miniaturadaimagem|Contador Geiger exibindo 0,17 μSv/h, correspondente à radiação de fundo Radiação de fundo é a medida do nível de radiação ionizante naturalmente presente no ambiente em determinado local, não decorrente da introdução deliberada de fontes de radiação.
A radiação de fundo tem diversas origens, tanto naturais quanto artificiais. Entre elas estão a radiação cósmica e a radioatividade ambiental proveniente de material radioativo de ocorrência natural (como o radônio e o rádio), além dos raios X médicos produzidos pelo ser humano, da precipitação radioativa decorrente de ensaios de armas nucleares e de acidentes nucleares.
Definição
A Agência Internacional de Energia Atômica define radiação de fundo como a "dose ou taxa de dose (ou uma medida observada relacionada à dose ou à taxa de dose) atribuível a todas as fontes, exceto à(s) fonte(s) especificada(s)".Assim, faz-se uma distinção entre a dose que já está presente em determinado local, aqui definida como "de fundo", e a dose decorrente de uma fonte introduzida deliberadamente e especificada. Essa distinção é importante quando são realizadas medições de uma fonte de radiação específica, pois a radiação de fundo existente pode afetar a medição. Um exemplo seria a medição de contaminação radioativa em um ambiente com radiação gama de fundo, o que poderia elevar a leitura total acima do valor esperado apenas para a contaminação.
Entretanto, quando nenhuma fonte de radiação é especificada como objeto de interesse, a medição da dose total de radiação em determinado local é geralmente denominada radiação de fundo. Esse é normalmente o caso quando se mede a taxa de dose ambiente para fins de monitoramento ambiental.
Exemplos de taxas de dose de fundo
A radiação de fundo varia conforme o local e o tempo, e a tabela a seguir apresenta alguns exemplos:
+ Exposição humana média anual à radiação ionizante em milissieverts (mSv) por ano Fonte de radiação Mundo EUA Japão Observação Inalação de ar 1,26 2,28 0,40 principalmente proveniente do radônio, depende do acúmulo em ambientes internos Ingestão de alimentos e água 0,29 0,28 0,40 (potássio-40, carbono-14, etc.) Radiação de fundo terrestre proveniente do solo 0,48 0,21 0,40 depende do solo e dos materiais de construção Radiação cósmica proveniente do espaço 0,39 0,33 0,30 depende da altitude Subtotal (natural) 2,40 3,10 1,50 grupos populacionais consideráveis recebem 10–20 mSv Médica 0,60 3,00 2,30 o valor mundial exclui a radioterapia; o valor dos EUA é composto principalmente por tomografias computadorizadas e medicina nuclear. Artigos de consumo – 0,13 cigarros, viagens aéreas, materiais de construção etc. Testes nucleares atmosféricos 0,005 – 0,01 pico de 0,11 mSv em 1963, com declínio desde então; valores mais altos nas proximidades dos locais de testes Exposição ocupacional 0,005 0,005 0,01 a média mundial apenas para trabalhadores é de 0,7 mSv, principalmente devido ao radônio em minas; nos EUA, deve-se principalmente a trabalhadores da área médica e da aviação. Acidente de Chernobyl 0,002 – 0,01 pico de 0,04 mSv em 1986, com declínio desde então; valores mais altos nas proximidades do local Ciclo do combustível nuclear 0,0002 0,001 até 0,02 mSv nas proximidades dos locais; exclui a exposição ocupacional Outros – 0,003 atividades industriais, de segurança, médicas, educacionais e de pesquisa Subtotal (artificial) 0,61 3,14 2,33 Total 3,01 6,24 3,83 milissieverts por ano
Radiação de fundo natural
miniaturadaimagem|A estação meteorológica em frente ao Atomic Testing Museum em um dia quente de verão. O nível de radiação gama de fundo exibido é de 9,8 μR/h (0,82 mSv/a). Esse valor é muito próximo da radiação de fundo média mundial de 0,87 mSv/a proveniente de fontes cósmicas e terrestres. miniaturadaimagem|upright|Câmaras de nuvens utilizadas pelos primeiros pesquisadores detectaram inicialmente os raios cósmicos e outras formas de radiação de fundo. Elas podem ser usadas para visualizar a radiação de fundo.
Materiais radioativos são encontrados em toda a natureza. Quantidades detectáveis ocorrem naturalmente no solo, nas rochas, na água, no ar e na vegetação, sendo inalados e ingeridos pelo organismo. Além dessa exposição interna, os seres humanos também recebem exposição externa proveniente de materiais radioativos que permanecem fora do corpo e da radiação cósmica proveniente do espaço. A dose efetiva natural média mundial para os seres humanos é de aproximadamente 2,4 mSv por ano. Esse valor é quatro vezes maior que a exposição média mundial à radiação artificial, que em 2008 correspondia a aproximadamente 0,6 mSv por ano. Em alguns países desenvolvidos, como os Estados Unidos e o Japão, a exposição artificial é, em média, maior que a exposição natural, devido ao maior acesso à imaginologia médica. Na Europa, a exposição média à radiação de fundo natural varia conforme o país, de menos de 2 mSv anuais no Reino Unido a mais de 7 mSv anuais para alguns grupos de pessoas na Finlândia.
A Agência Internacional de Energia Atômica declara:
"A exposição à radiação proveniente de fontes naturais é uma característica inevitável da vida cotidiana, tanto nos ambientes de trabalho quanto nos ambientes públicos. Na maioria dos casos, essa exposição causa pouca ou nenhuma preocupação à sociedade, mas, em determinadas situações, é necessário considerar a adoção de medidas de proteção à saúde, por exemplo, ao trabalhar com minérios de urânio e tório e outros materiais radioativos de ocorrência natural (NORM). Essas situações têm recebido maior atenção da Agência nos últimos anos."
Fontes terrestres
A radiação de fundo terrestre, para os fins da tabela acima, inclui apenas as fontes que permanecem externas ao corpo. Os principais radionuclídeos de interesse são o potássio, o urânio e o tório, além de seus produtos de decaimento, alguns dos quais, como o rádio e o radônio, são intensamente radioativos, mas ocorrem em baixas concentrações. A maioria dessas fontes vem diminuindo devido ao decaimento radioativo desde a formação da Terra, pois atualmente não há quantidades significativas sendo transportadas para a Terra. Assim, a atividade atual do urânio-238 na Terra corresponde a apenas metade da atividade original, devido à sua meia-vida de 4,5 bilhões de anos, enquanto o potássio-40 (meia-vida de 1,25 bilhão de anos) apresenta apenas cerca de 8% de sua atividade original. Entretanto, durante o período em que os seres humanos existem, a quantidade de radiação diminuiu muito pouco.
Muitos isótopos de meia-vida mais curta (e, portanto, mais intensamente radioativos) não desapareceram do ambiente terrestre devido à sua produção natural contínua. Exemplos desses isótopos são o rádio-226 (produto de decaimento do tório-230 na cadeia de decaimento do urânio-238) e o radônio-222 (produto de decaimento do rádio-226 na referida cadeia).
O tório e o urânio (e seus produtos de decaimento) sofrem principalmente decaimento alfa e decaimento beta e não são facilmente detectáveis. Entretanto, muitos de seus produtos de decaimento são fortes emissores de radiação gama. O tório-232 é detectável por meio de um pico de 239 keV do chumbo-212, de picos de 511, 583 e 2614 keV do tálio-208 e de picos de 911 e 969 keV do actínio-228. O urânio-238 manifesta-se como picos de 609, 1120 e 1764 keV do bismuto-214 (cf. o mesmo pico para o radônio atmosférico). O potássio-40 é detectável diretamente por meio de seu pico gama de 1461 keV.
O nível sobre o mar e sobre outros grandes corpos d'água tende a ser de aproximadamente um décimo da radiação de fundo terrestre. Em contrapartida, áreas costeiras (e áreas às margens de águas doces) podem apresentar uma contribuição adicional proveniente de sedimentos dispersos.
Fontes atmosféricas
A maior fonte de radiação de fundo natural transportada pelo ar é o radônio, um gás radioativo que emana do solo. O radônio e seus isótopos, radionuclídeos progenitores e produtos de decaimento contribuem para uma dose média inalada de 1,26 mSv/a (milissieverts por ano). O radônio apresenta distribuição desigual e sua concentração varia conforme as condições meteorológicas, de modo que doses muito mais elevadas ocorrem em muitas regiões do mundo, onde ele representa um importante risco à saúde. Concentrações superiores a 500 vezes a média mundial foram encontradas no interior de edifícios na Escandinávia, nos Estados Unidos, no Irã e na República Tcheca. O radônio é um produto do decaimento do urânio, relativamente comum na crosta terrestre, mas mais concentrado em rochas que contêm minérios, distribuídas por todo o mundo. O radônio se desprende desses minérios para a atmosfera ou para as águas subterrâneas, ou infiltra-se nos edifícios. Ele pode ser inalado e chegar aos pulmões, juntamente com seus produtos de decaimento, onde estes permanecem por determinado período após a exposição.
Embora o radônio ocorra naturalmente, a exposição a ele pode ser aumentada ou reduzida pela atividade humana, especialmente pela construção de moradias. Um piso de residência mal vedado ou uma ventilação inadequada do porão, em uma casa que, de outra forma, seja bem isolada, pode resultar no acúmulo de radônio no interior da residência, expondo seus ocupantes a altas concentrações. A construção generalizada de casas bem isoladas e vedadas no norte do mundo industrializado fez com que o radônio se tornasse a principal fonte de radiação de fundo em algumas localidades do norte da América do Norte e da Europa. A vedação de porões e a ventilação por sucção reduzem a exposição. Alguns materiais de construção, como o concreto leve com xisto aluminífero, o fosfogesso e o tufo vulcânico, podem liberar radônio se contiverem rádio e forem porosos ao gás.
A exposição à radiação proveniente do radônio é indireta. O radônio tem uma meia-vida curta (4 dias) e decai em outros radionuclídeos radioativos sólidos da série do rádio. Essas partículas radioativas são inaladas e permanecem alojadas nos pulmões, causando exposição contínua. Assim, considera-se que o radônio seja a segunda principal causa de câncer de pulmão, depois do tabagismo, e que seja responsável por entre 15.000 e 22.000 mortes por câncer por ano somente nos Estados Unidos. Entretanto, a discussão sobre os resultados experimentais contrários ainda está em andamento.
Cerca de 100.000 Bq/m3 de radônio foram encontrados no porão de Stanley Watras em 1984. Ele e seus vizinhos em Boyertown, na Pensilvânia, Estados Unidos, podem deter o recorde de residências mais radioativas do mundo. Organizações internacionais de proteção radiológica estimam que uma dose comprometida pode ser calculada multiplicando-se a concentração equivalente de equilíbrio (CEE) do radônio por um fator de 8 a 9 e a CEE do thoron por um fator de 40 .
A maior parte da radiação de fundo atmosférica é causada pelo radônio e por seus produtos de decaimento. O espectro gama apresenta picos proeminentes em 609, 1120 e 1764 keV, correspondentes ao bismuto-214, um produto do decaimento do radônio. A radiação de fundo atmosférica varia consideravelmente conforme a direção do vento e as condições meteorológicas. O radônio também pode ser liberado do solo em pulsos e, posteriormente, formar "nuvens de radônio" capazes de percorrer dezenas de quilômetros.
Radiação cósmica
miniaturadaimagem|upright=1.3|Estimativa da dose máxima de radiação recebida a uma altitude de 12 km em 20 de janeiro de 2005, após uma intensa explosão solar. As doses são expressas em microsieverts por hora