环境伽马辐射的地质及海拔分布特征：对人类健康风险的影响

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Geological and Altitudinal Distribution of Ambient Gamma Radiation: Implications for Human Health Risk

　　

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  伽马辐射水平主要取决于地区地质条件，而非海拔高度。
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  AEDE（年有效剂量当量）的值在MBT线沿线较高。
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  年有效剂量当量低于全球人口加权平均值。
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  该研究符合全球可持续发展的目标。

引言

辐射是指以波或粒子的形式从特定源头向外发射的能量，并与其运动方向一致。当辐射在空间中传播时，由于其能量在真空中保持不变，因此从单一点源释放出的每种辐射的强度都与距离呈反平方关系（Voudoukis和Oikonomidis，2017年）。辐射具有足够的能量从原子中移除电子，从而导致离子的形成。这一电离过程会损害活细胞，尤其是其中的DNA，因此与癌症发病风险增加有关（Borrego-Soto等，2015年）。尽管每个细胞由数万亿个原子组成，但在受到低或中等剂量辐射时，只有极少数原子会被电离。电离辐射导致的癌症风险与吸收的辐射量有关，评估时需考虑辐射类型的生物效应（表现为等效剂量）以及暴露组织或生物的敏感性（表现为有效剂量）（Manjunatha等，2017年）。

伽马辐射由放射性同位素以光子的形式发射，而不是粒子，这意味着它既没有质量也没有电荷。尽管没有质量，伽马射线的穿透能力却远高于贝塔粒子。虽然电中性，伽马射线仍能与物质相互作用并间接产生电离，从而可能对生物和环境造成影响（Alsharef等，2020年）。伽马射线的能量范围从10⁴到10⁷ eV。它们通常在原子核处于高能状态或发生异构体转变时在核反应中释放。伽马射线也可能在阿尔法衰变、贝塔衰变后或捕获轨道电子后释放，此时产生的子核仍处于激发状态，随后通过以伽马辐射的形式释放多余能量而退激发（Reilly等，1991年）。

电离辐射，尤其是伽马射线，会对人类健康产生不利影响，导致从轻微的生物损伤到辐射引起的疾病以及由于细胞结构和DNA受损而增加的基因突变和癌症风险。大多数发射伽马辐射的放射性核素来自天然来源，如宇宙射线和地壳放射性核素。宇宙辐射的水平随海拔高度而变化，而地壳辐射的量（尤其是²³⁸U、²³⁵U、²³²Th系列和⁴⁰K）主要受当地地质和地球化学条件的影响，通常与海拔高度无关（Alzubaidi，2022年）。暴露于辐射是生活中不可避免的一部分；因为地球上没有哪个地区完全没有背景辐射。联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）报告称，海平面的辐射剂量率为32 nSv/h。相比之下，室外地壳辐射的人口加权平均剂量率为约59 nGy/h，相当于每年0.07 mSv的有效剂量。此外，UNSCEAR表示，来自宇宙射线和地壳伽马辐射的人口加权年平均有效剂量当量约为每年0.87 mSv。由于人类既生活在室外也生活在室内，辐射暴露在这些不同环境中会因环境和结构因素（如土壤成分、矿物质含量、基础地质等）而有所不同（Jindal等，2020年）。

全球平均而言，每个人每年受到的有效剂量约为2.4 mSv。其中约87%的辐射暴露来自自然背景辐射，其余部分来自人类活动。然而，自然背景辐射通常在可接受范围内；土壤和岩石中放射性核素的浓度较高可能会对当地居民构成健康风险。导致自然辐射背景增加的主要因素包括岩石和土壤中²³⁸U及其衰变产物的高浓度，以及常见于独居石沙和锆石矿物中的²³²Th。周边地质和地球化学过程使得某些地区成为高背景辐射区（HBRAs）。世界上有几个地区由于独居石沙的积累而具有显著的背景辐射水平，导致各国暴露水平较高（Anamika等，2020年）。此外，宇宙辐射也参与了我们环境中的自然辐射。因此，自然背景辐射的强度具有很大的空间变异性，并可能随时间因地理、地质和环境因素而变化（Sharma等，2021年；Daryoush等，2003年）。

文献综述显示，Daryoush和Shahbazi-Gahrouei使用盖革计数器和闪烁探测器确定了伊朗最高海拔地区的自然背景辐射水平，记录的平均暴露率为0.24 μGy/h，年有效剂量为0.49 mSv（Daryoush等，2003年）。2022年，欧洲放射数据交换平台在整个欧洲进行了实时伽马剂量率监测，报告的平均伽马剂量率在0.05到0.15 μSv/h之间，铀矿开采历史或花岗岩土壤地区的剂量率较高（Sangiorgi等，2020年）。在研究区域附近，只有少数研究对放射性核素进行了估计。Kandari等人（2021年）研究了研究区域附近的放射性核素浓度，发现²²⁶Ra的浓度范围为47 ± 9至442 ± 50 Bq/kg，平均值为109.3 ± 101 Bq/kg；²³²Th的浓度范围为45 ± 17至101 ± 16 Bq/kg，平均值为77.2 ± 11 Bq/kg；⁴⁰K的浓度范围为320 ± 281至947 ± 197 Bq/kg，平均值为641.5 ± 143 Bq/kg。所有自然放射性核素的平均浓度均显著高于全球平均水平（分别为35 Bq/Kg、30 Bq/Kg和400 Bq/Kg，UNSCEAR，2000年）。在Rajpur地区，²²⁶Ra的浓度范围为50 ± 12至120 ± 19 Bq/kg，平均值为71.94 ± 52 Bq/kg；Th-232的浓度范围为65 ± 12至118 ± 17 Bq/kg，平均值为88.18 ± 34；⁴⁰K的浓度范围为384 ± 158至1498 ± 224 Bq/kg，平均值为893.5 ± 231 Bq/kg。所有浓度均高于全球平均水平（Kandari等，2021年）。在Tehri地区，²²⁶Ra的自然放射性浓度范围为BDL至131 ± 18 Bq/Kg；²³²Th的浓度范围为9 ± 6至384 ± 53 Bq/kg；⁴⁰K的浓度范围为471 ± 96至1406 ± 175 Bq/kg。这种变化与喜马拉雅地形的异质地质构成和矿物成分有关（Ramola等，2008年）。

本研究的主要目的是在选定的喜马拉雅地形进行实地调查，通过多个位置的现场测量来测量伽马辐射的背景水平及其空间变异性。其次，利用统计分析根据地区的海拔高度和居住位置对结果进行分类，因为辐射水平因地壳和宇宙原因而随海拔高度变化。随后，研究进一步旨在识别伽马辐射分布中的显著趋势和模式，以支持未来的环境和放射学研究。此外，研究还旨在确定暴露于伽马辐射水平所产生的健康影响，特别是对生活在高暴露地区的人们。这项工作强调了在喜马拉雅地形中进行直接实地放射学监测的重要性，以及伽马剂量行为的复杂性。研究结果有望提高公众意识，并帮助政策制定者为当地社区设计适当的辐射安全策略。

章节片段

研究区域

在印度北阿坎德邦的两个地区Dehradun和Tehri估计了伽马剂量率。这两个地区分别为中等海拔和高海拔地区，平均海拔分别为450米（Dehradun）和1550米（Tehri）。北阿坎德邦因其丘陵地带而成为印度最受欢迎的旅游目的地之一。每年有超过4000万游客访问这些地方，其中包括15万外国游客。北阿坎德邦分为两个行政区：Kumaon区和

伽马辐射的分布

表2展示了北阿坎德邦Dehradun和Tehri地区室外伽马剂量率和采样地点的海拔高度。该表显示，室外伽马剂量率的值范围为0.08至0.16 μSv/h。所有50个调查地点的室外伽马剂量率的算术平均值为0.11 μSv/h，标准差为0.016 μSv/h，表明伽马辐射暴露相对均匀

结论

本研究旨在估计加瓦尔喜马拉雅山脉不同海拔高度的伽马辐射水平。研究结果表明，研究区域的伽马辐射水平（0.11 μSv/h）高于全球人口加权的平均值0.059 μSv/h。Indira Puram和Nadh Koti的伽马剂量率最高，为0.16 μSv/h。一些高海拔地区，如Narendra Nagar和Chamba，也显示出较高的伽马剂量率。宇宙辐射也对此有所贡献

CRediT作者贡献声明

Veena Joshi：写作——审阅与编辑，监督，正式分析。Rohit Singh Sajwan：写作——初稿，软件，方法论，正式分析，概念化。O. P. Nautiyal：写作——审阅与编辑，正式分析。Taufiq Ahamad：验证，软件，数据管理。Ritu Raj：写作——审阅与编辑，写作——初稿。Ankit S Bartwal：写作——审阅与编辑，可视化，验证

未引用参考文献

Betty, 2024; Daryoush, 2003; Jindal and Sar, 2020; Joshi, 2017; National Council on Radiation Protection and Measurements, 2009; NRC, 2006; Reddy et al., 2021; Singh and Singh, 2014; UNSCEAR, 2000.

AI生成声明

作者使用Grammarly和QuillBot来改进语言并检查语法。所有由AI生成的内容均经过作者的验证、审阅和修改，以确保准确性。

资金

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者非常感谢Uttarakhand邦Tehri Garhwal校区化学系为这项研究工作提供了必要的仪器。

Rohit Singh Sajwan|Veena Joshi|Taufiq Ahamad|O.P. Nautiyal|Ankit S. Bartwal|Ritu Raj