X-zračni izvori. Je li rendgenska cijev izvor ionizirajućeg zračenja?

Kroz povijest života na Zemlji organizama stalno izloženi kozmičkih zraka te ih obrazovani u atmosferi radionuklida i zračenja tijekom tvari koje se prirodno pojavljuju. Moderni se život prilagođava svim značajkama i ograničenjima okoliša, uključujući prirodne izvore rendgenskog zračenja.

Unatoč činjenici da je visoka razina zračenja svakako štetna za organizme, neke vrste radioaktivno zračenje važni su za život. Na primjer, pozadina zračenja pridonijela je temeljnim procesima kemijske i biološke evolucije. Također je očigledna činjenica da se toplina jezgre Zemlje pruža i održava zbog rasipanja topline primarnih prirodnih radionuklida.

Kozmičke zrake

Zračenje izvanzemaljskog podrijetla, koje kontinuirano bombardira Zemlju, zove se kozmički.

Činjenica da je prodoran zračenje pada na našem planetu iz svemira, ali ne i zemaljski porijekla, pronađena je u pokusima za mjerenje ionizacije na različitim visinama, od razine mora do 9.000 m. Utvrđeno je da je intenzitet ionizirajućeg zračenja smanjena je na visini od 700 m, i zatim se brzo povećao sa skupom visina. Početna pad može pripisati smanjenju intenziteta zemaljske gama zraka i rast - kozmičke.

• skupine galaksija;
• Seyfert galaksije;
• Sunce;
• zvijezde;
• kvazari;
• crne rupe;
• ostatci supernove;
• bijeli patuljci;
• tamne zvijezde itd.

Dokaz takvog zračenja, na primjer, je povećanje intenziteta kozmičkih zraka promatranih na Zemlji nakon bljeskova na Suncu. No, naša svjetiljka ne daje glavni doprinos cjelokupnom protoku, budući da njegove dnevne varijacije su vrlo male.

Dvije vrste zraka

Kozmičke zrake podijeljene su na primarne i sekundarne. Zračenje koje ne reagira s materijom u atmosferi, litosferi ili hidrosferi Zemlje zove se primarno. Sastoji se od protona (asymp- 85%) i alfa čestica (asymp- 14%), s mnogo manjim tokovima (< 1%) teže jezgre. Sekundarne kozmičke X-zrake, čiji su izvori zračenja primarno zračenje i atmosfera, sastoje se od subatomskih čestica, kao što su pioni, muoni i elektroni. Na razini mora, gotovo sva promatrana zračenja sastoje se od sekundarnih kozmičkih zraka, od čega 68% muona i 30% elektrona. Manje od 1% protoka na razini mora sastoji se od protona.

Primarne kozmičke zrake, u pravilu, imaju veliku kinetičku energiju. Pozitivno se napunjuju i primaju energiju zbog ubrzanja u magnetskim poljima. U vakuumu vanjskog prostora, napunjene čestice mogu postojati dulje vrijeme i putovati milijunima svjetlosnih godina. Tijekom ovog leta dobivaju visoku kinetičku energiju, po redoslijedu od 2 do 30 GeV (1 GeV = 10⁹ eV). Pojedinačne čestice imaju energiju do 10¹⁰ GeV.

Visoke energije primarnih kozmičkih zraka omogućuju im, doslovce, podijeliti atome u zemaljskoj atmosferi tijekom sudara. Uz neutrone, protone i subatomske čestice mogu nastati svjetlosni elementi poput vodika, helija i berilijuma. Muoni se uvijek puni, a također brzo propadaju u elektrone ili pozitrone.

Magnetski štit

Intenzitet kozmičkih zraka s porastom naglo se povećava na maksimalnu visinu od oko 20 km. Od 20 km do granice atmosfere (do 50 km) intenzitet se smanjuje.

Ta se regularnost objašnjava povećanjem proizvodnje sekundarnog zračenja kao rezultat povećanja gustoće zraka. Na visini od 20 km Veliki dio primarnog zračenja je ušao u interakciju, te smanjenje intenziteta od 20 km do visine odražava unos sekundarnog grede atmosfere, što odgovara oko 10 metara vodeni sloj.

Intenzitet zračenja također se odnosi na širinu. Na jednoj visini, kozmički tok povećava se od ekvatora na širinu od 50-60 ° i ostaje konstantan na stupovima. To se objašnjava oblikom Zemljinog magnetskog polja i raspodjelom energije primarnog zračenja. Magnetske linije sile koje se protežu dalje od atmosfere su, u pravilu, paralelne s površinom Zemlje na ekvatoru i okomite na polove. Punjene čestice lako se kreću duž linija magnetskog polja, ali ih teško prevladaju u poprečnom smjeru. Od polova do 60 °, gotovo sve primarnog zračenja dopire do zemljine atmosfere, a na ekvatoru samo čestice s energijama iznad 15 GeV, može prodrijeti kroz magnetsko štita.

Sekundarni izvori X-zraka

Kao rezultat interakcije kozmičkih zraka s materijom, kontinuirano se proizvodi značajna količina radionuklida. Većina njih su fragmenti, ali neki od njih nastaju aktivacijom stabilnih atoma neutronima ili muonima. Prirodna proizvodnja radionuklida u atmosferi odgovara intenzitetu kozmičkog zračenja u visini i širini. Oko 70% njih se javlja u stratosferi, a 30% u troposferi.

S izuzetkom H-3 i C-14, radionuklidi su obično u vrlo niskim koncentracijama. Tritij je razrijeđen i pomiješan s vodom i H-2, a C-14 kombinira s kisikom do nastanka CO₂, koji se miješa s ugljičnim dioksidom u atmosferi. Carbon-14 prodire u biljke u procesu fotosinteze.

Zemljina zračenja

Od mnogih radionuklida koji su nastali s Zemljom, samo nekoliko ima poluživot, dovoljno dugo da objasni svoje postojanje. Ako je naš planet formiran prije otprilike 6 milijardi godina, tada bi, kako bi ostali u mjerljivim količinama, trebalo poluživot od najmanje 100 milijuna godina. Od primarnih radionuklida koji se još nalaze, tri su od najveće važnosti. Izvor rendgenskog zračenja je K-40, U-238 i Th-232. Uran i torium svaki stvaraju lanac proizvoda koji su gotovo uvijek u nazočnosti početnog izotopa. Iako su mnogi radionuklidi kćeri kratkotrajni, oni su uobičajeni u okolišu, jer su stalno formirani iz dugogodišnjih prekursora.

Ostali primarni dugoročni izvori rendgenskih zraka, ukratko, su u vrlo niskim koncentracijama. Ovaj RB-87, La-138, Cs-142, Sm-147, Lu-176, i tako dalje. D. Prirodni neutroni čine mnoge druge radionuklide, ali je njihova koncentracija je obično vrlo niska. U karijeri Oakla u Gabonu, Afrika, postoje dokazi o postojanju "prirodnog reaktora" u kojem su se dogodile nuklearne reakcije. Iscrpljivanje U-235 i prisutnosti fisijskih produkata unutar bogate urana depozite, pokazuju da oko 2 milijarde godina, održan je spontano izazvati lančanu reakciju.

Unatoč činjenici da su izvorni radionuklidi sveprisutni, njihova koncentracija ovisi o lokaciji. Glavni rezervoar prirodna radioaktivnost je litosfera. Osim toga, ona se značajno razlikuje u litosferi. Ponekad je to zbog nekih vrsta spojeva i minerala, ponekad - čisto regionalno, s malo korelacije s vrstama stijena i minerala.

Distribucija primarnih radionuklida i njihovih kćeri proizvoda u prirodnim ekosustavima ovisi o mnogim čimbenicima, uključujući i kemijskih svojstava nuklida, fizički faktori ekosustava, kao i fiziološke i ekološke atribute flore i faune. Trošenje stijena, njihov glavni rezervoar opskrbljuje tlo U, Th i K. Th i U raspadom proizvodi su također sudjeluje u ovom programu. Iz tla K, Ra, malo U i vrlo malo Th se apsorbiraju biljke. Oni koriste kalij-40, kao stabilnu i K., radij-238 U raspada produkt, koji se koristi u postrojenju, a ne zato što je izotop, a budući da je kemijski slična kalcija. Apsorpcija urana i torija u biljkama je obično beznačajna, budući da su ti radionuklidi obično netopljivi.

radon

Najvažniji izvori prirodnog zračenja su element bez okusa i mirisa, nevidljivi plin koji je 8 puta teži od zraka, radona. Sastoji se od dva glavna izotopa - radon-222, jednog od produkata propadanja U-238 i radona-220, nastalog tijekom propadanja Th-232.

Stijene, tlo, biljke, životinje emitiraju radon u atmosferu. Plin je produkt propadanja radiuma i proizvodi se u bilo kojem materijalu koji ga sadrži. Budući da je radon inertni plin, može ga emitirati površine koje dolaze u dodir s atmosferom. Količina radona koja emanira iz određene stjenovite mase ovisi o količini radija i površine. Što je pasmina manja, to je radon koji se može osloboditi. Koncentracija Rn u zraku pored materijala koji sadrže radijum također ovisi o brzini kretanja zraka. U podrumima, špiljama i rudnicima koji imaju slabu cirkulaciju zraka, koncentracije radona mogu doseći značajne razine.

Rn se brzo raspada i stvara niz radionuklida kćeri. Nakon stvaranja atmosferskog radon raspadanja proizvoda su spojene s malim česticama prašine, koja rješava na tla i biljaka, a udahne životinja. Kiše su osobito učinkovite u pročišćavanju zraka radioaktivnih elemenata, ali sudar i slijepljenje čestica aerosola također doprinosi njihovom taloženju.

U umjerenoj klimi, koncentracija radona u sobi je u prosjeku oko 5-10 puta veća nego na otvorenom.

Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća, čovjek „umjetno” proizvedeno nekoliko stotina radionuklida koji prate rendgenskog zračenja izvora, svojstva i aplikacije koje se koriste u medicini, vojsci, energije i instrumentacije za mineralne istraživanja.

Pojedinačno djelovanje ljudskih izvora zračenja vrlo je različito. Većina ljudi dobiva relativno malu dozu umjetnog zračenja, ali nešto više tisuća puta zračenja prirodnih izvora. Tehnološki izvori su bolje kontrolirani od prirodnih izvora.

Rendgenski izvori u medicini

U industriji i medicini, u pravilu, koriste se samo čisti radionuklidi, što olakšava prepoznavanje načina propuštanja mjesta skladištenja i procesa iskorištavanja.

Uporaba zračenja u medicini je široko rasprostranjena i potencijalno može imati značajan utjecaj. Sadrži izvore rendgenskog zračenja koji se koriste u medicini za:

• dijagnostika;
• terapija;
• analitički postupci;
• tempo.

Za dijagnozu koristite oba zatvorena izvora i široku paletu radioaktivnih pokazatelja. Medicinske ustanove, u pravilu, razlikuju ove aplikacije kao radiologiju i nuklearnu medicinu.

Je li to Rendgensku cijev izvor ionizirajućeg zračenja? Računalna tomografija i fluorografija poznati su dijagnostički postupci koji se izvode uz pomoć. Osim toga, u medicinskoj radiografiji postoji mnogo primjena izvora izotopa, uključujući gama i beta, te eksperimentalne izvore neutrona za slučajeve kada X-zračni strojevi nezgodno, neprimjereno ili može biti opasno. U smislu ekologije, radiografsko zračenje nije opasno sve dok njegovi izvori budu odgovorni i pravilno zbrinuti. U tom smislu, povijest elemenata radija, radonskih iglica i luminirajućih spojeva koji sadrže radijum nije ohrabrujuća.

Općenito, izvori s X-zrakom koriste se na temelju ⁹⁰Sr ili ¹⁴⁷ Pm. izgled ²⁵²Kao prijenosni generator neutrona radiografija neutrona je široko dostupna, iako općenito ta metoda još uvijek snažno ovisi o raspoloživosti nuklearnih reaktora.

Nuklearna medicina

Glavna opasnost za okoliš predstavljaju radioizotopne oznake u nuklearnoj medicini i rendgenskim izvorima. Primjeri neželjenih učinaka su:

• ozračivanje pacijenta;
• izloženost bolničkog osoblja;
• izlaganje transportu radioaktivnih lijekova;
• utjecaj u proizvodnom procesu;
• utjecaj radioaktivnog otpada.

Posljednjih je godina tendencija smanjenja izloženosti pacijentu zbog uvođenja kratkotrajnih izotopa usko fokusiranog djelovanja i upotrebe više visoko kolokaliziranih lijekova.

Kraći poluživot smanjuje učinak radioaktivnog otpada, jer se većina dugotrajnih elemenata izlučuje kroz bubrege.

Očigledno, utjecaj na okoliš kroz kanalizacijski sustav ne ovisi o tome je li pacijent u bolnici ili se tretira kao ambulantno. Iako je većina izdanih radioaktivnih elemenata vjerojatno kratkotrajna, kumulativni učinak daleko je veći od onečišćenja svih kombiniranih nuklearnih elektrana.

Najčešće korišteni radionuklidi u medicini su izvori X-zraka:

• ^99mTc - skeniranje lubanje i mozga, skeniranje cerebralnog krvi, skeniranje srca, jetre, pluća, štitnjače, placentalna lokalizacija;
• ¹³¹I - krv, skeniranje jetre, placentalno lokaliziranje, skeniranje i liječenje štitnjače;
• ⁵¹Cr - određivanje trajanja postojanja crvenih krvnih stanica ili sekvestracija, volumen krvi;
• ⁵⁷Su-suđenje u Šilingu;
• ³²P - metastaze u koštanom tkivu.

Rasprostranjena uporaba postupaka radioimunološkog ispitivanja, radijacijska analiza urina i drugih metoda istraživanja uporabom označenih organskih spojeva znatno je povećala upotrebu lijekova za scintilaciju tekućina. Organska otopina fosfora, obično temeljena na toluenu ili ksilenu, predstavljaju prilično veliki volumen tekućeg organskog otpada koji se mora zbrinuti. Obrada u tekućem obliku potencijalno je opasna i ekološki neprihvatljiva. Iz tog razloga poželjno je spaljivanje otpada.

Budući da je dugo živio ³H ili ¹⁴C su lako topivi u okolišu, njihovi učinci su unutar normalnih granica. Ali kumulativni učinak može biti značajan.

Još jedna medicinska primjena radionuklida je uporaba plutonijskih baterija za napajanje pacemakera. Tisuće ljudi danas živi zbog činjenice da ti uređaji pomažu u funkcioniranju njihovih srca. Zatvoreni izvori ²³⁸Pu (150 GBq) kirurški je ugrađen u pacijente.

Industrijsko rendgensko zračenje: izvori, svojstva, primjena

Medicina nije jedino područje u kojem je ovaj dio elektromagnetskog spektra pronašao primjenu. Značajna komponenta situacije tehnogenog zračenja su radioizotopi i izvori rendgenskih zraka koji se koriste u industriji. Primjeri takvih primjena:

• industrijska radiografija;
• mjerenje zračenja;
• detektori dima;
• samosvijetljeni materijali;
• Kristalografija rendgenskih zraka;
• skeneri za ispitivanje prtljage i ručne prtljage;
• Laseri s rendgenskim zrakama;
• sinhotrona;
• ciklotron.

Budući da većina tih aplikacija uključuje upotrebu kapsuliranih izotopa, izloženost zračenju javlja se tijekom transporta, prijenosa, održavanja i odlaganja.

Je li rendgenska cijev izvor ionizirajućeg zračenja u industriji? Da, koristi se u sustavima nerazorne kontrole zračnih luka, u istraživanjima kristala, materijala i struktura, industrijske kontrole. Tijekom posljednjih desetljeća doze izlaganja zračenju u znanosti i industriji dostigle su polovicu vrijednosti tog pokazatelja u medicini, stoga je doprinos značajan.

Oklopljenog izvori rendgenskih sami po sebi imaju mali učinak. No, njihov transport i odlaganje alarmantno kada su izgubili ili slučajno bačen je u smeće. Takve X-ray izvora obično se isporučuju i instaliran u dvokrevetnoj-zapečaćen diskova ili cilindre. Kapsule su izrađene od nehrđajućeg čelika i zahtijevaju periodični pregled propuštanja. Njihovo odlaganje može biti problem. Kratkotrajni izvori mogu spremiti i propadanja, ali čak iu tom slučaju, oni bi trebali biti propisno uzeti u obzir, a preostali aktivni materijal mora se odložiti u licenciranog objekta. Inače, kapsule treba poslati na specijaliziranim ustanovama. Njihova debljina određuje veličinu aktivnog materijala i dio X-zraka izvora.

Mjesto skladištenja za izvore X-zraka

Sve veći problem je sigurna dekominacija i dekontaminacija industrijskih objekata u kojima su radioaktivni materijali pohranjeni u prošlosti. Uglavnom, to su ranije izgrađena poduzeća za preradu nuklearnih materijala, ali je potrebno sudjelovati u drugim industrijama, kao što su tvornice za proizvodnju samosvjetlih znakova s ​​tritiumom.

Poseban je problem dugogodišnji izvori niske razine, koji su široko rasprostranjeni. Na primjer, ²⁴¹Am se koristi u detektorima dima. Osim radona, to su glavni izvori zračenja rendgenskih zraka u svakodnevnom životu. Pojedinačno, oni ne predstavljaju nikakvu opasnost, ali značajan broj njih može predstavljati problem u budućnosti.

Nuklearne eksplozije

Tijekom proteklih 50 godina, svi su bili izloženi zračenju od radioaktivnog ispada uzrokovanog testovima nuklearnog oružja. Njihov vrhunac se dogodio 1954.-1958. I 1961.-1962.

Godine 1963. tri zemlje (SSSR, Sjedinjene Američke Države i Velika Britanija) potpisale su sporazum o djelomičnoj zabrani nuklearnih testova u atmosferi, oceanu i vanjskom prostoru. Tijekom sljedeća dva desetljeća, Francuska i Kina proveli su niz mnogo manjih suđenja koja su prestala 1980. godine. Podzemni testovi su još uvijek u tijeku, ali obično ne uzrokuju padaline.

Radioaktivno onečišćenje nakon atmosferskih testova padne blizu mjesta eksplozije. Djelomično ostaju u troposferi, a vjetar ih prenosi diljem svijeta po istoj širini. Dok se kreću, pada na tlo, ostajući oko mjesec dana u zraku. No, većina je gurnuta u stratosferu, gdje zagađenje ostaje već mjesecima i polako se spušta po čitavom planetu.

Fallout uključuje stotine različitih radionuklida, ali samo neki od njih su u mogućnosti djelovati na ljudski organizam, pa je njihova veličina je vrlo mala, a raspad je brz. C-14, Cs-137, Zr-95 i Sr-90 su najznačajniji.

Zr-95 ima poluživot od 64 dana, a Cs-137 i Sr-90 - oko 30 godina. Samo ugljik-14 s poluživotom od 5730 ostat će aktivan u dalekoj budućnosti.

Atomska energija

Nuklearna energija je najkontroverznija od svih antropogenih izvora zračenja, ali ima vrlo mali doprinos utjecaju na ljudsko zdravlje. U normalnom radu, nuklearni objekti ispuštaju malu količinu zračenja u okoliš. Od veljače 2016. godine bilo je 442 civilnih nuklearnih reaktora u 31 zemlje, a još 66 u gradnji. Ovo je samo dio ciklusa nuklearnog goriva. Počinje ekstrakcijom i brušenjem urana i nastavlja proizvoditi nuklearno gorivo. Jednom kada se koriste u elektranama, goriva se ponekad recikliraju za oporavak urana i plutonija. Uostalom, ciklus završava recikliranjem nuklearni otpad. U svakoj fazi ovog ciklusa moguće je istjecanje radioaktivnih materijala.

Oko polovice svjetske proizvodnje urana dolazi iz otvorenih kamenoloma, a druga polovica od mina. Zatim se slomiti na obližnjim drobilicama, koji proizvode veliku količinu otpada - stotine milijuna tona. Ovi ostaci ostaju radioaktivni milijuni godina nakon što je poduzeće prestalo s radom, iako zračenje predstavlja vrlo mali dio prirodnog podrijetla.

Nakon toga, uranija se pretvara u gorivo daljnjom preradom i čišćenjem u postrojenjima za koncentriranje. Ti procesi dovode do onečišćenja zraka i vode, ali su mnogo manje nego u drugim fazama ciklusa goriva.