Радиационный фон окружающей среды. Эволюция радиационного фона под влиянием природных и антропогенных факторов

Лекция 6

Радиационный фон окружающей среды

6.1 Космическое излучение

6.2 Радиация земной коры

6.3 Ионизирующие излучения искусственного происхождения

6.4 Эволюция радиационного фона под влиянием природных и антропогенных факторов

6.1 Космическое излучение

Космическое излучение является ионизирующим излучением естественного происхождения. Оно приходит к Земле из далекого космического пространства и поступает от ближайшей к нам звезды – Солнца. Все, что находится на поверхности Земли, подвергается воздействию космического излучения.

Из Космоса к Земле поступают разнообразные виды корпускулярного и электромагнитного излучения. Основная часть поступающих электромагнитных излучений не относится к ионизирующим излучениям.

Различают космическое излучение галактического и солнечного происхождения. При этом выделяют первичное космическое излучение, поступающее в околоземное пространство, и вторичное излучение, возникающее при взаимодействии космического излучения с атмосферой Земли.

Первичное космическое излучение состоит из излучения галактического и солнечного происхождения.

Космическое излучение галактического происхождения – это, в основном, поток ядер водорода (протонов) колоссальных энергий, несущихся в космическом пространстве с огромными скоростями. В состав галактического излучения также входят ядра гелия (альфа-частицы), ядра атомов более тяжелых элементов (преимущественно с зарядом ядра Z от 3 до 28) и, в незначительном количестве, другие частицы.

Из космического пространства к Земле поступает и излучение ближайшей к нам звезды – Солнца (солнечная радиация). Солнечная радиация является главным источником энергии для большинства биогенных и геохимических процессов, протекающих у поверхности Земли. Солнечное излучение состоит из электромагнитного излучения (электромагнитная компонента) и потока частиц (корпускулярная компонента). Источником солнечной энергии являются процессы ядерного синтеза, протекающие на Солнце. Основная часть энергии выделяется в результате синтеза ядер гелия из ядер водорода. Выделяющаяся энергия уносится образующимися ядрами, элементарными частицами и фотонами (квантами электромагнитного излучения).

Поток частиц солнечного происхождения в околоземном пространстве намного превосходит поток частиц галактического происхождения, однако по энергии солнечные частицы значительно уступают частицам галактического происхождения. Энергия частиц солнечного излучения обычно не превышает 10⁴ МэВ.

Наша планета ‒ это огромный магнит. Магнитное поле Земли (геомагнитное поле) простирается на расстояние 70-80 тыс. км по направлению к Солнцу и на многие миллионы километров в противоположном направлении. Геомагнитное поле захватывает протоны, электроны и другие заряженные частицы из потока космических частиц, пролетающих в околоземном пространстве, образуя магнитосферу ‒ пространства, заполненное заряженными частицами. В основном магнитосферу заполняют частицы, захваченные геомагнитным полем из потока частиц, которые излучает Солнце (солнечный ветер).

 Периодические изменения солнечной активности. Интенсивность солнечной радиации существенно зависит от солнечной активности, которая периодически меняется.

Периодические изменения солнечной активности наблюдают, в среднем, через 11 лет, хотя этот период может сокращаться до 7,5 или увеличиваться до 16 лет. Значительно реже, в среднем через каждые 80 лет, отмечают более существенные изменения солнечной активности.

В периоды солнечной активности резка увеличивается количество космических частиц солнечного происхождения, прорывающихся сквозь радиационные пояса в атмосферу Земли.

Магнитосфера неоднородна по магнитным свойствам, и разные ее части отличаются по способности захватывать заряженные космические частицы. В результате, формируются радиационные зоны или радиационные пояса Земли. Каждая зона включает заряженные частицы определенного вида и энергии.

Электроны и протоны, удерживаемые геомагнитным полем, образуют внутренний и внешний радиационные пояса Земли.

Внутренний радиационный пояс состоит преимущественно из высокоэнергетических протонов. Их максимальная плотность наблюдается над экваториальной областью планеты, на высоте около 3500 км.

Внешний радиационный пояс удален от Земли на расстояние от 1 до 8 ее радиусов и состоит из потоков электронов и протонов с максимальной плотностью частиц на расстоянии 22 000 км от земной поверхности. (Средний радиус Земли R = 6 367 км.) Движущиеся заряженные космические частицы создают электромагнитное поле, которое окружает Землю.

Магнитное поле Земли отклоняет основную часть электрически заряженных частиц, движущихся из Космоса в направлении планеты. Однако в районе полюсов, где защита слабее по сравнению с другими местами планеты, часть заряженных космических частиц прорывается через радиационные пояса в атмосферу Земли. В результате в высоких широтах в атмосфере Земли наблюдается полярное сияние. Степень защищенности от космических лучей зависит от особенностей геомагнитного поля в том или ином месте Земли. Наиболее защищены экваториальные области планеты, наименее – районы, прилегающие к Северному и Южному полюсам, где сходятся магнитные силовые линии.

Вторичное космическое излучение представляет собой излучение, образующееся в результате взаимодействия частиц первичного космического излучения с ядрами атомов, входящих в состав атмосферы Земли.