Естествената радиоактивност на атмосферния въздух се формира от 3 основни източника:

Естествените изотопи на радиоактивния благороден газ радон са 222Rn, 220 Rn (55.6s) и 219 Rn (3.96s) и принадлежат към радиоактивните семейства на урана (238U), тория (232Th) и актиния (235U). и имат собствени имена: актинон (с масово число 219), торон (220) и радон (222). Изотопът 222Rn, с най—дълъг период на полуразпадане (Т1/2 = 3,8229 дни) е открит през 1900 година от френския химик Ф. Дорн. Другите 2 радионуклида са с къси периоди на полуразпад 220 Rn (55.6s) и 219 Rn (3.96s) съответно.

Изотопите на радона постъпват в приземния въздух и дават начало на редица α- и β-разпадащи се радионуклиди. За илюстрация е показана схема на разпад на 222Rn

Схема на разпад на 222Rn. Изотопите с α- или преобладаващ α-разпад са отбелязани с червено, с β-разпад — в зелено.


Най-общо казано по-опасни за вътрешно облъчване на организма са α-радионуклидите като дъщерните на Радон-222: Полоний-218, Полоний-214, Полоний-210; Полоний-216, Полоний-212 — от разпадането на 220Rn. При β-разпада радионуклидите често излъчват и високоенергийно γ-лъчение, което води до по-значителен принос във външното облъчване на живите организми и формират най-динамичната компонента в естествения гама-фон. Радонът е благороден газ, но дъщерните му радионуклиди се свързват с аерозолните частици в атмосферата.

На открито концентрацията на радон и дъщерните му радионуклиди зависи от условията за еманация от почвата, от условията на вертикално смесване в атмосферния граничен слой (от порядъка на 1 км над повърхността), а така също и от условията за самоочистване на атмосферата (сухо и мокро отлагане). За САЩ се дават средногодишни концентрации на открито за Радон-222 от 5-9 Bq/m3. На закрито, в жилищни и работни помещения, при ограничена вентилация и повишена еманация от подове и стени се създават условия за по-високи концентрации. За северни страни като Норвегия и Финландия се дават средногодишни концентрации на радон в жилищни помещения от порядъка на 70-90 Bq/m3. За страните от средна и южна Европа по-типични са средногодишни концентрации на закрито от 20-50 Bq/m3.

Скоростта на еманация, дефинирана като скорост на пренос на активност на единица площ на границата почва-въздух може да се изрази функционално (UNSCEAR, 1982). Пресметнатата скорост на еманация при известни експериментални стойности на влияещите параметри е 1.7.10-2 Bq/m2s, а претеглената средна стойност от директни измервания дава 1.6 Bq/m2s.

Еманацията на радона показва денонощни и сезонни колебания, които зависят от метеорологичните условия и състоянието на почвата. При устойчива атмосфера и слаб вятър през деня стойността и може да се отклонява на 30-40% от средната (Пруткина и Шашкин, 1984). Със увеличаване скоростта на вятъра при сухо време еманацията също се увеличава. При намаляване на барометричното налягане еманацията се увеличава.

Ефектът от валежите е сложен. При слаб дъжд еманацията се увеличава, което се свързва с изтласкването на радона от попиващата влага. Продължителният дъжд винаги намалява еманацията, вследствие на запушването на почвените капиляри, в резултат на което се намалява ефективният коефициент на дифузия на радона от почвата и очистването на атмосферата от примеси.

Β-радионуклидите (214Pb, 214Bi, 212Pb, 212Bi) формират т.н. късоживуща β-активност на атмосферния аерозол, която се измерва ежедневно върху филтърни проби в 5 регионални радиометрични лаборатории на НИМХ.

Средномесечна концентрация на късоживущи 214Pb в [mBq/cub.m] при допускането за равновесие на дъщерни радионуклиди на 222Rn за София. Месечната сума на валежите в (mm) е представена с непрекъсната линия, 2001-2003.

Характерно за годишния ход е наличието на максимум в края на летния сезон с разлика между минималната и максималната средномесечна стойност 2 до 4 пъти.

Аналогичен е годишният ход, базиран на усреднени 6-часови стойности за Chester, New Jersey, US за периода 1977-1982, който показва летен максимум и зимен минимум, като през август средната стойност е 3 пъти по-голяма от тази през февруари, (Fisenne, 1984).

Интересно е, че за по-северните ширини, годишният ход показва по-ниски концентрации през лятото, в сравнение със зимата, което се обяснява с по-доброто смесване във височина през периода с по-голямата продължителност на слънчевото греене (Paatero et al. 1998).

Космически лъчи: Високоенергетична радиация която прониква в земната атмосфера от космоса е известна като първични (primary) космични лъчи. В резултат на взаимодействието им с ядрата на атомите в атмосферата се формират неутрони, протони, пиони и каони (вторично космично лъчение). Така също се създават космогенни радионуклиди като 3H, 7Be, 10Be, 14C, 22Na и 24Na. Вторичното космическо лъчение реагира с ядрата във въздуха като се създават вторични частици (електрони и мюони).

В ниската атмосфера мощността на дозата във въздуха, дължаща се на йонизиращата компонента на вторичните космични лъчи варира слабо с географската ширина и значително с надморската височина, като нараства двукратно на всеки 1500м. Мощността на дозата на морското ниво е приблизително 30 nGy/h (32 nGy/h според UNSCEAR, 1982). Мощността на абсорбираната доза от неутронната компонента на космическото лъчение на морското ниво е от порядъка на 0.8 nGy/h.

Терагенни радионуклиди: Терагенните радионуклиди допринасят за формирането на естествения гама-фон. Например формирането на земната компонента в гама-фона (на 1 м над земната повърхност) се дължи основно на гама лъчението от естествени радионуклиди в горния 25 см почвен слой (основно 40K; 238U и 232Th заедно с дъщерните им изотопи на Ra, Th, Pa, Ac Pb, Bi и Tl). Концентрацията на родоначалниците на радиоактивните семейства в земната кора като правило са по-високи във вулканичните, отколкото в утаечните скали (с изключение на някои шисти и фосфатни слоеве). Районите, повлияни от уранодобив, подлежат на специфичен мониторинг съгласно Наредба № 1 от 01.05.1999 г. за норми за целите на радиационна защита и безопасност при ликвидиране на последствията от урановата промишленост в Република България, http://www.bnsa.bas.bg/legislate/reg_bg.html.

На територията на България се наблюдава изменение на естествения гама-фон в широки граници (Василев и Христова, 1986), като за района на северозападната част на страната (Плевен, Монтана, Враца, Козлодуй) измерените стойности са сравнително ниски.

Гама-лъчението от късоживущите радионуклиди, дъщерни на радона, силно зависи от условията за еманация и дифузия (пренос) на радона и следва (с известно закъснение) концентрацията му в приземния въздушен слой.

Осреднен денонощен ход на гама-фона за някои месеци от 2000 г. в станции от автоматизираната система на Изпълнителна агенция по околна среда (ИАОС) на МОСВ за станциите Плевен (pl), Оряхово, Кнежа (kj) и Монтана (mn). Единицата за измерване е nGy/h (нано-грей за час).

Актуална информация за измерените стойности от автоматизираната система на ИАОС през последното денонощие може да се намери на адрес http://nfp-bg.eionet.eu.int/ncesd/bul/rad-bulletin.html

Литература:

Василев Г.В., М.Д. Христова. Ядерная Энергия. 23. Стр. 52-58. 1986.

Пруткина М.И., В.Л. Шашкин, 1984, Справочник по радиометрической разведке и радиометрическому анализу, Москва, Энергоатомиздат.

Fisenne, I.M. 1984. Radon-222 measurements at Chester. EML-422, p.115-149

Paatero J., J. Hatakka, Y. Viisanen. 1998. J. Aerosol Sci. Vol.29. pp. S739-S740.

UNSCEAR Rep. 1988. Sources, effects and risks of ionizing radiation.

UNSCEAR. 1982. Ionizing radiation: Sources and biological effects. New York 1982.