Кратко и по делу.
1) Основные ядерные реакции (производство вторичных радионуклидов)
- Основной путь образования ${}^{14}\mathrm{C}$ — захват нейтроном на азоте:
$${}^{14}\mathrm{N}(n,p{)}^{14}\mathrm{C}$$ (доминирует при большинстве атмосферных условий). Дополнительный вклад дают спалляционные реакции на ${}^{16}\mathrm{O}$ и пр. и захват мюонами:
$${}^{14}\mathrm{N}({\mu }^{-},{\nu }_{\mu }{)}^{14}\mathrm{C}(\text{мелкий вклад})$$ - Для ${}^{10}\mathrm{Be},{}^{26}\mathrm{Al},{}^{36}\mathrm{Cl}$ и т.д. основной механизм — спалляция протонами/нейтронами на O, N, Si, Ca, K и др. ядрах, например
$${}^{16}\mathrm{O}(p,X{)}^{10}\mathrm{Be},{}^{40}\mathrm{Ca}(n,\alpha {)}^{36}\mathrm{Cl}.$$ - Общая формула для скорости образования в точке атмосферы:
$$P(h,\lambda ,\Phi )=\int J(E,\lambda ,\Phi )\sigma (E)dE,$$ где $J(E,\lambda ,\Phi )$ — спектр космических частиц (зависит от высоты $h$, геомагнитической широты $\lambda$ и солнечной модуляции $\Phi$), $\sigma (E)$ — сечение реакции.
2) Зависимость потока (скорости образования) от высоты и широты
- Высота: поток вторичных нейтронов/частиц растёт с уменьшением атмосферной толщины до максимума образования (Pfotzer‑максимум) и затем падает выше. Пиковая высота:
$$\text{Pfotzer максимум на}\sim (15\text{–}20)\mathrm{km}.$$ В приближении экспоненциального затухания по глубине атмосферы:
$$P(X)\propto \exp (-X/\Lambda ),$$ где атмосферная глубина $X$ в г/см${}^2$, а затухание для нуклонного компонента примерно
$$\Lambda \sim (120\text{–}150)g/c{\mathrm{m}}^2.$$ В результате: на уровнях полёта самолётов ($\sim 10\mathrm{km}$) поток и доза заметно выше, чем у поверхности; в стратосфере — максимум вторичных частиц.
- Геомагнитная широта: магнитосфера отсекает низкоэнергетические первичные частицы; это выражается через критическую жёсткость отсечки $R_c(\lambda )$. При прочих равных:
$$\text{при низком}{R}_c(\text{поля полюсов})P\uparrow ,\text{при высоком}{R}_c(\text{экватор})P\downarrow .$$ Практически для ${}^{14}\mathrm{C}$ и других космогенных нуклидов производство у полюсов может быть в несколько раз больше, чем на экваторе (приближённо фактор $\sim 2\text{–}3$, зависит от энергии и типа нуклида).
- Солнечная активность: при высокой солнечной активности поток первичных ГCR снижается (солнечный ветер отсекает низкоэнергетические частицы) — следовательно, производство радионуклидов уменьшается; при минимумe Солнца — возрастает.
3) Последствия для методов датирования
- Радиоуглеродный метод (${}^{14}\mathrm{C}$):
- Глобальные и временные колебания скорости образования (солнечное/геомагнитное поле) требуют калибровки — используют календарные калибровочные кривые (IntCal), которые корректируют временные вариации глобального производства.
- Локальные эффекты (высота, широта, локальные источники CO${}_2$) и стратосферно-тропосферный обмен (время перемешивания strato↔troposphere) могут давать локальные отклонения; для материалов с локальным происхождением (лед, кораллы, высокогорные биомаркеры) возможны дополнительные поправки.
- Космогенное датирование (в‑situ nuclides, например ${}^{10}\mathrm{Be}$, ${}^{26}\mathrm{Al}$):
- Производство зависит сильно от высоты и широты; поэтому используют масштабирование производства и локальные калибровки (методы Lal/Stone и др.) — без корректировки оценки времени эксгумации/воздействия будут неточны.
- Для точности нужно применять факторы масштабирования $S(h,\lambda )$ и/или измерять эталонные скорости производства в соседних контрольных точках:
$$P(h,\lambda )=P_0\cdot S(h,\lambda ).$$
4) Последствия для радиационной защиты на больших высотах
- Доза на больших высотах (пассажирские/гражданские авиарейсы, высокогорные объекты):
- Типичные эффективные дозы на крейсерской высоте самолёта ($\sim 10\mathrm{km}$) имеют порядок $\mu \mathrm{Sv}/\mathrm{h}$; годовая доза для бортпроводника/пилота при полной нагрузке составляет обычно несколько $mSv/yr$ (зависит от маршрутов и широт).
- Во время крупных солнечных вспышек (SPE) кратковременные увеличения могут быть существенно выше — требуется мониторинг и оперативные меры.
- Меры защиты и регуляция:
- Мониторинг космической погоды, прогнозы и изменение трасс/высоты полёта при сильных событиях.
- Классификация авиационного персонала как радиационных работников в ряде стран; соблюдение лимитов доз.
- Защита конструкцией самолёта ограничена (высокоэнергетические частицы проникают), основная стратегия — организационная и оперативная.

Итог: образование атмосферных радионуклидов происходит главным образом через спалляцию и нейтронные реакции (для ${}^{14}\mathrm{C}$ — ${}^{14}\mathrm{N}(n,p{)}^{14}\mathrm{C}$), их скорость зависит сильно от высоты (максимум вторичных частиц в стратосфере, экспоненциальное затухание с глубиной $X$ с параметром $\Lambda \sim 120\text{–}150g/c{\mathrm{m}}^2$), от геомагнитной широты (через $R_c$) и от солнечной модуляции; это требует учёта и калибровок в радиоуглеродном и космогенном датировании и диктует специальные меры радиационной защиты и мониторинга для авиации и высокогорных условий.