Природные источники ионизирующего излучения, формирующие естественный радиационный фон, подразделяют на

· внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение); внешние источники земного происхождения, т.е. радионуклиды, присутствующие в земной коре, воде, воздухе;

· внутренние источники, т.е. радионуклиды естественного происхождения, содержащиеся в организме человека.

Космические лучи представляют собой поток ядерных частиц, приходящих на земную поверхность из различных областей мирового пространства, - это так называемое первичное космическое излучение. Первичное космическое излучение состоит из протонов (92%), α-частиц (ядра гелия 7%), ядер атомов лития, бериллия, углерода, азота и кислорода (0,78%) и ядер атомов, заряд которых более 10 (0,22%).

При падении космических частиц на поверхность Земли они взаимодействуют с атомами и молекулами атмосферы. Возникает вторичное космическое излучение; при этом наиболее существенны электронно-фотонные и электронно-ядерные процессы взаимодействия. При электронно-фотонном процессе заряженные частицы, взаимодействуя с полем ядра атома, порождают фотоны, которые образуют пары электронов и позитронов. Эти частицы, в свою очередь, вызывают возникновение новых фотонов. Каскадный процесс лавинообразного нарастания числа частиц и фотонов продолжается до тех пор, пока энергия их не становится достаточно малой и не теряется на ионизацию и возбуждение атомов и молекул воздуха.

По мере приближения к поверхности Земли интенсивность первичного космического излучения уменьшается, а интенсивность вторичного излучения достигает максимума на высоте 20-30 км; на меньшей высоте процессы поглощения этого вида излучения преобладают над процессами его генерирования. Следует отметить, что уровень космического излучения в определенной степени зависит от геомагнитной широты, возрастая от экватора к полюсам (на уровне моря до 14%).

Природная радиоактивность обусловлена радионуклидами естественного происхождения, присутствующими во всех оболочках Земли: литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере. Радиоактивные элементы условно могут быть разделены на три группы:

• радионуклиды, входящие в состав радиоактивных семейств, родоначальниками которых являются уран (²³⁸U), торий (²³²Th) и актиноуран (²³⁵Ас) (распад семейств урана, тория и актиноурана представлен на схеме 1);

• радиоактивные элементы, не входящие в семейства ⁴⁰К,⁴⁸Са, ⁸⁷Rb и др.;

• радиоактивные изотопы, непрерывно возникающие на Земле в результате ядерных реакций под воздействием космических лучей. Наиболее важные из них углерод (¹⁴С) и тритий (³Н).

Таблица Характеристика основных естественных радиоактивных изотопов

Кроме указанных в табл. радиоактивных изотопов, в формировании естественного фона участвуют продукты распада радиоактивных семейств и прежде всего радон, торон и актинон.

Главным источником поступления в окружающую среду естественных радионуклидов являются горные породы, происхождение которых неразрывно связано с включением в их состав всех радиоактивных элементов, возникших в период формирования и развития планеты. Благодаря непрерывным деструктивным процессам метеорологического, гидрологического, геохимического и вулканического характера, радионуклиды подверглись широкому рассеиванию.

Важное значение имеет то, что для ряда элементов нахождение в природе в рассеянном виде является характерным состоянием. К числу таких элементов относятся все естественные радионуклиды.

В настоящее время имеется относительное равновесие между поступлением радионуклидов в сферу круговорота и их количеством. В этих процессах главную роль играет вода как универсальный растворитель. Вода растворяет и выносит из недр земной коры на ее поверхность целый ряд как стабильных, так и радиоактивных элементов. Кроме того, вода уносит с собой частицы пород и откладывает их в виде осадков на значительном удалении от места первичной эрозии.

Большая часть естественных радиоактивных элементов содержится в горных породах, образующих толщу земной коры.

Глинистые почвы за счет высокого содержания коллоидных фракций, хорошо сорбирующих и удерживающих радиоактивные изотопы, всегда богаче радиоактивными элементами, чем песчаные.

В отдельных районах земного шара есть зоны с повышенным содержанием радиоактивных элементов в горных породах и почвах, например районы Памира и Тибета, территории Бразилии, Индии, Франции, России.