Айзонизация Капибары пост 2: Радиация в самолете

Облучение ионизирующим излучением повышает риск возникновения онкологических заболеваний, тем не менее у работников ядерной отрасли смертность от онкологии на порядок ниже средней по стране. Причина этого в том что за облучением ядерщиков тщательно следят, проводят регулярные профосмотры. Однако работники другой профессии получают значительно большие дозы облучения, однако это мало кого волнует так как учет дозовой нагрузки не ведется.  

Речь конечно идет о трудящихся в авиационном транспорте. Современные самолеты летают на высотах порядка 10 км где большая часть земной атмосферы оказывается не над, а под самолетом. Как следствие космическая радиация является значимым фактором.

В действительности картина значительно сложнее. Мощность дозы зависит не только от высоты, но и от широты на которой летит самолет. Магнитное поле земли перенаправляет заряженные частицы к полюсам, а значит и дозовая нагрузка там будет сильно больше. Так как основным источником этих частиц является Солнце, влияет так же и время суток.

Периодически наше Солнце устраивает приколы, вроде тех что были в мае этого (2024) года, когда полярные сияния можно было видеть по всей территории РФ и даже в более южных странах. Естественно и радиационный фон на высоте поднялся на порядки, летевшие в те дни в самолетах люди нехило так хапнули лучей добра. 

Таким образом предсказать дозовую нагрузку пассажиров и персонала самолетов трудно предсказать, потому и учет не ведется, чтоб лишний раз людей не пугать, да и толку в этом мало, повлиять на активность солнца никак не выйдет.

Однако хватит теории, перейдем к практике. Мощность дозы в самолете измерял каждый у кого есть дозиметр, делал это и я.

Radex One с классическим датчиком СБМ-20-1 выдает нехилые показания аж 350 мкР/ч, тогда как у поверхности Земли было 8. За четырехчасовой перелет накопленная доза составила 10 мкЗв. Много это или мало? Сеанс флюорографии обеспечит вас вас 30 мкЗв, а год жизни в Москве аж 1300 мкЗв. Вот и думайте))) Еще раз отмечу что это картина в одном конкретном полете, в другие дни на других рейсах доза может отличаться на несколько порядков.

Однако что это за радиация? На этот вопрос нам ответит гамма-спектрометр AtomSpectra Nano 3.

В отличии от природного радиационного фона у поверхности Земли где присутствуют линии изотопов радиоактивных рядов тория, урана, калия, в самолете всего этого нет, кроме пика Комптоновского рассеивания присутствует один единственный пик на 511кЭв, а так же длинный непрерывный шлейф в области высоких энергий.

Отсутствие урана, тория и калия понятно - они содержатся в Земной коре, а поверхность Земли в 10 км от летящего самолета, вот эти гамма кванты и не долетают. Природа линии 511 кЭв и высокоэнергитического шлейфа обусловлена механизмов взаимодействия космической радиации с высотными слоями атмосферы Земли.

От Солнца к Земле летят преимущественно высокоэнергичные протоны, магнитное поле стягивает их к полюсам где они неизбежно сталкиваются с атмосферой. Каждое такое столкновение вызывает ядерную реакцию либо возбуждение атомного ядра. Избыток энергии ядра приводит к испусканию высокоэнергетических гамма квантов, именно они обуславливают шлейф на гамма-спектре. До поверхности Земли они не долетают так как растрачивают энергию при столкновениях с атомами, подвергаясь Комптоновскому рассеиванию.

Еще один продукт этих реакция позитрон - элементарная частица являющаяся антиподом электрона. Позитрон долго не живет, как только он встретит электрон (коих всегда в избытке) он сформирует короткоживущий комплекс - позитроний, а дальше аннигилирует с электроном высвободив при этом два (крайне редко 3) гамма кванта энергия каждого из которых равна 511 кЭв, эта та самая линия с нашего графика.

Но почему образуется именно 2 кванта с одинаковыми энергиями? Почему не один? Все дело в том что во всяком процессе не может нарушаться закон сохранения импульса, если что-то улетело в одну сторону, что-то должно улететь в противоположную, потому при аннигиляции и образуется два одинаковых гамма-кванта и летят они строго в противоположные стороны. Кстати на этом основан принцип действия ПЭТ томографии, но об этом в другой раз.

Еще один интересный нюанс заключается в том что по мнению сцинцилляторного гамма-спектрометра мощность дозы в самолете составила 60  мкР/ч, что в 6 раз меньше показаний Radex One. В чем же дело? Все дело в том что сцинцилляторный гамма спектрометр видит исключительно гамма излучение, тогда как счетчик Гейгера в Radex One видит вообще все подряд что сможет ионизировать газ. В качестве таких частиц выступают электроны сованные с электронных орбиталей при протекании ядерных реакций. Такие электроны могут вызывать целые каскады ионизации в атмосфере. Участвуют в этом процессе и менее привычные частицы, такие как мезоны и мюоны. Все это разнообразия, опять же, не способно долететь до поверхности Земли так как тормозится плотной атмосферой нашей планеты, а вот в самолете "атмосферные ливни" можно измерить и даже невольно принять в них участие.

Вместо вывода хочу в очередной раз пожелать уважаемым радиофобам летать самолетами Аэрофлота. Ну а всем остальным, счастья, добра, позитива и денежных средств.