Электромагнитное воздействие

В настоящее время в связи с хозяйственной деятельностью человека уровень электромагнитного излучения антропогенного происхождения в десятки тысяч раз превысил естественный электромагнитный фон. За последние полвека только мощность радиоизлучения объектов гражданского назначения увеличилась более чем в 500 000 раз. По мнению экспертов Всемирной организации здравоохранения, уровень электромагнитного загрязнения окружающей среды выходит на уровень, сопоставимый с ее нынешним загрязнением химическими веществами. А при современных темпах роста количества и мощности источников электромагнитного излучения в самое ближайшее время может превзойти его. Сформировался новый существенный фактор окружающей среды — электромагнитные поля антропогенного происхождения.

Электромагнитное излучение — одно из наиболее сложных для нормирования видов вредных физических воздействий. Это связано, во-первых, с множеством возможных естественных и искусственных источников электромагнитного загрязнения и, во-вторых, с достаточно слабой изученностью природы явления и последствий воздействий на человеческий организм. Существует мнение, что электромагнитное загрязнение потенциально более опасно, чем радиационное.

Электромагнитное поле (ЭМП) — это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрическими заряженными частицами. ЭМП в вакууме характеризуется вектором напряженности электрического поля (В/м) и магнитной индукцией (Тл) или напряженностью магнитного поля (А/м), которые определяют силы, действующие со стороны поля на неподвижные и движущиеся заряженные частицы. Мы все находимся в естественном электромагнитном поле Земли (геомагнитном поле), интенсивность которого определяется солнечной активностью. Воздействие поля Земли на человека выражается в увеличении в период солнечной активности (или в «тяжелые» дни) количества сердечно-сосудистых заболеваний и в ухудшении самочувствия гипертоников.

В целом механизм воздействия на организм и его последствия изучены очень слабо. Результаты многочисленных исследований в нашей стране и за рубежом неоспоримо доказывают, что все живое чрезвычайно чувствительно к действию электромагнитных полей, а электромагнитное излучение служит причиной целого ряда заболеваний. По современным представлениям физиологическое воздействие обусловлено индуцированными токами в тканях организма. Величина индуцированного тока зависит от напряженности поля и продолжительности воздействия. При этом безопасный предел силы индуцированного тока составляет 5 мА. Под воздействием ЭМП в организме человека измерены потенциалы до 15 мВ. В окружающей среде формируются электростатические поля с потенциалом до 104 В и напряженностью поля до 106 В/м. Причина столь высоких значений кроется в большом количестве синтетических изоляционных материалов, введенных в обиход на производстве и в быту.

Отмечены поведенческие эффекты воздействия переменного поля на людей и животных. Существуют сведения о влиянии поля на центральную нервную систему человека. Есть данные о канцерогенном воздействии ЭМП особо низкой (до 300 Гц) частоты. В целом неблагоприятный диапазон частот для организма человека оценивается от 20 Гц до 60 кГц. У людей, работающих в ЭМП высоковольтных кабелей, в 5-8 раз возрастает вероятность заболевания лейкемией. У персонала, обслуживающего радары, в 3-12 раз увеличивается риск заболевание полицитемией (заболевание крови). Раковые клетки, подвергнутые облучению ЭМП частотой 60 Гц, растут в 6 раз быстрее. Также известно, что многие простейшие организмы очень чувствительны к изменениям ЭМП.

Максимальное электромагнитное излучение отмечается в городах, особенно вблизи аэропортов, промышленных предприятий, электрических подстанций, линий электропередач, средств и объектов телекоммуникаций. В последнее время наблюдается резкое увеличение количества и видов бытовой техники, оборудования и устройств (системы персональной радиосвязи, компьютеры и видеотехника, современная бытовая техника), эксплуатация которых сопровождается формированием интенсивного электромагнитного поля. Число случаев несоответствия результатов контроля ЭМП санитарно-гигиеническим нормативам в районе аэропортов составляет 12,8%, вблизи промышленных предприятий – 15,6%. В жилых и общественных зданиях городов значения этих показателей составляют соответственно 5,7 и 1,7% и постоянно растут. Электромагнитное излучение, традиционно рассматриваемое в санитарно-гигиеническом направлении ЭН, в настоящее время становится частью экосистемного.

В РФ нормы электромагнитного поля определены СанПиН 2.2.4.1191-03. Необходимо заметить, что в настоящее время нормирование электромагнитного излучения проводится по электрической и магнитной составляющей поля отдельно. Санитарные правила устанавливают на рабочих местах:

- временные допустимые уровни (ВДУ) ослабления геомагнитного поля (ГМП);

- ПДУ электростатического поля (ЭСП);

- ПДУ постоянного магнитного поля (ПМП);

- ПДУ электрического и магнитного полей промышленной частоты 50 Гц (ЭП и МП ПЧ);

- ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот 10 кГц - 30 кГц;

- ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот 30 кГц - 300 ГГц.

Необходимость контроля уровня естественного геомагнитного поля обусловлена результатами медицинских исследований, которые показывают, что ослабление поля негативно сказывается на здоровье человека. При длительной изоляции от внешнего ЭМП у человека развиваются разнообразные и глубокие функциональные нарушения: увеличивается время свертывания крови, изменяются ритмы сердца и другое. Такие условия могут возникать в специальных помещениях и технических средствах, конструктивные особенности которых влияют на геомагнитное поле. Сейчас установлен временный допустимый коэффициент ослабления интенсивности геомагнитного поля К_гмп. На рабочих местах персонала в течение смены он не должен превышать 2, т. е. ВДУ К_гмп £ 2.

Уровень ЭСП измеряют в единицах напряженности электрического поля (Е) в кВ/м. Предельно допустимый уровень напряженности электростатического поля (Е_пду) при воздействии в течение не более одного часа за смену устанавливается равным 60 кВ/м. При воздействии ЭСП более 1 часа Е_пду определяются по формуле:

Е_пду = 60 /

где t — время воздействия (час).

В диапазоне напряженности 20-60 кВ/м допустимое время пребывания персонала в ЭСП без средств защиты (t_доп) вычисляется по формуле

t_доп = (60 / Е_факт)²,

где Е_факт — измеренное значение напряженности ЭСП (кВ/м).

При напряженности ЭСП, превышающей 60 кВ/м, работа без применения средств защиты не допускается, а при напряженности менее 20 кВ/м время пребывания в электростатическом поле не регламентируется.

Оценка и нормирование ПМП дифференцирована для условий общего (на все тело) и локального (кисти рук, предплечье) воздействия и проводится по уровню магнитного поля в зависимости от времени его воздействия на работника в течение рабочей смены. Уровень ПМП оценивают в единицах напряженности магнитного поля (Н) в А/м или в единицах магнитной индукции (В) в мТл. ПДУ напряженности (индукции) ПМП на рабочих местах представлены в табл. 9.

Оценка электромагнитного поля промышленной частоты (50 Гц) осуществляется раздельно по напряженности электрического поля (Е) в кВ/м, напряженности магнитного поля (Н) в А/м или индукции магнитного поля (В) в мкТл. Нормирование электромагнитных полей 50 Гц на рабочих местах персонала проводится в зависимости от времени пребывания в электромагнитном поле.

Таблица 9. ПДУ постоянного магнитного поля

 

Время	Условия воздействия
воздействия	Общее	Локальное
за рабочий день, минуты	ПДУ напряжен-ности, кА/м	ПДУ магнитной индукции, мТл	ПДУ напряжен-ности, кА/м	ПДУ магнитной индукции, мТл
0-10
11-60
61-480

 

Предельно допустимый уровень напряженности электрического поля 50 Гц на рабочем месте в течение всей смены устанавливается равным 5 кВ/м. При напряженности в интервале от 5 до 20 кВ/м включительно допустимое время пребывания в ЭП (час) можно узнать по формуле:

Т = -2,

где Е - напряженность ЭП в контролируемой зоне, кВ/м;

Т - допустимое время пребывания в ЭП при соответствующем уровне напряженности, ч.

При напряженности свыше 20 и до 25 кВ/м допустимое время пребывания в ЭП составляет 10 мин. Пребывание в ЭП с напряженностью более 25 кВ/м без применения средств защиты не допускается.

Предельно допустимые уровни напряженности магнитного поля 50 Гц установлены для периодического и импульсного полей. Предельно допустимые уровни напряженности периодических (синусоидальных) МП устанавливаются для условий общего (на все тело) и локального (на конечности) воздействия (табл. 10).

Таблица 10. ПДУ воздействия периодического магнитного поля

Частотой 50 Гц

Время пребывания (час)	Допустимые уровни МП, Н [А/м] / В [мкТл] при воздействии
	общем	локальном
< 1	1600/2000	6400/8000
	800/1000	3200/4000
	400/500	1600/2000
	80/100	800/1000

 

При пребывании персонала в зонах с различной напряженностью (индукцией) магнитного поля общее время выполнения работ в этих зонах не должно превышать предельно допустимое для зоны с максимальной напряженностью.

Предельно допустимые уровни напряженности импульсного магнитного поля 50 Гц дифференцированы в зависимости от общей продолжительности воздействия за рабочую смену (Т) и характеристики импульсных режимов генерации. Установлено три режима по длительности импульса и паузы между импульсами: режим I – длительность импульса ³ 0,02 с, время паузы между импульсами £ 2 с; режим II – длительность импульса от 60 до 1 с, время паузы > 2 с; режим III – длительность импульса от 0,02 до 1 с, время паузы > 2 с;. В целом ПДУ меняется в диапазоне от 10000 А/м (режим III, время пребывания не более 1 часа) до 1400 А/м (режим I, время пребывания от 7,5 до 8 часов).

Предельно допустимый уровень электромагнитного поля в диапазоне частот 10–30 кГц осуществляется раздельно по напряженности электрического (В/м) и магнитного (А/м) полей в зависимости от времени воздействия. ПДУ напряженности электрического и магнитного поля при воздействии в течение всей смены составляет 500 В/м и 50 А/м, соответственно, при продолжительности воздействия до 2-х часов за смену — 1000 В/м и 100 А/м соответственно.

Оценка и нормирование электромагнитных полей диапазона частот от 30 кГц до 300 ГГц осуществляется по величине энергетической экспозиции (ЭЭ). Это значение зависит от напряженности электрического поля E (В/м), напряженности магнитного поля H (А/м) и времени воздействия за смену. Энергетическая нагрузка, создаваемая электрическим полем, определяется как:

ЭЭ_Е = Е ²× Т (В/м)²×ч;

энергетическая нагрузка, создаваемая магнитным полем, рассчитывается по формуле

ЭЭ_М = Н ²× Т (А/м)²×ч,

где T – время воздействия за смену.

Предельно допустимые значения напряженности электрического и магнитного полей определяются по установленным ПДУ энергетических нагрузок соответственно электрического и магнитного полей (табл. 11):

Е _ПД = ; Н _ПД = .

Одновременное воздействие электрического и магнитного полей допустимо, если выполняется условие

£ 1.

В диапазоне частот 300 мГц–300 гГц интенсивность электромагнитного поля характеризуется поверхностной плотностью потока энергии (ППЭ). Максимальное значение ППЭ не должно превышать 10 Вт/м², а конкретная величина зависит от энергетической нагрузки, времени пребывания в зоне воздействия и типа антенны.

 

Таблица 11. Предельно допустимые уровни (ПДУ) параметров электромагнитных полей диапазона частот от 30 кГц до 300 ГГц

 

Нормируемые	ПДУ, мГц
параметры	0,03–3,0	3,0–30	30–300	300-300000
Е ПД, В/м				-
Н ПД, А/м		-	-	-
ЭЭЕПД, (В/м)^2×ч				-
ЭЭМПД, (А/м)^2×ч		-	-	-
ЭЭППЭ, (мкВт/см^2)·ч	-	-	-

 

Другим объектом нормирования электрического поля в группе ЭМП промышленной частоты выступают высоковольтные линии электропередач (ЛЭП) напряжением не менее 330 кВ. Как правило, ЛЭП создают электрические поля напряженностью 2,5–5,5 кВ/м, электрические распределительные подстанции – 2,5–6,0 кВ/м. Для сравнения напряженность естественного ЭМП Земли составляет 1–10 мкВ/м. Установлено, что размер коридора ЛЭП, представляющего опасность для здоровья, достигает 60–90 м, где осью выступает линия электропередач. Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля в зоне воздействия высоковольтных линий равны:

1) внутри жилых помещений — 0,5 кВ/м;

2) на территории жилой застройки (селитебных территориях) — 1 кВ/м;

3) на территории населенных пунктов вне зоны жилой застройки — 5 кВ/м;

4) на участках пересечения линий с автомобильными дорогами — 10 кВ/м;

5) на незаселенной местности — 15 кВ/м;

6) на участках, запрещенных для посещения людей, — 20 кВ/м.

В настоящее время в связи со значительным ростом числа источников электромагнитных полей бытового назначения особую актуальность приобретает задача выявления наиболее значимых из них и разработки ПДУ приборов, используемых человеком в повседневной жизни (табл. 12). Так, в последние годы активно осуществляется нормирование систем сотовой радиосвязи (табл. 13). Таким образом, защита окружающей среды от электромагнитного загрязнения является обширной областью ЭН, где требуется проведение большого объема теоретических и экспериментальных исследований.

 

Таблица 12. Предельно допустимые уровни электромагнитного поля для потребительской продукции, являющейся источником ЭМП

Источник	Диапазон	Значение ПДУ: ЭП/МП	Примечание
Индукционные печи	20 - 22 кГц	500 В/м / 4 А/м	на расстоянии 0,3 м от корпуса
СВЧ печи	2,45 ГГц	10 мкВт/см^2	на расстоянии 0,50- 0,05 м от любой точки при нагрузке 1 литр воды
	5 Гц - 2 кГц	Епду = 25 В/м Впду = 250 нТл	расстояние 0,5 м вокруг монитора
Видеодисплейный терминал ПЭВМ	2 - 400 кГц	Епду = 2,5 В/м Впду = 25 нТл	ПЭВМ
	поверхностный электростатический потенциал	V = 500 В	расстояние 0,1 м от экрана монитора ПЭВМ
	50 Гц	Е = 500 В/м
	0,3 - 300 кГц	Е = 25 В/м
Прочая продукция	0,3 - 3 МГц	Е = 15 В/м	на расстояние 0,5 м
	3 - 30 МГц	Е = 10 В/м	от корпуса изделия
	30 - 300 МГц	Е = 3 В/м
	0,3 - 30 ГГц	ППЭ = 10 мкВт/см^2

 

Таблица 13. Временно допустимые уровни (ВДУ) воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой радиосвязи, непрофессиональное воздействие

Категория облучения	Величина ВДУ ЭМИ	Примечание
Облучение населения, проживающе-го на прилегающей селитебной тер-ритории, от антенн базовых станций	ППЭпд = 10 мкВт/см^2
Облучение пользователей радио-телефонов	ППЭпду = 100 мкВт/см^2	Измерения ППЭ следует про-изводить на расстоянии от ис-точника ЭМИ, соответствующего расположению головы человека, подвергающегося облучению

 

Контроль соблюдения требований по безопасности электромагнитного излучения на рабочих местах должен осуществляться:

- при проектировании, приемке в эксплуатацию, изменении конструкции источников ЭМП и технологического оборудования, их включающего;

- при организации новых рабочих мест;

- при аттестации рабочих мест;

- в порядке текущего надзора за действующими источниками ЭМП.

Периодичность контроля регламентирована 1 раз в 3 года.

Контроль степени ослабления геомагнитного поля должен проводиться на рабочих местах, размещенных:

- в экранированных помещениях (объектах) специального назначения;

- в помещениях (объектах), расположенных под землей (в том числе в метро, шахтах и др.);

- в помещениях (объектах), в конструкции которых используется большое количество металлических (железосодержащих) элементов;

- в наземных, водных, подводных и воздушных передвижных технических средствах любого назначения.

 

Радиационное воздействие

Радиоактивность в биосфере Земли вызвана естественными радиоактивными элементами, образовавшимися при формировании нашей планеты, космогенными элементами, поступающими из атмосферы, где они образуются постоянно в результате взаимодействия космического излучения с ядрами стабильных элементов, а также техногенными источниками излучения. При распаде радиоактивных элементов испускается излучение трех типов: a-частицы, b-частицы (электроны и позитроны), g- излучение.

Альфа-распад представляет собой выделение гелия с энергией 1,8-15 МэВ, распространяющегося с начальной скоростью около 20000 км/с. Происходит в результате ядерных реакций и является существенной частью первичных космических лучей. При движении он создает сильную ионизацию, в связи с чем энергия a-распада быстро рассеивается. В связи с этим проникающая способность a-частиц незначительна (длина пробега в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра). Альфа-распад неопасен для кожи, но представляет опасность для внутренних органов.

При b-распаде излучается электрон или позитрон. Энергия распада меняется в широких пределах: от 2,5 КэВ до десятков МэВ. В зависимости от энергии излучения b-частицы могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300000 км/с). Их заряд меньше, а скорость выше, чем у a-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега b-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см. Значительные дозы b-излучения могут вызвать лучевую болезнь.

Гамма-излучение – это электромагнитное излучение с длиной волны менее 5×10^-3 нм. Оно представлено фотонами с высокой энергией 10⁵ эВ. Излучение испускается при ядерных реакциях (при аннигиляции электрона и позитрона) и при ядерных переходах. Гамма-излучение не отклоняется магнитным и электрическим полями и обладает высокой проникающей способностью. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у b-частиц и тем более у a-частиц. Однако g-излучение имеет наибольшую проникающую способность и в воздухе может распространяться на сотни метров. Поэтому оно относится к важнейшим факторам поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении.

Рентгеновское излучение вызвано фотонами с энергией между ультрафиолетовым и g-излучением. Испускаются при участии электронов, т.е. при взаимодействии электронов или переходах с одного уровня электронной оболочки на другой. Энергия квантов рентгеновских лучей несколько меньше, чем гамма-излучения большинства радиоактивных изотопов, соответственно, несколько ниже их проникающая способность.

Кроме того, известно нейтронное излучение, образующееся при ядерном взрыве. Оно представляет собой поток нейтронов, скорость распространения которых достигает 20000 км/с. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, они проникают в ядра атомов и захватываются ими. При ядерном взрыве большая часть нейтронов выделяется за короткий промежуток времени, легко внедряясь в живую ткань. Поэтому нейтронное излучение оказывает сильное поражающее действие при внешнем облучении.

Таким образом, к ионизирующим излучениям относятся заряженные частицы (a и b). При прохождении через вещество они вызывают возбуждение и ионизацию атомов, образуя на пути своего движения пары ионов – отрицательно заряженные электроны и ионизированные атомы с положительным зарядом. Ионизирующее излучение, взаимодействуя с атомами вещества, быстро теряет свою энергию и относится к слабо проникающему. Неионизирующее (или слабоионизирующее) излучение представлено излучениями, лишенными электрического заряда (рентгеновские лучи, g-кванты, нейтроны). Сами по себе они не обладают способностью к ионизации и при прохождении через вещество проникают на большую глубину, являясь сильно проникающими излучениями.

Единица измерения количества радиоактивности — Беккерели (Бк). Один Бк соответствует одному ядерному превращению в 1 с. Используют также внесистемную единицу количества активности – кюри (Ки), соответствующую 3,7 ×10¹⁰ Бк. Активность радионуклидов в почвах, воде, донных осадках принято давать на единицу массы или объема (Бк/кг или Бк/л).

Степень воздействия источников ионизирующего излучения разных типов (a-, b-, g-излучение) определяется дозой излучения (экспозиционной и поглощенной), суть которой заключается в способности радиации производить ионизацию, т. е. передавать энергию тому объекту, с которым взаимодействует излучение. Экспозиционная доза — количество пар ионов, образующихся в 1 см³ воздуха. В системе СИ единицей экспозиционной дозы является один кулон на килограмм (Кл/кг), а внесистемной единицей – рентген (Р), 1Р = 2,58×10^–4 Кл/кг.

Для оценки опасности ядерных излучений необходимо знать количество энергии, поглощенной тканями облучаемого организма, или величину поглощенной дозы, единица измерения которой — Грей (Гр), что соответствует поглощению энергии излучения 1 Дж одним килограммом вещества.

Виды излучений, различающиеся величиной ионизирующей способности, неравноценны по радиобиологической эффективности. При одинаковой поглощенной дозе излучения (Гр), создающей при прохождении через ткани много пар ионов на единицу длины (a-частицы и нейтроны), вызывает гораздо больший эффект, чем другие виды излучений (b-, g-излучение и рентгеновское). Для учета различий введен коэффициент качества излучения и понятие эквивалентной поглощенной дозы (H _T,R), единица которой Зиверт (Зв), а внесистемная единица – бэр (1 бэр = 0,013 Зв):

H _{T, R} = W _R × D _{T, R},

где D _{T, R} — средняя поглощенная доза в органе или ткани T, а W _R — взвешивающий коэффициент для излучения R.

При воздействии излучения разных видов с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для излучения этих видов:

Для рентгеновского и g-излучения, а также для b-частиц коэффициент качества принимается равным 1, тогда как для нейтронов его значения варьируют в зависимости от энергии нейтронов от 2 до 12. Для a-частиц величина коэффициента составляет 20. Таким образом, эквивалентная доза (Зв) равна дозе (Гр), умноженной на коэффициент качества.

В нормировании радиационного воздействия используется понятие эффективной дозы — величины, применяемой в качестве меры риска возникновения отдаленных последствий при облучении всего тела человека и отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Эффективная доза — это сумма произведений эквивалентной дозы в органах H _T на соответствующие взвешивающие коэффициенты для данных органов или тканей (табл. 14). Общая зависимость острых летальных доз от видовой принадлежности представителей живой природы определяется организацией вида. Чем более организован вид, тем меньшие дозы вызывают гибель его представителей. Для млекопитающих, например, летальные дозы составляют 2-12 Зв, для вирусов – 1-120×10⁴ Зв.

Таблица 14. Значения тканевых весовых множителей w_t для различных органов и тканей

 

Ткань или орган	wt	Ткань или орган	wt
Половые железы	0,20	Печень	0,05
Красный костный мозг	0,12	Пищевод	0,05
Толстый кишечник	0,12	Щитовидная железа	0,05
Легкие	0,12	Кожа	0,01
Желудок	0,12	Поверхность костей	0,01
Мочевой пузырь	0,05	Остальные органы	0,05
Молочные железы	0,05

 

К числу естественных источников излучения относятся космическое излучение и радиоактивные природные вещества. В почве, воде, воздухе, строительных и других материалах всегда рассеяны природные радионуклиды. Совместно с космическим излучением они создают радиоактивный природный фон на Земле. На уровне моря за счет космических лучей мощность дозы (т. е. величины дозы за единицу времени) составляет 1,15×10 ^{– 11} Гр/с (0,99 мкГр в сутки). Мощность дозы при облучении космическими лучами, которому подвергается человек, составляет за сутки 1,1 мкГр, за год — 0,4 мГр.

Таким образом, все население земного шара подвержено облучению от естественных источников при относительно постоянной интенсивности излучения с течением во времени. Однако оно может заметно меняться от места к месту. Вследствие вариабельности доз от естественных источников излучения индивидуальные дозы в некоторых слу­чаях в несколько раз превосходят средние значения. Осредненные данные по естественному излучению, опубликованные в качестве документа ООН, представлены в табл. 15.

Таблица 15. Годовая эффективная доза от различных источников радиационного излучения (НКДАР ООН, 1982)

Источник облучения	Годовая эффективная доза, мкЗв
	средняя	повышенная
Космическое излучение
Внешнее g-излучение окружающей среды
Радионуклиды, находящиеся в организме
Радон и продукты его распада		10 000
Всего (приблизительно)		17 000

 

Радиоактивные вещества природного происхождения делятся на три группы. В первую группу входят уран и торий с продуктами их распада, а также ⁴⁰К и ⁸⁷Rb. Ко второй группе относятся малораспространенные изотопы и изотопы с большим периодом полураспада: ⁴⁸Ca, ⁹⁶Zr, ¹¹³In, ¹²⁴Sn, ¹³⁰Te, ¹³⁸La, ¹⁵⁰Nb, ¹⁵²Sm, ¹⁷⁶Lu, ¹⁸⁰W, ¹⁸⁷Re, ²⁰⁹Bi. Третью группу составляют радиоактивные изотопы ¹⁴С, ³Н, ⁷Ве, ¹⁰Ве, непрерывно образующиеся под действием космического излучения.

Наиболее распространенным радиоактивным изотопом земной коры является ⁸⁷Rb, содержание которого значительно выше содержания урана, тория и особенно ⁴⁰К. Однако радиоактивность ⁴⁰К в земной коре превышает радиоактивность суммы всех других естественных радиоактивных элементов. Основной вклад во внешнее облучение вносят ⁴⁰K, ¹⁴C и ³H, которые активно вовлекаются в геохимический круговорот элементов и поступают во все компоненты биосферы. Изотоп ⁴⁰К широко рассеян в почвах и глинистых породах и прочно удерживается глинистыми минералами в результате сорбционного взаимодействия. Глины всегда богаче радиоактивными элементами, чем песчаные и известковые породы. Уран, торий и радий содержатся преимущественно в гранитах. В разных районах земной шара мощность дозы гамма-излучения различных горных пород изменяется от 0,26 до 11,50 мГр/год. В районах месторождений радиоактивных руд мощность дозы природного фона может составлять 0,12 – 0,70 Гр/год, что в 100 – 500 раз выше фонового уровня.

Санитарно-эпидемиологические службы уделяют большое внимание контролю потоков радона, особенно в зданиях и сооружениях. Это связано с тем, что в некоторых местах естественные флюиды радона выходят на поверхность и скапливаются в нижних этажах зданий и подвалах.

Хорошо известна естественная радиоактивность гранита. Если 1 см³ гранита полностью изолировать от окружающей среды, то через 1000 лет можно будет наблюдать слабое повышение температуры. За 100-200 тыс. лет повышение температуры будет очевидным, а через несколько десятков миллионов лет кубик расплавится. Это произойдет за счет радиоактивного распада главным образом ²³⁸U, ²³²Th и ⁴⁰K. На фоне других горных пород гранит выделяет много энергии: за 4,55 млрд лет существования нашей планеты 1 г гранита выделил 445500 кал, а 1 г земного вещества (средний состав горных пород на поверхности) лишь 227,5 кал.

Средние мощности дозы облучения, вызванного природными источниками, для организмов различных таксономических групп составляют: для человека 2 мЗв/год, растений 15 – 20, фитопланктона — 10, моллюсков — 1 мЗв/год. В компонентах окружающей среды природа радиоактивности обусловлена следующими факторами. Радиоактивность воды зависит от содержания растворимых комплексных соединений урана, тория и радия, поступающих с почвенными растворами, а также газообразных продуктов их радиоактивных превращений, например радона. Концентрация радиоактивных элементов в реках меньше, чем в озерах, морях или океанах. Содержание их в пресноводных водах определяется типом горных пород, рельефом, климатическими факторами и т. д. Обогащены радиоактивными элементами минеральные воды. Так, например, в минеральных водах Кавказа активность радия составляет 277,5 Бк/л, радона — 962 Бк/л. Активность ⁴⁰К в водах рек и озер в среднем соответственно 0,274 и 0,481 Бк/л.

Радиоактивность атмосферного воздуха зависит от содержания в нем газообразных соединений (Rn, ¹⁴С, ³H) или аэрозолей (⁴⁰К, U, Ra и др.). Суммарная радиоактивность воздуха зависит от особенностей местообитания, времени года, погодных условий, состояния магнитного поля Земли и изменяется в широких пределах — от 7,4 ×10 ^{– 4} до 1,63 ×10 ^{– 2} Бк/л. Из естественных радиоактивных веществ, содержащихся в растениях, наибольшая активность свойственна ⁴⁰К и составляет 44,4-370,0 Бк/кг. В тканях животных содержание ⁴⁰К меньше, чем в тканях растений.

Радионуклиды искусственного (техногенного) происхождения образуются в результате использования человеком атомной энергии, источников излучения, испытания и применения ядерного оружия, применение ядерного синтеза с помощью специальных установок и т. д. Загрязнение экосистем радионуклидами возникает в районах добычи и переработки ядерного сырья, вблизи производств, где используют ядерное топливо, и АЭС при аварийных выбросах. Из техногенных в настоящее время глобальный характер носит радиоактивное загрязнение природной среды вследствие мед­ленного выведения из стратосферы продуктов испытаний ядерного оружия, проводив­шихся в предыдущие десятилетия.

По данным Научного комитета по действию атомной радиации — международной организации, созданной под эгидой ООН в 1955 г., вклад в годовую эквивалентную дозу от искусственных источников радиации составляет около 20%. Сюда включены рентгеновские установки, использующиеся для диагностических целей в медицине — 20%; ядерные взрывы в атмосфере — 1%; атомная энергетика (в проектных условиях) — менее 0,1%.

Радиоактивные продукты при ядерных взрывах представлены осколками деления ²³⁵U и ²³⁹Pu, не прореагировавшими компонентами ядерного заряда и радионуклидами, образующимися при взаимодействии быстрых нейтронов деления с ядрами элементов оболочки бомбы, воздуха и грунта. Они поднимаются в атмосферу на высоту до 30 км, переносятся воздушными потоками, постепенно осаждаясь на почвенно-растительный покров и водную поверхность Мирового океана и внутренних водоемов. В зависимости от времени, истекшего с момента взрыва до поступления радионуклидов на поверхность Земли, радиоактивные выпадения могут быть локальными, промежуточными (тропосферными) и глобальными (стратосферными). В локальных выпадениях представлен весь спектр продуктов деления, за исключением очень короткоживущих. Тропосферные выпадения составляют элементы, период полувыведения которых из тропосферы исчисляется 20–30 днями, а их доля в общей активности оценивается как 5%. В глобальных выпадениях преобладают долгоживущие радионуклиды с периодом полураспада несколько месяцев и более. Среди них чаще встречаются ³H, ^14C, ⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr, ⁹⁶Zr, ¹⁰⁶Ru, ¹³⁷Cs, ¹⁴⁴Ce, ¹⁴⁷Pm, ²³⁵U, ²³⁹Pu и их дочерние продукты. В этом перечне наиболее опасны ¹⁴C, ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Они вовлекаются в биогенный круговорот элементов, накапливаясь в тканях растений и животных. В донных осадках фьордов архипелага Новая Земля, где долгое время проводились ядерные испытания, есть пятна со значениями активности до 60 000 Бк/кг. При этом фоновый уровень активности поверхностного слоя донных осадков Баренцева моря по ¹³⁷Cs в основном не превышает 10 Бк/кг, а по ^239,240Pu изменяется в диапазоне от 0,1 до 20 Бк/кг.

Техногенным источником радионуклидов в окружающей среде являются также радиоактивные отходы, включающие естественные радиоактивные элементы (продукты переработки урановых руд), продукты деления тяжелых ядер и нуклиды наведенной активности, образующиеся при взаимодействии нейтронов с ядрами стабильных элементов в активной зоне реактора или при переработке отработанного ядерного топлива. Отходы с относительно небольшой удельной активностью поступают в биосферу в результате сброса отходов в водоемы, захоронения в поверхностных горизонтах литосферы и выброса через вентиляционные заводские системы в атмосферу. Высокоактивные отходы хранятся в герметичных контейнерах или подлежат захоронению в глубоких слоях литосферы.

Значительные выбросы радионуклидов в атмосферу в газообразной форме или в виде твердых аэрозолей происходят при авариях реакторов. Наиболее крупные из них – на Чернобыльской АЭС (1986 г.) и Факусима-1 (2011). В первом случае было выброшено около 1,8·10¹⁸ Бк ¹³¹I; 8,5·10¹⁶ Бк ¹³⁷Cs; 1·10¹⁶ Бк ⁹⁰Sr; 3·10¹⁵ Бк ²³⁹Pu. Факусима-1 стала источником выбросов 1,5·10¹⁷ Бк ¹³¹I и 1,2·10¹⁶ Бк ¹³⁷Cs.

Много тяжелых естественных радиоактивных элементов поступает на поверхность почвенного и растительного покровов в составе золы, выбрасываемой в атмосферу тепловыми электростанциями при сжигании каменного угля. Содержание этих элементов в золе на порядок выше, чем в почвах.

Об относительном вкладе различных источников в дозу облучения организмов можно судить также по данным табл. 16. При оценке техногенного фактора роста радиоактивного фона большое значение имеет локальное распределение антропогенных дозовых нагрузок. Важнейшими радионуклидами, вызывающими глобальное загрязнение окружающей среды, в убывающем порядке являются: ¹⁴C, ¹³⁷Cs, ⁹⁵Zr, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce, ³H. Если рассматривать только наземные выпадения, то наибольший вклад в ожидаемую коллективную эффективную эквивалентную дозу дает ¹³⁷Cs.

Таблица 16. Средние дозы облучения населе<