Особая роль воздействия радиации на природную среду и человека общеизвестна. Развитие научных представлений о природе радиоактивности позволило создать разнообразные технические устройства, использующие энергию ионизирующего излучения, для различных полезных применений. Учитывая последствия вредного действия радиации на биологические объекты [Барабой и др., 1991], наряду с созданием средств защиты от излучений серьезное внимание уделяется проблеме оценки радиационной обстановки, особенно в аварийных ситуациях. При эксплуатации техногенных источников ионизирующего излучения оценка уровней и доз радиации может быть успешно осуществлена на небольшой площади с помощью специальных приборов или датчиков - дозиметров. Более сложной проблемой является оценка радиационной обстановки в природных условиях, особенно при наличии риска возникновения природных или техногенных аварий или катастроф, приводящих к экологической нестабильности отдельных районов окружающей среды.
Общий радиационный фон природной среды обусловливается воздействием радиоактивных элементов, распределенных в минералах и горных породах земного ландшафта, и внешними, космическими факторами. Резкое увеличение радиационного уровня может быть вызвано природными или техническими причинами, связанными с распылением метеоритного или реакторного вещества, или выпадением радиоактивных осадков при ядерных взрывах. В этом случае радиационный мониторинг природной среды на больших площадях известными способами весьма затруднителен, а иногда практически невозможен из-за неопределенности размеров района, подлежащего радиационному контролю, неравномерности выпадения радиоактивных осадков, особенностей качественного и количественного радиационного воздействия во времени и прочих факторов [Каримов, Гайнутдинова, 1995].
В некоторых случаях оценка радиационного воздействия давнего события имеет принципиальное значение как например, в зоне экологической нестабильности природной среды, вызванной Тунгусской катастрофой 1908 года, поскольку остаточную радиоактивность обнаружить не удалось, а многочисленные генетические, биологические и геохимические аномалии могут быть связаны скорее с резким нарушением природного баланса экосистемы, чем с ядерной природой Тунгусского взрыва [Васильев, Андреев, 1995]. Для оценки радиационной обстановки в аналогичных случаях обычно используются косвенные палеодозиметри-ческие признаки, такие как усиление термолюминесцентных свойств некоторых диэлектрических кристаллов. Однако, применение разных минералов в качестве природных термолюминесцентных дозиметров (ТЛД) сдерживается различиями их радиационной чувствительности и способности к накоплению и сохранению светосуммы. А случайный нагрев ТЛД приводит к "стиранию" ТЛ-информации и невозможности ее повторного считывания.
Основываясь на эффекте радиационной "памяти" [Коровкин, Сальников, 1995], нами разработана методика восстановления дозиметрических свойств природных и синтетических ТЛД. Воздействие ионизирующей радиации на кристаллические диэлектрики приводит к нарушению их структуры, появлению междуузельных ионов и вакансий, на которых локализуются генерируемые излучением свободные электроны и "дырки", и образованию таким образом электронных и дырочных центров окраски и их скоплений. Разрушение центров окраски при нагревании сопровождается обесцвечиванием кристалла, термолюминесценцией, и др. Однако после полного термообесцвечивания кристалла радиационные дефекты отжигаются не полностью, так как освобождаемые нагреванием электроны и "дырки", люминесцирующие на центрах рекомбинации, оставляют заряженные, локально нескомпенсированные дефекты, входившие в состав центров окраски. Кристалл как бы хранит "память" о радиационном воздействии, которую можно выявить повторным облучением. Радиационная память кристаллов кварца чрезвычайно устойчива. Используя в качестве природного ТЛД мономинеральную фракцию сингенетического кварца, отобранного из различных участков района Тунгусского взрыва, изучены рентгенолюминесценция (РЛ) и термолюминесценция (ТЛ) образцов кварца, подвергнутых предварительной обработке радиационным облучением и/или термическим прокаливанием с моделированием этих эффектов на образцах синтетического и природного кварца различного генезиса. Учитывая влияние на люминесцентные характеристики кварца вида, дозы и мощности облучения были выбраны оптимальные условия проведения экспериментов.
В том случае, если Тунгусский взрыв сопровождался радиационными потоками нейтронов и гамма-квантов или выпадением радиоактивных осадков в виде остатков метеоритного (или кометного, или иного) тела, то следует ожидать специфические проявления радиационных эффектов в минералах и горных породах, ослабляющиеся с увеличением глубины залегания последних.
Восстановленная гамма-облучением ТЛ образцов кварца, отобранных из приповерхностного слоя, отличается высокой интенсивностью свечения, свидетельствующей о наличии предшествующего радиационного воздействия.
Рис.1. Восстановленная гамма-облучением ТЛ образцов кварца, отобранного из одного места ("Камень Джона") по глубине: 1 - образец №1, (0 - 3 см); 2 - образец №2, (3 - 6 см); 3 - образец №3, (12 - 15 см).
Рис.2. Спектры РЛ образца №2 (3 - 6 см): 1 - исходный образец; 2 - после прокаливания до 400 ° С.
Наблюдается закономерное ослабление ТЛ с глубиной отбора проб (рис.1). Предположение о влиянии теплового отжига приповерхностных образцов на усиление ТЛ -свечения в температурном интервале до 100 С не подтверждается результатами измерения РЛ (рис. 2), поскольку в спектрах свечения образцов, подвергавшихся термическому прокаливанию, должна появиться дополнительная полоса свечения в ультрафиолетовой области 300-400 нм. Различие ТЛ и РЛ свойств облученных и прокаленных образцов обусловлено особенностями протекания радиационных и термодиффузионных реакций в кварце.
На основании проведенных экспериментов можно сделать предположение о том, что Тунгусский взрыв сопровождался радиационным воздействием. На примере Тунгусской катастрофы рассмотрена модельная ситуация оценки радиационной обстановки с помощью методов радиационной минералогии.
Примечание. С согласия М. В. Коровкина настоящая статья воспроизводится по изданию:
Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Материалы Международной конференции, посвященной столетию со дня открытия явления радиоактивности и столетию Томского политехнического университета. 22-24 мая 1996 г., Томск // [Редкол.:Л. П. Рихванов (отв. ред.) и др.] - Томск: Изд. ТПУ, 1996. -С. 472 -474.
Литература
1. Барабой В. А., Орел В. Э., Карнаух И. М. Перекисное окисление и радиация. Киев:Наукова думка, 1991.-256 с.
2. Каримов К. А., Гайнутдинова Р. Д. Геофизические аспекты переноса загрязняющих веществ на территорию Кыргызстана //Тез.докл.Международной конф."Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды ПООС-95".12-16 сентября 1995 г.,г.Томск, 1995.-Т.1-С.50.
3. Васильев Н. В., Андреев Г. В. Тунгусская катастрофа и экологические последствия // Между- нар.конф."Экологические последствия столкновения Земли с малыми телами Солнечной системы".Москва- Томск, 18-26 июля 1995 г.
4. Коровкин М. В., Сальников В. Н. Эффект радиационной "памяти" в природных и искусственно вы ращенных кристаллах // Геология. Т.2. Ред.кол.:А. Н.Тихонов ,В. А.Садовничий и др.- М.:Изд-во МГУ, 1995.- С. 200-204.