atmosferos radioaktyvumas

Jonizacijos spartos priklausomybė nuo aukščio virš jūros lygio. Kreivės vaizduoja jonų susidarymą skylant atmosferos radionuklidams: 1 – T, 2 – ²²Na, ³²P ir kita, 3 – ¹⁴C, 4 – ⁷Be, 6 – ⁸⁵Kr, 8 – ²²²Rn, 5 – radionuklidams, susidariusiems kosminiams spinduliams veikiant argoną, 7 – radionuklidams, susidariusiems kosminiams spinduliams veikiant deguonį bei azotą

atmosfèros radioaktyvùmas, geofizinių reiškinių visuma, susijusi su radionuklidų patekimu į atmosferą, jų susidarymu atmosferoje, virsmais ir išnykimu. Natūralūs radionuklidai į atmosferą patenka skylant Žemės plutoje esantiems radionuklidams, išsiveržus ugnikalniams, susidaro kosminiams spinduliams veikiant atmosferos oro cheminius elementus. Be to, dėl branduolinių sprogdinimų, branduolinės energetikos įmonių veiklos, jose įvykstančių avarijų į atmosferą patenka technogeninių radionuklidų.

Iš dirvožemio į atmosferą patenka ilgaamžiai (ilgos pusėjimo trukmės) uranas ²³⁸U (T_1/2 = 4,3·10⁹ m.), toris ²²⁰Th (T_1/2 =1,4·10¹⁰ m.), uranas ²³⁵U (T_1/2 = 7,2·10⁸ m.) ir tarpiniai jų skilimo produktai (tarp jų ir inertinės dujos): radonas ²²²Rn (T_1/2 = 3,8 d), ²²⁰Rn (T_1/2 = 55 s) ir ²¹⁹Rn (T_1/2 = 4 s). Jeigu jie susidaro arti žemės paviršiaus, tai dirvožemiui kvėpuojant difuzijos būdu patenka į atmosferą. Radono izotopų kiekių santykį ore (²²²Rn/²²⁰Rn/²¹⁹Rn = 100/1,4/0,015) lemia jų pusėjimo trukmė (T_1/2) ir tų radionuklidų, iš kurių jie pasigamino, koncentracija Žemėje. Radono vidutinė koncentracija pažemio ore yra 80 Bq/m³ oro. Radonui ir jo skilimo produktams skylant išlekiančius α, β, γ spindulius galima registruoti net dozimetrais. Jų spinduliavimo dozės galia apie 0,08–0,1 µSv/h. Jie labiau nei kiti radionuklidai jonizuoja ore esančius atomus (pav.). ²²²Rn ore daugėja ir dėl žmonių veiklos. Daug jo išsiskiria iš ²³⁸U, esančio akmens anglių šlake, ypač jei anglys prieš deginant sumalamos, o šlakas – smulkūs pelenai.

Atmosferoje susidaro radionuklidų dėl kosminių spindulių branduolinių reakcijos su atmosferos oro atomų branduoliais. Atmosferos stulpo, kurio pagrindas 1 cm², branduolinių reakcijų vidutinis skaičius (bet kurioje Žemės rutulio vietoje) apie 1,8 reakcijos per sekundę. Kosminiams nukleonams skaldant deguonies ir azoto branduolius, be tiesioginės jonizacijos, susidaro trumpaamžiai deguonies ¹⁹O (T_1/2 = 27 s), azoto ¹⁶N (T_1/2 = 7 ir 13 s), anglies radioaktyvūs izotopai ir ilgesnės pusėjimo trukmės tritis T, arba ³H (T_1/2 = 12,26 m.), radioaktyvusis berilis ⁷Be (T_1/2 = 43 d) ir radioaktyvioji anglis ¹⁴C (T_1/2 = 5730 m.). Vidutinė ⁷Be koncentracija pažemio ore ~3–5 mBq/m³, didžiausia 16 km aukštyje.

Kosminiams nukleonams skaldant argoną susidaro nedideli kiekiai radionuklidų, kurių atominė masė iki 40. Radioaktyvūs natrio, sieros, fosforo izotopai, kurių pusėjimo trukmė daugiau kaip 1 mėnuo, į pažemio orą pernešami turbulentinių srautų ir išplaunami lietaus. ²²Na koncentracija pažemio ore 0,2 mBq/m³.

Radioaktyvioji anglis ¹⁴C atmosferoje pasigamina, kai lėti antrinių kosminių spindulių neutronai susiduria su azoto branduoliais. Nusistojusios pusiausvyros metu (iki 19 a.) radioaktyvios ir stabilios anglies santykis biosferoje buvo ¹⁴C/¹²C = 1,24·10^–12/1. Iškastinio kuro naudojimas, branduoliniai sprogdinimai ir branduolinė energetika šią pusiausvyrą pažeidė. Dabar šis santykis apie 30 % didesnis. ¹⁴C koncentracija biosferoje proporcinga anglies dioksido koncentracijai.

Radioaktyvusis vandenilio izotopas tritis T atmosferoje susidaro iš azoto atomų, veikiamų kosminės spinduliuotės. Iki branduolinių sprogdinimų vandenilio ir tričio atomų santykis buvo 10¹⁸/1. Tričio kiekį gamtoje daugiau kaip 1000 kartų padidino 20 a. 6 dešimtmetyje vykdyti termobranduoliniai sprogdinimai atmosferoje. Tričio koncentracija oro drėgmėje ir krituliuose apie 30 kartų didesnė negu pusiausviroji.

Technogeniniai radionuklidai – cezis ¹³⁷Cs (T_1/2 = 30,17 m.) ir stroncis ⁹⁰Sr (T_1/2 = 28,64 m.), kurių gyvavimo trukmė daugiau kaip 10 metų, patekę į atmosferą per branduolinius sprogdinimus ir avarijas, prisijungia prie aerozolių ir pasiskirsto visuose gamtiniuose rezervuaruose. Stratosferos rezervuare jie išbūna daugiau kaip 2 metus. Iš žemės paviršiaus su dulkėmis jie gali vėl grįžti į pažemio orą. Dėl Černobylio avarijos ¹³⁷Cs ir ⁹⁰Sr koncentracija ore 2000 metais buvo daugiau kaip 10 mBq/m³.

Iš inertinių dujų radionuklidų ilgiausiai gyvuoja kriptonas ⁸⁵Kr (T_1/2 = 10,78 m.). Jis kaupiasi visoje Žemės atmosferoje, nes inertinės dujos mažai teišplaunamos kritulių ir nedalyvauja gamtiniuose apykaitos cikluose. Branduolinio kuro gamyboje ir branduolinėje energetikoje susidarantis ⁸⁵Kr patenka į atmosferą greičiau negu suskyla. Jo koncentracija ore didėja ir jau siekia 1 Bq/m³.

Lietuvoje atmosferos radioaktyvumą tiria Fizinių ir technologijos mokslų centro Fizikos institutas (iki 2010 Fizikos institutas).

1655