dawka graniczna, określona w przepisach dla osoby nienarażonej zawodowo, pochodząca od czynników innych niż naturalne, wynosi 1 mSv.

Średnia dawka pochodząca od promieniowania naturalnego na powierzchni Ziemi wynosi 2,4 mSv. Jej wartości mierzone w różnych miejscach, mogą jednak w znacznym stopniu odbiegać od tej średniej. W Wielkiej Brytanii i Australii roczna dawka efektywna pochodząca od promieniowania naturalnego jest niższa od 2 mSv. W krajach skandynawskich większa niż 6 mSv, w niektórych rejonach Brazylii wynosi ok. 30 mSv, a w prowincji Ramsar w Iranie — 300 mSv.

Sposób kontroli i oceny narażenia osób z ogółu ludności został przedstawiony w rozdziale o kontroli narażenia na promieniowanie jonizujące.