背景放射線

上記の表の目的上、地表のバックグラウンド放射線には、人体外部にとどまる放射線源のみが含まれます。懸念される主要な放射性核種は、カリウム、ウラン、トリウム、およびそれらの崩壊生成物であり、ラジウムやラドンのように放射能が非常に高いものの、低濃度で存在するものもあります。これらの放射線源のほとんどは、地球の形成以来、放射性崩壊によって減少しており、現在地球に運ばれてくる量はごくわずかです。したがって、ウラン238の現在の地球上の放射能は、半減期が45億年であるため、当初の半分に過ぎず、カリウム40（半減期12億5千万年）の放射能も当初の約8%に過ぎません。しかし、人類が存在してきた期間において、放射線量はほとんど減少していません。 

半減期が短い（したがって放射能がより強い）同位体の多くは、自然界で継続的に生成されているため、地球環境から崩壊せずに残っ​​ています。その例としては、ラジウム226（ウラン238の崩壊系列におけるトリウム230の崩壊生成物）やラドン222 （上記崩壊系列におけるラジウム226の崩壊生成物）などが挙げられます。

トリウムとウラン（およびそれらの娘核種）は主にアルファ崩壊とベータ崩壊を起こし、容易には検出できません。しかし、それらの娘核種の多くは強いガンマ線を放出します。トリウム232は、鉛212 からの239 keVのピーク、タリウム208からの511、583、2614 keVのピーク、アクチニウム228からの911、969 keVのピークを介して検出できます。ウラン238は、ビスマス214の609、1120、1764 keVのピークとして現れます（大気中のラドンの同じピークを参照）。カリウム40は、1461 keVのガンマ線ピークを介して直接検出できます。^{[ 7 ]}    

海やその他の大きな水域の水位は、陸地の背景水位の約10分の1程度になる傾向がある。逆に、沿岸地域（および淡水域の周辺地域）では、分散した堆積物による寄与がさらにある可能性がある。^{[ 7 ]}

自然放射線の最大の発生源は、地中から放出される放射性ガスである空気中のラドンです。ラドンとその同位体、親放射性核種、崩壊生成物はすべて、平均吸入線量1.26 mSv/a（ミリシーベルト/年）に寄与しています。ラドンは不均一に分布し、天候によって変化するため、世界の多くの地域でははるかに高い線量が適用され、重大な健康被害をもたらします。スカンジナビア、米国、イラン、チェコ共和国の建物内では、世界平均の500倍を超える濃度が検出されています。^{[ 8 ]}ラドンはウランの崩壊生成物であり、ウランは地殻に比較的多く存在しますが、世界中に散らばる鉱石を含む岩石に多く含まれています。ラドンはこれらの鉱石から大気中や地下水に漏れ出したり、建物に侵入したりします。ラドンは崩壊生成物とともに肺に吸入され、被ばく後一定期間肺に留まります。 

ラドンは自然界に存在する物質ですが、人間の活動、特に住宅建設によって被ばく量が増減することがあります。断熱性の高い住宅であっても、床の気密性が低い場合や地下室の換気が悪い場合、住宅内にラドンが蓄積し、居住者が高濃度のラドンに被ばくする可能性があります。北半球の工業化された地域では、断熱性と気密性の高い住宅が広く建設されているため、北米北部やヨーロッパの一部の地域では、ラドンが主要なバックグラウンド放射線源となっています。地下室の気密性と吸引換気によって被ばく量を減らすことができます。例えば、ミョウバン頁岩、リン酸石膏、イタリア凝灰岩などの軽量コンクリートといった一部の建築材料は、ラジウムを含み、ガスに対して多孔質である場合、ラドンを放出する可能性があります。 ^{[ 8 ]}

ラドンによる放射線被ばくは間接的なものです。ラドンは半減期が短く（4日間）、他の固体粒子状のラジウム系列放射性核種に崩壊します。これらの放射性粒子は吸入され、肺に留まり、継続的な被ばくを引き起こします。そのため、ラドンは喫煙に次ぐ肺がんの2番目に多い原因と考えられており、米国だけでも年間15,000人から22,000人のがんによる死亡の原因となっています。^{[ 9 ]}しかし、反対の実験結果についての議論はまだ続いています。^{[ 10 ] [ 11 ]}

1984年、スタンレー・ワトラスの地下室で約10万 Bq/m3^のラドンが発見された。^{[ 12 ] [ 13 ]}彼とペンシルベニア州ボイヤータウンの近隣住民は、世界で最も放射能汚染された住居の記録を保持している可能性がある。国際放射線防護機関は、ラドンの平衡等価濃度（EEC）に8～9 nSv · m3 ^/ Bq ·hを、トロンのEECに40 nSv·m3/Bq·hを乗じることで、預託線量^を計算できると推定している。^{[ 2 ]}

大気中のバックグラウンドの大部分はラドンとその崩壊生成物によって引き起こされます。ガンマ線スペクトルには、ラドンの崩壊生成物であるビスマス214に由来する609、1120、1764 keVの顕著なピークが見られます。大気中のバックグラウンドは風向や気象条件によって大きく変化します。ラドンは地表からバースト的に放出され、数十キロメートル移動できる「ラドン雲」を形成することもあります。^{[ 7 ]} 

地球と地球上のすべての生物は、宇宙からの放射線に絶えずさらされ​​ています。この放射線は主に、太陽系外から来た陽子から鉄、より大きな原子核までの正に帯電したイオンで構成されています。この放射線は、大気中の原子と相互作用して、 X線、ミューオン、陽子、アルファ粒子、パイ中間子、電子、中性子などの二次放射線の空気シャワーを生成します。宇宙放射線による直接的な線量は、主にミューオン、中性子、電子によるもので、この線量は、主に地磁気場と高度に基づいて、世界のさまざまな場所で異なります。たとえば、米国のデンバー市（標高1650メートル）は、海抜の地点の約2倍の宇宙線線量を受けます。 ^{[ 14 ]}この放射線は、高度約10kmの上層対流圏で非常に強く、そのため、年間何時間もこの環境で過ごす航空機の乗務員や頻繁に飛行機を利用する乗客にとって特に懸念されます。様々な研究によると、航空機の乗務員は飛行中に年間2.2 mSv（220 mrem）^{[ 15 ]}から2.19 mSv/年^{[ 16 ]}の追加的な職業被ばくを受ける。 ^{[ 17 ]}   

同様に、宇宙線は地球表面の人間よりも宇宙飛行士に高いバックグラウンド放射線被曝をもたらします。国際宇宙ステーションやスペースシャトルなどの低軌道にいる宇宙飛行士は、地球の磁場によって部分的に遮蔽されますが、地球の磁場によって発生する宇宙線が蓄積されるヴァン・アレン帯の影響も受けます。月へ旅したアポロ宇宙飛行士が経験したように、低軌道外ではこのバックグラウンド放射線ははるかに強く、将来の月や火星への長期的な有人探査にとって大きな障害となります。

宇宙線は、大気中で元素の核変換も引き起こします。宇宙線によって生成された二次放射線が大気中の原子核と結合し、様々な核種が生成されます。いわゆる宇宙線生成核種は数多く存在しますが、おそらく最も注目すべきは炭素14でしょう。炭素14は窒素原子との相互作用によって生成されます。これらの宇宙線生成核種は最終的に地表に到達し、生物に取り込まれる可能性があります。これらの核種の生成量は、太陽宇宙線束の短期的な変動によってわずかに変化しますが、数千年から数百万年という長い時間スケールではほぼ一定であると考えられています。炭素14の一定の生成量、生物への取り込み、そして比較的短い半減期は、木製品や人骨などの古代生物試料の放射性炭素年代測定に用いられる原理です。

海面における宇宙放射線は通常、高エネルギー粒子とガンマ線の核反応によって生成された陽電子 の消滅による511 keVのガンマ線として現れる。より高い高度では、連続制動放射スペクトルも寄与する。^{[ 7 ]}

人体を構成する必須元素のうち、カリウムと炭素の2つには放射性同位体があり、これが私たちのバックグラウンド放射線量を大幅に増加させています。平均的な人間には、約17ミリグラムのカリウム40（^40K）と約24ナノグラム（10⁻⁹g ^） の炭素14（^¹⁴C）が含まれています^{[ 18 ]}（半減期5,730年）。外部の放射性物質による内部汚染を除けば、これら2つは人体の生物学的に機能する構成要素からの内部放射線被ばくの最大の成分です。毎秒約4,000個の^40K原子核^{[ 19 ]が崩壊し、同様の数の¹⁴C}原子核が崩壊します。40Kによって生成されるベータ粒子のエネルギーは、^¹⁴Cの崩壊によるベータ粒子のエネルギーの約10倍です。

^14Cは人体に約3700 Bq（0.1  μCi）の濃度で存在し、生物学的半減期は40日です。^{[ 20 ]これは、 14C}の崩壊によって毎秒約3700個のベータ粒子が生成されることを意味します。しかし、^14C原子は細胞の約半分の遺伝情報に含まれていますが、カリウムはDNAの構成要素ではありません。1人の体内のDNA内の^14C原子の崩壊は毎秒約50回起こり、炭素原子が窒素原子に変化します。^{[ 21 ]}

ラドンとその崩壊生成物以外の放射性核種による世界平均内部被ばく線量は0.29  mSv/aであり、そのうち0.17  mSv/aは^40K、0.12  mSv/aはウランおよびトリウム系列、12  μSv/aは14Cによるもので^ある。^{[ 2 ]}

一部の地域では、国全体の平均よりも線量が高い。^{[ 22 ]}世界全体では、イランのラムサール、ブラジルのグアラパリ、インドのカルナガッパリ^{[ 23 ]} 、オーストラリアのアルカルーラ^{[ 24 ]}、中国の陽江^{[ 25 ]}など、自然背景線量が特に高い地域がある。

地球表面で記録された純粋な自然放射線の最高レベルは、モナザイトで構成された ブラジルの黒砂海岸（ポルトガル語でareia preta ）での90 μGy/hでした。^{[ 26 ]}この率は、年間を通して連続的に被ばくした場合、0.8 Gy/a に相当しますが、実際にはレベルは季節によって変動し、近隣の住宅地でははるかに低くなっています。この記録的な測定値は再現されておらず、UNSCEAR の最新の報告書には記載されていません。近くのグアラパリとクムルシャチバの観光ビーチは、後に14 μGy/hと15 μGy/hと評価されました。^{[ 27 ] [ 28 ]}ここで引用されている値はグレイ単位であることに注意してください。シーベルト（Sv）に変換するには、放射線加重係数が必要です。これらの加重係数は、1（ベータ線とガンマ線）から20（アルファ粒子）まで変化します。 

居住地域における最も高いバックグラウンド放射線はラムサールで確認されており、これは主に地元で天然放射性石灰岩が建材として使用されているためです。最も被ばく量の多い1000人の住民は、平均で年間6 mSv (600 mrem)の外部実効放射線量を受けており、これは人工線源からの一般公衆への被ばくに関するICRP推奨限度の6倍です。 ^{[ 29 ]}さらに、彼らはラドンによる相当な内部被ばくを受けています。ある家では、環境放射線場による実効線量が年間131 mSv (13.1 rem) 、ラドンによる内部預託線量が年間72 mSv (7.2 rem)という記録的な放射線レベルが確認されました。 ^{[ 29 ]}この特異なケースは、世界平均の自然放射線被ばく量の80倍以上です。      

ラムサールの高放射線レベルに関連する健康影響を特定するための疫学研究が進行中です。明確な統計的に有意な結論を導き出すには時期尚早です。^{[ 29 ]}これまでのところ、慢性放射線の有益な効果（寿命の延長など）を支持する証拠はごく少数の場所でしか見つかっていませんが、^{[ 29 ]}少なくとも1つの研究では保護効果と適応効果が示唆されていますが、その著者らは、ラムサールからのデータは既存の規制線量制限を緩和するにはまだ十分強力ではないと警告しています。^{[ 30 ]}しかし、最近の統計分析では、健康への悪影響のリスクと自然背景放射線の高レベルとの間には相関関係がないことが議論されています。^{[ 31 ]}

人体内の高原子番号物質の粒子のすぐ近くでは、背景放射線量が光電効果によりわずかに増加する。^{[ 32 ]}

自然の中性子背景のほとんどは、宇宙線が大気と相互作用することによって生じるものです。中性子のエネルギーは 1  MeV 付近でピークに達し、それ以上になると急速に低下します。海面では、中​​性子の生成量は、宇宙線と相互作用する物質 1 kg あたり毎秒約 20 個の中性子 (または、毎秒 1 平方メートルあたり約 100 ～ 300 個の中性子) です。中性子束は地磁気緯度に依存し、磁極付近で最大となります。太陽活動極小期には、太陽磁場の遮蔽効果が低下するため、中性子束は太陽活動極大期の約 2 倍になります。また、太陽フレア発生時には劇的に増加します。建物や船舶などの大型で重い物体の近くでは、中性子束が高くなります。これは「宇宙線誘起中性子シグネチャ」または、最初に海上の船舶で検出されたことから「船舶効果」として知られています。^{[ 7 ]}

1940年代から1960年代にかけて頻繁に行われた地上核爆発により、相当量の放射性汚染が拡散した。この汚染の一部は局所的で、周辺地域を高度に放射能汚染する一方、一部は放射性降下物としてより遠くまで運ばれ、この物質の一部は世界中に拡散した。これらの実験によるバックグラウンド放射線の増加は、1963年に 世界中で年間約0.15 mSv、つまり全発生源からの平均バックグラウンド線量の約7%でピークに達した。 1963年の部分的核実験禁止条約により地上核実験が禁止されたため、2000年までにこれらの実験による世界的な線量は 年間わずか0.005 mSvに減少した。^{[ 36 ]}

この世界的な影響により、2020年時点で推定20万～46万人が死亡した。^{[ 37 ]}

国際放射線防護委員会は、職業上の放射線被ばくを 年間50ミリシーベルト（5レム）、 5年間で100ミリシーベルト（10レム）に制限することを推奨している。^{[ 38 ]}

しかし、職業被ばく線量におけるバックグラウンド放射線には、職業被ばくの可能性のある状況下で放射線量測定器では測定されない放射線が含まれます。これには、敷地外の「自然バックグラウンド放射線」と医療放射線量の両方が含まれます。この値は通常、調査によって測定または把握されることはなく、個々の労働者への総線量のばらつきは不明です。これは、自然バックグラウンド放射線量と医療放射線量が大きく異なる可能性のある労働者集団における放射線被ばくの影響を評価する際に、重大な交絡因子となる可能性があります。特に職業被ばく線量が非常に低い場合に、この影響は顕著になります。

2002年のIAEA会議では、年間1～2mSv未満の職業被ばく線量は規制上の精査を必要としないと勧告された。^{[ 39 ]}

通常、原子炉は少量の放射性ガスを放出し、一般市民にわずかな放射線被ばくを引き起こします。国際原子力事象評価尺度（INES）で事故と分類される事象は、通常、環境中に放射性物質を放出することはありません。原子炉からの放射性物質の大量放出は極めてまれです。現在までに、チェルノブイリ原発事故と福島第一原発事故という2件の大規模な民間人事故が発生し、深刻な汚染を引き起こしました。チェルノブイリ原発事故は、即死者を出した唯一の事故です。

チェルノブイリ事故による被災地域の住民の総被ばく線量は20年間で10～50mSvに及び、被ばく線量の大部分は事故後の最初の数年間に受け、除染作業員は100mSvを超えた。急性放射線症候群による死者は28人であった。^{[ 40 ]}

福島第一原発事故による被災地域の住民の総被ばく線量は1～15mSvでした。子供の甲状腺被ばく線量は50mSv未満でした。167人の除染作業員が100mSvを超える被ばくを受け、そのうち6人は250mSv（日本の緊急対応作業員の被ばく限度）を超えました。^{[ 41 ]}

スリーマイル島事故による平均線量は0.01mSvであった。^{[ 42 ]}

非民間人：上記の民間人事故に加えて、初期の核兵器施設でのいくつかの事故（ウィンドスケール火災、マヤク施設からの核廃棄物によるテチャ川の汚染、同じ施設でのキシュティム災害など）により、相当量の放射能が環境に放出された。ウィンドスケール火災では、成人で5～20 mSv、子供で10～60 mSvの甲状腺被ばく線量が生じた。^{[ 43 ]}マヤクでの事故による被ばく線量は不明である。

原子力規制委員会、米国環境保護庁、およびその他の米国および国際機関は、認可を受けた事業者に、一般市民の放射線被ばく量を年間1ミリシーベルト（100ミリレム）以下に制限することを義務付けている。 

UNECEのライフサイクルアセスメントによると、ほぼすべてのエネルギー源は、製造または操業の結果として、職業上および一般市民が放射性核種に何らかのレベルで被ばくすることになります。次の表は、man· Sievert /GW-annumを使用しています。^{[ 44 ]}

人工放射線に対する人間の世界平均被ばく量は 年間0.6mSvで、主に医療画像診断 によるものです。この医療成分ははるかに高い場合もあり、米国人口全体では年間平均3mSvに達します。 ^{[ 3 ]}その他の人間の被ばく源としては、喫煙、航空旅行、放射性建材、過去の核兵器実験、原子力発電所の事故、原子力産業の操業などが挙げられます。

一般的な胸部X線検査では、 20μSv（2mrem）の実効線量が照射されます。^{[ 48 ]}歯科X線検査では、5～10μSvの線量が照射されます。^{[ 49 ]} CTスキャンでは、全身に1～20mSv（100～2000mrem）の実効線量が照射されます。平均的なアメリカ人は、 年間約3mSvの診断用医療線量を受けており、医療水準が最も低い国ではほとんど受けていません。さまざまな疾患に対する放射線治療も、個人と周囲の人々の両方にいくらかの線量を照射します。

タバコには、ラドンの崩壊生成物であるポロニウム210が含まれており、これがタバコの葉に付着します。ヘビースモーカーは、ポロニウム210の崩壊により、肺の区域気管支の分岐部にある局所的な部位に年間160mSvの放射線量を浴びます。この線量は、放射線防護限度とは容易に比較できません。なぜなら、放射線防護限度は全身の線量を扱うのに対し、喫煙による線量は体のごく一部にしか照射されないからです。^{[ 50 ]}